前沿科学问题|第1期人城自然和谐的城市生态系统平衡机制是怎样的？
为进一步加强科技前瞻研判，引领原创性科研攻关，打造学术创新高地，推进科技自立自强，中国风景园林学会自2022年起面向全行业广泛征集风景园林领域科技重大问题难题，立足当今国家战略和科学技术背景,提出了当前我国风景园林行业所面临的重大问题和挑战，引导广大风景园林科技工作者展开研究探索，引领科技创新趋势和科技攻关方向，推动风景园林行业高质量发展，服务国家科技创新发展。
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题目：人城自然和谐的城市生态系统平衡机制是怎样的？
Title：What is the balance mechanism of the harmonious urban ecosystem between people，city and nature？
所属类型：前沿科学问题
关键词：城市生态系统，城市规划，城市建设，平衡机制
Key Words：Urban ecosystem； Urban planning； Urban construction Balance mechanism
推荐单位：重庆市风景园林科学研究院
作者信息：艾丽皎，重庆市风景园林科学研究院院长
一、问题描述
过度的城市化进程、城市扩张以及长期以来形成的“先污染、后治理”的传统经济增长模式带来了一系列生态环境问题，导致区域自然资源过度消耗，城市空间布局不合理，城市生态功能衰退，人城自然和谐的生态平衡机制难以建立，在一定程度上制约了城市的可持续发展。如何在城市经济社会发展建设中，以协调城市中人与环境的相互关系为核心，从整体上探究人城自然系统动态平衡机制和发展规律，将是重构健康稳定的城市生态系统的关键。
二、问题背景
自20世纪以来，人类社会发生的最大变化体现为城市化。1900年，全球只有10％的人口生活在城市，现在有超过50％的人口以城市为家，到2030年，全球城市人口将超过60％。随着城市化进程的不断推进，城市建设中“先建设后治理”“重规划建设轻管理”等思想，造成城市建设规划滞后，布局零乱，功能不全，资源与环境利用率低，使城市生态系统的自我调节、修复、维持发展的能力减退，导致城市生态环境问题日益严重。
20世纪70年代以来，国际上提出了生态城市的发展理念和规划建设模式。1984年，联合国教科文组织在《人与生物圈计划》的研究报告中提出了生态城市规划的5项原则，明确“将自然融入城市”，但仍存在整体性缺乏、系统性不足、宜居性不高等问题。2016年，国务院印发《关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》（国发〔2016〕8号）文件中强调，“推动新型城市建设”“实施城市生态廊道建设和生态系统修复工程”等。同时，在国家生态文明建设战略框架下，由大水大绿的外延式景观生态建设，向综合权衡社会、经济与生态关系的内涵式生态建设转变。2021年，中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》要求“坚持人与自然和谐共生，……推动构建人与自然生命共同体”，要求“建立分层次、分区域协调管控机制，以自然资源承载能力和生态环境容量为基础，合理确定城市人口、用水、用地规模，合理确定开发建设密度和强度”。城市和城市群生态安全、人居环境健康一直是快速城市化地区生态文明建设研究的热点问题。因此，梳理生态城市的内涵演化和建设路径，研究城市生态系统动态平衡机制是构建以城市生态安全格局、生物多样性保护、人居环境健康和绿色转型发展为框架的生态城市建设的重要内容。
三、最新进展
把城市当作生态系统研究，是现代生态学与城市学相互交汇的必然趋势。国内外学者从生态系统内部平衡过程和外部环境驱动因素两个对立面理解城市生态系统动态，开展相关研究。一是从城市生态系统的供需关系出发，研究通过土地利用变化对城市生态系统的跨尺度影响、城镇化进程对城市生态系统需求的影响。二是围绕土地利用/覆盖、生物地球化学循环、气候变化、水文系统和生物多样性等方面，探讨社会、经济和自然因素对城市环境变化的驱动作用及响应机制。三是基于复杂性理论，研究城市生态系统演化机制、城市生态系统模拟和评价、绿地系统恢复和规划等城市生态管理中的热点问题。四是应用城市科学理论，利用景观格局分析、景观生态服务价值分析、系统能值分析、生态健康评价及耦合关联分析等方法，系统化递进式开展城市生态系统建设特征和问题的分析与诊断，并提出城市生态建设路径。五是建设城市生态站，开展长期生态学研究。如Phoenix、Baltimore和北京城市生态系统研究站，归纳和总结城市生态系统结构-格局-过程和功能演变，开展生态规划、生态管理和生态工程等示范。六是城乡梯度法、生物地球化学循环、物质流等新方法和遥感观测、长期监测、生态模型和生态模拟等新技术的广泛应用。
但是，由于城市生态系统的复杂性和人类活动与自然过程的交织，现阶段研究仍然存在如下问题：（1）研究内容以理论为主，缺少应用性实证研究支撑。如城市生态系统的模拟实验往往由于城市土地的高价值很难实现；（2）研究深度不足以探明城市内各要素之间的相互关系。如城市建设和城市生态系统两者耦合性关系、人城自然三者有机协调关系等；（3）研究缺乏系统性和整体性。未将人城自然作为一个整体，生物地球化学循环方法没有考虑社会经济系统中的元素循环、物质流分析中没有统计自然系统的物质迁移等。这亦是在城市经济建设中，科学构建健康稳定的城市生态系统亟待解决的关键问题。
因此，做好人城自然平衡机制指引下的城市生态系统建设顶层设计，运用生态学系统思维指导城市规划与建设，将是保持城市健康发展的基石。城市生态系统构建是城市建设的核心部分，运用系统平衡理论，统筹经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设五位一体的城市建设，建立基础资料数据库，动态评价人-城-自然三者的耦合状态，推动城市建设步入良性发展的轨道，实现人城自然的高度和谐。
四、重要意义
系统开展人城自然和谐的城市生态系统平衡机制研究可促进城市生态学理论的不断丰富，更加清晰的阐释自然系统和人类系统交互的城市系统的复杂性。探明人城自然和谐的城市生态系统平衡机制，一是有利于科学指导城市规划，提升城市生态系统服务功能，促进城市健康发展；二是有利于加快完善城市更新，保证城市自然资源的稳定，提高城市免疫力和自我恢复能力；三是有利于有效提升城市管理水平，保证“自然-经济-社会”复杂系统的正常运行，从而实现经济效益、社会效益和生态效益的统一。
