第一节
生态安全问题的形成背景

随着人口急剧增长和经济社会快速发展，城镇化已经成为人类社会发展的必然趋势。城镇化快速发展，伴随着高强度的土地开发与土地利用方式的快速转变，这使原本脆弱的生态环境更趋恶化，如生态用地流失、生态系统服务下降、环境健康风险加剧等，由此影响到了城市生态安全 ^[1] 。城镇化还带来了不同空间尺度的生态环境问题，如景观破碎化、生物多样性降低、化学污染、水文系统改变等。这些问题严重影响生态环境，并随着工业化的加速发展与其带来的破坏的增加，进一步加剧生态环境恶化，给人类社会带来更严重的问题，如城市热岛效应、海洋污染、雾霾、全球气候变暖等。

一、人口城镇化

根据联合国《2017年世界人口展望》，2017年，世界人口超过了75亿人，并以每年约1.11%的增长率增长，预计到2056年将超过100亿人。此外，世界人口中有60亿人生活在欠发达国家，有12亿人生活在较发达国家，其中54.7%的人口生活在城镇地区。联合国预测，到2030年，世界人口将达到85亿人，其中约60%将是城镇人口，人口超过100万人的城市将从2016年的512个上升到662个，城市数量将增加30%。

2000年至2017年，我国年末总人口由12.67亿人增至13.90亿人 ^[2] ，增长了大约10%。而同期的全国城镇人口，却从45 906万人上升到81 347万人（图1-1），增长了大约77%。全国的城镇化率从2000年的36.22%上升到了2017年的58.52%（图1-2）。

在世界上所有国家城镇化进程中，一些大城市会发生人口数量剧增、人口密度过高的情况，我国也不例外。在我国城市发展过程中，人口剧增比较突出的城市有北京、上海、广州、深圳。以北京为例，根据国务院2003年批复的《北京城市总体规划（2004—2020年）》，在2020年，北京市总人口规模规划控制在1 800万人左右，然而2010年11月进行的第六次全国人口普查数据显示，北京市常住人口为1 961.2万人，远远超过了北京市对人口的容量。到2012年末，北京常住人口已达2 069.3万人，按照居住时间来看，在北京居住半年以上的外来人口达到773.8万人。《2011年北京社会建设分析报告》指出，北京城六区的人口密度超过了世界上以人口密集著称的伦敦和东京，达到了7 837人/km ² 。在首都功能核心区，人口密度更是高达22 000人/km ² 。人口问题是北京在“十二五”期间遇到的最大的问题之一。而北京面临的能源、交通、就医、就学、就业、居住、治安等突出问题，无不与人口规模、结构、分布及人口管理密切相关。

城镇化是人类经济社会发展进程中不可缺少的一个环节，实现城镇化需要一个载体空间，城市就是城镇化的载体空间。目前，第三世界国家的人口正在以极快的速度向城镇地区聚拢，预计未来均衡的城镇化率将会接近于85%，到2030年，在城镇地区生活的人口会接近全球人口的2/3。从全球发达国家和我国城市发展经验来看，人口从农村向城市聚拢的城镇化进程中，社会的经济结构会随之发生巨大变化，不可避免地会出现各种城市问题，例如交通拥堵、环境恶化、资源短缺、城市贫困、社会矛盾、安全危机等，这些城市问题统称为“城市病”。“城市病”会增加经济社会发展成本，破坏人类生存和发展的空间，制约城市的健康发展和城镇化的可持续推进。

我国人口城镇化率在2011年已经达到51.27%，2011年全国288个地级及以上城市市辖区实现地区生产总值（GDP）29.3万亿元，占全国GDP总量的62.0% ^[3] 。由此可以看出，城市在我国经济快速增长的城镇化进程中扮演了重要的角色。而在经济快速增长的城镇化进程中，“城市病”问题也相当突出，不容忽视，主要体现在如下几方面：

（1）交通堵塞问题。一方面，我国已经全面进入汽车大众消费时代，家庭拥有私家车比较普遍，汽车拥有量最多的地区是人口集聚的城市。另一方面，城镇化快速发展会使生产和生活活动更加密集，给原有的城市空间布局以及城市交通基础设施带来严峻的挑战。交通堵塞除了在我国北京、上海、广州、深圳等一线大城市较普遍以外，在中小型城市甚至在城镇地区都是比较普遍的现象。人们出行通勤的成本会因此而增加，交通堵塞严重影响城市人居环境，成为城市发展的头号“疾病”。

（2）生态环境恶化。中华人民共和国成立以来，特别是改革开放以来，多年的经济高速增长主要是建立在以高消耗、高排放为特征的粗放型城镇化发展的基础之上，这种粗放型城镇化发展是以破坏环境为代价的。单从城市环境角度来看，目前我国在城镇化快速发展的进程中面临的资源与环境挑战至少包括以下三方面：土地和水资源稀缺度加大，人地矛盾尖锐；能源存量结构严重失衡，城市建设能耗增长过快；城镇化驱动力失调，污染排放在一定程度上失控等。由此可以看出，城市环境压力日益明显。

（3）资源短缺形势日益严峻。在我国城镇化快速发展的进程中，土地、水资源、能源、原材料等资源被大量消耗，这使得资源短缺趋于严重；我国整体资源表现出城市缺水、耕地面积减少、绿地减少等问题，同时很多原材料需要大量进口。例如，2009年，我国的石油净进口量达到2.17×10 ⁸ t，占国内油品消费量的近57%；我国进口铁矿石6.28×10 ⁸ t，铁矿石进口依存度达到63.9%。事实上，我国城市地区是能源和原材料消费的集中地区，2010年，我国的水泥消费量达到1.851×10 ⁹ t，占全球总消费量的56.2%。与此同时，城市土地和居民用水水资源也日益紧缺。

（4）城市社会问题突出。社会问题实质上就是民生问题。城镇化发展导致人口向城市汇集，城市基本公共服务资源的需求量较之前大幅增加，而与人们日常生活息息相关且为人关注的城市地区的教育、卫生、医疗等基础设施和服务总量是有限的，其发展跟不上城市人口需求的增加，这就导致了资源占用不公平现象，从而引发社会矛盾。另外，城市新增贫困人口问题在近几年越来越严重，失业人员、伤残人员、特困职工和部分农民工都属于贫困人口。特别是农民工在短期内很难真正融入城市社会，容易出现心理失调、社会分化等问题。

（5）城市公共安全隐患增加。由于城镇化进程中整个城区的生态环境都会改变，这样就容易出现和增加安全隐患，其中包括城市地面下沉、城市内涝、城市火灾与爆炸、城市工程质量事故、高新技术事故（如控制系统失灵）、个人信息泄露、城市流行疾病等隐患。目前，我国城市安全保障系统还不是很完善，城市公共安全隐患较严峻。

二、土地城镇化

随着当代城镇化进程的加快，城镇化的建设和人类活动对城市的土地环境造成了强烈干扰。土地是一座城市的生态系统的重要组成部分，它提供了多样的生态系统服务功能。然而，伴随着土地的城镇化、人类活动的密集，以及工业、建筑用地和人工景观不断增加，土地的退化与污染越来越严重。天然土地由于土壤硬化使得地表逐渐封实，土地的植被覆盖和土地利用的格局因高强度的人类活动而被大大地改变，这对土地的生态系统服务功能造成了较大的影响，土地中的生物多样性发生变化，超出土地自然生态功能调节的阈值，衍生出一系列土地生态问题。

粤港澳大湾区是指由香港特别行政区、澳门特别行政区和广东省的广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市（以下称珠三角九市）组成的城市群。粤港澳大湾区总面积约5.6万平方千米，截至2017年末，粤港澳大湾区人口约为7 000万人，是我国经济活力最强、开放程度最高的地区之一，也是人类活动最为活跃的地区之一。粤港澳大湾区是我国经济最为发达的地区之一，粤港澳大湾区过去30多年的土地利用变化以及土地城镇化，能较有代表性地反映我国经济发达地区在发展过程中面临的土地生态安全问题，同时对其进行分析和研究也能为解决生态安全问题提供启示和借鉴。

从粤港澳大湾区1980—2017年的土地利用类型分布示意图可以看出，2000年以前，粤港澳大湾区的土地利用类型均以耕地与林地为主，中部主要为耕地，而四周边缘地区则主要为林地（图1-3至图1-5）。2000年，粤港澳大湾区开始出现建设用地聚集的现象，此现象主要集中在广州市的中部以及深圳市的南部邻近香港的地区，可以看出粤港澳大湾区一些具有区位及政策优势的地区开始发挥其优势，不断发展经济，建设用地的使用也随之增加（图1-6）。2010年以后，更多建设用地中心开始出现，在经济发展的背景下，这些中心的影响范围比2010年以前出现的建设用地中心更广，并能与其他中心相互影响，形成跨区域的建设用地带（图1-7至图1-9）。到2017年，粤港澳大湾区沿海地区的土地利用类型已基本以建设用地为主，原本在此地分布的耕地也随着建设用地的增加而逐渐减少，两者呈现明显的互补关系（图1-10）。此外，1980—2017年，粤港澳大湾区的边缘地带出现了少量退耕还林（即耕地转变为林地）的现象。

城市迅速扩张，可供使用的建设用地大幅减少。1980—1995年，粤港澳大湾区耕地大量减少且减少的幅度增大，耕地减少的面积从1980—1990年的519.36 km ² 增加至1990—1995年的2 805.45 km ² ；林地和草地面积的增减相对平衡，这两种土地利用类型的总面积未发生较大变化；水域和建设用地面积在这两个时间段内都存在着增加的面积远大于减少的面积的特征。1995—2000年，耕地和林地的面积都出现了剧烈的转化，耕地增加的面积达3 842.91 km ² ，减少的面积达2 554.67 km ² ；而林地增加的面积达2 380.71 km ² ，减少的面积达2 864.31 km ² 。其余年份主要减少的土地利用类型为耕地，主要增加的土地利用类型为建设用地（图1-11）。

（一）粤港澳大湾区土地利用动态变化

研究土地利用动态变化有助于深入剖析粤港澳大湾区的土地变化的时空过程，对该地区未来土地的发展预测和评估生态环境影响有重要的作用。土地利用动态变化主要通过计算单一土地利用类型动态度指数进行分析。

式中， K 为单一土地利用类型动态度指数； U _a 为实验前该种土地利用类型的总面积； U _b 为实验后该种土地利用类型的总面积； T 为研究时长。

由单一土地利用类型动态度指数的计算公式可知， K 为正值时，所对应的土地利用类型在对应的时间区间内总面积减少， K 为负值时则相反，且 K 的绝对值越大，变化幅度越大。

1995—2000年，粤港澳大湾区的耕地和林地的动态度指数几乎为0（图1-12），但从图1-11可以看出，该时段这两种土地利用类型均出现了大幅度增加和减少，再结合图1-12，可以发现，一部分的建设用地转化成为耕地与林地，而另一部分的耕地与林地存在相互转化的现象。

由图1-13至图1-15可以看出，粤港澳大湾区的三个主要区域——珠三角九市、香港、澳门的土地利用动态变化存在着较大的差异。

珠三角九市的未利用地在1990—1995年出现较大幅度的增加，而1995年后又以较快的速度减少，波动幅度较大；建设用地在1990—1995年与2000—2005年两个时间段都出现了较快的增长，其余用地类型的变化幅度均较小（图1-13）。

香港地区出现较大幅度变化的土地利用类型为耕地与建设用地。香港地区的耕地在1990—1995年出现大幅度的减少，在1995—2000年又出现了更大幅度的增加，可以判断香港地区的耕地在1995年前后出现了大幅度的变化；而建设用地在1990—1995年出现大幅度的增加，在1995—2000年出现较大幅度的减少，这两种用地类型的变化基本呈现互补的关系。其余用地类型的变化幅度均较小（图1-14）。

澳门地区出现较大幅度变化的土地利用类型为水域与建设用地。澳门地区的水域面积在1980—2005年呈现出剧烈波动的特征，每个时间段均在快速地增加或减少；建设用地的变化规律与珠三角九市、香港地区类似，均在1990—1995年及2000—2005年出现较大规模的增长。此外，除了未利用地也在2010—2015年出现大幅度的减少外，其余用地类型的变化幅度均较小（图1-15）。

（二）粤港澳大湾区各城市绿地面积及其占比

1.粤港澳大湾区绿地分布

由图1-16至图1-23可以看出，粤港澳大湾区珠三角九市区域的绿地（包括林地和草地）主要分布于肇庆市、惠州市、江门市及广州市北部等珠三角边缘地区，而粤港澳大湾区的内湾区，包括佛山市、东莞市、深圳市及广州市西南部等区域绿地分布较少。

2.粤港澳大湾区绿地面积及其占比

由图1-24可以看出，绿地总面积最大以及绿地面积占比最高的均为肇庆市，其次为惠州市；香港特别行政区的绿地总面积虽然排名靠后，为2 000 km ² 以下，但其绿地面积占比高达50%，位于粤港澳大湾区城市的前列；而广州市的绿地总面积排名靠前（位于第四），其绿地面积的占比却低于香港特别行政区与江门市，在1990年前甚至低于深圳市。绿地总面积最小以及绿地面积占比最低的城市均为澳门特别行政区，其各年的绿地总面积均在20 km ² 以下，其绿地面积占比虽然在2005年后有所上升，但也在20%以下。

由图1-24可以看出，绿地面积占比在1980—2017年变化幅度最大的城市为东莞市与深圳市，东莞市绿地面积占比在1990年后开始迅速下降，其绿地面积占比在1990年接近40%，在2010年降至30%以下，2010年后其下降速度开始趋于平稳且绿地面积占比逐渐慢速回升，但依然不超过30%。深圳市绿地面积占比的变化规律与东莞市相似，其从1990年后呈现总体下降的趋势，由1990年接近50%下降至2015年的35%左右。除澳门特别行政区外，其他城市的绿地面积占比在1995年均出现波动，其他年份均变化平稳。

斑块是景观格局的基本组成单元，反映了系统内部和系统间的相似性或相异性。斑块面积大小不但影响物种分布和生产力水平，而且影响能量和养分分布。一般来说，斑块面积越大，物种多样性越丰富。香农指数反映景观异质性，对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。在一个景观系统中，土地利用越丰富，破碎化程度越高，其不定性的信息含量也越大，计算出的香农指数值也就越高。

由图1-25可以看出，1980—2017年香港特别行政区的平均斑块面积略大于珠三角九市的平均斑块面积，且两者均远大于澳门特别行政区的平均斑块面积。可以推测出澳门特别行政区的斑块破碎程度较大（这可能与澳门特别行政区有限的陆地面积有关）。珠三角九市与香港特别行政区香农指数均在1.2附近波动，而澳门特别行政区的香农指数波动较大，其最高值达1990年的1.43，最小值为2017年的0.89。可以推测珠三角九市与香港特别行政区的生态系统较为稳定，土地利用类型较为丰富且其面积常年保持在一个稳定区间内；而澳门特别行政区的生态系统波动幅度较大，生态系统不稳定，人为干扰容易对环境造成不可逆的破坏。

（三）粤港澳大湾区城市生态系统时空变化过程与影响要素分析

1.大湾区建设用地转移规律

由图1-26可以看出，1980—2017年建设用地主要转入来源为耕地，其次为林地，其中1990—1995年耕地转为建设用地的面积最大，为1 540.01 km ² 。1995—2000年出现了大量建设用地转为其他土地利用类型的现象，此时间段建设用地转出为耕地的面积为881.85 km ² ，转出为林地的面积为323.75 km ² ，转出为水域的面积为174.09 km ² 。其他时间段建设用地均以转入为主。

2.各城市建设用地重心变化

广州市的建设用地重心在2005年以前具有往东南方向移动的总体趋势（图1-27），而在2005年后逐渐向西北方向移动，最终在黄埔区与白云区的交界处移动速度逐渐降低。

深圳市的建设用地重心在1990—2000年出现了较大幅度的移动，但总体依然呈现出向北移动的趋势（图1-28）。珠海市则由岛屿与陆地之间逐渐移至香洲区内（图1-29）。

从广州市、深圳市、珠海市建设用地重心的总体变化趋势可以看出，珠三角九市城市发展最快的三个城市的建设用地从沿海岸地区向内发展，体现了这几个城市市中心用地逐渐饱和并有逐渐往郊区甚至农村发展的趋势。而香港特别行政区和澳门特别行政区的建设用地重心分别呈现出西移和南移的总体趋势（图1-30、图1-31），这可能与政策的调整和填海造地有关。