京津冀区域城市化过程及其生态环境效应

本书重点从以下几个方面来展现我国的城市化区域的城市化进程及其产生的生态环境效应。（1）2000年-2010年京津冀城市化的状况、扩展过程、强度及其生态环境影响（2）2000年-2010年京津冀生态系统与环境质量状况及变化（3）2000年-2010年京津冀城市化的生态环境胁迫与效应（4）京津冀城市化趋势及其生态环境问题与对策

目录
总序
前言
第1章 京津冀城市群城市化及生态环境概况 1
1.1 京津冀城市群概况 1
1.2 京津冀城市化过程及其生态环境效应 6
第2章 京津冀城市群生态环境评估的技术方法概述 8
2.1 调查评价目标和内容 8
2.2 研究框架 9
2.3 数据收集及数据库建设 14
2.4 分析与评价方法 15
2.5 主要技术难点及相关解决方案 17
第3章 京津冀城市群城市化进程及其影响因素 19
3.1 土地城市化格局与演变 19
3.2 人口城市化格局与演变 30
3.3 经济城市化格局与演变 32
3.4 城市化进程综合评估与影响因素分析 35
第4章 京津冀城市群生态质量特征与演变 50
4.1 生态系统时空分布特征 50
4.2 植被覆盖的时空分布特征 63
4.3 生物量空间分布特征及其变化趋势 68
4.4 净初级生产力分布特征及变化趋势 71
4.5 生态质量综合评估 73
第5章 京津冀城市群环境质量及资源环境利用效率 79
5.1 环境质量 79
5.2 资源环境利用效率 84
第6章 京津冀城市群生态环境胁迫特征与演变 96
6.1 人口密度 96
6.2 经济活动强度 98
6.3 水资源开发强度 99
6.4 能源利用强度 100
6.5 大气污染 101
6.6 水污染 104
6.7 热岛效应 105
6.8 生态环境胁迫综合评估 108
第7章 京津冀城市群城市化的生态环境效应 111
7.1 城市化对生态质量的影响 111
7.2 城市化对环境质量的影响 116
7.3 城市化对资源环境利用效率的影响 122
7.4 城市化对热岛效应的影响 124
7.5 城市化的生态环境效应综合评估 129
第8章 重点城市主城区扩展及其内部格局特征与演变 131
8.1 重点城市主城区扩展时空特征及对比分析 131
8.2 重点城市主城区内部精细景观格局特征与演变 149
第9章 重点城市城市化的生态环境效应 161
9.1 重点城市生态质量特征与变化 161
9.2 重点城市资源环境利用效率变化 170
9.3 重点城市生态环境胁迫变化 190
第10章 总体状况及政策建议 215
10.1 总体状况 215
10.2 生态环境保护建议和对策 217
参考文献 219
索引 225

    靠前章 京津冀城市群城市化及生态环境概况

    城市和城市群是人类活动很为集中的区域，也是对生态环境影响不错烈的区域。城市化带来的一系列生态环境问题已经威胁到城市和区域的可持续发展，城市化与生态环境之间的矛盾日益加剧。目前，我国正处在城市化的快速发展阶段，预计到2030年，我国城市化率将超过65%，城市人口达10亿左右。分析城市化对生态环境的影响是我国当前推进城市群可持续发展的迫切需要和亟待解决的重大科学问题。京津冀城市群以北京、天津和唐山等重点城市为核心，是我国区域经济增长很快、经济发展水平优选的地区之一。本书以京津冀城市群为研究区，通过定量分析京津冀区域城市化过程、调查城市群的生态环境质量变化、评估城市化的生态环境效应，为促进社会经济发展、提高人居环境质量和增强区域生态系统服务功能提供科学依据。本章将简要介绍京津冀城市群的自然和社会经济概况、城市化过程及其面临的主要生态环境问题，为后续章节的展开奠定基础。

    1.1 京津冀城市群概况

    改革开放以来，京津冀地区城市化发展迅速，借助自然资源、政治中心、经济产业、交通枢纽和地理区位等优势，成为中国经济增长很快、经济发展水平优选的地区之一。同时，大规模、快速的城市化发展及不合理的人类活动，也给该区域带来了一系列严重的生态环境问题。

    1.1.1 自然地理

    京津冀城市群位于华北平原东北部，地处113°27′E~119°50′E，36°05′N~42°40′N，北枕燕山，西倚太行山，东临渤海湾，总面积21.6万km2(图1-1)。受燕山、太行山、内蒙古高原的影响，地势西北高，主要为高原山地地貌；东南低，主要为平原地貌。该地区的河流发源于太行山和燕山山脉，均注入渤海，主要分为海河和滦河两大水系。京津冀地属暖温带半湿润季风气候带，全年无霜期较长，气候温和，适宜各种农作物生长。春季干旱多风少雨，夏季湿润多雨，秋季秋高气爽少雨，冬季干冷少雨雪。年平均气温在0~14.5℃，年日照时数在2400~3100h，平均年降水量为525mm，年潜在蒸发量在900~1400mm。

    图1-1 京津冀城市群区位

    京津冀城市群的森林覆盖率较低，北京、天津和河北分别为35.84%、9.87%和23.41%，人均森林覆盖面积为0.027hm2、0.007hm2和0.059hm2，在内地31个地区中排名倒数第四位、倒数第二位和倒数第七位(中华人民共和国国家统计局，2015)。受城市化和人类活动的影响，京津冀的野生物种主要分布在西北部山区。其中，河北省高等植物较为丰富，全省有204科940属2800多种，其中蕨类植物21科，占全国的40.4%；裸子植物7科，占全国的70%；被子植物144科，占全国的49.5%；陆生脊椎动物540余种，其中鸟类420余种，约占全国的33.5%(王洪梅，2004)。

    京津冀地区的主要粮食作物是小麦、玉米、谷子、水稻、高粱、豆类等，经济作物是棉花、油料、麻类等。其中，冬小麦种植面积和产量居各种粮食作物之首，是全国小麦主产区之一(王洪梅，2004)。河北省成矿地质条件优越，矿产资源比较丰富。现已发现各类矿产129种，探明储量78种，其中保有储量居全靠前地省份前6位的达38种(王洪梅，2004)。京津冀海岸线总长640多公里，是具有巨大开发潜力的“黄金海岸”。中国四大盐场之一的长芦盐场、大港油田、任丘油田和黄渤海渔场均分布在这里，为京津冀城市群的经济发展提供了丰富的物资保障。

    1.1.2 社会经济

    京津冀城市群所接省域为:以北与辽宁、内蒙古相接壤，以西与山西交界，以南与河南、山东相邻，以东紧傍渤海。包括北京、天津两个直辖市，以及河北省的石家庄、邢台、邯郸、唐山、秦皇岛、承德、廊坊、沧州、保定、张家口和衡水11个地级城市(图1-2和表1-1)。

    图1-2 京津冀城市群组成

    改革开放以来，京津冀地区经济发展迅速。京津冀以北京和天津为经济增长龙头，带动了整个地区的经济腾飞，成为中国经济增长很快、经济发展水平优选的地区之一(王少剑等，2015)。京津冀城市群是我国继珠三角和长三角之后又一经济快速发展的地区。区域内资源丰富、工业基础良好、科学技术发达、交通便利、区位优越。京津冀地区是从太平洋到欧亚内陆的主要通道和欧亚大陆桥的主要出海口，是我国参与靠前经济交流与合作的重要枢纽与门户。

    2015年，京津冀地区拥有常住人口8971万人，占全国的6.5%(中华人民共和国国家统计局，2016a)。该地区人口密度为415人/km2，而同期全国为143人/km2，其中北京更是达到1322人/km2，约是全国的9.2倍(中华人民共和国国家统计局，2016a)。2000~2012年，京津冀人口增速明显高于同期全国平均水平，人口大幅增长地区主要分布在北京、天津及石家庄、保定、唐山等大城市。京津冀三地间人口流动频繁，北京户籍人口年均增长率中近1/5来自河北，且呈逐年上升趋势。

    表1-1京津冀城市群范围一览表

    2015年，京津冀城市群的靠前生产总值(GDP)为69313亿元，占全国的10.24%，在全国22个城市群中排名第三(中华人民共和国国家统计局，2016b；河北省统计局，2016a；北京市统计局，2016a；天津市统计局，2016a)。总体上看，京津冀城市群的三次产业结构为“二三一”。其中北京于1994年率先实现“二三一”到“三二一”的转变，并且第三产业在GDP中所占比重越来越大(叶立梅和崔文，2004)。天津作为老的工业城市，目前仍处于“二三一”结构，第二产业所占比重仍优选，其中电子信息产品制造、医药业占知名品牌地位(马献林，1995)。同时，第三产业比重不断上升，正处于“二三一”到“三二一”的转变中。河北目前是典型的“二三一”结构，第二产业将在一定时期内仍保持对国民经济增长的支柱作用(崔文静和王莉娟，2015)。

    1.1.3 生态环境概况

    京津冀区域地质地貌环境复杂，资源与环境长期被过度利用，整个区域的可持续发展能力严重受损(把增强和王连芳，2015)。据中国社会科学院和首都经济贸易大学联合发布的《京津冀发展报告(2013)———承载力测度与对策》报告显示，北京的综合承载力已进入危机状态，天津已达警戒线，河北发展空间有限。生态环境形势严峻已成为制约京津冀可持续发展的重要因素之一(冯海波等，2015)。具体表现为以下几个主要方面。

    (1)水资源短缺，水质污染严重

    京津冀地区是我国水资源很短缺的地区之一，所属的海河流域具有“十年九旱”之称。1956~2000年多年平均水资源量为153.5亿m3，人均水资源量仅有320m3，属于重度资源型缺水地区(封志明和刘登伟，2006；卢路等，2011)。20世纪80年代以来，京津冀地区年降水量减少，中旱、重旱面积呈增加趋势，加剧了水资源供需矛盾(严登华等，2013)。1953~2010年，73个水文站点中74%的站点径流量显著减少，15个水资源区中12个显著下降(徐华山，2015)。因地表水资源不足，过度开采地下水，海河流域地面累计沉降量大于200mm的沉降面积近6.2万km2，出现了30多个地下水漏斗区，形成了全国面积优选的地下水漏斗连绵区(乔瑞波，2009；中华人民共和国国土资源部和中华人民共和国水利部，2012)。而且，京津冀城市群的水质污染十分严重。2014年，京津冀水资源总量仅占全国的0.51%，然而化学需氧量(COD)排放量占全国的7.2%，氨氮排放量占全国的6.13%(中华人民共和国国家统计局，2015)。

    (2)空气污染严重

    京津冀地区是我国空气污染很严重的地区。2008~2010年，大气酸沉降年度总量为4.2~11.6keq/(hm2·a)，是同纬度发达国家的几倍甚至几十倍(Pan et al.，2013)。

    2003~2012年，PM10和SO2是京津冀大气污染的首要污染物(梁增强等，2014)。从2012年开始，国家试行新的空气质量标准，并开始监测PM2.5，PM2.5成为京津冀大气污染的首要污染物。该区域大量的水泥、钢铁、炼油石化等高污染产业排放了大量的大气污染物，加之太行山和燕山地形和气候系统不利于污染物扩散，是造成空气污染的主要原因(王跃思等，2014)。近年来，京津冀城市化快速发展，不断开工的建设项目的扬尘污染和日益增多的机动车尾气排放，已成为大气环境中继燃煤废气污染之后的又一重点污染源。

    (3)水旱灾害频繁，水土流失严重

    京津冀植被覆盖率不高，植被水源涵养调蓄能力较差。大部分山区土层薄，在失去地表植被保护的情况下，一旦遭遇暴雨，极易发生山洪、泥石流和水土流失灾害(李晓松等，2011)。遇到干旱少雨的年份，降水减少，蒸发量大，干旱化加剧，荒漠化区域增大。

    以北京为例，多年的建设开发严重破坏了原生植被覆盖，导致水土流失比较严重。2000年调查表明，全市水土流失总面积为4088.91km2，约占全市土地总面积的24.3%，其中轻度侵蚀2974.70km2、中度侵蚀1114.21km2(靳怀成，2001)。“十二五”期间，京津冀大力度推进生态环境建设、治理水土流失，启动实施密云水库上游生态清洁型小流域建设和滦河流域国土江河综合整治试点，生态环境得到一定程度的改善。

    (4)城市热岛效应显著

    城市人为热释放直接决定了城市热岛效应的强度，同时城市下垫面变化也在一定程度上影响了地表能量平衡并加剧了城市热岛强度(刘伟东等，2016)。1971~2010年，北京、天津和石家庄平均气温热岛强度总体呈上升趋势，北京的热岛效应不错，为1.26℃；其次为天津0.9℃，石家庄相对较弱，为0.75℃；其中，石家庄平均气温的热岛效应近40年增加很显著，每10年达0.13℃(刘伟东等，2016)。热岛强度明显的区域主要集中在工业区、道路建筑人口密集的区域(Gai et al.，2011)。随着城市的快速扩张，热岛的影响范围也随之增大，尤其北京、天津的城市热岛逐渐由孤岛转化为热岛链或热岛群。

    (5)生态系统退化

    由于长期的人类活动干扰，京津冀地区的森林生态系统遭受了极大的破坏，尤其原始林已经不复存在(王洪梅，2004)。随着人们对森林生态功能重要性的逐步认识，京津冀相继开展了封山育林、退耕还林、水土保持、水源地保护等保护和恢复措施，促使次生林和灌丛逐步恢复。1950~2015年北京的林木覆盖率从1.3%提高到59%。尽管这些措施对京津冀地区的森林生态系统恢复起到一定程度的积极作用，但是次生林生态系统不成熟、不完善，人工林品种单一、病虫害严重等问题，致使京津冀地区的森林生态系统不能充分地发挥其应有的生态服务功能。

    (6)湿地减少，生物多样性减少

    湿地，被称为“地球之肾”，是地表生物多样性很富有的生态系统之一，对保护环境起着极其重要的作用(牛振国等，2012)。1950年，京津冀所在的海河流域天然湿地广泛分布，约有10000km2，到20世纪70年代锐减到889km2，当前依然处于持续萎缩的趋势(郭丽峰等，2005)。白洋淀是京津冀优选的淡水湖。20世纪80年代以来，白洋淀水源补给不足、水位下降、干淀等问题频繁。1996年白洋淀的优选水量已经减少为1963年的1/10(刘春兰等，2007)。1974~2007年，湿地面积从249.4km2下降到182.6km2，减少了26.8%(庄长伟等，2011)。湿地生物多样性急剧减少，藻类种类减少了15.5%，鱼类种类也减少了44.4%(郭丽峰等，2005)。可见，京津冀地区的湿地生态系统退化，已经严重影响了该地区的生态安全和区域可持续发展。

    1.2 京津冀城市化过程及其生态环境效应

    改革开放以来，京津冀地区经历了快速的城市化过程。1980~2015年，京津冀的城市化率从38.86%增加到62.53%，高于全国城市化率水平55.88%(王少剑等，2015；中华人民共和国国家统计局，2016a)。2015年，北京的城市化率为86.5%(北京市统计局，2016b)，天津为82.64%(天津市统计局，2016b)，河北为51.33%(河北省统计局，2016b)。城市化是一个经济、社会、文化等多种因素综合发展的过程，它不仅表现为人口由农村向城镇的转移集聚、城镇人口逐步增加，还表现为农业景观向城市景观转换、农业地域向城市地域转换导致城镇数量的增加和城镇规模的扩大。