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修订日期：2008-01-02
文章编号：1007-7588(2008)04-0578-07
与其他地球生物种群一样，人类的生存和发展始终没有摆脱过对周围资源环境的依赖[1，2]。随着科技发展，今日人类社会对资源环境基础的依赖表现得比以往任何时候更加强烈[3]。作为现代人类文明的集中体现者和领导者，城市(镇，下同)化发育过程的土地资源占用或消费情况正是如此[4]。
1 系统发育与生存法则
1.1 生态系统
“生态”一词的基本含义是指地球表层生命物质空间组织状态、演进环境及其特征。“生态系统”是指各生态群落组成的空间复合体，其基本功能是维系系统内不同物种群落的正常能量与物质交换和循环。由于所处生存和发育环境各不相同，各类生态系统内部的能量物质交换和循环方式也就不同。
就整体而言，目前地球表层存在着两个能量交换和循环方式相左的生态系统：自然生态系统和人文生态系统(图1)。与自然生态系统发育相同，城镇是人文生态系统发育的一种必然结果[5]。为正确地把握城市化的资源环境基础，有必要对城镇生态系统与自然生态系统的发育法则进行一些比较。
1.2 自然生态系统
自然生态系统(Physical-ecosystem)又可以称为原生态系统，是指没有或者是没有明显地被人类改造的地表原生态系统。一般地，自然生态系统发育主要体现在以下3个基本特征：物种多样化、种群发育有机平衡、空间组织结构多元化[6，7]。在这3者中，物种多样化是系统基础；种群发育平衡是系统规则；空间组织则是系统格局(图2)。
1.3 人文生态系统
人文生态系统(Human Ecosystem)是在人类社会文明发展过程中建立起来的生态系统[8，9]，与自然生态系统有着完全一致的发育特征。
图1 地球表层生态系统组成
Fig.1 The composition of eco-systems on the earth
(1)物种多样化方面，人文生态系统也包括了相当于自然生态系统初级生产者或能量转换者的物质采集和采掘、相当于自然生态系统的中级生产者或能量转换者的物质加工和相当于自然生态系统的高级生产者或能量转换者的物质分配与流通三大基础部门。这也就是人们通常所熟悉的第一产业、第二产业和第三产业(图3)。
图2 自然生态系统发育基础、生存法则与空间组织
Fig.2 Foundation，law and organization of physical-ecosystem
(2)尽管人文生态系统诞生于自然生态系统，且同样遵循种群发育的有机平衡，但是，随着系统发育逐步走向成熟，其系统发育特征越来越背离自然生态系统的发育法则。
随着资源环境开发广度和深度的不断增加，人类社会开始逐步建立起了一种与自然能量交换相佐的物质交换体系。这种人类社会的物质、能量及人员交换体系完全建筑在货币化的基础之上。随着这种交换体系走向成熟，现代人文生态系统便逐步形成了与自然生态系统完全不同的发育特征。
在人类文明发展的初级阶段，由于人类社会生产的资源投入主体与自然生态系统并无本质上的差异，即主要依赖包括气候和热量等要素在内的水土(地)资源，因此，古代人文生态系统的发育平衡状态与自然生态的并没有根本性差异。换言之，建立在水土两大资源开发基础上的传统农业生产，其物质能量的转换始终无法从根本上摆脱自然生态系统种群发育“金字塔”定律的束缚。
进入工业化时期后，现代人文生态系统的自然资源投入要素组成发生根本性变化。建立在以矿产资源开发和加工为主基础之上的工业化生产创造出了一种与传统农业社会完全不同的物质能量转换和交换机制。这种完全崭新的机制不是通过自然发生过程，而是通过有效控制物质自身物理和化学的变化过程来实现满足人类社会自身生存和发展需求的一切物质再创造。在这种新机制下，产品结构的多元化发展和产业链条的不断延长便构成整个现代社会生产的两大基本特征。
新的投入机制和新的生产方式不仅极大地改变了人类资源环境的开发状态，而且完全改变人文生态系统的内部产出结构。世界各国的实践均已表明，随着工业化进程的加快，现代人文生态系统的内部产出结构中直接生产者(相当于自然生态系统的初级生产者或能量直接受益者)无论在人员和产出效益上所占的比重越来越小。相反间接生产者(相当于自然生态系统的中级生产者或能量间接受益者)和诱发生产者(相当于自然生态系统的高级生产者或能量诱发受益者)所占比重则越来越高。无疑地，作为这种内部产出变化的必然结果，现代人文生态系统迅速地跨越了“2”这一代表自然生态发育的值域门槛，从而进入了一个更为广阔的发育空间。例如，在制造业生产中，产品的设计、运输、销售及售后服务则逐步成为系统生产投入的关键要素；对服务业发展而言，一旦失去燃料动力的供应保障，庞大的服务网络系统便会顷刻瘫痪，一切物流和信息流也会戛然而止，并导致整个社会变为死水一潭。由于越来越多地依赖间接和诱发两大部门的产出效益，现代人文生态系统最终形成了一种倒“金字塔”发育特征(图4)。这不仅是人文生态系统古代与现代两个发育阶段最显著的区别之一，而且也是现代社会城镇与农村两大地域系统最显著的区别之一[10]。
图3 现代人文生态系统发育及组成特征
Fig.3 Characteristics of human-ecosystem in modem time
图4人文生态系统发育阶段特征
Fig.4 Development stages of human-ecosystem
需要指出的是，与古代社会的城镇相比，现代城镇的职能已经发生了根本性的转变。现代城镇不仅继承了传统社会的集聚生活和集聚消费的功能，而且发展了集聚生产和集聚污染的功能。实际上，正是现代城镇的这种集生活、生产、消费和污染于一体的空间集聚作用，才最终导致了现代人文生态系统倒“金字塔”的发育特征。
(3)在空间组织结构方面，现代人文生态系统也有着与自然生态系统完全一致的基本特征。这种一致性决定了城市和农村两大子系统所构成的人文生态系统发育的基本空间组织形式。尽管在人文生态系统中农村子系统的发育历史最长，但是，在现代发育阶段中，城市子系统发育的多样化程度则表现得更为充分(图5)。例如，美国20世纪40年代的城市分类就已经达到了10个。相比之下，农村子系统的发育则显得要简单了许多[11]。
图5 人文生态系统基本空间组织特征
Fig.5 The spatial organization of human-ecosystem
2 城镇化发育的土地资源消费行为
尽管生物种群间的物质能量的消费行为和特征千差万别，但是，所有生物种群的物质能量消费行为和特征却都是生物种群适应当地资源环境的必然结果。适者生存，万物之道。城镇及城镇化的发育也不例外[12,13]。
以往，回答现代城镇及城镇化发育的土地资源基础并非一件太难的事。由于城镇是第二、第三产业和人口的主要空间集聚地[14～16]，因此了解这两个产业活动和人口集聚的土地占用行为便基本可以确定城市发育的土地资源消费或占用状态(表1)。更何况城镇已经建立了较为完备的信息管理系统，有关土地资源消费和占用情况可以从相关的城市统计资料获取。例如，根据国家公布的数据，2005年，中国的城镇的土地直接占用约为11.2×
，相当于全国国土总面积的1.15％(图6)；然而，城镇土地资源的占用远比人们一般的认识要复杂的多。实际上，作为人文生态系统的重要组成部分，城镇的发育要遵循人文生态系统的生存法则。在这种生存法则下，城镇发育有着与自然生态系统和农村经济完全不同的消费行为和特征，并最终确定了国家或地区城镇化发育的资源环境基础整体框架。
图6 全国土地资源利用及类型构成，2005年
(注：其他农用地中包括园地)
Fig.6 The general pattern of land-use in China，2005
2.1 消费(或占用)行为
现代城镇的消费行为主要取决于城镇自身的功能。随着现代功能的多样化发展，现代城镇的土地资源消费或占用行为也变得复杂起来。根据人文生态系统的生存法则，现代城镇发育的土地资源消费或占用同样可以按照能量转换的过程分为直接、间接和诱发三大组成单元。
(1)直接消费或占用。一般指城镇自身发育或空间扩展过程中土地资源的直接占用。在这里，直接消费或占用通常指的是城镇建成区用地，相关的数据可以通过国家或地区的统计资料中获取或查询。例如，1945年～2002年期间，美国城镇的土地直接占用面积增长了3倍。同样地，2001年英国25个大都市区(包括郊区)的土地直接占用约为全国土地总面积的2.41％。
(2)间接消费或占用。这是指满足城镇日常生活的基本物质消费所产生的土地占用。通常情况下，作为国家或地区消费空间集聚的场所，城镇日常的物质消费不仅数量大，而且种类多。当城镇消费的产品不是产自于城镇的建成区之内，就会产生这类间接的资源环境消费或占用，其中，最为重要的基本物质或能量消费就是城镇居民日常所需的各类农副产品。由于这些农副产品生产所占用的土地资源只能在发生在农村地区而不在城镇的建成区，于是就有了城镇发育的土地资源间接消费或占用。应当说，城镇居民日常的各类农副产品消费往往可以在有关的城镇统计数据中找到。但是，生产这些农副产品的土地占用状态却很难从相关的城镇统计资料中直接查找。
(3)诱发消费或占用。这是指为保障城镇生存与发展的环境而引发的土地消费或占用。通常，这种诱发的土地资源消费和占用主要取决于城镇所在地区的地理环境和生态状态。例如，为了保障城镇居民饮用水的安全，需要在城镇饮用水水源地及上游地区建立相应的水源保护区(带)。此外，为了保证大城镇的空气质量，城镇规划都会对城镇上风向地区大气环境质量的稳定提出相应的规定和要求。特别是对地处半干旱地区大城市而言，更是如此。例如，为了缓解沙尘暴的威胁，北京市加强了对河北省张家口地区和内蒙古自治区生态环境治理和保护的资金和技术投入。这正是城镇化发育土地资源诱发消费和占用的一个典型例证。同样地，城镇垃圾和污水排放所产生的环境污染也应属于这种诱发消费和占用的范畴。在这里可以提出这样一种设想，如果地球上以林地为主的绿地全部消失，那么，各国城镇生存和发育的大气环境还能得到有效的保障吗？显然，结论是肯定的。这就是城镇化发育土地资源诱发消费和占用的真正内涵所在。
2.2 消费(或占用)特征
通常，国家或地区城镇化发育的土地资源消费或占用评价可以通过总体状态和结构演进特征来进行。
首先是总体状态。根据人文生态系统生存法则，现代城镇发育的资源环境消费和占用的总体应是一个倒“金字塔”形态(图4)。换言之，城镇发育的资源环境消费和占用更多的是通过间接的和诱发的，而不是直接的消费和占用来实现的。这就是现代城镇发育的资源环境消费或占用的最基本特征。根据人文生态系统的发育特征，城镇的土地资源总体占用的模型可以表达为：
式中：TLU为城镇或城镇化土地资源总体占用；D为直接占用或消费；I为间接占用或消费；ID为诱发占用或消费。
其次是结构演进特征。这是指城镇化发育过程中城镇土地直接、间接和诱发消费或占用的构成变化状态。根据人文生态系统评价模式，城镇的土地资源占用结构的模型可以表达为：
S
式中：SLR为城镇或城镇化土地资源占用或消费的结构演进系数。城镇化发育的土地资源环境占用或消费结构演进系数的值域可以从1到无穷大。
3 实证分析
为了证实上述城市发育的资源环境消费和占用行为和特征，需要进行有关城市化和城市方面的实证分析。考虑到土地资源消费和占用行为的整体和个体需要，实证分析将按照国家城市化(整体)和城镇(个体)两个层次展开。
3.1 国家层次
根据数据的来源及可靠性，这里选择英国、美国和中国3个国家作为对象国家。
(1)英国。英国是全球现代城市化的先导者。2000年英国人口城镇化①水平达89.5％、经济城镇化②的水平则达91.3％，比现代城市化初期的1790年分别提高了70个百分点和65个百分点。在土地资源的整体占用方同，2000年英国城镇土地占用面积为1.25×(既国家城市化土地资源直接占用，表2)，间接的土地资源占用面积为6.79×，诱发的土地资源占用面积为11.47×。根据城镇发育的土地资源消费或占用模式的计算结果，2000年英国城镇化的土地整体占用面积达到了19.50×，约占英国国土总面积的80.7％。与此同时，英国城镇化的土地占用特征系数也达到了15.55的水平(图7a)。
(2)美国。作为后起国家，美国大约用了150年的时间就基本完成了本国的现代化建设任务。2000年美国的人口城市化水平达到了77.2％、经济城市化水平也达到了88.1％，比1800年分别提高了71个百分点和80个百分点。在土地的整体占用方面，2000年美国国家城市化的土地资源直接占用面积为22.3×(表3)，间接的土地资源占用面积为134.1×，诱发占用面积为254.5×。因此，2000年美国城市化土地资源的整体占用面积达到了411.2×，相当于美国国土总面积的44.9％。与此同时，美国城镇化的土地占用特征系数也达到了18.18的水平(图7b)。
(3)中国。作为世界上最大的发展中国家，中国的现代城镇化虽然只有50多年的发育历程，但是依然取得了巨大进步，特别是在经济方面。2005年中国的人口城镇化水平为42.99％、经济城镇化水平则达到81.7％，与1952年相比，分别提高了30.5个百分点和64.5个百分点。在土地资源的整体占用方面，2005年中国城镇系统的土地占用总面积为420×，约占全国国土总面积的43.8％。其中，直接占用面积为11.2×，间接占用约为148×，诱发占用为261×。相应地，当年中国城镇化发育的土地占用特征系数也达到了38.20的水平(图7c)。
3.2 城镇层次
这里选择的对象城市是英国的伦敦、美国的纽约和中国的上海。
(1)英国伦敦。历经数百年的发展，伦敦始终承担着英国全国的行政、商业与金融管理中心角色。作为目前英国的第一大都市，2000年伦敦的城市人口已经超过了710×
。就土地资源的占用而言，2000年伦敦城市建成区的面积约为622
。然而，根据城市生态的生存法则，伦敦城市的土地资源间接占用面积为9 640，诱发占用面积为16 270。城市的土地资源消费特征系数已经高达42.7的水平(图8a)，为全国的176％。
(2)美国纽约。长期以来，纽约始终保持着美国乃至整个北美大陆最大城市和最繁华的商业贸易中心的地位。2000年纽约城市人口超过了800×。从城市的土地资源占用行为看，2000年纽约城市的建成区(直接占地)面积达到了780。相应地，纽约城市的土地资源间接占用面积为55 726，诱发占用面积为61 851。按照城市土地资源消费或占用的公式计算，2000年纽约的城市土地资源占用特征系数达到了151.7(图8b)，高出全国均值水平7.3倍之多。
图7 国家城镇化的土地资源基础
Fig.7 Total land-use for national urbanization
(3)中国上海。自上世纪初以来，上海始终保持着全国最大经济中心和最大城市的地位。2005年，上海的城镇人口接近1600×。与此同时，上海的城镇直接用地面积为1 344，间接占地面积为42 026，诱发占地面积则达到94 845。根据这一构成状况，2005年上海城镇的土地占用总面积达到了138 215。相应地，上海当年的城镇土地占用特征系数也达到了102.8(图8c)。
上述实证的结果表明，无论是城镇群体(国家城市化)，还是城镇个体，城镇发育的资源环境消费或占用行为绝不仅仅局限在城镇的建成区空间范围之内。相反地，在人文生态系统的生存和发展法则下，城镇发育的土地资源消费和占用行为更多地发生在城镇以外的空间范围上。实际上，正是这种消费或占用的倒“金字塔”型结构特征决定了国家或地区城镇化的土地资源基础。显然，在这种发育特征条件下，没有城乡一体化的基础支撑，没有人文生态系统与自然生态系统一体化的和谐发展，现代城镇化的发育将难以为继。
图8 城市发育的土地资源基础
Fig.8 Total land-use for cities
4 结论
人类文明是一个地球表层物质的再创造过程。在这种再创造过程中，人类极大地增强了对地球表层物质的认识和开发能力，并且逐步建立起了一个人文生态系统，其中最能体现人文生态系统成长的就是城市化。迄今为止，城市化大体经历了古代和现代两个基本发育阶段。
与古代时期相比，现代人类社会发展所依赖的是一种与自然能量交换完全相佐的物质交换机制。这种完全崭新的机制不是通过自然发生，而是通过有效控制物质自身物理和化学变化过程来实现满足人类社会需求的物质再创造过程，于是，产品结构的多元化发展和产业链条的不断延长便构成整个现代社会生产的两大基本特征。新的投入机制和新的生产方式不仅极大地改变了人类资源环境的开发状态，而且完全改变了人文生态系统发育的物质能量投入结构。与自然生态系统发育的情况相比，现代人类生态系统的发育越来越多地依赖间接生产者(相当于自然生态系统的中级生产者或能量间接受益者)和诱发生产者(相当于自然生态系统的高级生产者或能量诱发受益者)所提供的物质能量，而不是直接生产者(相当于自然生态系统的初级生产者或能量直接受益者)所提供的物质能量。
新的物质能量投入结构产生了新的生态系统生存法则。在这种新的生存法则下，现代人文生态系统发育更多地通过资源环境的间接和诱发消费或占用来实现，从而最终形成了与自然生态系统完全相反的倒“金字塔”形态资源环境消费或占用基本特征。作为现代人文生态系统的重要组成，现代城镇及城镇化发育正是这种新的生态系统生存法则的具体实施者和集中体现者。
实证分析表明，无论是在整体上(国家城镇化)，还是在个体上(具体城镇)，现代城镇发育的土地消费或占用行为都大大超越了城镇自身的有限空间。实际上，正是这种倒“金字塔”型的消费或占用行为决定了国家城镇化的土地资源基础。根据现代资源环境开发特点和城镇发育的土地资源消费或占用行为特征，现代城镇化发育要么建立在区域土地资源基础之上，要么建立在国家乃至全球土地资源基础之上。为此，要保障现代城镇化发育的可持续性，唯有彻底实现国家和地区的城乡一体化发展和人文生态与自然生态的和谐发展。这正是现代城镇化发育土地资源基础的基本内涵所在。
注释：
①人口城镇化是指城镇人口占国家或地区总人口的比重.
②经济城镇化是指城镇GDP占国家或地区GDP的比重.