城市跨区域资源环境协同治理：理论框架、应用场景及可拓展性.pdf

521一、引言“减污降碳协同治理”是中国生态环境保护的内在要求，是“十四五”时期生态环境保护的新使命，是兑现“碳达峰和碳中和”庄严承诺的重要举措，是牵引促进经济社会绿色转型和生态环境持续改善的重要抓手，也是具有前瞻意义的重大战略方针2。“双碳”及“减污降碳协同治理”目标的实现需要从作为基本行政单元的城市入手，逐步形成区域资源环境协同管理，助推生态文明发展和美丽中国建设。资源环境治理范式也需要由传统的单一要素、单一部门、单一区域向多要素、跨*王东方，北京师范大学环境学院博士研究生；孟凡鑫（通讯作者），北京师范大学环境学院副教授，博士生导师；刘耕源，北京师范大学环境学院教授，博士生导师。本文系国家重点研发计划课题“城市群生态系统污染物与碳耦联循环机理”（编号：2022YFF1301201）阶段性成果。黄润秋：深入贯彻落实党的十九届五中全会精神协同推进生态环境高水平保护和经济高质量发展，环境保护2021年第Z1期。城市跨区域资源环境协同治理：理论框架、应用场景及可拓展性王东方刘耕源孟凡鑫*【摘 要】本文基于城市代谢及远程耦合理论，从复杂系统科学及要素耦合视角出发，构建了城市复合生态系统资源环境要素耦合理论框架，系统阐释了多种资源环境要素在城市“自然生态-经济生产-社会消费”三元子系统中跨部门及跨区域的流转路径、空间格局与耦合关系。本文以中国四大直辖市的“能-水-土地”资源要素耦合为例，验证该理论框架的可行性和科学性，基于已构建的以城市为中心的多级经济尺度投入产出嵌套模型，突破城市行政区划藩篱，实现城市“能-水-土地”足迹在“部门-城市-国家-全球”上的可量化及可追溯。结果表明，超过70%的虚拟资源流的供给来源于城市行政边界外，四大直辖市均是资源消费型城市，建筑业是能源消费密集的部门而农业是“水-土地”消费密集的部门。【关键词】城市复合生态系统；远程耦合；协同治理；可持续管理53部门、跨区域协同治理转变1。在此背景下，实现城市资源环境跨区域协同是亟须关注的研究重点，是减污降碳协同治理的必然要求，也是当前多方利益主体关注的热点领域。城市作为人口、经济和资源高度聚集的地区2，以不足3%的陆地面积3，承载了世界56%的人口4，贡献了全球超过80%的国内生产总值5。据联合国预测，2050年全球城市人口将增长到68%6。随着世界上众多国家迈向城市化，城市已成为实现可持续发展目标（SDGs）的关键参与者，其可持续发展是全球可持续发展进程的重要组成部分78，是协助各国政府进行可持续政策实施的主要参与者910，大约65%的可持续发展目标需要通过城市管理来实现11。此外，城市化进程的加速使其资源环境问题呈现出高度集中且复杂的特点12。城市作为资源消耗中心及环境变化的主要驱动力，其消耗了全球约60%-80%的能源13、80%的食物14、排放了75%的二氧化碳15，凸显了城市消费者的属性特点。然而，城市自身发展所需的各种资源要素，其生产过程大多发生在城市行政边界以外的其他区域；同时由于城市经济生产和消费活动所产生的环境影响也超出了其行政边界，这就产生了城市资源空间错配、跨区域环境污染等问题，形成了城市多种资源环境要素在跨部门、跨区域的复杂耦合问题。资源环境要素在城市复合系统中呈现出复杂性、外溢性、无界性、扩散性、多样性等特征，需要多方利益主体进行跨区域协同治理。然而，当前城市已有的管理体系，多数集中于城市行政边界内，使得各个区域相互分割，形成“诸侯经济”局面，陷入失灵困境16。近年来，随着区域协同发展战略及城市群战略的提出，城市开始逐渐探索跨区域治理模式17，旨在打破城市行政壁垒，实现资源互补，降低环境污染。然而，目前研究对于城市资源环境跨区域治理的底层逻辑尚不清晰，研究框架需要更新。因此，亟须采用系统性、耦合性的研究视角，揭示城市“自然生态-经济 刘倩、张苑等：城市水能源粮食关联关系(WEF-Nexus)研究进展基于文献计量的述评，城市发展研究2018年第10期。王效科、欧阳志云 等：城市生态系统长期研究展望，地球科学进展2009年第8期。UN-Habitat.The Strategic Plan 2020-2030,2017.REN21.Renewables in Cities 2019 Global Status Report,2019.Rusadi E Y,Habitat U N.World Cities Report 2020,2020.United Nations Department of Economic and Social Affairs Population Division.World Urbanization Prospects:The 2018 Revision,2019.Seto K C,Golden J S,et al.Sustainability in an Urbanizing Planet,Proceedings of the National Academy of Sciences-PNAS,2017,114(34).Keith M,Birch E,et al.A New Urban Narrative for Sustainable Development,Nature Sustainability,2023,6(2).Creutzig F,Baiocchi G,et al.Global Typology of Urban Energy Use and Potentials for an Urbanization Mitigation Wedge,Proceedings of the National Academy of Sciences-PNAS,2015,112(20).Jones P,Comfort D.A Commentary on the Localisation of the Sustainable Development Goals,Journal of Public Affairs,2020,20(1).REN21.Renewables in Cities 2019 Global Status Report,2019.Tan L M,Arbabi H,et al.Mapping Resource Effectiveness Across Urban Systems,npj Urban Sustainability,2021,1(1).UN-Habitat.The Strategic Plan 2020-2030,2017.Chen G W,Shan Y L,et al.Review on City-Level Carbon Accounting,Environmental science&technology,2019,53(10).FAO.Tackling Food Insecurity at the Urban Level-Turning Global Commitments into Local Realities,2019,Available from:https:/www.fao.org/news/story/en/item/1181196/icode/.UN-Habitat.The Strategic Plan 2020-2030,2017.姚华松、许学强：诸侯经济、一体化经济还是不完全一体化经济？论珠三角区域发展之路，热带地理2009年第3期。李国平、吕爽：京津冀跨域治理和协同发展的重大政策实践，经济地理2023年第1期。城市跨区域资源环境协同治理：理论框架、应用场景及可拓展性2023年第4期（总第84期）54生产-社会消费”复合系统中人为活动与资源环境要素在跨部门、跨区域之间的耦合规律与级联效应，为城市资源环境协同治理及可持续发展战略提供调控指引和政策管理。本文首先面向“减污降碳协同治理”“区域协同发展”“城市可持续发展”等重大战略需求，满足城市资源环境跨区域协同治理及可持续管理实践需要，基于城市代谢以及远程耦合理论，构建了城市复合生态系统资源环境要素耦合理论框架，即：城市三元多维耦合理论框架（Urban Ternary Multi-dimensional Nexus，UTMDN）。该理论框架有利于突破城市行政区划藩篱，精准追溯资源环境要素在多级经济尺度上的足迹、识别其在全球供应链上的关键代谢路径及调控节点，为厘清城市人为活动引起的资源环境要素耦合规律提供了理论框架，同时可为城市减污降碳与资源环境协同管理及可持续发展提供理论基础及科学支撑。其次，从城市“自然生态-经济生产-社会消费”三元子系统为切入点，深入阐述该理论框架的内涵与外延。再次，以中国四大直辖市的“能-水-土地”耦合为例，基于环境拓展的多级经济尺度投入产出嵌套模型，阐述在该理论框架基础上的应用场景及现实意义，验证了该理论框架的可行性及科学性。最后，提出未来亟待开展的研究方向。二、城市三元多维耦合理论框架的理论基础采用耦合视角探讨城市人为活动与资源环境要素间的耦合规律，已成为城市资源环境可持续管理领域的前沿和热点1。目前学者们对资源环境耦合关系的概念界定和理解各有侧重，尚未形成定论。其中英文科技论文中常用“nexus”2，“coupling”3，或“linkage”4表示耦合；中文则将其常翻译为关联关系5，系统关联6，耦合7，或纽带关联8。为统一表述，本文英文采用nexus，中文采用耦合。本文借鉴了城市代谢（Urban Metabolism）及远程耦合（Tele-coupling）理论，构建了一个具有普适性的城市复合生态系统资源环境要素耦合理论框架“城市三元多维耦合理论框架”，可系统揭示城市“自然生态-经济生产-社会消费”三元子系统中人为活动引起的资源环境要素在跨部门、跨区域的流动路径及耦合规律。（一）城市代谢理论是城市三元多维耦合理论框架的内在基础Wolman于1965年提出了城市代谢理论，该理论将城市类比成一个自然生态系统，能量、物质、资源等以输入形式供应给该系统，并以产品和废物的形式从该系统输出9。之后，马世俊和王 Wiedmann T,Allen C.City Footprints and SDGs Provide Untapped Potential for Assessing City Sustainability,Nature Communications,2021,12(1).Zhang P P,Zhang L X,et al.Food-Energy-Water(FEW)Nexus for Urban Sustainability:A Comprehensive Review,Resources Conservation and Recycling,2019,142.Fang C L,Liu,H M,et al.The Coupling Curve Between Urbanization and the Eco-Environment:Chinas Urban Agglomeration as a Case Study,Ecological Indicators,2021,130.Graedel T E,E van der Voet.Linkages of Sustainability,Cambridge,MA:MIT Press,2010,P.3.高成康、朱素龙等：城市食物-能源-水系统的关联关系研究：以广州市为例，北京师范大学学报(自然科学版)2021年第5期。李心晴、张力小等：城市食物-能源-水资源系统关联性研究：以北京市为例，中国人口资源与环境2021年第5期。李成宇、张士强：中国省际水-能源-粮食耦合协调度及影响因素研究，中国人口资源与环境2020年第1期。林志慧、刘宪锋等：水粮食能源纽带关系研究进展与展望，地理学报2021年第7期。Wolman A.The Metabolism of Cities,Scientific American,1965,213(3).55城市跨区域