粤港澳大湾区城市群生态系统及人地关系可持续

王长建

（广东省科学院广州地理研究所，广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室//广东省地理空间信息技术与应用公共实验室；南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）；粤港澳大湾区战略研究院，广东广州 510070）

1 研究背景及相关概念界定

生态系统就是在一定区域内，生物和它们的非生物环境之间进行着连续的能量和物质交换所形成的一个生态学功能单位，能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能［1］。生态系统是人类生存繁衍的必要条件，更是区域健康可持续发展的物质基础［2］。城市是人类经济和社会活动最集中的区域，全球城市区域仅占地球陆地的3%左右，却生产了全球75%以上的GDP［3］。城市区域的生态系统主要受人类生产活动影响，是人为改变了物质循环和能量转化的生态系统［2］。城市生态系统既具有一般生态系统的特征，即生物群落和周围环境的相互关系，以及能量流动、物质循环和信息传递的能力［4］，同时，城市生态系统的结构、过程和功能与一般自然生态系统又有所不同，是以人为主体的人文-自然交互的复合生态系统。

城市群作为城镇化和工业化发展到高级阶段的产物，是高度一体化和同城化的城市群体，城市群形成发育过程是一个各城市之间由竞争变为竟合的漫长自然过程，遵循自然发展规律［5］。特别是大城市群，即以1～2 个特大型城市为核心，包括周围若干个城市所组成的内部具有垂直的和横向的经济联系，并具有发达的一体化管理的基础设施系统给以支撑的经济区域［6］，往往是一个国家或地区参与全球竞争的对外开放枢纽，是一个国家或地区最具发展潜力和发展动力的区域。大城市群作为频繁的贸易流、资金流、信息流、货物流、技术流、人才流、资源流等实体流和虚拟流的交汇点，其生态系统的物质循环和能量流动受到高强度的人工干扰。大城市群建设用地的快速扩张和开发强度的持续提升，导致自然环境的逐步退化与丧失，并带来生态空间破碎、生物多样性降低、外来物种入侵、地质灾害频发、生态系统功能下降等一系列生态问题［7］，使得城市群生态系统的人文-自然交互的系统性、复杂性和脆弱性等特点更加显著。

2 粤港澳大湾区城市群发展历程及特点

2.1 高度开放背景下粤港澳大湾区近40 年发展历程

粤港澳大湾区包括广东省广州市、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）及香港特别行政区和澳门特别行政区，总面积5.6 万平方公里。近40 年来粤港澳大湾区发展大致经历了以下几个阶段：

（1）面向香港窗口的粗放型发展阶段（1978年到90 年代中期）。1978 年后中国实施改革开放，1980 年成立深圳和珠海经济特区，珠江三角洲地区工业化、城市化快速发展。1985 年珠江三角洲地区列入国家沿海开放区，香港和澳门成为珠三角对外的重要通道和外资来源地，引入低增值和劳动密集的产业。珠三角以廉价的土地和人力资源为代价，形成了粤港澳三地在加工制造业领域“前店后厂”式的跨地域产业分工协作体系。随着制造业向珠三角地区转移，香港的金融、贸易、航运中心地位确立。这一时期，地方与中央税收的“分权改革”也促进了珠江三角洲乡镇和民营企业的迅速发展，农村城镇化是珠三角在当时展现出的一种全新城镇化现象［8］。城、镇、村各自发展，大量农用地变成工业用地［9］，形成各自工业园区，催生了专业镇和专业村为主导的产业集群，城乡界线变得越来越模糊，并逐步连结成一体。

（2）以广州与深圳为核心的城市群发展阶段（90年代中期到2002 年）。随着珠三角与港澳地区经济往来不断加强，非珠三角地区与珠三角地区的贫富差距逐步扩大。1993 年，广东省第七次党代会即提出“中部地区领先，东西两翼齐飞，广大山区崛起”的区域发展战略。随后将中部地区、东西两翼和广大山区这三大层次细分为5 个区域层次，提出要发挥好广州中心城市和深圳经济中心城市的龙头带动作用，把广州、深圳作为一个经济发展层次来考虑。广州和深圳成为珠三角城市群区域联系的中心，并逐步强化其中心城市的职能地位［10］。这一时期，继续延续上一阶段的粗放型发展，城镇和工业园区快速扩展，在珠江口西部逐步形成以广州为核心的城市群发展带，在珠江口东部形成以深圳为核心的城市群发展带。

（3）“双转移”到功能区引领的差异化协调发展阶段（2002—2017 年）。珠江三角洲地区由于多年的粗放型快速发展，土地资源、水质环境、生态承载力与社会经济发展的矛盾越来越突出。招商引资优势逐步弱化，经济发展动能明显不足。资源环境约束凸显，传统发展模式难以为继。2008 年全球金融危机使得外需急剧减少与部分行业产能过剩交织在一起，人民币持续升值、以劳动力为核心的生产要素成本上涨等因素使珠三角的产业迫切需要转型升级，一些污染型和低增值企业开始往珠三角外围及其它地区转移。2008 年，广东省委省政府发布《关于推进产业转移和劳动力转移的决定》。2012年广东省政府印发《广东省主体功能区规划》，推进形成人口、经济和资源环境相协调的国土空间开发格局。这一时期，粤港澳三地更加注重在制度上面的联动发展，共同打造区域协调发展的新格局，联合组织编制了全国首个跨不同制度边界的《大珠江三角洲城镇群协调发展规划研究》，聚焦空间发展、跨界交通和生态环境等三地共同关心且需要三方协同解决的关键议题。《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008—2020 年）》进一步将与港澳紧密合作的相关内容纳入规划，随着粤港、粤澳合作框架协议的出台，粤港澳区域合作在推进重大基础设施建设、加强产业合作、共建优质生活圈、创新合作方式等基础上，走向更紧密的融合发展阶段。

（4）2017 年以来，粤港澳大湾区建设的协同发展新阶段。2015 年国家发改委、外交部、商务部联合发布的《推动共建丝绸之路经济带和21 世纪海上丝绸之路的愿景与行动》中，首次明确提出“深化与港澳台合作，打造粤港澳大湾区”。2016 年《广东省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确提出“发展具有全球影响力和竞争力的粤港澳大湾区经济”。2017 年3 月，国务院总理李克强关于政府工作的报告中，明确提出“要推动内地与港澳深化合作，研究制定粤港澳大湾区城市群发展规划”。2017 年7 月，国家主席习近平出席《深化粤港澳合作推进大湾区建设框架协议》签署仪式，正式标志着“粤港澳大湾区”被纳入国家顶层设计，上升为国家战略。2017 年12 月，中央经济工作会议上，明确提出“科学规划粤港澳大湾区建设”，标志着粤港澳大湾区战略即将全面启动。2019 年2月，中共中央、国务院印发《粤港澳大湾区发展规划纲要》，标志着粤港澳大湾区建设进入全面实施的阶段，进一步体现“粤港澳大湾区”在国家发展战略中的关键地位和重要作用。2019 年7 月24 日，广东省委省政府印发《关于构建“一核一带一区”区域发展新格局促进全省区域协调发展的意见》，明确提出“全面落实《粤港澳大湾区发展规划纲要》，携手港澳共同打造国际一流湾区和世界级城市群”。这一时期，粤港澳大湾区以“湾区经济”为载体共同参与国际高端竞争，致力于打造政策协同、创新协同、产业协同、人才协同、生态协同的全方位协同协调区域发展格局。

当前，粤港澳大湾区的经济格局已经由早期的香港一极独大逐步形成了广州、深圳、香港和澳门多中心的区域经济格局，广州和深圳均为总人口超过1 000 万、GDP 超过2 万亿元的超级大城市，香港是国际金融、航运、贸易中心，澳门是世界旅游休闲中心。粤港澳大湾区以占全国0.58%的国土面积，贡献了11.6%的GDP，集聚了5.0%的常住人口，新城、新区、新兴工业区等不断快速兴起，围绕珠江河口湾的香港、深圳、东莞、广州、佛山、中山、珠海、澳门等诸多城市已连成为一个世界级城市群。

依据2018 年粤港澳大湾区各地市的GDP，可以将大湾区内的城市划分为3 个梯队：第一梯队是由深圳、香港和广州3 个城市组成，其GDP 总量分别为24 221.98 亿人民币、24 000.98 亿人民币和22 859.35 亿人民币，GDP 年均增长速度远远高于全国平均水平，在内地城市GDP 排名中，深圳和广州仅仅落后上海和北京，位列全国城市GDP 的第三和第四，特别是深圳GDP 在2016 年超越广州之后，在2018 年首次超过香港。第二梯队由大湾区的重要的工业制造业基地佛山和东莞组成，其GDP 总量分别为9 935.88 亿人民币和8 278.59 亿人民币。第三梯队主要由惠州、中山、澳门、珠海、江门和肇庆等城市组成。

粤港澳大湾区城市之间人均GDP 存在较大的空间差异，澳门和香港是粤港澳大湾区人均GDP 最高的两个城市，2018 年人均GDP 分别为82 609 美元和48 673 美元。澳门和香港的人均GDP 水平远远高于国内平均水平，在全球所有国家和地区排名中位列第三名和第十七名。珠三角九市中，深圳、珠海和广州的人均GDP 相对较高，2018 年分别为189 568 元/ 人、159 428 元/ 人、155 491 元/ 人，人均GDP 均在15 万元以上。其次是佛山和中山的127 691 元/人和110 585 元/人；东莞、惠州、江门、肇庆分别为98 939 元/人、85 418 元/人、63 328元/ 人、53 267 元/人。

得益于强大的制造业基础和快速增长的服务业，粤港澳大湾区的经济增长逐步由制造业带动向服务业拉动转变。2018 年珠三角九市的三次产业结构比例为第一产业：第二产业：第三产业（1.5：41.2：57.3），服务业在澳门和香港产业结构中占据绝对主导地位，服务业占GDP 比重分别为94.9%和92.4%，粤港澳大湾区产业结构整体以第三产业为主。珠三角九市中，2018 年广州市第三产业比重为71.7%，深圳市为58.8%，东莞市为51.1%，中山、珠海、肇庆、江门、惠州和佛山均在40%～50%之间。粤港澳大湾区既存在较强的产业分工，又存在较为严重的产业同构现象，珠三角九市间产业同构现象需要进一步统筹协调解决［11］。

2.2 高强度人类活动影响下粤港澳大湾区生态系统的变化趋势

由于区域发展战略、社会经济模式与生态环境变化的交互耦合关系，各阶段所面临的生态环境压力既有共性的特点又有差异的特性。一方面，生态环境问题已经成为制约粤港湾大湾区绿色可持续发展的关键问题；另一方面，经济发展模式不同，决定了区域所面临的环境问题具有阶段差异性。改革开放以来，珠三角工业化和城镇化进程快速推进，环境污染问题逐步呈现。随着“前店后厂”模式的逐渐确立，珠三角经济持续高速增长，土地开发强度急剧提升，部分河段（河涌）纳污量超出流域环境容量，酸雨频率居高不下，近海海域赤潮频发，造成生态环境功能严重退化。进入WTO 以来，珠三角加工制造业进一步加速发展，资源利用依然相对粗放，珠三角环境容量逼近极限容量，工业“三废”排放量持续上升，跨界河流断面水质达标率低，入海河口近海水域氮磷污染严重。随着“双转移”战略、主体功能区战略的实施，珠三角污染密集型和劳动密集型产业向东西两翼、粤北山区转移，减缓了珠三角本地的生态环境风险。但是，黑臭水体、大气污染（以臭氧为首要污染物）、土壤污染治理仍然任重道远。

（1）土地开发强度大。传统、粗放、受制于外力的发展模式，使得珠三角土地利用效益偏低，土地斑块破碎程度和土地利用功能混乱程度全球少有，土地开发强度早已超过德、法、荷等国家和东京与伦敦等大都市圈［12］。当前，珠三角现状建设用地占适宜开发建设土地比重较高，剩余适宜开发建设土地规模不大。深圳和东莞的土地开发强度已逼近50%，分别为48%和47%。中山和佛山的土地开发强度均在30%以上。广州和珠海的土地开发强度逼近30%。在广州番禺区、南沙区的工业化和城镇化进程中，大部分“曲水芦苇荡、万顷荷色美”的湿地景观被桥梁、道路和港口等基础设施建设取代［13］，可开发利用土地与用地需求之间的供需矛盾十分尖锐。

（2）绿色基础设施与生态服务不平衡。当前，珠三角地区建设区绿化覆盖率45.95%，区域森林覆盖率达51.8%，建成区人均公园绿地面积19.2m2。珠三角各市建成区绿地率和人均公园绿地面积逐年增加，绿化面积不断增长，珠三角人均公园绿地面积普遍高于非珠三角地区人均公园绿地面积。但是，珠三角内部人均公园绿地面积的空间差异依然显著，东莞、广州和肇庆的人均公园绿地面积均高于20m2/人，珠海、中山、惠州、江门、深圳和佛山的人均公园绿地面积低于20m2/人。佛山人均公园绿地面积相对较低，多为零散绿地及道路绿化，绿地布局有待优化。珠三角绿地系统结构亟待优化，在工业企业、交通路网等密集布局区域，城市绿网往往被隔断，且防护绿地设施不尽完善。

（3）环境污染压力大。珠三角工业废气排放量总体呈上升趋势，东莞、佛山和深圳工业废气排放量增长明显，广州市的工业废气排放量虽然有所降低，东莞和广州依然是珠三角各市中工业废气排放量最大的城市。虽然全省城市空气质量达标天数总体呈现上升趋势，但是广州、佛山、东莞、肇庆、江门等城市稳定达标仍有较大难度。水环境质量达标压力较大，城市黑臭水体问题依然严峻，依据《广东统计年鉴》，珠三角废水排放总量呈上升趋势，尤其是生活污水排放量，2017 年广州、东莞和深圳是珠三角乃至全省生活污水排放量最大的城市，分别为17.27、12.42 和11.92 亿t。东莞和广州是当前珠三角各市乃至全省中工业废水排放量最大的城市，分别为2.07 和2.06 亿t。珠三角由于水污染物排放量巨大，部分河段纳污量已超出环境容量，造成水质性缺水比较严重。局部海域富营养化问题突显，东莞、广州、深圳西部珠江口近岸海域水质状况较差。危险废物焚烧、填埋设施主要集中在珠三角，固体废物处理处置能力缺口较大，深圳、珠海、佛山、东莞、中山等城市危险废物就地就近安全利用处置难度仍然较大。

（4）耕地和生态用地保护力度不足。珠三角耕地资源相对匮乏，农业基础设施相对薄弱。加之人地矛盾愈发突出，导致基塘等传统特色农耕系统逐步萎缩甚至退化。以桑基鱼塘为代表的珠三角传统农业模式，是一个水陆相互作用的人工生态系统，集中分布在佛山、广州番禺、中山、江门等地［14］。但是，因快速的工业化、城镇化导致土地增值，环境污染加剧，基塘农业用地大部分被工业、交通、住房等建设用地占用，当初以先进生产方式出现的桑基鱼塘在珠三角盛行数百年之后，珠三角已不再适于桑基鱼塘的大规模发展［15］。

（5）海陆统筹关系失衡。粤港澳大湾区天然湿地面积减少幅度较大，湿地生态功能退化明显。由于快速的工业化和城镇化进程，外来人口涌入和国际产业转移带来城市建设的土地紧缺和用地失控，迫使沿海地区以围填海的方式满足用地需求，导致天然湿地面积大幅减少。环珠江口作为大型港口区，码头及配套设施建设占用了大量的滩涂资源。环珠江口是人类活动最为剧烈的地理区域，城镇密集、企业广布、人口众多带来的港口建设、道路建设、园区建设、住房建设等人为活动频繁，近岸海域污染加剧，河口、港湾、滨海湿地等生态系统功能下降，对海岸带生态环境的影响不容忽视。随着珠江口经济的飞跃发展，自然岸线比例不断下降，人工岸线比例不断上升，内伶仃洋四周都在大规模填海造地，伶仃洋西滩已经填海造地近120 平方公里，东滩将近50 平方公里，内伶仃洋的轮廓已大为改观，尤以原万顷沙、鸡抱沙、横门滩填海造地面积最大［16］。

3 面向社会-经济-自然复合生态系统的人地关系可持续

基于粤港澳大湾区的关键生态问题分析，粤港澳大湾区在长时间的快速发展中积累了许多深层次的矛盾和问题。工业化和城市化成为自然改造、资源消耗、污染排放、环境变化、生态破坏的主要推动力。高强度人类活动造成大湾区生态透支问题严重，大湾区的水、土、气、生等自然系统经历了大规模改造、破坏、修复的反复过程，生态资源量质并降，特别是诸如三角洲水网微循环系统破坏，基塘生态农业系统大量消失，土地系统迅速退化等尤为严峻，这也是中国整体面临的严峻生态挑战的一个缩影［7］。

粤港澳大湾区城市群生态系统的显著特点：（1）高强度人类活动影响下的人工复合生态系统，兼有复杂的人文属性和自然属性两方面的内容。（2）海陆交互关系密切的河口三角洲。粤港澳大湾区是一个陆海相连、山水相依的湾区城市群生态系统。（3）多尺度交互影响的城市群生态系统。粤港澳大湾区城市群生态系统的物质循环、能量流动和信息传递在城市内部、城市与郊区、城市与城市、城市群外部等多个区域尺度交互耦合。

破解生态环境压力、推进生态文明建设和提供良好生态系统服务功能，无不凸显粤港澳大湾区生态环境的重要性，以及开展粤港澳大湾区生态系统研究的紧迫性。针对粤港澳大湾区城市群生态系统的显著特点，首先，应着力打破社会科学和自然科学等各个领域的学科界限，实现自然科学、社会科学和技术科学的多学科交叉与融合，实现城市群生态系统研究的跨学科发展。其次，粤港澳大湾区城市群生态系统是人文-自然多系统耦合的复杂系统，人文-自然是两个不同性质的系统，其主要的水、土、气、生、人等子系统之间存在着本质的内在联系，并且以人类系统为主导。但其各自的生存和发展都受其它系统结构、过程和功能的制约，必须当成一个复合系统来考虑。因此，亟待开展基于人地关系地域系统研究、面向人地系统耦合的大湾区城市群生态系统研究。

人地关系是可持续科学的核心研究命题，其经典解释就是人类社会及其活动与自然环境之间的关系［17］。在中国开展人地关系研究尤为重要，历经40 多年高速的经济社会发展和高强度的资源开发与承载能力严重不足的国土空间耦合带来了人地关系的频繁冲突［18］，如何协调人地关系、提升资源环境适应能力，已经成为实现可持续发展的关键科学问题和重大战略问题［19］。以往的人地关系研究，过多关注如何突破资源环境的约束，提升资源环境的承载能力。人地关系研究的切入点呈现精细化趋势，使人们对人地关系中单要素的把握愈发深化。研究范式更多体现在水、土、气、生各圈层的单一要素和单一系统研究，各要素与各系统之间相互分离，忽视了人地关系地域系统是由水、土、气、生、人多要素相互作用形成的复杂系统［20］。因为，仅仅掌握要素虽然有助于但并不能够把握整个人地系统的行为特征，人地关系地域系统是由生态系统和人类活动两个子系统交错而成的复杂开放巨系统，要素之间以及要素与系统之间还存在复杂的相互作用和反馈关系，这一特性决定了对其精准把控必将经历长期大量的理论和实践积累［17,21］。时至今日，如何精细认知和科学评价人地关系依然面临着理论和方法上的诸多挑战［22］。尤其是地球进入“人类世”以来［23］，以工业化和城镇化为代表的高强度人类活动加快，人类对自然环境的影响加剧，人地关系研究面临重大变革。人类社会发展不断赋予人地关系研究新的时代内涵［24］，新技术、新因素的出现也在不断改变着人地相互作用的方式、广度和深度。国内外大量的实证研究表明，人地关系的研究依然重点关注地球表层系统，人地关系的耦合研究仍然不足以完美揭示人地系统的复杂性［25-26］，由人地关系耦合转向人地系统耦合（Coupled human and natural systems），系统性和集成性成为人地关系研究的新特点［27-28］。人与自然耦合系统的集成研究可以揭示新的、复杂的格局和过程，而单独的自然科学或者社会科学的研究不能揭示这种规律［29］。

水、土、气、生、人多要素、多过程、多尺度的集成研究，依然是人地耦合研究的关键所在。当前研究已经开始转向多要素的耦合及其过程，例如水土过程耦合，水土过程与其它自然地理要素耦合等［30］。未来应加强水、土、气、生、人多要素集成，全面观测和解释人地系统的变化趋势。开展地球界限（Planetary Boundaries）框架下的各种地球系统过程研究［31-32］，由单一过程单一尺度向多过程多尺度发展，注重各圈层相互作用，关注人类活动对自然地理过程的干扰，实现从要素研究到系统研究的提升。

人地系统的近程耦合（Pericoupling）研究深入，远程耦合（Telecoupling）关注不足。当前主要关注自然-社会系统近程要素之间存在的一对一、一对多和多对多的非线性交互胁迫与交互促进关系，忽视了社会经济和生态环境系统跨越距离的远程相互作用，以及远程耦合系统的主控因素、作用机理及动态演变过程对于当地人地耦合关系的影响［33-34］。急需从尺度耦合角度分析人文与自然之间的近远程耦合关系，提出近远程耦合模式［35］。

人地系统之间的互馈机制和溢出效应有待提升。开放系统和流动空间将会导致以往静止空间下的基本规律发生变形，甚至出现全面重构［21］。通过人类活动及其环境影响的定量表征，揭示自然和人文系统耦合影响及其双向反馈机制［36］。系统分析人文与自然系统相互作用的空间溢出效应，科学定量和揭示其社会经济效应和生态环境效应，全面揭示自然-社会系统互馈过程机理，是当前人地关系研究亟待加强的主要方向之一。

面向人地系统可持续性的动态模拟较为薄弱。由人文-自然大数据和人地系统动力学等模型推动的人地系统模拟，是提升资源环境适应能力和实现可持续目标的重要手段［37-38］。但是基于可持续发展调控的复杂人地耦合系统模拟，依然存在技术和方法上的瓶颈。不同类型精度的海量地理空间数据，使得单一要素模型、单一过程模拟的经验模型向着多模型集成、对复杂过程模拟的系统模型发展，助推人地系统可持续研究由模型模拟走向模式模拟［19］。大数据和人工智能，使得面向预测的多圈层要素耦合的地球系统模式成为可能。人地系统集成模型与决策支持系统，是未来人地关系研究从理论研究到应用研究的重要转变。

4 结论

粤港澳大湾区在高度开放背景下和高强度人类活动影响下，已经成为社会-经济-自然复合生态系统的典型区域。以人地关系地域系统经典地理学理论为指导，开展人地系统耦合的集成研究，以期为深入理解城市群生态系统的复杂性、脆弱性和适应性等提供科学依据。粤港澳大湾区城市群生态系统的空间尺度多元，从城市内部街区、城市与郊区，一直延伸到城市与城市、城市群外部等。在时空多尺度的背景下，城市群生态系统中存在大量的不确定因素，采用宏观、中观、微观相嵌套，系统性、复杂性、确定性与模糊性相结合的方法，解决在全球变化和人类干扰背景下城市群生态系统在不同时空尺度上的循环和调控机理问题，为粤港澳大湾区城市群可持续发展提供决策依据。