城市是人类的主要聚居地,也是经济社会发展与历史文明的创新空间,在推动人类社会的进步过程中发挥着主导作用。在全球经济一体化的新形势下,我国自改革开放以来,社会经济得到了前所未有的空前发展,工业化、城镇化进程不断加快,但城镇化过程中地理空间以及生态环境不断受到威胁和破坏,人类的居住环境受到巨大挑战,城市及其边缘地区,也产生了种种生态环境破坏的新问题。
(一)城镇化的蔓延式发展与用地失控
从全球范围来看,在土地总面积中城市所占用土地的比例也许不算大。但近些年来,无论是发达国家还是发展中国家,都出现了明显的增长趋势,随着各国城市区域的扩大,所占面积越来越大,增加速度也日益加快。
近年来,在我国城镇化发展过程中,与“人口城镇化”出现大量水分因而城镇化发展质量差形成鲜明对比的是“土地城镇化”的速度过快,城镇发展空间严重失控,这是“冒进式”城镇化的重要表现之一。自20世纪90年代中期起,由于城镇化过程中,郊区化、开发区逐渐扩张,工业、城镇不断增加,建设用地快速蔓延。我国各类建设滥占耕地呈现愈演愈烈之势。大规模规划和建设新城,在全国范围内,先后掀起了开发区热,大绿地热,大广场热。近年来,在科教兴国和大学扩招的名义下,“大学城”成为大规模圈地的主要形式。
冒进式城镇化导致城镇建设用地盲目扩张和无序蔓延,过度侵占了大量的优质耕地,造成耕地的大量流失。耕地面积从1997年的12 990.31万公顷减少到2006年的12 177.59万公顷,10年间共减少耕地812.72万公顷,平均每年减少耕地81.3万公顷。我国人均耕地基本呈持续递减趋势,且低于世界上许多国家。各类建设占地,其中主要是城镇建设占地,在过去10多年里,我国各类建设滥占耕地呈现愈演愈烈之势,而且在沿海发达地区表现更为明显。
在中国城镇化持续、迅速发展过程中,沿海发达地区的城市发展、扩展速度是十分惊人的,例如,长三角和珠三角仅仅在30多年就形成了今天这样城镇密集、经济发达的繁荣局面。开发区多、乡镇企业多,耕地占用量大,引起城镇建设用地的过度蔓延、盲目扩展,严重浪费了宝贵的土地资源。
(二)城市绿地规划严重不足
城镇化的结果带来了人口密集、绿地缺乏的效应,人与植物的生物量比值下降。而人与植物生物量比值是生态环境质量的良好表征,例如,植被覆盖率和人均绿地都较低的东京和北京,植物与人的生物量比值分别为1∶10和1∶8,而植被覆盖率较高、生态环境质量相对较好的伦敦,植物与人的生物量比值为7∶10。可见,园林绿地是城市这个高度人工化系统中生态价值最高的部分。尤其是在城市规模日益扩张、城市功能日益增强的形势下,园林绿地的生态效应也显得日趋重要。
园林绿地是城市生态系统的重要组成部分,既是城市生态系统的初级生产者,也是城市生态平衡的调控者,一定数量和质量的绿地不仅是美化城市景观和市容的需要,更是减轻城市环境污染,改善城市生态质量所必不可少的。绿色植物具有维持一氧化碳与氧气的平衡,吸滤有毒有害气体、吸滞粉尘、杀灭细菌、衰减噪声、改善小气候和美化环境等多种功能。城市园林绿地包括风景名胜区、公园、城市自然保护区、庭院和街道绿化等形式,不同形式效果各不相同。有研究指出,一般城市中每人至少应有25平方米的草坪或10平方米的树林,才能调节空气中二氧化碳和氧气的比例平衡,使空气保持清新。如考虑到城市中工业生产对二氧化碳和氧气比例平衡的影响,则绿地的指标还应大于以上要求。据联合国环境署的要求,城市人均绿地应达到60平方米,但在城镇化高度发展的情况下,国际上很多城市均未达到此标准。
由于城市发展初期只关注经济,忽视生活质量,城市绿地面积严重不足。加之20世纪90年代初,城市人口膨胀,交通及住房紧张,又侵占了部分绿地面积。近几年来,环境意识普遍提高,各城市绿化有了较大改善,但仍然偏少。
(三)城镇化中的环境污染
1.城市空气污染
现代工业、交通的大发展以及城镇化的快速发展给人类社会带来繁荣与享受,但也造成了城市环境恶化与城市空气污染,空气越来越污浊,灰色的烟雾笼罩整个天空,是谁把城市的上空弄得昏暗无光?现在找到答案了。城市工业生产、交通运输和居民生活排放出大量的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳等有害气体和烟尘,是空气污染的主要原因。随着我国能源消费量持续增长,以煤为主的能源消费排放出大量的烟尘、二氧化硫及氮氧化物等大气污染物,大气环境形势十分严峻;同时伴随着居民收入水平的提高和城镇化进程的加快,城市机动车流量迅猛增加,机动车尾气排放进一步加剧了大气污染。
新世纪开年以来,我国主要城市的大气质量监测数据表明:大气环境总体上呈好转趋势,城市空气质量达到或优于二级的城市比例在增加,而三级标准的城市比例在持续下降。
颗粒物(PM)是影响我国城市空气质量的主要污染物,部分城市二氧化硫污染严重,这与我国以煤炭为主的能源消费结构有直接关系。除了超大城市由于天然气及煤气等清洁燃料的使用比例较高而污染次于特大城市外,煤炭消费量随着城市人口的增加而增加,导致城市空气污染随着城市人口的增加而加重,特大、超大城市空气中主要污染物二氧化硫和颗粒物超标比例明显高于中、小城市。据估算,全国烟尘排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放的67%、二氧化碳排放量的70%都来自于煤炭燃烧。2005年,中国二氧化硫排放量世界第一。近几年来,全国废气中二氧化硫、烟尘污染物的排放量仍强势不减。
同时,随着机动车保有量的迅猛增加(我国汽车总有量每年增长一成),机动车尾气低空排放加剧了大城市的空气污染。截至2011年底,全国机动车保有量为2.25亿辆,其中汽车1.06亿辆,城市机动车排放污染问题日益突出。在北京和广州等大城市,大气中80%以上的一氧化碳、40%以上的氮氧化物来自于汽车尾气排放。随着城市煤烟型污染控制取得成效,今后城市机动车排放污染对空气质量的影响将越来越突出。
氮氧化物是形成光化学烟雾污染的重要物质。近10年来,在我国100万人口以上的大城市频繁观察到光化学烟雾污染迹象。我国目前正处在快速工业化、城镇化进程中,大中城市规模不断扩大、建筑密度大、汽车增加、城市生活空间越来越小。大城市氮氧化物污染逐渐加重,发生光化学烟雾的城市越来越多。容易发生光化学烟雾事件的都是大城市、超大城市,原因是这些城市的私人汽车发展很快,城市人均绿地面积小,汽车尾气排放多、不易吹散。
2.城市供水紧张及水污染
城镇化最突出的特征是人口、产业和物业向城市集中,导致人口密度增大,土地利用性质的改变,建筑物的增加,道路以及下水管网建设使下垫面不透水面积增大,直接改变了当地的雨洪径流形成条件。城市社会经济的发展,人口增多,对水的需求量增大,废污水相应增多,而对水的时空分布、水分循环及水的理化性质、水环境产生了各种各样的影响。一方面,工业化初期,人们对水资源合理利用、合理保护的意识不强,城市盲目扩展过程中,大量的污染工业布局在城市周围或水源地,对城市供水造成了巨大威胁;另一方面,城市的工业集聚,人口集聚以及各部门用水量大大增加,对水资源的需求量越来越大,产生了越来越多水资源对城市健康发展的问题。根据现代科学技术的分析与测试,世界上所有城市的工业用水与生活用水,造成了水中的三大污染物,主要有:①微生物污染。主要指细菌、藻类、寄生虫和病毒等,特别是水源缺乏的城市容易发生。②无机物污染。工业废水、化学污染产生的重金属铅、汞、铬以及亚硝酸盐、氰化物等。③潜在的有机污染。几乎所有的水质专家认为,当前各个城市的饮水安全最大的隐患来自有机污染物,包括工业污染排放,化肥农药等农业污染,严重时造成大面积湖水污染。
中国人均年用水量为375立方米(包括农业用水250立方米、工业用水82立方米及家庭用水43立方米),差不多仅为世界平均水平(660立方米)的一半,在用水量排行榜上为66名,是世界上水资源紧缺的国家之一。中国的660多个城市中,缺水总量为60亿立方米,一半以上城市不同程度缺水,其中严重缺水的有111个,每年因缺水影响工业产值就达到2000多亿元。根据世界银行的数据,我国人均水资源占有量只有2200立方米,这个数字仅相当于世界人均水资源占有量的1/4。目前,我国的城市用水已经面临很大的压力。
水污染是城镇化带来的又一主要效应。特别是在我国城镇密集区附近的大江大河、淡水湖泊以及地下水的工业污染,城市污水问题比较严重。全国还有1/4的居民没有清洁的饮用水源。我国七大水系中,除珠江、长江水质良好外,松花江、黄河和淮河为中度污染,辽河和海河为重度污染。2010年,在26个国控重点湖泊(水库)中,9个因污染丧失水功能。
满足Ⅱ类水质的只有1个,Ⅲ类的5个,Ⅳ类的6个,Ⅴ类的5个,劣Ⅴ类的9个,占到了湖泊总数的34.6%。
3.固体废弃物污染
固体废弃物对大气的污染表现为三个方面:一是废弃物的细粒被风吹起,增加了大气中的粉尘含量,加重了大气的尘污染;二是生产过程中由于除尘效率低,大量粉尘直接从排气筒排放到大气环境中,污染大气;三是堆放的固体废弃物中的有害成分由于挥发及化学反应等,产生有毒气体,导致大气的污染。
大量固体废弃物排放到江河湖海会造成淤积,从而阻塞河道、侵蚀农田、危害水利工程。有毒有害固体废弃物进入水体,会使一定的水域成为生物死区。与水接触,废弃物中的有毒有害成分必然被浸滤出来,从而使水体发生酸性、碱性、富营养化、矿化、悬浮物增加,甚至毒化等变化,危害生物和人体健康。
固体废弃物露天堆存,不但占用大量土地,而且其含有的有毒有害成分也会渗到土壤中,使土壤碱化、酸化并毒化,破坏土壤中微生物的生存条件,影响动植物生长发育。许多有毒有害成分还会经过动植物进入人的食物链,危害人体健康。一般来说,堆存1万吨废弃物就要占地1亩,而受污染的土壤面积往往比堆存面积大1~2倍。
固体废弃物在城市大量堆放而又处理不当,不仅影响市容,而且污染城市的环境。垃圾粪便长期堆积郊外,不作无害化处理,简单地作为堆肥使用,可以使土壤碱度提高,土质受到破坏,还可以使重金属在土壤中富集。被植物吸收进入食物链,还能传播大量的病原体,引起疾病。城市下水道的污泥中含有几百种病菌和病毒,会给人类造成长期威胁。
4.城市生活垃圾污染
改革开放以来,随着中国城镇化进程的不断加快,城市的外来人口数量有了较大的增长,加之城市生活水平的不断提高,从而导致了我国城市垃圾数量的大幅度增长。全国城市目前是668座,据统计,2011年,城市人口每天产生生活垃圾已达1公斤/人,大城市已达1.2公斤/人,尤其是特大型城市的人均垃圾产生量相对较高,生活垃圾产生量的60%集中在人口超过50万人的城市中。全国每年垃圾总量已达2.5亿吨,并以每年8 %的速度增长,加上历年的垃圾堆存量已达80亿吨以上。我国很多城市处于垃圾包围之中,垃圾包围城市的处境一直困扰着城镇的发展。
城市生活垃圾构成受城市的规模、性质、居民生活水平、民用燃料结构、生活习惯和地理条件的影响呈现较大的差异。我国城市垃圾在产量迅速增加的同时,垃圾构成也发生了很大的变化,总的趋势是有机成分上升,无机成分下降。大城市垃圾构成中有机成分已经基本达到或高于36%、无机成分约占60%、废品仅占4%以下;中小城市的有机成分平均为22.4%、无机成分为65%、其余为废品。
当前,中国城市垃圾的污染问题除在极个别城市有所缓解外,绝大部分城市都面临相当严峻的压力和挑战,尤其是大城市,而且形势愈演愈烈。同时,小城镇的垃圾污染问题日渐浮出水面,由于基本上没有任何控制和处理过程,随意堆放将对当地土壤和地下水造成严重的污染,其对人身健康的危害形势有重于大中城市的趋向。
目前中国城市垃圾的处置和堆放现状已经严重影响了城市周边的农田土壤质量,对于局部的大气环境、地表水和地下水都造成了相当严重的污染,成为传染病流行的根源之一。部分乡镇企业的固体废弃物就地堆放在田边地头,废弃物中的有毒、有害物质在雨水的冲淋下会造成水体和土壤的污染,其影响深远。
5.噪声污染
城镇化进程加快,对区域环境与市区也造成明显的影响。根据近年《中国环境状况公报》显示,我国城市区域噪声正在得到初步控制,重度污染和中度污染城市逐年减少,较好城市逐年增加,但轻度污染城市比例始终较高,说明区域噪声污染普遍存在。
据国内有关资料表明,城市噪声的30%来源于交通噪声,30%来源于工业生产及建筑施工,40%来源于商业和生活。从噪声的产生源来看,工业化进程的加快是城市噪声污染日益突出的主要原因。进入21世纪后,我国经济发展逐步驶入快车道,工业化、城镇化进程逐步加快。据环境监测表明,全国有近2/3的城市居民在噪声超标的环境中生活和工作。我国约70%的城市人口遭受到高噪声的影响。所以,对城市噪声污染必须给予高度重视,认真研究分析,采取有效措施予以控制。
据全国数据表明,在反映环境污染的投诉中,关于噪声污染的人民来信和来访的件数逐年增加,高居各类污染投诉的首位。由于环境噪声污染影响范围较大,近年来因噪声扰民引起的纠纷不断出现,其中以反映商业、饮食服务业和建筑施工场所噪声扰民居多。
(四)城镇化与地面沉降
随着城市建筑密度的增大,水泥、沥青等不透水性下垫面的形成和地下建筑的增加,在很大程度上阻止了雨水向土壤的渗透,使得城市地下水位下降。再加上一些城市过度抽取地下水,使地下水位不断下降,发生城市地面沉降现象。例如,日本很多大城市坐落在沿海的冲积平原上,土质松软,大工业和建筑物等大量抽取地下水,使它们成为世界上严重的地面沉降城市,东京有些地区的地面已接近甚至低于海平面。有些地方已沉降到海平面以下3米,而不得不完全依靠挡潮堤维持。墨西哥城由于过度开采地下水,面前正遭受严重的地面下沉,在过去的100年中,墨西哥城都市区中心部分平均下沉了7.5米。
随着我国经济的持续发展、人口的急剧增加、城镇化进程的不断加快,地下水开采日益强烈,已引发大范围严重的地面沉降,进而诱发地震灾害,影响经济的发展和人们生活水平的提高。例如,长三角是中国经济最发达的地区之一,城镇人口与工业企业高度集中,外来人口超过1600万人,特别近20多年来城市发展很快,工业化、城镇化、郊区化发展迅速,区域地面沉降问题日益突出,严重影响该地区的可持续发展。1920—1960年,上海、苏州、无锡、常州和嘉兴等城市先后发现地面沉降问题。至20世纪末,上海、苏锡常和嘉兴等城市地面沉降中心累计最大沉降量已分别达到3.0米、2.8米、0.84米。近20年来沉降的主要集中区由城区向区域外围扩展,城区继续保持每年20~30毫米的沉降量。苏锡常地区沉降量大于1000毫米的地区面积达到119平方千米;杭嘉湖地区沉降中心位于嘉兴,累计沉降量超过100毫米的沉降面积已达2500平方千米,约占整个平原地区面积的40%。2002年,以苏、锡、常三市为中心的地面沉降速率有所减缓,但其周边地区沉降速率仍然较大,锡西和江阴南部平原的部分地区年沉降量仍高达80~120毫米。锡山—常州地区,2002年还发现了多处地裂缝,造成直接经济损失数百万元,而且区域内地裂缝灾害仍处于发展时期。苏锡常地区,每年地面沉降造成的损失达33亿元,其中直接和间接损失分别为3亿元和30亿元。