《Sustainable Cities and Society》：Does Island Ecosystem Coevolve with Island Urbanization? Evidence from Pingtan, China, 1987–2023
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•岛屿城市增长模式从以核心为中心转变为沿海岸和网络化扩张。•植被和生态系统服务经历了轻度下降、退化与恢复的过程。•主导型城市–生态系统耦合关系从拮抗性转变为恢复性，再到协调性。•生态系统服务响应呈现出依赖发展阶段的城镇扩张阈值特征。引言在推进可持续城市化的同时保护生态系统的完
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岛屿城市增长模式从以核心为中心转变为沿海岸和网络化扩张。
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植被和生态系统服务经历了轻度下降、退化与恢复的过程。
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主导型城市–生态系统耦合关系从拮抗性转变为恢复性，再到协调性。
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生态系统服务响应呈现出依赖发展阶段的城镇扩张阈值特征。
引言
在推进可持续城市化的同时保护生态系统的完整性，是《2030年可持续发展议程》的重要关注事项。这一挑战在岛屿地区尤为突出，因为岛屿地区的地域发展受到有限的土地资源、生态敏感的陆海界面以及地理隔离的制约。由此产生的平衡发展与生态保护的需求，与可持续发展目标11.3中强调的综合和可持续规划、可持续发展目标14.2中涉及的沿海生态系统保护和恢复，以及可持续发展目标15.1、15.3和15.9下陆地生态系统及其服务的保护、退化土地恢复和生态系统价值整合规划密切相关（Lee等人，2016）。岛屿城市化通常集中在沿海地区，并伴随着土地围垦、海岸线改造和土地利用转变（Sarker等人，2024；Sengupta等人，2023；Shen等人，2023），这可能导致农田流失、栖息地破坏、景观破碎化以及生态压力增大（Ai等人，2022；Cao等人，2017；Y. Wu等人，2020）。近期研究进一步表明，大规模土地围垦及相关土地利用转变还可能改变生态系统服务供给和生态韧性（Zhou等人，2025）。因此，岛屿城市化不应仅仅被视为城市空间扩张的过程，而应被看作是一个土地开发与生态响应在长期中相互作用和调整的动态过程。
现有岛屿城市化研究大多集中在土地利用和土地覆盖变化方面，通过建成用地的增长、围垦区域的转变以及沿海土地利用格局的变化来刻画城市化扩张过程（Ara等人，2021；Chi和Liu，2023；Pathan等人，2021）。植被覆盖分数（FVC）在以往研究中常被用来刻画城市化对生态的响应，特别是植被退化和恢复（Gao等人，2020；Mao等人，2022）。然而，仅靠植被覆盖不足以表征与城市化相关更广泛的生态变化，因为它无法充分捕捉栖息地维持、碳储存、水文调节和土壤保持等生态系统功能。生态系统服务（ES）评估为理解这些功能变化提供了更为全面的视角。以往研究利用ES评估揭示了城市扩张对栖息地质量的影响（Wei等人，2022），并考察了城市发展过程中生态系统服务供需的变化（Zeng等人，2023）。诸如InVEST等模型进一步实现了生态系统服务（包括碳储存、水资源产出、栖息地质量和土壤保持）的空间量化，并将其变化与土地利用过程相联系（Mukhopadhyay等人，2025）。近期研究还表明，生态系统服务对城市化的响应在时空上存在差异（Wang等人，2022）。因此，将FVC变化与ES评估相结合，可以全面理解与岛屿城市化相关的多维度生态响应。
近期研究越来越将城市化和生态系统变化置于共同的分析框架中来探讨它们的耦合关系（Fang等人，2022）。城市化与生态系统服务价值之间的耦合已被证实具有显著的时间变异和空间异质性（Zhai等人，2024），而多尺度分析进一步揭示，城市化与生态系统服务的关系在不同空间尺度和城乡梯度上可能存在较大差异（R. Li等人，2024）。更近期的研究试图通过纳入发展速率来超越静态耦合评估，从而更好地刻画城市化与生态系统服务之间的动态关系（Z. Yang等人，2024）。城市景观格局的变化也与生态系统健康的时空变异相关联，进一步表明生态响应与城市发展的空间组织密切相关（P. Ran等人，2023）。从耦合的人与自然系统视角来看，人类活动与生态过程并非相互独立，而是通过干扰、响应和反馈持续相互作用（Liu等人，2021）。长期实证证据进一步表明，随着发展的推进，城市化与生态系统服务之间的相互作用可以逐步重组（M. Yang等人，2023）。此外，城市化对生态系统服务的影响并非必然是线性的；不同程度的发展强度可能引发不同的生态响应和可识别的阈值效应（Z. Ran等人，2023）。近期研究进一步表明，将生态系统服务动态整合到城市可持续性评估中可以支持差异化的基于自然的规划策略（Cheng等人，2024）。因此，与其分别研究城市扩张和生态变化，不如追溯它们之间的关系如何随时间调整和重组，这为理解城市–生态系统协同演化提供了更为合适的基础。然而，现有研究主要集中于城市、河流流域和城市群。对于土地资源高度受限的岛屿系统而言，在强烈的生态压力下，岛屿城市–生态系统在不同城市化扩张阶段的演化过程如何以及相应的演化阈值是什么，仍缺乏充分的理解。
平潭作为中国第五大岛，自2009年被确定为国家综合实验区以来，经历了大规模的土地利用结构重组。其发展轨迹包括快速的城市扩张和大规模的海岸围垦，随后转向城市绿色基础设施发展，为考察不同发展阶段中城市扩张与生态变化的关系提供了适宜的研究场景。以往关于平潭的研究记录了土地利用变化及相关的生态系统服务变化（Shifaw等人，2019；Xu等人，2024，第111590页）。本研究考察平潭城市扩张与生态系统变化的长期协同演化，并回答三个相关问题：（1）在长期的岛屿城市化过程中，城市扩张格局和ES与FVC的轨迹如何变化？（2）城市扩张与生态变化之间的空间关系在不同发展阶段如何变化？（3）随着城市扩张强度的增加，生态响应是否表现出非线性模式和可识别的阶段依赖阈值？为回答这些问题，本研究利用基于GEE的遥感分类、城市扩张指标和景观指数重建了1987—2023年的土地利用/土地覆盖变化和城市化扩张。随后，在2002—2023年一致的生态观测期内，通过整合基于InVEST的综合ES指数和FVC、基于网格的耦合分析以及分段阈值检测，直接评估了城市–生态系统相互作用。通过将空间重组、生态响应、耦合调整和阈值变化整合在统一的时间框架内，本研究旨在推进对岛屿城市–生态系统协同演化的理解，并为快速城市化岛屿地区的适应性发展调控、空间规划和生态修复提供科学支持。
章节摘录
研究区域
平潭岛位于中国东南沿海（25°15′–25°45′N，119°32′–120°10′E），总面积381.21平方公里，海拔从海平面到431米（Shifaw等人，2019）（图1）。该岛属于亚热带海洋性气候，年均气温18–20°C，年降水量约1,600毫米。植被以亚热带阔叶树种为主，包括樟树（Cinnamomum camphora）、榕树（Ficus
平潭的土地利用与土地覆盖变化
1987年至2023年间，平潭岛经历了显著的土地覆盖转型，以建设用地的快速扩张和耕地及水体的明显减少为特征（图3）。基于GEE的随机森林LULC分类，平均Kappa系数达到0.87 ± 0.04，总体精度为0.90 ± 0.03，支持了制图时间变化的可靠性。耕地、林地、水体和建设用地始终构成了
城市–生态系统耦合的动态演化
耦合和阈值结果共同揭示了城市–生态系统关系的渐进重组，而非简单的退化和恢复序列。在CUEP、CLEP和NUEP中，最普遍的主导耦合类型从拮抗性（18.28%）转变为恢复性（30.64%），然后再转变为协调性耦合（23.83%）。同时，扩张阈值从10.7%增加到14.6%再到32.8%，而超阈值平均ESC从?0.040变为?0.054然后再变为
结论
本研究重建了1987年至2023年平潭岛的城市扩张和LULC变化，并在2002—2023年一致的生态观测期内直接评估了城市–生态系统协同演化。通过整合随机森林LULC分类、城市扩张指数分析、景观指数、基于InVEST的综合ES指数、FVC动态以及带有阈值检测的基于网格的耦合框架，本研究得出了四个主要结论。
首先，城市扩张
CRediT作者贡献声明
张浩：写作–审阅与编辑、写作–初稿撰写、方法学、数据整理。李秀美：写作–审阅与编辑。沙晋明：写作–审阅与编辑。Eshetu Shifaw：写作–审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知可能影响本手稿所述工作的竞争性经济利益、个人关系或职业隶属关系。
具体如下：
经济利益方面，作者未从政府、商业或非营利组织获得本研究的任何资金、拨款、资助或付费支持。没有作者持有可能从本研究结果中获益的实体的股票、股权或财务权益。
张浩|李秀美|沙晋明|Eshetu Shifaw
