城市化的可持续性在社会经济生态系统关联下：中国山东省城市级生态足迹评价中的省内异质性研究

《Ecological Modelling》：Urbanization sustainability under the socio–economic–ecosystem nexus: A city-level emergy assessment of intra-provincial heterogeneity in Shandong, China

　　

• 城市级别能值框架评估城市化过程中的城市生态系统健康。• 三个经济圈的城市化路径存在显著差异。• 城市生态系统健康反映了资源利用、外部依赖和环境压力之间的权衡关系。• 能值指标支持差异化策略以促进城市可持续发展。引言城市的可持续发展与多项可持续发展目标（SDG）相关（联合国，2015），尤其是强调城市地区在实现可持续发展目标中关键作用的SDG11（Xiao等，2023）。目前，全球55%的人口居住在城市地区，随着发展中国家经济增长，预计90%的城市化将发生在这些地区（Chen等，2022）。城市化带来了就业机会的增加并推动了社会经济发展（Gong等，2012）。然而，城市化也导致了能源使用（Madlener和Sunak，2011；Dong等，2025）、环境污染（Yu等，2023）、土地利用（Chen等，2022；Zhang等，2023a）、温室气体排放（Seto和Shepherd，2009）以及资源消耗（Gondhalekar和Ramsauer，2017）等问题。除了这些直接影响外，城市化还被证明通过多种途径显著影响公共卫生结果，且这些影响的性质和幅度因国家和发展阶段不同而异（Zhang等，2023c）。城市是由各种组成部分构成的复杂系统，包括城市边界内的自然资源（可再生和非可再生能源）（Ran等，2023），以及人类、技术和管理要素（Bai等，2016）。此外，由于城市间的贸易互动和自然资源禀赋差异，城市在发展轨迹上表现出异质性（Zhang等，2024；Hua等，2025）。因此，对城市进行系统评估至关重要。社会-经济-自然（NES）生态系统概念旨在将自然系统纳入城市环境（Zhu等，2023）。从NES生态系统视角出发来研究城市化，涉及对城市群和城市的多系统、多维度考察和评估，这对可持续发展至关重要（Wang等，2022）。近年来的研究进一步强调了需要综合框架来捕捉社会、经济和生态维度在多个空间尺度上的交互作用（Hua等，2024；Zhang等，2025）。基于这一系统视角，学者们开发了各种核算方法来操作化城市可持续性评估。建立综合统一的核算体系是评估城市可持续发展程度的基础。国际上使用的主要指标是国内生产总值（GDP），它衡量一个国家或地区在一定时期内生产的最终产品和服务的总价值。然而，GDP未能反映经济发展所产生的环境成本（Ouyang等，2020）。因此，提出了新的指标，如环境经济核算体系（SEEA）（Yang等，2021）和生态系统生产总值（GEP），以纳入环境成本（Liang等，2021）。然而，SEEA和GEP都是从人类视角为生态系统功能赋予货币价值，这受社会经济市场发展影响。近期研究考察了城市系统中的多维耦合，探讨了空间异质性和生态韧性（Peng等，2025；Peng等，2026；Qi等，2026；Zhang等，2020）。在此背景下，能值评估作为一种有前景的工具应运而生，但在政策驱动的城市化下，城市层面的比较评估仍然较少涉及。弥补这一差距对于理解同一区域政策框架下城市之间城市化轨迹的差异至关重要。能值评估方法（EME）被广泛用于核算复杂系统的代谢（Fartout Enayat等，2023；Jing等，2023；Li等，2023；Wang和Du，2023）。"能值"指标代表社会经济系统和自然资源中以"太阳能焦耳（sej）"形式包含的历史总能量，为评估城市NES生态系统内的能量流动和资源消耗提供了统一的计量尺度（Odum，1996）。关于城市NES生态系统能值核算的研究已从最初关注单个城市部门（如工业（Gan等，2023）；农业（Lee和Liu，2023））发展到涵盖单个城市（Xiao等，2022；Zhou等，2021）和城市群（Chen等，2021b；Xu等，2023）。山东省位于中国东部沿海地区，黄河下游。其人口规模接近美国的三分之一，目前正在经历快速发展。2021年，山东省GDP达到1.288万亿美元，几乎相当于墨西哥的年度GDP。拥有41个成熟的工业部门，山东在中国加速城市化、促进产业转型和向绿色发展转型方面发挥着关键作用（Wu和Tan，2012；Fang等，2021）。从2012年到2020年，山东省城市化率从53.75%上升到63.05%（Dong等，2023）。然而，快速城市化带来了一系列环境挑战，包括产业结构布局失衡（Han等，2012）、能源危机（Ren等，2015）、生物多样性减少（Wang等，2014）、水资源短缺（Han和Zhao，2012）和空气污染（Fan等，2020；Chengjing等，2023）。空气污染的健康后果进一步因社会经济条件的空间异质性而复杂化，这种异质性可能改变局部层面的暴露-反应关系（Zhang等，2021a；Zhang等，2021b；Zhang等，2023d）。然而，这些研究主要是在省级层面开展的，提供了广泛概述。对特定地区进行了更精细的评估，如山东省日照市（Li等，2021）。然而，这些评估并未包含对城市化动态的具体分析，也缺乏城市间比较。类似地，2009年山东省东营市的城市化能值分析也已被开展（Wang等，2016），但缺乏纵向视角和政策效果的耦合分析。2012年至2020年期间，山东省在"生态文明建设"政策下大力推进城市化（山东省人民政府，2013b）。2012-2020年期间捕捉了山东城市化的关键政策窗口。2012年，中国将生态文明提升为国家发展战略，推动城市化向高质量发展转型。山东随后实施了《新型城镇化发展规划（2012-2020年）》、《新型城镇化规划（2014-2020年）》和国家级新旧动能转换试点项目（2018年）。2020年标志着这一政策周期的结束，为评估城市层面的政策效果提供了适当的时间窗口。分析这一时期城市群和核心城市之间的发展异质性对于在后续阶段制定差异化政策至关重要。因此，本文对山东省进行了城市层面的能值评估，旨在为其未来发展提供建议。本文对山东省17个城市从2012年到2020年的能值流动进行了分析。分析涵盖地方可再生自然资源和产品的能值（R）、地方非再生自然资源和产品的能值（N）、输入能值（IMP）、输出能值（EXP）、废弃能值（W）和总能值使用量（U）。此外，本研究运用了四个评估模块中的能值指标：社会子系统、经济子系统、自然子系统和城市生态健康。本文分析了政策实施和社会经济发展对城市化过程中区域协调的影响，为其他城市的可持续管理实践提供支持。具体而言，本研究旨在回答三个问题：(1) 2012-2020年山东省城市能值流动如何演变？(2) 三个经济圈之间的可持续性差异是什么？(3) 能从能值指标中得出哪些政策启示？本研究通过提供山东省三个经济圈的城市层面对比评估，弥补了理解同一政策框架下城市群发展异质性方面的空白，这是以往省级能值分析中很大程度上被忽视的视角。研究区域山东省位于中国东部（图1），北临渤海，东临黄海。山东省由17个城市组成（莱芜于2019年并入济南），是中国城市化的典型地区。山东省的城市化发展遵循"一群、两核、三圈"模式（Zhang等，2023b）。"一群"指山东半岛城市群，"两核"是核算边界我们对山东省各城市的能值流动进行了核算。这样做是为了展示山东省各城市长期时间序列的能值流动模式。图2展示了核算的能值系统图，概述了评估的范围。R包括太阳辐射、雨水势能、风能、波浪能、潮汐能、河流势能、河流化学能、地球循环能、畜牧产品、净初级…数据来源各城市的能值流动核算数据来源于中国统计年鉴（中华人民共和国国家统计局，2013-2021）、山东省统计年鉴（山东省统计局，2013-2021）以及各城市的统计年鉴。太阳辐射数据来源于NASA/POWER CERES/MERRA2原生分辨率月度及年度数据集（https://power.larc.nasa.gov/）。净初级生产（NPP）数据是山东省的城市化率2012年山东省的城市化率为52%，到2020年上升至63%（Dong等，2023），略低于中国全国平均城市化率64%。不同的城市经济圈表现出不同程度的城市化效果（图3）。济南经济圈始终保持最高的平均城市化率，2012年为51%，2020年为74%，而鲁东经济圈始终保持最低的平均城市化率，2012年为31%，2020年为51%。山东省的城市化山东省的城市化可追溯到1978年，当时在中国共产党十一届三中全会发起的"改革开放"政策下，山东沿海城市如青岛、烟台和威海逐步开放并迅速吸纳农村劳动力（山东省人民政府，2022）。自2012年以来，中国共产党提出了"推进以中国为特色…结论总之，本研究表明，尽管有共同的省级政策框架，山东省三个经济圈的城市化路径表现出显著的异质性，这与本地资源禀赋和地理特征的差异有关。在方法论上，我们的研究结果表明，基于能值的指标，特别是EUEHI，提供了关于结构可持续性的诊断性见解，这补充了传统的经济指标。GDP较高的城市（例如…资金本项目由山东省环境规划院基金项目资助（编号：SGH1829364）。CRediT作者贡献声明谢刚：项目管理。白一萱：数据整理。王倩：数据整理。谢红怡：撰写——审阅与编辑。谢刚|白一萱|王倩|谢红怡