中国城市群城市代谢效率时空演化特征与模拟预测研究

为何城市“代谢”很重要

现代城市有点像生物体：它们吞入水、能源、食物和物资，同时输出商品、服务和污染。本文考察中国最大城市群在这一过程中有多高效。作者将19个主要城市群及其下属201个城市视为一个相互关联的代谢系统，探讨哪些地区能以对环境损害最小的方式将资源转化为繁荣，2006年以来这种格局如何变化，以及有哪些办法可以让拥挤的城市区域在不被自身废弃物窒息的情况下继续发展。

为城市群把脉

研究聚焦于中国官方划定的城市群——由核心城市及周边卫星城组成、推动区域增长的大型城市集合。作者没有仅仅统计能源或用水量，而是衡量每个城市如何将生物质、水、进口商品和化石能源等投入转化为经济活动与社会福祉，同时限制污染和碳排放。他们构建了详细的指标体系，涵盖农业产出、供水、用电与燃气、贸易流、夜间灯光数据、公共服务指标与多项污染测度，然后将这些数据输入效率模型，既把城市相互比较，也与全国最佳实践对照。

效率在地图上并不均等

结果显示，中国城市代谢效率既非普遍低下，也非持续改善。大多数城市群处于中等效率水平，且随时间变化缓慢，但高低表现明显分层。一些欠发达的内陆城市群排名出人意料地靠前，而长三角和珠三角等著名沿海强区在纳入环境压力后并非总是位居榜首。群内常见高效与低效城市并存，中间档城市相对较少。与预期相反，相当比例的核心城市实际上落后于邻近的卫星城市，表明规模和集聚带来的拥堵、严峻污染与资源浪费会拖累整体表现。

隐性差距与停滞的“俱乐部”

为理解低效来源，作者将其分为两部分。一是每个城市群的典型技术与结构相对于全国前沿的差距；二是个别城市相对于本区域最好表现的不足。他们发现，大部分短板源自城市群之间的差异——长期存在的产业结构、基础设施与生态条件不同——而非单一城市群内部的管理不善。通过马尔可夫链模拟，他们追踪城市在低、中、高效率组之间随时空的迁移。高效与低效的“俱乐部”非常牢固：已经很高效或很低效的城市倾向于保持原状，而中等效率的城市不稳定，易受周边影响上升或下降，有时被繁荣核心与挣扎边缘挤压。

增长、数字工具与教育

研究还考察了效率变化的驱动因素。结果显示收入与代谢表现之间呈U型关系：在发展初期，产出增长通常伴随单位资源的更多废弃物与污染，但超过某一收入水平后，进一步增长则与更清洁、更高效的代谢相关。这一模式类似于经典的“库兹涅茨曲线”，但应用于城市资源利用。在潜在政策杠杆中，两项尤为突出。更高的数字互联性——以5G基站密度度量——与更高效率密切相关，可能因为数据与网络有助于协调能源使用、交通与污染控制。更高的教育公共支出也能提升绩效，反映出技能人才与有能力的制度的重要性。相比之下，对外开放、财政改革、产业升级与更深层次的金融发展关联性较弱且不稳定，表明仅仅重复既有做法不足以修复浪费严重的城市系统。

对城市未来的启示

对非专业读者而言，结论是：大体量、富裕或快速增长的城市群并不必然就是治理良好的。中国城市群处于不同的效率阶梯上，许多地区因过去关于产业、基础设施与土地利用的选择而被锁定在当前层级。作者认为政策应更少关注扩大“代谢规模”，而更多致力于提升其“适应性”：缩小区域间的技术差距、帮助落后城市拉近本地前沿、支持脆弱的中等效率城市避免被落下。他们建议，加大对数字系统和教育的投资，尤其有望让密集的城市区域用更少的资源、产生更少污染地供养数百万人。

引用: Wang, W., Li, H. Study on the spatiotemporal evolution characteristics and simulation prediction of urban metabolic efficiency in China’s urban agglomerations. Sci Rep 16, 12342 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41959-5

关键词: 城市代谢, 城市群, 资源效率, 中国城镇化, 数字化