全球变化是自然过程和人类活动过程交互作用驱动下引起大气圈、水圈、生物圈和岩石圈发生的一系列变化。人文系统叠置于地球表层系统,其变化具有潜在性和时滞性特征。矿业城市是一种特殊的城市类型,其城市生态系统属于典型的人工生态系统,人文系统是其主导部分。我国矿业城市具有特殊的时间和空间架构,在历经兴起、繁荣后,目前大多数矿业城市都已进入资源衰竭阶段,即矿业城市生态系统在全球变化宏观背景下,承受资源衰竭、产业畸形、失业严重、生态破坏、环境污染等微观自然和人文系统的变化,矿业城市生态系统脆弱性特征明显,可持续发展受到严峻挑战。20世纪90年代以来,全球变化引致自然和人文系统的脆弱性成为诸多国际研究计划、机构关注的热点,脆弱性已成为自然灾害对自然生态系统和人文可持续生计影响研究的一门新兴科学。国外在自然系统及自然—人文交互作用系统方面取得了大量的研究成果。国内脆弱性研究继承了国外研究传统,对自然生态系统(如地下水系统、喀斯特地貌系统等)及人工生态系统(如农田生态系统、农牧交错地带)脆弱性研究取得了不少的研究成果,而同属人工生态系统的城市生态系统脆弱性研究才处于起步阶段,如东北地区能源矿业城市脆弱性研究等,研究内容主要包括脆弱性概念和及其评价方法等。目前国内外对人工生态系统脆弱性概念尚未取得一致意见,主要沿用自然灾害或自然—人文交互作用的压力暴露单元、敏感性和适应性三要素概念体系,而人工生态系统缺少显在的暴露单元,压力与敏感性的原因与结果关系通常也难以区分。人工生态系统脆弱性常用评价方法主要是函数模型法、模糊评判法和图形法,上述方法缺少对矿业城市生态系统复杂性、多层次性和非线性的考虑。本文在研究一般城市生态系统基本理论的基础上,以有色金属矿业城市—安徽省铜陵市为例,以2010年为时间断面,从环境系统、经济系统和社会系统三个子系统全面分析了其城市生态系统的组成、结构和功能,以2001-2010年为时间轴线,并与安徽省马鞍山市、淮南市和淮北市等矿业城市及合肥市和芜湖市等经济发达城市比较,动态分析了铜陵市环境系统、经济系统和社会系统三个子系统的脆弱性表征,并在此基础上探讨了铜陵市城市生态系统子系统脆弱性之间的映射关系。本文以脆弱性—压力暴露单元、敏感性和适应性三要素研究为基础,认为暴露单元经受内外部压力扰动是子系统间协调发展的阻力,子系统间的协调发展度即为高—级系统的耦合度,而耦合度大小即表征高—级系统的脆弱度。子系统指标值、子系统及各级复合系统综合值的动态变化即为敏感性的表现,而自然恢复力和人类行为措施即为适应性。敏感性与适应性交互作用,共同推进人工生态系统行为的动态变化。采用脆弱性系统结构简化模式(敏感性和适应性)构建了铜陵市经济系统脆弱性评价指标体系,采用经济发展、环境压力和人文响应三方面构建了铜陵市环境—经济系统脆弱性评价指标体系,采用生态安全P-S-R(压力—状态—响应)分析框架和脆弱性系统结构模式(压力暴露单元、敏感性和适应性)相兼容的方法建立铜陵市城市生态系统脆弱性评价指标体系。铜陵市生态系统脆弱性具有复杂性、多层次性、非线性和模糊性的特征,构建了子系统发展度模型(近似线性模型、综合指数模型和集对分析—可变模糊集综合分析模型)和总系统协调度模型(反正切函数法、空间动态趋势法和变异系数法),以耦合协调度表征目标系统脆弱度,分别对铜陵市经济系统、环境—经济系统和城市生态系统系统脆弱性进行了评价。最后采用灰色斜率相似关联度法和单一指标状态值诊断系统脆弱性形成的主要致脆因子,采用压力—响应指数模型计算城市生态系统子系统相互作用强度,分析系统脆弱性形成机理。研究结果表明：(1)铜陵市经济系统存在结构畸形、效率不平衡和对外依存度高等脆弱性,以经济系统脆弱性为驱动源,增强或放大环境系统生态破坏和环境污染等脆弱性以及社会系统失业问题和城市建设落后等脆弱性。(2)2001-2010年铜陵市经济系统敏感性和适应性状态值呈递增正相关变化,适应性变化速度快于敏感性；敏感性和适应性速度值变化差异较大,前者先递增后递减,后者平稳递增；脆弱度呈先增后减变化趋势,分割点在2005年前后。(3)2001～2010年铜陵市环境—经济系统经历高脆弱—较高脆弱—中度脆弱—较低脆弱度的变化,脆弱性度呈递减趋势。(4)2001-2010年,铜陵市城市生态系统一直处于较高和中度脆弱水平,脆弱等级总体较高。2004年作为分割点,脆弱度由较高下降至中度等级。(5)铜陵市三类系统在经历内外部扰动时,经济系统表现为极为敏感的波动振荡特征,环境—经济系统次之,城市生态系统最小。(6)经济结构、经济质量和财政投入是铜陵市经济系统主要综合致脆因子,环境污染、资源短缺和人文响应不力为铜陵市环境—经济系统综合致脆因子,以及资源、环境、生态压力和生态响应不力是铜陵市生态系统主要的综合致脆因子。(7)2001年以来,生态压力指数总体呈下降趋势,2005年之前数值大于1,表明经济活动强度超出生态环境承载的能力,生态环境质量下降。2005年始降为1以下,表明经济活动强度在生态环境阈值范围之内,生态环境质量提高。2001年以来,生态响应指数在2005年前后有阶跃上升,表明铜陵市推行循环经济发展战略加强生态环境建设具有一定的效果,但评价期内生态响应指数一直处于1以下水平,铜陵市未来环境建设任务仍然异常艰巨。脆弱性是可持续发展研究全新的科学工具,根据铜陵市城市生态系统脆弱性时间动态变化规律,预测脆弱性系统的未来发展趋势,并结合铜陵市脆弱性形成机理,在脆弱性研究和可持续发展战略之间建立了政策性解释工具,科学指导铜陵市可持续发展战略和具体政策的制定。铜陵市城市生态系统调控体系包括：(1)政府、企业和社区三方互动,融合多元调控主体智慧与力量。(2)行政、经济和法律等多种调控方法灵活运用,监管和激励系统主体行为。(3)研制实施科学调控策略,即认知与实践并行,理念转型与经济转型同步实施。突出主线,兼顾辅线,主辅线结合作为铜陵市城市生态系统具体优化调控路径。将经济结构—产业结构—工业结构—铜产业结构作为调控主线,将环境系统治理和社会系统优化作为两翼；将经济结构—产业结构—工业结构—非铜产业结构、经济结构—产业结构—非工业结构—第一产业结构和经济结构—产业结构—非工业结构—第三产业结构调控作为三条调控辅线。