第二章城市生态学与城市生态系统

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1、第二章城市生态学与城市生态系统第一节城市化及其生态后果一、城市化的概念城市化：人口向城镇或城市地带集中的过程( 简明不列颠百科全书）。或人口向城市地区集中， 农村地区转变为城市地区 （农业人口变为非农业人口）的过程（ ）。表现两种形式：城市数目增加；城市规模（人口、空间）不断扩大：数量上农业人口转变为城镇非农业人口；质量上城市居民生活方式的现代化。二、城市化的特点（1）人口集中；（ 2）产业集中；（3）能源结构改变； （4）需水量增加； （5）交通便捷；（ 6）信息传递快速；（ 7）不透水地面增加；（ 8）绿地减少；（ 9）人们相应的生活习惯改变。三、城市化带来的优点（1）由于人口集中，劳动力

2、集中，便于组织大生产；（2）产业集中，交通发达，有利于扩大贸易，繁荣经济；（3）通讯便捷，信息集中，促进了文教、卫生、科学技术的发展；（4）城市中良好的医药卫生，周到的公共服务，方便的生活条件，丰富的文娱活动，提高和丰富了人们的物质生活和精神生活，并为人们发挥多种才能提高了机会。四、产生的生态环境问题人类各历史阶段所带来的生态环境问题：（一）农业、畜牧业带来的生态问题（二）工业化、城市化带来的生态问题（三）现代城市生态环境问题五、城市问题的生态学实质1. 城市中物流链很短， 物质流动基本上是线性的 , 常常就是资源到产品和废物。2. 生产、生活等一切活动需要大量的能源。3. 各部门分割，行业间

3、缺乏自觉的相互合作，各自为政，各行其事。4. 生产多着眼于局部产品，着重当前经济利益。5. 消费者和生产者的比例常常失调。6. 人们集中在一个相对密闭的有限空间内，自我驯化。第二节城市生态学一、城市与城市生态学的定义1. 城市（ City ）：是非农业人口为居民主体，以空间、环境利用为基础，以聚集经济效益为特点，以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体。从生态学角度定义：城市是经过人类创造性劳动加工而拥有更高“价值”的人类物质、精神环境和财富，是更符合人类自身需要的社会活动的载体场所，是人类进步的合理的生活方式之一，是以人类占绝对优势的生态系统。特点：人口集中，

4、工商业发达，居民以非农业人口为主的地区。常为周围地区的政治、经济、文化中心。2. 城市生态学 ：以生态学的概念、理论和方法来研究城市的结构、功能、动态调控的一门学科。由于人是城市中生命成分的主体，将城市视为以人为中心的人工生态系统。因此也可以说 , 城市生态学是研究城市居民与城市环境之间相互关系的科学。二、城市生态学研究对象及研究目的研究对象：城市生态系统。研究的目的：通过对城市系统的结构、功能、动态的研究，最终对城市生态系统的发展、调控、管理及人类的其他活动提供建设性的决策依据，使城市生态系统沿着有利于人类利益的方向发展。为解决城市中存在的各种各样的社会矛盾（城市社会问题）和人类社会发展与自

5、然界的矛盾（城市生态问题）提供理论基础，实现城市生态环境与经济的协调健康发展。三、城市生态学研究内容城市居民变动及其空间分布特征 ( 城市人口的生物特征、行为特征、社会特征研究 )城市物质代谢功能及其与城市环境质量之间关系 ( 城市物流、能流及经济特征研究 )城市自然生态变化与城市环境的互动影响 ( 城市生物及非生物环境的演变过程研究 )城市生态管理与调控 ( 城市交通、供水、生活废物处理及其中的物质、能量利用 , 社会、自然和谐 , 系统动态调控方法研究 ) 城市自然生态特征的指标体系及城市合理容量四、城市生态学的发展简史（一）城市生态学的形成与发展1. 中国古代的城市生态学思想简述2. 巴

6、黎的改建3. 田园城市的规划理论（二）现代城市生态学的产生与发展1. 芝加哥学派与芝加哥城主要理论：城市土地价值变化与植物对空间的竞争相似，土地的利用价值反映了人们对最愿意和有价值地点的竞争。这种竞争作用下导致经济上的分离，按土地价值支付能力分化出不同阶层。例如，美国许多城市的内城地区通常为少数民族居住区。2. 卫星城与新城市卫星城的出现是受霍华德田园城市理论的启发，在恶性膨胀的大城市周围，建立一些小城镇，以合理的建设规模和布局，创造良好的生活环境，以疏散大城市的人口，缓解大城市的矛盾。3. 新建的大城市：巴西利亚规划 - 从平地建设起来的新城。4. 城市生态学的发展5. 中国的城市生态学的发

7、展五、城市生态学的学科基础（一）生态学（二）城市学（三）人类生态学（四）城市地理学六、城市生态学研究的基本原理1. 城市生态位原理生态位：指物种在群落中在时间、空间和营养关系方面所占的地位。生态位的宽度据该种的适应性而改变，适应性较大的物种占据较宽广的生态位。城市生态位：指城市满足人类生存发展所提供的各种条件的完备程度。或一个城市给人们生存和活动提提供的生态位。包括：生产生态位：城市的经济水平（物质和信息生产及流通水平） 、资源丰盛度（如水、能源、原材料、资金、智力、土地、基础设施等）。生活生态位：社会环境（物质，精神及社会服务水平等）及自然环境（物理环境质量、生物多样性、景观适宜度等）。一个

8、城市既有整体意义上的生态位，例如，一个城市相对于其他外部地域的吸引力与辐射力。也有城市空间各组成部分因质量层次不同所体现的生态位的差异，如有的学者认为城市中心的生态位在城市各个空间组成部分是最优越的。 对城市居民个体而言，在城市发展过程中， 不断寻找良好的生态位是人们生理和心理的本能。人们向往生态位高的城市地区的行为， 从某种意义上说是城市发展的动力与客观规律之一。总之，城市生态位是指城市满足人类生存发展所提供的各种条件的完备程度。2. 多样性导致稳定性原生物群落与环境之间保持动态平衡的稳定状态的能力， 是同生态系统物种及结构的多样性、复杂性呈正相关的。生态系统的结构愈多样、复杂，则其抗干扰的

9、能力愈强，因而也愈易于保持其动态平衡的稳定状态。在城市生态系统中：人力资源多样性，保证了城市各项事业的发展对人才的需求；土地的多样性，保证了城市各类活动的展开；城市功能与交通方式的多样性，使城市具有更大的吸引力与辐射力；行业和产业结构的多样性，使城市经济稳定，整体经济效益提高等。 这些都是多样性导致稳定性原理在城市生态系统中的应用和体现。3. 食物链（网）原理食物链 :以能量和营养物质形成的各种生物之间的联系。食物网：生物群落中许多食物链彼此相互交错连接而成的复杂营养关系。用于城市系统时，各企业之间相互提供生产原料，某一企业的产品是另一企业生产的原料；某些企业生产的”废品”也可能是另一些企业的

10、原料。如此可以对城市食物网“加链”和“减链”。减链：除掉或控制那些影响食物网传递效益，利润低、污染重的链环。加链：增加新的生产环节，将不能直接利用的物质、资源转化为价值高的产品。食物链（网）原理表明：人类居于食物链的顶端，依赖于其他生产者及各营养级的”供养”而维持其生存；人类对其生存环境污染的后果最终会通过食物链的作用（即污染物的富集作用）而归结于人类自身。4. 系统整体功能最优原理整体大于部分之和 , 11/2+1/2。5. 环境承载力原理1）环境承载力 :某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害的变化的前提下，所能承受的人类社会作用。 具体体现在规模、 强度和速度上。 三者的限制，是环

11、境本身具有的有限性自我调节能力的量度。2）环境承载力特点：客观性与主观性结合；具有明显的地域性和时间性3）环境承载力分类（1）资源承载力：资源承载力又分两种：自然资源：淡水、土地、矿藏、生物等。社会资源：劳动力资源、交通工具与道路系统、市场因子、经济发展实力等。资源承载力还可以分为：现实的：在现有技术条件下，某一区域范围内的资源承载能力；潜在的：技术进步，资源利用程度提高或外部条件改善而提高本区的资源承载力。（2）技术承载力：劳动力素质、文化程度与技术水平所能承受的人类社会作用强度。包括现实的与潜在的两种类型。（3）污染承载力：反映本地自然环境的自净能力大小的指标。3）环境承载力原理的具体内容

12、（1）环境承载力会随城市外部环境条件的变化而变化。（2）环境承载力的改变引起系统结构和功能的变化，从而推动系统的正向演替或逆向演替。（3）城市生态演替是一种更新过程，它是城市适应外部环境变化及内部自我调节的结果。城市生态系统向结构复杂、能量最优利用、生产力最高的方向演化称为正向演替，反之称为逆向演替。（4）城市生态系统的演替方向是与城市生态系统中人类的活动强度是否与城市环境承载力相协调密切相关的。当城市活动强度小于环境承载力时，城市生态系统可表现为正向演替，反之称为逆向演替。第三节城市生态系统一、城市系统（一）城市系统：指以人为中心的，以一定的环境条件为背景以经济为基础的社会、经济、自然综合体

13、。（二）城市系统的特征1. 城市系统是一复杂的社会形态，它有许多子系统组成。2. 城市大系统的总目标是发挥城市效益，包括社会效益、经济效益与生态环境效益，满足人们对物质和精神文化的需要。3. 城市与周围广大农村、城市与区域之间有着相互联系、相互制约与依存的关系，这种关系即城市与周围环境的关系。4. 每个城市都是一定的地域中心，都以相应的经济区域作依托，城市是周围广大地区生产、交换、分配、消费等经济活动的集中场所。二、城市生态系统 (urban ecosystem)（一）城市生态系统： 城市居民以自然环境系统和人工建造的社会环境系统相互作用而形成的统一体。属人工生态系统，有的称之为人类生态系统，

14、还有称为人工生态系统，也有称之为生态经济系统。既是自然生态系统发展到一定阶段的结果，也是人类生态系统发展到一定阶段的结果。（二）城市生态系统的组成城市生态系统： 城市 居民或人群；城市环境系统马世骏指出：“城市生态系统是一个以人为中心的自然，经济与社会的复合人工生态系统”。（三）城市生态系统的结构1. 空间结构：土地利用的空间排布形式。2. 社会结构：人口结构、劳动力结构、智力结构等。3. 营养结构：为一特殊的倒”。城市的营养结构最能反映城市系统内部运动规律的关键因素。如：城市人口变动、城市经济活动、城市土地利用等。（四）城市生态系统的基本功能1. 城市生态系统生产功能（1）生物生产：城市生态

15、系统的生物生产功能是指城市生态系统所具有的，包括人类在内的各类生物交换、生长、发育和繁殖过程。生物的初级生产：即光合产物。生产粮食、蔬菜、水果和其他各类绿色植物产品。城市以第二、三产业为主，故初级生产不占主导地位，但城市植被的景观作用功能和环境保护功能对城市生态系统来说十分重要，因此，大面积的保留城市的农田、森林、草地、水域等面积是非常必要的。生物次级生产A. 大部分从城市外部输入，表现明显的依赖性。如香港的菜、肉、水等由内地供应。 B. 城市的次级生产主要是人，故具有明显的人为可调性。 C.城市生态系统的次级生产具有社会性，即其次级生产是在一定的社会规范和法律制约下进行的。所以为了维持一定的

16、生存量，城市生态系统的生物、次级生产在规模、速度、强度和分布上应于城市生态系统的初级生产、物质、能量的输入输出、分配等过程取得协调一致。（2）非生物生产：是指具有创造物质与精神财富满足城市人类的物质消费与精神需求的性质。城市生态系统的非生物生产是人类生态系统特有的生产功能。物质生产：是指满足人们的物质生活所需的各类有形产品及服务。如各类工业产品、设施产品、服务性产品。城市生态系统的物质产品，不仅为城市地区的人类服务，更主要的为城市以外的人类服务。因此系统内物质生产量巨大，所消耗的能源资源量也是惊人的，对城市区域的自然环境的压力是不容忽视的。非物质生产： 是指满足人们的精神生活所需的各种文化艺术

17、产品及相关的服务。如小说、歌曲、音乐、绘画等艺术作品。实质是城市文化功能的体现。（3）城市生态系统的物质流人口流是一种特殊的物质流：包括人口在时间和空间上的变化。以货物流的流动过程最为复杂：它不是简单的输入和输出，还要经过生产、消耗、积累及排放废弃物的过程。资源流是自然力推动的物质流，对城市的生态环境质量形成巨大影响。2. 城市生态系统能源结构与能量流动（1）能源结构：能源总生产量和总消费量的构成及比例关系。能源的生产结构：从总生产量分析能源结构。能源的消费结构：从消费量分析能源结构。能源结构反映一个国家或城市生产技术水平发展的一个重要标志。 天然气和电力的消费及一次能源用于发电的比例，反映城

18、市能源供应现代化水平的两个指标。（2）能量流动：指能源在满足城市多种功能过程中在城市生态系统内外的传递、流通和耗散过程中。城市生态系统的能量流动主要在非生物间的流动。（3）城市生态系统能量流动的特点：城市生态系统能量流动与自然生态系统的能量流动相比具有明显的特点：(1) 在能量使用上自然生态系统：能量来源主要是太阳能；能量流动主要集中于系统内各生物之间所进行的动态过程，反映在生物的新陈代谢过程中。城市生态系统：能量来源不仅仅局限于生物能源（固定的太阳能），还包括大量的非生物能源（辅助能）；大部分的能量在非生物之间变换与流转（存在于生物与生物、生物与人类、人类与非生物，以及非生物与非生物之间）。

19、反映在人力制造的各种机械设备的运行之中。随着城市的的发展，它的能量、物资供应地区越来越大，从邻进地区到整个国家乃至全世界。(2) 在传递方式上自然生态系统：主要通过食物网传递能量；城市生态系统：通过农业部门、采掘部门、能源生产部 门、运输部门等传递能量。能量流动方式要比自然生态系统多。(3) 在能量流运行机制上自然生产系统：能量流动是自发的、天然的；城市生态系统：能量流动以人工为主。如一次能源转换成二次能源、有用能源等皆依靠人工。(4) 在能量生产和消费活动过程中自然生产系统：将光能转化为化学能，最终以热能耗散于空间；城市生态系统： 以热能耗散出去， 除造成热污染外， 伴随着还有一部分物质以”

20、三废”形式排入环境，使城市环境遭受污染。3. 城市生态系统的信息流（1）城市的重要功能：输入分散无序的信息，输出经过加工集中的有序信息。（2）信息的载体：报纸、广告、书刊、电视、网络、电信、人与人的交流等。（3）一个城市信息流量大小反映了城市的发展水平和现代化水平。（五）城市生态系统的主要特点1. 城市是以人为主体的生态系统2. 城市是具有人工化环境的生态系统3. 城市中人口、能量和物质容量大、密度高、流量大、运转快的开放系统。4. 城市是依赖性很强，独创性很差、不完全的开放性的生态系统。（六）城市生态系统和自然生态系统的比较自然生态系统城市生态系统人工高度开放生态系统; 主体是人 , 而不是

21、动、植物或微生开放度自我维持的系统物; 非生态结构无限扩大, 是不完全的生态系统。消费者大大超过生产者 , 营养物质及能量的大量输入 , 废弃物大量排出能量投入太阳辐射能输入为主主要是大量的工业能投入及生物能投入生产力生物量高，没有或少有产出，净生产力高生产力低系统稳定机靠多样化物种及食物链网络或系人工调控，不稳定，靠自身不可能持续发展制统内部的反馈机制形成服从规律自然规律社会经济规律目的性生物现存量最大 , 维持结构功能为了人类社会经济发展需求的平衡与稳定效率低最高环境问题少最多通过城乡交叉，“农业生态系统”是“环”城市生态系统结构的主体 , 城市生态系统与 “环” 城市的农业生态系统之相互关系自我维持的封闭系统间发生大量的物质能量信息交换, 依靠农业生态系统的广阔空间和特有的自净能力缓解城市自身承载能力所不能解决的生态问题。未来发展趋向是城乡一体化