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1、城市生态学城市生态学康康 慕慕 谊谊北京北京 2002.02064 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落4.1 城市城市的的土壤土壤1 城市化对土壤的影响及城市土壤特点城市化对土壤的影响及城市土壤特点l城市发展与建设导致形成废墟式土壤城市发展与建设导致形成废墟式土壤 这类土壤较利于植物根系伸展，但养分布不这类土壤较利于植物根系伸展，但养分布不均；通气良好，但土体甚为干燥均；通气良好，但土体甚为干燥l城市道路交通使其两侧土壤性质发生改变城市道路交通使其两侧土壤性质发生改变瓦砾、瓦砾、砖、砂、砖、砂、混凝土等建筑废料多混凝土等建筑废料多，pH值值高，铅金属含量大，紧实度增加高，铅金属含量大，紧实度
2、增加城市道路侧旁土壤中及其上生长的植物体内铅含量城市道路侧旁土壤中及其上生长的植物体内铅含量4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落l城市化过程常常导致土壤含水量减少和地下城市化过程常常导致土壤含水量减少和地下水位降低水位降低 大大部分降水形成地表径流而流失，地下水得部分降水形成地表径流而流失，地下水得不到补偿不到补偿 城市地下设施城市地下设施(地铁地铁/地下停车场等地下停车场等)施工需施工需要排出地下水要排出地下水4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落2 城市环境污染对土壤的影响城市环境污染对土壤的影响l土壤酸化土壤酸化:酸雨影响的结果酸雨影响的结果l垃圾污染垃圾污染:城郊多有发生城郊多有
3、发生l污水灌溉污水灌溉:造成土壤潮湿或过潮湿、通气性造成土壤潮湿或过潮湿、通气性变差，营养元素虽丰富但也富集了有害物质。变差，营养元素虽丰富但也富集了有害物质。特别是由于镉和铅的富集，已不再适宜于蔬特别是由于镉和铅的富集，已不再适宜于蔬菜、农作物和其他经济作物生长。此外通过菜、农作物和其他经济作物生长。此外通过放牧常常还对动物造成毒害放牧常常还对动物造成毒害4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落 综上述，城市土壤具有较高污染物综上述，城市土壤具有较高污染物(重金属、重金属、有机物等有机物等)含量。含量。工业工业“三废三废”和城市和城市垃圾、垃圾、废物废物是引起土壤污染最重要的物质来源是引起土
4、壤污染最重要的物质来源 污染物质通过污染物质通过l人类向水体排放或引工业污水和生活污水灌人类向水体排放或引工业污水和生活污水灌溉而进入土壤。此类引起的土壤污染最普遍溉而进入土壤。此类引起的土壤污染最普遍l进入大气，以飘尘、降尘的形式淋洗入土壤进入大气，以飘尘、降尘的形式淋洗入土壤l废渣、垃圾等固体废物堆放，或作为肥料施废渣、垃圾等固体废物堆放，或作为肥料施用而进入土壤用而进入土壤4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落4.2 城市城市生物群落生物群落1 生境特点生境特点l生存空间生存空间狭窄狭窄:群落在条带状或斑块状存在群落在条带状或斑块状存在l自自然然光光照照少少,人人工工光光照照多多:夜夜
5、间间照照明明导导致致。24h持持续续光光照照,一一方方面面有有利利于于植植物物生生长长,另另一一方方面面也也对对植植物物生生长长产产生生间间接接不不利利影影响响:主主要要体体现现在在植植物物更更易易于于受受到到大大气气污污染染和和早早霜霜的的伤伤害害,这一现象被称为这一现象被称为光污染光污染4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落 封闭狭窄生境封闭狭窄生境:狭窄的街区、被高大建筑物环狭窄的街区、被高大建筑物环绕的小空地绕的小空地;夏季气温低夏季气温低,风速小风速小;冬季暖冬季暖,小小气候条件良好气候条件良好,适合许多生物生存适合许多生物生存 人类活动产生的特殊生境人类活动产生的特殊生境：屋顶屋
6、顶(干旱干旱,阳光充足阳光充足,瓦松生长瓦松生长)建筑物外墙建筑物外墙(越老越利于植物生长越老越利于植物生长)路旁路旁(污染严重污染严重,改变种间竞争关系改变种间竞争关系,地衣地衣/苔苔藓生长受抑藓生长受抑)铁道侧铁道侧(热条件好热条件好,喜城市植物可沿此分布很喜城市植物可沿此分布很远远)4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落2 城市植物群落的区系特征城市植物群落的区系特征城市植物城市植物通常指仅限于城市地区出现的植物通常指仅限于城市地区出现的植物种类种类,主要包括以下两类：主要包括以下两类：l以以建建筑筑群群密密集集地地段段为为最最佳佳生生境境，在在城城市市以以外外地地带带缺缺失失或或即即
7、使使存存在在，但但只只选选择择该该地地带带内内有有限限的的特特殊殊生生境境的的种种类类，这这类类植植物物通通常常被被称称为为喜喜城城市市环环境境种种(urbanophile urbanophile plantplant),),如如野野大大麦麦(Hordeum Hordeum murinummurinum),),大大蒜蒜芥芥(Sisymbrium Sisymbrium altissimumaltissimum)等等4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落城市植物区系的特征城市植物区系的特征l往往往往只具有一种或少数几种常见植物只具有一种或少数几种常见植物,这一这一特点在城市行道树的树种组成中体现
8、最为明特点在城市行道树的树种组成中体现最为明显显,如悬铃木如悬铃木(Plantanus acerifoliaPlantanus acerifolia),国国槐槐(sophora japonicasophora japonica),槭槭(Acer Acer spp.spp.)等等l具有较大比例的具有较大比例的世界广布种和归化植物世界广布种和归化植物(naturalized plantnaturalized plant):有人认为一地的植物有人认为一地的植物区系中区系中,归化植物种类数目占总种类数目的归化植物种类数目占总种类数目的比率比率(归化率归化率)是表示城市化程度的标志之一是表示城市化程度的
9、标志之一4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落l在不同地区和不同国家在不同地区和不同国家,还受其还受其文化传统和文化传统和社会经济社会经济等因素的影响等因素的影响 如我国许多古老城市的古迹周围常分布着参如我国许多古老城市的古迹周围常分布着参天古柏或茂林修竹天古柏或茂林修竹 又如在西方国家又如在西方国家,低收入阶层居住区的植物低收入阶层居住区的植物群落中群落中,常常只能见到散生的、生活力衰退常常只能见到散生的、生活力衰退的老龄土生树的老龄土生树;或见到以速生树种为主的人或见到以速生树种为主的人工营造林地。而在高收入阶层居住的区域工营造林地。而在高收入阶层居住的区域,则常可见到自然林地的群落片段
10、则常可见到自然林地的群落片段4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落城市城市土地利用土地利用对植物区系的影响对植物区系的影响l大规模建筑群和不透水地面大规模建筑群和不透水地面,是城市中人类是城市中人类利用土地资源的典型形式。就一般而言利用土地资源的典型形式。就一般而言,这这种土地利用形式的强度是从城市中心逐渐向种土地利用形式的强度是从城市中心逐渐向外围减弱的。与之相应外围减弱的。与之相应,城市植物区系中外城市植物区系中外来成分所占的比例亦从城市中心向城市外围来成分所占的比例亦从城市中心向城市外围减少减少,而非外来成分则沿此方向增多。这一而非外来成分则沿此方向增多。这一现象很类似于古典城市生态学
11、派的同心圆学现象很类似于古典城市生态学派的同心圆学说说4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落城城市市土土地地利利用用对对植植物物区区系系的的影影响响,还还表表现现在在不不同同地地区区的的城城市市,虽虽位位于于不不同同大大陆陆不不同同气气候候带带,但但其其植植物物区区系系组组成成具具有有一一定定相相似似性性。如如德德国国杜杜塞塞尔尔多多夫夫的的植植物物区区系系与与北北京京的的相相似似性性为为10%,与与智智利利首首都都利利马马的的为为7%。而而在在这这些些城城市市所所处处区区域域中中,由由气气候候和和土土壤壤条条件件所所决决定定的的潜潜在在自自然然植植被被,在在种种一一级级水水平平上上则则没没
12、有有任任何何相相似似性性。Kunick于于1982年年对对中中欧欧地地区区九九个个城城市市植植物物区区系系的的比比较较结结果果表表明明,在在所所有有被被统统计计的的种种类类当当中中,有有15%的的种种为为这这九九个个城城市市所所共共有有。如如果果仅仅仅仅对对这这些些城城市市中中工工业业用用地地范范围围内内的的植植物种类进行统计物种类进行统计,则相似性程度可高达则相似性程度可高达50%4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落3 城市环境下的植物群落城市环境下的植物群落城市植物群落的结构特征城市植物群落的结构特征l群落结构简单群落结构简单:水平变化多为均匀结构水平变化多为均匀结构;垂垂直分层多为单
13、层或双层结构。如草坪、公园直分层多为单层或双层结构。如草坪、公园绿地、行道树群落均属此类绿地、行道树群落均属此类l种类组成单纯并相似种类组成单纯并相似:城市植物群落往往是城市植物群落往往是为特定目的如绿化观赏而营造的为特定目的如绿化观赏而营造的,而观赏价而观赏价值值,在世界各地人们心目中有其共通之处在世界各地人们心目中有其共通之处4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落城市植物群落中植物种的生态学特征城市植物群落中植物种的生态学特征l 对光、温度、大陆性和土壤反应的平均指对光、温度、大陆性和土壤反应的平均指示值明显向高值区移动示值明显向高值区移动,而对湿度和氮素营而对湿度和氮素营养的指示值倾向
14、于向低值区移动养的指示值倾向于向低值区移动l中生植物居多中生植物居多,但大多数具有旱生植物特点但大多数具有旱生植物特点,绝少有湿生植物绝少有湿生植物l具有较高比例的常绿植物具有较高比例的常绿植物l耐践踏、竞争力较强、种子易于广泛散布耐践踏、竞争力较强、种子易于广泛散布4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落4 城市环境下动物区系的变化城市环境下动物区系的变化(Numata,1978)l鸟鸟的种类呈减少趋势：如东京自然园内的鸟的种类呈减少趋势：如东京自然园内的鸟类从类从58年的年的16种减少到种减少到77年的年的8种种l因而以鸟类为天敌的因而以鸟类为天敌的害虫害虫得以大量繁殖，从得以大量繁殖，从
15、而危害到城市树木的生长而危害到城市树木的生长l不休眠的赤家不休眠的赤家蚊蚊的生态型地下家蚊（赤家蚊的生态型地下家蚊（赤家蚊的生理性变种）逐渐扩展的生理性变种）逐渐扩展4 城市城市土壤与生物土壤与生物群落群落l鼠鼠类发生变化：沟鼠正在排挤熊鼠类发生变化：沟鼠正在排挤熊鼠-沟鼠以沟鼠以地下市街为居住场所，随着地下建筑的建成地下市街为居住场所，随着地下建筑的建成与发展，沟鼠在那里不断大量繁殖与发展，沟鼠在那里不断大量繁殖l鱼鱼的种类组成发生变化：喜欢清水的鱼类由的种类组成发生变化：喜欢清水的鱼类由于河水污染而已经消失，代之而来的是繁殖于河水污染而已经消失，代之而来的是繁殖量很大的鲤科小鱼如白票子等量
16、很大的鲤科小鱼如白票子等城市社会经济系统的结构城市社会经济系统的结构5 城市城市生态系统生态系统社会经济发展的需求一般是先物质后精神：社会经济发展的需求一般是先物质后精神：物质生产部门的结构和布局与城市经济发展、物质生产部门的结构和布局与城市经济发展、城市环境质量以及居民生活等关系密切城市环境质量以及居民生活等关系密切非物质生产部门的发展和消费系统的完善非物质生产部门的发展和消费系统的完善,随随现代化工业与社会的发展、居民生活水平的提现代化工业与社会的发展、居民生活水平的提高，从而对居住环境及生活服务的追求多样化高，从而对居住环境及生活服务的追求多样化而发展而发展5 城市城市生态系统生态系统城
17、市的基础设施城市的基础设施 城市水源、自来水厂与输配水管网、排水系统城市水源、自来水厂与输配水管网、排水系统及污水处理及污水处理 道路、桥梁、隧道、公共交通道路、桥梁、隧道、公共交通 城市煤气热力厂及输配管网、电力输配网城市煤气热力厂及输配管网、电力输配网 邮电通讯邮电通讯 园林绿化、环境卫生园林绿化、环境卫生 安全防御：防洪、消防、抗震、控制地面沉降安全防御：防洪、消防、抗震、控制地面沉降城市基础设施体系与人体生理机能比拟城市基础设施体系与人体生理机能比拟5 城市城市生态系统生态系统 我国的城市化往往发展不平衡我国的城市化往往发展不平衡,城市人口增长城市人口增长速度速度远快于远快于城市基础设
18、施建设城市基础设施建设。基础设施水。基础设施水平与西方国家相比平与西方国家相比,处于相当落后的状态处于相当落后的状态,如如:l城市城市供水紧张供水紧张:北方城市几乎全部缺水北方城市几乎全部缺水,日日缺水达缺水达15 106t以上以上;排水设施落后排水设施落后,97%的的污水未经处理排入江河污水未经处理排入江河,造成水体污染造成水体污染l城市城市道路短缺道路短缺,交通拥挤交通拥挤:地铁线路尤其匮地铁线路尤其匮乏乏l城市居民城市居民住房紧张住房紧张:人均不足人均不足10m2l城市绿化城市绿化覆盖率低覆盖率低:许多城市未达国家标准许多城市未达国家标准5 城市城市生态系统生态系统人口的自然结构人口的自
19、然结构性别性别结构结构:是否均衡是否均衡,决定着城市内部人口再决定着城市内部人口再生产过程的变动方向生产过程的变动方向年龄年龄结构结构:部分地决定着城市人口群体再生产部分地决定着城市人口群体再生产的速度的速度,决定着能够提供给社会的劳动力数量决定着能够提供给社会的劳动力数量,影响着对社会生活消费物品的需求量影响着对社会生活消费物品的需求量质量质量结构结构:主要是指人口的先天素质情况主要是指人口的先天素质情况,如如发育属于正常还是畸形发育属于正常还是畸形,有否残疾有否残疾,比例多少比例多少等等?西安市人口年龄结构分布图西安市人口年龄结构分布图(资料截止于资料截止于1998年年)男性男性女性女性北
20、京市人口年龄结构对比北京市人口年龄结构对比5 城市城市生态系统生态系统北京市北京市1990,1982和和1964年人口普查结果分析年人口普查结果分析:不满周岁的乳儿、学龄前儿童和少年儿童人口不满周岁的乳儿、学龄前儿童和少年儿童人口占总人口比重占总人口比重:1990年年1982年年1964年年,分分 别别 增增 长长 9.03%,3.95%和和8.1%:50s和和60s生育高峰的结果生育高峰的结果;1990年年 1964年年,较有大幅度的增长较有大幅度的增长(高出高出17%),1990年年 1982年年,比重达到比重达到66.3%,显示显示出男女劳动力资源非常富足出男女劳动力资源非常富足老年人口
21、占总人口的比重老年人口占总人口的比重:1990年年1982年年1964年年,反映出居民生活水平反映出居民生活水平提高提高,医疗保健事业发展医疗保健事业发展,人口寿命有所延长人口寿命有所延长;同时也提示我们同时也提示我们:北京市人口开始出现老龄化北京市人口开始出现老龄化迹象迹象5 城市城市生态系统生态系统 一个地区人口的自然结构，与该地区人口负荷一个地区人口的自然结构，与该地区人口负荷量的变化、劳动力资源余缺程度、被抚养人口量的变化、劳动力资源余缺程度、被抚养人口的增减等有十分密切的关系，是一项非常重要的增减等有十分密切的关系，是一项非常重要的社会经济发展因素指标，也是在城市规划与的社会经济发展
22、因素指标，也是在城市规划与建设中，规划各类建设中，规划各类(针对不同年龄人口的针对不同年龄人口的)服务服务设施设施(如托儿所、幼儿园、中小学、医院、养如托儿所、幼儿园、中小学、医院、养老院等老院等)的重要依据的重要依据5 城市城市生态系统生态系统人口的社会构成人口的社会构成 包括人口的社会分布、职业构成、民族组成等。包括人口的社会分布、职业构成、民族组成等。可被分为三大类可被分为三大类:基本人口基本人口:工矿交通企业、行政机关事业单位及工矿交通企业、行政机关事业单位及高等院校在册人员高等院校在册人员,对城市规模起决定性作用对城市规模起决定性作用服务人口服务人口:指为本地区服务的企业单位、文教、
23、指为本地区服务的企业单位、文教、医疗和商业单位的在册人员医疗和商业单位的在册人员被抚养人口被抚养人口:未成年、未参加工作和丧失劳动能未成年、未参加工作和丧失劳动能力的人力的人 城市规划部门一般将人口比例控制在城市规划部门一般将人口比例控制在l基本人口基本人口:30%40%l服务人口服务人口:12%20%l被抚养人口被抚养人口:45%50%5 城市城市生态系统生态系统5 城市城市生态系统生态系统 根据劳动职工按国民经济部门统计的九大部类根据劳动职工按国民经济部门统计的九大部类,又可将城市人口分为又可将城市人口分为:生产性劳动生产性劳动生产性劳动生产性劳动人口人口:工业职工、基本建设职工、农工业职
24、工、基本建设职工、农林水职工、交通邮电职工林水职工、交通邮电职工非生产性劳动非生产性劳动非生产性劳动非生产性劳动人口人口:商业服务系统职工、城市公商业服务系统职工、城市公用事业职工、科教、文化、卫生部门职工、金用事业职工、科教、文化、卫生部门职工、金融部门职工、国家机关与人民团体的职工融部门职工、国家机关与人民团体的职工非劳动非劳动非劳动非劳动人口人口:除上述两类外不从事社会劳动人口除上述两类外不从事社会劳动人口 城市劳动人口比例一般应占在城市劳动人口比例一般应占在45%60%左右左右5 城市城市生态系统生态系统人口密度人口密度单位面积空间内生存容纳的居民人口单位面积空间内生存容纳的居民人口数
25、数,是区分城市大、中、小等级的主要依据是区分城市大、中、小等级的主要依据 城市人口密度也说明区域的拥挤程度城市人口密度也说明区域的拥挤程度,间接地间接地反映着城市的环境质量反映着城市的环境质量 人口密度大是我国城市人口的一大特点人口密度大是我国城市人口的一大特点:如北如北京市京市1995年底已达年底已达1 251.1万人万人,平均平均745人人/km2,其中城区人口密度超过其中城区人口密度超过15 000人人/km2 5 城市城市生态系统生态系统 与人口密度相关的问题是城市人均用地状况与人口密度相关的问题是城市人均用地状况:英国每人大于英国每人大于100m2 美国每人大于美国每人大于150m2
26、 俄罗斯每人大于俄罗斯每人大于200m2 我国我国1985年全国城市用地为每人年全国城市用地为每人73m2,上海每上海每人仅为人仅为26m2 我国城市在用地的比例上我国城市在用地的比例上,工业用地偏大工业用地偏大,生生活用地偏紧活用地偏紧5 城市城市生态系统生态系统 针对人口密度的高低对城市生态系统的利弊针对人口密度的高低对城市生态系统的利弊,存在两种截然相反的观点存在两种截然相反的观点:1 一派认为一派认为:传统的生理、心理和社会学观点表传统的生理、心理和社会学观点表明明:人口密度增加将人口密度增加将加重人的生理和精神压力加重人的生理和精神压力,降低生活水平降低生活水平,恶化环境质量恶化环境
27、质量,使犯罪率上升使犯罪率上升等等2 另一派提出另一派提出:适当增加人口密度适当增加人口密度,将有助于将有助于降低降低按人口平均的资源消耗和环境影响按人口平均的资源消耗和环境影响,减少运输减少运输量量,节约能源节约能源,充分充分发挥城市功能发挥城市功能,提高经济效提高经济效益益5 城市城市生态系统生态系统 事实上事实上,这里牵涉到一个这里牵涉到一个适度人口密度适度人口密度的问题的问题:固然人口密度增加固然人口密度增加,有利于降低按人口平均的有利于降低按人口平均的资源消耗和环境影响资源消耗和环境影响,提高经济效益提高经济效益;然而过然而过高的人口密度高的人口密度,必然造成人的生理和精神负担必然造
28、成人的生理和精神负担加重加重,从而使人的生活质量和工作效率降低从而使人的生活质量和工作效率降低,甚至罹患疾病甚至罹患疾病,到头来仍然会使城市背上沉重到头来仍然会使城市背上沉重的经济包袱的经济包袱 有关城市合理人口密度问题有关城市合理人口密度问题,将在后面章节将在后面章节城市规模与城市资源和环境容量关系城市规模与城市资源和环境容量关系继续讨论继续讨论5 城市生态系统城市生态系统5.3 城市生态系统城市生态系统的的特点特点城市生态系统的城市生态系统的概念概念 城市是城市居民与其周围环境相互作用形成的城市是城市居民与其周围环境相互作用形成的网络网络,是人类生产和生活活动集中的较大场所是人类生产和生活
29、活动集中的较大场所,是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起来的特殊来的特殊空间地域综合体空间地域综合体 该该空间地域综合体空间地域综合体是自然实体和社会是自然实体和社会,、经济、经济和科学文化实体的有机统一和科学文化实体的有机统一:5 城市生态系统城市生态系统l占有一定空间占有一定空间,有包括人类在内的生物和非有包括人类在内的生物和非生物组成等要素生物组成等要素l要素间存在物质要素间存在物质能量代谢、生物地球化学能量代谢、生物地球化学循环以及物质供应循环以及物质供应(输入输入)和废物处理和废物处理(输出输出)l要素间相互作用构成有内在联系的统一整体要素
30、间相互作用构成有内在联系的统一整体 因而可将城市看成是一个因而可将城市看成是一个(马世俊等马世俊等,1984)：自然自然经济经济社会复合社会复合生态系统生态系统生态系统生态系统SENCESENCE,i.e.,Social-Economic-Natural Complex EcosystemSocial-Economic-Natural Complex Ecosystem5 城市生态系统城市生态系统 在这个复合生态系统中在这个复合生态系统中:l各种各种自然及物理组分自然及物理组分是城市赖以生存的基础是城市赖以生存的基础l各个部门的各个部门的经济活动和代谢过程经济活动和代谢过程是城市生存是城市生存
31、发展的活力和命脉发展的活力和命脉l每个人的每个人的社会行为及文化观念社会行为及文化观念是城市演替与是城市演替与进化的动力泵进化的动力泵5 城市生态系统城市生态系统 严格地讲严格地讲,城市只是人口集中居住的地方城市只是人口集中居住的地方,是是当地自然环境的一部分当地自然环境的一部分,并非一个完整的、自并非一个完整的、自我稳定的、典型的生态系统我稳定的、典型的生态系统:1)城市所需的物质和能量大都来自周围其它生城市所需的物质和能量大都来自周围其它生态系统态系统,城市之状况如何往往取决于外部条件城市之状况如何往往取决于外部条件 2)城市同时也具有生态系统的某些特征城市同时也具有生态系统的某些特征,如
32、组如组成城市的生物成分成城市的生物成分,除人类外除人类外,还有植物还有植物,动物动物和微生物和微生物;能够进行初级生产和次级生产能够进行初级生产和次级生产;具具有物质循环和能量流动等功能有物质循环和能量流动等功能5 城市生态系统城市生态系统 上述类似或不似典型生态系统的方面上述类似或不似典型生态系统的方面,因人类因人类的参与而发生大小不等的变化。然而不管怎样的参与而发生大小不等的变化。然而不管怎样,城市与其周围的自然和人工生态系统间存在着城市与其周围的自然和人工生态系统间存在着各种联系各种联系,彼此间相互影响彼此间相互影响,相互作用。因此相互作用。因此将城市看作一个生态系统将城市看作一个生态系
33、统,研究其物质和能量研究其物质和能量的高效利用的高效利用,社会与自然的协调发展社会与自然的协调发展,系统内系统内部的动态调控部的动态调控,不仅有益于城市本身的规划与不仅有益于城市本身的规划与管理管理,也有利于处理和协调城市与其周围地区也有利于处理和协调城市与其周围地区的关系的关系,从而达到整个区域的可持续发展从而达到整个区域的可持续发展5 城市生态系统城市生态系统城市生态系统城市生态系统的的组成组成l自然自然系统系统:居民赖以生存的基本物质环境居民赖以生存的基本物质环境,如阳光、空气、雨露、植被、土壤、动物等如阳光、空气、雨露、植被、土壤、动物等自然景观要素自然景观要素l经济经济系统系统:生产
34、、分配、流通与消费的各个生产、分配、流通与消费的各个环节环节,包括工业、农业、交通、运输、贸易、包括工业、农业、交通、运输、贸易、金融、建筑、通讯、科技等金融、建筑、通讯、科技等l社会社会系统系统:物质生活与精神生活诸方面物质生活与精神生活诸方面,如如衣、食、住、旅、医等和人们的心理状态衣、食、住、旅、医等和人们的心理状态,以及文化、艺术、宗教、法律等上层建筑以及文化、艺术、宗教、法律等上层建筑城市生态系统城市生态系统的的结构结构l空间空间结构结构:土地土地利用的空间排布形式利用的空间排布形式l社社会会结结构构:包包括括人人口口结结构构劳劳动动力力结结构构智智力力结构结构l劳劳动动力力 劳劳动
35、动人人口口中中不不同同职职业业劳劳动动力力所所占比例占比例,反映城市的经济特点和主要职能反映城市的经济特点和主要职能l智智力力 具具有有一一定定专专业业知知识识和和技技能能的的劳劳动动力力部部分分,能能反反映映城城市市的的文文化化水水平平和和现现代代化化程度程度,并往往决定着城市的经济发展前景并往往决定着城市的经济发展前景5 城市生态系统城市生态系统5 城市生态系统城市生态系统l营养营养结构结构:为为一一特殊特殊的倒三角形的倒三角形(见下页图见下页图)植食动物植食动物肉食肉食动物动物植物植物动物动物人人植植 物物(a)自然生态系统自然生态系统 (b)城市生态系统城市生态系统城市生态系统与自然生
36、态系统的营养结构比较城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较5 城市生态系统城市生态系统 在城市生态系统的结构研究中在城市生态系统的结构研究中,最能反映系统最能反映系统内部运动规律的关键因素有内部运动规律的关键因素有:城市城市人口变动人口变动 城市城市经济活动经济活动 城市城市土地利用土地利用对之研究尤其重要对之研究尤其重要,因为它是因为它是人类社会经济活动规模与水平的综合反映人类社会经济活动规模与水平的综合反映,是是城市空间结构状况的实际反映城市空间结构状况的实际反映5 城市生态系统城市生态系统城市生态系统的特点城市生态系统的特点l城市生态系统是以人为主体的生态系统城市生态系统是以人为主体的
37、生态系统 身身兼数任兼数任:生产者、消费者、主宰者生产者、消费者、主宰者l城市生态系统是容量大、流量大、密度城市生态系统是容量大、流量大、密度高、运转快、高度开放的系统高、运转快、高度开放的系统l城市生态系统是人类自我驯化的系统城市生态系统是人类自我驯化的系统l城市生态系统是多层次的复杂系统城市生态系统是多层次的复杂系统5 城市生态系统城市生态系统 上述城市生态系统特点表明上述城市生态系统特点表明:与周围其它生态系统高速而大量的能流和物流与周围其它生态系统高速而大量的能流和物流交换交换,主要并必须靠人类活动来进行协调主要并必须靠人类活动来进行协调,使之使之趋于相对平衡趋于相对平衡,从而最大限度
38、地完善城市生产从而最大限度地完善城市生产和生活环境和生活环境,满足城市生产和居民生活的需要满足城市生产和居民生活的需要 正是由于城市生态系统的这种非独立性正是由于城市生态系统的这种非独立性(对其对其它生态系统的依赖性它生态系统的依赖性),),使城市生态系统显得特使城市生态系统显得特别脆弱别脆弱,传统生态意义上的自我调节能力极小传统生态意义上的自我调节能力极小5 城市生态系统城市生态系统5.4 城市生态系统的功能城市生态系统的功能组织社会生产组织社会生产,方便居民生活方便居民生活1 1 城市生态系统的能量流城市生态系统的能量流l能量流动的基本过程能量流动的基本过程原生原生次生次生有用有用最终最终
39、自然界自然界加工转化加工转化,便于输送或贮存便于输送或贮存做功利做功利用用转移至产品中或投入到使用中转移至产品中或投入到使用中分解者分解者肉食者肉食者植食者植食者环环 境境能量流动能量流动物质循环物质循环生产者生产者生态系统中的能量流与物质流特征的关系比较生态系统中的能量流与物质流特征的关系比较转化率转化率原生原生能源能源次生次生能源能源有用有用能源能源最终最终能源能源热热热热热热热热热热热热传输率传输率利用率利用率利用率利用率城市生态系统能流的基本过程城市生态系统能流的基本过程5 城市生态系统城市生态系统l能量流动的性质能量流动的性质 1)遵循热力学第一、第二定律遵循热力学第一、第二定律,在
40、流动中不断有在流动中不断有损耗损耗,不能构成循环不能构成循环(单向性单向性);2)能流的特点体现在物质流中能流的特点体现在物质流中:除部分热损耗除部分热损耗由辐射传输外由辐射传输外,其余的能量均由物质携带。但其余的能量均由物质携带。但是能量在流过每一个能级时是能量在流过每一个能级时,并并不服从不服从所谓的所谓的 “百分之十律百分之十律”(”(10%law)5 城市生态系统城市生态系统 城市能源的利用率和利用形式直接影响着城市城市能源的利用率和利用形式直接影响着城市的污染状况的污染状况,但城市能源利用政策既不能走所但城市能源利用政策既不能走所谓谓“多多亦善多多亦善”论的道路论的道路,也不必刻求也
41、不必刻求“零增零增长长”论的效果论的效果“多多亦善多多亦善”论论发展城乡经济必须相应增加体发展城乡经济必须相应增加体外能量投入外能量投入,愈多愈好愈多愈好,形成所谓规模效应形成所谓规模效应“零增长零增长”论论能量消耗的指数增长已造成严重能量消耗的指数增长已造成严重生态破坏生态破坏,决不能再持续下去决不能再持续下去,否则会导致人类否则会导致人类的毁灭的毁灭,故必须把能量消耗严格限制在现有水故必须把能量消耗严格限制在现有水平平5 城市生态系统城市生态系统Comments:Comments:Comments:Comments:两者均过于极端化两者均过于极端化,其实在这两者之间其实在这两者之间有一条更
42、合理的道路有一条更合理的道路:加快能源加快能源结构改造结构改造,积极开发无污染和商业价积极开发无污染和商业价值更大的值更大的新能源新能源,开发并合理利用能够提高能开发并合理利用能够提高能效的效的新技术新技术 这样这样,人类就有可能在不是无限增加人均能量人类就有可能在不是无限增加人均能量消耗的情况下消耗的情况下,仍然保持社会经济的持续增长仍然保持社会经济的持续增长,使人类的生活水平逐步得到提高使人类的生活水平逐步得到提高,生活质量得生活质量得到不断改善到不断改善5 城市生态系统城市生态系统2 2 城市生态系统的物质流城市生态系统的物质流 可从资源货物流、人口流等方面分析可从资源货物流、人口流等方
43、面分析:人口流人口流:城市人口在时间与空间上的变化城市人口在时间与空间上的变化l常住人口流常住人口流:出生出生/死亡死亡 迁入迁入/迁出迁出 规则或不规则的规则或不规则的市内流动市内流动:合理的城市布局合理的城市布局可以使居民的上下班时间缩短可以使居民的上下班时间缩短,也会使居民生也会使居民生活感到方便活感到方便西安市城区道路网示意图西安市城区道路网示意图5 城市生态系统城市生态系统l流动人口流流动人口流:旅游、探亲、过境、出差、经旅游、探亲、过境、出差、经商、做生意商、做生意,和和“打工族打工族”8000万万(1993年年)流动人口同样参与城市的物流与能流流动人口同样参与城市的物流与能流,消
44、耗的消耗的物质与能量常常超过常住人口的水平物质与能量常常超过常住人口的水平,从而大从而大大加剧城市环境污染和交通拥挤。据桂林市调大加剧城市环境污染和交通拥挤。据桂林市调查查,外国游客比本市居民排放的生活污水多外国游客比本市居民排放的生活污水多6.8倍倍,生活垃圾多生活垃圾多9.8倍倍,废气多废气多8倍。国内游客比倍。国内游客比本市居民排放的生活污水多本市居民排放的生活污水多2倍倍,生活垃圾多生活垃圾多2.5倍倍,废气多废气多2倍倍5 城市生态系统城市生态系统资源货物流资源货物流:包括资源流包括资源流(如水流如水流)和货物流等和货物流等 资源货物流不仅仅是简单的输入与输出资源货物流不仅仅是简单的
45、输入与输出,还包还包括其中的开发、生产括其中的开发、生产(形态与功能的转变形态与功能的转变)、交、交换、分配、消耗、累积、及废物排放等物质在换、分配、消耗、累积、及废物排放等物质在系统中所经过的一切过程系统中所经过的一切过程l货物流程货物流程(见下页图见下页图)生生 产产库库 存存输输 出出消消 耗耗(生产生产,生活生活)废弃物废弃物累累 积积(如建筑物如建筑物,道路等道路等)输输 入入城市生态系统中的货物流示意城市生态系统中的货物流示意唐山市物质流动估算唐山市物质流动估算(19811983年平均年平均)5 城市生态系统城市生态系统不不同同规规模模、不不同同性性质质的的城城市市,其其物物质质输
46、输入入、输输出出的的规规模模、性性质质、代代谢谢水水平平不不同同:如如工工业业城城市市输输入入以以原原材材料料、能能源源资资源源为为主主,输输出出以以加加工工产产品品为为主主;风风景景旅旅游游城城市市输输入入以以消消费费品品为为主主,输输出出以以废弃物垃圾为主废弃物垃圾为主城市物质流的输入输出收支平衡非常重要城市物质流的输入输出收支平衡非常重要:凡输凡输入近等于或略大于输出的城市入近等于或略大于输出的城市,其规模和内部其规模和内部积蓄量变动较小积蓄量变动较小,维持着相对的动态平衡维持着相对的动态平衡;输入输入比输出大得多的城市是发展型的城市比输出大得多的城市是发展型的城市;输入比输入比输出小得
47、多的城市输出小得多的城市,是整体已开始衰落的城市是整体已开始衰落的城市5 城市生态系统城市生态系统 城市的物流运转城市的物流运转,消纳消纳,输入与输出可看做城市输入与输出可看做城市的物质代谢。研究城市物质代谢的重点的物质代谢。研究城市物质代谢的重点:l物质的来源、利用、分配、管理物质的来源、利用、分配、管理l废物的排放、扩散、处理、再生废物的排放、扩散、处理、再生l城市的负载能力、环境容量城市的负载能力、环境容量l污染物质的流动规律及对人和物理环境的影污染物质的流动规律及对人和物理环境的影响等问题响等问题5 城市生态系统城市生态系统3 3 城市生态系统的信息流城市生态系统的信息流:信息信息(i
48、nformation,information,messagemessage)就是指消息就是指消息,是对是对某一事物不确定性的度量某一事物不确定性的度量,或者说指对某事物或者说指对某事物知道和了解的程度。一个事物越复杂知道和了解的程度。一个事物越复杂,它其中它其中所包含的信息就越多所包含的信息就越多,要想了解该事物要想了解该事物,就需要就需要掌握更多的信息。信息虽无形掌握更多的信息。信息虽无形,但却有价但却有价 信息具有三个作用信息具有三个作用:l传递知识传递知识:通过发布消息、宣传广播、输出通过发布消息、宣传广播、输出数据、图象、指令、信号等数据、图象、指令、信号等,可以传递和散可以传递和散播
49、知识播知识,把知识变成生产力把知识变成生产力5 城市生态系统城市生态系统l传递情报传递情报:战争时代的军事情报战争时代的军事情报,和平时代和平时代的政治、经济和科技情报的政治、经济和科技情报,都要依靠灵通的都要依靠灵通的信息传递。掌握了情报信息传递。掌握了情报,往往就会在竞争中往往就会在竞争中居于有利地位居于有利地位l节节省省时时间间提提高高效效率率:信信息息出出时时间间,出出效效率率。据据国国外外资资料料报报道道,交交通通部部门门采采用用调调度度通通讯讯,可可使使运运输输能能力力提提高高50%以以上上;基基建建部部门门利利用用电电信信指指挥挥,可可以以提提高高劳劳动动生生产产率率15%以以上
50、上。日日本本有有人人计计算算,靠靠电电话话及及电电报报传传真真进进行行业业务务联联系系,可节约交通能源可节约交通能源60%5 城市生态系统城市生态系统城市的信息功能城市的信息功能(反映城市的现代化程度反映城市的现代化程度):):l具具有有完完善善的的新新闻闻传传播播网网络络系系统统,可可在在广广阔阔范范围内高速、高容、及时传播信息围内高速、高容、及时传播信息l具具有有现现代代化化的的通通信信基基础础设设施施,能能以以信信息息系系统统连连接接生生产产、交交换换、分分配配和和消消费费的的各各个个领领域域和和环节环节,高效组织社会生产和生活高效组织社会生产和生活l输输入入分分散散的的无无序序信信息息