1 城市与城市生态学
本课程的着重点
? 城市气候学与城市自然环境 ? 城市生态系统的特点 ? 城市中的环境问题 ? 城市园林绿地与绿化 ? 城市生态环境管理与规划 ? 城市生态系统研究方法举例
1 城市与城市生态学
1.1 城市的发展与城市化
1.1.1 城市的概念和城市的形成与发展 城市(city)—是非农业人口为居民主体, 以空间与环境利用为基础, 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 —人类社会与地域空间的高度结合 1 城市与城市生态学
? 城市的形成(三次社会分工与私有制) 1 第一次:畜牧业与农业分离—聚落(城市胚胎) 第二次:农业与手工业分离—产生聚落中心 第三次:手工业与商业分离—“市”(集)形成 2 私有制产生—聚落争斗防卫—“城”(镇)形 成
? 城市的发展 自然条件：大河冲积平原区；经济技术发展水 平：冲破自然束缚向外扩张拓展
海岸地面抬升(1cm/a)促使港口向河流下游深水处迁移, 船只吨 位(吃水深度)的增加亦加速了该过程—港口城市形成
1 城市与城市生态环境管理 1.1.2 城市化与城市问题 城市化(urbanization)—通常是指农业人口转 化为城市人口的过程。其表现为： – 空间上城市规模的扩大 – 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 城市人口增长: (以前)自然?(目前)机械
1 城市与城市生态环境管理
? 城市问题：由于城市化的发展和城市人口、 工业、建筑的高度集中, 带来了一系列的~~。
当城市人口膨胀到一定程度，城市扩大到 一定规模时，势必造成城市用地紧张、交 通拥挤、住房短缺、基础设施滞后、环境 污染、生态条件恶化，并导致失业率增加 和犯罪率上升等一系列现代城市社会弊病。
1 城市与城市生态学
1.2 城市生态学的研究对象、目的、任务 1.2.1 城市生态学
经典的生态学研究生物与其生活环境之间 的相互关系。其研究对象主要是： 生物个体 (个体生态学 autecology)
生物种群 (种群生态学 population ecology） 生物群体 (群落生态学 synecology)
生态系统 (生态系统学 ecosystem ecology) —将某一环境及其中的生物群体结合起来加以 研究,目的是阐明生态系统的机制。现代生态学 强调的这种机制, 主要指生态系统中物质和能 量的流动。 1 城市与城市生态学
? 城市生态学 (urban ecology) — 生态学的一个分 支, 是以城市空间范围内生命系统和环境系统之间 联系为研究对象的学科。由于人是城市中生命成 分的主体, 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。其研究内 容主要包括：
? 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
对城市进行生态学研究, 仅仅运用自然科 学的原理是不够的。这首先因为城市是人类社 会的产物, 所以有关生态学的研究也必然涉及 社会科学的不同领域。人类往往不能适应城市 生活的自然环境, 要按照自己的意愿, 如按照传 统、政治、经济状况等改造城市。这种改变常 常不可能不使城市生态系统受到影响, 而且是 影响到城市的自然和社会各个方面, 因此城市 生态学必然要运用到自然科学和社会科学两方 面研究领域的成果与方法。
1.2.2 城市生态学研究的流派 城市生态学的研究起源于欧美, 然而北美的城市 生态学概念和西欧的城市生态学概念并不完全相 同。 西欧的城市生态学是由自然科学家, 特别是植物学 家所首先创立, 在以后的研究中, 也一直基本保持 着自然科学的性质。把非自然科学亦纳入城市生 态学研究范畴的观点, 仅仅是在近期才开始被德国 和其他一些欧洲国家所接受。
在北美洲，城市生态学植根于社会科学。 Robert E. Park—芝加哥学派著名的代表人物之一, 在1926年就已开始讲授“城市生态学”课程, 其 内容是“城市和社会之间关系的多样性”。北美 的城市生态学概念, 从一开初到现在, 始终比西欧 的城市生态学概念具有更浓烈的社会科学色彩。 特别是在其发展初期, 纯粹属于社会科学。随着时间的推移，城市生态学概念在西欧和 北美间开始相互协调，逐渐趋于统一。在欧洲， 城市生态学的概念正在逐渐扩展自己的含义；在 北美, 自然科学方面的研究(如气候学、绿地建设 和城市园林树木的意义等), 已在有关的城市环境 规划中获得了广泛的应用。 ? 城市生态学的形成与发展
? 1、中国古代的城市生态学思想 ? 管仲、商鞅、荀子等 ? 2、巴黎的改建
? 3、田园城市规划理论
? 1898，英国人霍华德提出田园城市理论
1.2.3 我国的城市生态学研究 我国城市生态学的研究起步较晚,但发展很快。 1984年12月在上海举行了“首届全国城市生 态科学研讨会”, 会议探讨了城市生态学的目 的、任务、研究对象和方法，以及在实际工作 中的作用。这次会议标志着中国城市生态研究 工作的开始。以后的研究首先将注意力集中在 把城市生态理论研究应用到城市规划、建设和 管理实践中去, 主要是对一些大城市进行生态 系统工程方面的研究。? ? 城市生态学的分支学科 ? 1、城市自然生态学； ? 2、城市景观生态学； ? 3、城市经济生态学； ? 4、城市社会生态学。
1983~1985年间组织的“天津市城市生态系统与污染 防治综合研究”；“北京市城市生态系统特征及其环 境规划的研究”等。这些研究为制定城市总体规划、 城市经济发展规划、城市环境保护规划和城市管理措 施等提供了决策依据。 在城市生态系统个别组分的研究方面，有江苏植物研 究所等开展的南京市“城市空气污染与某些植物种的 关系”的个体生态研究。 此外在北京以及其它城市还有一些有关城市生态调控 决策支持系统方面的研究，目的是为城市规划、环境 管理与决策者提供信息支持、方法支持和知识支持。
? 城市生态学研究现阶段研究方向: 为使城市发展步 入正常良性循环轨道, 为使日益严重的城市问题得 到妥善解决, 应该 ? 分城市职能类别开展城市生态的深入研究(以政治 文化、工业企业、风景旅游、交通枢纽、商贸金 融、港口运输等各类城市进行研究); ? 城市生态的单项基础性研究(要构建城市总体模型, 首先应有单项基础研究, 如有关城市植被、植物区 系、动物区系、水文、气候、土壤等以及有关城 市交通、人口居住、环境美化方面的研究); ? 城市生态环境管理及规划研究
? 城市生态学的学科基础 ? 1、生态学 ? 2、城市学 ? 3、人类生态学 ? 4、人口生态学
2 生态学有关概念与原理
2.1 生态平衡及其反馈调节机制 ? 生态平衡(ecological equilibrium)— 指生态系统的一种相对稳定状态。当处于这 一状态时, 生态系统内生物之间和生物与环境 之间相互高度适应, 种群结构和数量比例长久 保持相对稳定, 生产与消费和分解之间相互协 调, 系统能量和物质的输入与输出之间接近平 衡。生态系统平衡是一种动态平衡, 因为能量 流动和物质循环仍在不间断地进行, 生物个体 也在不断地进行更新。
? 负反馈机制(negative
feedback mechanism) 生态系统的平衡靠负反馈机制维持。生态系 统中的反馈现象十分复杂, 既表现在生物组分 与环境之间, 也表现于生物各组分之间及结构 与功能之间, 其中起主要作用的是能够使系统 达到和保持平衡或稳态的负反馈机制。负反馈 是指系统或其中某成分因一系统输入而在输出 上产生一响应变化趋势, 该响应变化又反过来 作用于导致产生该响应变化的系统输入, 使该 输入受到抑制从而衰减之(见下页图示)。
当自然生态系统处于平衡状态时, 生物种类 通常较多, 结构复杂, 食物链网错综, 对外界的 干扰有较强的抵御能力, 功能发挥亦较稳定。 有人称此为多样性—稳定性学说。此时系统内 各物种通过竞争和生态适应, 占据各自独特的 生态位, 彼此协调相处, 对环境资源的利用较为 充分; 同时复杂的食物网结构使能量和物质可 通过多种途径流动, 一个环节或途径发生了损 伤或中断, 可以由其他方面的调节所抵消或得 到缓冲, 从而使整个系统不易受到致命伤害。
然而生态系统的稳定性(stability)至少包 含两方面的涵义(其他有持久性persistence 等): 抵抗力(resistance)—系统抵御外界干扰使自身 不致受到伤害的缓冲能力, 抵抗力越强则系统 越不容易出现伤害或崩溃现象。 恢复力(resilience)—当系统遭到外界干扰致使 系统受损后迅速修复还原自己的能力, 恢复力 越强则系统恢复(restoration)到正常的时间 越短。 两者难以兼得, 恢复力强则抵抗力
弱, 反之 亦然(见下二页图)。
? 生态平衡失调与生态危机 现实中生态系统常受到外界的干扰, 但干扰 造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调 节作用使系统得到修复, 维持其稳定与平衡。 不过生态系统的调节能力是有一定限度的。当 外界干扰压力很大, 使系统的变化超出其自我 调节能力限度即生态阈限(ecological threshold)时, 系统的自我调节能力随之丧失。 此时, 系统结构遭到破坏, 功能受阻, 整个系统 受到严重伤害乃至崩溃, 此即生态平衡失调。
严重的生态平衡失调, 从而威胁到人类的生 存时, 称为生态危机(ecological crisis)—由 于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚 至整个生物圈结构和功能的失调。 生态平衡失调起初往往不易被人们觉察, 如 果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平衡。 因此, 人类应该正确处理人与自然的关系, 在发 展生产, 提高生活水平的同时, 注意保持生态系 统结构和功能的稳定与平衡, 实现人类社会的 可持续发展(sustainable development)。
2.2 生态学的一般规律 这里仅着重对生态学的一般规律进行简要概括。 生态学所提示或遵循的下述一般规律, 对搞好 城市生态环境保护, 发展工业生产, 保障居民生 活等均有指导意义。 ? 相互依存与相互制约规律 反映生物间及生物与环境间的协调关系, 主要 是普遍
的依存与制约关系, 亦称“物物相 关” 和“相生相克”规律
生态系统中的(同种或异种)生物间, 不同生 态系统间, 甚至生态系统中的生物与环境之 间, 均存在相互依存和相互制约的关系, 亦 可以说彼此影响。这种影响有些是直接的, 有些是间接的, 有些是立即表现出来的, 有 些需滞后一段时间才显现出来。一言以蔽 之, 生物之间和生态系统间的相互依存与制 约关系, 是普遍存在的。
因此, 在城市建设和城市居民生活中, 特 别是在需要排放污染、倾倒废物、喷洒 药品、采伐、开山、筑路、修建大型给 水工程及其它建设项目时, 务必注意调查 研究, 摸清自然界诸事物之间的相互关系, 对与某生产活动有关的其它事物也加以 通盘的考虑, 包括考虑此种活动可能会产 生的影响(短期的和长期的、明显的和潜 在的), 从而做到统筹兼顾, 全面安排。
? 物质循环与再生规律 生态系统中, 生物借助能量的不停流动, 一 方面不断地从自然界摄取物质并合成新的 物质, 另一方面又随时分解为原来的简单 物质, 即所谓“再生”, 重新被系统中的生 产者植物所吸收利用, 进行着不停顿的物 质循环。因此要严格防止有毒物质进入生 态系统, 以免有毒物质经过生物放大作用 和多次循环后富集到危及人类的程度。 至于流经生态系统中的能量, 通常只能通过系统 一次, 当能量经食物链转移时, 每经过一个营养 级, 就有大部分能量转化为热散失掉, 无法加以 回收利用。因此, 为了充分利用能量, 必须设计 出能量利用率高的系统。如城市垃圾的处理, 从 最初的填埋法到后来的焚化法再进一步到堆肥 制取沼气法, 便体现了人类逐步掌握生态学的循 环与再生规律, 并应用于实践的过程。特别是后 者, 既能较彻底地消除污染, 又能充分回收垃圾 中含有的物质养分(有机肥料)和有用能量(沼气), 是较有前途的城市垃圾处理方法。
? 物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律, 又称协调稳定规律, 涉及到生态系统中生物与环境两个方面。生态 系统中生物与环境之间的输入与输出, 是相互 对立的关系, 当生物体进行输入时, 环境必然进 行输出, 反之亦然。生物体一方面从周围环境 摄取物质, 另一方面又向环境排放物质, 以补偿 环境的损失(这里的物质输入与输出, 包含着量 和质两个指标)。
因而, 一个稳定的生态系统, 其物质的输入 与输出总是相平衡的。当输入不足时, 会产 生生态匮乏, 例如一个城市物资供应不足, 必然造成生产生活紧张, 效率下降; 反之, 当 城市物资供应足够但输出不足, 又会导致生 态滞留, 使环境恶化, 生产生活同样受阻。
? 环境资源的有效极限规律 任何生态系统中, 作为生物生存的各种环境资 源, 在质量、数量、空间和时间等方面, 其供给 量和供给速度都有一定的限度, 因而生态系统 的生物生产通常都有一个大致的上限。也因此, 每一生态系统对任何外来干扰都有一定的忍耐 极限。所以, 采伐森林、捕鱼狩猎等不应超过 资源利用的最大可持续产量; 保育某一物种时, 必须保有足够它生存和繁殖的空间; 城市排污 时, 必须使排污量不超过环境的自净能力等。 以上几条生态学的一般规律, 是生态平衡 的理论基础, 也是解决人类当前面临的人 口、粮食、能源、资源、环境等五大问题 的理论基础。许多科学家认为, 解决这五 大问题, 核心是控制人口的增长, 即维持人 类自身种群数量的稳定, 做到与地球生物 圈协调共处, 从而实现既满足当前人类需 要, 又不危及后代子孙生存的可持续发展 (sustainable development)。 课后思考题
? 1、请以某城市为例，总结归纳城市的诞生、 发展（衰落、消失）进程。 ? 2、我国城市化中有哪些环境问题？ ? 3、从负反馈机制出发，怎样保持城市生态 平衡？ ? 4、城市生态平衡有那些标志？