（自然地理学专业论文）西安城市生态系统综合评价研究.pdf

摘要 随着城市发展的加快，人类以前所未有的规模和强度影响环境，改变甚至破坏自然 生态系统，致使生态系统受到越来越大的损害，已危及到人类自身的生存。因此，如何 依据生态学原理与系统科学方法，解释和评价城市生态系统复杂的演变规律，解决城市 生态系统可持续发展面临的各种挑战，进而实现人类真正健康、幸福的生存具有重要的 理论价值和实践意义。 本文以城市生态系统为研究对象，参考2 0 0 3 2 0 0 6 年西安市统计年鉴与陕西省统 计年鉴相关数据资料，依据城市生态学理论，采用恢复生态学中多指标综合诊断法构建 指标体系，通过模糊数学的方法，借助相对隶属度矩阵和信息熵赋权构建评价模型，对 西安市2 0 0 0 2 0 0 5 年城市生态系统的整体运行状况与发展协调程度进行了定量研究， 分析了西安城市生态系统的运行状态与发展变化，其主要结论有： ( 1 ) 西安市城市生念系统综合指数受自然环境与社会生态子系统的影响较大，而经 济生态子系统对其影响要小于前二者。2 0 0 0 年2 0 0 5 年西安城市生态系统运行水平总 体上呈缓慢上升趋势。 ( 2 ) 2 0 0 0 2 0 0 5 西安城市社会予系统的发展状况在波动中趋于定态，但存在缓慢下 降趋势，主要的限制因素是劳动力资源的不稳定与社会灾害的增多。其原因可能是快速 城市化所带来的资金短缺与调控失衡。 o ) 2 0 0 0 2 0 0 5 年西安市自然环境系统综合状况在经历了次大幅度的波动后，开 始回升，但总体趋势仍倾向于恶化。其主要的限制因子是城市绿地系统的结构变化、环 境从业人员的下降与污染处理能力的相对低下。 ( 4 ) 2 0 0 0 2 0 0 5 年西安城市经济系统指数稳步增长，其原因主要是经济结构的不断 优化与经济活力较为稳定，西安市经济子系统呈持续稳定地良性发展，存在明显的上升 趋势。 ( 5 ) 2 0 0 0 2 0 0 5 年西安城市生态系统发展的总体协调水平较低，且逐年下降。六年 来西安市城市的发展过分的注重了经济建设与增长，相比较社会系统与自然环境系统的 发展有所失衡。其中社会子系统与自然环境系统较为协调，而自然环境与经济系统的协 调度最差，对城市生态系统整体的发展协调也影响最大。发展的失衡直接导致了城市生 态系统运行效率的低下，各系统之i 、l u 尤其是经济与自然环境之间的和谐发展有待加强。 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适 学位论文作者签名： 弘瑁年舌月i 了日 指导教师签名：圜 砂品年月i - 了日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 文筹静蒋2 7 习年b 月i 。f 日 两者共同构成城市环境系统。 1 2 城市生态系统的基本功能 城市生态系统的功能是指系统及其内部各子系统或各组成成分所具有的作用。城市 生态系统是一个开放性的人工生态系统，它具有两个功能，即外部功能和内部功能。外 部功能是联系其他生态系统，根据系统内部的需求，不断从外系统输入与输出物质和能 量，以保证系统内部的能量流动和物质流动的正常运转与平衡；内部共能是维持系统内 部的物流和能流的循环和通畅，并将各种流的信息不断反馈，以调节外部功能同时把系 统内部剩余的或不需要的物质与能量输出到其它外部生态系统去。外部功能是依靠内部 功能的协调运转来维持的。因此，城市生态系统的功能表现为系统内外的物质、能量、 信息、及人口流的输入、转换和输出。 ( 1 ) 生产功能 城市生态系统的生产功能是以靠城市内外系统提供物质和能量的资源进行，主要包 括生物生产与非生物生产。城市生态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、发育和繁殖的过程。城市生态系统的生物触及生 产主要由农f f l 、森林、草地、果园和苗圃等人工或自然植被完成，但由于城市主要以二、 三产业为主导，所以绿色植物的物质生产和能量储存不占主导，但其景观作用功能和环 境保护功能却对整个城市生态系统十分重要。 城市生物的次级生产主要是人类行为，但城市生态系统内本身的生物初级生产并不 能满足其需要，因此满足次级生产的相当部分物质必须从城市外部输入，表现出明显的 依赖性。此外由于城市生物次级生产主要是人，所以该过程表现出了极大的人为可调性 与社会性，并应在其速度、强度和分布上与城市生态系统的初级生产和物质、能量的输 入、分配等过程取得一致，以维持一定的生存质量。非生物生产建立在生物生产之上， 是人类生态系所独有的生产功能，包括物质生产与非物质生产，以满足城市内外人类的 物质消费与精神需求。城市生态系统的物质生产量是巨大的，所消耗的资源与能量也是 惊人的，且对城市内部与外部自然环境的压力不容忽视。城市生态系统的非物质生产主 要是文化功能的体现，是文化知识的“生产基地”，同时也是其发挥作用的舞台与市场。 ( 2 ) 消费功能 消费是城市生态系统内生物消耗营养物质、产品物质和能量以满足生理代谢与精神 生活需要并释放能量的功能。消费是生物体生存和发展所必须的，消费功能也是城市生 2 态系统的基本功能。根据消费的层次可以分为生物性消费和社会性消费两种形式。生物 性消费是所有生物都需要的消费，是生物生存的基础，一般地，生物性消费与生物性生 产是同步进行，消费的同时也在生产着其他生物所需要的产品，生产与消费相辅相成。 社会性消费需求是城市人群所特有的。在城市社会系统中，随着社会、经济的发展，消 费也呈现高密度、高强度等特性。人类的消费也包括物质消费与精神消费，前者如吃、 穿着、居住、行等；后者如教育、文学、广播影视、音乐美术、旅游消费等。 ( 3 ) 还原功能 城市生态系统中物质循环是指各项资源、产品、货物、人口、资金等在城市各个区 域、各个系统、各个部分之间以及城市各部门之间的反复作用过程。还原功能是物质循 环的一种形式。城市生态系统的还原功能是城市生态系统内各组成要素发挥自身机理， 协调生命一环境相互关系，增强生态系统稳定性与良性循环能力、实现物质循环的能力、 还原能力是生态系统维持可持续发展必不可少的功能，还原功能主要有自然还原与人工 还原两种形式。自然还原由生物的分解作用和自然要素的净化作用完成，自然还原功能 是自然生态系统的基本功能。人工还原是自然生态系统所不具有的，人工还原是城市生 态系统还原功能的主导。人工还原是指在一定的科学技术条件下，通过机械设备完成物 质的转化、实现物质的还原。人在发挥还原功能的同时，应注意不断调整生态系统的各 种结构关系，要不断完善生命一环境相互作用结构和要素空间组合结构，顺利实现城市 的还原功能【6 2 1 。 1 3 城市生态系统的基本特征 首先，同自然生态系统和农村生态系统相比，城市生态系统的生命系统的主体是人 类，而不是各种植物、动物和微生物。次级生产者与消费者都是人。所以，城市生态系 统最突出的特点是人口的发展代替或限制了其他生物的发展。在自然生态系统和农村生 态系统中，能量在各营养级中的流动都是遵循“生态学金字塔”规律的。在城市生态系 统中却表现出相反的规律。因此，城市生态系统要维持稳定和有序，必须有外部生态系 统的物质和能量的输入。 其次，城市生态系统的环境主要部分变为人工的环境，城市居民为了生产、生活等 的需要，在自然环境的基础上，建造了人量的建筑物、交通、通讯、供排水、医疗、文 教和体育等城市设施。这样，以人为主体的城市生态系统的生态环境，除具有阳光、空 气、水、土地、地形地貌、地质、气候等自然环境条件外，还大量地加进了人工环境的 3 成分，同时使上述各种城市自然环境条件都不同程度地受到了人工环境因素和人的活动 的影响，使得城市生念系统的环境变化显得更加复杂和多样化。 第三，城市生态系统是一个不完全的生态系统。由于城市生态系统正大大改变了自 然生态系统的生命组分与环境组分状况，因此，使城市生态系统的功能同自然生态系统 的功能比较，有很大的区别。我们知道，经过长期的生态演替处于顶级群落的自然生态 系统中，其系统内的生物与生物、生物与环境之间处于相对平衡状态。而城市生态系统 则不然，由于系统内的消费者有机体也多是人类为美化绿化城市生态环境而种植的树木 花草，不能作为营养物料供城市生态系统营养物质的消费者人的使用。就像上述所说的 那样，维持城市生态系统所需要的大量营养物质和能量，需要从系统外的其他生态系统 中输入。另外，城市生态系统所产生的各种废物，也不能靠城市生态系统的分解者有机 体完全分解，而要靠人类通过各种环境保护措施来加以分解，所以城市生态系统是一个 不完全、不独立的生态系统。如果从开放性和高度输入的性质来看，城市生态系统又是 发展程度最高、反自然程度最强的人类生态系统。 第四，城市生态系统在能量流动方面具有明显的特点。在能量使用上，自然生态系 统和城市生态系统的显著不同之处是：前者的能量流动类型主要集中于系统内各生物物 种问所进行的动态过程，反映在生物的新陈代谢过程之中；而后者由于技术发展，大部 分的能量是在非生物之问的变换和流转，反映在人力制造的各种机械设备的运行过程之 中。并且随着城市的发展，它的能量、物资供应地区越来越大，从城市所在的邻近地区 到整个国家，直到世界各地；在传递方式上，城市生态系统的能量流动方式要比自然生 态系统多。自然生态系统主要通过食物网传递能量，而城市生态系统可通过农业部门、 采掘部门、能源生产部门、运输部门等传递能量；在能量流运行机制上，自然生态系统 能量流动是自为的、天然的，而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；在能量生产和消费活动过程中，有一部分能量以三 废形式排入环境，使城市遭到污染。 4 2 城市生态系统研究现状与选题 2 1 研究背景及意义 2 1 1 加速的城市发展与自然生态系统的改变 城市是人类社会经济高度集中发展的产物【卜2 1 。全球范围内城市化进程在不断加快， 城市人口自2 0 世纪9 0 年代以来增长十分迅速：1 9 5 0 年世界城市人口占2 9 ，到1 9 8 0 年， 增加到3 9 ，而到2 0 0 0 年城市人口比例已达5 0 。在9 0 年代初，全球只有1 6 个城市人口 过百万；而到了2 0 0 0 年，人口过百万的城市已超过4 0 0 个。据预测，到2 0 3 0 年，全球人 口将超过8 1 亿，其中6 0 的人口( 4 9 亿) 将分布在城市中。其中，发展中国家的城市人 口将占世界城市总人口的7 9 2 ，发达国家的城市人口占2 0 8 【3 一钉。 自1 9 4 9 年建国以来，我国城市化进程由于受到不同时期政治和经济发展的影响， 在建国后相当长的一段时间里，城市化严重滞后于工业化进程。直到改革开放以后，城 市化进程开始加快。1 9 9 0 年到2 0 0 3 年1 3 年期间，全国共有建制市6 6 0 个，比1 9 9 0 年 增长4 1 3 。地级城市数量由1 8 8 个增加到2 8 6 个，增长5 2 1 。市区非农业人口超百 力的特大城市由3 1 个增加到4 9 个，增长8 6 7 。城市全市人口达1 1 6 6 3 5 万人，比1 9 9 0 年增加了8 6 7 。城市的覆盖面积达4 6 6 5 x 1 0 4 k m 2 ，比1 9 9 0 年增加了2 4 5 9 。如果按 照美国城市地理学家诺瑟姆( r m n o r i h a m ) 所总结的世界各国城市化的规律，即一个国家 城市化水平达到3 0 以后，城市化将进入快速发展阶段那么，从统计数字来看，我国城 市化已经进入加速发展阶段【5 1 。 城市化促进了人口、产业向城市集聚，其中各种社会经济活动、文化政治活动频繁， 这种集聚效应推动了社会的进步，提高了人们生活水平，促进了生产力的发展和经济效 益的提高，城市化在促进城市功能完善的同时也打破了人类社会与自然环境的平衡，其 过程破碎、分离、弱化了自然生境，简化、同化了物种组成，从根本上改变了生态系统 的过程和功能【】。大量研究1 1 0 l 表明：生态系统退化的原因是多方面的，其中自然干扰 和人为干扰是两大触发因子。而在城市内部，人为干扰对生态系统退化起着主要作用， 尤其是持续、高强度的人为干扰，常造成生态系统的逆向演替，以及不可逆变化和不可 预料的生态后果，如土地荒漠化、生物多样性丧失和全球气候变化等【1 1 】。 5 是一个复杂而又活跃的生态系统，利用生态系统的观点及其管理的理论和方法来研究城 市生态环境问题已不再是研究人类同自然、生态系统与系统外部关系的问题，而成为了 一个复合生态系统内部本身的问题。其思路与方法对于人类发展与自然环境的研究意义 是重要而又深远的。 本文通过城市生态学的原理，借鉴生态系统健康、复合巨系统与可持续发展等相关 理论，运用系统科学的方法对城市生态系统的运行与发展状况进行研究，具有一定的理 论价值和实践意义。 2 2 国内外研究现状 2 2 1 国外城市生态系统研究综述 城市环境是人类在自然环境基础上建立的独特人工环境，由于城市人口与城市环境 ( 生物要素和非生要素) 相互作用形成复杂的网络系统，因而在城市的特定空间里，城市 体系的综合形态，城市人类活动与周围环境相互作用形成的网络结构和功能关系，从生 态学角度又可称为城市生态系统。生态系统中进行物能量流动的条件( 因素) ，称生态环 境；环境对生活在其中的生命有机体总是有直接或间接的作用，生命有体与其生存环境 相互作用所形成的结构和功能关系( 即能流、物流、信息流) ，称生念【3 】；城市居民与其 周环境的相互作用所形成的结构和功能关系，称城市生态；特定城市区域中，城市居民 与城市环境的统一体及这个统一体中进行物质能量流动的因素，称城市生态环境【2 4 1 。城 市生态环境也是空间实体。城市生态系统是一个以人类生活和生产为中心，由居民和城 市环境组成的自然、社会、经济复合生态统【2 5 ，2 6 1 。在这个生态系统中，人工生态环境组 成成分，通过生命代谢作用、投入产出链、生产消费链进行质交换、能量流动、信息传 递而发生相互作用，互相制约，构成具有一定结构和功能的有机联系的整体，是城市居 民与其环境相互作用形成的复杂的网络结构，所以城市生态系统是以人为中心的城市环 境系统，称城市生态环境系统。1 9 7 9 年，米勒( pm i u j e r ) 在基本生态学概念和城市 生态系统中指出：城市，是个以人为中心的复杂系统，城市生态系统则是以人为中心 的环境系统【2 7 】。城市生态环境是人类从事社会经活动的物质基础和条件，是城市形成和 持续发展的支持系统，同时也是城市生态系统的主要组成部分，是市生态环境学研究的 基础和对象。 人类与城市生态学奠基人、美国学者芝加哥学派的创始人r e p a r k1 9 1 6 年和1 9 2 5 年分别发表了题为城市：环境中人类行为研究的几点建议及城市的论文，开创 9 衰亡等过程，并且认为城市演替过程是能量不断聚集的过程i 矧。香港、悉尼及巴布亚新 几内亚的莱城也进行过能流研究【3 7 ，3 8 】。此后各类城市生态研究工作蓬勃发展，法兰克福、 罗马、墨西哥城、多伦多、东京、香港、曼谷、柏林、莫斯科等几十个城市先后从不同 角度开展了研究，取得了可喜的成效【3 9 舯l 。1 9 9 2 年6 月3 同至1 4 同，联合国在巴西的首都 里约热内卢召开了“人类环境与发展大会”。这次会议将环境问题定格为2 1 世纪人类 面临的巨大挑战，并就实施可持续发展战略达成一致。2 0 世纪8 0 年代以来，城市生态系 统健康的概念开始出现，加拿大国际发展研究中心( i d r c ) 项目“人类健康的生态系 统研究方法 ( e c o s y s t e ma p p r o a c h e st oh u m a nh e a l t h ) 的研究报告，其中对城市生态 系统健康的内涵、标准、评价指标，以及城市生态系统管理的目标、管理方式、采取的 政策与管理作了较为深入的研究；j e r r y 等人以古巴首都哈瓦那为例对建立生态系统健 康评价指标体系方法的研究；t e e 【4 2 】对城市生态系统健康的研究进展及研究趋势的综述 分析。至今，对于城市生态系统健康的概念与理论仍存在许多分歧。 2 2 2 国内城市生态系统研究综述 2 0 世纪8 0 年代以来，我国科学工作者在城市生态系统理论和实践中，提出了不少有 开创性的理论和方法。1 9 8 1 年我国著名生态环境学家马世骏教授结合中国实际情况，提 出以人类与环境关系为主导的社会一经济一自然复合生态系统思想【4 3 1 。在近二十年来已 经渗透到各种规划和决策程序中，对城市生态环境研究起到了极大的推动作用。王如松 进一步在城市生态学领域发展了这种思想，提出城市生态系统的自然、社会、经济结构 与生产、生活还原功能的结构体系，用生态系统优化原理、控制论方法和泛目标规划方 法研究城市生态【删。从自然生态系统到城市复合生态系统的提出，标志着城市生态学理 论的新突破，也是生态学发展史上的一次新综合，为城市生态问题研究奠定了理论和方 法基础。1 9 8 7 年1 0 月在北京召开了“城市及城郊生态研究及其在城市规划、发展中的应 用”国际学术讨论会，标志着我国城市生态学研究己进入蓬勃发展时期。1 9 8 8 年城市环 境与城市生态创刊。版发行对我国城市生态学的发展起到了很大的推动作用。 国内城市生态系统研究从2 0 世纪8 0 年代开始起步，许多学者在此方面进行了探索。 马世骏、王如松等提出了城市生态位的概念【4 5 】；王如松、刘建国等提出了生态库的概 念，同时对北京和天津等地的生态库进行了专门研究【蚓。王其藩、赵英魁等探讨了研究 城市生态系统的适用方法1 4 7 ，4 8 】；李宏文探讨了城市生态系统的指标体系；吕永龙提出 了城市生态系统的人机交互模拟模型【4 9 】等等。 2 0 世纪8 0 年代中期以来，随着生态城市作为可持续发展的理想模式提出以来，我 国许多学者从不同的方面先后开展了城市可持续发展及生态城市等方面的研究与探索。 王树功等提出了城市可持续发展的对策【5 0 j ；杨芸等提出了城市可持续发展的生态支持系 统理论；汤茂林探讨了城市可持续发展的生态原则1 5 1 j ；刘岩等提出了城市可持续发展所 具有的特定内涵【5 2 j 等。2 0 世纪9 0 年代以后，生态城市作为人类理想的聚居形式和人类 为之奋斗的目标，己成为我国当代城市生态环境研究新的热点，国内进行了许多该方面 的研究。国内对城市生态系统健康研究较少，但学者们对环境与健康问题较为关注，如 汪晶等【5 3 j 对北京市城区的某些环境因素与附近小学生的健康影响进行了评价；罗宏【5 4 】 将健康一环境一发展作为一个大系统加以研究，从理论上和方法上对环境一健康评价进 行研究；李日邦等【5 5 】初步探索了中国环境健康评价的方法和指标体系，分析了国内 的环境一健康状况。郭秀瑞【5 6 1 等以广州市为例进行了城市生态系统健康方面的研究，桑 燕红【5 7 l 等引入系统论的状态空间概念对佛山市的生态系统健康进行了评价，耒豫秦、袁 庆涛等1 5 8 j 在河南省的生态城市研究中进行了城市复合生念系统健康评价的应用。 国内外城市生态环境研究表现出明显的多元化倾向，我国城市生态环境研究起步较 晚，特别是把城市作为一个社会一经济一自然复合系统进行城市区域的综合性分析研 究，仅仅是开始，对于各地区城市的可持续发展和生态城巾的系统规划及生态功能的研 究还刚刚起步，有待今后从理论、方法和指标体系上进一步提高和完善。 2 3 选题依据 城市生态系统的研究在我国起步较晚，对于城市中各种生态环境问题的处理思路从 传统的资源保护、环境治理观念到城市生态系统总体良性协调的理论观点的转换不仅需 要一定的时间，更需要大量的理论研究与科学实践。 作为一座历史悠久的城市，西安几乎经历了城市生态系统演替的各个阶段，其丰富 的文化底蕴与独特的地理位置以及越来越重要的经济、政治地位，使得对西安城市生态 系统的研究既具有代表性，又具备一定的独特性。其研究结果对于进一步改良我国现阶 段社会经济发展与城市建设的方向、方法具有一定的参考价值。 近年来关于西安城市生态系统的综合评价主要围绕生态城市的建设而进行，尽管强 调了目的性与功利性，但在基础理论上并无深入。本文在以往研究的基础上将城市生态 系统的整体运行状况作为单独的选题，重点在分析城市生态系统的本身特性与发展状 况。 3 西安城市生态系统概况 3 1 西安城市的概况 3 1 1 西安市的地理位置 西安市地处中、西两大经济地域结合部，是西北通往西南、中原和华东的门户与交 j 通枢纽，亚欧大陆桥陇海兰新线上最大的中心城市。在全国经济总体布局上是具有承东 启西，东联西进的重要战略。其位居我国大陆的正中央，北跨渭水，南依秦岭，东西长 约2 0 0 公里，南北宽约1 0 0 公里，总面积9 9 8 3 平方公里。西安市位于陕西省中部关中 平原的中段，北部属渭河平原，南部为秦岭山地。纬度范围东经1 0 7 。4 0 一1 0 9 。4 9 7 ，北纬3 3 。4 27 _ 3 4 。4 4 7 3 0 。西安城区在关中平原中部，中心位置为东经1 0 8 。 5 5 7 4 5 ，北纬3 4 。1 5 7 2 4 。其跨华北准地台与秦岭褶皱带两大构造单元，包括渭河 地堑和北秦岭褶皱带的部分地貌。全市区内地貌大体可以分为两大类：即平原与基岩山 地。平原包括冲积、洪积平原与黄土台源等。平原约占全市总面积的4 6 ，基岩山地约 占5 4 。骊山以低山为主。西安城区主要分布在渭河以南的一、二级阶地和部分黄土台 塬上，海拔4 1 卜4 2 0 m 。市区辖莲湖、碑林、新城、雁塔、临撞、未央、长安、阎良、 灞桥等九个区，包括高陵、蓝田、户县、周至等四个县。 3 1 2 西安城市生态系统的基本要素 西安地区生态系统是一个复杂的复合性生态系统，其中有秦岭、骊山山地自然生态 系统、苔原平原区农田半自然生态系统和城市人工生态系统。在西安城市形成和扩展过 程中，城市周围的河流、森林、草地过分地开发消费，致使自然因素对城市生态系统的 调节能力非常薄弱。西安已是西北超大型城市，城市区及周边的人工系统对外部环境有 很强的依赖性，城市生产、生活所需的能量和物质需要外部供给，城市的排弃物也需要 输送到外部去消化。 城市生态系统作为一个有机的整体，是由社会、经济和自然系统组成，它们又由若 干个子系统构成，而这些子系统又由众多因素组成。三个系统不是相互独立的，而是相 互交织、相互联系的、共同形成按一定规律组合，相辅相成、相生相克。对f 西安城市 生态系统总体而言，自然生态系统是城市建设与发展的基本物质环境，是基本条件，经 济活动和代谢过程是活力和命脉，而人的社会行为及文化观念则是其演替与进化的动 力。 3 2 西安城市自然生态系统要素分析 1 3 城市自然生态系统要素是生态城市立地的基础与前提。对城市而言，最重要的自然 资源是土地、淡水、空气、食物和原料【6 3 1 。这五项资源对城市的各个方面，都起着决定 性的作用，是城市生态系统的重要的组成部分。随着农业、交通、科技的发展，食物和 原料也不再是制约城市发展的主要原因。而土地、淡水、空气这三项均有其特殊性。由 于土地的不可输送性，城市要扩大面积，势必占用周围良田，其代价往往是难以预料的。 土地资源本身包含着其他资源的潜力。城市占用了土地资源进行毁田造城，就失去了这 块土地所能生产的其他资源。淡水资源是生态系统的载体，是最活跃的因子，是一切生 态活动的参与者，其遭到污染势必影响到居民的健康和土地资源等方面。空气资源也不 是靠人力输送的，其运动状况受大气运动的影响，一旦气象条件不利时，城市上空的空 气质量有可能明显恶化，直接威胁人、畜生存。 3 2 1 水资源要索分析 水是自然界中最活跃的因子，又是生态系统联系的载体。城市中所发生的一切生态 过程( 物理的、化学的、生物的) 都离不开水的参与。生态系统的平衡，营养物质的循 环、土地利用的性质、方向以及各种资源的利用均与水有密切的关系。自黑河水库建成 后，基本上解决了西安市水资源的供需矛盾，但是水资源仍是制约和影响西安城市生态 建设的一个重要的因素。 ( 1 ) ：水资源的构成： 西安市多年平均降水量为7 7 4 2 m m ，由于受季节、地形、地貌等因素的影响，降水 时空分布不均，总的趋势是秦岭山区降水量较多，平原区降水量较少。全市地表水总径 流量为2 4 8 7 亿立方米，水资源总量在2 0 0 0 年为3 1 4 6 亿立方米，2 0 0 1 年减少到2 2 1 4 亿立方米，2 0 0 3 年回升至2 2 6 7 亿立方米，至今保持稳定。 西安城区地表水资源主要由发源于秦岭北坡的灞河、泸河、皂河、汶和、洋河等河 川径流组成。这些河流受区域地貌控制，为渭河的一级和二级支流。一般汇水面积较小， 河道流程较短，故水量有限，且年内和年际随大气降水的多寡，变化很大。在年内分配 上，2 月份枯水期径流量平均只占全年的1 5 0 左右；9 月份丰水期，径流量可占到全年 的1 5 1 7 ；汛期( 7 月1 0 月) 径流量一般要占全年的6 0 以上。年际变率极大，一般 丰水年径流量是枯水年的4 7 倍。根据西安市山原川的地貌特点，地下水资源由山区 地下水和川原地下水两部分组成。山川地下水主要为基岩裂缝水，以泉水的形式排入河 流( 已算在地表径流量内) ；川原区地下水由降水、侧渗等各种补给源形成，地下水资 1 4 源为1 6 9 4 亿立方米，可开采利用的为1 3 0 8 亿立方米。 ( 2 ) 西安市的水资源的特征： 地城分配不均。2 0 0 2 年，全市地表水、地下水资源综合占有量为5 0 4 9 8 m 3 ，但 是水资源较丰富的周至、蓝田、户县、长安四县人均占有量约为2 1 6 3 、1 2 2 0 、9 7 7 和8 0 9 m 3 ， ) 而城三区( 碑林、莲湖、新城) 、阎良区和临潼区分别只有1 1 、1 0 7 、1 2 0 、2 7 7 m 3 ，其 余县区人均占有量为4 0 0 5 0 0 m 3 。 ) 西安市的地表水污染严重。据环保部门监测，通过市区的河流，除各河流源头 水质良好外，其余河段均遭不同程度污染，愈近市区污染愈严重。所有常年监测的2 7 个断面均超过其被划定的使用功能，其中超五类水质者占8 0 以上，其余均属于四类水 质河段。在所有监测河段中，优于三类( 包括三类) 水质河段己不存在。在1 4 条河渠 与一处人工湖( 兴庆湖) 的2 6 个区段分析中，只有8 个区段水质达标，占3 1 ，而超 标区段占6 9 。其中沪河市区段氨氮超标1 3 倍，已达到地面水五级( o 2 m l ) ，属于 中等以上污染；皂河市区段总氮含量超标5 0 倍，氨氮超标7 0 0 倍，属于原始污水；护城 河总氮超标3 6 倍，氨氮超标3 5 0 倍，亦属原始污水；汤峪水库和石贬峪水库，按地面 水3 级标准评比，氨氮已超标：汤峪水库总氮超标，已达富营养型。石贬峪水库是西安最 主要的水源地之一，其水体污染将对市区产生严重影响。 地下水开采量大，市区严重超采，导致地下水受到严重污染。截止2 0 0 4 全市地 下水开采量已占可开发利用量的8 0 左右，在城三区、郊三区和长安区1 6 4 8 k m 2 的范围 内，年超采2 2 1 m 3 。特别是在沣河、皂河以东，产河、灞河以西和市中心地区，致使市 中心深层水大幅度下降，对各类建筑物稳定性造成一定影响。地下水的过度开采，使地 表受污染的水补充到地下水中，从而使得地下水也受到了不同程度的污染。地下的潜水、 承压水都有污染，而以潜水的污染最为突出。污染的表现是矿化度普遍提高，以城区和 北郊污灌区最高，超过1 5 9 ，l ，最高为3 1 l 。随着矿化度的增加，潜水的化学类型也 由重碳酸型水逐步转化为氯化物型水。水质恶化，己不宜饮用。氮素污染加剧，根据观 测资料，城区和近郊区潜水中硝氮含量平均为1 8 9 m l ，已经大大超过背景值。目前年 平均增高2 m g 以上，污染在逐年加重，水质趋于恶化。现在西安市城区潜水污水日益加 重，有害物质己达2 0 多种，重污染区已达1 2 0k m 2 。承压水地下水位深，主要受六价铬、 砷、酚、汞、氟以及有机物污染。监测表明：六价铬污染区，在南郊、东郊和东北郊已 连成片，面积达4 4 4k m 2 ；砷污染区在西郊及城西南已连成片，污染面积达5 6 8 1k m 2 ； 1 5 酚污染分布在东郊，面积1 9 7k m z ；氟污染区分布在南郊西影路地段、东郊胡家庙和长 乐坡一带，西郊也有零散分布，上述情况表明，西安地区承压水己被生活污水和化学肥 料所污染，应当给予足够的重视删。 3 2 2 土地资源要素概况 土地资源要素是人们生产生活的最基本自然资源，以人为中心的有机界与周围环境 形成的对立统一体，上至城市局地大气环境所能达到的空间，下至城市地表水与地下水 能补给的范围所能包容的空问实体。土地利用的合理与否直接影响着城市经济的增长， 生态环境质量及所能承载的人口数量。 ( 1 ) 西安市土地资源的概况： 2 0 0 5 年西安市土地总面积为1 0 1 0 8 k m 2 。市区面积共占了3 5 4 4 ，周边四县为 6 4 5 6 。其中秦岭剥蚀山地占4 8 9 ，包括了蓝田、周至的大部分和长安、户县、临潼， 其特点是植被破坏与水土流失严重。黄土台塬占6 4 ，包括了蓝田、长安、灞桥境内 的白鹿塬、少陵塬、神禾塬，其特点是塬面平坦、质地疏松、土壤结构良好；水源不足， 灌溉条件差，水土流失严重。渭河冲积平原占3 7 1 ，包括了临潼、长安、户县、周至 四县北部，高龄、阎良区的全部及市郊区绝大部分，其特点为地势平坦，土气热水等资 源较好。骊山黄土丘陵占7 5 ，包括灞桥的洪庆和蓝田的横岭，其特点为水土流失严 重，土壤贫瘠，产量低而不稳，需要改变用地类型，并大力植树造林。 ( 2 ) 西安市土地资源利用特征： 西安市土地利用的主要问题是耕地连年锐减。据统计，1 9 9 5 年，西安市有耕地 3 0 9 3 千公顷，仅相当于1 9 8 2 年的9 2 ，2 0 0 1 年，迸一步降至2 8 7 8 千公顷，为1 9 8 2 年的8 8 7 ，至2 0 0 5 年，更是锐减至2 6 6 8 千公顷。耕地连年锐减主要是因为农业结构 调整和三项建设用地增大。西安市人口增长不仅导致耕地面积的大量锐减，客观上更加 强了对土地资源的集约利用，其结果一方面体现了西安市土地承载力的巨大潜力，另一 方面也说明西安市耕地减少的根本原因不在于人口方面，而在于经济发展所导致的郊区 化、产业结构演进引起的功能替代和人口空问结构分异产生的用地调整。具体来说，经 济发展引起郊区化，产业结构调整带来工业用地扩展，人口扩散导致居住用地外推是耕 地面积锐减的主要原因。 土地供给不足，土地利用中高效利用和低效利用并存。西安市的土地利用产出低 而不足，土地资源破坏和浪费严重，环境污染严重。表现为西安市土地的退化、水土流 1 6 失严重等问题的出现。 ， ( 3 ) 工业土地系统因子的布置状况： 根据西安土地利用现状来看，西安工业用地为3 6 8 5 k m 2 ( 2 0 0 2 年) ，其主要工业为纺 织、电子、军工等工业。其中以东郊纺织城，西郊电工城为主。本系统的环境问题是工 矿企业排放的废气、废水、废物对环境的污染。根据西安土地利用现状来看，西安工矿 用地主要工业为纺织、电子、军工等工业。其中以东郊纺织城，西郊电工城为主。污染 比较大的工业布置在西安的西南：西北方，盛行的西北风将一些悬浮性微粒和粉尘带到 市区的上空污染空气，使能见度降低，特别是s 0 2 、c 0 2 、氮氧化物等污染物影响比较 严重。更为严重的是工矿企业的废水排入西安境内的河流，使河流中下游水质恶化，浅 层地下水普遍受到污染，沪河、渭河、灞河、皂河几乎成为西安市的排污河，河水中挥 发酚、氰化物等严重超标。 ( 4 ) 绿地系统： 西安市绿化水平比较低。这和西安市人口密集、土地资源紧张等原因有关，反映 在城市绿化建设中就表现为人均公共绿地面积和城市绿地覆盖率仍在较低的水平徘徊。 我国国内的人均公共绿地的指标是7 1 l m 2 ，国际先进水平是3 6 3 5 m 2 ，而西安市2 0 0 5 年 的人均绿地面积仅为5 6 3 m 2 ，国家绿地率的水平为3 0 ，国际先进城市的水平为3 3 3 ， 西安市的绿地率为1 9 9 5 ，西安市2 0 0 0 年到2 0 0 5 年的平均绿地率为1 9 8 2 5 ，城市绿 地的建设水平还比较低。 绿地系统空间分布不合理。西安市现有各类公园3 9 个，总面积6 9 7 h m 2 园林绿地 面积4 3 1 8 8 h m 2 ，西安市公共绿地从分布上看，南郊较为合理，旧城区和东郊次之，北 郊和西郊明显欠缺，公园绿地分布极不均衡。南郊文教区的公共绿地面积是西郊工业区 公共绿地的3 倍，是北郊的1 0 倍，而西安市的绿地空间的定向引导下，城市人口重心， 交通重心及发展重心向南偏移，城市发展呈单向态势。城市公共绿地空间分布不合理， 面积较小加上许多绿地又主要是供游客游览观光的，从而相对造成居民人均绿地游人饱 和，超过了环境容量，绿地效果大为降低。西郊和北郊大部分地区处于公共绿地服务半 径之外，居民在附近出游没有选择的余地，由此对居民的生活质量产生了影响。 绿地系统的配置不合理。西安市在近几年来过分的强调观赏性绿地，而忽视了绿 地建设的生态作用，城市绿化在改善生态环境方面的作用未能充分体现，西安市环境整 体上仍无较大改善，空气污染比较严重。 1 7 源。从其产地来看，污染源主要分布在城市东部、东北部及西部和西北部。这些地区均 是西安市工业设置较为密集的地区。其西部和西北部为电工城工业区所在地。东部及东 北部为以电子电气仪表制造行业为主的工业集中区域。这些区域均是西安市大气污染的 主要来源之一。 3 3 西安城市经济生态系统要素分析 经济生态子系统以资源流动为核心，物资从分散向集中的高密度运转，能量从低质 向高质的高强度聚集，以信息从低序向高序积累为特征。在城市生态系统中，经济生态 系统是生态城市发展动力和命脉，起支撑的作用。“八五”、“九五”期间，特别是近十 年来，西安市的国民经济在持续、快速健康发展，但是西安市的经济发展整体水平比较 低，与国内城市相比，西安市的经济发展比较滞后。西安市经济生态系统的发展具有以 下特征： 3 3 1 西安城市经济效益比较低 与西部其他9 个省会城市相比，西安市的城市基础设施雄厚，其经济基础设施竞争 力指数为2 0 3 0 ，排在首位，但是其经济效益竞争力指数为1 0 1 6 ，排在第八位，城市综 合经济竞争力指数为第三位，明显的低于成都、重庆的经济水平，这与西安市的优越地 理位置和雄厚的经济基础不相符，也是西安市生态城市建设的一个重要的障碍，改变“高 耗能、低产出 的生产模式，提高资源的利用率，是西安市建设生态城市的一个重要的 环节。 3 3 2 西安市经济增长的动力来自于第二、第三产业 第二产业和第三产业在国民经济中占的比重相当。第二产业较为稳定，1 9 9 0 年为 4 3 0 5 ，2 0 0 5 年下降到4 2 4 8 ，第三产业的比重由1 9 9 0 年的4 4 9 9 上升到2 0 0 5 年的 5 2 2 1 ，第三产业的增长速度远高出第二产业，在经济建设中的地位同益增高。但是， 作为世界发达国家的先进城市在产业结构上有三大特点：一是三大产业结构的构成，一 般是第一产业占3 _ 5 ，第二产业占1 5 一4 0 ，第三产业占7 0 一8 0 ，而西安市 目前的产业构成上离世界上发达国家的先进城市的产业结构还有很大的差距。从三产来 看，东京的三产比重达到7 2 5 ，墨西哥城市为5 5 0 ，香港、新加坡早在1 9 9 3 年就分 别达到了7 5 5 何6 9 9 ，而西安市在2 0 0 4 年的三产的比重才5 2 2 8 ，相比之下，城 市经济发展还存在着很大的差距。j 二是三大产业就业构成上，对先进城市来说，第一产 业占0 1 一0 5 ，第二产业占2 0 一3 0 ，第三产业占7 0 一8 0 ：三是人均国民生产 1 9 4 西安市城市生态系统发展综合评价 4 1 评价方法 目前出现的城市生态系统评价类型，包括城市生态系统健康评价、城市生态环境质 量评价、城市生态风险评价、城市生态安全评价等。城市生态环境质量评价是根据选定 的指标体系，运用综合评价的方法评定被研究区域生态环境质量的优劣。城市生态环境 质量评价可作为生态环境现状评价的参考标准，也可为坏境规划和环境建设提供基本依 据。城市生态环境系统质量评价还可用于资源评价中。城市生态风险评价一般针对于生 物工程、生态入侵或人类活动等突发性灾害而言，多位专项评价的范畴。各类研究比较 多见的是城市生态系统健康评价。城市生态系统健康评价是针对复杂巨系统进行综合评 价，其评价结果是城市生态系统所处的某种相对的健康状态，其实质体现的是生态系统 整体的功能、结构以及抗干扰能力等的整体运行状态。本文的城市生态系统综合评价采 用生态系统健康的思路，是以分析城市生态系统总体发展水平的变化特征与原因为目的 的动态评价。 城市生态系统是以人为核心的人类社会经济活动与自然生态系统的复合体，是人工 复合生态系统。在复杂性、连通度日益提升，干扰小断加剧的世界中，人们不再机械地 将社会视为可控制的人造物，取而代之的是更加灵活动态的观点，引用生态学中的许多 概念与理论描述社会系统的运行状况。从城市的角度来说，政府部门的日常运作、区域 发展、经济管理，以及社会变动、战争等都涉及到对整个城市生态系统的扰动与破坏【8 1 1 。 而社会经济自然相互耦合的复杂关系就像食物链与营养极中各异的角色之间的彼此给 予与牵制一样，在不断的物质循环与能量流动之中不断改变着自己，也影响着整个生态 系统的演替。所以城市生态系统状态的评价与诊断，更多的包涵了社会与经济系统的考 量，评价所选取的指标也应涉及到与自然环境所共存的社会、经济各个层面。 系统在受到一定的驱动因素之后产生变化，其各个要素与功能会发生一定范围的变 化或位移，将会在该生态系统的组成、结构、功能与服务等方面有所表现。因而可以从 生物途径、生境途径、生态系统功能j j 臣务途径、景观途径、生态过程途径等角度确定参 数与指标并进行评价与诊断渺j 。 生态系统状态的优劣是一个相对的概念，因而无论是生态系统的受损状况或者健康 状况，其评价与诊断从方法基础上更强调的是比较法。根据评价时选用的指标数并结合 评价的途径，可把评价诊断方法分为单途径单因子诊断法、单途径多因子诊断法、多途 径综合诊断法，也可将其分为单因子单途径诊断法、多因子单途径诊断法、多因子多途 径诊断法等。 本文采用来自多个途径的多指标诊断，通过城市复合系统的观点与自然生态系统相 关理论，参考生态系统健康评价与城市生态坏境可持续发展评价方法，研究西安城市生 态系统总体运行与发展状况的动态变化。 4 2 指标体系的构建与选取 4 2 1 指标的选取原贝呼 在建立评价指标体系之前，应该确定指标选择原则。由于城市生态系统涉及多学科、 多领域，因而指标筛选必须达到3 个目标。一是指标体系能完整准确地反映生态系统健 康状况，能够提供现状的代表性图案；二是对生态系统的生物物理状况和人类胁迫进行 监测，寻求自然压力、人为压力与生态系状态统变化之间的联系，并探求生态系统受损 与退化的原因；三是定期地为政府决策、科研及公众要求等提供生态系统健康水平、运 行现状、变化及趋势的统计总结和解释报告。为此，选取指标应该遵循以下原则： ( 1 ) 整体性 任何生态环境问题都不是孤立存在的，生态系统内部和系统与系统之间相互联系、 相互影响。要说明这些问题时，必须从生物物理、社会经济和人类健康等方面综合考虑。 ( 2 ) 空间尺度 空间尺度涉及特定条件下地区或生态系统的空间大小，尤其是指标可以发展到全 球、大陆、国家区域或地方尺度。在地方尺度上，可以进一步分解到生态系统、种群、 物种或遗传水平。评价指标应该定向于合适的空间尺度。 ( 3 ) 指标范畴或类型 针对尘世生态系统整体的考虑，评价应该对人类活动的压力或胁迫、环境和自然资 源的质量或状况、以及人类对压力或环境恶化的反应所采取的措施都应该考虑在内。 ( 4 ) 简明性和可操作性 指标概念明确，易测易得。评价指标的选择要考虑我国的经济发展水平，无法从方 法学和人力、物力上，均要符合我国现有生产力水平，同时还要考虑各个技术部门的技 术能力。为保证评价指标的准确性和完整性，评价指标要可测量，数据便于统计和计算， 有足够的数据量。 ( 5 ) 可比性 2 3 所获取的数据和资料无论在时间上还是空间上，都应具有可比性，以保证对生态系 统研究的长期性与普适性。因此，所采用指标的内容和方法都应做到统一和规范，不仅 能对某一生态系统进行评价，而且要适合于不同地域、不同时间尺度的生态系统问的综 合状况比较，确保其具有一定的科学性。 在一些干扰因子损害系统的同时，会有一些有益因子减轻系统压力，修复并强化系 统的功能；其次，在城市这样一个巨大的自然一经济社会复合系统中，每一种人类或自 然行为的结果都不是绝对的，很可能在损害一个子系统的同时，有益于另一个子系统， 反之亦然。所以在构建指标体系时应综合考虑两方面的因素。并采用不同的归一化公式 对指标数值进行处理。 4 2 2 指标体系的构建 根据城市复合生态系统与可持续发展理论，城市是一个由经济、社会、自然环境所 组成的巨系统，各自系统问的协调与互惠是可持续发展的基础。由此选取自然( 环境) 、 经济( 发展) 、社会( 人类) 三子系统运行状态为一级指标。在生态系统健康理论中， 主要存在