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城市生态学 URBANECOLOGY 第一章绪论第二章城市生态系统概述第三章城市生态系统结构第四章城市生态系统的功能第五章城市生态系统的调节与控制第六章城市生态系统的动态发展第七章城市生态规划与设计第八章城市生态建设与管理第九章城市生态学的应用 城市生态学 杨小波 科学出版社城市生态学 宋永昌等 华东师范大学出版社城市生态学 于志熙 北京 中国林业出版社城市生态学新发展 同济大学出版社城市及城市化的生态学过程及问题探讨 钟晓青 张宏达 城市环境与城市生态 Vol 11 No 3 1998 16 18 城市生态学 参考书目 目录 CONTENTS 组分构成 城市生态系统的组分及其在城市特定时间和空间上的配置 以及各组分间在能量 物质 价值和信息等方面的联系方式与特点 基本功能 城市生态系统的能量多级转化功能 物质循环利用功能 价值转换增值功能和信息传递处理功能 调节与控制 城市生态系统调控原理 调控原则 调控途径与方法 演替规律 城市生态系统演替历程 演替动力与演替机制 探讨城市可持续发展道路 城市生态规划与设计 城市生态评价方法 城市规划原理与方法 城市生态规划原则与程序 城市生态设计规程与方法 以及城市生态规划设计优化 城市生态建设与管理 城市自然环境 生态景观 生态园区 生态社区 生态人居的建设规程与管理办法 城市生态学应用部分 一 城市生态学定义二 城市生态学的形成和发展三 城市生态学的学说四 城市生态学的任务与应用五 城市生态学的研究原则六 城市生态学研究方法 学习内容 城市生态学 UrbanEcology 是20世纪70年代初兴起的一门新兴科学 是生态学分支 也是城市科学 urbanscience 分支 一 城市生态学的定义 城市 City 是指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 高密度的人口 建筑 财富和信息是城市的普遍特征 是以人类占绝对优势的生态系统 城市的定义 孤立农家 市井集镇 老工业区 新工业区 欧洲的城市化发展 城市生态学为解决城市生态环境与经济发展的矛盾 提供合理 有效的理论基础与方法 一 城市生态学的萌芽阶段 20世纪以前中国古代城市生态学思想390B C 商鞅第一个提出了具有城市生态学思想的认识 在一个地区的土地组成上 城镇道路要占10 才较为合理 主张增加农业人口 农业人口与非农业人口的比例为100 1 最多不小于10 1 鼓励从事农业 不准开设旅店和不准擅自迁居 238B C 荀子提出减少工商业人口 国家才能强盛的主张 170A D 崔姓学者第一个提出人口的合理布局思想1885年 包世臣提出农业与非农业劳动力比例关系应为5 1 限制非农业人口的发展 这些 重农抑商 的思想在一定程度上影响了我国城市的发展 巴黎的改建自17世纪以来 巴黎一直按着古典美学原则进行建设 把城市的道路和广场构成美丽的图案 推崇圆广场放射线型的路 讲究轴线 构图 由于没有系统规划 尤其工业革命后 巴黎城市愈发突出发展混乱无序 交通拥堵 用水排水基础设施差等问题 1852 1870年 奥斯曼主持了巴黎改建 改造计划的核心是干道网的规划与建设 拆除大量的旧建筑 切蛋糕似的开辟出一条条宽敞的大道 并在两侧种植高大的乔木而成为林荫大道 奥斯曼严格地规范了道路两侧建筑物的高度和形式 强调街景水平线的连续性 有意识地营造城市景观 这次规划创立了巴黎发达的地下排水系统 这个系统工程至今被公认为最完美的城市地下排水系统工程 这次城市规划十分重视公共绿地建设 新规划建设了数个大型公园 使之成为 城市之肺 改善了城市人居环境 规划还设计了大量街道家具 其中许多经典之作已经成为巴黎的象征 这次规划基本奠定了现代巴黎的城市格局 也是20世纪60年代巴黎旧城改造的现实基础 巴黎改造的意义在于第一次将城市作为一个整体进行考量 城市生态学的形成和发展 田园城市 理论 gardencity 1898年霍华德 E Howard 提出田园城市的理论 他认为城市无限扩展和土地投机是引起城市灾难的根源 应该建设一种兼有城市和乡村优点的理想城市 他称之为 田园城市 田园城市实质上是城和乡的结合体 明日 一条通向真正改革的和平道路 1919年 明确提出田园城市的含义 田园城市是为健康 生活以及产业而设计的城市 它的规模能足以提供丰富的社会生活 但不应超过这一程度 四周要有永久性农业地带围绕 城市的土地归公众所有 由一委员会受托掌管 田园城市理论对现代城市规划思想起了重要的启蒙作用 对后来出现的一些城市规划理论 如卫星城镇的理论颇有影响 霍华德田园城市图 二 现代城市生态学的产生与发展芝加哥学派 Chicagoschoolofsociology 1916年 美国芝加哥学派创始人帕克 R Park 发表 城市 关于城市环境中人类行为研究的几点意见 一文 将生物群落学的原理和观点用于研究城市社会 奠定了城市生态学的理论基础 芝加哥学派的主要理论认为 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 1925年 伯吉斯 R Burgess 提出了城市的 同心圆增长理论 认为城市的自然发展将形成5 6个同心圆形式 它是竞争优势及侵入演替的自然生态的结果 伯吉斯从人文生态学角度得出的同心圆模式 忽略了人类除了生物属性之外尚有文化属性 所以把人类的竞争行为比作生物群落的竞争 同心圆理论模型图 城市以不同的功能用地围绕单一核心有规则地向外扩展形成同心圆结构 赫特 H Hoyt 于1933年提出了扇形理论 认为城市从中心商业区沿主要交通干道向外发展形成星形城市 总的仍是圆形 从中心向外形成各种扇形辐射区 高租金地域是沿放射形道路呈楔形向外延伸 低收入住宅区的扇形位于高租金扇形之旁该理论模式具有动态性 使城市社会结构变化易于调整 能够将新增的居民活动附加于城市周边 而不像同心圆模式 需要有地域上的重新发展 扇形理论 哈里斯 Harris 和厄曼 Uiman 提出了多核理论 指出许多北美城市的土地利用形式并不围绕一个中心 而是围绕离散的几个中心发展 虽然市区有的核心不明显 有的核心是在迁移等原因下形成的 这最可能是由于汽车增长 成为上下班的主要交通工具所致 1 中心商业区2 轻工业区3 下层阶级居住区4 中层阶级居住区5 上层社会居住区6 重工业区7 外围商业区8 住宅郊区9 工业郊区 多核理论 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 1 最初只是附属于大城市的近郊 仅供居住 2 以后又出现了半独立的卫星城 它有一批工业和服务设施 部分可以就地工作 3 完全独立的卫星城 它距母城较远 有自己的工业 有全套的服务设施 卫星城市理论 三 城市生态学的理论发展城市生态学的大规模发展是在20世纪70年代 1971年联合国教科文组织 UNESCO UnitedNationsEducational ScientificandCulturalOrganization 的 人与生物圈 MAB 计划提出了从生态学角度研究城市居住区的项目 指出城市是一个以人类为活动中心的人类生态系统 开始将城市作为一个生态系统来研究 四 中国城市生态学的发展1984年中国生态学会在上海举行了 首届全国城市生态科学研究会 会上成立了 中国生态学会城市生态学专业委员会 标志着中国城市生态研究工作的开始 1988年 城市生态与城市环境 期刊在天津出版发行 1989年马传栋编写了 城市生态经济学 1992年于志熙编写了 城市生态学 1993年杨士弘出版 城市生态研究 1993年董雅文编写了 城市景观生态 和1998年沈清基的 城市生态与城市环境 等 中国一些大中城市 如北京 天津 上海 广州 常州 苏州 广州和石河子等城市都进行了城市生态研究工作 取得的成绩较为显著 环境 生物 包括人类 环境系统学派城市是陆生人工生态系统 研究生物 包括人 和周围环境的相互关系优势 注重环境系统 有利于发挥生态学科特点 深入探讨改善城市生态问题缺点 对人类的社会组织属性认识不足 复合系统学派社会 经济 自然三个子系统之间相互作用优势 发挥多学科综合研究优势 在更高层次上研究城市生态系统复杂动力学机制 缺点 相较与专门学科 不会深入研究子系统内的有关问题 城市生态学是一门直接为城市生产 经营 管理服务的应用学科 解决当代城市所面临的生态环境问题 探索城市未来持续发展的有效途径和模式 是城市生态学的基本任务 现代生态学最关心的研究领域 可持续发展 生物多样性保护 全球变化的研究 四 城市生态学的任务与应用 根据研究对象和内容分为 城市自然生态学 UrbanNaturalecology 人类活动对所在地域自然生态系统的积极和消极影响 以及地域自然要素对人类活动的影响 即人的城市活动与地域的自然生态系统要素之间的相互关系 城市景观生态学 Urbanlandscapeecology 从景观尺度研究城市不同生态系统之间代谢过程的物流 能流和信息流的转化 利用效率等问题 城市经济生态学 Urbaneconomicecology 从经济学角度重点研究城市代谢过程的物流 能流和信息流的转化 利用效率等问题 城市社会生态学 Urbansocio ecology 城市人工环境对人的生理和心理的影响 效应及人在建设城市 改造自然过程中所遇到的城市问题 如人口 交通 能源问题等 根据应用范围分为 城市产业生态学 UrbanIndustrialecology 城市产业及流通 消费活动中资源 产品及废物的代谢规律和耦合方法 城市人居生态学 Urbanlnhabitancyecology 按生态学原理 将城市与自然生态系统和谐融合 打造宜居环境 并最大限度减少环境影响 城镇生命支持系统生态学 UrbanBeingSustainablesystemecology 城镇发展的区域生命支持系统的网络关联 景观格局 生态秩序 生态基础设施及生命服务功能等 联系性原则城市生态系统各组分间相互联系相互作用 使得城市生态系统构成一个整体 在研究时 不能只局限与某一部分 生态流原则城市生态系统中 包含有能量流动 物质循环 信息流通以及一些其他辅助能量流通 生态位原则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 城市生态学研究需要重视生态位对人类组织方式和人类生存行为活动的影响 五 城市生态学研究原则 动态发展原则生态系统的发展或称为演替 由一个群落取代另一个群落 村镇 城市 生态平衡原则在一个相对稳定的生态系统中 系统组分相对稳定 能量物质的输入和输出相对平衡 这样的生态系统具有抵抗胁迫 保持平衡状态的倾向 称之为稳态机制 有限度 人和自然统一原则人与自然协调统一 既要遵循自然规律 又要发挥人的主观能动性 从而实现可持续发展 个案研究和集成研究相结合统计资料和现场观测资料相结合对比研究和定位研究空间与时间数理模型分析新技术应用遥感技术 地理信息系统 GIS 自动记录和检测技术 社会科学和自然科学相结合 六 城市生态学研究方法 一 系统概述1 系统思想 系统 system 在一定边界范围内 由两个或两个以上相互联系 相互依存 相互制约 相互作用的要素 组分 组成的 具有一定结构和功能的有机整体 体现这种整体性和相互联系性的思想 就是系统思想 系统思想要求 全面地 连贯地 灵活地看问题 系统结构的有序性 系统边界 系统分层现象系统结构的整体性系统功能的整合性系统整体的环境适应性 反馈机制 2 系统的特征 整体性 由许多元素按一定方式组合起来的 元素虽各具不同的性能 但根据逻辑统一性的要求构成整体 3 系统的分类 系统输入 系统在边界确定以后 所有跨越边界进入系统的流动 系统输出 跨越边界离开系统的流动 4 系统研究方法 植物系统的输入和输出 邹冬生 2002 1 黑箱理论 Blackboxtheory 完全忽略系统内部结构 只通过输入和输出的信息来研究系统的转化特性和反应特性的系统研究思路 由于技术原因对系统内部难以了解 或仅对系统整体功能感兴趣时 都采用黑箱研究思路 2 白箱理论 Whiteboxtheory 对系统的组分构成及其相互联系有透彻的了解 揭示系统内部的结构和功能来认识系统输入与输出在内的整体特性 如生物的形态解剖研究 各种电器设计等常采用白箱研究思路 3 灰箱理论 Greyboxtheory 兼用黑箱和白箱的研究思路 系统内部结构与功能只有部分已知 其余部分则是未知的 在这种情况下 采用灰箱研究思路来认识分析系统 二 生态系统概述 一 生态系统的定义1935年 坦斯利 A Tansley 提出了生态系统 ecologysystem 的概念 经林德曼 R Lindeman 和奥德姆 E P Odum 等的发展 生态学从生态系统的组成与结构 能量流动与物质循环 生态因子及其作用和生态系统平衡等方面开展研究 生态系统 在一定时间和空间内 生物的和非生物的成分之间 通过不断的物质循环和能量流动而相互依存的统一整体 二 生态系统的组成 1 无生命类太阳辐射能 solarenergy 无机物质 inorganicmatter 如O2 N2 CO2 H2O Fe等 有机物质 organicmatter 如碳水化合物 蛋白质 脂类和核酸等 2 有生命类 生产者 producer 主要绿色植物 能用简单的无机物质合成复杂的有机物质的自养生物 autophyte 也包括一些光合细菌 其作用是进行初级生产 即光合作用 太阳能只有通过生产者 才能输入生态系统 成为消费者和分解者唯一的能源 消费者 consumers 以其他生物或有机物为食的动物 是异养生物 heterophyte 据其食性区分为草食动物 herbivores 肉食动物 carnivores 两类 寄生者 parasite 是特殊的消费者 另外还有杂食者 omnivores 介于草食动物与肉食动物之间的消费者 分解者 decomposers 主要是细菌和真菌 也包括某些原生动物及腐食性动物 属于异养生物 把复杂的动植物有机残体最终分解为无机物 归还到环境中 被生产者再次利用 又称为分解者 生态系统组成 图2 1生态系统的组成 据云南大学生物系编 1983 三 生态系统的结构生态系统中生物种类 种群数量 种的空间配置 水平的和垂直的分布 时间变化 发育 演替和季节性变化 是生态系统的形态结构特征 这些特征与生物群落的结构特征相一致 生态系统的营养结构 以营养为纽带和链条 把生物与非生物紧密的结合起来 构成以生产者 消费者 分解者为中心的营养供求关系 又可称为食物链结构 图2 3生态系统的结构特征 四 生态因子及其作用生态因子概念及其分类生境 habitat 任何一种生物都不可能脱离特定的生活环境 在一定时间内对生命有机体生活 生长发育