第三章-城市生态系统与城市生态学.ppt

第三章城市生态系统与城市生态学 不同角度 城市有不同定义 1 行政管理 人口集中 有一定社会 政治 经济的组织形式 并具有一定边界和管辖范围的行政单元2 乡村 的相对概念 非农业人口集中 以从事非农业生产活动为主的居民点 是区别于比较单一而分散的农村居民点的社会空间结构形式 城市 3 经济学观点 城市是一个经济单位 劳动分工就是城市经济组织的基础 可以把城市 包括它的地域 人口 也包括那些相应的机构和管理部门 看作一种有机体 看作一种心理 物理过程 psychophysicalmechanism 4 社会学 城市是一种心理状态 是各种礼仪习俗和传统构成的整体 是这些礼仪习俗中所包含并随传统而流传的那些统一思想和感情所构成的整体 城市绝非简单的物质现象 绝非简单的人工构筑物 它已同居民们的各种重要活动密切联系在一起 它是自然的产物 尤其是人类属性的产物 Parketal 1925 城市 作为人类集中的居住地 也是一种系统 可称之为 城市系统 urbansystem 城市主要由七个要素所组成 城市社会 城市结构 城市经济 城市交通 城市信息 城市文化和城市生态它涵盖的范围很广 包括了城市的一切方面 生态学 城市是一种生态系统 它具有一般生态系统的最基本特征 即生物与环境的相互作用 在城市生态系统中有生命的部分包括人 动物 植物和微生物 无生命的环境部分则是各种物理的 化学的环境条件 在它们之间进行着物质代谢 信息传递和能量流动 目前大多数人认为城市生态学的研究对象应是城市生态系统 第一节城市生态系统 城市的生物有机体 无机环境 功能沼田真 1984 认为不能把生态系统看成是由生物因素和非生物因素简单相加的系统 而应该把它看成是一个以生物为中心的环境系统 biocentricenvironmentalsystem 每一种生态系统都是以某一类生物为中心 城市生态系统是一种人为改变了结构 改造了物质循环和部分改变了能量转化的 长期受人类活动影响的 以人为中心的陆生生态系统 一 城市生态系统与自然生态系统的区别城市生态系统和一般自然生态系统 如森林 草原等 或半自然生态系统 如农田等 的不同 主要表现在 1 城市生态系统是人工生态系统 人是这个系统的核心和决定因素 这个生态系统本身就是人工创造的 它的规模 结构 性质都是人们自己决定的 人 既是调节者又是被调节者 2 城市生态系统是消费者占优势的开放式生态系统 生物量结构呈倒金字塔形 同时需要有大量的外来辅加能量和物质的输人和输出 相应地需要大规模的运输 对外部资源有极大的依赖性 城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较 3 城市生态系统是分解功能不充分的生态系统 城市生态系统资源利用效率较低 物质循环基本上是线状的 分解功能不完全 大量的物质能源常以废物形式输出 4 城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态系统 城市生态系统受到干扰时 其生态平衡只有通过人们的正确调节与参与才能维持 5 城市生态系统是受社会经济多种因素制约的生态系统 社会学上的人 以及 经济学上的人 行为准则是由社会生产力和生产关系以及与之相联系的上层建筑所决定的 所以城市生态系统和城市经济 城市社会是紧密联系的 因此 城市生态系统可以简单地表示为以人群 居民 为核心 包括其他生物 动物 植物 微生物等 和周围自然环境以及人工环境相互作用的系统 人群 泛指人口结构 生活条件和身心状态等 生物 即通常所称的生物群落 包括动物 植物 微生物等 自然环境 是指原先已经存在的或在原来基础上由于人类活动而改变了的物理 化学因素 如城市的地质 地貌 大气 水文 土壤等 人工环境 则包括建筑 道路 管线和其他生产 生活设施等 自然环境 人工环境 二 城市问题的生态学实质 1 城市中物质流动基本上是线形的 物流链是很短的 常常是资源到产品和废物 2 城市中的生产 生活等一切活动需要大量的能源 3 城市中各部门分割 行业间常常缺乏自觉的相互合作 各自为政 各行其事 4 城市生产多着眼于局部产品 看重当前经济效益 5 城市生态系统中消费者和生产者的比例常常失调 6 人类在进行着自我驯化 self domestication 其结果是人和自然的隔绝 以及人际间关系的疏远和紧张 三 城市复合生态系统 一些学者认为 城市是人类社会 经济和自然三个子系统构成的复合生态系统 是在原来自然生态系统基础上 增加了社会和经济两个系统所构成的复合生态系统 对这种复合系统另一些学者称之为 城市生态经济系统 城市生态系统又和它周围的农村生态系统结合成为城乡复合生态系统 因此在研究城市生态系统时既要突出生态学的重点 而又不能局限于生物生态学范畴 既要考虑城市生态系统与其他系统间的关系 而又不能包罗万象 第二节城市生态学及其研究内容一 城市生态学的概念城市生态学归纳起来目前大致有两种不同的理解 环境系统学派复合系统学派 1 环境系统学派 以Sukopp的定义为代表 城市生态学是用生态学的方法研究城镇中生物圈 正如同生态学其他分支科学研究农田 森林和海洋一样 城镇可从历史 结构和功能三方面进行生态学的描述 沼田真也倾向于这种看法 城市是人为改变了结构 改造了物质循环和部分改变了能量转化的长期受人类生产活动影响的生态系统 这里采取的研究方法是将过去生态学传统中形成的方法论用于城市生态系统的研究 以生物生态学的方法在可能的范围内试图对人类进行探索 也就是对以人类为主体的环境系统的城市 从围绕人类的动物 植物 空气 水 土壤等周围部分进行探索 2 复合系统学派 另一种理解可以F diCastr为代表 他认为 城市生态学是用生态学的方法研究城市系统 它包括一系列的研究方法 其中有社会的和观念的调查 健康和营养状况的评价 能量平衡 城市动植物区系记载 脆弱性分析以及各种功能的建模等 FrancescodiCastr etal 1984 王如松 1988 在他的论文中明确地提出 城市生态学研究的是社会 经济 自然三个亚系统不同层次各组分间相生相克的复杂关系 持前种观点的学者强调城市生态系统的生物组织性质 持后种观点的学者 则强调城市生态系统的综合性和复杂性 要求全面考虑城市内自然 社会 经济之间相生相克的复杂关系 两种观点代表着当前城市生态学研究中的两种倾向 或者说两种途径 前者可称之为 环境系统学派 后者可称之为 复合系统学派 3 城市生态学的概念城市生态学是以生态学理论为基础 应用生态学的方法研究以人为核心的城市生态系统的结构 功能 动态 以及系统组成成分间和系统与周围生态系统间相互作用的规律 并利用这些规律优化系统结构 调节系统关系 提高物质转化和能量利用效率以及改善环境质量 实现结构合理 功能高效和关系协调的一门综合性学科 二 城市生态学的研究内容1 城市生态系统结构方面的研究 生态系统的结构是指系统内各组成部分的配比以及空间格局 城市生态系统是一个以人为中心的环境系统 其结构非常复杂 既包括自然环境 又包括人为环境 它涉及面很广 其结构研究可分为 城市化对环境的影响 诸如 城市的气候与大气污染 城市土壤与土壤污染 城市的水体与水污染 城市交通与交通污染 城市的土地利用 城市的噪声 城市的垃圾等 城市化对生物的影响以及生物的反应 诸如 城市植物区系和植被及其与人体健康 城市动物区系及其与人体健康 城市指示植物与生物监测等 城市化对人群的影响 诸如 人口动态与城市发展 城市人群的生态处境与身心健康等 通过对各种结构成分的研究以揭示城市化过程与环境变化的相互关系 以及资源利用对城市环境的影响 这是城市生态学研究的基础 2 城市生态系统功能的研究城市生态系统功能主要是指城市生产和生活功能 特异性强 揭示它们的作用特点和作用规律是解决城市问题的关键 这方面研究包括 城市食物网 城市物质生产和物质循环 城市能源及城市能量流动 城市信息类型及其传递方式与效率 城市环境容量等 3 城市生态系统的动态研究生态系统的动态研究是指系统的发生 发展和演变 城市生态系统的动态研究包括城市形成 发展的历史过程 以及与此相应的自然环境和人文环境变化的动因分析 这项研究有助于认识城市生态系统的发展规律 可为老城市改造和新城市建设指明方向 4 城市生态系统的系统生态学研究在城市生态系统结构和功能研究的基础上 对城市生态系统进行模拟 评价 预测和优化 5 城市的生态规划 生态建设和生态管理 根据城市生态学的理论对城市进行生态评价 生态规划 生态建设和生态管理 这些方面既是城市规划 城市建设和城市管理的一部分 又与它们有区别 并可作为它们的补充 6 城市生态系统与周围农村生态系统间关系的研究 其中包括人口 物资 信息的交流以及相互影响等 此外 还可从维护区域生态平衡 合理利用自然资源的角度出发进行城市生态系统与区域大系统间关系 乃至与全球环境间关系的研究 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 主要研究方向 三 城市生态学研究的特点 1 综合性 它研究的不只是城市人口 城市生物 城市资源 城市环境或城市社会以及城市经济的单个组分 而是这些组分间的相互关系 注重各组成成分间的横向联系 注重人口 物质流动的整体效应以及环境变化的区域性影响 2 系统性 城市生态系统是一个以人为中心的 不断进行着物质能量代谢的有机统一体 它的研究需要注重人口 资源 环境间相互作用的基本规律 3 实用性 城市生态研究是以满足人的根本利益为目的 注重利用生态学原理和最优门办法空调节城市内部各组分间以及与周围生态系统间的关系 提高城市生态效率 改善城市的环境质量 4 决策性 城市生态研究要解决城市的资源利用和环境负载能力之间 生活和生产之间 市区和郊区之间 眼前利益和长远利益之间的种种矛盾 探讨它们之间动态关系的基本规律 提出相应的城市发展的生态学对策 第三节城市生态学研究的基本原则 一 联系性原则生态学强调生态系统内各组成成分间的相互联系 其中任一成分的变动 都将引起其他成分的变动 城市生态系统内各成分之间都存在着内在的联系 这种联系使城市生态系统构成一个整体 二 生态流原则生命的各种表现都是和能量流动 物质循环 信息传递分不开的 没有这些生态流就不可能有生命活动 也不可能有生态系统 城市生态系统中人们的活动引进了许多辅加能量 加速了物质流动 使循环变得不完全 甚至无循环 所以物质再循环应成为城市发展的主要目标 三 生态位原则 广义的生态位 niche 是指种群在群落中与其他种群在时间上和空间上的相对位置及其机能的关系 每种生物的生存都需要一定的空间和资源 为了获得这些资源和空间 都有扩张的倾向 扩大它们的分布范围 但资源和空间两者都是有限的 因此必然引起有同样需要的物种间的竞争 实际生态位 realizedniche 由于竞争的影响 种群当前占领的总是小于它在没有竞争条件下可能达到的生态位 基础生态位 fundamentalniche 无竞争条件下可能达到的生态位 资源和空间虽然是有限的 但又是多种多样的 通过竞争和选择 种群间产生生态位的隔离 使得生态位不重叠或少重叠 从而达到一定范围内的许多物种的共存 城市生态学研究也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 四 限制因子原则 生物的生存和繁殖取决于综合的环境条件状况 任何接近或者超过耐性范围两端的状况都可成为限制因子 limitingfactor 它包括两种含义 生物的生长发育是受它们需要的综合环境因子中那个数量最小的因子所控制 这就是J Liebig的最小因子定律 生物的生长发育同时也受它们对环境因子的耐性限度 不足或过多 所控制 即V E Shelford的耐性定律 两者结合就是限制因子原理 因子的相互作用可以改变因子的利用率 从而在一定范围内起到补偿作用 五 生态演替原则 生态系统的发展或称之为演替 是一切生态系统的共同特征 城市生态系统也不例外 演替的含义是 演替是一个有顺序的过程 它有规律地向一定方向发展 因而是可以预见的 变化虽由外部因素所引起 但演替是受系统内部生命系统控制的 它以稳定的生态系统为发展的顶点 参见第一章 六 生态平衡原则 当外力增强时 生态系统通过自动调节 可以在新的水平上实现新的平衡 这样就可能出现一系列 稳态台阶 此时虽然系统还能实现控制 但已不能回到原先的同一水平 在这种场合下 甚至轻微的变化就能产生深远的影响 生态系统的稳定机制是有限度的 超出这个极限 正反馈不受控制 终将导致系统的毁灭 城市生态系统的正常运行也受这一原则支配 人和自然关系是一个古老的命题 城市作为一种人工生态系统 不能不涉及这个问题 将天 地 人作为一个统一的整体 人类既要顺应自然 尊重客观自然规律 又要注意发挥主观能动作用 效法自然 建立起人与自然和谐发展的关系 这就是人和自然统一的原则 七 人和自然统一性的原则 仅仅运用自然科学的原理是不够的 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 以生态学的理论为核心提出了一系列关于城市社会结构互动与发展的重要理论概念 如竞争 冲突 适应和同化等 社区和社区内的自然状态是竞争的结果 社会控制和个别成员对社区的相互服从则是源于冲突 但是在相互摩擦和妥协的过程中又会变成有组织的形态 并在同化中得到巩固和定位 第四节城市生态学发展的简要回顾 城市生态学是生态科学与城市科学的交叉学科 它既是生态学研究的一部分 也是城市学研究的一部分 它的源头要从这两方面去追寻 关于城市学的研究 Lichtenberger 1993 曾将城市研究划分为统计学 社会科学 环境科学和城市地理学四个方面 一 起源城市生态学的思想最先出现在美国城市社会学芝加哥学派的著作中 Park Bungess andMcKenzie 1925人这一学派的理论核心认为 城市是一个有机体 它是生态 经济和文化三种基本过程的产物 是文明人类的自然生息地 产生 城市生态学由芝加哥学派的创始人帕克 RobertEzraPark 1864 1944 于二十世纪20年代提出 芝加哥学派 ChicagoSchoolofHumanEcology 是以美国芝加哥大学社会学系为代表的人类生态学及其城市生态学术思想的统称 兴盛于20世纪20 30年代 开创了城市生态学研究的先河 其代表人物有帕克 伯吉斯 E W Burgess 麦肯齐 R D Mckenzie 等 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 RobertE 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 二 20世纪20 30年代20世纪20年代还有一批生物学家从生物学角度研究城市 他们着重研究的是城市环境影响下动植物区系的变化历史 二次战结束后工业生产获得了迅速的发展 城市和工业区的环境污染也随之加剧 城市作为人类的一种重要栖境 对它的综合研究开始得到了重视 首先对伦敦进行了生境 有机体和生物群落的多方民的分析 Fitter 1946 Gill Bonnett 1973 此外 有关巴黎 Jovet 1954 纽约 Kieran 1959 Rublowskv 1976 维也纳 Khhnelt 1955 Schweiger 1962 等城市的相应研究报告也陆续出版 三 20世纪70年代20世纪70年代初 罗马俱乐部发表的第一篇研究报告 增长的极限 对世界工化 城市化发展前景所做的估计 进一步激起了人们从生态学角度研究城市问题的兴趣 1971年在联合国教科文组织领导下继 国际生物学规划 IBP 之后 开展了另一项国际性的研究计划 人和生物圈 MAB 计划 四 现代的研究重点1 建立并检验城市化与环境变化之间相互关系的模型 2 伴随着城市化人口变化的研究 特别是对城市和乡村人口流动关系以及对环境作用的研究 对人口迁移及其对大城市和腹地影响的剖析 把城市和乡村的研究结合起来 3 通过对城市地区生物学产量的研究 以及对能量和资源合理利用和再利用的研究 以减少周围地区的负荷和资源的供应 此外 城市节能计划以及城市系统的循环模式 包括水循环等 都是这些研究的一部分 4 城市绿地管理的研究 包括人们对绿地的需求 地区的土地利用和自然环境的负荷等 为了测算对绿地的需求及其与负荷的关系 还要进行不同地区的多方面综合研究和对绿地的科学管理与评价等研究 国际生态学会 INTECO 于1974年在海牙召开的第一届国际生态学大会上成立了 城市生态学 专业委员会 出版季刊 城市生态学 杂志 国际生态城市委员会也是在1987年建立 每2 3年召开一次大会 2002年8月在中国深圳召开了第五次大会 此外 国际森林研究组织联盟 IUFRO 在1986年的南斯拉夫卢布尔雅那 Ljubljana 会议上建立了 城市森林 计划工作组 开展城市森林的研究 世界气象组织 WMO 世界卫生组织 WHO 国际城市环境研究所 IUEL 国际景观生态学协会 IIUE 以及欧洲联盟 EU 经济合作与发展组织 OECD 都开展