第三讲-城市生态系统结构与功能.ppt

1,城市生态学,第三讲城市生态系统结构与功能,2,第三讲城市生态系统结构与功能,一、城市生态系统的概念与结构二、城市生态系统的功能三、城市生态流四、城市生态系统的特性五、城市生态位与城市生态演替,第一节城市生态系统的概念与结构,4,一、城市生态系统的概念,城市是人类技术进步、经济发展和社会文明的结晶，是加工物资、提练信息的高效场所。与乡村相比，城市是人口、物资高度密集，环境改变十分激烈的人工生态系统。,城市由“城”和“市”组成,“日中为市，各易而退，各得其所”,6,一、城市生态系统的概念,城市生态系统是城市空间范围内的居民与自然环境和人工建造的社会环境相互作用形成的统一体，属人工生态系统。由于以人的生产和生活活动为核心，城市在自然生态系统的基础上，增加了社会和经济两个子系统，我们称其为社会-经济-自然复合生态系统。在此复合系统中，最活跃的积极因素是人，最强烈的破坏因素也是人。城市生态系统既是自然生态系统发展到一定阶段的结果，也是人类生态系统发展到一定阶段的结果。,7,一、城市生态系统的概念,城市生态系统兼有复杂的社会属性和自然属性两方面的内容：一方面，人是社会经济活动的主体，以其特有的文明和智慧驱使大自然为自己服务，使物质生产和生活水平以正反馈为特征持续上升；另一方面，人毕竟是大自然的一员，其一切宏观性质的活动，都不能违背自然生态系统的基本规律，都受到自然地理条件的负反馈约束和控制。这两种力量间的基本冲突，正是复合生态系统的一个最基本的特征。,8,二、城市生态系统的结构,图1-1城市生态系统构成（引自金岚等，1992）,9,城市生态系统可分为社会、经济、自然三个亚系统，各个亚系统又可分为不同层次的子系统，彼此互为环境。城市生态学要研究的就是这些不同层次内各组分间相生相克的复杂关系。1.自然生态亚系统以生物结构及物理结构为主线，它以生物与环境的协同共生及环境对城市活动的支持、容纳、缓冲及净化为特征。2.社会生态亚系统以人口为中心，它是高密度的人口和高强度的生活消费为特征。,二、城市生态系统的结构,10,3.经济亚系统以资源（能源、物资、信息资金等）为核心，以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集聚，信息从低序向高序的连续积累为特征。总之，自然子系统是基础，经济子系统是命脉，社会子系统是主导。它们相辅相成、相生相克，导致了城市这个复合体复杂的矛盾运动。,二、城市生态系统的结构,11,1.自然生态亚系统城市的有形部分是自然生态亚系统，它可分为物理结构和生物结构两部。1.1城市生态系统的物理结构城市是存在于地球表面并占有一定地理空间的一种物质形状，其物理结构包括自然环境和人工环境两部分：,二、城市生态系统的结构,12,1.1.1城市的自然环境城市地貌城市气候城市水文城市土壤城市大气,二、城市生态系统的结构,城市小气候最突出的表现是“热岛效应”，即市区温度比郊区高，市中心比一般市区高；城市愈大表现愈突出。,13,城市的热量平衡与城市热岛效应热量平衡人为热的大量输入:工业生产、家庭炉灶、空调制冷、机动车排放、冬季取暖等下垫面导热率高出乡村3倍,热容量较乡村大1/3倍,因而贮热量大热收入远高于乡村,二、城市生态系统的结构,14,城市热岛效应城市热岛(urbanheatisland)城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。城市热岛效应可以从两个方面来分析：同一时间城市和郊区气温的对比同一城市历史发展过程中气温的前后对比,二、城市生态系统的结构,15,城、郊气温对比Tu-r热岛强度=同时间同高度(离地1.5m)热岛中心与近郊的气温差值。“城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上,国内外均如此:冬季傍晚上海市区比郊外要高25C;巴黎城中心年均温比郊区高1.7C,二、城市生态系统的结构,城市生态学第一讲,16,城市热岛温度剖面示意图,二、城市生态系统的结构,城市生态学第一讲,17,二、城市生态系统的结构,18,城市发展过程中气温的前后对比随城市化发展,市区呈现出越来越暖的趋势.如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段19201942年:气温变化趋势逐年上升(城市发展)19421945年:气温变化趋势逐年下降(值第二次世界大战期间,东京城市受到大规模的破坏,城市热岛效应不存在)19451967年:气温变化趋势逐年上升(战后城市建设迅速恢复,气温又开始回升),二、城市生态系统的结构,19,城市热岛强度的变化周期性日变化:夜晚强,白昼午间弱年变化:冬秋两季比夏春两季表现更明显,可能归因于冬季城市取暖耗能较多,释放大量人为热量周变化:明显受工休日周期影响,周末弱,周内强,二、城市生态系统的结构,城市生态学第一讲,20,维也纳城市和郊区气温差值的日变化,21,美国两座城市冬季热岛强度Tu-r()的周变化,22,非周期性临界风速：风速大则热岛效应小，超过临界风速时则消失云量：强热岛大多出现在无云的天气状态下,北京地区热岛消失的临界风速,二、城市生态系统的结构,23,城市热岛强度的地区差异城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等有密切关系。团块状紧凑布局，城中心增温效应强。条形分散结构，城中心增温效应弱。盆地或凹地，由于风速小，热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强度亦有影响,二、城市生态系统的结构,24,城市规模与城乡气温(夜晚)差别的关系,25,城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质亦对城市热岛强度起一定作用。无绿化的宽阔街道和广场，到中午时剧烈增温，在夜里又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道和有绿化的广场白昼较凉爽，气温的日振幅较小,二、城市生态系统的结构,26,上海市区公园同其附近街道的气温平均差值(),27,表1-1各类环境中颗粒物数量的比较（微粒数/立方厘米空气）,微粒是指直径1982年，比重达到66.3%，显示出男女劳动力资源非常富足。老年人口占总人口的比重:1990年1982年1964年，反映出居民生活水平提高，医疗保健事业发展，人口寿命有所延长；同时也提示我们：北京市人口开始出现老龄化迹象。,二、城市生态系统的结构,59,二、城市生态系统的结构,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，也是在城市规划与建设中，规划各类(针对不同年龄人口的)服务设施(如托儿所、幼儿园、中小学、医院、养老院等)的重要依据。,60,2.3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。可被分为三大类:基本人口:工矿交通企业、行政机关事业单位及高等院校在册人员，对城市规模起决定性作用；服务人口: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；被抚养人口:未成年、未参加工作和丧失劳动能力的人。,二、城市生态系统的结构,61,城市规划部门一般将人口比例控制在基本人口:30%40%服务人口:12%20%被抚养人口:45%50%,二、城市生态系统的结构,62,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:生产性劳动人口:工业职工、基本建设职工、农林水职工、交通邮电职工；非生产性劳动人口: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、金融部门职工、国家机关与人民团体的职工；非劳动人口: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45%60%左右。,二、城市生态系统的结构,63,人口密度单位面积空间内生存容纳的居民人口数,，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，间接地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:如北京市1995年底已达1251.1万人，平均745人/km2，其中城区人口密度超过15000人/km2。,二、城市生态系统的结构,64,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100m2美国每人大于150m2俄罗斯每人大于200m2我国1985年全国城市用地为每人73m2,上海每人仅为26m2。我国城市在用地的比例上,工业用地偏大,生活用地偏紧。,二、城市生态系统的结构,65,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:一派认为:传统的生理、心理和社会学观点表明:人口密度增加将加重人的生理和精神压力，降低生活水平，恶化环境质量，使犯罪率上升等；另一派提出:适当增加人口密度，将有助于降低按人口平均的资源消耗和环境影响，减少运输量，节约能源，充分发挥城市功能，提高经济效益。,二、城市生态系统的结构,66,事实上，这里牵涉到一个适度人口密度的问题:固然人口密度增加，有利于降低按人口平均的资源消耗和环境影响，提高经济效益；然而过高的人口密度，必然造成人的生理和精神负担加重，从而使人的生活质量和工作效率降低，甚至罹患疾病，到头来仍然会使城市背上沉重的经济包袱。,二、城市生态系统的结构,67,3.经济生态亚系统3.1系统基本结构城市是一个以人为中心的自然、经济与社会的复合人工生态系统，其中城市社会经济亚系统涉及到城市居民的物质生活与精神生活诸方面，主要由生产、流通和消费三大系统构成。,二、城市生态系统的结构,68,城市社会经济系统的结构,69,3.2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、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，随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而发展。,二、城市生态系统的结构,70,4城市生态系统的人文环境城市人文环境是指以文化积淀为背景，以物质设施为载体，以人际交往、人际关系为核心的城市社会环境。从总体来看，较之自然环境，人文环境更具有复杂性、变动性和可塑性。城市人文环境是使整个城市活跃起来的灵魂。,二、城市生态系统的结构,71,4.1城市是人类文化的凝聚点和闪光点4.1.1城市文明是人类文明的主体作为城市生态系统中最重要的组分和核心的人，既是文化的创造者、发展者、又是文化的体现者。从城市的起源与发展来看，从城市的职能来看，从城市人群构成来看。4.1.2城市文明在现代文化中的纽带作用各类文化在城市中相互“碰撞”、相互“冲突”、相互选择以至相互融合，从而必然形成丰富多彩的城市文化。4.1.3城市已发展为区域文化中心在历史发展过程中，是在发挥积累、聚合、选择发展文化的功能。城市总是将各类文化融为一炉，形成各具特色的城市人文环境。,二、城市生态系统的结构,72,4.2城市人文环境的层次性城市人文环境的层次，是以人的本体为主体，从外向内划分的。4.2.1城市人文环境的物质表层城市人文环境的表层，主要是物质文明的成果，是市民生活离不开的物质条件。物质表层不仅具有实用的功能，而且发挥着审美的功能，传播知识的功能，陶冶情操、激发情思的功能。如果说单体建筑是一首凝冻的乐曲，那么整个城市的建筑群体便是一部气势雄伟的交响乐。4.2.2城市人文环境的形式浅层人们在生产方式和水平、分配方式和水平、交换方式和水平、消费方式和水平等方面所创造的文化，是城市人文环境的浅层。,二、城市生态系统的结构,73,4.2.3城市人文环境的体制中层城市人文环境的中层，这就是城市的上层建筑，市政机构、企事业单位组织机构，规章制度的制定，管理功能以及人际关系的好坏等。往往就在中层的体制问题和人际关系问题，这是城市人文环境建设的关键。4.2.4城市人文环境的观念深层剥开人文环境的表层、浅层和中层，进入了城市人文环境的深层，这就是城市居民的行为方式，包括指导、支配和影响其行为的整套规范、准则，以及其价值观念和行为心理。城市人文环境四个层次的内涵，从中可以看到城市人文环境的复杂性，同时也清楚地看到人际交往和人际关系是贯穿始终的一条红线。,二、城市生态系统的结构,74,4.3、城市人文环境的整体性城市人文环境的上述四个层次，是为了研究问题的需要，从实际出发划分的，当然也是客观存在，这四层次并不是孤立地存在，也不是单独地发挥作用，而是相互联系，综合地显示其功能，其中，人们实际感受是最好的证明。城市人文环境整体性的重要表现之一是城市社会风气的形成。城市人文环境整体性的另一重要表现是城市巨大的生命力。城市的生命活力来自哪里？城市人际交往和交往活动是城市生命力的源泉。要研究城市人文环境的整体性，不能不研究人际交往和交往活动的普遍性和规律性。,二、城市生态系统的结构,75,4.4城市人文环境建设的理念创新所谓人文环境，是指打上了文化烙印，渗透着人文精神的生活环境。城市人文环境建设，则是指城市管理者与广大市民按照一定的方向，通过具体的实践措施，来创建符合特定要求的人文环境。4.4.1原始理念原始理念是坚持某些东西不动或保持其原貌，实现城市人文环境的历史传承。,二、城市生态系统的结构,76,4.4.2人本理念所谓人本理念，就是以人为本，强调人格本位。城市人文环境建设，应该有利于城市人群的身体发展和心理发展，围绕身心健康来建设城市人文环境。,二、城市生态系统的结构,77,建设人格本位的物质环境人格本位的物质环境具体表现在以下三个方面：环境舒适性出行便利性材料安全性营造有利于心理发展的文化氛围人类的心理发展既包括伦理道德和观念意识的定向发展与改变，也包括智力、性格、意志、情感等的培养与导向，还包括心理素质的培养和良好心理状态的维持。从城市人文环境建设的物质表层来看，从人文环境建设的形式浅层来看，从人文环境建设的体制中层来看，从人文环境的观念深层来看。城市文化是城市之魂，是民族文化的重要组成部分。,二、城市生态系统的结构,78,4.4.3生态理念生态理念强调城市的和谐、协调，追求城市生态系统的可持续发展。人与自然的和谐协调是一个理想化的概念，城市生态系统中人与自然协调与否，可以从以下几个方面来衡量：城市人群数量与城市的现实条件和资源承载力协调；城市人群数量的动态变化与城市的社会、经济发展状况；城市人群的身、心发展的需求与城市人文环境建设的速度相互协调。,二、城市生态系统的结构,79,4.5城市社区人文环境建设的特色定位城市人文环境建设必须具有鲜明的特色。社区人文环境建设要根据本社区的区位优势、景观特色、文化传承等资源，正确定位本社区的人文环境建设的特色和主要发展方向。,二、城市生态系统的结构,80,4.5.1原始理念文化传承型城市是历史的积淀，很多城市都有着几百年乃至数千年的悠久历史。4.5.2返朴归真型人文环境建设可进一步发挥自然生态优势，优化、美化环境，营造返朴归真型城市人文环境。4.5.3现代文明型人文环境建设也可沿用现代文明为一主题，创建现代文明型社区人文环境。,二、城市生态系统的结构,81,4.6城市人文环境建设的实施策略城市人文环境重在建设。4.6.1城市规划建设中要充分考虑城市人文环境的建设在城市规划中，要充分考虑城市人文环境的建设，在重视城市物质文明建设的同时，大力加强城市精神文明建设，实现城市人文环境的可持续发展。4.6.2全面提高市民的文明素质；4.6.3加强街道和社区的精神文明建设；4.6.4加强综合治理，实现城市人文环境整体优化。,二、城市生态系统的结构,82,5城市生态系统结构概述:各种自然及物理组分是城市赖以生存的基础；各个部门的经济活动和代谢过程是城市生存发展的活力和命脉；每个人的社会行为及文化观念是城市演替与进化的动力泵。,二、城市生态系统的结构,83,严格地讲，城市只是人口集中居住的地方，是当地自然环境的一部分，并非一个完整的、自我稳定的、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态系统，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，如组成城市的生物成分，除人类外，还有植物、动物和微生物；能够进行初级生产和次级生产；具有物质循环和能量流动等功能。,二、城市生态系统的结构,84,上述类似或不似典型生态系统的方面，因人类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各种联系，彼此间相互影响，相互作用。因此将城市看作一个生态系统，研究其物质和能量的高效利用，社会与自然的协调发展，系统内部的动态调控，不仅有益于城市本身的规划与管理，也有利于处理和协调城市与其周围地区的关系，从而达到整个区域的可持续发展。,二、城市生态系统的结构,85,5.2城市生态系统的组成自然系统:居民赖以生存的基本物质环境,如阳光、空气、雨露、植被、土壤、动物等自然景观要素；经济系统:生产、分配、流通与消费的各个环节,包括工业、农业、交通、运输、贸易、金融、建筑、通讯、科技等；社会系统:物质生活与精神生活诸方面,如衣、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。,二、城市生态系统的结构,86,5.3城市生态系统的结构空间结构:土地利用的空间排布形式社会结构:包括人口结构劳动力结构智力结构劳动力劳动人口中不同职业劳动力所占比例，反映城市的经济特点和主要职能；智力具有一定专业知识和技能的劳动力部分，能反映城市的文化水平和现代化程度，并往往决定着城市的经济发展前景；营养结构:为一特殊的倒三角形(见下页图),二、城市生态系统的结构,87,城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较,二、城市生态系统的结构,88,在城市生态系统的结构研究中，最能反映系统内部运动规律的关键因素有:城市人口变动城市经济活动城市土地利用对之研究尤其重要，因为它是人类社会经济活动规模与水平的综合反映，是城市空间结构状况的实际反映。,二、城市生态系统的结构,第二节城市生态系统的功能,90,城市生态系统的功能有三：一是生产，为社会提供丰富的物资和信息产品。二是生活，为市民提供方便的生活条件和舒适的栖息环境。三是还原，保证城乡自然资源的永续利用和社会、经济、环境的平衡发展。,91,1、生产功能城市的生命力就在于生产，有目的地组织生产和追求最大的产量是城市生态系统有别于自然生态系统的显著标志之一。城市生产活动的特点是：空间利用率高，能流、物流高强度密集，系统输入、输出量大，主要消耗不可再生性能源，且利用率低，系统的总生产量与自我消耗量之比大于1，“食物链”呈线状而不是联成网状。系统对外界的依赖性较大。城市生产可分为初级生产、次级生产、物质生产和精神生产四个方面，前两者为生物生产，后两者为非生物生产。,92,2、生活功能2.1城市生活功能正常与否决定了一个城市吸引人的大小和城市发展的水平。生存、发展、不断提高生活水平是人类的本能需求。2.2随着社会的进步和时代的变迁，城市居民的生活需求也在逐渐演变：从基本的物质、能量和空间需求，到更丰富的精神、信息和时间需求；从崇尚多样性的人工环境到追求大自然的田园风光。随着生态环境的变化，城市居民正在从繁重的体力和脑力劳动中解放出来，从必然王国的奴隶变为自由王国的主人。,93,总之，现代城市的生活方式正经历着一场从人工环境向自然环境回复的生态觉醒。人们的物质需求从人工产品转向自然产品；能量需求从矿物能转向自然能；信息需求从嘈杂的信息污染转向有序的多样性和精巧的天然美；时间节奏从紧张转向高效率的松闲；空间活动范围从狭小的城市转向城郊结合的更大区域域。城市生态系统的生活职能就是要不断满足居民日益增长的这些生态需求。,94,3.还原功能城市有限空间内高强度的生产及生活活动从根本上改变了本地的地质、水文、气候、动植物区系及大气等的原来面貌，破坏了原生态系统的自然平衡。要使城市和外部环境协调一致，保持区域自然生态的平衡和稳定，确保城市生产和生活活动的正常进行，城市一方面必须具备消除和缓冲自身发展给自然造成不良影响的能力；另一方面在自然界发生不良变化时，又能尽快使其恢复到原状。这是由城市生态系统的还原功能来完成。当今世界上的数万座城镇之所以能和周围环境和睦相处、发展壮大，就是这种功能作用的结果。,95,3.1自然净化功能城市密集的人类活动所产生的代谢物给自然环境造成了污染，但在正常情况下，受污染的环境经过环境中自然发生的一系列物理、化学、生物和生物化学过程，在一定的时间范围内都能自动恢复到原来状态。这种功能称为城市生态系统的自然净化功能。,96,3.1.1水体自净功能污染物质能把水体污染，但它同时又在水中流动，其浓度有自然降解现像，称为水体自净作用。水体自净过程十分复杂，受很多因素的影响，稀释是其中很重要的因素。水体中悬浮物的沉淀以及氧化还原、吸附和凝聚等化学过程，都能降低水中的杂质浓度。在微生物的作用下，有机物逐渐氧化、无机化，使水中有机物含量逐渐降低。,97,3.1.2大气扩散功能进入大气中的污染物，经过自然条件下的物理和化学作用，或是广阔的空间扩散、稀释，其浓度大幅度下降；或受重力作用，较重粒子沉降于地面；或在雨水的洗涤作用下返回地面；或被分解、破坏等。大气的这种自净作用，是一种自然环境调节的重要机能。,98,污染物在大气中的扩散稀释取决于大气的运动状态风和湍流，它们是污染物在大气中扩散稀释的最直接因素。风速越大，湍流越强，扩散稀释的速度就越快，污染物的浓度也就越低。另外，雨、云、雾、太阳辐射，大气稳定度以及特殊的逆温层等气象条件都对大气扩散功能有一定的影响。另外，城市绿地具有吸收有毒气体和吸附粉尘的功能。如光合作用既耗用CO2，又向大气补充氧气，是一种典型的自净过程。当大气中的污染物数量超过其自净能力时，即出现大气污染。,99,表1-5树木对SO2的吸收能力,100,3.1.3土地处理能力土壤的本质特性一是具有肥力，即具有供应和协调植物生长所需要的营养条件（水分和养分）和环境条件（温度和空气）的能力；二是具有同化和代谢外界输入物质的能力，输入物质在土壤中经过复杂的迁移转化，再向外界输出。这两种能力或功能往往是相辅相成的。这种输入与输出是土壤既受环境影响，同时又影响环境的反映。当输入土壤系统内的“三废”物质数量超过了土壤的迁移转化能力，破坏了土壤系统原来的平衡，引起土壤系统成分、结构和功能的变化时，就发生了土壤污染。,101,3.2人工调节功能城市的自然净化功能是脆弱而有限的，多数还原功能要靠人去创造和调节。这包括：3.2.1城市绿地规划一般说来，城市绿地包括各种公园、动物园、植物园、广场绿地和街道、庭院绿地等公共绿地，以及归企事业单位管理的专用绿地、行道树、交通岛绿地、桥头绿地及各种苗圃、花坛、果园、林场及防护林等等。另外，各种风景游览区中的湖泊、河川、滨海等水面（亦称蓝色空间）及其周围的山川、园林等景观也是城市绿地的重要组成部分。,102,3.2.2城市环境保护城市工业的发展，人口的高度集中，造成了环境污染。污染的扩散和加剧，造成对生态系统的破坏。破坏加剧而形成公害。公害扩展而危及人类的生存。因此，城市环境保护的目的就是要运用人类的聪明才智去能动地保护环境，创造一个有利于人类进行生产和生活活动的环境，一个既能保证经济技术和合理发展，又能防止污染的、健康、舒适的、优美的城市环境。,103,狭义的环境保护是要对城市的污水、废气、固体废弃物、噪声等采取人工防范措施。一是改革工艺技术和流程，疏通物质能量流通渠道，提高资源利用率；二是通过消烟除尘、污水处理、垃圾处理等措施，加快废物的分解还原过程；三是采取一定的法律手段和保护措施，防止污染的扩散和对人体的直接危害（如征收排污费、加隔离罩、修隔音墙、安装饮水净化器等。）,104,3.2.3城市的卫生保健及防灾保安城市拥挤的人群、车辆和紧张的时间节奏给城市居民造成了一定的心理压力，增加了城市人口心血管疾病、恶性肿瘤及精神病的发病率，同时给流行病的传播创造了好的媒介环境。城市生态系统还原功能的一个重要任务就是要保护人群的身心健康。城市的各种体育、娱乐、疗养、保健和医疗设施及机构正是执行这种任务的重要部门。,105,以上简要介绍了城市生态系统的三种主要功能，它们是相辅相成，相得益彰的。生产上不去城市发展便难为无米之炊；生活搞不好，群众积极性提不高，城市就无从发展；还原功能弱，城市生态系统中的物流，能流就不能正常运行，城市缺乏负反馈机制，最终将导致城市的衰亡或崩溃。,第三节城市生态流,107,城市生态系统的功能是靠其中连续的物流、能流、信息流、货币流及人口流来维持的。它们将城市的生产与生活，资源与环境，时间与空间，结构与功能，以人为中心串连起来。弄清了这些流的动力学机制和调控方法，就能基本掌握城市这个复合体中复杂的生态关系。因此，我们称这些流为城市生态流。,108,1物质流城市是物质流高度密集的地方，是物资生产、流通、消费的热点。工业产品、生产所需的原材料、商品销售都集中在城市。城市生态系统的物质流包括自然物质流（水、氧气、土、矿厂、木材等），农产品流（粮食、蔬菜、水果、副食等），工业产品流（原材料、半成品、成品）及废物流（废水、废气、废渣等）。借助于这些流的输入、转移、变化和输出，城市不断地进行着新陈代谢，以保持其生态系统的活力。,109,从市外进入市内的物质，有建筑材料（木材、水泥、石料、钢材等），生产资料（工具、器材等）和生活用品（食物制品、家具等）等等。其中，有些主要蓄积（或长期停留）于城市空间之内；有些象生产原料、食物、燃料等很快被使用，改变其形态；也有的在城市内不发生变化，仅仅作为商品通过城市而已。在进入城市空间的物质之中，一部分流通物质保持原形，返回城外；大多数物质随同城市的各种人类活动，发生物理的、化学的变化。,110,总的看来，向外输出的主要是各种加工品、流通商品、固体废弃物、空气（包含污染气体）、废水（含有污染物质）、废热等等。废弃物中不能排出市外蓄积于城市内部的一部分，即所谓垃圾，已形成很棘手的城市问题。城市物质流的传送方式，有以下几种：借助于各种交通及传递工具运送；由人或动物运送；借助于流体移动。城市物质流中变动最快、影响最大的是水、氧气、食物、燃料、建筑材料和纸。,111,1.1水循环水是城市的生命线，也是城市里流量最大、速度最快的物质。水既是食物，又是原料，还是传递物质和能量的载体。随着城市生活的不断现代化，生活用水、洗涤用水、浇花用水、工业用水的数量在飞速增长，成为当前城市生活中的大问题。城市用水量近年来每年以10%左右的速度递补增，比人口和生产增长速度都快。,112,发达国家城市居民每人每日平均供水量为300500升（包括工业用水），发展中国家约100-300升。水平最高的是芝加哥（824升），次为莫斯科、华盛顿（700升），再次为纽约、大阪（600升）和巴黎（450升）。我国的上海、北京、天津、西安、常州、宁波、邯郸、台北、屏东、嘉义等城市均出现沉降现象。上海市1921年，开始沉陷，解放前年沉降率有23.7毫米，19571965年增至89毫米。,113,北京地下水采用量超过30%，地下水量每年年亏空1.6亿立方米，地下水从12米下降到2030米深处。东郊工业区每年平均沉降2-3厘米。全市出现4个地下水漏斗区，形势危急。,114,1.2氧气城市内主要的氧气消耗是，其中一部分与生物活动相关，包括人类在内的动植物的呼吸作用、随同细菌活动发生的有机质废物的氧化分解等等。另一部分是以各种化合燃料为主的有机物燃烧所消耗的氧气，即与能量消耗有很大关系。除了作为能源的助燃剂之外，垃圾焚烧时也消耗氧气。从生态学角度考虑，大气中氧气的消耗实属重要，是城市活动的一个显著标志。,115,1.3食品摄入体内的食物，有在城市加工过的，也有几乎没有经过加工的。作为食物进入人体的有机物，经过消化吸收，一部分成为热源，氧化放出二氧化碳；一部分成为身体组成部分。未被消化吸收的部分和身体的废物一起，作为排泄物排到体外。这些东西在有污水处理系统或粪尿处理系统的地方，被运到处理场，经过好气性分解，变成无机物，经嫌气性分解变成沼气等等。即使在经过处理的废弃物中，也仍有一部分未被分解而运到市外。,116,1.4建筑材料砂、石、砖、瓦、石灰、水泥、钢筋、木材、玻璃等建筑材料是城市物质流中流动量最大的一类物质。1.5纸在城市内移动的物质中，除水、食品、燃料之外，流动最快、数量最大的是纸。近代文明或文化的发达和纸的消耗关系密切，这是人类所共知的。和纸的移动循有重要关系的是与纸张一起发生的物质移动。特别是印刷品，使用大量油墨，具有不同性质的油墨又含有各种不同成分，随纸一道进入物质循环。,117,城市生态系统中的货物流示意,118,不同规模、不同性质的城市,其物质输入、输出的规模、性质、代谢水平不同:如工业城市输入以原材料、能源资源为主,输出以加工产品为主；风景旅游城市输入以消费品为主，输出以废弃物垃圾为主。城市物质流的输入输出收支平衡非常重要：凡输入近等于或略大于输出的城市，其规模和内部积蓄量变动较小，维持着相对的动态平衡；输入比输出大得多的城市是发展型的城市；输入比输出小得多的城市,是整体已开始衰落的城市。,119,城市的物流运转,消纳,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:物质的来源、利用、分配、管理废物的排放、扩散、处理、再生城市的负载能力、环境容量污染物质的流动规律及对人和物理环境的影响等问题,120,2.能量流城市能流包括自然能（太阳能、风能、地球能、生物能、辐射能）及辅助能（煤、气、油、电等）。它们作为汽车、飞机等交通工具和工厂的动力能源，或作为饮事、取暖等热源，或在火力电厂变为电能，用途广泛。城市煤气系统把这些化石燃料改变性质，混合使用。这些燃料的主要成分都是碳化氢和类似的化合物。还包括有氮、硫、氧及其他微量成分的化合物。,121,生态系统中的能量流与物质流特征的关系比较,122,城市生态系统能流的基本过程,123,2.1城市能流的输送形式有以下几种：2.1.1作为物质移动石油、煤、天然气等化学能源物质的输送最很大，它们通过各种运输工具或管道从外部涌入城市，在城市系统内经燃烧改变能源形态加以利用。也有象食品那样经过比较缓慢的反应发出能量的。还有如木材、纸制品等本来不是作为能源的物质，成为废弃物后当作垃圾燃烧而产生热能的。2.1.2电线输送2.1.3辐射传送2.1.4振动传播,124,2.2能量流动的性质遵循热力学第一、第二定律，在流动中不断有损耗，不能构成循环(单向性)；能流的特点体现在物质流中：除部分热损耗由辐射传输外，其余的能量均由物质携带。但是能量在流过每一个能级时，并不服从所谓的“百分之十律”(10%law)。,125,2.3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，但城市能源利用政策既不能走所谓“多多亦善”论的道路，也不必刻求“零增长”论的效果；“多多亦善”论发展城乡经济必须相应增加体外能量投入，愈多愈好，形成所谓规模效应；“零增长”论能量消耗的指数增长已造成严重生态破坏，决不能再持续下去，否则会导致人类的毁灭，故必须把能量消耗严格限制在现有水平。,126,3.信息流生态系统区别于一般物理系统的一个显著特征是其内部有连续的信息积累。城市不只是一个进行物质能量交换的物理实体，更是一个有着自我调节、自我学习、自我组织功能的信息集合体。城市从其诞生那天起，就靠城市中人的活动去获取、加工、储存和传递信息，去建立城市各个部之间以及城市和外部系统之间的联系，从而组织起城市复杂的生产和生活活动来。可以说，城市是人类社会中信息最密集的场所，城市中最本质的流是信息流，城市生态学研究的主要对象也就是城市信息。,127,城市信息流是通过文字、语言、音像、思维及感觉来传播的（自觉地或不自觉地，系统地或零星地），包括听（会议、谈话、广播、录音、电话等）、读（报刊、杂志、书籍、档案等）、看（电视、录像、参观等）等被动式的传播及想（思考、推理、假设、联想等）、问（问别人、问自己、问计算机等）、写（笔记、文章、文件、著作等）等主动式的传播途径。城市信息流包括经营信息（生产信息、流通信息）、生活信息（物质生活及精神生活信息）、科技信息（科技情报、期刊等）和社会信息（政治、军事信息）等有商品价值的功能性信息及城市各条条块块间的纵向控制信息（上下级关系、家庭关系等）、横向反馈信息（部门之间、同事之间、亲戚之间以及与城市外部环境之间关系等）等结构性信息。,128,人是城市信息流的载体，每个城市居民既是信息的源，也是信息的汇，还是信息的加工厂。而每一个家庭、社会团体、企事业单位和学校，则是按照一定信息规则组织起来的信息加工集团。各自通过汲取、加工和传播某些专门信息来维持自身的正常运转和为社会其他部门服务。几千年来，城市消耗了数不清的物质能量，留下的只有各行各业与环境斗争的丰富信息。人类社会的每一项重大变革，都是社会性技术或信息取得重大突破的结果。,129,4.货币流贷币流是一种特殊的信息流，其中凝聚着各生产部门之间，生产与消费部门之间物质、能量流动的大量信息，反映了产品的价值和需求程度。自有城市以来，贷币就一直是维持城市正常功能的一种最重要的信息流。货币资金的流通又称金融。,130,5人口流:城市人口在时间与空间上的变化常住人口流出生/死亡迁入/迁出规则或不规则的市内流动:合理的城市布局可以使居民的上下班时间缩短,也会使居民生活感到方便。,131,流动人口流:旅游、探亲、过境、出差、经商、做生意,和“打工族”8000万(1993年)流动人口同样参与城市的物流与能流，消耗的物质与能量常常超过常住人口的水平，从而大大加剧城市环境污染和交通拥挤。据桂林市调查，外国游客比本市居民排放的生活污水多6.8倍，生活垃圾多9.8倍，废气多8倍。国内游客比本市居民排放的生活污水多2倍，生活垃圾多2.5倍，废气多2倍,132,城市人口空间流动的主要表现形式是交通流。其人口流的结构和动态随城市性质、城市吸引力和时间而变化。政治中心城市以行政、外交、公务人员的出差、开会等流动为主；经济中心城市以经营管理人员的业务往来为主；旅游文化城市以游客的观光游览为主；而交通中心城市则以过往旅客的中转逗留为主。,133,以上简要阐述了城市生态系统中的五种能流。它们相辅相成、相生相克，是维持城市生态系统活力的基本流。其中任何一种流的阻塞或无序，都会导致城市功能紊乱。,第四节城市生态系统的特性,135,一、城市生态系统区别于自然生态系统的根本特征1.系统的组成成分自然生态系统是由中心事物（生物群体）与无机自然环境构成的，其中生产者是绿色植物，消费者是动物，分解者是微生物，流经它的能量呈金字塔。城市生态系统则是由中心事物人类与城市环境（自然环境和人工环境）构成的，其中生产者是从事生产的人类，消费者是以人类为主体进行的消费活动。城市生态系统的还原功能则是主要由城市所依靠的区域自然生态系统中的还原者以及人工造就的各类设施来完成的。此时，城市生态系统中流经的能量呈倒金字塔形。,136,2.系统的生态关系网络自然生态系统的生态关系网络包括生物种群内外各种竞争、捕食、共生关系网，群落与自然环境之间的关系网等。这些网络都是自然产生的，也是自然生态系统长期进化的必然结果。城市生态系统中的网络则大多是具有社会属性的网络，它们是人类社会发展过程中逐渐建立起来的。包