《实用生态工程学》第十章 城市生态工程

第十章城市生态工程

10.1城市生态系统

10.1.1城市生态系统的结构与功能

1.城市生态系统的结构城市生态系统的结构是城市生态系统的各组成部分的分布格局及城市生态系统不同单元之间相互联系、相互作用的方式。城市生态系统由于尺度大小不同而形成等级结构。

城市生态系统的等级结构从小到大，可分为4级。（1）城市生态元（2）城市生态段（3）城市生态链（4）城市生态区

2.城市生态系统的功能城市生态系统的功能是城市生态系统通过生态流在城市生态结构中的流动表现出来的作用。城市生态系统的主要功能如下：（1）生产功能（2）生活功能（3）人工反馈调节功能

10.1.2城市生态系统的流

1．能量流

2．物质流（1）人口流（2）资源流和货物流

3．信息流（1）传递知识（2）传递情报（3）节省时间提高效率

10.1.3城市生态系统的子系统

1.城市的自然生态子系统城市自然生态子系统是在自然生态系统的基础上，经过人为改变后形成的。影响城市自然生态系统的有城市地貌、城市气候、城市水文及城市的植物群落与动物区系。（1）城市地貌（2）城市气候（3）城市水文（4）城市植物群落

2.城市的社会生态子系统城市的社会生态子系统是在自然生态系统的基础上以人为主体的人与自然环境相互作用形成的复杂整体。在社会生态子系统中起主导作用的是人群。组成了家庭、居民组、居民委员会、社区、区、市；若按工作的行业系统来分，当然又可分属于测绘、勘探、采矿、冶金、机械制造、电子、建材、建筑、石油化工、纺织、制衣、金融、保险、交通、通讯、餐饮、旅游、商业、服务业、文教、卫生、机关、军事等部门。

3.城市的经济生态子系统城市的经济生态子系统是城市自然~社会~经济复合生态系统中经济活动与自然环境相互作用组成的复杂整体。城市的经济生态子系统的重要特点是城市的经济活动和生产类型。城市社会生态子系统的人群将城市的经济生态子系统的经济活动与城市的自然生态子系统连接起来，使它们彼此之间相互制约、互相影响。

10.1.4城市生态危机

1．城市生态危机(UrbanEcologicalCrisis)

城市生态环境问题与城市发展几乎是同时产生的，但随着城市数量和城市人口的快速发展，城市各要素之间的矛盾日益激化，城市生物资源、水资源、土地资源都极为有限。城市化导致人口流、物质流、能量流、信息流在狭窄的时间和空间范围内迅速集聚。人类为了求生存、求发展、求舒适，盲目开发、利用自然资源，给城市生态环境造成沉重压力，使人与其周围环境之间的生态平衡失调，出现了城市膨胀、交通拥挤、资源短缺、住房紧张、就业困难、环境污染等“城市生态危机”。

2．城市生态危机的生态学实质（1）城市物质能量流动恪守资源取之不尽，废物可以任意排放的原则，其结果使物质循环系统呈线状而不是环状，分解功能不全，大量物质、能量以废物形式输出。（2）城市生态系统中各组成要素间缺乏必要的物质、能量多层分级利用的功能。行业间、部门间甚至学科间缺乏整体规划和横向联系，整体行为失调。（3）人类社会经济活动与自然环境之间缺乏反馈调节机制，人类强加于自然环境的不合理的行为，一直到自然环境进行报复的时候，人类才感到追悔莫及，但为时已晚。（4）人类社会与自然环境的对立矛盾过多，而互利共生的行为过少。10.2城市生态工程设计

10.2.1城市绿化工程要根据城市的环境特点、发展定位及规划设计原则，提出具体的城市绿化目标和设计方案。城市绿化内容一般包括道路绿化、居民区及单位绿化及建立防护绿地、生产绿地等。

1．城市街道绿化2．工厂企业区的绿化

3.机关、学校园林绿化4.社区绿化

5.防护绿地建设6.小环境绿化

7.大环境绿化

10.2.2城市园林城市园林是城市建设的重要组成部分，是衡量城市整体发展水平、生存质量的重要标准。城市园林包括市区公共绿地和城郊森林公园，市区公共绿地又包括市区公园、游园、主题公园和特色公园等

1.城市园林设计原则（1）融入自然的原则（2）整体化原则（3）绿与美协调发展的原则

2.园林的植物选择（1）以乡土树种为主。（2）选择抗性强的植物。（3）速生与慢生树种组合。（4）针叶树和阔叶树结合。（5）要合理搭配乔、灌、草、花，要注意不同植物花、果的色泽与味道搭配，还要注意到动物与植物的食物链及传粉、授粉的关系，充分考虑到这些植物的生物学特性与生态学规律。

10.2.3城市综合治理的生态工程除了城市各组成要素要解决的问题外，更为重要的是将本来具有共生关系但未被利用而产生的生态问题予以解决，既兴利又除害，使城市生态系统成为自我维持、自我恢复的系统。

1．城市综合治理的目标建成自然环境、生产环境、生活环境相互协调、有机融合的统一体。建成环境优美、经济高效、生活舒适的自然、社会、经济复合系统。完善信息社会的网络结构，克服农业、工业社会的弊端。

2．城市综合治理的生态工程（1）城市大气降水、地表水与地下水综合利用的生态工程（2）城市给排水系统的生态工程城市排水管网监控系统

（3）城市水体富营养化控制工程（4）城市生活垃圾的生物处理工程

10.2.4城市自然保护工程

1．城市自然保护的内涵及特点

2．城市自然保护的目的

3．案例广州市国土规划中，到2010年拟建立16个自然保护区，这是广州城市生态环境建设的重大步骤。这些拟建中的自然保护区，除一部分分布在城郊县之外，相当一部分分布于市区，如白云山风景林保护区、海珠区新果树林保护区、罗岗果树林与文物古迹保护区、金鸡窿人工林生态保护区、芳村葵蓬洲人工生态花果林保护区等。这些自然保护区的建成将大大改善广州市的生态环境。尤其是城内的小型自然保护区，如华南植物园的蒲岗保护区，华南农业大学的长岗山保护区。这些保护区既可保护生物种群，改善生态环境，又可以发展生产和旅游，为城市居民就近提供休息娱乐场所，达到经济效益、社会效益、生态效益相统一的目的，因此应大力提倡。

10.2.5生态城王如松在1988年出版的《高效、和谐~城市生态调控原则与方法》一书中，给生态城下了一个完整的定义：“我们这里所谓的生态城，就是社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用、生态良性循环的人类聚居地，换句话说，就是高效和谐的人类环境。生态城的生态，包括人与自然环境的协调发展以及人与社会环境的协调发展两层含义；生态城的”城“指的是一个自组织、自调节的共生系统”。从目前人类生态意识的普及程度、生态工程设计、规划能力及各级政府部门的重视程度来看，生态城不是可望不可及的空想，它确实是可以实现的具体目标。10.3工业生态园设计

10.3.1工业生态园的理论基础

1.循环经济理论循环经济的思想起源于20世纪60年代，90年代得到广泛的关注和研究。尚未有比较严谨且获得广泛认同的概念，基本涵义包括：通过废弃物或废旧物质的循环再生利用来发展经济，同时包含生产和消费过程减少投入，实施清洁生产等内容。其目标是资源投入最少，排放废弃物最少，对环境的危害或破坏最少，产品功能具有延续性；其本质是物质功能的循环使用，包括在一种与环境和谐的经济发展模式中，物质功能的替代或者循环永续利用。循环经济的研究内容包括物质流、能量流、信息流等。其中，物质流是载体，信息流是媒体，能量流是核心，共同构成了循环经济的三大要素流。它要求以“减量化、再利用、再循环”（3R）为社会经济活动行为准则，运用生态学规律把经济活动组织成一个“资源→产品→再生资源”的反馈式流程，实现“低开采、高利用、低排放”，最大限度利用进入系统的物质和能量，提高资源利用率，最大限度地减少污染物排放，提升经济运行质量和效益。

2.系统工程理论系统工程是一门新兴的综合性工程技术学科，它是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术。由此，系统工程的研究对象是大型复杂的系统；内容是组织协调系统内部各要素的活动，使各要素为实现整体目标发挥适当作用；目的是实现系统整体目标的最优化。因此，系统工程是一门现代化的组织管理技术，它既是一个技术过程，又是一个管理过程。

3.生态学理论（1）关键种理论关键种理论是生态学的基本理论，它们对其他物种的分布和多度起着直接或间接的调控作用，决定着生物群落稳定性、物种多样性和许多生态过程的持续或改变，是生态系统的物质循环、能量流和生物量的调控者。一个关键种的丧失，将会对生态系统产生显著破坏效果，影响整个生态系统服务的供应，并且引起连锁反应，并导致生物多样性减少和某一生态系统功能的紊乱。关键种应具备两个明显标志：第一，它们的存在对保持其所在生物群落的组成、结构及多样性至关重要；第二，这些种与群落的其他成员紧密相关。关键种理论用于工业生态园，就是指导设计人员选定“关键种企业”作为工业生态园的主要种群、核心企业，构筑企业共生体。“关键种企业”就是这样一些企业，在企业群落中，它们使用和传输的物质最多、能量流动的规模最为庞大，带动和牵制着其他企业、行业的发展，居于中心地位，对构筑企业共生体，对工业生态园的稳定起着关键的重要作用。这些“关键种企业”，废物多，能量多，横向链长，纵向联结着第二、第二产业，带动和牵制着其他企业、行业的发展，是园区内的链核，具有不可替代的作用，也可反映所在工业生态园的特征。

（2）生态位理论生态位是指群落中某种生物所占的物理空间、发挥的功能作用及其在各种环境梯度上的出现范围。它包括两方面含义：一是生物和所处生境之间的关系；二是生物群落中的种间关系。有两个指标，一是生态位宽度，二是生态重叠。生态位的宽度是指一个种群（或其他生物单位）所利用的各种不同资源的总和。生态位理论对提高工业生态园及园区内企业竞争能力起到指导作用，可确定工业生态园的生态位，建立特色工业生态园。工业生态园的生态位是指其可被利用的自然因素（气候、资源、能源、地形等）和社会因素（劳动条件、生活条件、技术条件、社会关系等）的总和。工业生态园的生态位确定后就意味着建立了园区与园区、园区与区域、园区与自然界相互之间的地域生态位势、空间生态位势、功能生态位势，形成了工业生态园的比较优势。这样的工业生态园有利于构筑工业生态链网，有利于系统的稳定，有利于吸纳并留驻可赢利的企业，并使这些企业在全球、国家或地区等不同层面扩大潜在的或已有的市场份额，避免由于园区定位雷同而造成的恶性竞争。

（3）生态系统多样性理论生态系统多样性包括生境的多样性、生物群落多样性和生态过程多样性。工业生态园的多样性就是指工业生态园类型的多样性；园区内组成成员的多样性；产品类型、产品结构的多样性；园区企业多渠道的输入输出；园区内管理政策的多样性；园区景观的多样性等。

（4）生态系统耐受性理论生态系统如同生命体一样，有自我维持和自我调节能力。如果某生态因子或经济因子的变化（特别是经济因子）或经济系统作用于生态系统时，都没有超过生态系统的耐受限度（生态阈限），便会在各因子的相互反馈调节下得到补偿，保证其能量、物质（产品）转化率得到提高；相反，如果人类的经济活动超过了其生态阈限，由于生态系统的承受能力有限，系统将会失控、生态失衡。工业生态园作为经济，生态和社会协调发展的实践形式，可达到环境的影响最小，保证园区的活动不超过环境容量范围。但工业生态园是通过不断获取资源生产产品实现发展，因此在规划工业生态园时，产业结构要合理，产品结构要合理，园区内企业的数量、规模要合理，充分考虑物质、能量流动的数量、质量和方向。在保证每个企业有足够的资源下，不超过资源可利用阈值；同时通过对开采区的生态恢复，保持生态系统的动态平衡。

10.3.2工业生态园的设计、建设、评价

1.工业生态园的设计原则在对工业生态园的设计中，首先要对工业生态园的产业定位和现有企业进行详细了解，在做总体规划时要强调内部循环，争取形成“闭环”，方法是合理引入与原有企业存在潜在协同和共生关系的工业和企业。规划设计原则如下。（1）生态链原则（2）工业生态系统