城市生态完整性和生态系统功能的保持

城市生态完整性和生态系统功能的保持作者：MarinaAlberti引言：城市化区域的增加与扩大对生态系统为人类提供重要生态服务和供养人类提出了挑战。城市化生态领域的学者提出假说称城市化控制生态系统原动力的模式通过复杂的相互作用和反馈机制链接城市的活动和他们的土地覆盖和环境变化的空间组织。然而，经验主义关于城市化模式和生态系统原动力的潜在过程和机制仍然存在极端限制。在这篇论文中，我将提出城市化模式和生态系统功能的体系并且讨论一种基于经验主义的假说。地址：美国华盛顿大学相关作者：Alberti,Marina城市化区域对生态系统的健康和运转提出了越来越多的挑战。城市化通过自然景观的转化，生物过程和栖息地的改变和主要地理循环和转变影响地球生态系统的结构和功能。这些改变反过来也影响着生态系统向人口传递重要服务和支持人类的能力。在过去的三十年当中，我们认识到许多关于城市化区域内人类活动和生态系统功能是相互作用的。然而，经验主义关于城市化模式和生态系统原动力的潜在过程和机制仍然存在极端限制。虽然生态保护传统地将目标指向大数量的自然区域，对城市化增长的期望和扩大其范围包括城市化区域影响需求。城市面积及区域在保持生态系统功能方面将变得越来越重要从而保护当地及全球生态系统。城市面积仅占全球土地面积的1/6，但是集中在大量人口和人类活动的地方，而它们的物理结构也将是城市居民消耗大量资源和排放气体的一个决定性因素。城市生态领域的学者提出家说称城市化控制生态系统原动力的模式通过复杂的相互作用和反馈机制连接城市的活动和他们的土地覆盖和环境变化的空间组织。在这篇论文中，我将提出城市化模式和生态系统功能的体系并且讨论一种基于经验主义的假说。功能的机制连接模式地球生态系统越来越受城市增长的速度和模式影响，而在很大程度上生态系统也将依赖于我们怎样使城市区域可持续性。我们预想未来20年的所有人口增长（大约二十亿人口）将集中在城市。而在2030年世界城市人口将达到超过60%（四十九亿）。这是100年前（十七亿人口）全球人口的3倍。城市人口的地理分布并不均匀。发展中国家城市人口将计划成倍增长，从2000年的仅二十亿到2030年的将近40亿。城市人口的很大一部分居住条件十分贫困。根据联合国所记载，2005年超过十亿的人口居住在像贫民窟那样的地区。（联合国2007年）在城市化区域，人为因素（例如人口，经济，社会和政治和自然因素（例如地形和气候）支配着人类的生物模式和过程，这些反过来也影响着生态系统功能而且能产生系统依据发展路径的转移。生态系统功能支持城市重要的服务，它们提供纯净的水，隐性碳和过滤污染物质，温和的气候条件，控制洪灾，保护土地防止腐蚀和保持生物多样性。变化背景下的生态系统功能反馈到对变化的控制中。城市化区域有非常巨大的生态足迹和最大比例的资源利用（例如居民用水和能量使用）和碳排放。城市化影响最初的生产力，营养循环，水文功能和生态系统原动力通过在气候，水文，地貌，生物地球化学的过程和生物的相互作用方面发生直接或者微妙的变化。通过直接地连接生态系统功能的城市模式和过程，这是可能的清晰表达城市化是怎样影响生态系统功能和综合现有研究发现的可检验的假说。一些学者证明了我们知道的城市生态的各种最初的综述和城市生态的论文也正在迅速扩展。这些综述揭露了城市化模式和联系特定机制和相互影响的不确定性研究的不足。城市化市土地转变的主要控制者，城市化区域的土地发展和人类活动改变土地覆盖和水的营养物质的可利用性，影响人口，社会和生态系统的原动力。被城市化的区域暗示一种不受影响的土地区域的增长并且影响地貌和水文的进程，因此导致水的沉淀和迁移的变化，与绿化的区域的排水水池相比，城市盆地储层孔隙度的总防渗表面10—20%是地表径流和滞后时间的一倍而且缩短了降水之间的输入和输出。他们也将在暴雨中产生更高的洪水排放量。而且，由于溪流的切割模式，被城市化的地区的水床也将趋向越来越低。不透的表面和城市区域的不同燃烧过程热量的产生改变气候和空气质量。城市热岛效应，反过来也作为了大气污染物的困扰，这是一个显而易见的无意中气候变化的例子。但是所需土地流转由于城市化仅是其中的一部分而连接城市化对生态系统的功能。最重要的是，土地流转发生在最具生产力的土地或脆弱的土地。使用从数码地图DMSP/OLS卫星图片的夜光足迹或英霍夫等表明大部分城市化发生在最好的土地上——只有极少量的限制因素。根据英霍夫等，净初级生产力的改变由于在美国的城市化是0.04，或是每个城市净初级生产力值的1.6%.但是城市化对生物群和世界区域的影响各不相同。据英霍夫表明城市化可以通过将水带到贫瘠的区域和城市热岛增加资源限制区域的净初级生产力。但是好处是它不会抵消城市化对净初级生产力的全部负面影响。此外，世界区域内城市和乡村人口百分比的分析也发现城市人口集中在适合耕作的区域毫无根据。城市化同样也影响着生物物理化学过程通过增加营养物质和改变机制控制营养物质的来源和下沉的空间和暂时的可变性。在巴尔的摩新近的研究中，phoenix和seattie都表示复杂的关系产生独特的生物地理化学效果。无论当地生物物理装置和城市的社会经济活动的可变性怎样，举例说，在一些人类和自然进程中也会建立明显的生物地理化学。一些研究也为城市化对营养物质的输出和保留提供了证据。城市区域的营养物质来源（点源和非点源）为氮和磷达到城市河流倾倒。建筑的风景模式和城市基础设施也可改变营养物质向风景区输送的方式。在许多城市，建筑基础设施和人工排水系统也会影响养分循环在释放养分生产废水中的应用，从暴雨中结合地表水体溢出系统。停车场，水沟，

贫民区，降雨排水，排洪水库，草地都集中着大量的养分。当那些发生时他们将会达到热点而发生脱氮作用。CurrentOpinioninEnvironmentalSustainability植被的清理和矿物燃料的排放影响碳的储存和流失，城市的发展通过这些影响着碳循环。影响已发展的土地碳净化植被却能保持这样的城市功能仍然很不精确。估计美国矿物燃料排放占总的40%在交通和居民区。家庭的数量和尺寸影响房屋的拆迁，其金额为清除土地和能量的大小。但是城市的发展模式也许会成为城市碳影响大小的决定性因素。空间分布的家用和商用房屋拆迁既影响覆盖的程度又影响城市居民的集中模式。土地覆盖和利用的变化与城市化影响自然栖息地和生物多样性相关联，由于城市化导致的自然覆盖的损失对多样性的结构和植被的分配，迁移，物种的持久性都有直接或间接的影响。生物多样性在保护生态系统功能和城市化中起着关键的作用，与一些热带动力学生物的变化相互作用和影响生存能力和分布的物种相联系。这些改变同样也会对城市化产生的干扰机制所影响，并影响生物多样性和生态系统功能的关系。对人口和人类活动改变地震震级的频率，自然干扰的强度的高度重视也可引起不可预知的人类干扰生态系统。人类活动导致了自然的干扰，长期的压力，不自然的形状，或者一种新程度的并发症。土地利用除此之外，也可导致自然进程维持多样性压迫的模式。城市结构与消费不断增长的消费水平与乡村的经济发展相联系，这部分地解释了生态对城市化的影响。即使像乡村发展增加了它们的资源充足率和降低了它们对生产力的环境影响，发达国家比发展中国家的消费水平要高得多。举例说，发达国家的排放量是发展中国家的10倍，人均土地的拥有也可解释城市的收入差距，为估计城市土地用确切的不同定义进行了量值假定。城市的物理结构在影响城市居民的生态系统上起决定性的作用。在控制收入后，一些学者假想城市的形式，解释了因城市化而导致资源消费水平与排放量和稠密度。然而，对比城市稠密度是一个具有挑战性的任务。而且，城市形式和生态影响潜在的机制还没有完全和明确地被证实出来。生态学者最初提出假说称这种变化影响下的生态系统过程从城市到中心的距离可以预测。经验主义研究认为这些假想具有挑战性。McDonnell和Pickett关于纽约城市到乡村的倾斜提出了一种与预想相反的模式。城市森林调落物分解合农村森林的硝化作用展示了更快的比率。这些影响将会在城市环境中得到改善，热岛效应和蚯蚓的繁殖均会为城市绿地的假说指导结果。但是，如何选择沿着这梯度影响生态系统的城市发展模式，大部分关于城市化对生态系统的研究对生态系统的变化用简单的聚集措施来解决这些系统的城市化进程。我们不知道不同城市的形式，稠密度，土地利用和基础设施改变的影响，我们都不知道。例如，如何分散和集中相对于单中心多中心的城市结构与不同影响生态环境。我们也不明白生态权衡与不同的住房或其他基础设施。为了完全合并人类和生态系统原动力，城市生态学者应该合并超大平衡的研究及经验主义关于生态系统的反馈。我们也需要扩大我们的观察及实践范围来估计对城市化模式改变不同的影响。我们并不完全了解的空间效应异质性的机制，规范营养，出口和城市化的景观保留少得多。关键是我们考察了相互作用的多层次同时强调和干扰在一个城市到乡村的梯度，这样我们就可以发展未来城市至今的预测。一个悬而未决的问题涉及城市基础设施如何介导的生物地球化学一个城市化地区。问题是人类安置的模式怎样影响生态系统功能在生态中日益重要。生态和社会经济研究尝试建立城市景观模式和进程的关系，他们已经在各自的领域展开行动。各种方式结合复杂的人类行为和生态系统功能之间的关系并扩展生态系统功能包括人类和生态组件的概念。当研究城市生态系统人类和生态进程之间相互作用时，我们需要考虑许多社会经济和生物物理因素为各级各类同时运行提供重要的反馈机制。这些复杂的相互作用在封闭的社会经济，生态系统中引起紧急现象并通过研究的性质而引起这些现象。一个研究机构理解发展模式和生态系统功能之间的关系能够帮助产生一种关于人类决定和生态韧性反馈机制的相互影响的理论。在《城市生态的进步》一书中，我提出过连接城市模式是推进城市生态研究和发展策略至关重要的生态功能，并将影响降到最低的城市发展，策略等问题上的决定规划城市的成长和投资到公共基础设施需要特别的合成复杂和快速进化的知识及广泛的学科。很明显城市模式和生态系统功能之间的相互作用被代理和多层次的机制运行于各种各样的时间和空间尺度上。我们也调查了土地利用的密度和城市模式是怎样影响生态条件的。举例说，我们可以了解修改后的地表景观格局的相互作用在地下水规模土地利用的河岸带的局部作用，而且，我们也可确立城市基础设施的整个影响与角色。未来的情况是推进研究人——自然系统耦合城市化