生態(tài)學有關概念與原理

城市生態(tài)學康慕誼北京2002.02~06北京師范大學資源與環(huán)境科學學院課程本課程的著重點城市氣候學與城市自然環(huán)境城市生態(tài)系統(tǒng)的特點城市中的環(huán)境問題城市園林綠地與綠化城市生態(tài)環(huán)境管理與規(guī)劃城市生態(tài)系統(tǒng)研究方法舉例1城市與城市生態(tài)學1.1

城市的發(fā)展與城市化1.1.1城市的概念和城市的形成與發(fā)展城市(city)—是非農業(yè)人口為居民主體,以空間與環(huán)境利用為基礎,以聚集經(jīng)濟效益為特點,以人類社會進步為目的的一個集約人口、經(jīng)濟、科學技術和文化的空間地域綜合體

—人類社會與地域空間的高度結合城市與其周圍環(huán)境的聯(lián)系1城市與城市生態(tài)學城市的形成(三次社會分工與私有制)1第一次:畜牧業(yè)與農業(yè)分離—聚落(城市胚胎) 第二次:農業(yè)與手工業(yè)分離—產(chǎn)生聚落中心

第三次:手工業(yè)與商業(yè)分離—“市”(集)形成2私有制產(chǎn)生—聚落爭斗防衛(wèi)—“城”(鎮(zhèn))形成城市的發(fā)展

自然條件：大河沖積平原區(qū)；經(jīng)濟技術發(fā)展水平：沖破自然束縛向外擴張拓展城市化景觀現(xiàn)代農業(yè)景觀-1950~傳統(tǒng)農業(yè)景觀-1800~1950歷史鄉(xiāng)村景觀-1100~1800鐵器時代末期景觀-約公元前1000新石器及青銅時代景觀-原始自然景觀-城市景觀發(fā)展變遷過程自然→人工

海岸地面抬升(1cm/a)促使港口向河流下游深水處遷移,船只噸位(吃水深度)的增加亦加速了該過程—港口城市形成1城市與城市生態(tài)學1.1.2城市化與城市問題城市化(urbanization)—通常是指農業(yè)人口轉化為城市人口的過程。其表現(xiàn)為：空間上城市規(guī)模的擴大數(shù)量上農業(yè)人口轉變?yōu)槌擎?zhèn)非農業(yè)人口質量上城市居民生活方式的現(xiàn)代化城市人口增長:(以前)自然(目前)機械城市化發(fā)展過程孤立農家市井集鎮(zhèn)老工業(yè)區(qū)新工業(yè)區(qū)交通線形式對不同城市景觀類型形成的影響深圳市的的土地利利用變化化歐洲的城城市化發(fā)發(fā)展1城市市與城市市生態(tài)學學城市問題題：由于城城市化的的發(fā)展和和城市人人口、工工業(yè)、建建筑的高高度集中中,帶來了一一系列的的~~。。當城市市人口膨膨脹到一一定程度度，城市市擴大到到一定規(guī)規(guī)模時，，勢必造造成城市市用地緊緊張、交交通擁擠擠、住房房短缺、、基礎設設施滯后后、環(huán)境境污染、、生態(tài)條條件惡化化，并導導致失業(yè)業(yè)率增加加和犯罪罪率上升升等一系系列現(xiàn)代代城市社會會弊病。1城市市與城市市生態(tài)學學1.2城市生態(tài)態(tài)學的研研究對象象、目的的、任務務1.2.1城城市生態(tài)態(tài)學經(jīng)典的生態(tài)學研究生物物與其生活環(huán)境境之間的的相互關關系。其研究對象象主要是是：1城市市與城市市生態(tài)學學生物個體體(個體生生態(tài)學autecology)生物種群群(種群生生態(tài)學populationecology）生物群體體(群落生生態(tài)學synecology)生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)(生態(tài)系統(tǒng)學ecosystemecology)—將某一環(huán)環(huán)境及其其中的生生物群體體結合起起來加以以研究,目的是是闡明生生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)的機制制?，F(xiàn)代代生態(tài)學學強調的的這種機機制,主主要指指生態(tài)系系統(tǒng)中物物質和能能量的流流動。1城市市與城市市生態(tài)學學城市生態(tài)態(tài)學(urbanecology)—生態(tài)學的的一個分分支,是是以城城市空間間范圍內內生命系系統(tǒng)和環(huán)環(huán)境系統(tǒng)統(tǒng)之間聯(lián)聯(lián)系為研研究對象象的學科科。由于于人是城城市中生生命成分分的主體體,因因此也可可以說,城市生態(tài)態(tài)學是研究城市市居民與與城市環(huán)環(huán)境之間間相互關關系的科科學。其研究究內容主主要包括括：1城市市與城市市生態(tài)學學城市居民民變動及及其空間間分布特特征(城城市人口口的生物物特征、、行為特特征、社社會特征征研究)城市物質質代謝功功能及其其與城市市環(huán)境質質量之間間關系(城市物物流、能能流及經(jīng)經(jīng)濟特征征研究)城市自然然生態(tài)變變化與城市環(huán)境境的互動影響(城市生生物及非非生物環(huán)環(huán)境的演演變過程程研究)城市生態(tài)態(tài)管理與調控(城市交通、供供水、生活廢物處理理及其中的的物質、、能量利利用,社社會、、自然和和諧,系系統(tǒng)動動態(tài)調控控方法研究)城市自然然生態(tài)特征的指標標體系及城市合理容量量1城市市與城市市生態(tài)學學對城市進進行生態(tài)態(tài)學研究究,僅僅僅運用用自然科科學的原原理是不不夠的。。這首先先因為城城市是人人類社會會的產(chǎn)物物,所所以有關關生態(tài)學學的研究究也必然然涉及社社會科學學的不同同領域。。人類往往往不能能適應城城市生活活的自然然環(huán)境,要按按照自己己的意愿愿,如如按照傳傳統(tǒng)、政政治、經(jīng)經(jīng)濟狀況況等改造造城市。。這種改改變常常常不可能能不使城城市生態(tài)態(tài)系統(tǒng)受受到影響響,而且是影響到城城市的自然和社社會各個個方面,因此此城市生生態(tài)學必必然要運運用到自自然科學學和社會會科學兩兩方面研研究領域域的成果果與方法法。1城市市與城市市生態(tài)學學1.2.2城市生態(tài)學研究的的流派城市生態(tài)學的研究究起源于歐美,然然而北美的城市市生態(tài)學概念和西西歐的城市生態(tài)學學概念并不完全相相同。西歐的城市生態(tài)學學是由自然科學家家,特別是植物物學家所首先創(chuàng)立立,在以后的研研究中,也一直直基本保持著自然然科學的性質。把把非自然科學亦納納入城市生態(tài)學研研究范疇的觀點,僅僅是在近期期才開始被德國和和其他一些歐洲國國家所接受。1城市與城市生生態(tài)學在北美洲，城市生生態(tài)學植根于社會會科學。RobertE.Park—芝加哥學派著名的代表人物之一,在在1926年就已開始講授““城市生態(tài)學”課課程,其內容是是“城市和社會之之間關系的多樣性性”。北美的城市市生態(tài)學概念,從從一開初到現(xiàn)在在,始終比西歐歐的城市生態(tài)學概概念具有更濃烈的的社會科學色彩。。特別是在其發(fā)展展初期,純粹屬屬于社會科學。1城市與城市生生態(tài)學隨著時間的推移，，城市生態(tài)學概念念在西歐和北美間間開始相互協(xié)調，，逐漸趨于統(tǒng)一。。在歐洲，城市生生態(tài)學的概念正在在逐漸擴展自己的的含義；在北美,自然科學方面面的研究(如氣候學、綠地建建設和城市園林樹樹木的意義等),已在有關的城城市環(huán)境規(guī)劃中獲獲得了廣泛的應用用。1城市與城市生生態(tài)學1.2.3我國的城市生態(tài)學學研究我國城市生態(tài)學的的研究起步較晚,但發(fā)展很快。1984年12月月在上海舉行了““首屆全國城市生生態(tài)科學研討會””,會議探討了城市生生態(tài)學的目的、任任務、研究對象和和方法，以及在實實際工作中的作用用。這次會議標志志著中國城市生態(tài)態(tài)研究工作的開始始。以后的研究首首先將注意力集中中在把城市生態(tài)理理論研究應用到城城市規(guī)劃、建設和和管理實踐中去,主要是對一些大城城市進行生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)工程方面的研究究。1城市與城市生生態(tài)學1983~1985年間組織的““天津市城市生態(tài)系統(tǒng)與與污染防治綜合研研究”；“北京市城市生態(tài)系統(tǒng)特特征及其環(huán)境規(guī)劃劃的研究”等。這這些研究為制定城城市總體規(guī)劃、城城市經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃劃、城市環(huán)境保護護規(guī)劃和城市管理理措施等提供了決決策依據(jù)。在城市生態(tài)系統(tǒng)個個別組分的研究方方面，有江蘇植物物研究所等開展的的南京市“城市空氣污染與與某些植物種的關關系”的個體生態(tài)態(tài)研究。此外在北京以及其其它城市還有一些些有關城市生態(tài)調控決策策支持系統(tǒng)方面的研究，目的的是為城市規(guī)劃、、環(huán)境管理與決策策者提供信息支持持、方法支持和知知識支持。1城市與城市生生態(tài)學城市生態(tài)學研究現(xiàn)階段研究方向:為使城市發(fā)展步入正常良性性循環(huán)軌道,為為使日益嚴重的城市問問題得到妥善解決決,應該分城市職能類別開展城市生態(tài)的深入研究(以政治文化、工工業(yè)企業(yè)、風景旅旅游、交通樞紐、、商貿金融、港口口運輸?shù)雀黝惓鞘惺羞M行研究);城市生態(tài)的單項基礎性研究(要構建城市市總體模型,首首先應有單項基礎礎研究,如有關關城市植被、植物物區(qū)系、動物區(qū)系系、水文、氣候、、土壤等以及有關關城市交通、人口口居住、環(huán)境美化化方面的研究);城市生態(tài)環(huán)境管理及規(guī)劃研究2生態(tài)學有關概念與原理2.1生態(tài)平衡及其反饋饋調節(jié)機制生態(tài)平衡(ecologicalequilibrium)—指生態(tài)系統(tǒng)的一種種相對穩(wěn)定狀態(tài)。。當處于這一狀態(tài)態(tài)時,生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)內生物之間和生生物與環(huán)境之間相相互高度適應,種種群結構和數(shù)量量比例長久保持相相對穩(wěn)定,生產(chǎn)產(chǎn)與消費和分解之之間相互協(xié)調,系系統(tǒng)能量和物質質的輸入與輸出之之間接近平衡。生生態(tài)系統(tǒng)平衡是一一種動態(tài)平衡,因因為能量流動和和物質循環(huán)仍在不不間斷地進行,生生物個體也在不不斷地進行更新。。2生態(tài)學有關概念與原理負反饋機制(negativefeedbackmechanism)生態(tài)系統(tǒng)的平衡靠靠負反饋機制維持持。生態(tài)系統(tǒng)中的的反饋現(xiàn)象十分復復雜,既表現(xiàn)在在生物組分與環(huán)境境之間,也表現(xiàn)現(xiàn)于生物各組分之之間及結構與功能能之間,其中起起主要作用的是能能夠使系統(tǒng)達到和和保持平衡或穩(wěn)態(tài)態(tài)的負反饋機制。。負反饋是指系統(tǒng)統(tǒng)或其中某成分因因一系統(tǒng)輸入而在在輸出上產(chǎn)生一響響應變化趨勢,該該響應變化又反反過來作用于導致致產(chǎn)生該響應變化化的系統(tǒng)輸入,使使該輸入受到抑抑制從而衰減之(見下頁圖示)。。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生態(tài)系統(tǒng)負反饋環(huán)環(huán)作用示意圖輸入向偏離向偏離向調整向調整輸出兔的食物增加兔數(shù)量減少兔因饑餓死亡兔吃少量植物植物增加兔數(shù)量增加兔吃大量植物植物減少兔與植物種群之間間的負反饋環(huán)兔數(shù)量減少兔吃少量植物兔因饑餓死亡兔的食物增加植物減少植物增加兔數(shù)量增加兔吃大量植物狼數(shù)量下降狼數(shù)量增加狼因饑餓死亡狼的食物增多狼吃少量的兔狼吃較多的兔狼、兔、植物種群群之間的雙重負反反饋環(huán)2生態(tài)學有關概念與原理當自然生態(tài)系統(tǒng)處處于平衡狀態(tài)時,生物種類通常常較多,結構復復雜,食物鏈網(wǎng)網(wǎng)錯綜,對外界界的干擾有較強的的抵御能力,功功能發(fā)揮亦較穩(wěn)定定。有人稱此為多樣性—穩(wěn)定性學說。此時系統(tǒng)內內各物種通過競爭爭和生態(tài)適應,占占據(jù)各自獨特的的生態(tài)位,彼此此協(xié)調相處,對對環(huán)境資源的利用用較為充分;同同時復雜的食物網(wǎng)網(wǎng)結構使能量和物物質可通過多種途途徑流動,一個個環(huán)節(jié)或途徑發(fā)生生了損傷或中斷,可以由其他方方面的調節(jié)所抵消消或得到緩沖,從從而使整個系統(tǒng)統(tǒng)不易受到致命傷傷害。2生態(tài)學有關概念與原理然而生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)至少包含兩方面的的涵義(其他有持久性persistence等):抵抗力(resistance)—系統(tǒng)抵御外界干擾擾使自身不致受到到傷害的緩沖能力力,抵抗力越強強則系統(tǒng)越不容易易出現(xiàn)傷害或崩潰潰現(xiàn)象?；謴土?resilience)—當系統(tǒng)遭到外界干干擾致使系統(tǒng)受損損后迅速修復還原原自己的能力,恢恢復力越強則系系統(tǒng)恢復(restoration)到正常的時間越短短。兩者難以兼得,恢恢復力強則抵抗抗力弱,反之亦亦然(見下二頁圖圖)。生態(tài)系統(tǒng)總穩(wěn)定性性(抵抗力與恢復復力)關系示意圖圖生態(tài)系統(tǒng)功能時間干擾抵抗力的量度：當當一次干擾的強度度和作用時間一定定時，此區(qū)域的面面積越大(軌跡偏偏離正常范圍越晚晚和幅度越小)，，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗抗力越強功能軌跡曲線正常作用范圍生態(tài)系統(tǒng)總穩(wěn)定性性(抵抗力與恢復復力)關系示意圖圖生態(tài)系統(tǒng)功能時間干擾恢復力的量度：當當一次干擾的強度度和作用時間一定定時，此區(qū)域的面面積越大(軌跡回回復到正常范圍越越早)，生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)的恢復力越強功能軌跡曲線正常作用范圍2生態(tài)學有關概念與原理生態(tài)平衡失調與生生態(tài)危機現(xiàn)實中生態(tài)系統(tǒng)常常受到外界的干擾擾,但干擾造成成的損壞一般都可可通過負反饋機制制的自我調節(jié)作用用使系統(tǒng)得到修復復,維持其穩(wěn)定定與平衡。不過生生態(tài)系統(tǒng)的調節(jié)能能力是有一定限度度的。當外界干擾擾壓力很大,使使系統(tǒng)的變化超出出其自我調節(jié)能力力限度即生態(tài)閾限(ecologicalthreshold)時,系統(tǒng)的自我我調節(jié)能力隨之喪喪失。此時,系系統(tǒng)結構遭到破壞壞,功能受阻,整個系統(tǒng)受到到嚴重傷害乃至崩崩潰,此即生態(tài)態(tài)平衡失調。2生態(tài)學有關概念與原理嚴重的生態(tài)平衡失失調,從而威脅脅到人類的生存時時,稱為生態(tài)危機(ecologicalcrisis)—由于人類盲目的生生產(chǎn)和生活活動而而導致的局部甚至至整個生物圈結構構和功能的失調。。生態(tài)平衡失調起初初往往不易被人們們覺察,如果一一旦出現(xiàn)生態(tài)危機機就很難在短期內內恢復平衡。因此此,人類應該正正確處理人與自然然的關系,在發(fā)發(fā)展生產(chǎn),提高高生活水平的同時時,注意保持生生態(tài)系統(tǒng)結構和功功能的穩(wěn)定與平衡衡,實現(xiàn)人類社社會的可持續(xù)發(fā)展展(sustainabledevelopment)。2生態(tài)學有關概念與原理2.2生態(tài)學的一般規(guī)律律這里僅著重對生態(tài)態(tài)學的一般規(guī)律進進行簡要概括。生生態(tài)學所提示或遵遵循的下述一般規(guī)規(guī)律,對搞好城城市生態(tài)環(huán)境保護護,發(fā)展工業(yè)生生產(chǎn),保障居民民生活等均有指導導意義。相互依存與相互制制約規(guī)律反映生物間及生物物與環(huán)境間的協(xié)調調關系,主要是是普遍的依存與制約約關系,亦稱“物物相關”和“相生相克”規(guī)律律2生態(tài)學有關概念與原理生態(tài)系統(tǒng)中的(同同種或異種)生物物間,不同生態(tài)態(tài)系統(tǒng)間,甚至至生態(tài)系統(tǒng)中的生生物與環(huán)境之間,均存在相互依依存和相互制約的的關系,亦可以以說彼此影響。這這種影響有些是直直接的,有些是是間接的,有些些是立即表現(xiàn)出來來的,有些需滯滯后一段時間才顯顯現(xiàn)出來。一言以以蔽之,生物之之間和生態(tài)系統(tǒng)間間的相互依存與制制約關系,是普普遍存在的。2生態(tài)學有關概念與原理因此,在城市建建設和城市居民生生活中,特別是是在需要排放污染染、傾倒廢物、噴噴灑藥品、采伐、、開山、筑路、修修建大型給水工程程及其它建設項目目時,務必注意意調查研究,摸摸清自然界諸事物物之間的相互關系系,對與某生產(chǎn)產(chǎn)活動有關的其它它事物也加以通盤盤的考慮,包括括考慮此種活動可可能會產(chǎn)生的影響響(短期的和長期期的、明顯的和潛潛在的),從而而做到統(tǒng)籌兼顧,全面安排。2生態(tài)學有關概念與原理物質循環(huán)與再生規(guī)規(guī)律生態(tài)系統(tǒng)中,生生物借助能量的不不停流動,一方方面不斷地從自然然界攝取物質并合合成新的物質,另另一方面又隨時時分解為原來的簡簡單物質,即所所謂“再生”,重重新被系統(tǒng)中的的生產(chǎn)者植物所吸吸收利用,進行行著不停頓的物質質循環(huán)。因此要嚴嚴格防止有毒物質質進入生態(tài)系統(tǒng),以免有毒物質質經(jīng)過生物放大作作用和多次循環(huán)后后富集到危及人類類的程度。2生態(tài)學有關概念與原理至于流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)中的能量,通通常只能通過系統(tǒng)統(tǒng)一次,當能量量經(jīng)食物鏈轉移時時,每經(jīng)過一個個營養(yǎng)級,就有有大部分能量轉化化為熱散失掉,無無法加以回收利利用。因此,為為了充分利用能量量,必須設計出出能量利用率高的的系統(tǒng)。如城市垃垃圾的處理,從從最初的填埋法到到后來的焚化法再再進一步到堆肥制制取沼氣法,便便體現(xiàn)了人類逐步步掌握生態(tài)學的循循環(huán)與再生規(guī)律,并應用于實踐踐的過程。特別是是后者,既能較較徹底地消除污染染,又能充分回回收垃圾中含有的的物質養(yǎng)分(有機機肥料)和有用能能量(沼氣),是是較有前途的城城市垃圾處理方法法。2生態(tài)學有關概念與原理物質輸入輸出的動動態(tài)平衡規(guī)律物質輸入輸出的平平衡規(guī)律,又稱稱協(xié)調穩(wěn)定規(guī)律,涉及到生生態(tài)系統(tǒng)中生物與與環(huán)境兩個方面。。生態(tài)系統(tǒng)中生物物與環(huán)境之間的輸輸入與輸出,是是相互