第十講人工生態(tài)系統(tǒng)

1、第十章 人工生態(tài)系統(tǒng),人類出現(xiàn)在地球上后，為了自身的生存，就開始了對自然環(huán)境的改造。通過人類的創(chuàng)造性活動，現(xiàn)在的地球環(huán)境中，除了自然生態(tài)系統(tǒng)，還有人類創(chuàng)造的人工生態(tài)系統(tǒng)。這就是一萬年前左右開始的農(nóng)業(yè)革命，創(chuàng)造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；以及兩百年前開始的工業(yè)革命，創(chuàng)造的近代城市生態(tài)系統(tǒng)。,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),1.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的成分與結(jié)構(gòu),農(nóng)民在桑林茂密的園林內(nèi)建造兩層樓房，樓上住人，樓下是養(yǎng)蠶“工廠”，旁邊是池塘。池塘上有水上廁所，糞便以及養(yǎng)蠶工廠的廢料蠶沙和蠶渣，供作養(yǎng)魚的飼料，而塘泥則是植物的肥料，從而構(gòu)成一個(gè)完整的小型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。,2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其評價(jià),農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者農(nóng)作物，初級消費(fèi)者家

2、畜、家禽都是人工創(chuàng)造的。作為綠色植物的農(nóng)作物，其光能轉(zhuǎn)換率比野生植物光能轉(zhuǎn)移率要高，有的可達(dá)1.3。在現(xiàn)代的生態(tài)農(nóng)場中，使太陽能變?yōu)樯锬艿霓D(zhuǎn)換率，最高的可比野生植物乃至農(nóng)作物高出412倍。另一方面，由于除了人類以外，只有初級消費(fèi)者：家畜、家禽，所以，食物鏈很短。包括人類在內(nèi)，食物鏈營養(yǎng)級只有2-3級，因此，光能的利用率較高。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是完全由人類控制其功能而發(fā)揮作用的，盡管它仍然受著其它自然因素的影響。,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造以來，在人類的發(fā)展過程中起著重大作用。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)以前，地球上全部自然生態(tài)系統(tǒng)的總生產(chǎn)量大約只能維持一千萬人口的生存。自從有了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，人類的食物供應(yīng)有了保障，維持

3、的人口數(shù)，從一萬年前的數(shù)百萬直到今天的數(shù)十億。直到今天，人類的食物供應(yīng)，仍然是仰賴于一萬年以前創(chuàng)造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是基本上符合生態(tài)學(xué)規(guī)律的。它具有類似自然生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，而又比自然生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)越，因而，人類創(chuàng)造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)基本上是成功的。但是，由于人口增長的壓力，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)載過重，因而，對地球環(huán)境中的土圈，也造成了局部的破壞。表現(xiàn)在對土壤過分耕種，造成土壤損耗。古代我國黃河流域的水土流失、北非大片土地的沙漠化，就是例證。 當(dāng)然，對環(huán)境造成的這些局部破壞，不是由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)本身具有的性質(zhì)造成的，而是“超載”給系統(tǒng)造成的壓力之結(jié)果。,城市生態(tài)系統(tǒng),一 城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及

4、特點(diǎn) 二 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 生態(tài)城市,一、城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn),1 城市生態(tài)系統(tǒng)的概念 城市生態(tài)系統(tǒng)是人類通過社會經(jīng)濟(jì)活動在改造和適應(yīng)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上建立起來的一種典型的社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)或人工生態(tài)系統(tǒng)。人是城市生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分，不僅數(shù)量大，而且是系統(tǒng)的主宰。 擁有10萬以上人口，住房、工商業(yè)、行政、文化娛樂等建筑物占50以上面積，具有較為發(fā)達(dá)的交通線網(wǎng)和車輛來往頻繁的人類集居區(qū)域，即可稱為城市生態(tài)系統(tǒng)。,世界城市人口統(tǒng)計(jì)表,2 城市生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）城市生態(tài)系統(tǒng)是人工生態(tài)系統(tǒng) 城市及城市生態(tài)系統(tǒng)是通過人的勞動和智慧創(chuàng)造出來的，人工控制與人工作用對它的存在和發(fā)展

5、起著決定性的作用。大量的人工設(shè)施疊加于自然環(huán)境之上，形成了顯著的人工化的特點(diǎn)。 但是人工控制是在自然控制的大背景下起作用的，必然受到太陽輻射、氣溫、氣候、風(fēng)、水源狀況等自然因素控制。,（2）城市生態(tài)系統(tǒng)是以人為主體的生態(tài)系統(tǒng),城市生態(tài)系統(tǒng)中，人口高度集中，其他生物的種類和數(shù)量都很少。動物群落基本上是家養(yǎng)動物群落，其生存除部分受氣候與疾病等的影響外，基本不受天敵的威脅，而主要受人的支配。人是城市生態(tài)系統(tǒng)中主要的消費(fèi)者。,家 養(yǎng) 動 物,A.自然生態(tài)系統(tǒng)中生物量金字塔； B.城市生態(tài)系統(tǒng)中生物量的倒金字塔。,在城市生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者、消費(fèi)者所占的比例，與其在自然生態(tài)系統(tǒng)中的比例正好相反，是以消費(fèi)者

6、為主的倒三角形營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。,（3）城市生態(tài)系統(tǒng)的不完整性 a）城市生態(tài)系統(tǒng)缺乏分解者 城市生態(tài)系統(tǒng)缺乏分解者或者分解者功能微弱。城市生態(tài)系統(tǒng)中的廢棄物不可能由分解者就地分解，幾乎全部都需輸送到化糞池、污染處理廠或垃圾處理場由人工設(shè)施進(jìn)行處理。,b）城市生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者發(fā)生變化 城市生態(tài)系統(tǒng)中的“綠色植物”不僅數(shù)量少，而且作用也發(fā)生了改變。主要功能成了美化景觀，消除污染和凈化空氣。城市生態(tài)系統(tǒng)必須靠外部所提供植物產(chǎn)品來滿足城市生態(tài)系統(tǒng)消費(fèi)者的需求。,(4) 能量和物質(zhì)流量巨大、轉(zhuǎn)換迅速的開放系統(tǒng),城市中的植物，其主要作用已變?yōu)槊阑h(huán)境、消除污染和凈化空氣。 由于植物產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)?shù)叵M(fèi)者的糧食

7、需要，必須從城市以外輸入。 需要異地分解廢棄物（污水廠、化糞池、垃圾場等） 因此，大量、高速的輸入輸出流、能量、物質(zhì)和信息在系統(tǒng)中高度濃集，高速轉(zhuǎn)化。,(5)城市生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性 （1）靠外力才能維持的系統(tǒng) 城市生態(tài)系統(tǒng)不是一個(gè)自給自足的系統(tǒng)，需要外力才能維持。 （2）城市生態(tài)系統(tǒng)破壞了自然調(diào)節(jié)機(jī)能 城市生態(tài)系統(tǒng)的高集中性、高強(qiáng)度性以及人為的因素，產(chǎn)生了城市污染，也出現(xiàn)了熱島效應(yīng)，逆溫層的產(chǎn)生及地形的變化等等。這一切破壞了自然調(diào)節(jié)機(jī)能，加劇了城市生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。,（3）食物鏈的簡化使系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力差 在城市生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈?zhǔn)侵参锶?；植物食草動物人，而且作為生產(chǎn)者的植物，絕大多數(shù)都是來自周圍其他

8、系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)初級生產(chǎn)者綠色植物的地位和作用已完全不同于自然生態(tài)系統(tǒng)。 （4）營養(yǎng)關(guān)系出現(xiàn)倒置使系統(tǒng)不穩(wěn)定 城市生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)關(guān)系形成的金字塔截然不同，而是一個(gè)倒金字塔的情況，所以不如自然生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。,1 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)包括哪些組成部分或子系統(tǒng)。 它著重反映系統(tǒng)的空間因素及其相互作用，由于不同專業(yè)的研究角度和出發(fā)點(diǎn)不同，所以城市生態(tài)系統(tǒng)的劃分也各異。,二 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能, 社會學(xué)家劃分的城市生態(tài)系統(tǒng),城市 生態(tài)系統(tǒng),城市社會,城市空間,人工環(huán)境,自然環(huán)境,城市居民,城市組織,人口結(jié)構(gòu) 勞動結(jié)構(gòu) 智力結(jié)構(gòu),政治組織、經(jīng)濟(jì)組織 文化組織

9、、群眾組織 家庭組織,人工設(shè)施 （建成區(qū)環(huán)境）,施工環(huán)境,基礎(chǔ)設(shè)施 生產(chǎn)設(shè)施 生活服務(wù)設(shè)施,自然資源,土地、空氣、淡水 食物、能源、原料,地域環(huán)境,地質(zhì)、地貌、氣候 水文、土壤、生物,城市生態(tài)系統(tǒng),生物系統(tǒng),城市居民 家養(yǎng)生物 野生生物,非生物系統(tǒng), 環(huán)境生態(tài)學(xué)家提出的城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,非生物系統(tǒng),人工物質(zhì)系統(tǒng),住宅與公共建筑物 道路設(shè)施 工廠 交通運(yùn)輸 通訊設(shè)施 市政管網(wǎng)設(shè)施,環(huán)境資源系統(tǒng),氣域 水域 土地 礦產(chǎn),能源系統(tǒng),生物能（食物等） 自然能 化石燃料,城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流可分自然推動的物質(zhì)流和人工推動的物質(zhì)流。前者如空氣流動、自然水體流動等，可稱作資源流；后者即交通運(yùn)輸?shù)取?城市生

10、態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流包括人口流、勞力流、智力流、價(jià)值流、貨物流、資源流。,(1)物質(zhì)交流（物質(zhì)流） (2)能流流動（能流）,2 城市生態(tài)系統(tǒng)的功能,(3)信息傳遞（信息流） 城市的重要功能之一，就是輸入分散的、無序的信息，輸出經(jīng)過加工的、集中的、有序的信息。對于政治中心、文化中心、科學(xué)中心、商業(yè)中心城市，這一功能尤其重要。城市的輸出物中，除了物質(zhì)產(chǎn)品和廢物外，還有精神產(chǎn)品，這就要靠信息流完成。 信息流也是附于物質(zhì)流中的，報(bào)紙、廣告、電臺和收音機(jī)、電視臺和電視機(jī)、書刊、信件、電話、照片等等都是信息的載體。人的各種活動，如集會、交談、講課、表演等等，也在交流信息。信息的流量反映了城市的發(fā)展水平和現(xiàn)代化程

11、度。,能流、物質(zhì)流和信息流，最能體現(xiàn)城市的特點(diǎn)、職能、發(fā)展水平和趨勢，反映城市的要求、活動強(qiáng)度和對環(huán)境的影響等。目前世界各大城市的能流、物流強(qiáng)度均處于極高狀態(tài)，這必然對環(huán)境產(chǎn)生不可低估的影響。,三 生態(tài)城市,城市化是人類社會發(fā)展與進(jìn)步的必然趨勢。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，城市的數(shù)量猛增，而且城市規(guī)模變大，不僅出現(xiàn)上千萬人口的大都市，而且還向城市群、城市帶以及國際性大都市發(fā)展。城市化發(fā)展過快，規(guī)模過大，人類活動對自然界的影響強(qiáng)度和范圍都要增加，產(chǎn)生的環(huán)境污染、資源匱乏、交通擁塞等等城市環(huán)境問題也將更為嚴(yán)重。,城市的一角,沙塵天氣是我國近年來城市環(huán)境的首要敵人，破壞力極大。,生活在大城市還有多少幸福

12、感？”這樣的討論已經(jīng)成了北京、上海等大城市的熱門話題。如今，交通擁堵、環(huán)境污染、入托難、就醫(yī)難等諸多問題已經(jīng)嚴(yán)重困擾城市居民的生活。 這些不盡如人意的表現(xiàn)有一個(gè)簡單的名字：城市病，指的是人口過于向大城市集中而引發(fā)的一系列社會問題。,中國的城市化已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，而且這種快速增長勢頭將持續(xù)較長時(shí)期。中國城市要么按照美國汽車高速公路城市蔓延石油社會的模式去發(fā)展經(jīng)濟(jì)，重蹈美國破壞世界環(huán)境的覆轍，要么就必須利用這個(gè)人類歷史的重要時(shí)機(jī)，面對汽車時(shí)代固有的毛病挑戰(zhàn)，選擇一條可持續(xù)發(fā)展的新路生態(tài)城市的道路。,目前，國內(nèi)外許多城市把生態(tài)城市作為城市發(fā)展的目標(biāo)，如國外的法蘭克福市、羅馬市、莫斯科市、華盛頓市

13、、悉尼市等，再如國內(nèi)的大連、廈門、杭州、蘇州、威海、揚(yáng)州等。,說大連是浪漫的，一點(diǎn)也不假。寬廣的廣場很多，且每一個(gè)廣場都是經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)和策劃的，主題很清晰，每一棵樹、每塊綠草地，都看得出設(shè)計(jì)者的良苦用心！,大 連,生態(tài)城市的概念,目前國內(nèi)最權(quán)威并進(jìn)入百科全書和許多教科書的定義是：按生態(tài)學(xué)原理建立起來的一類社會、經(jīng)濟(jì)、自然協(xié)調(diào)發(fā)展，物質(zhì)、能量、信息高效利用，生態(tài)良性循環(huán)的人類聚居地。 生態(tài)城市必然是一個(gè)綠化非常好的城市，而綠化非常好的城市不一定是生態(tài)城市。,下面對生態(tài)城市作進(jìn)一步描繪： （a）市民素質(zhì)高 （b）天藍(lán)地綠水清 （c）資源高度利用 （d）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 （e）城市規(guī)劃科學(xué),弗萊堡城馬

14、路邊的生態(tài)墻,日本的地球中心客房部建造生態(tài)屋頂來給底樓大廳降溫,城市樓房的立體綠化很有助于改善局部環(huán)境質(zhì)量,弗萊堡居民區(qū)鋪設(shè)的透雨水路面,2004年10月27日，在韓國首都漢城，環(huán)保主義者戴著防毒面具騎自行車游行。環(huán)保主義者們旨在用這種方式提醒人們?yōu)榱藴p輕大氣污染多使用公共交通工具，少開私家車。,馬路兩邊的多層植被有利于改善城市空氣質(zhì)量,生態(tài)城市弗萊堡中隨處可見天然植被,人工生態(tài)系統(tǒng)展望,1 生態(tài)農(nóng)業(yè)新村,北京留民營，該村家家戶戶建有太陽灶和沼氣池，基本上解決了生活用能；養(yǎng)殖家畜、家禽蓋有“二層樓”，“二層樓”的上層養(yǎng)雞、養(yǎng)兔，下層養(yǎng)豬，雞、兔的糞通過隔板進(jìn)到豬圈，可以做豬的一部分飼料；豬糞和

15、廁所的糞便流入沼氣池，加上青草和農(nóng)作物桿發(fā)酵產(chǎn)生沼氣獲得生物能，沼氣池渣和沼氣水是種菜、種草的肥料，菜葉和草又可以喂雞、養(yǎng)兔。,馬雅農(nóng)場的廢物循環(huán)途徑,菲律賓的馬雅農(nóng)場也是一個(gè)較完善的人工生態(tài)系統(tǒng)，一個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)單位。它由莊稼地、豬場、牛場、飼料加工廠、沼氣廠以及其他農(nóng)牧產(chǎn)品加工廠、污泥處理池和養(yǎng)魚池等組成。,2未來的城市 為了盡可能保持原有的自然生態(tài)系統(tǒng)，有人對未來的城市提出下列一些設(shè)想，如： （1）懸式城市：即于兩端建造巨型鐵塔，其間的鋼索下懸吊樓房和道路等，城市底下是郁郁蔥蔥的綠地。 （2）樹狀城市：建造樹狀鐵塔，樓房造于各“樹”的“分枝”上，各“樹”間用鋼索滑車進(jìn)行交通，“樹”下一片蔥綠。 （3）階梯城：城中樓房高矮不一，并把一幢樓的樓頂造成是另外一幢樓的花園，或果園，或農(nóng)田。研究表明，綠色植物保護(hù)了建筑的屋頂，吸收了灰塵，排除了氧，是出色的保護(hù)層，也是極好的保暖層。 這些設(shè)想的主要意義在于防止人類生活與生產(chǎn)活動破壞自然的環(huán)境，使城市生態(tài)系統(tǒng)與原有的自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合起來，在不違反自然客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用并改造環(huán)境。,工業(yè)農(nóng)業(yè)能源生產(chǎn)相結(jié)合的城市框圖,建立工業(yè)、農(nóng)業(yè)和能源生產(chǎn)相結(jié)合的新型城市，做到農(nóng)村現(xiàn)代化、城市田園化、農(nóng)業(yè)工廠化和工廠園林化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)廢棄物的閉路循環(huán)，最佳地維持自然之間和自然與社會之間