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城市生态系统是城市人类与周围生物和非生物环境相互作用而形成的一类具有一定功能的网络结构，也是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起来的特殊的人工生态系统。

简介

概念

城市生态系统，即为： 城市生态系统的组成 。不同于自然生态系统，它注重的是城市人类和城市环境的相互关系。它是由自然系统、经济系统和社会系统所组成的复合系统。城市中的自然系统包括城市居民赖以生存的基本物质环境，如阳光、空气、淡水、土地、动物、植物、微生物等；经济系统包括生产、分配、流通和消费的各个环节；社会系统涉及城市居民社会、经济及文化活动的各个方面，主要表现为人与人之间、个人与集体之间以及集体与集体之间的各种关系。这三大系统之间通过高度密集的物质流、能量流和信息流相互联系，其中人类的管理和决策起着决定性的调控作用。

特点

与自然生态系统相比，城市生态系统具有以下特点。第一，城市生态系统是人类为核心的生态系统。城市中的一切设施都是人制造的，它是以为主体的人工生态系统。人类活动对城市生态系统的发展起着重要的支配作用。与自然生态系统相比，城市生态系统的生产者绿色植物的量很少；消费者主要是人类，而不是野生动物；分解者微生物的活动受到抑制，分解功能不完全。第二，城市生态系统是物质和能量的流通量大、运转快、高度开放的生态系统。城市中人口密集，城市居民所需要的绝大部分食物要从其他生态系统人为地输入；城市中的工业、建筑业、交通等都需要大量的物质和能量，这些也必须从外界输入，并且迅速地转化成各种产品。城市居民的生产和生活产生大量的废弃物，其中有害气体必然会飘散到城市以外的空间，污水和固体废弃物绝大部分不能靠城市中自然系统的净化能力自然净化和分解，如果不及时进行人工处理，就会造成环境污染。由此可见，城市生态系统不论在能量上还是在物质上，都是一个高度开放的生态系统。这种高度的开放性又导致它对其他生态系统具有高度的依赖性，由于产生的大量废物只能输出，所以会对其他生态系统产生强烈的干扰。第三，城市生态系统中自然系统的自动调节能力弱，容易出现环境污染等问题。城市生态系统的营养结构简单，对环境污染的自动净化能力远远不如自然生态系统。城市的环境污染包括大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染等。下面仅以大气的二氧化硫污染为例来说明。大气中的二氧化硫主要有三个来源：化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的分解作用。在自然状态下，大气中的二氧化硫，一部分被绿色植物吸收；一部分则与大气中的水结合，形成硫酸，随降水落入土壤或水体中，被土壤或水中的硫细菌等微生物利用，或者以 硫酸盐的形式被植物的根系吸收，转变成蛋白质等有机物，进而被各级消费者所利用。动植物的遗体被微生物分解后，又能将硫元素释放到土壤或大气中，这样就形成一个完整的循环回路(如图 )。但是，随着工业和城市化的发展，煤、石油等化石燃料的大量燃烧，在短时间内将大量的二氧化硫排放到大气中，远远超出了生态系统的净化能力，造成严重的大气污染。这不仅给城市中的居民和动植物造成严重危害，还会形成酸雨，使其他生态系统中的生物受到伤害甚至死亡。第四，城市生态系统的食物链简单化，营养关系出现倒置，这些决定了生态系统是一个不稳定的系统。

组成

这个概念是由自然生态系统引伸而来，但两者之间又存在显著差别，这些差别也正是研究城市生态时必须加以重视的特点。城市生态系统是高度发达的人工系统,是人类社会-经济－自然复合生态系统，是人类栖境从自然生态向人工生态、再向高度复杂的复合生态形式演替的最高阶段。它经历了游牧部落时代、农业经济时代、早期工业化时代以及现代大工业城市化时代的 4个历史阶段，其固有的一些自然属性和最优化机制正逐渐被社会属性和人的意志所取代。

具体体现在：

①物质循环系统基本上是线状的而不是环状的，即缺少分解环节，如不另增加工艺流程对废弃物资加以利用，物质可能走向盲端。

②其结构不仅包括自然生产结构，还包括社会结构和经济结构，它们的关系可用一个金字塔图形（见图）来表示。每层均以其下层为基础，沿塔向上，从以物质流动为主转向以信息流动为主。

③能量的高度储存，体现在结构性（如工程建筑、名胜古迹等）和信息性（如科技情报、文化艺术等）上。

④最优化动力不是自然选择而是人工选择，选择中存在忽视长远的生态效益而偏重近期和局部经济效益的缺点。由于受自然地理条件、经济技术力量和社会生产关系的约束，物质和能量利用方面都存在着大量可以挖掘的潜力。

⑤系统关系以正反馈超过负反馈为特征，对不可再生资源的强烈依赖性以及系统结构的单调性，决定城市生态系统是不稳定的人工生态系统。

规划

规划的原则 　要使城市比较合理地发展，不仅要重视总体规划的整体性，而且要有生态系统观念,把城市安排成为一个由多种成分构成的系统,有机地联络各个组成成分（亚系统），输通相互间的回路，使各环节各得其所、各尽其能，达到生产、加工、供销、再生产等环节彼此互相适应，协调发展。 　

要把由城市各部门相互联系组成的整个系统的最佳转化率作为城市生产力的标准。计算整个城市系统的物质和能量转化率，要包括社会资源和自然资源两个方面。前者如劳动力、生产效率，后者如生物资源、矿物资源以及光、热等恒定的区域性自然资源。 通过各组成成分之间的代谢转换及信息交流，保持城市物质循环和能量交换的动态平衡，是设计现代化城市的基本目标之一。要考虑的内容包括城市中心与郊区及卫星城市之间物质流与能流所引起的生态变化；人口变化及就业、升学、科学文化活动、娱乐等生活方式的改变对社会道德及环境质量的影响等。应力求把经济效益、环境效益和社会效益协调起来。 　

规划的约束系统和目标系统

系统的约束条件可分为客观约束和主观约束两类。城市发展的客观约束，包括城市现存的自然地理条件、经济技术力量和社会生产关系。这是因时因地而异的，弄清这些客观约束是进行城市生态分析和规划的前提。主观约束是规划者对某些经济生态关系相对固定的期望，在这些主观约束下去追求一些主要目标的最优值。 　

一般说来,根据经济生态学原理,城市生态规划要达到的目标有:

①人口。劳力得到充分利用,需求关系得到最大满足。

②物质。物资得到充分循环利用，保持不可再生性资源的利用比例最小而可再生性资源利用率最高。

③能量。达到最高的能量利用率和最小的浪费。

④空间。力求最佳的土地利用格局，包括绿化空间比例、城郊比例、各经济部门及社会基础设施比例、交通网络密度等。

⑤时间。合理安排各部门之间的工艺流程(或事务流程)，使物质、能量、信息流通最快，而无效工时最少。

⑥信息。力求有用信息增殖速率最快，系统结构的多样性和稳定性最大。

规划途径

任何一个城市都有自己特定的社会条件、自然条件和相应的经济生态问题。生态规划的任务就是要从这些特定的条件出发，研究出解决或减少这些问题，改善和提高城市经济效益与生态效益的战略对策。

①生态工艺设计。根据自然生态最优化原理，设计和改造城市工农业生产和生活系统的工艺流程，疏浚物质、能量流通渠道，开拓未被有效占用的生态位，以提高城市生态系统的经济效益和生态效益。

②数学规划。利用各种有约束的最优化方法来规划、调节和改造城市各有关组分间的数量关系。常用的有线性及非线性规划、动态规划、投入－产出分析、效益－代价分析、网络流分析及决策分析等。

③系统分析。是研究系统动态的有力工具。但城市生态系统是一类开放式人工生态系统，不仅包含非生物组分，还含有生物组分。由于一些社会心理现象尚难以定量测度，而各组分间的相互关系的数量等级亦过大，要想对整个城市系统作一确定性的预测模型是不易的。事实上，人们辨识事物的过程一般也不是完全定量的、全面的，而常是通过定性比较和抓住局部的主要（信息量最大）的特征来进行判断。因此，城市生态系统一般亦以定性分析、主特征分析为主，定量分析为辅。重在各组分间关系的变化趋势，而不重在各组分本身的数量预测。

关于城市

形式

城市最初的形式是人们进行以物易物的交换场所,随着生产发展和社团组织的出现,分别发展为贸易集镇和某个民族或社团防御外侮的设施，后者又进而成为统治者居住的政治中心。近代城市虽然有性质上的区别，但一般都代表当时当地人类的技术进步、经济发展和社会文明的水平，是加工物质、积累信息的高效场所，也是政治动态和经济行为最活跃的地点。

功能

①经济功能。为社会提供大量的物质和信息；

②生态功能。为市民创造良好的生活环境和便利的工作条件。两者的关系，一般说来，是经济发展导致城市人口、物质、能量的大量集结，容易引起生态关系的失调，降低城市环境质量；但单纯地追求和谐的生态关系及良好的自然环境,也会影响经济的发展,降低本来可以达到的经济效益。如何使两者协调，是现代城市生态工作中的主要研究课题之一。

环境保护

城市生态环境的保护

城市化是人类社会发展不可避免的趋势。在城市化进程中，人类将大多数野生生物限制在越来越狭小的范围内，同时也将自己圈在钢筋水泥和各种污染构成的人工环境中，远离了人类祖先所拥有的野趣盎然的生活环境，产生了种种文明病。因此，改善和保护城市生态环境，是人类在城市建设和发展过程中应当高度重视的重要课题。城市环境保护必须遵循生态系统稳定性和经济发展的规律，从整体和长远的利益出发，解决好人口、能源、水资源、污染控制和土地利用等主要的城市环境问题，确保城市健康、协调地发展。

解决之道

从源头治理空气污染是一个重要方面。汽车尾气可以实现零排放，但是成本太高，因此总是有一定的排放量。另一种成本较低的治理办法是广泛绿化，因为植物能够吸收空气中的污染。据测定，同样的街道，同样的居住人数，无植被的街道上空的悬浮颗粒物是有植被的街道的10倍，也就是说，植被可以减少90%的污染。由此可见绿色植物的重要性。城市绿化应是多方面的，要形成草地、灌木及多种树木的生态系统，这样绿化效果才好，植被才能健康成长，不易得病虫害。即使一两种树得了病虫害，其它树种也不易感染，不用专门喷农药，鸟就能吃掉虫子，自然解决。我建议我们的房屋设计多用太阳能，同时窗户要大，白天少开灯，以此来减少不可再生能源的消耗。城市中的建筑物的绿化可以采取立体绿化的方式，即种爬山虎之类的植物，可以遮挡阳光直接的照射和雨雪的侵蚀，使室内温差不致过大，冬暖夏凉。据测算，这种方式可以节能30%。同时这些比较高的植物还可以吸收汽车尾气的排放成分。在伦敦街头可以看到许多铁丝网支撑着攀延植物，尽量增加绿化的高度。而我国将许多爬山虎剪掉，让房屋"亮"出来。我国提出要建设现代化的城市，却往往砍掉树木，只铺上空旷的草坪，这是非常盲目的学习西方的做法。我们拔掉野草，购买美国草，结果三天两头得浇水，草还长不好。连根拔掉野草易于使土地沙化，因为野草的根上带走了许多富含有机质的土壤。而引进外来物种常会带来异源花粉，从而在人群中引发大量过敏反应。现代绿化主张用本地的草，野草其实是最好的。绿化屋顶、墙、地面、石缝，能长植物的地方都让植物生长，让自然回归城市，从而提高人们在城市生活中的舒适度和亲切感。屋顶铺上草后，顶楼就不会太热，同时草皮可以吸纳屋顶的灰尘，减少空气中的悬浮颗粒物，下雨时又可以滞留75%雨水，从而减少雨水的流失，下暴雨时也会缓解路面积水。保护野草坪在城市中已经蔚然成风，野生植物已经引入居民区，这是很好的现象。我曾看到德国一个学校的孩子们保护的野草坪。野草坪的生物价值要高得多，因为有许多昆虫在野草坪中生存，形成了一个良性循环的生态系统，可以实行粗放管理；而且它吸收噪音和空气中的污染物，释放氧气的效果也比人工草坪好得多。人工草坪是死的草坪，没有生物，要靠人工浇水、除虫。我国许多地方的树坑都是光秃秃的，野草被拔掉了，剪下的树枝每年环保部门要出动几十辆车运到郊外，这些与我们的管理水平也很有关系。古建筑物旁边的大树万不能砍，大树可以遮挡阳光对古建筑物的直接照射，此外，大树还有极好的降温作用，据测定，一棵直径20公分的槐树相当于三台1200瓦的空调的降温效果。多种树少用空调的话，将形成一个良性循环。大城市的建筑物不宜太高，太高则热岛效应非常明显，不利于污染的扩散。老房子应该保留下来，里面可以装修，既保留了文化，又保持了一定的建筑高度。城市中的地面一般是硬化的，尽是些柏油路、水泥路，太阳照射后先吸热，然后再释放，全都是热空气的，没有温差，空气无法流动，因此污染物就无法扩散；同时由于硬化的路面没有通透性，每年因此流失的水量有5-6亿吨。地面如果有绿色植被，地温比较低，空气就易于流动，扩散污染；此外，如果多采用有通透性的建筑材料铺路，就利于雨水的下渗。其实我国许多古建筑中就采用了这些方法，庭院中往往铺的是草坯砖、小碎石或鹅卵石等，既利于植物的生存，从而吸收灰尘和噪音，又利于保存雨水。

城市中的许多草坪采用了喷灌的方式来浇水，如果在阳光下喷洒，水很容易蒸发，就造成了水资源的浪费，同时增加了大气的湿度。正确的喷洒时间应在太阳落山以后至晚上10点左右。我国河道两边的野生植物都拔了，树也砍了，说是树叶会掉到河里污染河水。实际上，树叶掉到河里正好为河里的生物提供了食物。没有树阴的遮盖，河水在阳光的直射下会变得很热，锦江河几年前花了好几亿治理河道，在河底铺上方砖，河道两边干干净净，可水质一点也没变好。可见，硬化河道对水质一点好处也没有。然而就在锦江河旁边，有个美国人设计了一个活水公园，让大家了解自然界是怎么净化水的：河道旁边铺上卵石，河水流过许多植物而逐渐变得清澈，在自然净化过程中，植物起了非常重要的作用。这种净化的思想现在已经深入到发达国家居民区的建设中。生活污水通过居民区中的净化池先行净化，减少了大量的能源消耗。居民区的居民也具有了垃圾分类装筒的意识，既实现了垃圾清运的现代化，改善了环卫工人的劳动环境和劳动强度，最终提高他们清运垃圾的质量；同时能够有效地回收再生资源。北京也实行"门前三包"，门口打扫得很干净，但是垃圾全扫到对面去了，环卫工人的工作量就很大了。我们的垃圾也应分类装入不同的垃圾筒，以便实行资源回收。我曾在英国一个小旅馆中看到分类清楚的垃圾筒，有专门放易拉罐的，有专门放报纸的……这些垃圾筒不是由环卫工人来清运，而是由回收工厂直接来搬运。大学中设点专门回收纸张，制成的再生纸不经过漂白，虽然不是很白，但是它对环境的污染相对较小。有机垃圾最难处理，鼓励每家每户自行解决，就是在花园中挖个小坑埋入垃圾，覆盖上土，放上蚯蚓，让蚯蚓分解垃圾。有机农业发展起来，可以用有机肥种花。除了有机垃圾之外，我们的垃圾基本上是可以回收的，可以制成包装物、做家具的压合板等。比如塑料瓶可以制成许多东西。国外在回收垃圾方面做了许多努力，这也是我们不用花多少钱就能做的事情。塑料制品对环境污染很大，国外在开发一些新产品来替代塑料，比如用马铃薯制成的包装用品。这样一来，农民的种植就不光是粮食了，还可以提供更多的工业原料。农业的前景也就更乐观了。我认为我们首先要向我们的祖先学习，要搞一个大工程，就要尽量利用自然的力量。我们要了解祖先利用自然的思想，都江堰就是祖先智慧的结晶。国外也在学习我们的建筑思想，追求建筑的美感、舒适感，往往也在建筑中引入水，不但和谐，而且净化空气。其次，我们要与国外加强信息交流。比如说一次性塑料袋、方便饭盒在90年代大批进入中国，而正是在90年代，国外绿色运动正在呼吁不用这些东西。这些塑料袋淘汰了我国原有的纸袋，许多街道加工厂就面临困境。当时90%的方便饭盒是台商独资企业生产的，这些企业之所以投资大陆是由于台湾出于保护环境的考虑对它们有较多的限制。

要加强环境保护的教育，使每个人意识到保护环境的重要性，不乱扔垃圾。我国不是富裕的国家，但是浪费却非常严重，总是有许多剩菜、剩饭到入垃圾。95年以后我国非常流行盖玻璃房子，而大量的玻璃房子造成光污染，房子里却是夏热冬冷，又需要空调调节室温，能源消耗非常大。修建高尔夫球场也很盛行，而高尔夫球场草坪的保养需要大量的杀虫剂，就污染了附近的农田与水源。还有一种做法是要让城市亮起来，到处是灯光，这有必要吗？即使王府井亮起来，能说王府井达到了国际水平吗？能说中国达到了国际水平吗？我认为这并不见得是可持续发展的做法。我认为城市发展并不是越大越好，因为城市的扩大需要相应的物质支持，要有郊区供应食物、吸纳垃圾；城市的扩大就意味着运输距离的遥远，能量消耗也就相应增大。这是不可持续的。所以城市规划也是非常重要的。可持续发展的城市中应尽量利用太阳能、风能等可再生的无污染的能源来供应城市能源的消耗，公共交通在地下，城市边上有再生利用的工厂，有机肥埋入土壤，其它资源再利用……我国还可以开发环境文化旅游。伦敦有一个"地球中心"，建在伦敦郊区不远的地方，是一片废矿山的遗址，有人提议把它建成了生态的教育基地，非常受欢迎。"地球中心"里的车都是脚踏车，灯都是由太阳能电池供电的，完全利用自然提供各种能源与水源……这样一来，家长非常愿意带着孩子们去参观。德国也有这样的生态教育基地，提供自然的环境让城市里的孩子们学习观赏自然、体验自立生活。我国许多旅游点有娱乐设施，却没有教育意义。我觉得我国的圆明园就可以建立这样一个基地，圆明园里有各种天然的植物，北师大的老师教生物课就常带着大学生到圆明园去。