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城市生態系統是城市人類與周圍生物和非生物環境相互作用而形成的一類具有一定功能的網絡結構，也是人類在改造和適應自然環境的基礎上建立起來的特殊的人工生態系統。

簡介

概念

城市生態系統，即為： 城市生態系統的組成 。不同於自然生態系統，它注重的是城市人類和城市環境的相互關係。它是由自然系統、經濟系統和社會系統所組成的複合系統。城市中的自然系統包括城市居民賴以生存的基本物質環境，如陽光、空氣、淡水、土地、動物、植物、微生物等；經濟系統包括生產、分配、流通和消費的各個環節；社會系統涉及城市居民社會、經濟及文化活動的各個方面，主要表現為人與人之間、個人與集體之間以及集體與集體之間的各種關係。這三大系統之間通過高度密集的物質流、能量流和信息流相互聯繫，其中人類的管理和決策起着決定性的調控作用。

特點

與自然生態系統相比，城市生態系統具有以下特點。第一，城市生態系統是人類為核心的生態系統。城市中的一切設施都是人製造的，它是以為主體的人工生態系統。人類活動對城市生態系統的發展起着重要的支配作用。與自然生態系統相比，城市生態系統的生產者綠色植物的量很少；消費者主要是人類，而不是野生動物；分解者微生物的活動受到抑制，分解功能不完全。第二，城市生態系統是物質和能量的流通量大、運轉快、高度開放的生態系統。城市中人口密集，城市居民所需要的絕大部分食物要從其他生態系統人為地輸入；城市中的工業、建築業、交通等都需要大量的物質和能量，這些也必須從外界輸入，並且迅速地轉化成各種產品。城市居民的生產和生活產生大量的廢棄物，其中有害氣體必然會飄散到城市以外的空間，污水和固體廢棄物絕大部分不能靠城市中自然系統的淨化能力自然淨化和分解，如果不及時進行人工處理，就會造成環境污染。由此可見，城市生態系統不論在能量上還是在物質上，都是一個高度開放的生態系統。這種高度的開放性又導致它對其他生態系統具有高度的依賴性，由於產生的大量廢物只能輸出，所以會對其他生態系統產生強烈的干擾。第三，城市生態系統中自然系統的自動調節能力弱，容易出現環境污染等問題。城市生態系統的營養結構簡單，對環境污染的自動淨化能力遠遠不如自然生態系統。城市的環境污染包括大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染等。下面僅以大氣的二氧化硫污染為例來說明。大氣中的二氧化硫主要有三個來源：化石燃料的燃燒、火山爆發和微生物的分解作用。在自然狀態下，大氣中的二氧化硫，一部分被綠色植物吸收；一部分則與大氣中的水結合，形成硫酸，隨降水落入土壤或水體中，被土壤或水中的硫細菌等微生物利用，或者以 硫酸鹽的形式被植物的根系吸收，轉變成蛋白質等有機物，進而被各級消費者所利用。動植物的遺體被微生物分解後，又能將硫元素釋放到土壤或大氣中，這樣就形成一個完整的循環迴路(如圖 )。但是，隨着工業和城市化的發展，煤、石油等化石燃料的大量燃燒，在短時間內將大量的二氧化硫排放到大氣中，遠遠超出了生態系統的淨化能力，造成嚴重的大氣污染。這不僅給城市中的居民和動植物造成嚴重危害，還會形成酸雨，使其他生態系統中的生物受到傷害甚至死亡。第四，城市生態系統的食物鏈簡單化，營養關係出現倒置，這些決定了生態系統是一個不穩定的系統。

組成

這個概念是由自然生態系統引伸而來，但兩者之間又存在顯著差別，這些差別也正是研究城市生態時必須加以重視的特點。城市生態系統是高度發達的人工系統,是人類社會-經濟－自然複合生態系統，是人類棲境從自然生態向人工生態、再向高度複雜的複合生態形式演替的最高階段。它經歷了遊牧部落時代、農業經濟時代、早期工業化時代以及現代大工業城市化時代的 4個歷史階段，其固有的一些自然屬性和最優化機制正逐漸被社會屬性和人的意志所取代。

具體體現在：

①物質循環系統基本上是線狀的而不是環狀的，即缺少分解環節，如不另增加工藝流程對廢棄物資加以利用，物質可能走向盲端。

②其結構不僅包括自然生產結構，還包括社會結構和經濟結構，它們的關係可用一個金字塔圖形（見圖）來表示。每層均以其下層為基礎，沿塔向上，從以物質流動為主轉向以信息流動為主。

③能量的高度儲存，體現在結構性（如工程建築、名勝古蹟等）和信息性（如科技情報、文化藝術等）上。

④最優化動力不是自然選擇而是人工選擇，選擇中存在忽視長遠的生態效益而偏重近期和局部經濟效益的缺點。由於受自然地理條件、經濟技術力量和社會生產關係的約束，物質和能量利用方面都存在着大量可以挖掘的潛力。

⑤系統關係以正反饋超過負反饋為特徵，對不可再生資源的強烈依賴性以及系統結構的單調性，決定城市生態系統是不穩定的人工生態系統。

規劃

規劃的原則 　要使城市比較合理地發展，不僅要重視總體規劃的整體性，而且要有生態系統觀念,把城市安排成為一個由多種成分構成的系統,有機地聯絡各個組成成分（亞系統），輸通相互間的迴路，使各環節各得其所、各盡其能，達到生產、加工、供銷、再生產等環節彼此互相適應，協調發展。 　

要把由城市各部門相互聯繫組成的整個系統的最佳轉化率作為城市生產力的標準。計算整個城市系統的物質和能量轉化率，要包括社會資源和自然資源兩個方面。前者如勞動力、生產效率，後者如生物資源、礦物資源以及光、熱等恆定的區域性自然資源。 通過各組成成分之間的代謝轉換及信息交流，保持城市物質循環和能量交換的動態平衡，是設計現代化城市的基本目標之一。要考慮的內容包括城市中心與郊區及衛星城市之間物質流與能流所引起的生態變化；人口變化及就業、升學、科學文化活動、娛樂等生活方式的改變對社會道德及環境質量的影響等。應力求把經濟效益、環境效益和社會效益協調起來。 　

規劃的約束系統和目標系統

系統的約束條件可分為客觀約束和主觀約束兩類。城市發展的客觀約束，包括城市現存的自然地理條件、經濟技術力量和社會生產關係。這是因時因地而異的，弄清這些客觀約束是進行城市生態分析和規劃的前提。主觀約束是規劃者對某些經濟生態關係相對固定的期望，在這些主觀約束下去追求一些主要目標的最優值。 　

一般說來,根據經濟生態學原理,城市生態規劃要達到的目標有:

①人口。勞力得到充分利用,需求關係得到最大滿足。

②物質。物資得到充分循環利用，保持不可再生性資源的利用比例最小而可再生性資源利用率最高。

③能量。達到最高的能量利用率和最小的浪費。

④空間。力求最佳的土地利用格局，包括綠化空間比例、城郊比例、各經濟部門及社會基礎設施比例、交通網絡密度等。

⑤時間。合理安排各部門之間的工藝流程(或事務流程)，使物質、能量、信息流通最快，而無效工時最少。

⑥信息。力求有用信息增殖速率最快，系統結構的多樣性和穩定性最大。

規劃途徑

任何一個城市都有自己特定的社會條件、自然條件和相應的經濟生態問題。生態規劃的任務就是要從這些特定的條件出發，研究出解決或減少這些問題，改善和提高城市經濟效益與生態效益的戰略對策。

①生態工藝設計。根據自然生態最優化原理，設計和改造城市工農業生產和生活系統的工藝流程，疏浚物質、能量流通渠道，開拓未被有效占用的生態位，以提高城市生態系統的經濟效益和生態效益。

②數學規劃。利用各種有約束的最優化方法來規劃、調節和改造城市各有關組分間的數量關係。常用的有線性及非線性規劃、動態規劃、投入－產出分析、效益－代價分析、網絡流分析及決策分析等。

③系統分析。是研究系統動態的有力工具。但城市生態系統是一類開放式人工生態系統，不僅包含非生物組分，還含有生物組分。由於一些社會心理現象尚難以定量測度，而各組分間的相互關係的數量等級亦過大，要想對整個城市系統作一確定性的預測模型是不易的。事實上，人們辨識事物的過程一般也不是完全定量的、全面的，而常是通過定性比較和抓住局部的主要（信息量最大）的特徵來進行判斷。因此，城市生態系統一般亦以定性分析、主特徵分析為主，定量分析為輔。重在各組分間關係的變化趨勢，而不重在各組分本身的數量預測。

關於城市

形式

城市最初的形式是人們進行以物易物的交換場所,隨着生產發展和社團組織的出現,分別發展為貿易集鎮和某個民族或社團防禦外侮的設施，後者又進而成為統治者居住的政治中心。近代城市雖然有性質上的區別，但一般都代表當時當地人類的技術進步、經濟發展和社會文明的水平，是加工物質、積累信息的高效場所，也是政治動態和經濟行為最活躍的地點。

功能

①經濟功能。為社會提供大量的物質和信息；

②生態功能。為市民創造良好的生活環境和便利的工作條件。兩者的關係，一般說來，是經濟發展導致城市人口、物質、能量的大量集結，容易引起生態關係的失調，降低城市環境質量；但單純地追求和諧的生態關係及良好的自然環境,也會影響經濟的發展,降低本來可以達到的經濟效益。如何使兩者協調，是現代城市生態工作中的主要研究課題之一。

環境保護

城市生態環境的保護

城市化是人類社會發展不可避免的趨勢。在城市化進程中，人類將大多數野生生物限制在越來越狹小的範圍內，同時也將自己圈在鋼筋水泥和各種污染構成的人工環境中，遠離了人類祖先所擁有的野趣盎然的生活環境，產生了種種文明病。因此，改善和保護城市生態環境，是人類在城市建設和發展過程中應當高度重視的重要課題。城市環境保護必須遵循生態系統穩定性和經濟發展的規律，從整體和長遠的利益出發，解決好人口、能源、水資源、污染控制和土地利用等主要的城市環境問題，確保城市健康、協調地發展。

解決之道

從源頭治理空氣污染是一個重要方面。汽車尾氣可以實現零排放，但是成本太高，因此總是有一定的排放量。另一種成本較低的治理辦法是廣泛綠化，因為植物能夠吸收空氣中的污染。據測定，同樣的街道，同樣的居住人數，無植被的街道上空的懸浮顆粒物是有植被的街道的10倍，也就是說，植被可以減少90%的污染。由此可見綠色植物的重要性。城市綠化應是多方面的，要形成草地、灌木及多種樹木的生態系統，這樣綠化效果才好，植被才能健康成長，不易得病蟲害。即使一兩種樹得了病蟲害，其它樹種也不易感染，不用專門噴農藥，鳥就能吃掉蟲子，自然解決。我建議我們的房屋設計多用太陽能，同時窗戶要大，白天少開燈，以此來減少不可再生能源的消耗。城市中的建築物的綠化可以採取立體綠化的方式，即種爬山虎之類的植物，可以遮擋陽光直接的照射和雨雪的侵蝕，使室內溫差不致過大，冬暖夏涼。據測算，這種方式可以節能30%。同時這些比較高的植物還可以吸收汽車尾氣的排放成分。在倫敦街頭可以看到許多鐵絲網支撐着攀延植物，儘量增加綠化的高度。而我國將許多爬山虎剪掉，讓房屋"亮"出來。我國提出要建設現代化的城市，卻往往砍掉樹木，只鋪上空曠的草坪，這是非常盲目的學習西方的做法。我們拔掉野草，購買美國草，結果三天兩頭得澆水，草還長不好。連根拔掉野草易於使土地沙化，因為野草的根上帶走了許多富含有機質的土壤。而引進外來物種常會帶來異源花粉，從而在人群中引發大量過敏反應。現代綠化主張用本地的草，野草其實是最好的。綠化屋頂、牆、地面、石縫，能長植物的地方都讓植物生長，讓自然回歸城市，從而提高人們在城市生活中的舒適度和親切感。屋頂鋪上草後，頂樓就不會太熱，同時草皮可以吸納屋頂的灰塵，減少空氣中的懸浮顆粒物，下雨時又可以滯留75%雨水，從而減少雨水的流失，下暴雨時也會緩解路面積水。保護野草坪在城市中已經蔚然成風，野生植物已經引入居民區，這是很好的現象。我曾看到德國一個學校的孩子們保護的野草坪。野草坪的生物價值要高得多，因為有許多昆蟲在野草坪中生存，形成了一個良性循環的生態系統，可以實行粗放管理；而且它吸收噪音和空氣中的污染物，釋放氧氣的效果也比人工草坪好得多。人工草坪是死的草坪，沒有生物，要靠人工澆水、除蟲。我國許多地方的樹坑都是光禿禿的，野草被拔掉了，剪下的樹枝每年環保部門要出動幾十輛車運到郊外，這些與我們的管理水平也很有關係。古建築物旁邊的大樹萬不能砍，大樹可以遮擋陽光對古建築物的直接照射，此外，大樹還有極好的降溫作用，據測定，一棵直徑20公分的槐樹相當於三台1200瓦的空調的降溫效果。多種樹少用空調的話，將形成一個良性循環。大城市的建築物不宜太高，太高則熱島效應非常明顯，不利於污染的擴散。老房子應該保留下來，裡面可以裝修，既保留了文化，又保持了一定的建築高度。城市中的地面一般是硬化的，儘是些柏油路、水泥路，太陽照射後先吸熱，然後再釋放，全都是熱空氣的，沒有溫差，空氣無法流動，因此污染物就無法擴散；同時由於硬化的路面沒有通透性，每年因此流失的水量有5-6億噸。地面如果有綠色植被，地溫比較低，空氣就易於流動，擴散污染；此外，如果多採用有通透性的建築材料鋪路，就利於雨水的下滲。其實我國許多古建築中就採用了這些方法，庭院中往往鋪的是草坯磚、小碎石或鵝卵石等，既利於植物的生存，從而吸收灰塵和噪音，又利於保存雨水。

城市中的許多草坪採用了噴灌的方式來澆水，如果在陽光下噴灑，水很容易蒸發，就造成了水資源的浪費，同時增加了大氣的濕度。正確的噴灑時間應在太陽落山以後至晚上10點左右。我國河道兩邊的野生植物都拔了，樹也砍了，說是樹葉會掉到河裡污染河水。實際上，樹葉掉到河裡正好為河裡的生物提供了食物。沒有樹陰的遮蓋，河水在陽光的直射下會變得很熱，錦江河幾年前花了好幾億治理河道，在河底鋪上方磚，河道兩邊乾乾淨淨，可水質一點也沒變好。可見，硬化河道對水質一點好處也沒有。然而就在錦江河旁邊，有個美國人設計了一個活水公園，讓大家了解自然界是怎麼淨化水的：河道旁邊鋪上卵石，河水流過許多植物而逐漸變得清澈，在自然淨化過程中，植物起了非常重要的作用。這種淨化的思想現在已經深入到發達國家居民區的建設中。生活污水通過居民區中的淨化池先行淨化，減少了大量的能源消耗。居民區的居民也具有了垃圾分類裝筒的意識，既實現了垃圾清運的現代化，改善了環衛工人的勞動環境和勞動強度，最終提高他們清運垃圾的質量；同時能夠有效地回收再生資源。北京也實行"門前三包"，門口打掃得很乾淨，但是垃圾全掃到對面去了，環衛工人的工作量就很大了。我們的垃圾也應分類裝入不同的垃圾筒，以便實行資源回收。我曾在英國一個小旅館中看到分類清楚的垃圾筒，有專門放易拉罐的，有專門放報紙的……這些垃圾筒不是由環衛工人來清運，而是由回收工廠直接來搬運。大學中設點專門回收紙張，製成的再生紙不經過漂白，雖然不是很白，但是它對環境的污染相對較小。有機垃圾最難處理，鼓勵每家每戶自行解決，就是在花園中挖個小坑埋入垃圾，覆蓋上土，放上蚯蚓，讓蚯蚓分解垃圾。有機農業發展起來，可以用有機肥種花。除了有機垃圾之外，我們的垃圾基本上是可以回收的，可以製成包裝物、做家具的壓合板等。比如塑料瓶可以製成許多東西。國外在回收垃圾方面做了許多努力，這也是我們不用花多少錢就能做的事情。塑料製品對環境污染很大，國外在開發一些新產品來替代塑料，比如用馬鈴薯製成的包裝用品。這樣一來，農民的種植就不光是糧食了，還可以提供更多的工業原料。農業的前景也就更樂觀了。我認為我們首先要向我們的祖先學習，要搞一個大工程，就要儘量利用自然的力量。我們要了解祖先利用自然的思想，都江堰就是祖先智慧的結晶。國外也在學習我們的建築思想，追求建築的美感、舒適感，往往也在建築中引入水，不但和諧，而且淨化空氣。其次，我們要與國外加強信息交流。比如說一次性塑料袋、方便飯盒在90年代大批進入中國，而正是在90年代，國外綠色運動正在呼籲不用這些東西。這些塑料袋淘汰了我國原有的紙袋，許多街道加工廠就面臨困境。當時90%的方便飯盒是台商獨資企業生產的，這些企業之所以投資大陸是由於台灣出於保護環境的考慮對它們有較多的限制。

要加強環境保護的教育，使每個人意識到保護環境的重要性，不亂扔垃圾。我國不是富裕的國家，但是浪費卻非常嚴重，總是有許多剩菜、剩飯到入垃圾。95年以後我國非常流行蓋玻璃房子，而大量的玻璃房子造成光污染，房子裡卻是夏熱冬冷，又需要空調調節室溫，能源消耗非常大。修建高爾夫球場也很盛行，而高爾夫球場草坪的保養需要大量的殺蟲劑，就污染了附近的農田與水源。還有一種做法是要讓城市亮起來，到處是燈光，這有必要嗎？即使王府井亮起來，能說王府井達到了國際水平嗎？能說中國達到了國際水平嗎？我認為這並不見得是可持續發展的做法。我認為城市發展並不是越大越好，因為城市的擴大需要相應的物質支持，要有郊區供應食物、吸納垃圾；城市的擴大就意味着運輸距離的遙遠，能量消耗也就相應增大。這是不可持續的。所以城市規劃也是非常重要的。可持續發展的城市中應儘量利用太陽能、風能等可再生的無污染的能源來供應城市能源的消耗，公共交通在地下，城市邊上有再生利用的工廠，有機肥埋入土壤，其它資源再利用……我國還可以開發環境文化旅遊。倫敦有一個"地球中心"，建在倫敦郊區不遠的地方，是一片廢礦山的遺址，有人提議把它建成了生態的教育基地，非常受歡迎。"地球中心"里的車都是腳踏車，燈都是由太陽能電池供電的，完全利用自然提供各種能源與水源……這樣一來，家長非常願意帶着孩子們去參觀。德國也有這樣的生態教育基地，提供自然的環境讓城市裡的孩子們學習觀賞自然、體驗自立生活。我國許多旅遊點有娛樂設施，卻沒有教育意義。我覺得我國的圓明園就可以建立這樣一個基地，圓明園裡有各種天然的植物，北師大的老師教生物課就常帶着大學生到圓明園去。