1.3　城市生态系统

1.3.1　城市生态系统概述

城市生态系统是以城市人群为主体，以城市次生自然要素、自然资源和人工物质要素、精神要素为环境，并与一定范围内的区域保持密切联系的复杂人类生态系统。在全球人的巨系统中，人与地的对立统一关系表现得最为强烈的所在是城市（孙玲，2004）。从生态系观点看，城市是人类的高级栖息地，是人类进行物质生产与消费，从事社会与文化活动的高效场所，城市化过程实际上是人类的栖息环境从自然向乡村，向集镇，再向城市演变的生态演替过程（王发曾，1997）。

城市生态系统的概念可界定为城市空间范围内的居民与自然环境系统和人工建造的社会环境系统相互作用而形成的统一体。城市生态系统是以人为中心的、人工化环境的、开放性的人工生态系统，包括生物因素、非生物因素，拥有可数量化的能流物流。在城市生态环境系统中以人为主体的生物群体与城市环境密切联系，彼此之间相互影响、适应、制约。城市生态环境系统可分为自然生态环境系统和城市人工生态环境系统。自然生态环境包括物理、生物环境，如阳光、空气、温度、土地、植物等；人工生态环境包括城市设施、社会服务、生产对象，如建筑物、道路、水、电、园林绿化、交通等。城市是一个以人为主体的环境系统，是物质和能量高度集中和快速运转的地域，是人口、设施和科技文化高度集中的场所。从生态学的角度，城市是经过人类创造性劳动加工而拥有更高“价值”的人类物质、精神环境和财富，是更符合人类自身需要的社会活动的载体场所，是一个以人类占绝对优势的新型生态系统（杨士弘，2004）。而生态环境是城市发展的基础，建立生态化城市是城市发展的必然。如果不强化生态环境建设，城市就无法长久适宜人类居留。

1.3.2　城市生态系统的主要特点

城市生态系统是一个规模庞大、结构复杂、功能全面，具有很高的自适应性和强大组织能力的以人类为中心的自然和社会结合的生态系统。自然生态系统是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市不断发展和变化的主要动力。在城市发展初期，城市生态系统一般是平衡的，但在城市发展过程中，随着人口的增长和集聚，城市生态环境系统的负荷增加，超过了经济发展与环境的负载平衡水平，城市生态环境恶化后恢复的难度将加大，人类从自然界获取的资源数量与自然界的物质排放量逐年增加，削弱了城市生态系统的调节功能，破坏了城市生态环境系统。城市能源和物质流的要素，通过生命代谢、投入产出的生产链、物质交换的消费链、能量流、信息传递和相互作用，构成了具有一定结构和功能的有机整体。因此，它具有以下特点。

（1）城市生态系统是以人为主体和高度人工化的物质环境构成的人工生态系统，人发挥着主导作用。在城市生态系统中，资源、环境的开发利用，产业定位转型，居住区规划布局以及能源交通运输、施工等方面，都与人类的生产活动密切相关，人类的经济活动在城市生态系统中起着重要作用。

（2）城市生态系统的消费者和生产者呈现着倒金字塔的状态。在城市生态系统中，人在食物链的顶端，消费者的数量远远大于绿色植物的数量。因此，消耗有机物的消费者和承受太阳能生产有机物和氧气的生产者之间是倒金字塔形，生产者小于消费者，这与其他生态系统完全不同。

（3）城市生态系统是一个脆弱的开放的生态系统，独立性差、依赖性强。城市生态系统不是一个自律系统，它的物质循环大多数是线状而非环状，它对外界依赖性很强，永远不能脱离外界的其他生态系统而独立存在，需要不间断地从外界输入大量的物质与能量供城市居民使用，同时城市居民在生产和生活中产生的大量废弃物也不能完全在本城市系统内分解，必须输送到其他生态系统中。所以，城市生态系统不可能单独封闭地存在，必然与周围环境息息相关，其物质能量循环是开放式的，是一个具有耗散结构的开放系统。

（4）城市生态系统是一个动态、复合的系统，是一个在时间上、空间上不断演变发展的动态系统。该系统运行的环境有很长的时滞效应，很多破坏危害巨大，但后果不能立刻显示出来，如伐林建房对生态环境的破坏。因此政府调控时必须考虑目前虽未出现，但未来可能出现的干扰，并做出相应的反应，它要求控制本身应随时间而发展。

1.3.3　城市生态系统的结构

城市生态系统可分为社会、经济和自然三个亚系统，各个亚系统又可分为不同层次的子系统，彼此互为环境。城市生态学要研究的就是这些不同层次内各组分间相生相克的复杂关系。

（1）自然生态亚系统以生物结构及物理结构为主线，以生物与环境的协同共生及环境对城市活动的支持、容纳、缓冲和净化为特征。

（2）社会生态亚系统以人口为中心，它是高密度人口和高强度的生活消费为特征。

（3）经济亚系统以资源（能源、物资、信息、资金等）为核心，以物资从分散向集中的高密度运转，能量从低质向高质的高强度聚集，信息从低序向高序的连续累积为特征。

总之，自然子系统是基础，经济子系统是命脉，社会子系统是主导。它们相辅相成、相生相克，导致了城市这个复合体进行复杂的矛盾运动。

1.3.4　城市生态系统的基本功能

城市生态系统中的自然系统、人为的社会系统和经济系统具有满足城市居民特殊需要的功能。其中，自然环境是城市产生和发展的物质基础，是人类赖以生存和发展的重要物质要素。社会经济环境具有生产、生活、服务和娱乐功能。

姜仁良在其博士论文中总结城市生态环境系统具有如下几个功能：

（1）生产功能。生产功能是指城市生态环境利用城市和外来系统提供的物质和能量来生产产品，包括生物生产和非生物生产。生态系统中的生物，不断地把物质在环境中的能量吸收，转化为一种新的物质和能量形式，从而实现物质和能量的积累，保证生命的连续性和生长性，这个过程被称为生物生产，包括初级生产和次级生产。生态系统的初级生产本质上是一个能量转化和积累的过程，是绿色植物光合作用的过程。次级生产是指消费者或分解者对初级生产者生产的有机物以及贮存在其中的能量进行再生产和再利用的过程。城市生态系统具有利用城市内外环境所提供的自然资源及其他资源来生产出各类“产品”的能力，为社会提供丰富的物质和信息产品。

（2）生活功能。环境作为人类生态和经济发展的物质基础，是一种综合性资源，它既包括各种自然资源，也包括各种自然资源组成的结构和状态。良好的城市生态环境作为一种公共产品，是全体城市居民的共同利益需求。生态环境良好的区域，能保证城市水、优质空气的供给，提高城市居住环境的舒适度，为城市居民提供方便的生活条件和舒适的栖息环境，进一步起到吸引人口、加速城市化的作用。而城市生态环境的恶化会提高城市居民的生活成本，影响居民健康，甚至威胁着他们的生存。伴随对环境污染危害的了解及生活水平的提高，人们不再满足于基本的温饱生活，而对生活质量、身心健康的期望日益增强，对所处城市的要求也更高。

（3）能量流动功能。城市生态系统是一个开放性的系统，与城市以外的周边环境系统进行着广泛的人流、物流和能流交换。能量流动指生态系统中能量输入、传递、转化和丧失的过程。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，生物与环境、生物与生物间的密切联系，可以通过能量流动来实现。城市生态环境系统作用的发挥是靠连续的物质流、能量流等来维持的，任何阻碍能量流动的行为、因素都将影响整个系统的正常运转和发展。

（4）还原净化和资源再生功能。环境的价值之一是对生产过程造成的污染的消纳、降解和净化功能。正常情况下，受污染的环境经过环境中自然发生的一系列物理、化学、生物和生化过程，在一定的时间范围内都能自动恢复到原状，称为自然净化功能。城市生态环境系统不但提供自然物质来源，而且能在一定限度内接纳、吸收、转化人类活动排放到城市环境中的有毒有害物质，达到自然净化的效果；当超过这一限度时，就打破了城市生态系统的平衡，危害城市的生态环境。消除环境污染既需要自然净化，更需要人工调节。还原功能主要依靠区域自然生态系统中的还原者和各类人工设施，保证城市自然资源的永续利用和社会、经济、环境的协调发展。城市的自然净化功能是脆弱而有限的，多数还原功能要靠人类通过绿地系统规划与建设、“三废”防治与控制、工业合理布局和设备更新改造等途径去创造和调节。