生态学有关概念与原理

城市生态学康慕谊北京2002.02~06北京师范大学资源与环境科学学院课程本课程的着重点城市气候学与城市自然环境城市生态系统的特点城市中的环境问题城市园林绿地与绿化城市生态环境管理与规划城市生态系统研究方法举例1城市与城市生态学1.1

城市的发展与城市化1.1.1城市的概念和城市的形成与发展城市(city)—是非农业人口为居民主体,以空间与环境利用为基础,以聚集经济效益为特点,以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体

—人类社会与地域空间的高度结合城市与其周围环境的联系1城市与城市生态学城市的形成(三次社会分工与私有制)1第一次:畜牧业与农业分离—聚落(城市胚胎) 第二次:农业与手工业分离—产生聚落中心

第三次:手工业与商业分离—“市”(集)形成2私有制产生—聚落争斗防卫—“城”(镇)形成城市的发展

自然条件：大河冲积平原区；经济技术发展水平：冲破自然束缚向外扩张拓展城市化景观现代农业景观-1950~传统农业景观-1800~1950历史乡村景观-1100~1800铁器时代末期景观-约公元前1000新石器及青铜时代景观-原始自然景观-城市景观发展变迁过程自然→人工

海岸地面抬升(1cm/a)促使港口向河流下游深水处迁移,船只吨位(吃水深度)的增加亦加速了该过程—港口城市形成1城市与城市生态学1.1.2城市化与城市问题城市化(urbanization)—通常是指农业人口转化为城市人口的过程。其表现为：空间上城市规模的扩大数量上农业人口转变为城镇非农业人口质量上城市居民生活方式的现代化城市人口增长:(以前)自然(目前)机械城市化发展过程孤立农家市井集镇老工业区新工业区交通线形式对不同城市景观类型形成的影响深圳市的土地地利用变化欧洲的城市化化发展1城市与城城市生态学城市问题：由于城市化化的发展和城城市人口、工工业、建筑的的高度集中,带来了一系列列的~~。当当城市人口膨膨胀到一定程程度，城市扩扩大到一定规规模时，势必必造成城市用用地紧张、交交通拥挤、住住房短缺、基基础设施滞后后、环境污染染、生态条件件恶化，并导导致失业率增增加和犯罪率率上升等一系系列现代城市社会弊病病。1城市与城城市生态学1.2城市生态学的的研究对象、、目的、任务务1.2.1城城市生态学学经典的生态学研究生物与其生活环境之间间的相互关系系。其研究对象主要是：1城市与城城市生态学生物个体(个体生态学学autecology)生物种群(种群生态学学populationecology）生物群体(群落生态学学synecology)生态系统(生态系统学ecosystemecology)—将某一环境及及其中的生物物群体结合起起来加以研究究,目的是阐阐明生态系统统的机制。现现代生态学强强调的这种机机制,主要要指生态系统统中物质和能能量的流动。。1城市与城城市生态学城市生态学(urbanecology)—生态学的一个个分支,是是以城市空间间范围内生命命系统和环境境系统之间联联系为研究对对象的学科。。由于人是城城市中生命成成分的主体,因此也可可以说,城市生态学是研究城市居民民与城市环境境之间相互关关系的科学。其研究内容容主要包括：：1城市与城城市生态学城市居民变动动及其空间分分布特征(城城市人口的生生物特征、行行为特征、社社会特征研究究)城市物质代谢谢功能及其与与城市环境质质量之间关系系(城市物流流、能流及经经济特征研究究)城市自然生态态变化与城市环境的互动影响(城市市生物及非生生物环境的演演变过程研究究)城市生态管理理与调控(城市交通、供水、、生活废物处理及其中的物质、能量利利用,社会会、自然和谐谐,系统动动态调控方法研究)城市自然生态态特征的指标体系及城市合理容量1城市与与城市生态态学对城市进行行生态学研研究,仅仅仅运用自自然科学的的原理是不不够的。这这首先因为为城市是人人类社会的的产物,所所以有关关生态学的的研究也必必然涉及社社会科学的的不同领域域。人类往往往不能适适应城市生生活的自然然环境,要要按照自自己的意愿愿,如按按照传统、、政治、经经济状况等等改造城市市。这种改改变常常不不可能不使使城市生态态系统受到到影响,而且是影响到城市市的自然和社会会各个方面面,因此此城市生态态学必然要要运用到自自然科学和和社会科学学两方面研研究领域的的成果与方方法。1城市与与城市生态态学1.2.2城市生态学学研究的流流派城市生态学学的研究起起源于欧美美,然而而北美的城城市生态学学概念和西西欧的城市市生态学概概念并不完完全相同。。西欧的城市市生态学是是由自然科科学家,特特别是植植物学家所所首先创立立,在以以后的研究究中,也也一直基本本保持着自自然科学的的性质。把把非自然科科学亦纳入入城市生态态学研究范范畴的观点点,仅仅仅是在近期期才开始被被德国和其其他一些欧欧洲国家所所接受。1城市与与城市生态态学在北美洲，，城市生态态学植根于于社会科学学。RobertE.Park—芝加哥学派派著名的代表人物之之一,在在1926年就已开始始讲授“城城市生态学学”课程,其内容容是“城市市和社会之之间关系的的多样性””。北美的的城市生态态学概念,从一开开初到现在在,始终终比西欧的的城市生态态学概念具具有更浓烈烈的社会科科学色彩。。特别是在在其发展初初期,纯纯粹属于社社会科学。。1城市与与城市生态态学随着时间的的推移，城城市生态学学概念在西西欧和北美美间开始相相互协调，，逐渐趋于于统一。在在欧洲，城城市生态学学的概念正正在逐渐扩扩展自己的的含义；在在北美,自自然科学学方面的研研究(如气候学、、绿地建设设和城市园园林树木的的意义等),已在有有关的城市市环境规划划中获得了了广泛的应应用。1城市与与城市生态态学1.2.3我国的城市市生态学研研究我国城市生生态学的研研究起步较较晚,但发展很快快。1984年年12月在在上海举行行了“首届届全国城市市生态科学学研讨会””,会议探讨了了城市生态态学的目的的、任务、、研究对象象和方法，，以及在实实际工作中中的作用。。这次会议议标志着中中国城市生生态研究工工作的开始始。以后的的研究首先先将注意力力集中在把把城市生态态理论研究究应用到城城市规划、、建设和管管理实践中中去,主要是对一一些大城市市进行生态态系统工程程方面的研研究。1城市与与城市生态态学1983~1985年间组织织的“天津市城市生态态系统与污污染防治综综合研究””；“北京市城市生态态系统特征征及其环境境规划的研研究”等。。这些研究究为制定城城市总体规规划、城市市经济发展展规划、城城市环境保保护规划和和城市管理理措施等提提供了决策策依据。在城市生态态系统个别别组分的研研究方面，，有江苏植植物研究所所等开展的的南京市“城市空气污染与与某些植物种的关系”的个体生态研究。。此外在北京京以及其它它城市还有有一些有关关城市生态调调控决策支支持系统方面的研究究，目的是是为城市规规划、环境境管理与决决策者提供供信息支持持、方法支支持和知识识支持。1城市与与城市生态态学城市生态学学研究现阶段研究方方向:为使城市发展步入正正常良性循循环轨道,为使日益严重的的城市问题题得到妥善善解决,应该分城市职能类类别开展城市生态的深入研究(以政治文文化、工业企业、风景旅游、交通枢纽、商贸贸金融、港口运输输等各类城城市进行研研究);城市生态的单项基础性性研究(要构构建城市总总体模型,首先应应有单项基基础研究,如有关关城市植被被、植物区区系、动物区系、水文文、气候、土壤等以及有关城城市交通、人口居住、环境美化化方面的研研究);城市生态环环境管理及规划研究2生态学有关概念与原理理2.1生态平衡及及其反馈调调节机制生态平衡(ecologicalequilibrium)—指生态系统统的一种相相对稳定状状态。当处处于这一状状态时,生生态系统统内生物之之间和生物物与环境之之间相互高高度适应,种群结结构和数量量比例长久久保持相对对稳定,生生产与消消费和分解解之间相互互协调,系系统能量量和物质的的输入与输输出之间接接近平衡。。生态系统统平衡是一一种动态平平衡,因因为能量流流动和物质质循环仍在在不间断地地进行,生生物个体体也在不断断地进行更更新。2生态态学学有关关概念念与与原原理理负反反馈馈机制制(negativefeedbackmechanism)生态态系系统统的的平平衡衡靠靠负负反反馈馈机机制制维维持持。。生生态态系系统统中中的的反反馈馈现现象象十十分分复复杂杂,既既表表现现在在生生物物组组分分与与环环境境之之间间,也也表表现现于于生生物物各各组组分分之之间间及及结结构构与与功功能能之之间间,其其中中起起主主要要作作用用的的是是能能够够使使系系统统达达到到和和保保持持平平衡衡或或稳稳态态的的负负反反馈馈机机制制。。负负反反馈馈是是指指系系统统或或其其中中某某成成分分因因一一系系统统输输入入而而在在输输出出上上产产生生一一响响应应变变化化趋趋势势,该该响响应应变变化化又又反反过过来来作作用用于于导导致致产产生生该该响响应应变变化化的的系系统统输输入入,使使该该输输入入受受到到抑抑制制从从而而衰衰减减之之(见见下下页页图图示示)。。生态态系系统稳稳态态生态态系系统统负负反反馈馈环环作作用用示示意意图图输入向偏离向偏离向调整向调整输出兔的食物增加兔数量减减少兔因饥饿死亡兔吃少量植物植物增加加兔数量增增加兔吃大量植物植物减少少兔与植物物种群之之间的负负反馈环环兔数量减减少兔吃少量植物兔因饥饿死亡兔的食物增加植物减少少植物增加加兔数量增增加兔吃大量植物狼数量下下降狼数量增增加狼因饥饿死亡狼的食物增多狼吃少量的兔狼吃较多的兔狼、兔、、植物种种群之间间的双重重负反馈馈环2生态学有关概念与原原理当自然生生态系统统处于平平衡状态态时,生生物种种类通常常较多,结构构复杂,食物物链网错错综,对对外界界的干扰扰有较强强的抵御御能力,功能能发挥亦亦较稳定定。有人人称此为为多样性——稳定性性学说。此此时系统统内各物物种通过过竞争和和生态适适应,占占据各各自独特特的生态态位,彼彼此协协调相处处,对对环境资资源的利利用较为为充分;同时时复杂的的食物网网结构使使能量和和物质可可通过多多种途径径流动,一个个环节或或途径发发生了损损伤或中中断,可可以由由其他方方面的调调节所抵抵消或得得到缓冲冲,从从而使整整个系统统不易受受到致命命伤害。。2生态学有关概念与原原理然而生态态系统的的稳定性(stability)至少包含含两方面面的涵义义(其他他有持久性persistence等):抵抗力(resistance)—系统抵御御外界干干扰使自自身不致致受到伤伤害的缓缓冲能力力,抵抵抗力越越强则系系统越不不容易出出现伤害害或崩溃溃现象。。恢复力(resilience)—当系统遭遭到外界界干扰致致使系统统受损后后迅速修修复还原原自己的的能力,恢复复力越强强则系统统恢复(restoration)到正常的的时间越越短。两者难以以兼得,恢复复力强则则抵抗力力弱,反反之亦亦然(见见下二页页图)。。生态系统统总稳定定性(抵抵抗力与与恢复力力)关系系示意图图生态系统统功能时间间干扰抵抗力的的量度：：当一次次干扰的的强度和和作用时时间一定定时，此此区域的的面积越越大(轨轨迹偏离离正常范范围越晚晚和幅度度越小)，生态态系统的的抵抗力力越强功能轨迹迹曲线正常作用用范围生态系统统总稳定定性(抵抵抗力与与恢复力力)关系系示意图图生态系统统功能时间间干扰恢复力的的量度：：当一次次干扰的的强度和和作用时时间一定定时，此此区域的的面积越越大(轨轨迹回复复到正常常范围越越早)，，生态系系统的恢恢复力越越强功能轨迹迹曲线正常作用用范围2生态学有关概念与原原理生态平衡衡失调与与生态危危机现实中生生态系统统常受到到外界的的干扰,但干干扰造成成的损坏坏一般都都可通过过负反馈馈机制的的自我调调节作用用使系统统得到修修复,维维持其其稳定与与平衡。。不过生生态系统统的调节节能力是是有一定定限度的的。当外外界干扰扰压力很很大,使使系统统的变化化超出其其自我调调节能力力限度即即生态阈限限(ecologicalthreshold)时,系系统的自自我调节节能力随随之丧失失。此时时,系系统结构构遭到破破坏,功功能受受阻,整整个系系统受到到严重伤伤害乃至至崩溃,此即即生态平平衡失调调。2生态学有关概念与原原理严重的生生态平衡衡失调,从而而威胁到到人类的的生存时时,称称为生态危机机(ecologicalcrisis)—由于人类类盲目的的生产和和生活活活动而导导致的局局部甚至至整个生生物圈结结构和功功能的失失调。生态平衡衡失调起起初往往往不易被被人们觉觉察,如如果一一旦出现现生态危危机就很很难在短短期内恢恢复平衡衡。因此此,人人类应该该正确处处理人与与自然的的关系,在发发展生产产,提提高生活活水平的的同时,注意意保持生生态系统统结构和和功能的的稳定与与平衡,实现现人类社社会的可可持续发发展(sustainabledevelopment)。2生态学有关概念与原原理2.2生态学的的一般规规律这里仅着着重对生生态学的的一般规规律进行行简要概概括。生生态学所所提示或或遵循的的下述一一般规律律,对对搞好城城市生态态环境保保护,发发展工工业生产产,保保障居民民生活等等均有指指导意义义。相互依存存与相互互制约规规律反映生物物间及生生物与环环境间的的协调关关系,主主要是是普遍的依依存与制制约关系系,亦称“物物相相关”和“相生相相克”规规律2生态学有关概念与原原理生态系统统中的(同种或或异种)生物间间,不不同生态态系统间间,甚甚至生态态系统中中的生物物与环境境之间,均存存在相互互依存和和相互制制约的关关系,亦亦可以以说彼此此影响。。这种影影响有些些是直接接的,有有些是是间接的的,有有些是立立即表现现出来的的,有有些需滞滞后一段段时间才才显现出出来。一一言以蔽蔽之,生生物之之间和生生态系统统间的相相互依存存与制约约关系,是普普遍存在在的。2生态学学有关概念与与原理理因此,在在城市市建设设和城城市居居民生生活中中,特特别别是在在需要要排放放污染染、倾倾倒废废物、、喷洒洒药品品、采采伐、、开山山、筑筑路、、修建建大型型给水水工程程及其其它建建设项项目时时,务务必必注意意调查查研究究,摸摸清清自然然界诸诸事物物之间间的相相互关关系,对对与某某生产产活动动有关关的其其它事事物也也加以以通盘盘的考考虑,包包括考考虑此此种活活动可可能会会产生生的影影响(短期期的和和长期期的、、明显显的和和潜在在的),从从而而做到到统筹筹兼顾顾,全全面面安排排。2生态学学有关概念与与原理理物质循循环与与再生生规律律生态系系统中中,生生物物借助助能量量的不不停流流动,一一方面面不断断地从从自然然界摄摄取物物质并并合成成新的的物质质,另另一一方面面又随随时分分解为为原来来的简简单物物质,即即所谓谓“再再生””,重重新新被系系统中中的生生产者者植物物所吸吸收利利用,进进行着着不停停顿的的物质质循环环。因因此要要严格格防止止有毒毒物质质进入入生态态系统统,以以免免有毒毒物质质经过过生物物放大大作用用和多多次循循环后后富集集到危危及人人类的的程度度。2生态学学有关概念与与原理理至于流流经生生态系系统中中的能能量,通通常只只能通通过系系统一一次,当当能量量经食食物链链转移移时,每每经过过一个个营养养级,就就有大大部分分能量量转化化为热热散失失掉,无无法加加以回回收利利用。。因此此,为为了了充分分利用用能量量,必必须须设计计出能能量利利用率率高的的系统统。如如城市市垃圾圾的处处理,从从最初初的填填埋法法到后后来的的焚化化法再再进一一步到到堆肥肥制取取沼气气法,便便体现现了人人类逐逐步掌掌握生生态学学的循循环与与再生生规律律,并并应应用于于实践践的过过程。。特别别是后后者,既既能较较彻底底地消消除污污染,又又能充充分回回收垃垃圾中中含有有的物物质养养分(有机机肥料料)和和有用用能量量(沼沼气),是是较较有前前途的的城市市垃圾圾处理理方法法。2生态学有关概念与原原理物质输入入输出的的动态平平衡规律律物质输入入输出的的平衡规规律,又又称协调稳定定规律,涉涉及到到生态系系统中生生物与环环境两个个方面。。生态系系统中生生物与环环境之间间的输入入与输出出,是是相互对对立的关关系,当当生物物体进行行输入时时,环环境必然然