城市生态系统结构理论

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：1）城市人群是城市生态系统的主导因素社会化的城市人群是城市生态系统的构成主体，也是城市生态系统的主导因素。城市生态系统的气候因子特化——热岛效应。2）城市生态分区城市生

1.城市生态系统的结构特点

城市生态系统是一个以人为中心的，社会、经济与自然三个亚系统构成的复合型人工生态系统，因此，城市生态系统的组成结构包括社会亚系统、经济亚系统和自然亚系统。

1）城市人群是城市生态系统的主导因素

社会化的城市人群是城市生态系统的构成主体，也是城市生态系统的主导因素。城市生态系统的结构是否合理，涉及城市居民的物质生活、精神生活等方面的合理安排，以满足城市居民的就业、居住、交通、供应、文娱、医药、教育、休闲及生活环境等方面的要求为目标，来实施城市建设和调控。城市社会系统、经济系统和自然系统均表现为向城市人群提供物质、能量和信息，同时城市人群为社会系统提供管理决策和信息，为经济系统提供劳动力和智力，向自然系统排放各种生产和生活废弃物，使城市生态系统表现为以人为中心和主体，人群在城市生态系统中起着主导作用。

2）经济因素是城市存在和发展的基础

经济是城市建设的基础性要素，城市生态系统的存在和发展都必须依赖于城市的经济实力、经济发展速度和发展潜力。经济状况直接影响城市工业企业、商业企业、交通运输、通信条件、公益设施、文化教育设施等的发展和建设，决定着城市居民的消费水平和消费结构，还影响城市生态环境的改善与环境污染的治理等，从而制约着城市的发展和城市的规模。

城市经济亚系统以资源为核心，涉及生产、分配、流通与消费的各个环节，涵盖工业、农业、交通、运输、贸易、金融、建筑、通信等方面，以物质从分散到集中的高度运转、能量从低质向高质的高强度集聚、信息从低序向高序的连续积累为特征。

经济亚系统由生产子系统、消费子系统和流通子系统三部分组成，各部分的比例因城市而异，主要取决于城市的性质和功能。

3）自然因素是城市生态系统的资源环境背景

淡水资源、土地资源、矿产资源和能源等自然资源是城市得以维持的物质基础，也是城市人群生存的前提条件。城市所在地段的环境状况是城市实体的一个重要方面，也是城市生态系统生态合理性的一个重要指标。

城市自然亚系统由城市所具有的物质、能量和信息等因素构成，包括城市居民赖以生存的淡水、空气、土壤、生物、矿藏和自然景观等物质环境，也包括太阳光能、风能、热能等能量环境，还包括各种自然信息，它们作为城市生态系统的资源环境背景，制约着城市的发展和规模，也影响着城市生态系统的生态环境状况及其对污染物的缓冲、净化能力。

4）社会因素决定着城市的有序运转

城市人群的数量与人口素质，以及城市的各种社会化功能组织，通过城市管理部门和职能部门的管理与协调，维持着城市的有序、高效运转。对于现代城市而言，无论是物质、能量，还是城市人群，都处于一种高度密集状态，如果没有有效的管理协调机构，势必导致城市的紊乱，因而现代城市在很大程度上完全依赖于城市社会管理机构，来维持城市的稳定协调发展。

城市人群的数量和结构，劳动力的数量和劳动者素质，城市科学技术水平和文化教育条件，都是城市生态系统的构成因素，也是城市发展的动力。

城市发展规划，城市管理的方针、政策和法律法规，城市文化品位和宗教信仰，城市职能部门的工作方法和服务意识等，作为城市发展和运转的软环境，也是城市生态系统高效运转的重要因素。

5）城市周围的城郊和乡村腹地是城市生态系统的依托和支撑条件

城市市区与其周围的城郊和乡村有着十分密切的关系，城市为其周围的城郊和乡村提供工业产品和交通运输、文化教育、金融商贸、通信娱乐、信息等服务，城郊和乡村则为城市提供食品和原材料，彼此之间有着广泛的能量、物质、信息交流，形成了相互依赖、相互补充的关系。

城市人群的迅速增加，依赖于乡村人口向城市转移；城市产业的发展，依赖于乡村的劳务输出和周围地区的原材料供应；城市的横向扩展，依赖于周围乡村地区的土地资源；城市的生产和生活活动所产生的废物，也以周围地区作为排放和扩散场所，使城郊和乡村成为城市生态系统的依托。

2.城市生态系统的平面结构

1）城市生态系统平面结构的一般特征

（1）总体趋势表现为从市中心开始向四周辐射的同心圆式结构。人类活动对环境的影响强度从城市外围向城市中心不断增加，从而使城市生态系统形成从市中心开始向四周扩散的同心圆式的水平结构。城市生态系统的这种辐射结构，使人口密度、建筑密度、污染物浓度，以及其他各种形式的物质、能量和信息都表现为沿市中心向四周逐渐降低，而城市植被和野生动物则呈现相反的渐变趋势。

（2）具有一定的带状分布结构。在城市生态系统中，无论是居民、生物还是人工构筑物，都表现有一定的沿穿过城市的河流两侧的带状分布，以及沿主要道路两侧的带状分布，从而形成交错的“街道”。沿河的带状分布，得益于城市形成的早期，由于交通和交流的需要，人们在河流的下游或河流的交汇处水流相对平缓的地段聚居，为航运提供服务，形成物质集散地，逐步发展为小城镇。小城镇居民基于取水方便的考虑，往往将住宅临河而建，从而逐步演化成这种带状分布，这也正是许多古城和小镇呈条形结构的重要原因。随着城镇的发展，临河建宅受到限制，基于地面交通方便的考虑，人们将房舍沿主要道路修建，从而逐步形成了沿道路的带状分布结构。随着现代城市的迅速发展，考虑交通、通信、供应等因素，科学地规划城市建设，仍然沿用这种带状结构，使城市得以高效运转。

（3）嵌合型分布现象普遍。城市内的建筑和居民并不是均匀分布的，而是呈现多种形式的嵌合型结构：①院落式嵌合分布普遍存在；②城市绿地点缀城市；③公益设施星罗棋布；④自然景观（如湖泊）成为都市亮点；⑤以污染源为中心的污染物也形成嵌合型分布。

（4）城市生态系统的气候因子特化——热岛效应。城市“热岛效应”是城市气候最明显的特征之一，是指城市气温高于郊区和周围乡村气温的现象。如果以纵坐标表现气温，在横坐标上标出城市、郊区、农村的剖面，用柱形示意建筑物高度，则所画出的温度变化曲线图的基本规律是：由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成“陡壁”，到了城市，温度梯度比较平缓，形成“高原”，到市中心，人口密度和建筑密度最大，建筑物高度也达到最高，从而形成气温的“山峰”。这个曲线形象化地显示出城市温度明显地高于周围的农村地区。

2）城市生态分区(www.chuimin.cn)

城市生态系统的平面结构，具体表现为城市具有不同的用地类型，因此也可以根据城市用地类型来进行城市分区。通常，城市的主要功能分区包括以下几类。

（1）城市中心商业区。中心商业区是商业、金融活动集中的区域，建筑物鳞次栉比，拥有大量标志城市特征的建筑，如市政厅、博物馆、大剧院以及具有纪念意义的建筑物，而且高层建筑比较多；土地利用强度很高，地面80%以上为不透水的沥青、水泥等封闭路面，给水、排水系统全部建于地下；野生动物几乎绝迹，能够看到的大都是人工栽种的花草树木以及少量的家养动物，在路边和缝隙处偶尔有一些耐践踏的一年生植物。

（2）居住区。城市居住区一般比较复杂，尤其是一些历史悠久的大城市。居住区通常又分为几类：传统居住区、多层居住区、高层公寓区、花园住宅区、农村居住区。

（3）文教卫生区。文教卫生区包括文化、教育、卫生、科研以及行政管理机构等相对集中的区域，这些区域人口高度密集，流动人口数量大，对居住环境质量要求较高，一般有成片的专属绿地，道路建设规范，水、电供应和通信设施等较完善。

（4）工业区。工业区指各类工矿企业相对集中的区域，也包括城市污水处理厂、生活垃圾处理场、工业废料堆放场等三废处置场地。在城市建设中，为了减轻工业污染对居民的影响，降低机械设施所产生的噪声对居民生活的干扰，工业区选址应注意与居民区和文教卫生区保持一定的距离，排放同类污染物的企业尽量相对集中，还要考虑便于工业“三废”（废气、废水、废渣）的排放和集中处理。工业区一般建在河流的下游方向，以减少排放的废水对城市居民的影响。

（5）公用设施区。公用设施区指城市中公用设施相对集中的区域。通常包括：①水、电、煤气等的供应场地与设施；②城市消防机构所在地及训练场地；③交通运输企业的所在地与设施；④体育场、休养场地；⑤植物园、动物园、森林公园、自然保护区等；⑥市内公用绿地、闲置备用地、公墓等。

3.城市生态系统的垂直结构

城市生态系统作为一种高度人为干预下的人工生态系统，其垂直结构与自然生态系统具有很大的差异，这主要表现在如下方面。

1）垂直分层主要取决于人工构筑物

自然生态系统的垂直分层，就环境状况而言，主要取决于地质因素，如海拔高度、坡度与坡向等；就生物构成而言，自然生态系统具有明显的生物分层现象，形成复杂的生物群落，从而高强度地利用环境提供的食物营养资源。在城市生态系统中，地质因素造成的垂直分层已成为次要因素，而立交桥、地下通道、地下涵道、高层建筑等人为设施，成为城市生态系统环境因素垂直分层的主要内容。在城市生态系统中，生物种类和数量大幅度减少，生物群落单一化，使生物分层现象减弱；另一方面，城市人群的人居环境和活动范围在垂直梯度上得以大大加强。

2）垂直分层更趋复杂化

在城市生态系统中，小范围内的高强度密集，建筑物鳞次栉比，使城市生态系统的垂直分层更加复杂化，层次更加丰富。无论是地上部分还是地下部分，城市都介入了高强度的人工改造，地面以上的建筑包括铺地层、小型构筑物、单层建筑、多层建筑、高层建筑和各类桥梁、通信设施、索道等，地面以下则有隧道、涵洞、地下储存室、地下铁路、地下公路、地下通道，甚至还有水下建筑，大大地丰富了城市生态系统垂直结构的内容。

此外，居于不同层次的人工构筑物，其内部的人居密度不同，设备设施不同，使其室内环境也发生了很大的变化，如热源设备、冷源设备、干燥设备、通风设施等的使用形成了许多特化的局部气候条件，从而形成了城市气候因子垂直分层的不确定性。

3）城市气候因子垂直分层的特化——逆温现象

在大气圈的对流层内，气温的垂直变化的总趋势是随着海拔高度的增加，气温逐渐下降，一般每升高100 m，气温下降0.6℃。事实上，在近地面的低层大气中，气温的垂直变化可能更复杂，垂直递减率可能大于零，也可能等于零或小于零。垂直递减率等于零时气温不随高度而变化，这种气层称为等温气层；垂直递减率小于零时表现为气温随高度增加而增加，这种气层称为逆温气层。

逆温的形成有多种原因，在晴朗无风的夜晚，地面和近地面的大气层强烈冷却降温，而上层空气降温较缓，因而出现上暖下冷的逆温现象，这种逆温称为辐射逆温。地形特征也可使辐射冷却加强，如在盆地和谷地，由于山坡散热快，冷空气沿斜坡下滑，在盆地和谷地内聚积，较暖空气被抬至上层，形成地形逆温。当高空有大规模下沉气流时，在下沉运动终止的高度上可形成下沉逆温，这种逆温多见于副热带气旋区。在两种气团相遇时，暖气团位于冷气团之上，可形成锋面逆温。

城市高层建筑较多，使城区近地面状况发生改变，市内构筑物之间的空气对流减弱，容易发生逆温现象。城市出现逆温现象时，空气污染物难以通过空气对流而扩散，导致城区污染加剧，如伦敦烟雾事件，就是因为冷高压控制下的逆温层像一个锅盖蒙在伦敦上空，使低层大气污染物难以扩散，浓度越来越大，最终使居民SO2中毒。

据刘攸弘等人的研究，广州市全年都可能出现逆温，接地逆温于10—12月频繁出现，悬浮逆温集中于1—4月。接地逆温强度每100 m大于1.0℃时，市内SO2日平均浓度就会超标，可见逆温与大气污染程度的恶化有十分密切的关系。据统计，兰州市一年有310日是逆温，占全年日数的85%。

4.城市生态系统的时间结构

无机环境因子随着地球的自转和公转有着明显的时间变化规律，形成光照、温度、水分、湿度等因子的年节律和日节律；月球与地球的关系也形成像潮汐这类月节律；生物环境因子受其他环境因子的影响，也表现出不同的时相，即不同的物种有其特有的物候期和生长发育周期性变化，这些都是自然生态系统时间结构的表现。

城市生态系统中的城市植被和野生动物，继承了自然生态系统的这种时间结构，使城市外貌也表现出一定的时间配置，即不同时季表现出不同的外貌特征。由于城市生态系统中的生物种类和种群数量大幅度减少，继承于自然生态系统的这种时间结构已被大大削弱。例如，城市的绿化树种大多选用常绿树种，使城市绿化树木的四季交替变得模糊；城市生境长期特化使野生动物减少，难见动物的大规模迁徙。

虽然城市生态系统中气候因子、地质因素、宇宙因素等所引起的时间节律依然存在，但由于城市人工控制环境因素的能力大大提高，这类环境因素对城市生态系统的影响在一定程度上得到了缓解。

总的说来，城市生态系统的时间配置并不像自然生态系统那样明显，在一定程度上实现了时间结构的简单化和趋同化。

城市生态系统结构理论

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