城市生态系统稳态机制及环境规划

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：生态系统的稳定性取决于引起产量波动的干扰强度和持续时间。生态系统的稳定性机制包括内源稳定机制和外源调控机制两个方面。人工生态系统和自然生态系统的稳定机制既有相似性又有特异性。但人工生态系统往往作为经济和自然再生产交织的产物具有明显特别的稳定性机制。在生态系统中，生态位重叠是相当普遍的。E最大值为1，表示各生态因子占据的生态位呈均匀分布状况，生态位重叠，即资源位上的种最多。

1.生态系统稳态结构

稳态结构是指生态系统处于生态平衡状态时的功能结构，即生态系统对任何外来干扰和压力，均能产生相应的反应，借以保持系统各组分之间的相对平衡关系，以及整个系统结构、功能的大体稳定状态，使整个系统得以延续存在下去。

它表现为：在一定时间内，系统各组分在数量上基本保持稳定；系统结构（包括环境结构、物种结构、空间结构、时间结构和营养结构）处于相对稳定状态；系统功能（即能量流动、物质循环、价值转换、信息传递）保持正常运行，系统生产力相对恒定。例如，一个处于稳态结构的森林生态系统，在一定时间内植物、动物的数量基本稳定，各个种群占据一定的生态位，生物之间营养关系协调，若某种动物或植物在数量上发生变化，就可能导致系统稳态结构的破坏。像我国的赤松林中生活的松毛虫和松干蚧，这两类害虫曾一度大量增殖和蔓延，结果大片赤松死去，赤松林的乔木层没有了，而栖息在乔木层中的鸟类、松鼠等也因为没有食物和栖息之地而走掉或死去，以鸟类、松鼠为食的猛禽数量也锐减，林下植物的种类和数量也发生了改变。由此可见，生态系统各组分之间是相互联系、相互依赖、相互制约的，其数量上的基本稳定是生态系统稳定性的保证。

2.生态系统的稳定性机制

生态系统的稳定性是指当周围环境正常波动和系统循环产生微小的干扰作用时，生态系统的生物种群通过自我反馈作用，经过一段时间后使之恢复原状的能力。生态系统的稳定性取决于引起产量波动的干扰强度和持续时间。当干扰作用一定时，其稳定性程度取决于干扰的时间模式，即扰动是频繁的还是偶然的，如是否为经营者所预料或经营者是否对干扰有所准备；干扰的发生是有规律的还是无规律的；干扰是突发性的还是积累性的；干扰时间短还是长等。生态系统的稳定性包括两个组分量，其一是产量对干扰的灵敏度，一般而言，灵敏度低，稳定性就高；其二是干扰后的生态重建及生产恢复速度。

生态系统的稳定性机制包括内源稳定机制和外源调控机制两个方面。

1）内源稳定机制

内源稳定机制是生态系统自我调节、自我维持和自我发展的能力。它由系统结构的整体性、物种的多样性、生态因子的替代补偿性及生态位的均质性构成。生态系统的内源稳定性反映了系统内部的自我调节功能和系统抵御外界扰动的能力，是特定生态系统的属性之一，是系统结构和功能相互作用的结果。人工生态系统和自然生态系统的稳定机制既有相似性又有特异性。特定的生态系统是从具有特定的气候、土壤条件、生物生产能力和稳定结构的自然生态系统中“继承”下来的。但人工生态系统往往作为经济和自然再生产交织的产物具有明显特别的稳定性机制。这些稳定机制包括以下四种。

（1）整体性机制。整体性是指生态系统组成结构的完整性，整体性机制即是说，一个稳定的生态系统，必须包括比例适当的生产者、消费者和分解者组分，相对平衡的输出与输入。缺少组分或长期输出大于输入，必然导致系统不稳定。如水土流失造成土壤微生物群系减少，分解者贫乏；只有产品输出，没有相应的物质和能量的输入，就会导致系统产量的下降，更谈不上稳定发展。

（2）多样性机制。前面已介绍了生物多样性的概念，这里的多样性则是指生态系统的组分的多少，生物种群结合的繁简，食物链的长短，食物网的复杂程度，能量转化、物质循环的途径多少等。一般而言，凡是组成成分多、生物种群结构复杂、食物链长并连成网，能量转化、物质循环途径多的生态系统，其抵御外界扰动的能力强，稳定性好。许多研究表明，多样性意味着稳定性，即群落结构愈复杂愈稳定。人们通常用丰富度、均匀度和优势度来表述生态系统的多样性特性。

（3）替代性机制。生态因子的替代补偿性规律是生态学规律之一。产生替代补偿性有两方面的重要因素，其一是生态因子的生态位重叠，其二是系统不同层次结构之间能流、物流、价值流和信息流的双向反馈。在生态系统中，生态位重叠是相当普遍的。如同一害虫可被几种不同的天敌捕食；不同类型植物生长在一起可起相似的减缓土壤侵蚀和某一营养成分耗竭的作用；林网、灌网以及水平梯田均可防止水土流失；农田防护林既可防风固沙又可调节小气候等。(www.chuimin.cn)

（4）生态位均质性机制。生态位均质性是指生态系统中各种生态因子在时间和空间上的相对分布程度。通常用相对均质性指数E表示。

E=（H/Hmax）×100%

式中：H为多样性指数；Hmax为最大多样性指数。随E值的增大，资源位上种的多样性越大。E最大值为1，表示各生态因子占据的生态位呈均匀分布状况，生态位重叠，即资源位上的种最多。一般来说，各生态因子占据的生态位越饱和，即生态位重叠程度越高，E值越大，意味着资源利用率越高。

2）外源调控机制

外源调控机制是指人们利用等衡调控原理，即最大概率乘积定理，在一定技术条件或投入限量下，力求使生态系统的各个子系统功能均衡地发展到一定水平，以便使系统功能最佳。人工生态系统与自然生态系统相比，具有明显的确定性、层次性、可控性和人为因素的制约性等特点。人类控制的成功与否直接关系到人工生态系统的功能好坏和稳定状况。如掠夺性生产不注重用养结合和伐育结合，经济政策大起大落等，往往使人工生态系统趋于不稳定状态。外源调控就是根据系统的目标函数、限定条件以及内源稳定机制，建立优化模式，使系统内部各子系统，以及子系统的各种组分合理配置、合理布局；在优化基础上进行子系统等衡调控，使系统有效地发挥功能。由于人工投入是离散型的，因此，要根据系统变化做瞬时静态分析，多次分析，多次调节，保证系统各因子在等衡的有效阈限内波动。实践证明，在优化系统的基础上，等衡调控是保证人工生态系统稳定发展的必要条件。它可避免形成跛足经济，避免资源偏态匮乏；有助于节约人工投资，提高投资效益，促进人工生态系统稳定持续发展。

3.城市生态系统的稳态机制

相对于自然生态系统而言，城市生态系统由于长期受到较强烈的人为干扰，系统的组分中人工构筑物和其他人工组分的比重很大，从而大大地削弱了自然生态系统所具有的各种稳态机制，使城市生态系统表现出更加明显的脆弱性。

另一方面，城市生态系统中由于大幅度的人为因素介入，人类对城市生态系统结构和功能的稳定，在一定程度上也起着积极作用。当强烈的非人为因素的外界干扰到来时，通过社会经济系统的调控措施介入，在一定程度上可以减轻对城市生态系统的伤害，从而促进城市生态系统的稳定发展。

城市生态系统的稳定性与持续性实际上是两个不同的指标，在不同的城市生态系统中也具有不同的表现。通常，系统的结构越合理，系统的自我调节机制越丰富，对外界干扰的抵抗能力就越强，就能表现出较高的稳定性和持续性。人为的调控措施就是要维持城市生态系统的持续稳定发展。

城市生态系统稳态机制及环境规划

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