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  • 优地网:研究|国土空间规划视角下的城市生态系统
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  • 原标题:优地网:研究|国土空间规划视角下的城市生态系统

    编者注:本文以城市生态系统为主题,着重论述了环境与城市发展之间的相互关系。在城市生态系统的论述中,着重阐释了系统的结构、功能、流态与运行,最后针对人类所居住的城市环境着重解析了其特征与效应、容量与质量,以及城市环境影响评价的要点和意义等。

     

    生态系统

     

    生态系统是指由生物群落与无机环境构成的统一整体。生态系统的范围可大可小,相互交错。最大的生态系统是生物圈,地球上有生命存在的地方均属生物圈,生物的生命活动促进了能量流动和物质循环,并引起生物的生命活动发生变化。生物要从环境中取得必需的能量和物质,就得适应环境,环境发生了变化,又反过来推动生物的适应性发生变化,这种反作用促进了整个生物界持续不断的变化。而人类只是生物圈中的一员,主要生活在以城乡为主的人工生态系统中。

     

    生态系统是开放系统,是一定空间内生物和非生物成分通过物质循环、能量流动和信息交换而相互作用和依存所构成的生态功能单位。许多物质在生态系统中不断循环,其中碳循环与全球气候变化密切相关。

     

    城市作为一种人口高度集中、 物质和能量高度密集的生态系统,一方面极大地推动了人类经济和社会的发展,同时也对城市及其周围的自然环境产生了不利的影响,甚至殃及整个生物圈的结构和功能。因此, 研究城市生态系统的结构和功能特点,对于协调人与自然的关系,实现人类经济和社会的永续发展,具有非常重要的意义。

     

    城市生态系统的特点

     

    城市生态系统是城市居民与周围生物和非生物环境相互作用而形成的一类具有一定功能的网络结构,也是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起来的特殊的人工生态系统,由自然系统、经济系统和社会系统复合而成。

     

    城市中的自然系统包括城市居民赖以生存的基本物质环境,如能源、淡水、土地、动物、植物、微生物、阳光、空气等。经济系统包括生产分配、流通和消费的各个环节。社会系统主要表现为人与人之间、个人与集体之间以及集体与集体之间的相互关系。这三大系统之间通过高度密集的物质流、能量流和信息流相互联系,其中人类的管理和决策起着决定性的调控作用。因此,与自然生态系统相比,城市生态系统具有以下特点:

     

    第一,城市生态系统是人类起主导作用的人工生态系统。城市中的一切设施都是人制造的,人类活动对城市生态系统的发展起着重要的支配作用,具有一定的可塑性和调控性。与自然生态系统相比,城市生态系统的生产者绿色植物的量很少,消费者主要是人类,而不是野生动物,分解者微生物的活动受到抑制,分解功能不强。因此,城市生态系统的演化是由自然规律和人类影响叠加形成的。

     

    第二,城市生态系统是物质和能量的流通量大、运转快、高度开放的生态系统。城市中人口密集,城市居民所需要的绝大部分食物要从其他生态系统人为地输入城市中的工业、建筑业、交通等也必须大量从外界输入物质和能量。城市生产和生活产生大量的废弃物,其中有害气体必然会飘散到城市以外的空间,污水和固体废弃物绝大部分不能靠城市中自然系统的净化能力自然净化和分解,如果不及时进行人工处理,就会造成环境污染。由此可见,城市生态系统不论在能量上还是在物质上,都是一个高度开放的生态系统。这种高度的开放性又导致它对其他生态系统具有高度的依赖性,同时会对其他生态系统产生强烈的干扰。

     

    第三,城市生态系统是不完整的生态系统。城市自我稳定性差,自然系统的自动调节能力弱,容易出现环境污染等问题。城市生态系统的营养结构简单,对环境污染的自动净化能力远远不如自然生态系统。城市的环境污染包括大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染等。按照现代生态学观点,城市也具有自然生态系统的某些特征,具有某种相对稳定的生态功能和生态过程。尽管城市生态系统在生态系统组成的比例和作用方面发生了很大变化,但城市生态系统内仍有植物和动物,如果城市生态系统得以正常进行,必须与周围的自然生态系统发生着各种联系。

     

    第四,城市生态系统的人为性、开放性和不完整性决定了它的脆弱性。在自然生态系统中,能量的最终来源是太阳能,在物质方面则可以通过生物地球化学循环而达到自给自足。城市生态系统则不同,它所需求的大部分能量和物质都需要从其他生态系统(如:农田生态系统、森林生态系统、草原生态系统湖泊生态系统、海洋生态系统)人为地输入。同时城市中人类在生产活动和日常生活中所产生的大量废物,由于不能完全在本系统内分解和再利用,必须输送到其他生态系统中去。由此可见城市生态系统也是非常脆弱的生态系统。由于城市生态系统需要从其他生态系统中输入大量的物质和能量,同时又将大量废物排放到其他生态系统中去,它就必然会对其他生态系统造成强大的冲击和干扰,最终影响到城市自身的生存和发展。

     

    城市生态系统的运行

     

    (一)结构

     

    城市生态系统的结构在很大程度上不同于自然生态系统,是因为除了自然系统本身的结构外,还有以人类为主体的社会、经济等方面的结构。在对城市生态系统结构研究的过程中,常常根据其系统特色划分不同领域,包括经济结构、物质循环、经济实体构成等众多方面;针对城市社会子系统的结构研究涉及及年龄结构、 性别结构、职业结构、素质结构、社会关系等众多方面;针对城市自然子系统的结构研究涉及物种构成、物种分布、食物链网等方面,从城市物质空间系统出发又涉及空间类型、空间组织结构等。这些子系统的结构关系相互作用、相互制约,通过各种复杂的网络联系为一个独特的整体。

     

    (二)功能

     

    1.生产功能

     

    人工生态系统的生产分为生物生产和非生物生产两种类型。生物生产是指在该生态系统中的所有生物(包括人、动物、植物、微生物)从体外环境吸收物质、能源,并将其转化为自身内能和体内有机组成部分,以及繁衍后代、增加种群数量的过程。非生物生产是人工生态系统所特有的,它指人类利用各种资源生产人类社会所需的各种事物,不仅包括衣食住行所需物质产品的生产,还包括各种艺术、文化、精神财富的创造。城市生态系统具有强大的生产力。并以非生物性生产为主导。

     

    2.能量流动

     

    城市生态系统的能量流动与自然生态系统所不同之处集中在来源和传播机制两方面。在能量来源方面,与自然生态系统绝大部分依赖太阳辐射不同。城市生态系统的能量来源趋于多样化,有太阳能、地热能、原子能、潮汐能等多种类型。在能量传播机制方面,自然生态系统的能量传递是自发地寓于生物体新陈代谢过程之中,而城市生态系统的能量传递大多是通过生物体外的专门渠道完成的,例如输电线路、输油与供气的管网等。城市中大量的能量流转是非生物性的流动与转化,消耗在人类制造的各种机械运转的过程中,而且主要受人工控制。

     

    3.物质循环

     

    城市生态系统的物质循环主要指各项资源、产品、货物、 人口、资金等在城市各个区域、系统、 部门之间以及城市外部之间反复作用的过程。城市生态系统中的物质有两大来源:第一是自然来源, 包括各种环境要素,例如空气流、水流、自然的植被等;其次是人工来源,各种人类活动产生或无意排出的,以及从城市之外输入的物质,例如食品、原材料、废物等。

     

    4.信息传播

     

    城市作为以人类为主导的生态系统,其最突出的特点之一是各类信息汇集的焦点。在认识自然和社会发展规律的同时,人类积累和创造着更多信息,这些信息因为城市是人口密集、生产密集、生活集中的场所而汇集和储存于城市。处理各类信息是城市的重要功能之一,城市是信息处理的重要基地,也是高水平信息处理人才汇集的重要场所。城市生态系统信息传播具有总量巨大、信息构成复杂、通过各类传递媒介进行传递并依赖辅助设施进行处理和储存、在信息传递和处理过程中存在大量信息歧义现象等特点。

     

    (三)流态

     

    城市生态系统功能的发挥是靠系统中连续不断和密集的物质流、能量流、信息流、人口流和资金流等生态流来实现和维持的,正是这些生态流以物质循环、能量流动和信息传递的运动方式和过程,实现了城市的支持、生产、消费和还原功能,因此这些生态流是城市生态系统的功能过程和动态表现。

     

    (四)运行结构

     

    城市生态系统的各要素是组成系统的基础,是系统运行结构的基本功能单元,称为生态元。各生态元之间通过相互联系、相互作用,行使着支持、生产消费和还原的功能,形成了一个完整的系统。城市生态系统的生态元之间的连接,构成了一种链状的运行结构,链与链之间又耦合成为网状结构,最后由链与网、网与网之间相互作用耦合成为具有一定时间性的复杂的立体网络结构。因此城市生态系统的运行结构是由“元一链一网”耦合而成的复杂运行体系。链状运行结构是城市生态系统各生态元的直接耦合,体现着系统内各生态元之间的物质流动、能量转化和信息传递等关系,它是城市生态系统运行的基础。城市生态系统网络结构是人工网和自然网的结合,是由城市物理网络、经济网络、社会网络等构成的,是一种多维的立体的网络体系。

     

    后记

     

    在全球范围来讲,城市生态系统的研究由来已久。不过,我们国家在整体的城市规划系统理论研究较外国有一定的滞后性。期间还走过弯路,犯过错误。也正是这种背景下,才有了诸如“海绵城市”、“与洪水为伍”等相关伪学术观点哗众取宠的乱象出现。

     

    新时代需要有新气象,国土空间规划背景下,新时代的城市生态的相关研究,应该更具综合性和特别指向性。

    原标题:优地网:研究|国土空间规划视角下的城市生态系统

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