第十講人工生態(tài)系統(tǒng)

1、第十章第十章 人工生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng) 人類出現(xiàn)在地球上后，為了自身的生存，就開始了 對(duì)自然環(huán)境的改造。通過人類的創(chuàng)造性活動(dòng)，現(xiàn)在的地 球環(huán)境中，除了自然生態(tài)系統(tǒng)，還有人類創(chuàng)造的人工生 態(tài)系統(tǒng)。這就是一萬年前左右開始的農(nóng)業(yè)革命，創(chuàng)造的 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；以及兩百年前開始的工業(yè)革命，創(chuàng)造的 近代城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 1.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的成分與結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的成分與結(jié)構(gòu) 農(nóng)民在桑林茂密的園林內(nèi)建造兩層樓房，樓上住 人，樓下是養(yǎng)蠶“工廠”，旁邊是池塘。池塘上有水 上廁所，糞便以及養(yǎng)蠶工廠的廢料蠶沙和蠶渣， 供作養(yǎng)魚的飼料，而塘泥則是植物的肥料，從而構(gòu)成 一個(gè)完

2、整的小型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。 2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其評(píng)價(jià) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者農(nóng)作物，初級(jí)消費(fèi)者 家畜、家禽都是人工創(chuàng)造的。作為綠色植物的農(nóng)作物， 其光能轉(zhuǎn)換率比野生植物光能轉(zhuǎn)移率要高，有的可達(dá) 1.3。在現(xiàn)代的生態(tài)農(nóng)場中，使太陽能變?yōu)樯锬艿?轉(zhuǎn)換率，最高的可比野生植物乃至農(nóng)作物高出412倍。 另一方面，由于除了人類以外，只有初級(jí)消費(fèi)者：家畜、 家禽，所以，食物鏈很短。包括人類在內(nèi)，食物鏈營養(yǎng) 級(jí)只有2-3級(jí)，因此，光能的利用率較高。農(nóng)業(yè)生態(tài)系 統(tǒng)是完全由人類控制其功能而發(fā)揮作用的，盡管它仍然 受著其它自然因素的影響。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造以來，在人類的發(fā)展過程中 起著重

3、大作用。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)以前，地球上全 部自然生態(tài)系統(tǒng)的總生產(chǎn)量大約只能維持一千萬人一千萬人 口的生存口的生存。自從有了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，人類的食物供 應(yīng)有了保障，維持的人口數(shù)，從一萬年前的數(shù)百萬 直到今天的數(shù)十億。直到今天，人類的食物供應(yīng)， 仍然是仰賴于一萬年以前創(chuàng)造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是基本上符合生態(tài)學(xué)規(guī)律的。它具 有類似自然生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，而又比自然生態(tài)系 統(tǒng)優(yōu)越，因而，人類創(chuàng)造的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)基本上是成 功的。但是，由于人口增長的壓力，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的 負(fù)載過重，因而，對(duì)地球環(huán)境中的土圈，也造成了局 部的破壞。表現(xiàn)在對(duì)土壤過分耕種，造成土壤損耗。 古代我國黃河流域的水土流失、北非

4、大片土地的沙漠 化，就是例證。 當(dāng)然，對(duì)環(huán)境造成的這些局部破壞，不是由于農(nóng)業(yè) 生態(tài)系統(tǒng)本身具有的性質(zhì)造成的，而是“超載”給系 統(tǒng)造成的壓力之結(jié)果。 城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng) 一一 城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn) 二二 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 3生態(tài)城市生態(tài)城市 一、城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)一、城市生態(tài)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn) 1 1 城市生態(tài)系統(tǒng)的概念城市生態(tài)系統(tǒng)的概念 城市生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)是人類通過社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在改造和 適應(yīng)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上建立起來的一種典型的社會(huì)社會(huì) 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)或人工生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)。人是城市 生態(tài)系

5、統(tǒng)中最重要的組成部分，不僅數(shù)量大，而且是 系統(tǒng)的主宰。 擁有1010萬以上萬以上人口，住房、工商業(yè)、行政、文化 娛樂等建筑物占建筑物占5050以上以上面積，具有較為發(fā)達(dá)的交通 線網(wǎng)和車輛來往頻繁的人類集居區(qū)域，即可稱為城市城市 生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)。 年 份全世界發(fā)達(dá)國家發(fā)展中 國家 總?cè)?口 （億） 城市 人口 （%） 人口 數(shù) （億） 城市 人口 （%） 人口 數(shù) （億） 城市 人口 （%） 195025299531616 1980443912693229 2000605014814941 世界城市人口統(tǒng)計(jì)表世界城市人口統(tǒng)計(jì)表 2 2 城市生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)城市生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）城市生態(tài)系統(tǒng)

6、是人工生態(tài)系統(tǒng) 城市及城市生態(tài)系統(tǒng)是通過人的勞動(dòng)和智慧創(chuàng) 造出來的，人工控制與人工作用對(duì)它的存在和發(fā)展起 著決定性的作用。大量的人工設(shè)施疊加于自然環(huán)境之 上，形成了顯著的人工化的特點(diǎn)。 但是人工控制是在自然控制的大背景下起作用 的，必然受到太陽輻射、氣溫、氣候、風(fēng)、水源狀況 等自然因素控制。 （2）城市生態(tài)系統(tǒng)是以人為主體的生態(tài)系統(tǒng) 城市生態(tài)系統(tǒng)中，人口高度集中，其他生物 的種類和數(shù)量都很少。動(dòng)物群落基本上是家養(yǎng)動(dòng) 物群落，其生存除部分受氣候與疾病等的影響外， 基本不受天敵的威脅，而主要受人的支配。人是 城市生態(tài)系統(tǒng)中主要的消費(fèi)者。 家家 養(yǎng)養(yǎng) 動(dòng)動(dòng) 物物 A.自然生態(tài)系統(tǒng)中生物量金字塔；自然

7、生態(tài)系統(tǒng)中生物量金字塔； B.城市生態(tài)系統(tǒng)中生物量的倒金字塔。城市生態(tài)系統(tǒng)中生物量的倒金字塔。 在城市生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者、消費(fèi)者所占的比 例，與其在自然生態(tài)系統(tǒng)中的比例正好相反，是以消 費(fèi)者為主的倒三角形營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。 （3）城市生態(tài)系統(tǒng)的不完整性 a）城市生態(tài)系統(tǒng)缺乏分解者 城市生態(tài)系統(tǒng)缺乏 分解者或者分解者功能微弱。城市生態(tài)系統(tǒng)中的廢棄 物不可能由分解者就地分解，幾乎全部都需輸送到化 糞池、污染處理廠或垃圾處理場由人工設(shè)施進(jìn)行處理。 b）城市生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者發(fā)生變化 城市生態(tài)系 統(tǒng)中的“綠色植物”不僅數(shù)量少，而且作用也發(fā)生了 改變。主要功能成了美化景觀，消除污染和凈化空氣。 城市生態(tài)系統(tǒng)必須靠

8、外部所提供植物產(chǎn)品來滿足城市 生態(tài)系統(tǒng)消費(fèi)者的需求。 (4) 能量和物質(zhì)流量巨大、轉(zhuǎn)換迅速的開放系統(tǒng) 城市中的植物，其主要作用已變?yōu)槊阑h(huán)境、消除污染和凈化空氣。 由于植物產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)?shù)叵M(fèi)者的糧食需要，必須從城市以外輸 入。 需要異地分解廢棄物（污水廠、化糞池、垃圾場等） 因此，大量、高速的輸入輸出流、能量、物質(zhì) 和信息在系統(tǒng)中高度濃集，高速轉(zhuǎn)化。 (5)城市生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性 （1）靠外力才能維持的系統(tǒng) 城市生態(tài)系統(tǒng)不 是一個(gè)自給自足的系統(tǒng)，需要外力才能維持。 （2）城市生態(tài)系統(tǒng)破壞了自然調(diào)節(jié)機(jī)能 城市 生態(tài)系統(tǒng)的高集中性、高強(qiáng)度性以及人為的因素， 產(chǎn)生了城市污染，也出現(xiàn)了熱島效應(yīng)熱島

9、效應(yīng)，逆溫層的產(chǎn) 生及地形的變化等等。這一切破壞了自然調(diào)節(jié)機(jī)能， 加劇了城市生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。 （3）食物鏈的簡化使系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力差 在城市生 態(tài)系統(tǒng)中食物鏈?zhǔn)侵参锶?；植物食草?dòng)物人， 而且作為生產(chǎn)者的植物，絕大多數(shù)都是來自周圍其 他系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)初級(jí)生產(chǎn)者綠色植物的地位和作用 已完全不同于自然生態(tài)系統(tǒng)。 （4）營養(yǎng)關(guān)系出現(xiàn)倒置使系統(tǒng)不穩(wěn)定 城市生態(tài) 系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)關(guān)系形成的金字塔截然 不同，而是一個(gè)倒金字塔的情況，所以不如自然生 態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。 1 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)包括哪些組 成部分或子系統(tǒng)。 它著重反映系統(tǒng)的空間因素及其相互作用，由于 不同專業(yè)的研究

10、角度和出發(fā)點(diǎn)不同，所以城市生態(tài)系 統(tǒng)的劃分也各異。 二二 城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 社會(huì)學(xué)家劃分的城市生態(tài)系統(tǒng) 城市城市 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng) 城市社會(huì) 城市空間 人工環(huán)境 自然環(huán)境 城市居民 城市組織 人口結(jié)構(gòu) 勞動(dòng)結(jié)構(gòu) 智力結(jié)構(gòu) 政治組織、經(jīng)濟(jì)組織 文化組織、群眾組織 家庭組織 人工設(shè)施 （建成區(qū)環(huán)境） 施工環(huán)境 基礎(chǔ)設(shè)施 生產(chǎn)設(shè)施 生活服務(wù)設(shè)施 自然資源 土地、空氣、淡水 食物、能源、原料 地域環(huán)境 地質(zhì)、地貌、氣候 水文、土壤、生物 城市生態(tài)系統(tǒng) 生物系統(tǒng) 城市居民 家養(yǎng)生物 野生生物 非生物系統(tǒng) 環(huán)境生態(tài)學(xué)家提出的城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 非生物系統(tǒng) 人工物質(zhì)系統(tǒng) 住宅

11、與公共建筑物 道路設(shè)施 工廠 交通運(yùn)輸 通訊設(shè)施 市政管網(wǎng)設(shè)施 環(huán)境資源系統(tǒng) 氣域 水域 土地 礦產(chǎn) 能源系統(tǒng) 生物能（食物等） 自然能 化石燃料 城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流可分自然推動(dòng)的物質(zhì)流和 人工推動(dòng)的物質(zhì)流。前者如空氣流動(dòng)、自然水體 流動(dòng)等，可稱作資源流；后者即交通運(yùn)輸?shù)取?城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流包括人口流、勞力流、 智力流、價(jià)值流、貨物流、資源流。 (1)物質(zhì)交流（物質(zhì)流） (2)能流流動(dòng)（能流） 2 2 城市生態(tài)系統(tǒng)的功能城市生態(tài)系統(tǒng)的功能 (3)信息傳遞（信息流） 城市的重要功能之一，就是輸入分散的、無序的 信息，輸出經(jīng)過加工的、集中的、有序的信息。對(duì)于 政治中心、文化中心、科學(xué)中心、商

12、業(yè)中心城市，這 一功能尤其重要。城市的輸出物中，除了物質(zhì)產(chǎn)品和 廢物外，還有精神產(chǎn)品，這就要靠信息流完成。 信息流也是附于物質(zhì)流中的，報(bào)紙、廣告、電臺(tái)和收音機(jī)、電視臺(tái) 和電視機(jī)、書刊、信件、電話、照片等等都是信息的載體。人的各種活動(dòng)， 如集會(huì)、交談、講課、表演等等，也在交流信息。信息的流量反映了城市 的發(fā)展水平和現(xiàn)代化程度。 能流、物質(zhì)流和信息流，最能體現(xiàn)城市的特 點(diǎn)、職能、發(fā)展水平和趨勢，反映城市的要求、 活動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)環(huán)境的影響等。目前世界各大城市 的能流、物流強(qiáng)度均處于極高狀態(tài)，這必然對(duì)環(huán) 境產(chǎn)生不可低估的影響。 三三 生態(tài)城市生態(tài)城市 城市化是人類社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的必然趨勢。 隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)

13、的飛速發(fā)展，城市的數(shù)量猛增，而 且城市規(guī)模變大，不僅出現(xiàn)上千萬人口的大都市， 而且還向城市群、城市帶以及國際性大都市發(fā)展。 城市化發(fā)展過快，規(guī)模過大，人類活動(dòng)對(duì)自然界 的影響強(qiáng)度和范圍都要增加，產(chǎn)生的環(huán)境污染、 資源匱乏、交通擁塞等等城市環(huán)境問題也將更為 嚴(yán)重。 城市的一角城市的一角 沙 塵 天 氣 是 我 國 近 年 來 城 市 環(huán) 境 的 首 要 敵 人 ， 破 壞 力 極 大。 生活在大城市還有多少幸福感？”這樣的討論已經(jīng)成了北京、上 海等大城市的熱門話題。如今，交通擁堵、環(huán)境污染、入托難、 就醫(yī)難等諸多問題已經(jīng)嚴(yán)重困擾城市居民的生活。 這些不盡如人意的表現(xiàn)有一個(gè)簡單的名字：城市病，指的

14、是人口 過于向大城市集中而引發(fā)的一系列社會(huì)問題。 中國的城市化已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，而且 這種快速增長勢頭將持續(xù)較長時(shí)期。中國城市要么 按照美國汽車高速公路城市蔓延石油 社會(huì)的模式去發(fā)展經(jīng)濟(jì)，重蹈美國破壞世界環(huán)境的 覆轍，要么就必須利用這個(gè)人類歷史的重要時(shí)機(jī)， 面對(duì)汽車時(shí)代固有的毛病挑戰(zhàn)，選擇一條可持續(xù)發(fā) 展的新路生態(tài)城市的道路。 目前，國內(nèi)外許多城市把生態(tài)城市作為城市發(fā) 展的目標(biāo)，如國外的法蘭克福市、羅馬市、莫斯科 市、華盛頓市、悉尼市等，再如國內(nèi)的大連、廈門、 杭州、蘇州、威海、揚(yáng)州等。 說大連是浪漫的，一說大連是浪漫的，一 點(diǎn)也不假。寬廣的廣點(diǎn)也不假。寬廣的廣 場很多，且每一個(gè)廣場很多，

15、且每一個(gè)廣 場都是經(jīng)過精心的設(shè)場都是經(jīng)過精心的設(shè) 計(jì)和策劃的，主題很計(jì)和策劃的，主題很 清晰，每一棵樹、每清晰，每一棵樹、每 塊綠草地，都看得出塊綠草地，都看得出 設(shè)計(jì)者的良苦用心！設(shè)計(jì)者的良苦用心！ 大大 連連 生態(tài)城市的概念 目前國內(nèi)最權(quán)威并進(jìn)入百科全書和許多教科書 的定義是：按生態(tài)學(xué)原理建立起來的一類社會(huì)、經(jīng) 濟(jì)、自然協(xié)調(diào)發(fā)展，物質(zhì)、能量、信息高效利用， 生態(tài)良性循環(huán)的人類聚居地。 生態(tài)城市必然是一個(gè)綠化非常好的城市，而綠 化非常好的城市不一定是生態(tài)城市。 下面對(duì)生態(tài)城市作進(jìn)一步描繪： （a）市民素質(zhì)高 （b）天藍(lán)地綠水清 （c）資源高度利用 （d）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 （e）城市規(guī)劃科學(xué) 弗萊

16、堡城馬路邊的生態(tài)墻 日本的地球中心客房部建造生態(tài)屋頂 來給底樓大廳降溫 城市樓房的立體綠化很有助于改善局部環(huán)境質(zhì)量 弗萊堡居民區(qū)鋪設(shè)的透雨水路面 2004年10月27日，在韓國首都漢城，環(huán)保主義者戴著防 毒面具騎自行車游行。環(huán)保主義者們旨在用這種方式提醒人 們?yōu)榱藴p輕大氣污染多使用公共交通工具，少開私家車。 馬路兩邊的多層植被有利于改善城市 空氣質(zhì)量 生態(tài)城市弗萊堡中隨處可見天然植被 人工生態(tài)系統(tǒng)展望人工生態(tài)系統(tǒng)展望 1 生態(tài)農(nóng)業(yè)新村 北京留民營北京留民營，該村家家 戶戶建有太陽灶和沼氣池，基 本上解決了生活用能；養(yǎng)殖家 畜、家禽蓋有“二層樓”， “二層樓”的上層養(yǎng)雞、養(yǎng)兔， 下層養(yǎng)豬，雞、兔

17、的糞通過隔 板進(jìn)到豬圈，可以做豬的一部 分飼料；豬糞和廁所的糞便流 入沼氣池，加上青草和農(nóng)作物 桿發(fā)酵產(chǎn)生沼氣獲得生物能， 沼氣池渣和沼氣水是種菜、種 草的肥料，菜葉和草又可以喂 雞、養(yǎng)兔。 馬雅農(nóng)場的廢物循環(huán)途徑馬雅農(nóng)場的廢物循環(huán)途徑 菲律賓的馬雅農(nóng)場也是一個(gè)較完善的人工生態(tài)系統(tǒng)， 一個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)單位。它由莊稼地、豬場、牛場、飼料加 工廠、沼氣廠以及其他農(nóng)牧產(chǎn)品加工廠、污泥處理池和 養(yǎng)魚池等組成。 2未來的城市未來的城市 為了盡可能保持原有的自然生態(tài)系統(tǒng)，有人對(duì)未來的城市提 出下列一些設(shè)想，如： （1）懸式城市：即于兩端建造巨型鐵塔，其間的鋼索下懸吊樓房 和道路等，城市底下是郁郁蔥蔥的綠地。

18、（2）樹狀城市：建造樹狀鐵塔，樓房造于各“樹”的“分枝”上， 各“樹”間用鋼索滑車進(jìn)行交通，“樹”下一片蔥綠。 （3）階梯城：城中樓房高矮不一，并把一幢樓的樓頂造成是另外 一幢樓的花園，或果園，或農(nóng)田。研究表明，綠色植物保護(hù)了 建筑的屋頂，吸收了灰塵，排除了氧，是出色的保護(hù)層，也是 極好的保暖層。 這些設(shè)想的主要意義在于防止人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)破壞自然 的環(huán)境，使城市生態(tài)系統(tǒng)與原有的自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合起來，在 不違反自然客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用并改造環(huán)境。 工業(yè)工業(yè)農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)能源生產(chǎn)相結(jié)合的城市框圖能源生產(chǎn)相結(jié)合的城市框圖 建立工業(yè)、農(nóng)業(yè)和能源生產(chǎn)相結(jié)合的新型城市，做到農(nóng)村現(xiàn) 代化、城市田園化、農(nóng)業(yè)工廠化和工廠園林化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)廢棄物 的閉路循環(huán)，最佳地