第五章-城市生態(tài)系統(tǒng)分析

第五章城市生態(tài)系統(tǒng)分析城市生態(tài)系統(tǒng)主要問題城市生態(tài)空間研究方法城市生態(tài)系統(tǒng)綜合評價第一節(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)主要問題1、自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞2、土地占用和土壤變化3、氣候變化和大氣污染4、用水短缺和水污染5、人口密集與綠地奇缺6、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)問題嚴重

城市生態(tài)系統(tǒng)問題的實質(zhì)是生活在城市中的人類與其生存環(huán)境之間的關系產(chǎn)生了不平衡。這種不平衡的最明顯的特征就是城市人類生存環(huán)境質(zhì)量的下降以及這種環(huán)境質(zhì)量下降引起了城市人類生存危機。突出問題一、自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞

城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展變化是伴隨著城市化的進程而發(fā)展變化的，城市化在全世界范圍內(nèi)尤其是在發(fā)達國家已經(jīng)達到了一個相當高的水平。城市化的發(fā)展不可避免地在一定程度上影響了自然生態(tài)環(huán)境。

一方面，城市化確實使人類為自身創(chuàng)造了方便、舒適的生活條件，滿足了自己的生存、享受和發(fā)展上的需要。

另一方面也應看到，城市化造成的自然生態(tài)環(huán)境絕對面積的減少并使之在很大區(qū)域內(nèi)發(fā)生了質(zhì)的變化和消失，這種變化對城市居民起著更為本質(zhì)的作用。自然生態(tài)的破壞引發(fā)了一系列城市環(huán)境問題，如熱島效應、生活方式的改變等。

另外，人類在享受現(xiàn)代文明的同時，卻抑制了綠色植物、動物和其他生物的生存發(fā)展，改變著它們之間長期形成的相互關系。人類將自己圈在了自身創(chuàng)造的人工化的城市里而與自然生態(tài)環(huán)境隔離開來。

二、土地占用和土壤變化

（一）城市土地占用

城市占用土地從比例上看并不算大，全世界城市占地不到1%，其中歐洲達到3%，美國和加拿大0.8%，亞洲、拉丁美洲以及前蘇聯(lián)、東歐國家均在0.4%左右，非洲和大洋洲只占0.2%。但是隨著各國城市區(qū)域的擴大，所占面積越來越大，增加速度也日益加快。特別是發(fā)展中國家，近些年來，城市面積增大很快。（二）城市的土壤變化1、地下水位下降與地面沉降

隨著城市建筑物密度增大和大規(guī)模排水系統(tǒng)以及其他地下建筑的增加，在很大程度上阻止了雨水向土壤中的滲透，使得城市地下水位下降。特別是在建筑物密度最高，并建有地下城市的大城市中心地區(qū)最為嚴重。加之壓力加大，使得土壤孔隙變小，儲水能力不斷下降。與此同時，土壤通氣性變差，不利于植物的正常生長。另外，人們過量抽取地下水，也加劇了城市地下水位的下降。隨著地下水位的大幅度下降，不僅使抽水地區(qū)的地面作垂直方向的沉降，而且沉降范圍也向四周地區(qū)擴展，出現(xiàn)了地下水“漏斗”。這一切，會導致房屋破壞、地下管線扭折破裂而發(fā)生漏水、漏電、漏氣等事故，對城市生活有著很大的影響。2、城市廢物污染

工業(yè)城市中的垃圾不能像過去農(nóng)村中的植物殘體、動物遺體、排泄物以及人糞尿那樣，重回到土地中去。城市中各種廢物的數(shù)量及其成分，不僅無法全部用以增加土地的肥力，而且成為城市及社會的一大問題。我國歷年垃圾的堆存量已高達64.4×108t，占地5.6×104hm2，有200多座城市陷入垃圾包圍之中。我國城市垃圾的無害化處理率僅為2.3%，97%以上的城市生活垃圾只能運往城郊長年露天堆放。在我國的垃圾中，有機物占36%，無機物占56%，其他占8%，其中無機物的主要成份是煤灰和殘土。在垃圾中危害最大是要數(shù)“白色垃圾”這類垃圾很難自然分解，會進一步造成地下水和空氣的污染。三、氣候變化和大氣污染

城市大氣環(huán)境質(zhì)量直接關系到城市居民的身體健康和生產(chǎn)能力的發(fā)揮。由于城市人口密集、工業(yè)和交通發(fā)達，從而消耗大量的石化燃料，并產(chǎn)生煙塵和各種有害氣體，以致于城市內(nèi)污染源過于集中，污染量大而又復雜，加上特殊的城市氣候，往往造成城市大氣環(huán)境的污染狀況更為復雜和嚴重。1、城市氣候變化

城市中除了大氣環(huán)流、地理經(jīng)緯度、大的地形地貌等自然條件基本不變外，城市氣候在氣溫、濕度、云霧狀況、降水量、風速等等都發(fā)生了變化。城市的氣候現(xiàn)象對于城市大氣污染物質(zhì)的擴散規(guī)律及污染物質(zhì)間的復合作用都有一定影響。（1）城市熱島效應

是指城市氣溫高于郊區(qū)的現(xiàn)象，其強度以城市平均氣溫與郊區(qū)平均氣溫之差來表示。一般大城市年平均氣溫比郊區(qū)高0.5～1℃。冬季平均最低氣溫約高1～2℃，城市中心區(qū)氣溫通常比郊區(qū)高2～3℃，最大可相差5℃。熱島效應雖然加強城市與郊區(qū)的空氣交換，但也在一定程度上使污染物不易向更大范圍擴散，并把城區(qū)邊緣工業(yè)區(qū)的污染物匯集到中心區(qū)，往往在城市上空形成污染物幕罩，久久不能散去，使城區(qū)大氣質(zhì)量惡化。

形成城市熱島效應的主要原因：①耗能散熱量大；②下墊面吸熱導熱好、保水性差；③風速小、熱量不易擴散；④城市大氣污染使得吸收較多的紅外輻射而升溫。（2）城市風

城市內(nèi)的高大形體建筑物及街道都能造成氣流在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生渦流。城市局部風速的一般規(guī)律是高大建筑物背風區(qū)風速下降，并在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生渦流。風速減弱和局部渦流不利于污染物的擴散，甚至停滯在渦流區(qū)內(nèi)，加劇污染。此外，城市內(nèi)建筑物鱗次櫛比，參差不齊，使城市底層風向多變，街道建筑物旁側(cè)都可以產(chǎn)生各種各樣的局部環(huán)流。城市街道走向、寬窄及街區(qū)的綠化狀況也都影響城市風。城市熱島效應也能影響城市風，構(gòu)成城市環(huán)流。（3）大氣濕度及其他氣候因素

城市的水泥瀝青路面及屋頂改變了地表的性質(zhì)，使城區(qū)雨水的地表徑流提前形成，徑流量加大，城市也影響徑流洪峰和滯后時間。同時，城市的熱島效應使城區(qū)大氣溫度升高，但可供蒸發(fā)蒸騰的水量又遠遠小于郊區(qū)，因而城區(qū)的大氣干燥。由于城區(qū)污染源量大面廣，使城區(qū)大氣中的顆粒物、CO2、SO2、NOx等濃度增加，城市易出現(xiàn)多霧和云覆蓋增加的情況，因而使太陽輻射減少，降雨量會增加，這些對環(huán)境和人體健康都有很多不利的影響。2、城市大氣污染城市特殊的氣候條件和人類活動造成城市大氣極易出現(xiàn)污染的情況。城市污染在污染源、污染物等方面有其特有性質(zhì)。

（1）城市大氣污染源

城市大氣污染源按污染物的排放方式可分為點源、線源和面源三種：

①點源

指工業(yè)和民用集中供熱鍋爐煙囪和各種工業(yè)的集中排氣裝置。②線源

主要指機動車密集的交通干線及兩側(cè)，由于車輛行駛排出的廢氣形成的污染現(xiàn)象。③面源

指城市內(nèi)居民生活用的散燒爐灶和分散的工業(yè)排氣裝置。（2）城市大氣污染物

城市大氣污染物主要由工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和生活能源利用所產(chǎn)生，主要有煙塵、SO2、NOx、HC、CO等。由于城市大氣污染源繁雜而密集，所排出的污染物質(zhì)相互影響，相互作用的可能性很大，容易產(chǎn)生多種有害污染物的協(xié)同作用和二次污染物的反應.3、我國的城市大氣污染我國城市空氣質(zhì)量總體上仍處于較重的污染水平，燃煤是形成城市大氣污染的主要原因，主要污染物為塵和二氧化硫。城市大氣污染冬、春季較重，夏、秋季較輕。北方城市煙塵污染較重，南方城市二氧化硫污染較重?？傮w上看，北方城市重于南方城市。部分大、中城市出現(xiàn)煤煙與機動車尾氣混合型污染，一些城市細粒子污染問題突出。

據(jù)2001年環(huán)境公報，全國城市質(zhì)量滿足國家二級標準、三級標準和劣于三級標準的城市比例各占三分之一；南方地區(qū)酸雨污染較重，酸雨控制區(qū)內(nèi)90%以上的城市出現(xiàn)了酸雨。監(jiān)測的341個城市中，114個城市達到或優(yōu)于國家空氣質(zhì)量二級標準，占統(tǒng)計城市數(shù)的33.4%。其中?？?、三亞、肇慶等10個城市空氣質(zhì)量達到一級標準。114個城市空氣質(zhì)量為三級，占統(tǒng)計城市數(shù)的33.4%。113個城市空氣質(zhì)量劣于三級，占統(tǒng)計城市數(shù)的33.2%。顆粒物仍是影響我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物，64.1%的城市顆粒物年均濃度超過國家空氣質(zhì)量二級標準。其中101個城市顆粒物年均濃度超過三級標準，占統(tǒng)計城市數(shù)的29.2%。顆粒物濃度高的城市主要分布在新疆、青海、甘肅、山西、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、河北等省區(qū)。四、用水短缺和水污染

1、用水短缺水是城市存在的基本條件，但世界上很多城市都遇到水資源緊缺問題，城市供水問題當前在世界范圍內(nèi)已成為一個特別尖銳突出的制約性問題。城市居民人均日需水量約為200～800L左右，工業(yè)用水是生活用水的2～4倍，加上市政與農(nóng)業(yè)用水，粗略估算一個50萬人口的城市每天需水量100～200萬m3。這樣大量的水，一般自然供水很難解決。城市的淡水資源主要受地區(qū)降水量和地表江河過境徑流量影響。隨著城市經(jīng)濟的不斷增長和人口的增加，人們大量抽取地下水，從而給城市水體和城市生態(tài)系統(tǒng)帶來諸多不良影響：①城市水資源日益短缺。②導致城市地下水位逐年往下降，出現(xiàn)大面積的漏斗區(qū)。③引起地面下沉。

海洋97.41%2.59%冰帽和冰河1.984%地下水0.592%生物體0.0001%冰流0.0001%大氣中的水蒸氣0.001%土壤含水0.005%水資源分布全球總貯水量估計為13.9億立方千米其中淡水總量僅為0.36億立方干米除冰川和冰帽外，可利用的淡水總量不足世界總貯水量的1%2、城市水污染在發(fā)達國家中，城市的水污染主要是工業(yè)排放的廢水，約占城市廢水總量的3/4，其中以金屬原材料、化工、造紙等行業(yè)的廢水污染最為嚴重。主要污染物是氨氮，其次是耗氧有機物和揮發(fā)酚。生活污水、工業(yè)廢渣、礦業(yè)開采也對水體造成了一定程度的污染。城市中的工業(yè)廢水和生活污水，未經(jīng)處理或處理不夠，都通過下水道系統(tǒng)流入江河湖海，有的甚至直接流入，形成了各種水污染，這不只是對城市人口造成損害，還會對農(nóng)村的生活和生產(chǎn)也帶來不良影響。

（1）地表水

據(jù)國家水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測，流經(jīng)城市的河流都存在著岸邊污染帶，局部水體污染嚴重，72％的納污河段各項污染物的平均值有不同程度的超標。河流的城市段污染，小河流重于大河流，北方城市重于南方城市。（2）地下水據(jù)2001年環(huán)境公報，全國186個主要地下水水位監(jiān)測城市和地區(qū)中，有63個城市和地區(qū)地下水水位有所回升，回升區(qū)所占比例為34%，比上年增加近10%；但地下水水位總的發(fā)展趨勢仍以下降為主，下降區(qū)比例高達62%。全國大部分城市和地區(qū)地下水水質(zhì)總體較好，局部受到一定程度的點狀或面狀污染，部分指標超標，主要污染指標有礦化度、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、氟化物、pH值等。北方城市地下水污染重于南方城市，超標率高。三氮污染在全國各地區(qū)均較突出，礦化度和總硬度超標主要分布在東北、華北、西北和西南等地區(qū)，鐵和錳超標主要在東北和南方地區(qū)。五、城市噪聲問題1、城市噪聲噪聲污染是我國四大公害之一。尤其是近幾年來，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，交通運輸事業(yè)和娛樂事業(yè)的發(fā)展，城市噪聲污染程度迅速上升，已成為我國環(huán)境污染的重要組成部分之一。城市噪聲源主要由交通、工業(yè)與建筑施工產(chǎn)生。一些國家調(diào)查表明，城市環(huán)境中76%的噪聲是由交通運輸引起的，其中汽車占66%，飛機、火車占9.8%。工業(yè)噪聲約占城市噪聲的10%。建筑施工擾民現(xiàn)象不容忽視，因為它雖是臨時的、間歇的，但所用的攪拌機、推土機、打樁機、震蕩器可產(chǎn)生80～100dB(A)（等效A聲級）的噪聲。2、我國城市聲環(huán)境概況據(jù)2001年環(huán)境公報，我國對273個城市進行了道路交通噪聲監(jiān)測，比上年增加了59個城市。其中9.5%的城市污染嚴重，16.5%的城市屬中度污染，48.7%的城市屬輕度污染，25.3%的城市道路交通聲環(huán)境質(zhì)量較好。在一些大城市中，城市電磁波污染也日益引人注目。干擾臺、廣播和電視臺、雷達站、高頻熱合機、火花塞等都是電磁波污染源。僅以高頻熱合機為例，2000年將增加到13萬臺，電磁波輻射污染也將加重。據(jù)一些大城市的調(diào)查，長期暴露在電磁波輻射污染環(huán)境中的居民，已開始出現(xiàn)頭暈、脫發(fā)等現(xiàn)象。六、人口密集與綠地奇缺1、人口密集人口密集是城市尤其是一些大城市、特大城市的普遍現(xiàn)象。據(jù)有關資料，國外42個大城市人口平均密度為每平方公里7918人，其中高于這個值的有14個城市。我國1990年為26.2%，而1998年則上升為30.4%。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及戶籍制度的改革，城鎮(zhèn)人口還會進一步增加。預計到2025年我國城市人口比例將達到58%，2050年則達到70%左右。2、綠地缺乏

聯(lián)合國規(guī)定的城市人均綠地標準為50～60㎡，達到或超過這一標準的城市為數(shù)不多。我國規(guī)定的人均綠地標準是7～11㎡，而1993年，我國重要城市的人均綠地面積平均值為4.2㎡，與聯(lián)合國的標準相差甚遠。近幾年來，我國城市綠地面積雖有所提高，但由于急功近利，多種植草皮，其生態(tài)效益不如樹木，這也是新的問題。七、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)問題嚴重鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)問題及其對城市生態(tài)系統(tǒng)的沖擊是我國社會經(jīng)濟發(fā)展過程中的特殊問題。應注意問題：①廠區(qū)和居民區(qū)不分②建廠時并未考慮廢水、廢物處理設施的建設③大中城市工廠對鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的污染轉(zhuǎn)嫁第二節(jié)

城市生態(tài)空間研究方法一、城鎮(zhèn)生態(tài)空間概念與內(nèi)涵生態(tài)空間的三種研究觀點：1、空間效應觀點，強調(diào)生態(tài)空間是一種生物要素與環(huán)境要素相互作用與活動變化的舞臺，表現(xiàn)出一定的空間形態(tài)和運動規(guī)律，代表理論英美學派（Clements）、威斯康星學派（J.T.Curtis）、生態(tài)演替論（Tansley）；2、空間功能觀點，強調(diào)生態(tài)空間是一種抽象空間，它與特定的環(huán)境相結(jié)合，構(gòu)成生物可利用的”資源”，其基本理論是生態(tài)位研究，如一般生態(tài)位研究（Grinnell），擴展生態(tài)位研究（馬世駿）；3、空間行為觀點：將生物自身的空間活動作為研究主體，力圖解釋生態(tài)空間異質(zhì)性的動因，如芝加哥學派（J.E.Parker），空間引力場論（Edwards）等。

城市生態(tài)空間的研究對象從類型上分有空間個體、空間種群和空間群落三個部分。1、空間個體側(cè)重研究生態(tài)空間單體的形態(tài)、類型特征、地理分布及空間適應性，如建筑類型學（L.Krier）、住屋形式（A.Rapport）等；2、空間種群指同種空間類型組成的復合體、其在群體水平上表現(xiàn)出一些特征，如密度、多樣性、數(shù)量動態(tài)等，主要研究工作如中心地理論、居住區(qū)域住宅群等；3、空間群落主要研究不同空間種群復合形成的整體結(jié)構(gòu)、空間鏈與網(wǎng)、演替進化特性等，如城鄉(xiāng)景觀交錯帶（牛文元）CBD結(jié)構(gòu)形（M.Howood）。城市生態(tài)空間從從空間尺度層次上分有建筑群體、城市、城鎮(zhèn)群體和城鎮(zhèn)群系等城鎮(zhèn)生態(tài)空間研究的一般假設

結(jié)構(gòu)性假設：城市生態(tài)空間形態(tài)的形成是空間對環(huán)境條件適應和自組織的結(jié)果，各種干擾因素（如戰(zhàn)爭、自然演變、規(guī)劃控制等）是促成各種空間結(jié)構(gòu)形成和變異的重要因素，空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與空間受干擾程度成反比。

耦合性假設：城市空間的動態(tài)變化過程是一個耦合機制作用的過程，包括時間、空間耦合，空間-經(jīng)濟-人三位一體耦合等。量子化假設:城鎮(zhèn)生態(tài)空間發(fā)展過程中同時呈現(xiàn)連續(xù)性和離散性特征，城市生態(tài)空間的發(fā)展是以量子化方式一份一份進行，從而使空間發(fā)展呈現(xiàn)出態(tài)的疊加現(xiàn)象。城鎮(zhèn)生態(tài)空間研究的基本原理1、結(jié)構(gòu)和功能原理：城鎮(zhèn)空間可以看作是巨大的鑲嵌體，其結(jié)構(gòu)在某些尺度范圍內(nèi)具有相似性，決定空間結(jié)構(gòu)形成的基本元素是空間功能；2、空間多樣性原理：高空間多樣性提高了空間發(fā)展的潛力，其與空間異質(zhì)性緊密相關，高空間異質(zhì)性提高了多空間并存的可能性；3、空間流動原理：由于不同空間位勢的差異，造成空間類型的轉(zhuǎn)移和擴散，對空間異質(zhì)性有著重要的影響；4、空間變化原理：城市生態(tài)空間的水平結(jié)構(gòu)將空間類型、人口、鑲嵌體、走廊等范圍形狀和結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，由于干擾的不斷介入和各空間單元的變化速率不等，一個完全均質(zhì)的空間永遠達不到；5、空間穩(wěn)定性原理：城鎮(zhèn)空間的穩(wěn)定性起因于其對干擾的抗性和干擾后復原的能力。每個單元都有自己的穩(wěn)定度，因而區(qū)域總的穩(wěn)定性反映其內(nèi)部類型的比例。二、城鎮(zhèn)生態(tài)空間研究方法城鎮(zhèn)生態(tài)空間的基本研究方向包括空間生態(tài)位分析、空間干擾分析、空間特性分析等。1、空間生態(tài)位分析基于Grinell的生態(tài)位理論和擴展生態(tài)位、城市生態(tài)位等的研究，城市生態(tài)位于景觀生態(tài)位關系密切，城市生態(tài)位分為生產(chǎn)生態(tài)位和生活生態(tài)位；2、城鎮(zhèn)空間干擾分為自然干擾、隨機性煩擾、規(guī)律性干擾、瞬時干擾和長期干擾、，局部干擾和全局干擾等，城鎮(zhèn)生態(tài)空間景觀是由環(huán)境基質(zhì)和干擾體系共同作用的結(jié)果；3、空間特性分析主要從研究城鎮(zhèn)生態(tài)位空間異質(zhì)性、時空耦合性和空間進化發(fā)展的基本機制，從空間現(xiàn)象、過程和關系方面入手。1.空間形態(tài)：首先分析城鎮(zhèn)空間的結(jié)構(gòu)單元，即決定城鎮(zhèn)空間形態(tài)的基本要素，包括生活型、層片、中心、邊界、優(yōu)勢型和網(wǎng)絡。(各概念）?？臻g形態(tài)的分析涉及到集中與分散指數(shù)、梯度指數(shù)和空間多樣性指數(shù)等形態(tài)分析指數(shù)。2.空間狀態(tài)：城市生態(tài)空間最基本的狀態(tài)是集聚與分散運動，可分為空間溢出效應（空間密度的變化情況，在空間上的顯著特征是距離衰減率，通常用擴散限制模型和動力學集團凝聚模型來描述）、空間規(guī)模效應（不同類型空間隨距離變化的效應不同，可分為可達性制約型、土地制約型、中間制約型和均勻制約型）和空間分化效應（應用因子生態(tài)法進行分析）。

3.空間動態(tài)：實質(zhì)是溢出效應、規(guī)模效應和分化效應沿時間軸的綜合作用結(jié)果。

4.空間進態(tài)：空間發(fā)展和進化的過程，表現(xiàn)出有序與無序統(tǒng)一、確定與隨機統(tǒng)一、相似與非相似統(tǒng)一以及穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性統(tǒng)一的基本特性。第三節(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)綜合評價一、城市生態(tài)系統(tǒng)評價基本內(nèi)容城市生態(tài)系統(tǒng)評價工作立足于對城市經(jīng)濟發(fā)展-社會活動-環(huán)境保護交互作用的關系深入研究的基礎上，運用系統(tǒng)方法，找出制約城市發(fā)展中的主要環(huán)境問題，解釋和評價城市經(jīng)濟社會系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和城市在利用環(huán)境資源方面出現(xiàn)的問題；分析經(jīng)濟活動與城市生態(tài)環(huán)境承載力的關系，尋求調(diào)節(jié)城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境、區(qū)域人口合理規(guī)模、經(jīng)濟開發(fā)強度與環(huán)境效應等關系的途徑

1、城市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價：全面對城市自然本底、功能本底和包括大氣、土壤、植被、地址、地貌等環(huán)境本底狀