城市生態(tài)完整性和生態(tài)系統(tǒng)功能的保持

城市生態(tài)完整性和生態(tài)系統(tǒng)功能的保持作者：MarinaAlberti引言：城市化區(qū)域的增加與擴大對生態(tài)系統(tǒng)為人類提供重要生態(tài)服務(wù)和供養(yǎng)人類提出了挑戰(zhàn)。城市化生態(tài)領(lǐng)域的學(xué)者提出假說稱城市化控制生態(tài)系統(tǒng)原動力的模式通過復(fù)雜的相互作用和反饋機制鏈接城市的活動和他們的土地覆蓋和環(huán)境變化的空間組織。然而，經(jīng)驗主義關(guān)于城市化模式和生態(tài)系統(tǒng)原動力的潛在過程和機制仍然存在極端限制。在這篇論文中，我將提出城市化模式和生態(tài)系統(tǒng)功能的體系并且討論一種基于經(jīng)驗主義的假說。地址：美國華盛頓大學(xué)相關(guān)作者：Alberti,Marina城市化區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的健康和運轉(zhuǎn)提出了越來越多的挑戰(zhàn)。城市化通過自然景觀的轉(zhuǎn)化，生物過程和棲息地的改變和主要地理循環(huán)和轉(zhuǎn)變影響地球生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。這些改變反過來也影響著生態(tài)系統(tǒng)向人口傳遞重要服務(wù)和支持人類的能力。在過去的三十年當(dāng)中，我們認(rèn)識到許多關(guān)于城市化區(qū)域內(nèi)人類活動和生態(tài)系統(tǒng)功能是相互作用的。然而，經(jīng)驗主義關(guān)于城市化模式和生態(tài)系統(tǒng)原動力的潛在過程和機制仍然存在極端限制。雖然生態(tài)保護傳統(tǒng)地將目標(biāo)指向大數(shù)量的自然區(qū)域，對城市化增長的期望和擴大其范圍包括城市化區(qū)域影響需求。城市面積及區(qū)域在保持生態(tài)系統(tǒng)功能方面將變得越來越重要從而保護當(dāng)?shù)丶叭蛏鷳B(tài)系統(tǒng)。城市面積僅占全球土地面積的1/6，但是集中在大量人口和人類活動的地方，而它們的物理結(jié)構(gòu)也將是城市居民消耗大量資源和排放氣體的一個決定性因素。城市生態(tài)領(lǐng)域的學(xué)者提出家說稱城市化控制生態(tài)系統(tǒng)原動力的模式通過復(fù)雜的相互作用和反饋機制連接城市的活動和他們的土地覆蓋和環(huán)境變化的空間組織。在這篇論文中，我將提出城市化模式和生態(tài)系統(tǒng)功能的體系并且討論一種基于經(jīng)驗主義的假說。功能的機制連接模式地球生態(tài)系統(tǒng)越來越受城市增長的速度和模式影響，而在很大程度上生態(tài)系統(tǒng)也將依賴于我們怎樣使城市區(qū)域可持續(xù)性。我們預(yù)想未來20年的所有人口增長（大約二十億人口）將集中在城市。而在2030年世界城市人口將達到超過60%（四十九億）。這是100年前（十七億人口）全球人口的3倍。城市人口的地理分布并不均勻。發(fā)展中國家城市人口將計劃成倍增長，從2000年的僅二十億到2030年的將近40億。城市人口的很大一部分居住條件十分貧困。根據(jù)聯(lián)合國所記載，2005年超過十億的人口居住在像貧民窟那樣的地區(qū)。（聯(lián)合國2007年）在城市化區(qū)域，人為因素（例如人口，經(jīng)濟，社會和政治和自然因素（例如地形和氣候）支配著人類的生物模式和過程，這些反過來也影響著生態(tài)系統(tǒng)功能而且能產(chǎn)生系統(tǒng)依據(jù)發(fā)展路徑的轉(zhuǎn)移。生態(tài)系統(tǒng)功能支持城市重要的服務(wù)，它們提供純凈的水，隱性碳和過濾污染物質(zhì)，溫和的氣候條件，控制洪災(zāi)，保護土地防止腐蝕和保持生物多樣性。變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)功能反饋到對變化的控制中。城市化區(qū)域有非常巨大的生態(tài)足跡和最大比例的資源利用（例如居民用水和能量使用）和碳排放。城市化影響最初的生產(chǎn)力，營養(yǎng)循環(huán)，水文功能和生態(tài)系統(tǒng)原動力通過在氣候，水文，地貌，生物地球化學(xué)的過程和生物的相互作用方面發(fā)生直接或者微妙的變化。通過直接地連接生態(tài)系統(tǒng)功能的城市模式和過程，這是可能的清晰表達城市化是怎樣影響生態(tài)系統(tǒng)功能和綜合現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)的可檢驗的假說。一些學(xué)者證明了我們知道的城市生態(tài)的各種最初的綜述和城市生態(tài)的論文也正在迅速擴展。這些綜述揭露了城市化模式和聯(lián)系特定機制和相互影響的不確定性研究的不足。城市化市土地轉(zhuǎn)變的主要控制者，城市化區(qū)域的土地發(fā)展和人類活動改變土地覆蓋和水的營養(yǎng)物質(zhì)的可利用性，影響人口，社會和生態(tài)系統(tǒng)的原動力。被城市化的區(qū)域暗示一種不受影響的土地區(qū)域的增長并且影響地貌和水文的進程，因此導(dǎo)致水的沉淀和遷移的變化，與綠化的區(qū)域的排水水池相比，城市盆地儲層孔隙度的總防滲表面10—20%是地表徑流和滯后時間的一倍而且縮短了降水之間的輸入和輸出。他們也將在暴雨中產(chǎn)生更高的洪水排放量。而且，由于溪流的切割模式，被城市化的地區(qū)的水床也將趨向越來越低。不透的表面和城市區(qū)域的不同燃燒過程熱量的產(chǎn)生改變氣候和空氣質(zhì)量。城市熱島效應(yīng)，反過來也作為了大氣污染物的困擾，這是一個顯而易見的無意中氣候變化的例子。但是所需土地流轉(zhuǎn)由于城市化僅是其中的一部分而連接城市化對生態(tài)系統(tǒng)的功能。最重要的是，土地流轉(zhuǎn)發(fā)生在最具生產(chǎn)力的土地或脆弱的土地。使用從數(shù)碼地圖DMSP/OLS衛(wèi)星圖片的夜光足跡或英霍夫等表明大部分城市化發(fā)生在最好的土地上——只有極少量的限制因素。根據(jù)英霍夫等，凈初級生產(chǎn)力的改變由于在美國的城市化是0.04，或是每個城市凈初級生產(chǎn)力值的1.6%.但是城市化對生物群和世界區(qū)域的影響各不相同。據(jù)英霍夫表明城市化可以通過將水帶到貧瘠的區(qū)域和城市熱島增加資源限制區(qū)域的凈初級生產(chǎn)力。但是好處是它不會抵消城市化對凈初級生產(chǎn)力的全部負面影響。此外，世界區(qū)域內(nèi)城市和鄉(xiāng)村人口百分比的分析也發(fā)現(xiàn)城市人口集中在適合耕作的區(qū)域毫無根據(jù)。城市化同樣也影響著生物物理化學(xué)過程通過增加營養(yǎng)物質(zhì)和改變機制控制營養(yǎng)物質(zhì)的來源和下沉的空間和暫時的可變性。在巴爾的摩新近的研究中，phoenix和seattie都表示復(fù)雜的關(guān)系產(chǎn)生獨特的生物地理化學(xué)效果。無論當(dāng)?shù)厣镂锢硌b置和城市的社會經(jīng)濟活動的可變性怎樣，舉例說，在一些人類和自然進程中也會建立明顯的生物地理化學(xué)。一些研究也為城市化對營養(yǎng)物質(zhì)的輸出和保留提供了證據(jù)。城市區(qū)域的營養(yǎng)物質(zhì)來源（點源和非點源）為氮和磷達到城市河流傾倒。建筑的風(fēng)景模式和城市基礎(chǔ)設(shè)施也可改變營養(yǎng)物質(zhì)向風(fēng)景區(qū)輸送的方式。在許多城市，建筑基礎(chǔ)設(shè)施和人工排水系統(tǒng)也會影響?zhàn)B分循環(huán)在釋放養(yǎng)分生產(chǎn)廢水中的應(yīng)用，從暴雨中結(jié)合地表水體溢出系統(tǒng)。停車場，水溝，

貧民區(qū)，降雨排水，排洪水庫，草地都集中著大量的養(yǎng)分。當(dāng)那些發(fā)生時他們將會達到熱點而發(fā)生脫氮作用。CurrentOpinioninEnvironmentalSustainability植被的清理和礦物燃料的排放影響碳的儲存和流失，城市的發(fā)展通過這些影響著碳循環(huán)。影響已發(fā)展的土地碳凈化植被卻能保持這樣的城市功能仍然很不精確。估計美國礦物燃料排放占總的40%在交通和居民區(qū)。家庭的數(shù)量和尺寸影響房屋的拆遷，其金額為清除土地和能量的大小。但是城市的發(fā)展模式也許會成為城市碳影響大小的決定性因素。空間分布的家用和商用房屋拆遷既影響覆蓋的程度又影響城市居民的集中模式。土地覆蓋和利用的變化與城市化影響自然棲息地和生物多樣性相關(guān)聯(lián)，由于城市化導(dǎo)致的自然覆蓋的損失對多樣性的結(jié)構(gòu)和植被的分配，遷移，物種的持久性都有直接或間接的影響。生物多樣性在保護生態(tài)系統(tǒng)功能和城市化中起著關(guān)鍵的作用，與一些熱帶動力學(xué)生物的變化相互作用和影響生存能力和分布的物種相聯(lián)系。這些改變同樣也會對城市化產(chǎn)生的干擾機制所影響，并影響生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系。對人口和人類活動改變地震震級的頻率，自然干擾的強度的高度重視也可引起不可預(yù)知的人類干擾生態(tài)系統(tǒng)。人類活動導(dǎo)致了自然的干擾，長期的壓力，不自然的形狀，或者一種新程度的并發(fā)癥。土地利用除此之外，也可導(dǎo)致自然進程維持多樣性壓迫的模式。城市結(jié)構(gòu)與消費不斷增長的消費水平與鄉(xiāng)村的經(jīng)濟發(fā)展相聯(lián)系，這部分地解釋了生態(tài)對城市化的影響。即使像鄉(xiāng)村發(fā)展增加了它們的資源充足率和降低了它們對生產(chǎn)力的環(huán)境影響，發(fā)達國家比發(fā)展中國家的消費水平要高得多。舉例說，發(fā)達國家的排放量是發(fā)展中國家的10倍，人均土地的擁有也可解釋城市的收入差距，為估計城市土地用確切的不同定義進行了量值假定。城市的物理結(jié)構(gòu)在影響城市居民的生態(tài)系統(tǒng)上起決定性的作用。在控制收入后，一些學(xué)者假想城市的形式，解釋了因城市化而導(dǎo)致資源消費水平與排放量和稠密度。然而，對比城市稠密度是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。而且，城市形式和生態(tài)影響潛在的機制還沒有完全和明確地被證實出來。生態(tài)學(xué)者最初提出假說稱這種變化影響下的生態(tài)系統(tǒng)過程從城市到中心的距離可以預(yù)測。經(jīng)驗主義研究認(rèn)為這些假想具有挑戰(zhàn)性。McDonnell和Pickett關(guān)于紐約城市到鄉(xiāng)村的傾斜提出了一種與預(yù)想相反的模式。城市森林調(diào)落物分解合農(nóng)村森林的硝化作用展示了更快的比率。這些影響將會在城市環(huán)境中得到改善，熱島效應(yīng)和蚯蚓的繁殖均會為城市綠地的假說指導(dǎo)結(jié)果。但是，如何選擇沿著這梯度影響生態(tài)系統(tǒng)的城市發(fā)展模式，大部分關(guān)于城市化對生態(tài)系統(tǒng)的研究對生態(tài)系統(tǒng)的變化用簡單的聚集措施來解決這些系統(tǒng)的城市化進程。我們不知道不同城市的形式，稠密度，土地利用和基礎(chǔ)設(shè)施改變的影響，我們都不知道。例如，如何分散和集中相對于單中心多中心的城市結(jié)構(gòu)與不同影響生態(tài)環(huán)境。我們也不明白生態(tài)權(quán)衡與不同的住房或其他基礎(chǔ)設(shè)施。為了完全合并人類和生態(tài)系統(tǒng)原動力，城市生態(tài)學(xué)者應(yīng)該合并超大平衡的研究及經(jīng)驗主義關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的反饋。我們也需要擴大我們的觀察及實踐范圍來估計對城市化模式改變不同的影響。我們并不完全了解的空間效應(yīng)異質(zhì)性的機制，規(guī)范營養(yǎng)，出口和城市化的景觀保留少得多。關(guān)鍵是我們考察了相互作用的多層次同時強調(diào)和干擾在一個城市到鄉(xiāng)村的梯度，這樣我們就可以發(fā)展未來城市至今的預(yù)測。一個懸而未決的問題涉及城市基礎(chǔ)設(shè)施如何介導(dǎo)的生物地球化學(xué)一個城市化地區(qū)。問題是人類安置的模式怎樣影響生態(tài)系統(tǒng)功能在生態(tài)中日益重要。生態(tài)和社會經(jīng)濟研究嘗試建立城市景觀模式和進程的關(guān)系，他們已經(jīng)在各自的領(lǐng)域展開行動。各種方式結(jié)合復(fù)雜的人類行為和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系并擴展生態(tài)系統(tǒng)功能包括人類和生態(tài)組件的概念。當(dāng)研究城市生態(tài)系統(tǒng)人類和生態(tài)進程之間相互作用時，我們需要考慮許多社會經(jīng)濟和生物物理因素為各級各類同時運行提供重要的反饋機制。這些復(fù)雜的相互作用在封閉的社會經(jīng)濟，生態(tài)系統(tǒng)中引起緊急現(xiàn)象并通過研究的性質(zhì)而引起這些現(xiàn)象。一個研究機構(gòu)理解發(fā)展模式和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系能夠幫助產(chǎn)生一種關(guān)于人類決定和生態(tài)韌性反饋機制的相互影響的理論。在《城市生態(tài)的進步》一書中，我提出過連接城市模式是推進城市生態(tài)研究和發(fā)展策略至關(guān)重要的生態(tài)功能，并將影響降到最低的城市發(fā)展，策略等問題上的決定規(guī)劃城市的成長和投資到公共基礎(chǔ)設(shè)施需要特別的合成復(fù)雜和快速進化的知識及廣泛的學(xué)科。很明顯城市模式和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的相互作用被代理和多層次的機制運行于各種各樣的時間和空間尺度上。我們也調(diào)查了土地利用的密度和城市模式是怎樣影響生態(tài)條件的。舉例說，我們可以了解修改后的地表景觀格局的相互作用在地下水規(guī)模土地利用的河岸帶的局部作用，而且，我們也可確立城市基礎(chǔ)設(shè)施的整個影響與角色。未來的情況是推進研究人——自然系統(tǒng)耦合城市化