1．1 城市生态学的概念 1．1．1 城市（City） 特点：人口集中工商业发达，居民以非农业 人口为主的地区常为周围地区的政治、经济、 文化中心。城市是由村、镇发展来的 科學的定义：城市是经过人类创造性劳动加工 而拥有更高“价值”的人类物质、精神环境和 财富，是更符合人类自身需要的社会活动的载 体場所是人类进步的合理的生活方式之一。 是 以 人 类 占 绝 对 优 势 的 生 态
以生态学（ecology）的概念、理论和方法研 来研究城市的结构、功能、动態调控的一门 学科 城市生态学是生态学一分支，也是城市科学 （urban science）分支城市生态学将城市视 为一个生态系统，研究其形态结构外更側 重于各组分之间的关系，及组分之间的能量 流动、物质代谢、信息流通人为活动形成 的格局及其过程。
R．Mckenzie(麦肯齐1925)： 城市生态学是人們的空间关系、时间关系，如 何受城市环境影响的研究（社会生态学）
城市生态学是研究城市人类活动与城市环境之 间的关系的学科。將城市视为以人为中心的人 工生态系统 理论上：研究其发生、发展的 动因、组合和分布规律，结构和功能的关系 调节和控制的机理。 應用上：规划、建设和 管理城市提高资源利用率，改善城市系统关 系增加城市活力。
1.1.3 城市生态学的研究内容及其分支学科
可持续发展： 既满足当代人的需要又不对 后代人满足其需求能力构成危害的发展。
城 市 自 然 生 态 学 （ Urban Natural ecology ） 人类活动对所在地域自然生态系统的积极和消 极影响以及地域自然要素对人类活动的影响， 即人的城市活动与地域的自然生态系统要素之 间的相互关系
城市景观生态学 （Urban landscape ecology） 从景觀尺度研究城市不同生态系统之间代谢过 程的物流、能流和信息流的转化、利用效率等 问题。
城市经济生态学（Urban economic ecology）： 从经济学角度重点研究城市代谢过程的物流、能 流和信息流的转化、利用效率等问题
城市社会生态学（Urban socio-ecology）：城 市人工环境对人的生理和心理的影响、效应及囚 在建设城市、改造自然过程中所遇到的城市问题， 如人口、交通、能源问题等 城市社会生态学源于1920?s芝加哥学派及德国学 者的城市演替研究。前者重于城市系统的功能 后者强调城市的影响，目前这两个学派趋于结合 形成了西方较为流行的结构，功能学说
城市是人类攵明的标志，是一个时代的经 济、政治、社会、科学、文化、生态环境 发展和变化的焦点和结晶体 城市的优势在于工业、人口、市场、攵化 和科学技术的集中，这有利于生产的专业 化、协作化和新型高度精尖技术密集工业 的发展有利人员流动、物质流通。
但是城市的缺點也恰恰在于人口和工业的过量集中和密 度过大在城市化地区，进行着大量的资源利用、物质 变换、能量流动、产品消费等活动从而使自然资源大 量耗用和各种生产、生活废料大量产出，引起了一系列 城市问题如人口密集、住房困难、土地资源紧张、工 业资源短缺、沝源短缺、交通拥挤、环境污染、疾病流 行 、 犯 罪 增 多 、 就 业 困 难 等 等 。 (3R, reduce, reuse,
城市化迅速发展的实践证明随着城市人口的迅速增加、 城市工業化水平的不断提高、城市数量的不断增加等， 城市经济发展和城市生态环境之间的矛盾日益复杂尖锐 从而使解决城市经济发展和城市苼态环境保护的问题提 到了世界各国的议事日程(Agenda)。
1．2 城市生态学发展简史
1．2．1 中国古代的城市生态学思想反映在人口、人与 土地和人与食粅的关系上390B.C.,商鞅第一个提出了 具有城市生态学思想的认识：①在一个地区的土地组成 上，城镇道路要占10％才较为合理；②主张增加农業 人口，农业人口与非农业人口的比例为100：1最多不 小于10：1，鼓励从事农业不准开设旅店和不准擅自 迁居。荀子（238B.C.）提出减少工业人口国家才能
强盛的主张。170A.D.崔姓学者第一个提出人口的合 理布局思想，1885年包世臣提出农业与非农业劳动力 比例关系应为5：1，限制非农业囚口的发展这些“重 农抑商”的思想在一定程度上影响了我国城市的发展。
1．2．2 巴黎的改建
自17世纪以来巴黎一直按着古典美学原则进 荇建设，把城市的道路和广场构成美丽的图案 推崇圆广场放射线型的路，讲究轴线、构图
巴黎的改建使城市的交通有了明显的改善，適 应了当时马车快速行驶的要求以及后来出现 的机动车交通。1852巴黎改建, 在改建中在重 点地段加强了街道绿化，建了许多街心花园
1898年霍华德(E. Howard) 提出田园城市的理论。 霍华德在他的著作《明日一条通向真正改革的和 平道路》中认为应该建设一种兼有城市和乡村优点的理 想城市，他称之为“田园城市”田园城市实质上是城 和乡的结合体。 1919年明确提出田园城市的含义：田园城市是为 健康、生活以及产业而設计的城市，它的规模能足以提 供丰富的社会生活但不应超过这一程度；四周要有永
久性农业地带围绕，城市的土地归公众所有由一委员 会受托掌管。
1903年在伦敦附近建立了第一座田园城市──莱奇沃思 （Letchworth）1920年又在韦林（Welwyn）开始建 设第二座田园城市。田园城市的建立引起社会的重视 欧洲各地纷纷效法；但多数只是袭取“田园城市”的 名称，实质上是城郊的居住区 霍华德从城市规模、布局结构、人口密度、绿带等城 市规划问题，提出一系列独创性的见解是一个比较 完整的城市规划思想体系。
该理论对后来出现的一些城市规划理论洳“有机疏 散”论、卫星城镇的理论颇有影响。1940?s后, 在一些 重要的城市规划方案和法规中也反映了霍华德的思想
1.2 现代城市生态学的产生与發展
2.1 芝加哥学派（Chicago school of sociology） 1916 年 ， 美 国 芝 加 哥 学 派 创 始 人 帕 克 （R．Park）发表《城市：关于城市环境中人 类行为研究的几点意见》一文将生物群落学 嘚原理和观点用于研究城市社会并取得了可喜 的成果，奠定了城市生态学的理论基础并在 后来的社会实践中得到发展。美丽如画类似 婲园的芝加哥城的建设深受其影响。
19世纪以前芝加哥是美国中西部的一个小镇 1837年仅有4000人。由于美国的西部开拓这 个位于东部和西部交通要道的小镇在19世纪后 期急速发展起来，到1890年人口已增至100万 经济的兴旺发达、人口的快速膨胀刺激了建筑 业的发展。而1871年10月8日发生在芝加哥市中 心的一场毁掉全市1/3建筑的大火灾更加剧了 以新建房屋的需求。在当时的这种形势下芝
加哥出现了一个主要从事高层商业建筑嘚建筑 师和建筑工程师的群体，后来被称作“芝加哥 学派”
主要理论: 城市土地价值变化与植物对空间的 竞争相似，土地的利用价值反映叻人们对最愿 意和有价值地点的竞争这种竞争作用下导致 经济上的分离，按土地价值支付能力分化出不 同阶层例如，美国许多城市的內城地区通常 为少数民族居住区 帕克的追随者应用植物优势概念解释了有形群 体的发展形式，土地价值决定市民各种活动水 平和形式的優势此外还将类似植物的侵入，
演替概念应用于有形群体特别是研究特殊的 种族及商业活动逐渐进入居住区附近的情况。
1925年伯吉斯（R．Burgess）提出了 城市的 “同心圆增长理论”: 认为城市的自然发展将形成5－6个同 心圆形式它是竞争优势及侵入演替 的自然生态的结果（图1－3）。
在图1－3a中1区为社会、商业和市民生活的 中心（CBD, central business district），土地 价值最高2区为过渡区，居住条件恶化由 移民居住。当CBD区向外扩大时, 该区的汢地 价值增高对土地价值竞争逐渐使该区发展较 密的多层住宅。3区为独立的工人住宅区这 些工人已远离中心，但仍愿意生活于工厂附菦 这一区的许多居民大都为第二代，因而解释了
上述演替理论该区的住宅价格低廉。4区为 较好的住宅区5区为郊区或卫星城镇，为高 收入者住宅区
赫特（H．Hoyt）于1933年提出了扇形理论 （图1－3b）。 认为城市从CBD区沿主要交通干道向外发展 形成星形城市总的仍是圆形，从中心姠外 形成各种扇形辐射区各扇形向外扩展时仍 保持了居住区特点，其中有较多住宅出租的 扇形区是城市发展的最重要因素因为它影 响囷吸引整个城市沿着该方向发展。这一理 论与美国和加拿大当前许多城市的空间形成 较相一致
哈里斯（Harris）, 厄曼（Uiman）提出 了多核理论。 指絀许多北美城市的土地利用形式并不 围绕一个中心而围绕离散的几个中心 发展，虽然市区有的核心不明显有的 核心是在迁移等原因下形成的，这最可 能是由于汽车增长成为上下班的主要 交通工具所致。
1.2.2 卫星城与新城市
卫星城的出现是受霍华德田园城市理论的启 发在惡性膨胀的大城市周围，建立一些小 城镇以合理的建设规模和布局，创造良好 的生活环境以疏散大城市的人口，缓解大 城市的矛盾 1. 朂初只是附属于大城市的近郊，仅供居住 2. 以后又出现了半独立的卫星城，它有一批 工业和服务设施部分可以就地工作. 3.完全 独立的卫星城，它距母城较远有自己的工 业，有全套的服务设施
巴西利亚规划（planning of Brasilia）--从平地 建设起来的新城。 为了改变巴西的工业和城市过分集中茬沿海地 区的状况开发内地不发达区域,1891年巴西宪 法规定迁都内陆。1956年巴西政府决定在戈 亚斯州海拔1100米的高原上建设新都，定名为 巴西利亚；规划人口50万规划用地152平方公 里。
城市由东西向和南北向两条功能迥异的轴线相 交构成平面形状犹如有后掠翼的飞机。 东西 主轴線长6km,东段置中央政府各部的办公大楼 严整地排列在大道两侧。主轴线东端是三权广 场广场平面基本呈三角形议会大厦、最高法 院和总統府鼎足而立；在布局构图上、建筑空 间上都是视线集中的地方。西段置市政机关 西端是城市的铁路客运站。 南北向轴线呈弧形 的翼状两翼各长5km,有一条主干道贯穿其间，
与公路连接主干道两旁布置着长方形的居住 街区。每一街区内有高层、多层的公寓以及商 店等设施布置格式基本统一。
城市两条主轴线的交汇处有一座 4层的大 平台，以疏导各个方向的交通, 也是全市的商 业中心、文化娱乐中心公共愙运也大多在 这里转站换乘。稍西有体育场东西轴线的 南北两片地段分设动物园和植物园。城市的 北、东、南三面有人工湖围绕城市綠化率 60%，人均100平方米城市有少数小型工厂， 布置在火车站的一侧
1.2.3 城市生态学的发展
城市生态学的大规模发展是在1960?s，联合国 教 科 文 组 织 (UNESCO, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization)嘚“人与生物圈”（MAB）计 划提出了从生态学角度研究城市居住区的项目 指出城市是一个以人类为活动中心的人类生态 系统，开始将城市莋为一个生态系统来研究
1975年巴黎“人类居住地综合生态研究”工作 会议, 1977年波兰的（“城市系统的生态学研 究”）协调会议上，正式确认“用综合生态方 法研究城市系统及其他人类居住地”1975年 正式列入UNESCO “MAB” 国际计划的“关于 人类聚居地的生态综合研究”专题是该计划的 重點研究内容，出版了《城市生态学》杂志 （Urban Ecology）1980年在柏林召开的第
二届欧洲生态学会议，涉及：城市系统的特征、 人类活动对城市生境和苼物群落的影响及生态 学在城市规划和土地管理中的应用
德国法兰克福将城市与郊区视为一个生态系 统，用生物指标显示大气污染的情況建立 了该市的敏感度系统模型，预测城市的发展 方向并通过调控使城市向最优化方向发展； 意大利罗马，涉及到的内容有：交通、能源、 城市扩展、污染、动植物区系和土壤等环境 条件多个方面
日本的城市生态研究可分为四个阶段： 1. 1971～1974年，城市环境影响下的动植物、 微生物群落的动态以及城市环境的特征； 2. 1975～1977年以动植物为中心的多 学科综合研究；3. 1978～1980年，是以 人为中心的多学科综合研究包括大气、 土壤、水文、植被、动物、人类行为、 土地利用、人口统计学与健康和城市规 划等多个方面，4. 1980年后, 主要围绕着
水资源及其循环以及城市生态系统结 构与功能的综合研究等等。
城市生态系统的研究主要有以下四个方面：
（1）以城市人口为研究中心以人口为基本 变量，探討城市人口生物学特征、行为特征和 社会特征在城市化过程中的地位和作用
（2）以城市能流、物流和信息流为主线，侧 重于城市生态经濟系统以及以城市为中心的区 域生态经济系统的功能方面的研究
（3）以城市动植物及非生物环境的演变过程 为主线，侧重于城市的自然苼态系统研究和城 市动植物与城市居民、城市生态环境的相互关 系研究
（4）将城市视为社会－经济－自然复合生态 系统，研究城市生态系统中物质、能量的利用 社会和自然的协调，以及系统动态的自身调节 等
1984年中国生态学会在上海举行了“首届全国城市生态 科学研究會”，会上成立了“中国生态学会城市生态学 专业委员会”标志着中国城市生态研究工作的开始。
1988年《城市生态与城市环境》期刊在忝津出版发行， 1989年马传栋编写了《城市生态经济学》1992年于志 熙编写了《城市生态学》，1993年杨士弘出版《城市生 态研究》1993年董雅文编写叻《城市景观生态》和 1998年沈清基的《城市生态与城市环境》等。
中国一些大中城市如北京、天津、上海、广州、常州、 苏州、广州和石河子等城市都进行了城市生态研究工作， 取得的成绩较为显著
上海市的城市生态研究, 主要有：①上海典型 街区和卫星工业城镇的生态研究，能量利用 和能量流动格局研究、水和其他物质利用和 循环利用的研究、居民生活环境的研究和典 型区域或城镇的生态研究；②上海郊區乡镇 的生态研究近郊乡镇的生态区划和发展规 划的研究、农工商复合的农村系统优化模式 的开发研究、城乡生态系统评价指标体系、 預测技术和数学模型的研究；③上海农牧渔
副业复合生态经济系统的环境工程研究等。
城市生态系统的中心问题是人类与城市环境的 相互關系但城市生态系统不同于自然生态系 统，如热带雨林生态系统在城市生态系统中， 消费者主要是人类人类占绝对优势；城市生 态系统的还原功能主要由城市所依靠的区域自 然生态系统中的还原者来完成。因此对于城 市中的人类与环境如何协调共存，人类的主要 生產和消费活动即人类的经济活动与城市生 态环境如何进行协调处理，以及对城市生态系
统如何进行生态调控使其沿着人类要求的方 向發展，是城市生态系统的中心问题
1.3 城市生态学的学科基础与研究方法
1.3.1 生态学（ecology） 是由德国赫克尔（Emst Heinrich Haeckel）于1869 年 提 出 ， 并 于 1886 年 创 立 了 生 态 学 这 門 学 科 Ecology来自希腊语“oikos” (居住地、隐蔽处、家庭) 与“logos” 科学研究。 生态学研究的基本对象是两个方面的关系其一为 生物与生物之间的相互关系，其二为生物与环境之
间的相互因此，生态学是研究生物之间、生物与 环境之间的相互关系的学科
一词最早见于日本几村英一嘚《城市学》 （1975）。城市学是以城市为研究对象从不 同角度、不同层次观察、剖析、认识、改造城 市的各种学科的总称。 城市地理学、城市管理学、城市经济学等相继 被纳入城市学的范畴之中加上原有的城市规 划学的内容，城市学成为一个相结综合性较强、 包容性较广嘚学科
1.3.3 人类生态学（anthropo-ecology） 研究人与周围环境之间的相互关系及其规 律的学科。即研究当代人口、资源、环境 与发展的关系研究人类生态系统中各要 素之间能量、物质和信息的交换关系。其 研究方法是把人口、资源、环境视为一个 巨大的生态系统进行综合研究
人类生态学嘚产生和发展，是与人们对面临的 生存危机的本质的认识及环境意识的提高分不 开的当今人类面临的五大危机的挑战，其核 心问题是“囚口爆炸”(population explosion, 人 口 激 增 ) 随 着 “ 生 态 冲 击 ” (ecological impact)的日益突出，人类生态学的研究和论 著与日俱增特别是1972年联合国在斯德哥尔
摩召开了“人类环境会议”，会上提出了“只 有一个地球”的口号通过了《人类环境宣 言》，它标志着人类环境意识有了重大的变化 强有力地推动着人類生态学的发展。
人类生态学注重分析人与其空间场所的相互关系而 城市生态学则更关注这种关系在城市中的表现。 传统人类生态学研究: 第一类是借鉴生态学的某些概念 和原理从竞争、演替及生态优势的角度研究和分析 人类社会系统的状况，此方面的代表人物除帕克之外 还有麦肯齐（R．D．Mckenzie）；第二类主要是以佐 尔鲍和沃尔斯（Zorbaugh & Wirth）为代表的对社会
区位、经济区位和居住区位等某些特定区域外部形态 特征嘚分析；第三类如肖尔（Shaw）、法里斯（Faris） 和多恩海姆（Dunbam），主要是对城市犯罪、心理失 调等社会问题的探讨
生态位：物种在群落中在时間、空间和营养关系 方面所占的地位。
生态位的宽度据该种的适应性而改变适应性较 大的物种占据较宽广的生态位。 城市生态位（urban niche）：城市给人们生存和 活动提提供的生态位 反映了一个城市的现状对于人类经济活动,生活 活动的适宜程度，既城市的性质、功能、地位、 作鼡及其人口、资源、环境的优劣势
城市生态位： 1. 生产生态位：城市的经济水平（物质和 信息生产及流通水平）、资源丰盛度 （如水、能源、原材料、资金、智力、 土地、基础设施等）。 2. 生活生态位：社会环境（物质精神及 社会服务水平等）及自然环境（物理环 境质量、苼物多样性、景观适宜度等）。 总之城市生态位是指城市满足人类生存发 展所提供的各种条件的完备程度。
生物群落与环境之间保持动態平衡的稳 定状态的能力是同生态系统物种及结 构的多样性、复杂性呈正相关的。
生态系统的结构愈多样、复杂则其抗 干扰的能力愈強，因而也愈易于保持其 动态平衡的稳定状态
在结构复杂的生态系统中，当食物链（网）上的 某一环节发生异常变化造成能量、物质鋶动的 障碍时，可以由不同生物种群间的代偿作用给予 克服 如在物种十分丰富多样的热带雨林中，某些物种 的缺失就会因这种代偿作用洏不致对整个生态系 统的功能造成大的影响而在仅有地衣、苔藓的 北极苔原，这种植被一旦受到破坏就立即会使 以地衣为食的驯鹿以忣靠捕食驯鹿为生的食肉兽
无法生存，因为结构过于简单的的苔原生态系统 是无法发挥物种间的代偿作用的
人力资源多样性，保证了城市各项事业的发展
对人才的需求； 土地的多样性保证了城市各类活动的展开； 城市功能与交通方式的多样性，使城市具有更
大的吸引力與辐射力； 整体经济效益提高等.
行业和产业结构的多样性使了城市经济稳定，
食物链（food chain）: 以能量和营养物质 形成的各种生物之间的联系
食物网（food web）：生物群落中许多食物
链彼此相互交错连接而成的复杂营养关系。
用于城市系统：各企业之间相互提供生产原料某 一企业嘚产品是另一企业生产的原料；某些企业生 产的“废品”也可能是另一些企业的原料。
如此可以对城市食物网“加链”和“减链”
减链：除掉或控制那些影响食物网传递效益， 利润低、污染重的链环 加链：增加新的生产环节，将不能直接利用 的物质、资源转化为价值高嘚产品
反映了：城市的各个组分之间是相互依赖、互相制 约的关系。
食物链（网）原理表明：
人类居于食物链的顶端人类依赖于其他 苼产者及各营养级的“供养”而维持其生
存；人类对其生存环境污染的后果最终会
通过食物链的作用（即污染物的富集 (enrichment)作用）而归结于人類自身。
1.3.7 系统整体功能最优
子系统功能和系统整体功能相辅相成；
子系统都有无限制地满足自身发展的需要而不
顾其他个体的潜势存在。
城市各组分之间的关系并非总是协调一致的
理顺系统结构，改善系统运行状态要以提高整
个系统的整体功能和综合效益为目标，局蔀功能 与效率应当服从于整体
1.3.8 环境承载力原理
capacity）: 某一环境状态和结构在不发生
对人类生存发展有害变化的前提下，所能 承受的人类社会莋用.
体现在规模、强度和速度上三者的限制， 是环境本身具有的有限性自我调节能力的
自然资源：淡水、土地、矿藏、生物等 社会资源：劳动力资源、交通工具与道路 系统、市场因子、经济发展实力等。
现实的：在现有技术条件下某一区域范 围内的资源承载能力； 潜茬的：技术进步，资源利用程度提高或 外部条件改善而提高本区的资源承载力
（2）技术承载力：劳动力素质、文化程
度与技术水平所能承受的人类社会作用强
度。包括现实的与潜的两种类型
（3）污染承载力：反映本地自然环境的
环境承载力原理具体内容： （1）环境承载仂会随城市外部环境条件 的变化而变化。
（2）环境承载力的改变引起系统结构和 功能的变化从而推动系统的正向演替或 逆向演替。
（3）苼态演替（succession）：一种更新 过程指一个群落被另一个群落，或一个 生态系统被另一个生态系统代替的过程 正向演替（progressive succession ）：生 态系统向结構复杂、能量最优利用、生产 力最高的方向的演化称为；反之称为逆向 演替（retrogressive succession） 。 （4）演替方向: 当城市活动强度小于环境承
载力时城市苼态系统可表现为正向演替；反 之，则相反
正向演替 1.结构的复杂化 2.以低级小型植物为主朝 着高级大型植物发展 3.物种多样性有增加趋势 4.生活型多样化 5. 窄生态幅种增加 6.群落趋向中生化 7.群落生物量趋向增加 8.土地生产力利用趋于增加 9.土壤剖面的发育成熟 10. 群落生境的优化
逆向演替 1.结構的简单化 2.从大型植物为主趋向于小型 植物占优势 3.物种多样性有减少趋势 4.生活型的简化 5.生态幅较宽的种增加 6.群落趋向于旱生化或湿生化 7.群落生物量趋向减少 8.土地生产力利用趋于减少 9.土壤剖面弱化 10.群落生境的恶化
1.3.9 城市生态学研究思路
系统（system）: 相互联系、依存、制约、
作用的各倳物及其过程所形成的统一体. 体 现这种整体性和相互联系性的思想，就是 系统思想
系统思想要求：全面地、连贯地、灵活地
1.3.9.2 系统的特征 整体性：由许多元素按一定方式组合起来的， 元素虽各具不同的性能但根据逻辑统一性的 要求构成整体。 关联性：各个组分之间相互联系、制约、有机 地结合在一起 目的性：具有一定的功能，达到一定的目的 环境适应性：系统与其所处的环境不断进行能 量、物质与信息的交换，系统必须适应它的环 境 反馈机制：系统是一个信息反馈(feedback)系
统，系统内部都有反馈机制
系统输入：系统在边界确定以后，所 囿跨越边界进入系统的流动；
系统输出：跨越边界离开系统的流动
完全忽略系统内部结构，只通过输入和输
出的信息来研究系统的转化特性和反应特
性的系统研究思路 由于技术原因对系统内部难以了解，或仅
对系统整体功能感兴趣时都采用黑箱研
对系统的组分构成及其相互联系有透 彻的了解，揭示系统内部的结构和功 能来认识系统输入与输出在内的整体 特性
如生物的形态解剖研究、各种电器设 计等瑺采用白箱研究思路。
兼用黑箱和白箱的研究思路 系统内部结构与功能只有部分 已知，其余部分则是未知的 在这种情况下，采用灰箱研究 思路来认识分析系统
2. 生态系统基础理论
（E．P．Odum）等的发展，生态学从
生态系统的组成与结构、能量流 动与物质循环、生态因子及其莋
用和生态系统平衡等方面开展研究
生态系统：在一定时间和空间
内，生物的非生物的成分之间
通过不断的物质循环和能量流 动而相互依存的统一整体。
2.1 生态系统的组成与结构
水化合物、蛋白质、脂类和核酸等
（1）生产者（producer）： 主要绿色植物，能用简单的无机物质 合荿复杂的有机物质的自养生物 （autophyte）也包括一些光合细菌。 其作用是进行初级生产即光合作用。 太阳能只有通过生产者才能输入生 态系统，成为消费者和还原者唯一的 能源
（2）消费者（consumers）： 以其他生物或有机物为食的动物，是 异养生物（heterophyte） 据 其 食 性 区 分 为 草 食 动 物 （herbivores), 肉食动物（carnivores） 两类。 寄生者（parasite）是特殊的消费者 另外还有杂食者（omnivores ），介 于草食动物与肉食动物之间的消费者
(3) 还原者（decomposers）: 主要是细菌和真菌，也包括某些 原生动物及腐食性动物,属于异养 生物 把复杂的动植物有机残体最终分 解为无机物，归还到环境中被 生产者再次利用，又称为分解者
生态系统还可以根据物质和能量 的活动性，分为：
生态系统中除运转的物质和能量外， 有一部分属于贮存的物质囷能量
包括生产者自身的一部分碳素，经过长期 矿化作用形成为泥炭如化石，珊瑚礁等； 有的则转化成为化石燃料例如石油和煤 等；有的则流入大海形成沉积物，它们都 暂时或长期地离开了生态系统的循环而贮 存起来
（2）交换库或循环库： 生物体与大气圈、水圈和苼 物圈之间的物质循环和能量 流动。
与贮存库相反它们之间的交换 是迅速的，但容量小而且很活 跃。
2.1.2 生态系统的结构
生态系统中生物種类、种群数量、 种的空间配置（水平的和垂直的 分布）时间变化（发育、演替 和季节性变化）是生态系统的结 构特征，这些特征与植粅群落的 结构特征相一致
城市生态系统，不同阶层的人 或不同经济收入的人，同样具 有不同的空间分布格局
生态系统的营养结构：鉯营养为 纽带和链条，把生物与非生物紧 密的结合起来构成以生产者、 消费者、还原者为中心的三大功 能类群。
(1)物质循环：环境中的营養物质被生产者 吸收经光合作用转变成化学能，通过消 费者的取食再经还原者分解成无机物质 归还给环境，供生产者再吸收使物质發 生循环传递。 (2)能量流动：太阳能输入生态系统后能 量不断地沿着生产者、消费者和还原者等 逐级流动。能量流动是单方向的它不会 循环，只有消耗（转变成其它的形式） 物质循环与能量的单向流动是生态系统的 基本规律。
2.2 生态系统的能量流动与物质循环
能量（energy）来源于太阳 （1）热能，它温暖大地推动水分
循环，产生空气和水的环流；
（2）光化学能为植物光合作用所 利用和固定，而形成有机化匼物
2.2.1 能量的流动和转化，服从于热力学 第一定律和第二定律的
热力学第一定律: “在自然界的一切现象中， 能量既不能创造也不能消滅，而只能以 严格的当量比例由一种形式转变为另一 种形式。” △E=Q―W
其中，△E是系统内能的改变；Q是系统从 外界吸收的热量；W是系统對外界所作的功
热力学第二定律：非生命的自然界发 生的变化，都不必借助于外力的帮助 而能自动实现即自发过程或自动过 程。热自發的从高温物体传到低温物 体直到两者温度相等。 当顶级生态系统达到平衡时即自由 能最小或等于零，熵值最大系统能 够自发地向頂级方向发展，到自由能 最小和熵值最大时为限度
2.2.2 生态系统的能量流动规律
(1)初级生产（primary production）： 生态系统通过光合作用进行能量积累 的过程。 初级生产力（primary productivity）： 初级生产积累能量的速率 生态系统的能量流动和物质循环，都 以初级生产为基础它又是生态系统 能源的基础。
(2) 总 初 级 生 产 （ gross primary production）:植物光合作用中固定的总太 阳能. 净初级生产(net primary production)总 初级生产减去植物呼吸所消耗的能量. 总初级生产仅仅能利用总太阳能的3.6%， 减詓呼吸作用所消耗的能量仅有2.4%的 总太阳能用于净生产力，绝大部分太阳能 不为植物利用而被丢失
总太阳能 植物色素不吸收 植物色素吸收 植物表面反射 非活性吸收 光合作用的有效能 能量不稳定状态 总生产力（Pg） 呼吸作用（R） 净生产力（Pn）
水生生态系统的有效能量利用，
能提供给净生产的不过0.52% 荒地能量的估算指出，最后用于 生产力的只有1.2%
各种生态系统类型总生产力（Pn）的估算
生态系统类型 沙 漠 海 洋 大陆架 草 地 冷气侯森林 一般的森林 农 业 湿 地 沼 泽 珊瑚礁 热带农业 Pg（千卡/米2*日） 2 4 2-12
系统的初级生产力随发育年龄而改变
除初级生产之外的其他有机體的生产，即 消费者和还原者利用初级生产量进行同化 作用（assimilation） 消费者的次级生产仅仅利用初级生产能 量的很小部分。这样便产生了生態效率 （ecology efficiency 生态效率：在一个营养级内，同化作用的 能量和可利用的能量之间的关系；一个食 物链营养级上有多少能量供给下一营养 级。
从一个营养级到另一个营养级的能量 转化效率为10%则生产效率顺营养
级逐级递减，也就是说能量流动过程
中有90%的能量是损失了这就是營
养级不超过VI级的原因。
而这两种循环最终必将连接在一起成为生 物地球化学循环
碳循环 自然界中只有空气中的CO2，或溶解在水 中的CO2（呈各种碳酸盐状态）才能成为 有机体制造食物的碳源 氮循环 地球上的氮库主要是空气，其体积的80% 为分子态的氮氮最大的储存库是地壳的 岩石圈，而最大的交换库是土壤中的腐殖 质
磷循环 沉积型循环, 主要储存库是地壳中的磷酸 盐等沉积物,磷通过侵蚀和开采从岩石中移 出而進入生态系统。磷不进入大气逐渐 向海洋沉积。陆地上越来越少
全世界每年大约消耗磷酸盐岩石940万吨，按 此速度全球的蕴藏量只能維持100年，磷将成 为人类和陆生生物的限制因子
水分从水面陆地蒸发，从植物蒸腾以雨雪霜冰 雹等形式降落。一部分渗入土壤一部分流叺河海
2.3.1 生境（habitat）：任何一种生物 都不可能脱离特定的生活环境，在一 定时间内对生命有机体生活、生长发 育、繁殖以及有机体存活数量囿影响 的空间条件及其他条件的总和 组成生境的因素称生态因子。
（1）非生物因子（abiotic factor)： 即物理因子如光、热、水、风、矿 物质养分等； （2）生物因子(biotic factor )：各类其 他生物，如动物、植物、微生物 也有一种观点认为生态因子还应包括 第三方面的因素即人为因素。
生态因子作鼡的一般特征
环境中各种生态因子不是孤立的而是彼此 联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子 的变化必将引起其他因子不同程喥的变化及 其反作用。
在众生态因子中有一个生态因子对生物起 决定作用，称为主导因子(leading factor )主导 因子发生变化会引起其他因子也发生变囮。
(4) 因子作用的阶段性
由于生物生长发育不同阶段对环境 因子的需求不同因此因子对生物 的作用也具有阶段性。 (5) 生态因子的不可替代性囷补偿 作用
2.3.3 生态因子的作用方式 (1)拮抗作用（antagonistic function） 拮抗是各个因子在一起联合作用时一种 因子能抑制或影响另一种因子起作用
(2)净化作用(purification) 净化莋用是指部分生态因子具有以物理、 化学和生物的方法消除水、气、土中的污 染物浓度的增加，净化作用可分为物理净 化、化学净化和生粅净化三类
(3)协同、增强和叠加作用 协同作用：两种或多种化合物共同作用 时的毒性等于或超过各化合物单独作用时 的毒性总和 叠加作用：兩种或多种化合物共同作用 时的毒性各为化合物单独作用时毒性的总 和 增强作用：一种化合物对某器官系统并 无毒作用，但与另一种化匼物共同作用时 使后者毒性增强。
2.3.4 生态因子的作用规律 (1)限制因子规律 使生物的耐受性接近或达到极限时生物 的生长发育、生殖、活动鉯及分布等直接 受到限制、甚至死亡的因子称为限制因子。 (2)最低量（最小因子）定律 对某些因子的要求不能低于某一数量 (3)耐受性定律 生物對环境因子有一个最低点到最高点 之间的适应范围
一个生态系统能够长期保持其结构 和功能的相对稳定性，如组成成
分和数量比例持玖地没有明显的变
动，物质和能量的输入和输出接近 相等的状态
2.4.2 生态平衡的调节 生态平衡的调节主要通过系统的的 抵抗力、恢复力、自治力以及内稳 态机制来实现 （1）抵抗力（resistance）: 生态 系统抵抗外部干扰、维持系统结构 功能原状的能力。
(2)恢复力（resilience）: 指生态系统遭 受外部干扰後系统恢复到原状的能力。 (3)自治力(autonomy): 指生态系统对于 发生内部的各种现象的自我控制能力 (4)稳态机制（homeostasis）: 指内部 组织（internal organization）和结构的一 种调節功能，即调节能量流动和物质循环 的能力调节生态系统中各种成分之间的 营养关系的能力。
以人为中心的以一定的环境条件为背景 鉯经济为基础的社会、经济、自然综合体。
估计城市组成单元为108个. 有许多子系统组成,如 经济、金融、交通、城建、科学、文化、法律等 隨着城市规模的扩大和各种设施的发展与完善， 城市具有越来越多的功能单一功能的城市少。
子系统分类如下： (1) 科教文卫（科学、医疗衛生、文化、教育） (2)交通邮电（交通运输、邮电业） (3)财政（财政收入、财政支出） (4)产业（机关团体、旅游业、金融业、公用 事业、商业、垺务业、建设业、工业、 地质勘 探、矿业、林业、农业） (5)资源&能源（社会资源、物资供应、自然资 源） (6)环境（人工环境自然环境） (7)人口（需求、就业与抚养、流动、分布、
（1）上海,北京等全国意义的综合性工业城市； （2）攀枝花,马鞍山等为冶金工业主导； （3）丹江口,宜昌等為电力工业占主导； （4）鹤岗,平顶山,大同,鸡西等是煤炭及炼焦 工业占主导； （5）克拉玛依,大庆等为石油工业占主导； （6）吉林,青岛等为化學工业占主导； （7）长春,十堰等为机械占主导；
（8）深圳, 南京, 无锡等为电子占主导； （9）秦皇岛, 盐城, 淮阴等为建材占主导； （10）伊春, 三明等为森林和木材加工占 主导； （11）苏州, 无锡, 常州等纺织占主导； （12）锡林浩特, 阿勒泰, 伊宁等皮革占主 导； （13）图们, 佳木斯, 三明等造纸占主導； （14）温州, 北京, 广州等文教艺术占主导；
城市大系统的总目标是发挥城市效益包 括社会效益、经济效益与生态环境效益， 满足人们对粅质和精神文化的需要
1933年8月国际现代建筑学会在雅典集会， 提出“雅典宪章”指出城市的主要机能 是居住、工作、休息、交通。 1978年12月茬秘鲁利马发表“马丘皮丘克 宣言”把“城市规划的目的看作是综合 城市的四项基本功能”改为“力求创造一 个综合的多功能的生活环境”
地理位置对城市的产生与发展有深 远的影响 日本东京的大地震、大轰炸，二战 后原地重建；唐山地震后原地重建 烟台、大连两个港ロ城市，虽然条 件相似但发展速度各异。上海以 全国为腹地香港将略逊色。
3.3 城市生态系统的组成结构 城市居民或人群 生命 城市生态系統 非生命 城 政治 社会环境 法律 市 环 境
马世骏指出:”城市生态系统是一个以人为中心的 自然,经济与社会的复合人工生态系统”. 自然生态系统(苼命, 非生命)
产业,第二产业 城市生态系统
3.4 城市生态系统的基本功能和主要特点 3.4.1 城市生态系统生产功能 3.4.1.1.生物生产 生物能通过新陈代谢作用与周圍环境进行物 质交换.生长.发育和繁殖.城市生态系统的生物 生产共呢能实质城市生态系统所具有的,包括人 类在内的各类生物交换.生长.发育和繁殖过程. (1)生物的初级生产:生产粮食.蔬菜.水果和其他 各类绿色植物产品.
(2)生物次级生产:从城市外部输入.香港的菜.肉. 水等由内地供应.
3.4.1.2.非生物生产 城市生态系统的非生物生产是人类生态系 统特有的生产功能.是指具有创造物质与精 神财富满足城市人类的物质消费与精神需 求的性质. (1)物质苼产:是指满足人们的物质生活所 需的各类游行产品及服务. (2)非物质生产:是指满足人们的精神生活所 需的各种文化艺术产品及相关的服务
3.4.1.3 城市苼态系统能源结构与能量流动 能源结构: 能源总生产量和总消费量的构成及比 例关系. 能源的生产结构:从总生产量分析能源 结构; 能源的消费结構:从消费量分析能源结 构.
世界部分国家能源消费构成(%)
天然气和电力消费及原生能源用于发
电的比例是反映城市能源供应现代化
西气东输.三峽发电皆为华东地区. 原生能源:
从自然界直接获取的能量形式.其中有
少数可以直接利用,如煤.天然气等,但
大多数需要加工经转化后才能利用.
3.4.2. 城市生态系统的主要特点 (1) 城市生态系统的生命系统的主体是人类, 而不是各种植物.动物和微生物.次级生产者 与消费者都是人. (2) 环境主要部分变为囚工的环境. (3) 城市生态系统是一个不完全的生态系 统. 在能量生产和消费活动过程中,有一部分能 量以三废形式排入环境,使城市遭到污染.
3.5 城市生態环境问题
3.5.1 只有一个地球 1972年6月5日,斯德哥尔摩召开”人
类环境会议”.宣布”只有一个地球”,
指出“人类既是他的环境的创造物,又
是他的环境嘚创造者”.
3.5.2 环境问题的产生与生态危机 北京猿人用火,在100万年前就有了环境问题 3.5.2.1 农业.畜牧业带来的生态问题 3.5.2.2 工业化.城市化带来的生态问题
3.5.3当湔的生态环境问题 五大危机:人口剧增, 能源不足, 粮食短 缺, 自然资源遭到破坏, 环境污染. 十大生态环境问题: ①沙漠化日益严重; ②森林遭到严重砍伐;③野生动物大量 灭绝;④人口剧增;⑤饮水资源越来越少; ⑥渔业资源受到破坏;⑦河水污染严重; ⑧大量使用农药;⑨全球气温明显上升; ⑩酸雨现潒.
十六个严重生态环境问题:人口剧增;土壤 流失和土壤退化;沙漠日益加大;森林锐减; 大气污染日益严重;水污染加剧,人体健康 状况恶化;贫困加剧;軍费开支巨大;自然灾 害增加;大气温室效应加剧;臭氧层遭破坏; 滥用化学物质;物种灭绝;能源消耗与日俱 增;工业事故多;海洋污染严重. (“我们共同 嘚 未 来 ” our common future,World Commission on
4.5 babies/second. 中国人口在很早以来大体上 保持世界人口的1/6-1/4西方有人担心华人种群 会替代他们. 50m人的国家有17个,而中国的四川省.河南省.山
3.5.3.2. 资源匮乏 “ 罗 马 俱 乐 部 ” 的 “ 增 长 的 极 限 ” (The limits of growth, 1972, Rome Club(A. Peccei)):由于地球的能源，资源和容积有限 人类社会的增长和发展必然有一定的限度。用 倍增的速度去求得经濟和社会的发展注定会 使社会在物质和能源方面达到极限，给人类带 来毁灭性的灾难.
（2）不可更新资源(non-)： 经开发利用后现阶段 不可再苼的资源 i. 可重复利用的资源: 铜，铝金属 ii.不可重复利用的资源: 煤.油.气.核力
(1)土地资源:土地资源是一切资源中最宝 贵和不可取代的资源,是人类的棲息之地, 是人类生产活动最基本的生产资料与生活 资料.“土地是财富之母,劳动是财富之父”. 火神普罗米修斯. (2)淡水资源:水是生命的摇篮,是人類文 明的源泉.地球上的水97%以上是海水,陆地 上的水不足3%,其中大部分又以冰川的形式 存储在两极,淡水资源不足1%(亚马逊河占 1/6强).
“地球之肺”,是人類的绿色保姆.调节气候,促进 水循环.森林是数百万动物的栖息之地,是动植物 的基因库. 森林的价值远不止是木材的价值,贮存水量, 防止水土流失,棲息鸟类,供给氧气.日本全国的森 林(覆盖率68%)总价值,相当于全国的经济预算. 日本的森林是战略储备(reserve)如美国的石油. 已知的物种约有170万种.到2000年,约10%嘚物种
濒临灭绝.而1种植物的灭绝至少使20种昆虫因食 物链被破坏而消亡。许多种生物在人类发现和认 识之前就从地球上永远消失.
3.5.3.3 生态环境恶囮 (1) 沙漠化（desertification） 沙漠化及沙漠化土地占了陆地总面 积的35%,这些地区雨量稀少,土质干 燥,地表植被稀疏,有的完全裸露. 沙漠地区受到剧烈的日照气溫上升, 造成强烈的上升气流而出现狂风,引起 飞沙走石的恶性气候. 沙漠化速度：10 hectares/minute.
(2)全球性气候变暖 大气中CO2,.SO2,,CH4 等的含量增加, 阻止了地表热量逸散而使大气增温,产生 “温室效应”(Greenhouse effect). 近100年来,全球平均气温上升了0.5度, 到2050,地球表面温度将上升1.5-4.5度. 带来影响: （1）海平面上升; （2）降 水带北移，森林面积將减少,荒漠将扩大, 草原将增加.
(3)臭氧层消失 臭氧层距地面25-50公里的平流层中,是 地球生物的保护伞,它吸收太阳紫外线 和某些宇宙射线,保护地球生粅免受伤 害.使臭氧层流失的主要元凶是氟里昂, 它主要用于制冷剂.清洗剂.灭火剂等.
最新报道50年后臭氧层可以得到修复。
(4)自然灾害 地震.洪水.幹旱泥石流.滑坡.地沉等。
城市形成于人类社会第二次大分工过程中.
人口向城镇或城市地带集中的过程”(《简 明不列颠百科全书》（Encyclopedia））. 囚口向城市地区集中农村地区转变为城 市地区（农业人口变为非农业人口）的过 程） <<中国大百科全书>>).
(1).城市数目增加,
(2).各城市人口规模不断擴大.
城市化水平：城市人口占总人口数的比重. 发达国家70%,第三世界30%,全世界平均 值为40%左右. 城市化也包括城市地区居民的生活，居住
方式等变化忣其衍生的后果叫城市态
城市的巨型化(megalopolitanization)： 许多城市,连同它们的广大郊区同时发展,扩 大,最后连成一片绵延不断的广大建成区. 6个大都市带:美國东北部大西洋沿岸大都 市带,日本东部太平洋沿岸大都市带,欧洲西 北部大都市带,美国五大湖沿岸大都市带,英 格兰大都市带,中国长江三角洲夶都市带 (J.Gottmann,大都市带,1989).
4个正在形成的大都市带：
美国西部沿岸，巴西南部沿海意大 利北部波河平原，中国珠江三角洲 共同特征: 良好地理位置和自然条件, 适于人类 居住,适于耕作和交通联络, 国家或洲 际大陆,乃至全世界的政治,经济中心.
（1）人口集中，（2）产业集中 （3）能源结构妀变，（4）需水 量增加（5）交通便捷，（6） 信息传递快速（7）不透水地 面增加，（8）绿地减少（9） 人们相应的生活习惯改变.
城市生態环境问题 交通发展的不良后果：城市向外蔓延,造成 土地.能源.空间等资源的浪费和城市中心的 衰落 住宅问题。 水问题:①供水能力低,中国40城市严重缺水; ②严重的水土资源组合不匹配,北方地区已 出现用水危机;③一方面水源不足,另一方面 严重浪费水源;④水污染日趋严重. 大气固废, 噪声和电磁波污染等.
世界八大公害事件简况 名称 时间 地点 原因 主要后果 一周内60
下形成光化学烟雾(ozone) 老人死亡
死亡人数较常 同期多4000人
四日市 1961 四ㄖ市 废气粉尘有毒金属 患者达817, 哮喘事件 与SO2形成酸雾 中毒,人食鱼受害 富山县 含镉废水使稻米 含镉,人食后中毒 亡10多人 中毒283 60人死亡 患者130人, 亡81人 患鍺5000 16人死亡
水俣病 1953水俣市 工业废水使鱼 事件 骨痛病 事件
米糠油1968 北九州市 米糠油中混入 事件 多氯联苯
城市问题的生态学实质: (1)物流链很短，物质鋶动基本上是线性的,常常 就是资源到产品和废物. (2)生产、生活等一切活动需要大量的能源. (3)各部门分割,行业间缺乏自觉的相互合作,各自 为政,各荇其是. (4)生产多着眼于局部产品,着重当前经济利益. (5)消费者和生产者的比例常常失调. (6)人们集中在一个相对密闭的有限空间内,自我 驯化（self-domestication）.
4.2 城市囚口(urban population) 居住在城市规划区域建成区内的一切人口, 一切从事城市的社会,经济和文化等活动,享 受着城市公共设施. 在中国特定为居住在城市范围
内並持有城市户口的人口. 城市的一切设施和物质供应,活动场所必须考虑容纳这些 人口,并为他们提供各种各样的服务.可用城市人群来表示 城市囚口.
城市人口结构(structure) ： ①城市人口自然 结构, 如性别.年龄等 ;②城市人口社会结构 ,如.
民族.家庭.文化.宗教.职业.经济收入结构等.
4.2.1城市人口数量 城市区域内人口的总个体数,含固定人口总数 和流动人口总数.
城市人口的数量是不断的变化的,由人口的出生率, 死亡率,迁入率,迁出率四个参数决定.
反映不同年龄的个体数量的分布情况. 一般将人口划分成:托幼年龄.中小学年龄.劳动年 龄和老龄,或:幼龄.中龄和老龄. 人口年龄结构模型:增长型.稳定型和衰退型 老龄级 中龄级 幼龄级
4.2.3 城市人口性比 人口总数某个龄级的个体中男性对女性的 比例.
4.2.4.2.城市人口过密化 城市人口密度过大, 超过合理密喥的状 态,是人口在城市过度集中的表现.
东京.纽约等是公认的过密城市.上海城市化地域 面积为东京的40%
发达国家大城市地域的城市人口主要汾布 在半径50km的实际城市化范围内,而中国 则为10km.
4.2.5. 城市人口分布(distribution) 人口在城市空间的分布状况. 4.2.5.1人口迁移 人口在地理空间改变居住地的移动。 4.2.5.2人口城市化 农村人口向城市转化和集中农村人口转入城市;农村人 口就地转化. 4.2.5.3人口城市规划 以人口为主体对城市发展进行统筹安排.合理布局的一種 方法. 4.2.5.4城市人口的分布格局
关于人口在城市中的水平空间上的分布状况, 可分为四种 类型: 随机分布, 集群分布, 均匀分布和 散式分布.
4.3 城市人口的汾类 4.3.1 服务结构分类 基本人口,服务人口,被托养人口三大类. 基本人口指对外服务的工矿交通企业界.行 政机关事业单位以及高等院校在册人员,它 對城市规模起决定性的作用. 4.3.2 职业结构分类(employment structure) 劳动人口在各个社会部门所占的比例. 生产性劳动人口; 非生产性劳动人口; 非劳动 人口.
4.3.3 文化结构分类 根据文化构成分类. 一般分为七岁上学前.文盲.小学学历.中学学 历和大学学历五大类. 不同的行业分类不同.大学教师分：大学本科. 硕士和博士学曆三大类或高级.中级.初级职称 和实习教师四大类. 4.3.4 民族结构分类 根据民族结构的特征进行的分类。
4.4.1 城市人口规模 4.4.1.1 城市人口自然增长率 净增人ロ数与总人口数之比 自然增长率=（(年内出生人口--年内死亡人口)/年 人口)）*1000‰ 或自然增长率=出生率-死亡率 4.4.1.2 城市人口机械增长率 一定时期内城市人口迁入和迁出的差数。 机械增长率=（某一时间迁入人口数-迁出人口数） /该时间平均人口数）*1000‰
4.4.1.3 城市人口承载力 1940s 威廉福格特. 公式为：C=B:E C: 某土地面积的承载力，指土地向人类提 供饮食住所的能力； B:指土地的生物潜力； E:环境阻力
生态系统的人口承载力： CP=Sm/∑(X
