城市生态学.docx

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城市生态学

第一章城市生态学

（一）城市生态学的概念

1、城市生态学（urbanecology）

——生态学的一个分支,是以城市空间范围内生命系统和环境系统之间联系为研究对象的学科。

由于人是城市中生命成分的主体,因此也可以说,城市生态学是研究城市居民与城市环境之间相互关系的科学。

2、主要内容

1）城市生态系统的组成形态与功能

2）城市人口

3）城市生态环境

4）城市灾害与防治

5）城市与区域可持续发展

6）城市生态学原理的应用

3、分支学科

城市自然生态学、城市景观生态学、城市经济生态学、城市社会生态学

（二）城市生态学的国内外研究状况

1、起源于欧美

1）北美学派：

2）西欧学派：

目前，两派相互协调，逐渐趋于统一。

2、我国起步较晚，但发展很快

3、学科热点、前沿

（三）城市生态学的学科基础与研究方法

1、学科基础：

2、研究方法：

第二章城市生态系统

一、环境与生态因子

（一）环境

（二）生态因子

1、概念：

2、分类：

二、城市环境因子的特点

（一）特点：

（二）城市环境

三、生态学有关概念与原理

1、生态平衡（ecologicalequilibrium）

指生态系统的一种相对稳定状态。

当处于这一状态时,生态系统内生物之间和生物与环境之间相互高度适应,种群结构和数量比例长久保持相对稳定,生产与消费和分解之间相互协调,系统能量和物质的输入与输出之间接近平衡。

生态系统平衡是一种动态平衡,因为能量流动和物质循环仍在不间断地进行,生物个体也在不断地进行更新。

2、负反馈机制（negativefeedbackmechanism）

系统或其中某成分因一系统输入而在输出上产生一响应变化趋势,该响应变化又反过来作用于导致产生该响应变化的系统输入,使该输入受到抑制从而衰减之。

生态系统的平衡靠负反馈机制维持。

生态系统中的反馈现象十分复杂,既表现在生物组分与环境之间,也表现于生物各组分之间及结构与功能之间,其中起主要作用的是能够使系统达到和保持平衡或稳态的负反馈机制。

3、物质循环与再生规律

生态系统中,生物借助能量的不停流动,一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质,另一方面又随时分解为原来的简单物质,即所谓“再生”,重新被系统中的生产者植物所吸收利用,进行着不停顿的物质循环。

因此要严格防止有毒物质进入生态系统,以免有毒物质经过生物放大作用和多次循环后富集到危及人类的程度。

4、物质输入输出的动态平衡规律：

物质输入输出的平衡规律,又称协调稳定规律,涉及到生态系统中生物与环境两个方面。

因而,一个稳定的生态系统,其物质的输入与输出总是相平衡的。

当输入不足时,会产生生态匮乏,例如一个城市物资供应不足,必然造成生产生活紧张,效率下降;反之,当城市物资供应足够但输出不足,又会导致生态滞留,使环境恶化,生产生活同样受阻。

1、环境资源的有效极限规律

任何生态系统中,作为生物生存的各种环境资源,在质量、数量、空间和时间等方面,其供给量和供给速度都有一定的限度。

Ø生态系统的生物生产通常都有一个大致的上限。

Ø每一生态系统对任何外来干扰都有一定的忍耐极限。

Ø采伐森林、捕鱼狩猎等不应超过资源利用的最大可持续产量;保育某一物种时,必须保有足够它生存和繁殖的空间;城市排污时,必须使排污量不超过环境的自净能力等。

6、生态系统的一般特征

1）、生态系统的组成

（1）无机环境（非生物环境）

（2）生产者（producers）又称初级生产者（primaryproducers）

（3）消费者（consumers）

（4）分解者（composers）又名还原者

系统组成例析：

2）、生态系统的一般结构

•空间结构

•时间结构

•营养结构

Ø食物链

Ø食物网

3）、生态系统的功能

（1）能量流动

（2）物质循环

（3）信息传递

四、城市生态系统

（1）城市（Urban）

城市是社会生产力发展到一定阶段的产物，是人类创造出来的人工生态系统。

它是一个多功能的综合体，是人类经济、政治和精神生活的中心。

这里人口密集，高层建筑密集，人材密集，生产力高度发展，汇集着大量的物质和财富，交换着大量的商品和信息。

（2）城市生态系统的组成

（3）城市生态系统的结构

•空间结构：

圈层式结构镶嵌式结构

•营养结构——链（网）结构：

食物链资源连

（4）城市生态系统的功能

•生产功能

•能量流动功能

•物质循环功能

•信息传递功能

（5）城市生态系统主要生态问题

Ø自然生态环境遭到彻底破坏，人类与大自然长期隔离

Ø污染严重，生活环境质量恶化

Ø水资源缺乏

Ø人口密集

Ø绿地缺乏

（6）生态问题的对策

Ø确立城市发展战略，完善和执行城市总体规划

Ø加强城市环境的综合整治

Ø利用生态观来改造，规划和建设城市

（7）生态系统调控的途径——生态城

Ø生态工艺的设计和改造

Ø生态关系的规划和协调

Ø生态意识的普及与提高

第三章城市自然环境

一、影响陆地生态系统分布的因素

二、自然生态系统中生态因子的分布规律：

三、城市土壤

典型的土壤层次结构

（一）城市土壤的特点

（二）城市土壤的污染

（三）城市土壤与园林植物的生长发育

（四）城市土壤的改良

四、城市气候

1、影响城市气候的因素

Ø纬度、大气环流、海陆位置、地形等区域气候因素，人类（生产与生活）活动中放出热量及水汽

Ø由上述因素形成有别于近郊区和乡村的局地气候。

通常我们称之为城市气候

Ø城市气候所涉及的范围主要包括三个部分:

城市覆盖层、城市边界层和市尾烟气层

2、城市的辐射与日照

（1）城市的辐射

Ø城市太阳总辐射较乡村少：

Ø城市下垫面反射率小

Ø总体说,城市地面吸收的太阳辐射与乡村差别不大

（2）城市的日照

1）城市日照总时数和日照百分率小于乡村

2）城市内部日照地区差异明显

3、城市的热量平衡与城市热岛效应

（1）热量平衡

贮热量大、热收入远高于乡村

（2）城市热岛效应（urbanheatisland）

1）城市热岛—城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。

2）城市热岛效应可以从两个方面来分析：

✧同一时间城市和郊区气温的对比

✧同一城市历史发展过程中气温的前后对比：

3）城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质亦对城市热岛强度起一定作用。

4、城市的风及局部环流

•城市热岛环流：

•城市发展对盛行风的影响：

•城市覆盖层内部风的局地差异：

•城市风的特点：

5、城市的湿度、降水及水分平衡

特点：

城区年均绝对湿度和相对湿度比郊区低；城区比郊区雾多，能见度低

■城市的降水与水分平衡

1）城市水分收入项比郊区大

2）城市下垫面蒸散量和水分贮存量比郊区小

3）城市径流量比郊区大，峰值出现时间早

6、城市大气污染与城市气候的关系

■城市中大气污染物和污染源

■城市大气污染与气象条件

■城市大气污染的影响

7、城市气候与城市规划和城市建设

（1）合理布局减轻居住区的大气污染

五、城市生物

（一）城市居民：

（二）城市生物群落：

☐生境特点

■影响城市植被的植物区系种类组成的因素

■城市土地利用对植物区系的影响

☐城市环境下的植物群落结构特征

•城市植物群落中植物种的生态学特征

（三）园林植物

1.生物分类

2.生物多样性与植物的分类与命名

（1）生物多样性

生物多样性包括多个层次或水平，如基因、细胞、组织、器官、种群、物种、群落、生态系统、景观等。

每一层次都具有丰富的变化，即都存在着多样性。

其中研究较多、意义较大的主要有4各层次：

•遗传多样性（geniticdiversity）遗传多样性亦称基因多样性，广义的概念是指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。

狭义的概念是指种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变异的总和。

•物种多样性（speciesdiversity）物种多样性是指一定地区内物种的多样化。

就全球而言，已被定名的生物种类约为140万种（或170万种），但至今对地球上的生物物种数尚未弄清。

•生态系统多样性（ecologicalsystemdiversity）生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化，以及生态系统内的生境差异、生态过程变化的惊人的多样性。

•景观多样性（landscapediversity）景观多样性是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或多样性。

（2）植物的命名

（3）生物分类的阶层系统

（4）植物界的基本类群

3.常见的园林植物及配置

第四章城市中的环境问题

一、城市主要环境问题—环境污染

•大气污染:

主要因能源耗用产生（固定/移动，其中机动车尾气污染呈迅速增加趋势）

•水质污染:

工业与生活废水（重金属/无机物/有机营养物等）

•噪声污染:

交通、工业生产、居民生活

•工业废弃物和生活垃圾污染

二、造成城市环境污染的主要原因

三、城市环境问题的综合整治

目前的重点仍是防治城市四害—大气污染、水源污染、固体废弃物污染和噪声污染。

然而顾名思义，综合整治并非是单纯的四害治理，而是从城市环境保护的现实和长远目标出发,

•合理规划功能区，调整产业布局和产业结构

•城乡结合，综合防治环境污染和生态破坏

•配套与完善城市环境基础设施

•绿化城市，美化市容，搞好环境卫生等

四、大气污染及其治理

1、城市大气污染的类型:

伦敦型、洛杉矶型：

2、大气污染与城市规划

（1）合理布局减轻居住区的大气污染

（2）减少城市污染源：

（3）做好城市绿地生态规划：

五、水污染及其治理

（一）水污染的概念

1）水污染的概念：

是指直接排入水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，从而破坏了水体原有的性质

2）水的自我净化能力：

在有氧即溶解氧水平较高的情况下，排入水体的有机污染物质，通过物理、化学、物理化学和生物化学反应，而被分离和分解，使水体基本或完全恢复到原来的平衡状态称之。

（二）污染的种类

1）固体污染物污染：

造成水体外观恶化、混浊度升高，改变水的颜色。

悬浮物沉积于河底淤积河道，危害水底栖生生物的繁殖，影响渔业生产；沉积于灌溉的农田，则会堵塞土壤毛细管，影响通透性，造成土壤坂结，不利于农作物的生长。

2）有机污染物污染：

主要来自生活污水和一部分工业废水。

 有机污染物进入水体后，使水体中的物质组成发生了变化，破坏了原有的物质平衡状态。

这时有机污染物便转入厌氧腐败状态，产生H2S、甲烷气等还原性气体，使水中动植物大量死亡，而且可使水体变黑变混，发生恶臭，严重污染地球生态环境。

3）油类污染物污染：

水体中的油量稍多时，在水面上形成一层油膜，使大气与水面隔绝，破坏了正常的充氧条件，导致水体缺氧。

4）有毒污染物污染：

主要指无机化学毒物、有机化学毒物和放谢性物质。

 无机化学毒物主要指重金属及其化合物。

大多数重金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附，而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体。

某些重金属及其化合物在鱼类及水生生物体内以及农作物组织内沉积，富集而造成危害。

人通过饮用或食物链的作用，使重金属在体内累积富集而中毒，甚至导致死亡。

 有机化学毒物，主要是指酚、苯、硝基物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃、合成洗涤剂等。

这些物质具有较强的毒性。

如多氯联苯具有新脂性，易溶于脂肪和油中可致癌，多环芳烃是致癌物质。

5）生物污染物污染：

指废水中含有的有害微生物。

生活污水、制革废水、医院废水中都含有相当数量的有害微生物，如病原菌、炭疽菌、病毒及寄生性虫卵等。

它们在水中会使有机物腐败、发臭，是引起水质恶化的罪魁祸首。

对人和动植物也会引起病害，影响健康和正常的生命活动，严重时会造成死亡。

6）营养物质污染：

是指N、P、K等。

在人类生产生活活动的影响下，大量的有机物和化肥用量的50%以上未能被作物吸收利用的N、P、K等营养物质大量进入河流、湖泊、海湾等缓流水域，引起不良藻类和其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡。

这种现象叫富营养化。

水体出现富营养化时浮游生物大量繁殖，因占优势的生物颜色不同，水面往往呈蓝色、红色、棕色、乳白色等。

这种现象在江河湖泊中称为水华，在海洋中则称为赤潮。

7）感官污染：

是指废水中能引起人们感官上不愉快的污染现象，如水的混浊、恶臭、异味、颜色、泡沫等。

（三）水污染的危害

（四）水污染的治理

（1）目前国际上采用的技术主要有三类：

•化学方法：

如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等，但是易造成二次污染；

•物理方法：

疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等，但往往治标不治本；

•生物－生态方法：

是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术。

如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被。

近年来这种技术发展很快，在国外已经达到工程实用化的程度，并且积累了系列观测数据。

（2）植物对水污染的净化作用

1）吸收：

利用

•用香根草、茭白来净化富营养化的水体；

•用慈菇、菹草和水花生净化氮；

•用满江红来净化磷；

2）富集：

存储

•利用凤眼莲来净化炼油废水

•利用莕菜来净化受镉污染的水体

•芦苇能吸收酚及其他二十几种化合物，每平方米土地上生长的芦苇一年内积累6千克污染物质，有些国家将芦苇作为污水处理的最后阶段

•水葫芦能从污水中吸收金、银、汞、铅等重金属物质（注意泛滥）

3）转化：

分解掉或转化为毒性小的

•森林净化水体中的菌类污染物：

•流经森林地带的水中所含细菌数比流经农田中的细菌数减少2-2.5倍

•降低水温减少温度升高引起的“热污染”

（3）水生生态系统生物生态修复措施：

主要包括好氧处理、厌氧处理、厌氧－好氧组合处理；利用细菌、藻类、微型动物的生物处理；利用湿地、土壤、河湖等自然净化能力处理等

六、城市噪声公害及其控制

1、噪声的定义和特性

2、噪声控制

1）噪声来源

2）噪声控制

五、城市环境卫生

第五章城市园林绿地与绿化

一、现代城市绿地的沿革

二、城市园林绿地的生态效应

1、净化空气、水体和土壤

2、改善小气候

3、降低城市噪声

4、城市园林绿地的其他效用

■美化环境及科学教育:

增添了生动的画面，减少了生硬化和直线化

■游憩娱乐和健康疗养

■生物物质生产

■导引街道走向和边界，维系交通安全

■抗震防火

■蓄水保土

三、城市园林绿地系统规划

（1）确定城市园林绿地定额的几个因素

（3）城市园林绿地的分类

（4）城市园林绿地系统的布局

■园林绿地规划布局应考虑的因素

•综合考虑、全面安排

•从实际出发，因地制宜

•均衡分布、比例合理

•远景目标和近期安排相结合

■理想的城市园林体系:

三级绿化系统

市内小型绿化系统:

将居住区与工业区分隔，用防护带、行道树、小游园等构成市内绿化系统

市内环绿化网:

以市内公共绿地为核心，以林荫大道和水系绿带为骨架，围绕市区和市中心区形成内环绿化网

市外环绿化网:

在市郊以风景区、森林公园、大型果园和苗圃为基地，用自然防护林带串通，形成城市外环绿化圈，将城市包围，并以此控制城市用地向外扩展

■园林绿地系统的布局形式

•块状绿地布局:

•楔形绿地布局:

•带状绿地布局:

•混合型绿地布局

四、城市街道与工厂企事业单位绿化

（1）城市街道绿化的主要类型

（2）工厂企业区的绿化及其要求

五、立体绿化--有限面积内的城市绿化对策

城市化过程的加速和城市规模的扩大，使原本就紧缺的城市建设用地更趋紧张。

其结果或是不断侵蚀城郊农田，或是挤占城市绿化用地，前者无疑不适合我国人多地少的国情，后者则不利于改善城市生态环境质量，提高居民生活健康水平。

因此，应走城市立体绿化的道路，使绿色植物向空间发展，在有限面积内布置尽可能多的花、草、藤、蔓，促进城市生态良性发展

1）立体绿化的特殊功能和效用—除具有一般绿化的各项功能和效用外，还有以下特殊功能:

■节约城市用地和绿化投资

■增加和改善景观艺术性，提高审美情趣

■保护建筑物，延长其使用寿命

■开发资源，增加收益

立体绿化是在建筑物侧面或顶部攀缘或覆土种植，因而运用得当，可以在美化环境、清除垃圾、消纳污物的同时，提供蔬菜、瓜果、花卉及其他经济收入，做到变废为宝，增加收益

2）城市立体绿化的内容

立体绿化内容丰富多样，在城市的不同建筑立面上以及空间位置中，均可布设。

一般立体绿化可分为墙面绿化、阳台绿化、棚架绿化、篱栅绿化、屋顶绿化、桥梁绿化、立体花坛、护坡绿化等

3）立体绿化的设计理念

立体绿化的设计，应讲究选材适宜，注重艺术观赏性，考虑和顾及与周边环境的合谐性，使之融为错落有致的整体

植物的选择，以乡土树种为首选，结合各类藤、灌、草、花，并以某一、二种为主，形成基调;有条件时，多选择常绿植物，辅以观花、观果、观叶、观形植物，使之四季常绿、三季有花、经年有景

立体绿化的色彩运用，应以建筑物为主体，植物起点缀作用。

由于绿化的美学特征，与人的主观感受密切相关，因此在因地制宜的基础上，还要因“人”制宜，如考虑民俗风情、传统习惯，南、北方差异，东、西部有别

然而共通之处应是师法自然，以求恬淡素静、雅俗共赏

六、城市绿化展望

■大城市的绿化

大城市应按照城市总体发展规划的要求，制定一个合理、完整的园林绿地系统规划，在规划的指导下,循序渐进,使城市园林绿地的建设逐步走上布局合理、绿化普遍、面貌清新的良性循环轨道

■中小城镇园林绿化

依山傍水的城镇:

园林绿地要和水体、山川紧密结合，充分利用河滩空地和自然山林开辟公园、公共绿地和风景区,使景观更加秀丽

有文物古迹的城镇:

可合理并有机地将之组织到园林绿地系统中，从而形成自己的独特风格和/或游览胜地

注意街道、街坊小区和单位庭院的绿化，提高绿化覆盖率

七、城市园林绿化树种与草种

（1）城市园林绿化植物的选择

第六章生态城市

一、生态城市概述

1、生态城市的概念

1984年，原苏联生态学家扬诺斯基（N.Yanitsky）提出：

生态城市是一种理想的城市模式，是技术与自然充分融合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥，居民身心健康和环境质量得到最大限度的保护，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的一种理想栖境。

1987年，美国生态学家理查得·瑞杰斯特（RichardRegister）等则认为：

生态城市是追求人类与自然的健康与活力、即生态健康的城市，是紧凑、充满活力、节能并与自然和谐共存的聚居地。

1984年，我国生态学家马世骏认为：

生态城市是自然系统合理、经济系统有力、社会系统有效的城市复合生态系统；

1988年，王如松认为：

生态城是社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，生态学良性循环的人类聚居地。

1989年，黄光宇认为：

生态城是人、自然、环境融为一体，互惠共生，和谐发展，物质文明与精神文明高度发达的城市。

2002年，李文华提出：

生态城市是具有经济高效、生态友好的产业，系统可靠，社会和谐的文化，环境优美、功能完善的景观一类行政单元。

综上所述，生态城市应该是结构合理、功能高效、关系和谐的城市。

具体而言，是指城市空间布局合理，基础设施完善，人的建设与自然的选择行统一，环境清洁优美，生活安全舒适，物质能量高效利用、信息传递流畅快速，经济发展、社会进步、环境保护三者保持高度协调，人与自然互惠共生和谐发展，生态良性循化的城市负荷生态系统。

它由社会、经济和环境自然三个子系统构成，是按生态学原理建立起来的人类聚居地

2、生态城市的内涵

v从生态哲学角度看，生态城市实质是实现人与自然的和谐，即天—地—生—人动态合一，人的自然化与自然的人化选择均衡。

v从生态经济学角度看，生态城市的经济增长方式是“集约内涵式”的，不仅强调人的经济财富丰富，而且强调生物与环境的经济性。

v从生态社会学角度看，生态城市的教育、科技、文化、道德、法律制度等都将“生态化”。

v从城市规划学角度看，生态城市空间结构布局合理，基础设施完善，生态建筑广泛应用，人工环境与自然环境融洽，城市景观成为城市文化的空间构成与表现。

v从城市地理空间角度看，生态城市是一个城市化区域，城乡复合体，城市与乡村融合，互为一体。

v从城市生态学的角度看，生态城市的社会—经济—自然复合生态系统，结构合理、功能稳定，达到动态平衡状态。

3、生态城市的特性

v整体性与复合性

v和谐性与耦动性

v高效性与内源性

v可持续性与协调性

v均衡性与安全性

v区域性与开放性

二、城市生态化过程

1、城市生态化：

在组成、结构、功能等不同层面上，人类或生物同自然环境之间的整合过程，称生态化。

所以生态化是一种整合过程，也是一种整合结果，是过程与结果的统一。

城市生态化是城市人与自然环境的整合过程，强调社会、经济、自然协调发展和整体生态化，即实现人—自然共同演进、和谐发展、共生共荣，它是可持续发展模式。

v在生态意识方面，生态意识浓厚，不再将自然放在与人的对立面，而是使人与自然和谐地发展与演进；

v在生态资本方面，生态资本雄厚，经济高效，产业结构健全，自然资本与人造资本融通；

v在生态制度方面，社会公平安康。

v生态城市是城市生态化的发展结果。

2、城市生态化的特点

v自然生态化是基础：

发展以保护自然为前提，发展与环境承载能力相适应；合理利用自然环境与资源

v经济生态化是条件：

强调低消耗、高效益、低投入，高产出的经济增长方式；实现清洁生产和文明消费；对经济增长不仅重数量，更重质量；提高资源再生利用和综合水平；采用可持续的生产、消费、交通和住区发展模式

v社会生态化是目的：

有自觉地生态意识和环境价值观（尤领导决策层）；生活质量，人口素质及健康水平与社会经济发展相适应；平等、自由、安全的社会环境；社会进步与经济发展相适应

v复合生态化是前提：

社会、经济、自然协调发展，整体优化，人与自然共存共荣、和谐发展。

三、生态城市的规划和建设

1、建设生态城市的五个层面：

v生态卫生：

采用生态导向、经济可行和与人友好的生态工程方法，处理回收生活污水和垃圾，减少空气和噪声污染，为居民提供整洁健康的环境；以高效低成本的生态工程手段，对污物和污水进行处理与再利用。

v生态安全：

为居民提供安全的金奔生活条件；生态城市建设中的生态安全（水、食物、居住、减灾、生命安全。

v生态产业：

产品生产为导向转向功能服务为导向；企业间及部门间食物王室的横向耦合；产品生命周期全过程的纵向耦合；工厂生产与周边农业生产及社会系统的区域耦合；具有多样性、灵活性和适应性的工艺和产品结构；软件、心件优于硬件，进化式管理。

v生态景观：

通过景观生态规划与建设，优化景观格局及过程来减轻热岛效应、水资源耗竭及水环境恶化、温室效应等环境问题。

v生态文化：

以整体、和谐、循环和孳生的生态学原理为基础，培养具有高生态意识和继承历史文化的群体生态智人、管理者。

2、生态城市建设主要阶段：

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