第八章、城市生态系统的生态流

8 城市生态系统
• 城市生态系统的组成 –自然系统: 居民赖以生存的基本物质环境, 如阳光、空气、雨露、植被、土壤、动物等 自然景观要素 –经济系统: 生产、分配、流通与消费的各 个环节,包括工业、农业、交通、运输、贸 易、金融、建筑、通讯、科技等 –社会系统: 物质生活与精神生活诸方面,如 衣、食、住、旅、医等和人们的心理状态, 以及文化、艺术、宗教、法律等上层建筑
能源供应系统 产生能源 (供电, 供热, 供气) 组织能源流通 环境卫生系统 园林绿地系统 邮电通讯系统 处理回收废物流 净化生态环境, 美化景观 传输和交换信息
城市防灾系统 防止自然和人为灾 (防洪, 消防, 抗震, 防护和免疫 害 控制沉降)
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我国的城市化往往发展不平衡, 城市人口增长速度 远快于城市基础设施建设~~。基础设施水平与西 方国家相比, 处于相当落后的状态, 如: – 城市供水紧张: 北方城市几乎全部缺水, 日缺水 达15106t以上; 排水设施落后, 97%的污水未经 处理排入江河, 造成水体污染 – 城市道路短缺, 交通拥挤: 地铁线路尤其匮乏 – 城市居民住房紧张: 人均不足10m2 – 城市绿化覆盖率低: 许多城市未达国家标准
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在这个复合生态系统中:
– 各种自然及物理组分是城市赖以生存的基础
– 各个部门的经济活动和代谢过程是城市生存 发展的活力和命脉 – 每个人的社会行为及文化观念是城市演替与 进化的动力泵
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与自然生态系统的区别 城市只是人口集中居住的地方, 是当地自然环境 的一部分, 并非一个完整的、自我稳定的、典型的生态 系统: 1) 城市所需的物质和能量大都来自周围其它生态系统, 城市之状况如何往往取决于外部条件
– 占有一定空间, 有包括人类在内的生物和非生 物组成等要素 – 要素间存在物质—能量代谢、生物地球化学 循环以及物质供应(输入)和废物处理(输出) – 要素间相互作用构成有内在联系的统一整体
因而可将城市看成是一个(马世俊等, 1984)：
自然—经济—社会复合生态系统—SENCE, i.e., Social-Economic-Natural Complex Ecosystem
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢 常住人口流:
出生/死亡 迁入/迁出 规则或不规则的市内流动：合理的城市布局可 以使居民的上下班时间缩短,也会使居民生活感到 方便。
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
流动人口流: 旅游、探亲、过境、出差、经商、 做生意, 和“打工族”—8000万(1993年) 流动人口同样参与城市的物流与能流，消耗的 物质与能量常常超过常住人口的水平，从而大大 加剧城市环境污染和交通拥挤。 据桂林市调查，外国游客比本市居民排放的生 活污水多6.8倍，生活垃圾多9.8倍，废气多8倍。 国内游客比本市居民排放的生活污水多2倍，生活 垃圾多2.5倍, 废气多2倍……
二、资源货物流
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢
包括资源流(如水流)和货物流等。 货物流不仅仅是简单的输入与输出，还包括其中 的开发、生产(形态与功能的转变)、交换、分配、 消耗、累积、及废物排放等物质在系统中所经过 的一切过程。
–货物流程 (见下页图)
输 入
库存 生 产
输 出
消 耗 (生产, 生活)
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
2.人工产品流：指为保证城市功能正常发挥所涉及 到的各种物质资料在城市中的各种状态及作用的 集合。
3.城市生态系统物质利用的不彻底导致了物质循环 的不彻底,物质循环的不彻底又导致了物质循环过 程中产生大量废物,即废物流。
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢 城市物质流用人口流、资源货物流来分析:
第八章 城市生态系统的 生态流
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8.1 城市生态系统的结构 城市社会经济系统
• 系统基本结构
城市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，其中城市社会经济子系统 涉及到城市居民的物质生活与精神生活诸方面， 主要由生产、流通和消费三大系统构成
城市社会经济系统的结构
生 产 系 统 物 质 非物质 流通系统 消费系统 生产部门 生产部门 农 业 科 学 财 政 生活服务 教 育 金 融 建 筑 业 文 化 物 资 物质供应 新 闻 交 通 能源产业 出 版 商 业 医药卫生 矿 业 印 刷 外 贸
8.3.1城市生态系统的物质代谢
CO2、O2、H2O等
生产消耗 生活消费 城市活动 蓄 积 废弃物
CO2、SO2、NOX 等
原材料 燃 料 商 品
产 品 废弃物
食 品
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢
• 城市生态系统的物质流可分为自然物质流、 人工产品流和废物流。
1.自然物质流是由自然力推动的生态流，主要指空 气、水体的流动。 特征：数量巨大、状态不稳定。 意义：其流动的速度和强度,直接影响到城市的生 产、生活和还原作用,从而对城市的生态环境质量 形成巨大的影响。
市的物质代谢。城市物质代谢的研究重点： –物质的来源、利用、分配、管理
–废物的排放、扩散、处理、再生
–城市的负载能力、环境容量 –污染物质的流动规律及对人和物理环境的影响 等问题
唐山市物质流动估算(1981~1983年平均)
输 矿物质 其中： 入/104 t 2 917.4 煤 炭 2 023.5 669.0 矸 石 矾 土 55.3 167.3 石灰石 萤 石 2.3 24 623.0 地表、地下水 燃烧空气 5811.0 输 废 渣 其中： 出/104 t 冶炼废渣 粉煤灰 矸 石 化工废渣 957.0 45.0 240.0 669.0 3.0
废弃物
累 积 (如建筑物, 道路等)
城市生态系统中的货物流示意
城市的物质、能源代谢
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
不同规模、不同性质的城市，其物质输入、输出 的规模、性质、代谢水平不同： 如— 工业城市输入以原材料、能源资源为主，输出以加 工产品为主； 风景旅游城市输入以消费品为主，输出以废弃物垃 圾为主。
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢
我国大城市人均用水明显低于世界发达国家
世界几个主要城市的居民生活用水量(1980’s)
人均生活 北京 伦敦 巴黎 东京 莫斯科 用水量 L/(人d) 150 286 320 341 440
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢 我国是水资源并不丰富的国家, 淡水资源的人
城市基础设施也是城市现代化水平和文明程度的 重要志
城市基础设施体系与人体生理机能比拟
城市基础 设施体系 道路交通系统 给排水系统 功能与作用 相当于人体 生理机能
建立城市整体与延 伸的分支体系构架, 骨 胳 支 撑 疏导人流车流物流 体 液 循 环 供给用水,处理废水 摄食, 消化, 过滤, 排泄 呼吸和美容 装饰 感觉和神经 控制反应
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
城市物质流的输入输出收支平衡非常重要:
1.输入近等于或略大于输出的城市,其规模和内部积 蓄量变动较小,维持着相对的动态平衡;
2.输入比输出大得多的城市是发展型的城市;
3.输入比输出小得多的城市,是整体已开始衰落的城 市。
8.3.1 城市生态系统的物质代 谢 城市的物流运转、消纳、输入与输出可看做城
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• 城市的基础设施
城市水源、自来水厂与输配水管网、排水系统 及污水处理 道路、桥梁、隧道、公共交通 城市煤气热力厂及输配管网、电力输配网
邮电通讯
园林绿化、环境卫生
安全防御：防洪、消防、抗震、控制地面沉降
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城市基础设施是国民经济基础设施的重要组成部 分，为城市的生产、流通、消费和国民经济服务， 具有明显的经济、社会与环境生态效益，是城市 生产与城市居民正常生活的基本保证
• 城市生态系统是多层次的复杂系统
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8.3 城市生态系统的功能
组织社会生产, 方便居民生活 1 城市生态系统的能量流
–能量流动的基本过程 原生次生有用最终
自然界加工转化,便于输送或贮存做功利用 转移至产品中或投入到使用中
生态流——城市的人口流动、物质生产、物质循环、
能量流动以及信息传递等，把城市生态系统内的 生活、资源、环境、时间、空间等各个组分以及 外部环境联系起来，这一切统称生态流 (ecological flow)。这些生态流实现了城市的新 陈代谢(urban metabolism)。 • 城市要实现可持续发展(sustainable development)，维持城市生态系统稳定而有序的 发展，必须研究城市生态系统功能，揭示影响生 态系统稳定性的主要因素，以便人工调节这些生 态流，使之协调和畅通。
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• 城市生态系统的结构 –空间结构: 土地利用的空间排布形式 –社会结构 : 包括人口结构 劳动力结构 智 力结构 • 劳动力~ —劳动人口中不同职业劳动力所 占比例,反映城市的经济特点和主要职能 • 智力~ —具有一定专业知识和技能的劳动 力部分 , 能反映城市的文化水平和现代化 程度,并往往决定着城市的经济发展前景
均拥有量仅为世界的四分之一, 北方城市缺水是 普遍现象。许多北方和沿海城市, 水源不足已成 为限制城市发展的重要因素。为此, 在城市规划、 建设和管理过程中, 必须周密地考虑城市人口与 淡水资源之间的平衡, 合理分配生产用水和生活 用水, 并要注意节约用水。 解决城市水资源缺乏的关键药方是什么? 开源节流治污
废 水 废 气 其中：
农副产品
69.4
原料产品 总 输 入
1 080.0 34 500.8
22 046.0 6 275.3 二氧化碳 1 326.6 15.1 二氧化硫 水 352.2 4 390.7 氮 气 氮氧化物 150.1 40.6 灰 尘 生活废物 3 040.3 462.3 其中： 废 物 496.5 用水蒸发 2 080.6 污 水 0.9 垃 圾 2 028.0 产 品 34 346.6 总 输 出
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
城市的水循环
淡水是城市居民生活和城市生产不可缺少的 重要资源。 水既是生活必需品，又是原材料，还是传递 物质和能量的载体。 如洗涤用水是污染物的载体 ， 发电和冶金用 冷却水是余热( 能量 ) 的载体。每发 1000kW· h 电、 炼1t钢、造1t纸,大约都需要200t水。 一座百万人口的城市，仅就生活用水而言， 若按人均用水300L/d 计算， 100 万人每年需要 至少1108t水。
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8.2 城市生态系统的特点
• 城市生态系统的概念 城市是城市居民与其周围环境相互作用形成的 网络, 是人类生产和生活活动集中的较大场所, 是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起 来的特殊空间地域综合体
该空间地域综合体是自然实体和社会,、经济和 科学文化实体的有机统一:
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一、人口流: 人口流是复合生态系统中一种特有的功能流, 其流量特征是城市生态系统社会经济生活的 综合反映。
人口流可分为常住人口流和流动人口流。
8.3.1 城市生态系统的物质代谢
人口流可从时间流和空间流上分别进行分析，时 间流反映人口数量随时间的变动情况，空间流则反 映某区域内人口的空间分布状况。
劳力流也是一种特殊的人口流。劳力流包括劳力 在时间上的变化，即由于就业、退休等导致劳力数 量的变化，以及劳力在空间上的变化，即劳力在各 部门分配情况的变化。
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–营养结构: 为一特殊的倒三角形(见下页图)
肉食 动物
人
动物
植物
植食动物
植物
(a) 自然生态系统 (b) 城市生态系统
城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较
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在城市生态系统的结构研究中, 最能反映系统内 部运动规律的关键因素有:
城市人口变动
城市经济活动
城市土地利用—对之研究尤其重要, 因为它是人类 社会经济活动规模与水平的综合反映, 是城市空间 结构状况的实际反映
2) 城市同时也具有生态系统的某些特征, 如组成城市的 生物成分, 除人类外, 还有植物, 动物和微生物; 能够进 行初级生产和次级生产; 具有物质循环和能量流动等功 能
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• 城市生态系统的特点
• 城市生态系统是以人为主体的生态系统 身 兼数任: 生产者、消费者、主宰者
• 城市生态系统是容量大、流量大、密度高、 运转快、高度开放的系统 • 城市生态系统是人类自我驯化的系统