城市生态学chapter3城市生态系统.ppt
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第三章城市生态系统,一、城市城市以人类社会进步为目的的、集约人口、集约经济、集约科学文化的系统，集中了一个地区生产力最先进、最重要的部分，代表着一个国家或一个地区国民经济的发展水平与方向。
第一节城市、城市系统及城市生态系统,城市的地理位置对城市的产生与发展有深远的影响。
例如日本东京在1923年遭受到大地震的破坏，在第二次世界大战中又遭到了地毯式的轰炸，两次破坏，两次重建，目前仍然是一个世界型的大城市。
东京,我国渤海湾南北各有烟台、大连两个港口城市，虽然条件相似，但发展速度各异。
烟台南有青岛、西有天津，只有山东半岛的几个县为其腹地，因此烟台发展缓慢，目前城市区人口仅70多万人。
而大连以东北三省和内蒙古自治区东部为其腹地，发展很快，目前城市人口已超过160万，成为全国第二位的国际贸易港口。
烟台大连,二、城市系统城市是社会、经济、自然的综合体。
按照系统论的观点，这个综合体称作城市系统（urbansystem）。
它以人为中心，以一定的环境条件为背景，以经济为基础的一个综合系统。
（一）城市系统的特征1组成单元多城市是一个复杂的社会形态。
有人估计其组成单元为108个。
它由许多子系统组成，如经济、人口、金融、交通、城建、科学、教育、文化、法律等。
北京国民经济与社会大系统财政环境科教文化卫生产业人口交通与邮电资源与能源,科学,医疗中心,文化,教育,交通运输,邮电业,第一级子系统包括7项，第二级子系统包括30项，第三级子系统包括160项，一般分解到第四、五级，个别到第六级即可达单位实体。
科教文化卫生教育高等教育大学河南农业大学林园学院园林01级三班,2城市功能多随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，单一功能的城市很少。
3拥有占优势行业各种不同的城市有自己独特的占优势的行业，在全国或一个地区内的社会劳动分工中起到一定的作用。
深圳、福州、南京、无锡等19个城市为电子工业占主导的城市秦皇岛、湖州、嘉兴、盐城、淮阴等32个城市为建材工业占主导的城市,每个城市都是一定地域的中心，是周围广大地区生产、交换、分配、消费等各种经济活动的集中场所。
一定规模的城市有一定的吸引力作用。
如市场的引力，城市各种现代化生活设施和就业机会的引力等。
三、城市生态系统
（一）城市生态系统的概念城市生态系统（urbanecosystem）：
指的是城市空间范围内的居民与自然环境系统和人工建造的社会环境系统相互作用而形成的统一体，属人工生态系统。
城市居民包括人的数量、结构和空间分布自然环境系统包括非生物系统和生物系统社会环境系统包括物质环境系统和非物质环境系统,
（二）城市生态系统的产生及其发展城市生态系统是经人类生态系统的演变进化，在人类社会的发展过程中经过自然生态系统到农村生态系统出现城市后才产生的，人类生态系统从此划分为农村生态系统和城市生态系统两大类型。
自然生态系统人类生态系统,城市生态系统,农村生态系统,目前城市生态系统结构主要有两种划分第一种划分,第二节城市生态系统的组成结构,城市生态系统,城市环境系统,城市居民,社会环境,自然环境,法律,政治,经济,生命,文化,非生命,第二种划分,城市生态系统,经济生态系统,自然生态系统,文化,法律,政治,科学,生命,文化,非生命,社会生态系统,人类的经济活动,第三产业,第二产业,第一产业,一、城市生态系统的基本功能城市生态系统的功能是指系统及其内部各子系统或各组成成分所具有的作用。
城市生态系统是一个开放型的人工生态系统，它具有两个功能，即外部功能和内部功能。
第三节城市生态系统的基本功能和主要特点,外部功能联系其他生态系统，根据系统的内部的需求，不断从外系统输入与输出物质和能量，以保证系统内部的能量流动和物质流动的正常运转与平衡；内部功能维持系统内部的物流和能流的循环和畅通，并将各种流的信息不断反馈，以调节外部功能，同时把系统内部剩余的或不需要的物质与能量输出到其它外部生态系统去。
（一）城市生态系统的生产功能城市生态系统的生产功能是指城市生态系统能够利用城市内外系统提供的物质和能量等资源，生产出产品的能力。
包括生物生产与非生物生产。
1生物生产生物通过新陈代谢作用与周围环境进行物质交换、生长、发育和繁殖。
生物的初级生产生物的初级生产是指植物的光合作用过程。
城市生态系统中的绿色植被包括农田、森林、草地、果园和苗圃等人工或自然植被。
我国1992年城市的耕地面积仅占全国耕地面积的23。
6%。
生物生产,生物的初级生产,生物次级生产,生物次级生产对初级生产产物进行再加工的过程。
具有三个特点：
（1）依赖性
（2）人为可调性（3）社会性,生物生产,生物的初级生产,生物次级生产,2非生物生产是指人类创造物质与精神财富来满足城市人类的物质消费和精神需求。
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。
分为物质生产和非物质生产两大类。
物质生产指满足人们的物质生活所需的各类有形产品及服务。
包括：
a.各类工业产品b.设施产品，供电系统、交通等c.服务性产品，学校、医院等,非生物生产,物质生产,非物质生产,
（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。
城市生态系统的非物质生产实际上是城市文化功能的体现。
城市的建设和发展反映了人类文明和人类文化进步的历程，城市是人类文明和人类文化的荟萃地。
非生物生产,物质生产,非物质生产,
（二）城市生态系统能量流动功能1能源结构城市生态系统的能源结构是指能源总生产量和总消费量的构成及比例关系。
城市是一个国家消耗能源的主要区域。
城市中工业尤其是重工业是能源消耗的大户。
如1992年，上海的重工业消耗了全部能源的72.5%，几乎全部的焦炭、将近一半的汽油、83.6%的柴油和75%的电力。
一个国家或一个城市的能源结构是反映该国或该城市生产技术发展水平的一个重要标志。
天然气和电力消费是反映城市能源供应现代化水平的两个指标。
美国早在20世纪50年代初天然气就占了燃气气源总量的90%，而中国主要城市20世纪90年代这一比例仅为6%；另外在电力消费方面，发达国家为24%，而中国上海仅为11.1%。
2能量流动,二、城市生态系统的主要特点
（1）城市生态系统中生命系统的主体是人类，而不是各种植物、动物和微生物。
所以，城市生态系统最突出的特点是人口的发展代替或限制了其他生物的发展。
不同类型生态系统的组成结构示意图A自然生态系统B农村生态系统C城市生态系统,三级消费者二级消费者一级消费者生产者有机体,人类动物植物,人类,动物,植物,A,C,B,
（2）城市生态系统的环境主要部分变为人工的环境。
（3）城市生态系统是一个不完全、不独立的生态系统。
（4）城市生态系统在能量方面具有明显的特点。
在传递方式上，城市生态系统的能量流动方式要比自然生态系统多。
自然生态系统主要通过食物网传递能量，而城市生态系统可通过农业部门、采掘部门、能源生产部门、运输部门等传递能量；在能量流运行机制上。
自然生态系统能量流动是自为的、天然的，而城市生态系统能量流动以人工为主。
一、环境问题的产生与生态危机1972年6月5日，联合国邀请了58个国家的152位专家，在瑞典的首都斯德哥尔摩召开“人类环境会议”。
环境问题第一次被各国公认为是人类面临的一个重大问题。
第四节城市生态环境问题,
（一）农业、畜牧业带来的生态问题农业和畜牧业的出现，是人类生产发展史上的一次重大的革命。
人类利用自然界，扩大了人类自身的生存环境，同时也就产生了相应环境问题。
由于大量砍伐森林，破坏草原，盲目的开发，引起水土流失、牧场退化、旱涝灾害、土壤沙漠化、盐碱化、沼泽化以及流行病的传播等。
例1：
古代的黄河流域曾经有过茂密的植被，浓郁的森林和草原。
有人估计，当时的森林覆盖率大约为53%，但是由于人口的增加，毁林开荒，帝王将相修建宫庭陵墓，战争中的火攻等原因，使黄河流域的大片森林遭到人为的破坏，终于被毁灭，演变成荒山秃岭，“黄土高坡”，森林覆盖率仅为5%。
植被的破坏导致黄河流域的黄土疏松，粘结力弱，地表失去植被的保护，受到雨水大量冲刷侵蚀，大约每年地面表土要刮去1厘米。
黄河每年约有16亿吨泥沙淤积下游，带走氮、磷、钾近2000万吨，使下游河床高出地面310米，形成地上河，造成黄河经常性的决堤改道。
据统计，从公元前602年到1949年的2500多年中黄河决口1500多次，其中较大的改道26次。
1642年黄河水冲进开封城，全城37万人，幸存者3万人。
近几十年，由于人工用水、保水与水资源失去平衡，在1972年黄河第一次出现了断流，断流天数约15天左右，从1985年后，几乎每年都出现断流的现象，而且断流的天数越来越长，到1996年断流的天数达133天，1997年断流的天数为226天。
例2美国的“黑风暴”也是盲目开发引起的恶果。
美国建国以后，开垦草原、砍伐森林的规模越来越大，从1870年到1930年的60年间，开发处女地700多万公顷，毁灭了大量的森林，致使生态条件恶化。
1934年5月11日，从美国西部干旱地区到美国东部形成了约2400多公里长，1500公里宽，3.2公里高的巨大狂风暴，连续刮了3天，使纽约市中午也是一片昏暗，每一千立方米的含沙量达到40吨，造成美国冬小麦当年减产51亿公斤。
治理的关键：
恢复并重建以林草为主的绿色植被。
措施：
退耕还林、退牧还林、种树种草,
（二）工业化、城市化带来的生态问题现代工业的兴起和城市的迅速发展，是人类科学技术进步的重要标志和改造自然的能力提高的重要标志。
人类大幅度地改变了生态环境的组成与结构，改变了物质循环和能量转化的功能。
虽然扩大了人们的生存空间，改善了人类的物质生活条件，但与此同时也带来了复杂的环境问题。
早期工业化进程的产物：
大气污染，酸雨，臭氧层遭破坏，废化学公害，水质恶化,过度的开采造成资源的枯竭和生态的破坏,著名的“八大公害”事件马斯河谷事件1930年12月。
在比利时马斯河谷工业区的硫化矿冶炼厂、炼焦厂，由于生产过程中排放大量二氧化硫、氟化氢和粉尘，严重污染大气环境，引起几千人呼吸道发病，急性中毒，约60人死亡。
洛杉矶烟雾事件美国的洛杉矶是世界上第一个受光化学烟雾毒害的城市，它西临太平洋，另三面群山环抱，地形不利气体扩散，而市内每天有34百万辆汽车奔驰，尾气在太阳紫外线作用下生成光化学烟雾，1946，1955年发生两次，造成当地老人死亡近400人，全市四分之一居民患眼病。
伦敦烟雾事件1952年12月，位于泰晤士河谷地区的英国伦敦，因家庭烧煤取暖而排出的大量二氧化硫，在逆温和多雾的情况下，长期蓄积不散，使空气中二氧化硫超标20多倍，粉尘超标10多倍的空气污染事件，4天之内就夺走了4000人的生命，事后2月内又陆续死亡8000人。
多偌拉事件1948年10月美国多偌拉镇在逆温和多雾的天气情况下，由于冶炼厂的粉尘和二氧化硫引起的空气污染事件；四日市事件日本四日市由于大量燃烧重油引起大规模人群患气喘的事件；,富士事件1955年日本富士县河流上游锌冶炼厂向河中排放含镉废水，使河水含镉量增高，沿河居民饮用后患痛骨病，死亡34人。
水俣湾事件自1953年以来，日本水俣湾沿岸地区由于含甲基汞的废渣排入水体后，通过食物链引起人们神经中毒的事件。
米糠油事件1968年日本九州，由于多氯联苯污染水体，一家食用油厂在生产米糠油时使多氯联苯混入米糠油，造成10，000多人中毒，16人死亡。
现在我们生活的这个星球上，几乎找不到一块地方是没有受到污染的“清洁区”，连南极的企鹅和北极的驯鹿，也受到了农药DDT的污染。
人类已经在地球上生活200多万年了，在这漫长的岁月里，人们在利用自然、改造自然、改善自己的生活状况方面取得了惊人的成就。
我们对自然界的胜利，自然界都报复了我们。
虽然眼前的小范围生活得越来越好，但从长远的、大范围的观点来看，生态环境却越来越糟。
（三）当前人类面临的生态环境问题的概括50年代末60年代初，世界上许多国家认为世界上主要面临五大社会问题，西方有人称作“五大危机”，即人口增长过快、能源不足、粮食短缺、自然资源遭到破坏、环境污染。
随着时间的推移，一些环境问题专家提出严重威胁世界生态环境的十大问题是：
沙漠化日益严重；森林遭到严重砍伐；野生动物大量灭绝；人口剧增，加大了对环境的压力；饮水资源越来越少；盲目捕捞使渔业资源受到破坏；河水污染严重；大量使用农药，使农作物及人体健康受到损害；全球气温明显上升；酸雨现象正在发展。
现在，世界环境与发展委员会在我们共同的未来的报告中，列举了当前人类面临的十六个严重生态环境问题：
人口剧增；土壤流失和土壤退化；沙漠日益扩大；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；贫困加深；军费开支巨大；自然灾害增加；大气“温室效应”加剧；大气臭氧层遭破坏；,滥用化学物质；物种灭绝；能源消耗与日倍增；工业事故多；海洋污染严重。
五大危机、十大生态环境问题或十六个严重的生态环境问题总的来说，关键还是人口问题。
由于人口剧增，对环境产生巨大的冲击与压力，引起资源不足，生态环境条件恶化，反过来又必然限制人类的进一步发展。
下面着重从人口、资源、环境三个方面的来叙述。
1人口剧增人口有一定的数量才有利于克服自然界带来的困难。
但是人类生活的地球的生存空间有一定的限度，地球的生产力、地球的资源环境也有一定的限度。
因此，如果人口无节制地增长，到了一定的限度就不可避免地会产生粮食不足，能源短缺，资源匮乏，环境恶化的问题。
人口数量的增长取决于人口的出生率、死亡率、迁移率。
在人类历史上，由于生产力的发展水平不同，社会经济状况不同，人口的增长有三种不同类型：
高出生率、高死亡率、低增长率的原始型；高出生率、低死亡率、高增长率的中间型；低出生率、低死亡率、低增长率的现代型。
历史上的人口增长情况,近200年的人口增长情况,目前世界人口的增长率约为1.7%，全世界每分钟有250个婴儿诞生，照这种增长趋势，估计到2021年，全世界的人口将达到88亿。
城市人口将占世界总人口的一半，达到35亿。
到2062年世界人口将达到176亿，700年后即2600年，世界人口将是一个天文数字。
这就意味着地球上所有的地方都站满了人。
在1987年全世界的50亿人口中，亚洲占60%，达到了28亿。
中国人口在很早以前就处于世界各国的首位，大体上保持世界人口的l614。
中国的人口增长情况,全世界超过5000万人口的国家有17个，而中国的四川省、河南省、山东省、江苏省、广东省、湖南省、河北省、安徽省等8个省的人口分别已经超过了5000万。
照目前的人口增长趋势，到2020年有可能性达到15.8亿。
因为计划生育的实施，人口的增长速度得到控制。
专家预测到2030年左右中国总人口达到零增长，然后开始缓慢负增长。
到2050年，中国人口占世界人口的比重将下降到15%，世界第一大国的称号将让位给印度,地球究竟能养活多少人?
从生态学的角度说，地球上一切生物赖以生存的能量来源于太阳。
地球接受太阳光的面积是一定的，进行光合作用的绿色植物能食用的部分只占1%，同时地球上还有许多其他动物靠植物生存。
照这种计算方法，地球上只能养活80亿人。
中国人口的合理数量应为7亿人左右，目前已经超过了地球上这个区域的承受能力。
2资源匮乏资源是维持人类生命和生活所必需的和经常使用的物质。
人类对资源的需求一直呈上升的趋势，由于人口不断增加，生活水平不断提高，人类对资源的需求欲望也越来越高。
悲观的结论：
人口增长的极限将耗尽地球上不可再生的资源。
另一种结论：
认为资源取决于技术，技术不但不会用完资源，而且还会发现和扩大资源的来源。
资源分为可更新资源与不可更新资源两大类。
大气中的氧气可以通过绿色植物光合作用得到补充，这类资源称作可更新资源。
矿物资源被开采后，“库存”越来越少，所以这类资源称作不可更新的资源。
（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，是人类的栖息之地，是人类生产活动最基本的生产资料与生活资料，提供了人类34的食物和全部的木材。
地球表面积,海洋面积,陆地面积,可耕面积,实际耕地面积,（29%）,（71%）,30亿公顷,1.38108平方公里,1.49108平方公里,3.6108平方公里,5.1108平方公里,土壤面积,20%,15亿公顷,边远地区,盐碱地、沙漠,岩石,据联合国粮农组织统计，从1957年至1977年的20年中，耕地面积增加了10%，但同期世界人口增长了40%。
随着人口的增长，人口平均的耕地面积越来越少，1977年世界的人均耕地面积约为0.35公顷，到2000年将降到人均0.15公顷。
70年代平均l公顷耕地可以养活2.6个人，到2000年，l公顷耕地需负担4个人。
（2）淡水资源地球上的水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贮在两极，淡水资源不足1%，实际上人类利用的淡水资源仅占全球总水量的0.008%。
当前世界上有60%以上的地区缺水，有50多个国家闹“水荒”。
随着人口的增加，城市化的发展，严重的污染与浪费，水资源再也不是“取之不尽，用之不竭”的了，淡水紧缺已成为当前世界普遍性的生态环境问题之一。
（3）森林资源森林的优点：
将太阳能转换成化学能，通过光合作用将环境中的无机物转变成有机物。
调节气候，促进水循环的作用。
数百万动物的栖生之地，是动植物的基因库。
如巴西的亚马逊河流域就有约100万种动植物。
森林的价值：
有学者曾经对一株50年生树木的作用进行计算，其中生产氧气价值3.1万美元，减轻大气污染价值6.2万美元，防止土壤侵蚀、增加土壤肥力价值3.1万美元，涵养水源，促进水循环价值3.7万美元。
为鸟类及其他动物提供栖息地价值3.1万美元，生产蛋白质价值0.25万美元。
地球上森林面积变化情况,森林的减少就意味着大批物种灭绝。
目前已经鉴定的物种（包括动物、植物、微生物）约有170万种。
有专家估计，到2000年止，有大约10%的物种濒临灭绝。
而1种植物的灭绝至少要使20种昆虫因食物链被破坏而消亡，有许多种生物也许人类根本还未曾发现与认识，来不及鉴定就从地球上永远消失。
3生态环境恶化
（1）沙漠化地球上，三分陆地七分海洋，而沙漠及沙漠化土地却占了陆地总面积的35%，超过了亚洲的面积。
沙漠地区雨量稀少，土质干燥，地表植被稀疏，有的完全裸露，在受到强烈的日照使气温上升后，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。
由于人类对土地的不合理使用，大量砍伐森林，破坏植被，加上自然因素的影响，全球沙漠化问题十分严重。
沙漠正以每年6万平方公里的速度扩张，全世界每分钟就有150亩土地变成沙漠。
全世界每年沙漠化带来的直接经济损失达260亿美元。
沙尘暴越来越肆虐着我们的城市、乡村、农田,
（2）全球性气候变暖全球性气候变暖是当前国际社会普遍关心的问题。
1989年6月5日世界环境日的主题是：
“警惕，全球变暖”。
由于化石燃料（煤、石油、天然气）的燃烧，排放大量二氧化碳到大气中。
又由于大量砍伐森林，破坏了大气中二氧化碳与氧气的平衡，本该森林吸收的二氧化碳未被吸收，使大气中二氧化碳的含量增加，阻止了地表热量的逸散而使大气增温，产生所谓“温室效应”。
最近一个世纪以来，全球平均气温上升了0.5摄氏度，据专家估计，到21世纪中叶，地球表面温度将上升1.54.5摄氏度。
气温上升将会给我们带来什么影响呢?
海平面升高这是由于中高纬度的冰川、冰帽将随温度升高而部分融化，海水自身也会因增温而体积膨胀，估计海平面要因地球增温上升20-65厘米。
海平面上升后，海水涨潮落潮、海底地震、海面风暴都会加强，部分沿海低洼地区、三角洲、港口城市以及海岛，将会被淹没。
目前世界上有大约13的人口生活在沿海地区，世界上30%的大城市也在沿海低洼地区，如上海、纽约、东京。
低海拔的岛国如马尔代夫，低地之国如荷兰都要受到严重的威胁。
温室效应的逐渐加剧使人类濒临灭顶之灾,（3）臭氧层流失臭氧层位于距地面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，保护地球生物免受伤害。
据1985年英国南极考察队报道，南极上空的臭氧层出现了相当于美国国土面积的“空洞”。
卫星及地球观测站监测的数据表明，19691986年间，北纬30-60地区上空（包括美国、加拿大、日本、苏联、中国与西欧等）臭氧层浓度下降1.7%-3%。
南极上空的臭氧洞,臭氧层的臭氧每减少1%，将使紫外线辐射增强1.5%-12%。
人类如果不采取有效措施保护臭氧层而任其发展下去的话，则到2075年，全世界将有1.54亿人患皮肤癌，其中将有300多万人死亡，将有1800万人患白内障，农作物将减产7.5%，水产品将减产25%，材料损失将达47亿美元，光化学烟雾将增加30%.,二、城市生态环境问题引起城市生态环境问题最主要的原因是超城市化和超工业化的进程。
70年代以来，一些发展中国家，大批劳动力盲目从农村涌入城市，致使大城市人口急剧增加，超过了城市设施、区域资源和环境的负荷能力，从而带来就业困难、住房拥挤、交通阻塞、环境污染、治安恶化等一系列社会问题和环境问题，这种现象称为“超城市化”。
超工业化即一方面维持城市的运转需要自然界大量物质供给和输入，这些常常是超越城市所在区域自然生态环境负荷能力的，另一方面城市工业生产排出的大量废弃物，又是常常超出城市区域生态系统的自然净化能力的。
城市工业化、城市化加速造成的环境问题主要有水问题：
供水能力低，供需矛盾突出。
特别是工业城市用水集中，增长速度很快，水源工程建设没有相应跟上。
中国有180多个城市缺水，严重缺水的城市达40多个.,水土资源组合不匹配。
长江、珠江、东南沿海和西南诸河流年径流量占全国82%，但土地和耕地面积占全国36%。
在干旱少雨的北方，淮河、黄河、海河、东北诸河和西北内陆诸河年径流量只占全国的18%，而耕地面积却占64%；,用水效率低。
较多城市是一方面水源不足，缺水告急，另一方面用水定额却逐年提高，水量严重浪费等问题，却难以得到解决；水污染日趋严重。
水的污染，不仅人为加剧了用水危机，而且直接威胁人民的健康。
城市的大气污染问题：
20世纪是大气污染泛滥时期，世界上因大气污染造成数千人死亡。
八大公害中有五件是空气污染引起的。
我国城市空气污染严重，全国668座城市，226个超过大气环境质量二级标准。
1998年，国际公布的10个城市大气污染最严重城市中，中国有7个（即太原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南、石家庄）。
在我国，空气污染主要是烧高硫煤引起的二氧化硫污染和汽车排放引起的氮氧化物污染。
二氧化硫污染引起酸雨。
我国酸雨主要发生在以烧高硫煤的城市，如西南的重庆和贵阳，降雨的年平均pH值在4.5以下。
氮氧化物的污染主要发生在交通干道沿线，特别是在交通路口，由于受机动车辆排气影响，氮氧化物的浓度较高。
固体废弃物污染也相当严重。
这主要表现在排放量大，处理和利用率低，占地多。
另外还有噪声污染和电磁波辐射污染等。
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