城市生态系统

第十二章城市生态系统城市生态系统及其组成结构（城市生态系统概念，构成）城市生态系统的主要特点和基本功能（特点，基本功能）城市生态系统存在的问题（重点内容）。第一节城市生态系统及其组成结构一概念：城市生态系统（urbanecosystem）是指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有机整体。它是以人为主体的、人工化环境的、开放性的人工生态系统。城市生态系统自然生态系统城市系统的三个子系统：经济生态系统社会生态系统生命非生命第一产业第二产业第三产业文化政治科学法律政策二城市生态系统的构成：城市生态系统城市社会城市空间城市居民城市组织年龄结构劳动结构教育结构政治组织经济组织文化组织群众组织家庭组织人工环境自然环境人工设施施工环境自然资源地域环境社会学者的划分城市生态系统生物系统非生物系统城市居民家养生物野生生物人工物质系统环境资源系统能源系统大气、水域土地、矿产生物能自然能化石燃料住宅与公共建筑道路设施工厂交通运输通讯设备市政管网设施环境学者的划分第二节城市生态系统的主要特点和基本功能一城市生态系统的主要特点：１城市生态系统是以人为主体的生态系统一方面，人类在城市生态系统中的生物量要远远超过城市中动物和植物的生物量；另一方面，城市生态系统是人类发展到一定阶段的产物，是按照人类的意愿规划和建设的，人的活动决定了城市生态系统能否可持续发展。三个城市人口生物量与植物生物量的比较城市人类平均生物量a（吨、平方公里）植物平均生物量ｂ（吨、平方公里）a:b东京23个区6106010：1北京城区9761308：1伦敦41028010：7城市生态系统与自然生态系统的营养结构比较植物植食动物肉食动物植物动物人类自然生态系统城市生态系统２城市生态系统是人工生态系统城市生态系统的环境变为人工环境，城市居民为了生产生活的需要，在自然环境的基础上，建造了大量的建筑物、交通、通讯、供排水、医疗、文化、体育等城市设施。３城市生态系统是不完全的生态系统由于城市态系统的生命组份与环境组份发生了很大变化，维持城市生态系统所需要的大量营养物质和能量，需要从系统外的其他生态系统输入。城市中所产生的各种有机物，多数通过人类的环境保护措施（城市环卫）加以处理，或输出到系统之外.因此，城市生态系统是一个不完全独立的生态系统，它需要依赖城市周围的其他生态系统甚至其他地区的物质能量支持，才能维持运转。４城市生态系统是高度开放的生态系统城市生态系统所需要的大量能源和物质，必须从外部输入。同时城市生态系统又不断得向外部输出大量的产品和废物，城市规模越大，它与外界的物质和能量交换就越多。另外，在人力、资金、技术、信息等方面也与外界发生着强烈的交流。因此，城市生态系统是一个开放性很高的生态系统。二城市生态系统的基本功能１城市生态系统的生产功能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。包括生物生产和非生物生产。生物生产—包括初级生产和人类在内的生物交换、生长、发育和繁殖过程。初级生产所占的比重较低，次级生产有相当一部分需要从城市外部输入，表现出对外界物质和能量输入的明显依赖性。城市生态系统的次级生产具有社会性，它是在一定的社会规范和法律的制约下进行的。非生物生产物质生产：为满足人们物质生活所需要的各类有形产品而进行的生产活动。包括工业产品、设施产品、服务性产品。非物质生产：满足人们的精神生活所需要的各种文化艺术产品和相关服务而进行的生产活动。它是城市文化功能的体现。自然能源来源特点生物能源太阳能风能木材秸秆天然气矿物能源潮汐能地热能煤石油沼气２城市生态系统能源结构和能量流动（1）分类一次性能源（初级能源）利用方式二次能源太阳能风能柴油煤气天然气煤石油电力按照能源的利用方式划分２城市生态系统能源结构和能量流动能源结构：指城市能源总生产量与总消费量的种类构成及比例关系。能源的生产结构:从总生产量分析能源结构。包括各种一次性能源如煤炭、石油、天然气、水能、核能等的产量及所占比重。能源的消费结构:从消费量分析能源结构。即城市能源消耗量中各种不同途径消耗量的构成。一个国家的能源结构在一定程度上可以反映该国生产技术和经济发展水平。城市是消耗能源的主要区域，城市的能源结构与全国的能源生产结构、消费结构、城市的经济结构特征等密切相关。世界部分国家能源结构(%)煤炭石油天然气核能水电美国24.339.826.38.61.1俄罗斯19.024.550.43.82.3法国6.139.011.940.03.0德国28.940.618.311.70.5英国23.138.228.010.50.3日本17.156.111.314.11.3中国76.419.22.00.41.0世界总计27.240.023.07.32.6电力消费在能源消费中的比重和一次能源用于发电的比例也是反映城市能源供应现代化水平的两个指标，发达国家这两个指标一般在24％、35％左右而我国则低得多，上海也仅为11.1％和23.4％。有用能源次生能源原生能源最终能源转化利用利用传输传输热损耗损耗热损耗热损耗热热损耗热城市生态系统能量流动的基本过程能量流动：是指能源在满足城市多种功能过程中，在城市生态系统内外的传递、流通和耗散过程。３城市生态系统的物质流动：包括资源流、货物流、人口流、废物流等４城市生态系统的信息流：经营信息（生产信息、流通信息）、生活信息（物质生活信息、精神生活信息）、科技信息（科技情报、期刊等）、社会信息（政治信息、军事信息等）。人是城市信息的主要载体，每个城市居民即是信息的源又是信息的汇，还是信息的处理车间。信息的流量反映了城市的发展水平和现代化程度第三节城市生态系统存在的问题城市生态系统存在的问题，实质上就是城市中的人类与城市环境之间出现了不协调关系。当前我国城市生态问题主要表现为如下几方面：一城市自然生境破碎化：城市化进程改变了城市生态系统的各个方面，对城市自然环境的影响最为突出。在市区或城市近郊区很难再找到尚未破坏的自然环境。作为城市主体，人类向着自己的意愿改变着城市，并被包围在人工化的城市环境之中，这就导致了城市居民与自然生态环境的长期隔离，并引起各类城市“文明病”“富贵病”的大量发生。二城市土地占用和土壤变化：1城市占用的土地不断扩大城市化进程使得城市人口急剧增加，住房、交通、工业园区和其他基本建设都要大量占用宝贵的土地资源。目前我国每年大约有50万hm2耕地被三项建设（国家建设、乡镇建设、农民建房）所占用，极大地侵占了城郊耕地资源，对农业发展构成威胁，使原本粮食短缺的国情更加严重。2城市土壤变化城市地下水位下降与地面沉降：城市建筑物密度相对较大，地面硬化程度高，排水系统发达，很大程度上阻止了雨水的下渗；再者，城市地下水开采较多，使地下水位显著降低。地下水位的下降，会带来取水地区的地面作垂直方向的沉降，而且沉降范围向四周扩展，形成下降漏斗。另外，城镇地区大量开采地下矿藏也会形成地面沉降。地面沉降都具有相当大的危害性，对城市安全具有很大威胁。2020/6/327据《中国环境报》报道，2005年全国地下水降落漏斗188个。在具备系统统计数据的171个地下水降落漏斗中，漏斗面积扩大的有65个（面积扩大了6736平方公里）、漏斗面积缩小的有57个（面积缩小了2175平方公里）、漏斗面积保持稳定的有49个。城市废弃物污染土壤：随着工业生产和消费水平的提高，城市固体废弃物逐年增多，逐渐形成了垃圾包围城市的局面。城市垃圾分为有机垃圾和无机垃圾两类。前者是可以分解的。垃圾在堆放过程中不仅占用大量耕地面积，还会给有害生物提供孳生场所，威胁人类健康；还能影响市容市貌；还能破坏土质，污染地下水资源。2020/6/329国家年份焚烧卫生填埋堆肥其它方式英国19833(50座)79.4116.6法国197930(200座)5020日本198465(1983座)31.90.13美国19838(200座)902西德198730(50座)67.62.4荷兰1979305020丹麦198063361挪威198014797瑞典198541(30座)2039瑞士198659.7(48座)1.32415比利时198129629奥地利198322432114主要国家城市垃圾处理方式比例（%）三城市气候变化和大气污染：1城市气候变化—城市化的进程中，城市下垫面性质的改变、空气组成的变化、人为热源及建筑物高度密集，都在一定程度上影响了城市的局部环境，城市“热岛效应”就是最突出的特点。城市热岛温度剖面示意图2城市大气污染—城市人口密集，人为生成的各类气体污染物（硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物等）在城市局部地区往往会超过城市环境的自净能力所能承受的量，使空气中的有毒物质浓度增加，达到有害程度，形成大气污染。四城市水资源短缺和水污染我国是水资源贫乏国家，城市水资源更显匮乏，近年来，全国666个城市中，缺水城市已达333个，严重缺水城市50多个，京、津、青岛、大连、西安等大城市尤为严重。我国水资源总量为28000亿方/年，居世界第6位，人均水资源2730方/（人.年）列世界第88位，相当于世界平均水平的1/4。且时空分布不均匀，南多北少，东多西少，春夏多，秋冬少。中国2/3的土地年降雨量不足200mm，而且浪费非常严重。五城市人口密集与绿地缺乏：1人口密集是城市的普遍现象，大城市尤为突出。人口密集加剧了城市交通拥堵、住房紧张、环境污染、资源紧张等社会问题。2城市绿地缺乏联合国规定的城市绿地面积人均为50－60m2，我国规定的标准是7－11m2。由于环境污染而造成的八次较大的轰动世界的公害事件：马斯河谷事件多诺拉事件洛杉矶光化学烟雾事件伦敦烟雾事件四日市哮喘事件米糠油事件水俣病事件骨痛病事件2020/6/335马斯河谷事件1930年12月1～5日比利时马斯河谷工业区由于该工业区处于狭窄的河谷中，许多重型工厂分布在那里，12月1～5日时值隆冬，大雾笼罩了整个比利时大地。由于该工业区位于狭长的河谷地带，发生气温逆转，大雾像一层厚厚的棉被覆盖在整个工业区的上空，工厂排出的有害气体在近地层积累，无法扩散，二氧化硫的浓度也高得惊人。3日这一天雾最大，加上工业区内人烟稠密，整个河谷地区的居民有几千人生起病来。病人的症状表现为胸痛、咳嗽、呼吸困难等。一星期内，有60多人死亡，其中以原先患有心脏病和肺病的人死亡率最高。与此同时，许多家畜也患了类似病症，死亡的也不少。2020/6/336多诺拉事件1948年10月26～31日美国宾夕法尼亚州多诺拉镇该镇处于河谷，10月最后一个星期大部分地区受反气旋和逆温控制，加上26～30日持续有雾，使大气污染物在近地层积累。二氧化硫及其氧化作用的产物与大气中尘粒结合是致害因素，发病者5911人，占全镇人口43%。症状是眼痛、喉痛、流鼻涕、干咳、头痛、肢体酸乏、呕吐、腹泻，死亡17人。2020/6/337洛杉矶光化学烟雾事件40年代初期美国洛杉矶市全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50公里长的盆地中，汽车排出的废气在日光作用下，形成以臭氧为主的光化学烟雾。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约有75%以上的市民患上了红眼病。这就是最早出现的新型大气污染事件--光化学烟雾污染事件。2020/6/338伦敦烟雾事件1952年12月5～8日英国伦敦市5～8日英国几乎全境为浓雾覆盖，四天中死亡人数较常年同期约多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时3倍；1岁以下死亡的约为平时2倍。事件发生的一周中因支气管炎死亡是事件前一周同类人数的93倍。2020/6/339四日市哮喘事件1961年日本四日市1955年以来，该市石油冶炼和工业燃油产生的废气，严重污染城市空气。重金属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾。1961年哮喘病发作，1967年一些患者不堪忍受而自杀。1972年该市共确认哮喘