城 市 生 态 学
第三讲 城市生态系统结 构与功能
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第三讲 城市生态系统结构与功能
• • • • • 一、城市生态系统的概念与结构 二、城市生态系统的功能 三、城市生态流 四、城市生态系统的特性 五、城市生态位与城市生态演替
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第一节 城市生态系统的 概念与结构
一、城市生态系统的概念
城市 是人类技术进步、经济发展和社
07 时 28.3 29.2 0.9
13 时 31.8 32.9 1.1
19 时 28.3 29.3 1.0
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表1-1
各类环境中颗粒物数量的比较（微粒数/立方厘米空气） 平 均 最 大 379000 114000 66500 33400 4680 最小 49000 5900 1050 1650 840 绝对最大 4000000 400000 336000 150000 39800
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二、 城市生态系统的结构
城市生态系统
社会、经济系统 生物部分
城 市 人 群 人 工 栽 培 植 物 各 种 产 业 部 公 园 中 的 动 物 天 然 森 林 灌 丛 落杂 草 群
自然系统
非生物部分
城 市 共建 设筑 施物 、 公
生物部分
各 种 公污 害染 物 及 植 物 群 落 陆 地 生 物 群 落 动 物 群 落 微 生 物 群 水 生 生 物 群 落
二、 城市生态系统的结构
小气候: 温度高、湿度低、风速小, 造成 物候期较郊区提前 土壤：盐离子浓、紧实度大、质地较粗 生境类型 • 表面蒸发蒸腾强烈生境: 公园绿地, 绿化良 好而宽阔的街道, 河流湖泊周边, 夏季气温 较低、湿度较高, 冬季较周围区偏冷, 适合 多种生物生存 • 空旷干燥生境: 未绿化的宽阔街道和广场, 高温、干旱, 不适于耐旱性差植物生存
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二、 城市生态系统的结构
3. 经济亚系统以资源（能源、物资、信息资 金等）为核心，以物资从分散向集中的高密度 运转，能量从低质向高质的高强度集聚，信息 从低序向高序的连续积累为特征。 总之，自然子系统是基础，经济子系统是命脉， 社会子系统是主导。它们相辅相成、相生相克， 导致了城市这个复合体复杂的矛盾运动。
二、 城市生态系统的结构
• 城市生态系统可分为社会、经济、自然三个 亚系统，各个亚系统又可分为不同层次的子 系统，彼此互为环境。城市生态学要研究的 就是这些不同层次内各组分间相生相克的复 杂关系。 • 1. 自然生态亚系统以生物结构及物理结构为 主线，它以生物与环境的协同共生及环境对 城市活动的支持、容纳、缓冲及净化为特征。 2. 社会生态亚系统以人口为中心，它是高密 度的人口和高强度的生活消费为特征。
一、城市生态系统的概念
城市生态系统兼有复杂的社会属性 和自然属性两方面的内容：一方面， 人是社会经济活动的主体，以其特 有的文明和智慧驱使大自然为自己 服务，使物质生产和生活水平以正 反馈为特征持续上升；另一方面， 人毕竟是大自然的一员，其一切宏 观性质的活动，都不能违背自然生 态系统的基本规律，都受到自然地 理条件的负反馈约束和控制。这两 种力量间的基本冲突，正是复合生 态系统的一个最基本的特征。 。
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二、 城市生态系统的结构
• 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 • 城市基础设施也是城市现代化水平和文明程 度的重要标志
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城市基础设施体系与人体生理机能比拟
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二、 城市生态系统的结构
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。无绿化的宽 阔街道和广场，到中午时剧烈增温，在夜里 又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道和有 绿化的广场白昼较凉爽，气温的日振幅较小
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上海市区公园同其附近街道的气温平均差值(℃)
01 时 公园内 公园附 近街道 两处 气温差 27.1 27.9 0.8
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二、 城市生态系统的结构
• 封闭狭窄生境: 狭窄的街区、被高大建筑物环绕的 小空地; 夏季气温低, 风速小; 冬季暖, 小气候条 件良好, 适合许多生物生存 • 人类活动产生的特殊生境： • 屋顶 (干旱, 阳光充足, 瓦松生长) • 建筑物外墙 (越老越利于植物生长) • 路旁 (污染严重, 改变种间竞争关系, 地衣/苔 藓生长受抑) • 铁道侧 (热条件好,喜城市植物可沿此分布很远)
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二、 城市生态系统的结构
• 1. 自然生态亚系统
• 城市的有形部分是自然生态亚系统，它可分为物 理结构和生物结构两部。
• 1.1 城市生态系统的物理结构
• 城市是存在于地球表面并占有一定地理空间的一 种物质形状，其物理结构包括自然环境和人工环 境两部分：
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二、 城市生态系统的结构
• 1.1.1 城市的自然环境 • 城市地貌 • 城市气候 • 城市水文 • 城市土壤 • 城市大气 城市小气候最突出的表现是“热岛效应”， 即市区温度比郊区高，市中心比一般市区高； 城市愈大表现愈突出。
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• 城市水文 • 城市土壤
污
染 物 颗粒物 二氧化硫 二氧化碳 一氧化碳 氮氧化物 碳氢化合物
二、 城市生态系统的结构
• 1.1.2 城市的人工环境
生产设施、生活设施及基础设施 • 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
会文明的结晶，是加工物资、提练信息 的高效场所。与乡村相比，城市是人口、 物资高度密集，环境改变十分激烈的人 工生态系统。
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城市由“城”和“市”组 成
“日中为市，各易而退，各得其所”
一、城市生态系统的概念
城市生态系统是城市空间范围内的居民与自然
环境和人工建造的社会环境相互作用形成的统一体， 属人工生态系统。 由于以人的生产和生活活动为核心，城市在自然生 态系统的基础上，增加了社会和经济两个子系统， 我们称其为社会 -- 经济 -- 自然复合生态系统。 在此复合系统中，最活跃的积极因素是人，最强烈 的破坏因素也是人。 城市生态系统既是自然生态系统发展到一定阶段的 结果，也是人类生态系统发展到一定阶段的结果。 6
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美国两座城市冬季热岛强度Tu-r(℃)的周变化
城 市
星 星 星 星 星 星 星 平 期 期 期 期 期 期 期 均 一 二 三 四 五 六 日
纽黑文 (1939~ 0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6 1943)
巴尔的摩
(1971~ 0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7 1975)
防止自然和人为灾 防护和免疫 害
城市生态学 － 第一讲 30
二、 城市生态系统的结构
• 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: 北方城市几乎全部缺水, 日缺水达15106t以 上; 排水设施城市供水紧张落后, 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
城市基础 设施体系 道路交通系统 给排水系统 能源供应系统 (供电, 供热, 气) 环境卫生系统 园林绿地系统 邮电通讯系统 城市防灾系统 (防洪, 消防, 震, 控制沉降) 抗 供 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 产生能源 组织能源流通 处理回收废物流 净化生态环境, 美化景观 传输和交换信息 呼吸和美容 装饰 感觉和神经 控制反应 摄食, 消化, 过滤, 排泄
• 城市大气
城 市 小城镇 农 村 海 岸 海 洋
147000 34000 9500 9500 940
微粒是指直径 < 5 微米的颗粒。 表1-2 城市空气与纯洁大气中的污染物浓度范围 纯 洁 大 气 0．01-0．02mg/m3 10-3—10-2ppm 310—330ppm <1ppm -3—10-2ppm 10 <1ppm 城 市 大 气 0.07—0.7mg/m3 0.02—2ppm 350—700ppm 5—200ppm 10-2—10-1ppm 1-20ppm
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城市规模与城乡气温(夜晚)差别的关系
旧金山 城市面积 116.81 2 (km ) 居民人口数 78.4 (万人) 居民密度 6712 2 (人/km ) 夜晚平均 城乡气温差 5.6~6.7 (℃)
圣约瑟 38.33 10.1 2635 3.9~5
帕阿尔托 22.27 3.3 1481 2.2~3.3
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二、 城市生态系统的结构
城市热岛强度的变化
周期性
• 日变化: 夜晚强, 白昼午间弱
• 年变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显, 可能归因于冬季城市取暖耗能较多, 释放 大量人为热量 • 周变化: 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周内强
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维也纳城市和郊区气温差值的日变化
城市生态学 － 第一讲
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二、 城市生态系统的结构
城市生态学 － 第一讲 城市热岛温度剖面示意图
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二、 城市生态系统的结构
城市生态学 － 第一讲
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二、 城市生态系统的结构
城市发展过程中气温的前后对比
• 随城市化发展, 市区呈现出越来越暖的趋势. 如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段 • 1920~1942年: 气温变化趋势逐年上升(城市 发展) • 1942~1945年: 气温变化趋势逐年下降(值第 二次世界大战期间, 东京城市受到大规模的 破坏, 城市热岛效应不存在) • 1945~1967年: 气温变化趋势逐年上升(战后 城市建设迅速恢复, 气温又开始回升)