? ? What is Urban Ecology?

城市生态学是20世纪20年代由美国芝加哥学派兴起的一门以人类活动

为中心，以人类栖息地为对象，研究城市人类生产和生活活动与周围环境关系的一门系统科学。城市生态学是以生态学理论为基础，应用生态学和工程学的方法，和多学科的综合与融会，研究以人为核心的城市生态系统的结构、功能、动态，以及系统组成成分间和系统与周围生态系统间相互作用的规律，并利用这些规律优化系统结构，调节系统关系，提高物质转化和能量利用效率以及改善环境质量，实现结构合理、功

能高效和关系协调的一门综合性学科. ? ? 城市生态学的形成 ? ? ? ?

城市化在为人们带来许多益处的同时，也产生一系列严重的生态环境问题，

对自然生态系统和人民健康产生影响。这些问题主要表现在三个方面：

一是城市的气候变化（如热岛效应）和环境污染，包括水、空气、噪声和固体

废弃物污染等；

二是自然资源的耗竭与短缺，特别是淡水、化石燃料、耕地的过度利用和生物

多样性的减少；

三是城市人口的增加导致大量的社会问题，如住房紧张、交通拥挤、绿地减

少、教育与卫生滞后等。 ?

第一章 生态学基础

1.1 生态学的发展 ? ? ? ?

古希腊哲学家亚里斯多德《自然历史》：描述了生物之间的竞争以及生物对环

境的反应

马尔萨斯研究生物繁衍与土地及粮食资源关系，1803发表了《人口论》 达尔文1859年出版了《物种起源》

1866年Ernst Haeckel（德国生物学家赫克尔）创始了生态学

生态学：是研究有机体及其环境相互作用的科学。“环境”是物理环境（温度、可利用水等）和生物环境（对有机体的、来自其他有机体的任何影响）的结合体。 ?

生态学(ecology) —最早由德国动物学家E.Haeckel于1866年提出，但概念

狭窄，局限于动物。E.P.Odum（1971）曾提出：“生态学是研究自然界结构和功能的科学，人类也是自然界的一部分。”我国学者马世骏（1980）：“生态学是一门多学科的自然科学，研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理。” 生态系统(ecosystem ) ——现代生态学的研究核心

由生物要素和非生物要素组成的系统，是在一定的区域内，由全部生物和物理环境相互作用的统一体。

地球上最大的生态系统－生物圈(biosphere). 生物圈是指地球上存在生命的圈层，其范围在地表以上可达23km的高空，在地表以下可延伸至12km的深度，包括大气

层的下层(对流层)、水圈和岩石圈的上层。生物圈中，生物之间、生物与环境之间进行着能量转移、物质循环和信息传递，构成了一个相互制约、相互依存的复杂生态系统。

生态系统的结构：

太阳辐射能 无生命成分 无机物质 有机物质 生产者（植物） 生命成分 消费者（动物） 分解者（微生物）

生态系统的功能：物质生产、物质循环、能量流动和信息传递。

生态系统发展(ecosystem development)常常被称为生态演替(ecological succession), 它是指一个群落被另一个群落,或者说一个生态系统被另一个生态系统代替的过程。 ? ? ? ? ? ? ? ? ?

种群(population) — 一定空间中同种个体的集合，也就是说它是在一定空间

中、特定的时间内一起生活和繁殖的同种个体的总称。

种群统计(demography)参数：种群总体数量、种群生死过程和迁徙过程，

以及年龄分布与性比。

种群动态(population dynamic)：包括种群的数量动态、空间动态、种群调

节以及种群对环境变化的生态对策等。

群落(community)：在一定的自然区域内，各种生物的总和。包括这个区域

内的各种植物、动物和微生物，它们之间是相互影响、相互制约的。

生态位(niche)：指物种在群落中在时间、空间和营养关系方面所占的地位。 食物链(food chain)：指能以能量和营养物质形成的各种生物之间的联系。 食物网(food web)：指一个生物群落中许多食物链彼此相互交错连接而成的

复杂营养关系。

食物链(Food chain) ：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的

关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序，称为食物链 。

生态系统中的物质循环

生态平衡及其反馈调节机制

生态平衡(ecological equilibrium)—

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。 负反馈机制(negative feedback mechanism)

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。负反馈是指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(见下页图示)。

当自然生态系统处于平衡状态时, 生物种类通常较多, 结构复杂, 食物链网错综, 对外界的干扰有较强的抵御能力, 功能发挥亦较稳定。有人称此为多样性—稳定性学说。此时系统内各物种通过竞争和生态适应, 占据各自独特的生态位, 彼此协调相处, 对环境资源的利用较为充分; 同时复杂的食物网结构使能量和物质可通过多种途径流动, 一个环节或途径发生了损伤或中断, 可以由其他方面的调节所抵消或得到缓冲, 从而使整个系统不易受到致命伤害。

生态平衡的调节主要通过系统的抵抗力、恢复力、自治力以及内稳态机制来实现。 (1) 抵抗力(resistance)：生态系统抵抗外部干扰、维持系统结构功能原状的能力。 (2)恢复力(resilience)：生态系统遭受外部干扰后，系统恢复到原状的能力。 (3)自治力(autonomy)：生态系统对于发生在内部的各种现象的自我控制能力。 (4)稳态机制(homeostasis)：是指内部组织(internal organization)和结构的一种调节功能，即调节能量流动和物质循环的能力，调节生态系统中各种成分之间的营养关系的能力。

生态平衡失调与生态危机

现实中生态系统常受到外界的干扰, 但干扰造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调节作用使系统得到修复, 维持其稳定与平衡。不过生态系统的调节能力是有一定限度的。当外界干扰压力很大, 使系统的变化超出其自我调节能力限度即生态阈限(ecological threshold)时, 系统的自我调节能力随之丧失。此时, 系统结构遭到破坏, 功能受阻, 整个系统受到严重伤害乃至崩溃, 此即生态平衡失调。

严重的生态平衡失调, 从而威胁到人类的生存时, 称为生态危机(ecological crisis)—由于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚至整个生物圈结构和功能的失调。

生态平衡失调起初往往不易被人们觉察, 如果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平衡。因此, 人类应该正确处理人与自然的关系, 在发展生产, 提高生活水平的同时, 注意保持生态系统结构和功能的稳定与平衡, 实现人类社会的可持续发展(sustainable development)。 1.3 生态学一般规律及实际意义 ?

(1)相互依存与相互制约规律

反映生物间及生物与环境间的协调关系, 主要是普遍的依存与制约关系, 亦称“物物相关” 和“相生相克”规律

生态系统中的(同种或异种)生物间, 不同生态系统间, 甚至生态系统中的生物与环境之间, 均存在相互依存和相互制约的关系, 亦可以说彼此影响。这种影响有些是直接的, 有些是间接的, 有些是立即表现出来的, 有些需滞后一段时间才显现出来。一言以蔽之, 生物之间和生态系统间的相互依存与制约关系, 是普遍存在的。

因此, 在城市建设和城市居民生活中, 特别是在需要排放污染、倾倒废物、喷洒药品、采伐、开山、筑路、修建大型给水工程及其它建设项目时, 务必注意调查研究, 摸清自然界诸事物之间的相互关系, 对与某生产活动有关的其它事物也加以通盘的考虑, 包括考虑此种活动可能会产生的影响(短期的和长期的、明显的和潜在的), 从而做到统筹兼顾, 全面安排。 ?

(2)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。

至于流经生态系统中的能量, 通常只能通过系统一次, 当能量经食物链转移时, 每经过一个营养级, 就有大部分能量转化为热散失掉, 无法加以回收利用。因此, 为了充分利用能量, 必须设计出能量利用率高的系统。

如城市垃圾的处理, 从最初的填埋法到后来的焚化法再进一步到堆肥制取沼气法, 便体现了人类逐步掌握生态学的循环与再生规律, 并应用于实践的过程。特别是后者, 既能较彻底地消除污染, 又能充分回收垃圾中含有的物质养分(有机肥料)和有用能量(沼气), 是较有前途的城市垃圾处理方法。 ?

(3)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。生态系统中生物与环境之间的输入与输出, 是相互对立的关系, 当生物体进行输入时, 环境必然进行输出, 反之亦然。生物体一方面从周围环境摄取物质, 另一方面又向环境排放物质, 以补偿环境的损失(这里的物质输入与输出, 包含着量和质两个指标)。 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。 ?

(4)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, 因而生态系统的生物生产通常都有一个大致的上限。也因此,