《城市生态学》PPT课件.ppt

第6章 城市生态学,6.1 城市生态学概述 6.1.1 城市生态学的概念 6.1.2 城市生态学的研究内容6.2 城市生态系统 6.2.1 城市生态系统的基本特点 6.2.2 城市生态系统的结构与功能6.3 城市生态系统的管理与建设 6.3.1 城市化及其生态效应 6.3.2 城市生态问题及其控制 6.3.3 城市生态系统的建设及科学管理,6.1 城市生态学概述6.1.1 城市生态学的概念,城市作为人类的聚居地，是当地政治、经济、科学、军事和文化的中心。它是一类以人类为中心的人工生态系统。城市生态学是研究城市人类活动与城市环境之间相互关系的学科，是以生态学的理论和方法研究城市的结构、功能和动态调控的一门学科。它既是生态学的重要分支，又是人类学的下属学科，还是城市科学的重要组成部分。,城市生态学理论：“生态城”、“健康城”。生态城：按照生态学原理建立起来的一类社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，区域发展平衡、生态良性循环的人类聚居地。健康城：根据各国城市的不同实际，调节生态系统的结构和功能，使其向健康（包括城市居民的健康、城市代谢的健康和城市系统的健康）方向发展。是世界卫生组织所倡导的一项全球计划。,生态城规划的五项原则,生态保护策略，包括自然保护，动、植物区系及资源保护和污染防治；生态基础设施，即自然景观对城市的持续支持能力；居民的生活标准；文化历史的保护；将自然融入城市。,生态城的衡量标准,生态滞竭系数 测度城市物质、能量的流畅程度。生态协调系数 测度城市的组织合理程度。自我调节能力 测度城市的生态成熟度。包括“风水”原则，指城市空间设计与自然地形、气候等相适应；共生原则，指人与其他生物共生、人与自然、人与人之间的共生；自净原则，指具有净化空气、污水、减少噪音等的机制；持续原则，指人类努力“开启”城市生态过程，城市生态系统持续运行。,生态城建设的最终目的,依据生态城建设的原则和标准去调节城市内部的各种不合理的生态关系，提高系统的自我调节能力，通过各种技术的、行政的和行为诱导的手段去实现因地制宜的持续发展。,城市生态调控就是调节城市生态关系的时、空、量、序四种表现形式。时：眼前利益和长远利益，历史背景和现实发展，机会利用和风险防避。空：局部建设和区域发展、土地利用的空间格局，资源开发利用的区域影响。,量：物质的输入与输出（效率、效益与效用），结构的多样性和优势度，系统的依赖性和自主性。序：自然的“美”（天蓝地绿，气洁水畅，鸟语花香，和谐而非失衡），经济的“活”（物尽其用，地尽其力，人尽其才，高效而非高速），社会的“稳”（物茂财丰，人杰地灵，持续安定，开放而非封闭）。,生态城建设的基本途径,加强城市绿化工作，推进绿地、生态林的建设和保护；建立城区生物、文化的多样性；技术绿色化；节约能源；利用现代科学技术协调经济与生物之间的关系，提高利用资源的综合能力，提高城市生态系统的自我调节、修复、维持和发展能力；建立城市生态试验区。,6.1.2 城市生态学的研究内容,研究重点是城市居民与城市环境之间的关系。基本内容为城市生态系统的发生、发展、组合与分布，结构（包括社会、经济和自然三个亚系统）和其物流、能流、信息流、人口流、资金流等功能以及这些功能的调控机理、方法和演替过程，城市人口、生态环境、城市灾害及防范，城市景观、城市与区域持续发展和城市生态学原理的社会应用等方面。,城市生态系统研究主要集中在以下4个方面：以城市人口为研究中心，侧重于城市社会系统。以城市能流、物流和信息流为主线，侧重于城市生态经济系统及以城市为中心的区域生态经济系统功能的研究。以城市生物与非生物环境的演变过程为主线，侧重于城市的自然生态系统研究。以复合生态系统的概念、理论为主线，研究该系统中物质、能量的利用，社会和自然的协调，以及系统动态的自身调节等。,城市生态学分支：城市社会生态学(urban socio-ecology)城市经济生态学(urban economic ecology)城市自然生态学(urban natural ecology)城市景观生学(urban landscape ecology),6.2 城市生态系统,城市生态系统指特定地域内人口、资源、环境（包括生物的和物理的、社会的和经济的、政治的和文化的环境）通过各种相生相克的关系建立起来的人类聚居地或社会、经济、自然复合体。,6.2.1 城市生态系统的基本特点,1以人类为主体的生态系统2以人工生态系统为主的生态系统3流量大、运转快的开放系统4依赖性很强、独立性很弱的生态系统5文明的产物与文明的异化,城市生态系统的结构,城市居民 或城市人群 生命 自然环境 城市生 非生命 态系统 城市环境系统 政治 社会环境 法律 经济 文化教育,6.2.2 城市生态系统的结构与功能,城市生态系统中的三个子系统,生命 自然生态系统 非生命 人类的经济活动 经济生态系统 第一产业 城市生态系统 第二产业 第三产业 文化 政治 社会生态系统 科学 法律 政策,2.城市生态系统的功能,城市生态系统的功能主要表现为系统内外的物质流、能量流、信息流、货币流及人口流的输入、转换和输出。（1）城市生态系统的生产功能（2）城市生态系统的能源结构与能量流动（3）城市生态系统的信息流,（1）城市生态系统的生产功能 1）生物初级生产 是指植物的光合作用过程。2）生物次级生产 由于城市次级生产者主要是人，故次级生产过程具有明显的人为可调性。3）物质的非生物生产 是指满足人们物质生活所需各类有形产品的生产及服务。4）非物质的非生物生产 是指满足人们的精神生活所需要的各种文化艺术产品及相关的服务。,（2）城市生态系统的能源结构与能量流动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。能源的生产结构是从总生产量分析能源结构，即各种一次能源如煤炭、石油、天然气、水能、核能等所占比重；能源的消费结构是从消费量分析能源结构，即能源的使用途径。,能源结构是反映一个国家或一个城市的生产技术发展水平的一个重要标志。我国目前能源的生产结构为：煤炭约占70%，石油天然气约占26%，其他能源所占的比重较低；能源的消费结构为：工业用能约占63%，农业约占8.3%，商业与民用约占18%，交通运输约占2.4%。,城市生态系统的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。能源可分为原生能源、次生能源、有用能源和最终能源等。原生能源是从自然界直接获取的能源形式，主要包括：煤、石油、天然气、油页岩、油沙、太阳能、生物能、风能、水力、潮流能、波浪能、海洋温差能、核能和地热能等。,城市生态系统中的能量流动就是原生能源转化为次生能源，原生能源或次生能源经传输成为有用能源，并经过利用转变为最终能源的过程。在能量生产和消费活动过程中，有一部分能量以“三废”形式被排入城市环境而造成污染。,（3）城市生态系统的信息流城市是信息中心。城市具有现代化的信息传播技术、完善的新闻传播网络和发达的信息服务设施，它们服务于城市生态系统的各个层次和阶段，满足城市规划、城市建设、城市管理和城市居民的各种不同需求。,6.3 城市生态系统的管理与建设,6.3.1 城市化及其生态效应6.3.2 城市生态环境问题及其控制6.3.3 城市生态系统的建设及科学管理,6.3.1 城市化及其生态效应,城市化通常是指农业人口转化为城市人口的过程，是一个国家经济、文化发展的结果，是社会进步的象征，也是城市人口增长和分布、土地利用方式、工业化过程及工业化水平和趋势的综合表征。城市化标志：空间上 城市规模的扩大；数量上 农业人口转变为城镇非农业人口；质量上 城市居民生活方式的现代化。,1.世界城市化的发展水平,1800年世界城市人口约占总人口的2.4%，1925年占到21%，1950年为29.2%，1990年激增到42.6%，到2000年，全世界有近一半、发达国家有7080%的居民生活在城市中。经济发展水平对各国城市化进程有明显影响。英、法、美、德等国家目前已达到70%以上；东欧国家在计划经济体制下，有计划地建设新城市，城市化水平也已达50%以上。,2.我国城市化发展现状,以城市和城镇实际居住的统计人口为标准，1995年城市人口占总人口的比重为29.04%。至2000年，城镇人口超过4亿，达到了总人口的36.1%。2050年，我国人口达到高峰时，总人口为16亿左右，届时城市化水平将超过60%，全国约有10亿人口将在城市工作和生活。人口城市化的主要途径：一是农村人口涌入城市，二是农村人口通过社会经济发展就地转化为具有城市生活方式的人口。,3.城市化的特点,人口密集；产业集中；能源结构改变；需水量增加；交通便捷；信息传递快速；不透水的地面增加；绿地减少；人们相应的生活习惯改变。,城市化的影响,正面影响：城市化给发展生产、繁荣经济、扩大贸易、提高文化、促进科技、方便生活、防御入侵、提高行政管理效率、便于总人口控制等带来一系列好处。负面影响：住房困难、交通拥挤、水源短缺、环境污染、疾病流行、犯罪增加、就业困难等。,城市问题的生态学实质,城市中的物流链很短，从资源到产品和废物。大量资源不能完全被利用，以“三废”（废液、废渣、废气）形式输出，资源利用效率低，而且污染环境；城市中的生产、生活需要大量能源特别是矿物能源。消耗大量氧气，加重了大气污染，使环境问题更加严重；城市中的各部门、各行业条块分割，各自为政，缺乏自然生态系统中互利共生的关系和追求整体最适的特点；,城市生产多着眼于本部门、本企业的局部利益和当前的经济效益，忽视城市生态系统的整体功能和长远效益；城市生态系统中消费者和生产者的比例失调，生态锥体倒置，稳定性很差，对外部环境有较大依赖性；城市中人口密集，把人们集中在一个相对密闭的有限空间内，人和自然隔绝、人际间关系疏远及紧张。,6.3.2 城市生态环境问题及其控制,1.人口压力2.城市水问题及其解决途径3.大气污染及其控制4.噪声污染及其控制5.固体废物及其处理6.热岛效应及其防治,1.人口压力,有人估计，公元前6000年，世界人口不到1000万。公元初，增加到1.5亿。公元1650年已达5亿。到1800年，世界人口达到了第一个10亿。近200年来，人口几乎呈直线增长，1930年世界人口增至20亿，1960年增到30亿，1975年猛增到40亿。1987年7月11日，联合国宣布，世界人口已经突破50亿。仅过了13年，到2000年时，又突破60亿。预测：20252030年，世界人口将达到120140亿。中国人口学家预测，中国人口届时会达到1520亿，超过中国自然资源综合考察委员会报告的中国土地最高承载人口量1516亿的极限。,地球究竟能养活多少人？地球上一切生物赖以生存的能量来源于太阳。估计全球绿色植物的净生产力每年约为1621015 吨，折合成能量约为3.051021 焦耳。植物能食用的部分只占1%，同时地球上还有其他动物靠植物生存，地球上只能养活80亿人。,2.城市水问题,地面径流量增多，汇流时间缩短，河流的洪水位不断抬高，致使洪涝灾害频发；地下渗水量减少，地下水大量抽取，地下水位降低，引起地面下沉；绿地、水面和自然裸地减少，地面蒸发水量减少，导致城市热岛效应加剧；水质恶化，河流人工化、渠道化，水生生物适宜生境消失；水边绿化地减少，开放空间逐渐消失。,目前我国有300多个城市缺水，严重缺水的城市达40多个，而水浪费和水污染仍日趋严重，尤其是水污染。,城市水污染来源：城市降水可能把空气中许多污染物，例如尘埃、废气、重金属等携带到地面；城市的径流也会污染城市水体；工业废水与生活废水是城市水污染的主要来源。城市水污染可分为5大类：无机物污染；有机物污染；生物污染；热污染和放射性物质污染。,1）无机物污染 包括：酸、碱、及一般无机盐类污染；氰化物；重金属污染；颗粒沉淀物。2）有机物污染 包括：耗氧污染物，指标为生化需氧量（BOD）、化学耗氧量（COD）等；难降解有机污染物，如石油、酚类化合等,3）生物污染 包括：病原微生物；水体富营养化。4）热污染 工业生产过程中，特别是发电厂排出的大量热水，其温度比水域的温度平均高78。水体热污染导致水中溶氧量下降。排入大量热水，水体可能会成为无生命的“死水”。5）放射性物质污染 开采、加工放射性矿石、核电站、医院及应用放射性物质的实验室。,解决城市水问题的途径,解决城市水问题的关键是推行“城市水资源可持续开发利用战略”，即“节流优先，治污为本，多渠道开源”。“节流优先”反对用水浪费、降低供水投资、减少污水排放、提高用水效率。是我国水资源匮乏这一基本水情的客观要求。将城市人均综合需水量控制在160m3/年以内。,“治污为本”治理污水，改善环境，保护水源，增加可用水量，减少供水投资。是保护供水水源水质，改善水环境的必然要求，是实现城市水资源与水环境协调发展的根本出路。“多渠道开源”除合理开发地表水和地下水等传统水资源外，大力提倡开发利用再生水、雨水、海水和微咸水等非传统水资源。水资源综合利用，不同水工程技术经济比较和投资组合优化。效益优先原则。,推动污水资源化，基础是转变观念，关键是创新政策，核心是为污水资源化的产业化经营创造条件。大力宣传，树立水资源“稀缺”、水资源有价的观念；理顺水资源价格体系，调整污水处理收费标准，建立“按质论价”的水资源价格体系；保证再生水用户的利益，稳定并扩大再生水用户；拓宽污水资源化项目融资渠道，实行企业化运营管理；从全局出发，把污水资源化工作纳入社会发展规划，统一管理，统筹安排。,3.大气污染及其控制,当前公认的三大全球性环境问题（温室效应、酸雨和臭氧层破坏）都与大气污染有关。污染物可分为两类：气态污染物和颗粒污染物。颗粒污染物约占整个大气污染物的10%，气态污染物占90%。气态污染物主要有：硫氧化物（SO2）；氮氧化物(NO和NO2）；碳氢化物；碳氧化物；3，4-苯并芘(BP)。,颗粒污染物是指空气中分散的微小的固态或液态物质，其颗粒直径在0.005100。习惯上分为烟、雾和尘。烟气 即含有粉尘、烟雾及有毒、有害成分的废气；烟雾 空气中的烟和自然界的雾结合的产物。一为伦敦型，由煤尘、SO2、雾混合并伴有化学反应产生的烟雾；二为洛杉矶型，汽车排气和氮氧化合物通过光化学反应形成的烟雾；,烟尘 由燃烧、熔融、蒸发、升华、冷凝等过程所形成的固体或液体悬浮颗粒，其粒径大多小于1；粉尘 工业生产中物料破碎、筛分、堆放、转运或其他机械处理而产生的固体微粒，直径介于1100之间。其中直径小于10的微粒为飘尘，直径大于10的微粒为降尘。,废气治理技术主要有溶剂吸附法，固体吸收法，熔融盐法，催化还原法，废气除尘法等。利用绿色植物净化空气是大气污染防治的有效方式，具有投资少、见效快、安全性好、无二次污染、易于管理等优点。联合国生物圈与环境组织提出：城市每人拥有60m2绿地面积为最佳居住环境。,提倡和推广节能建筑、节能技术、节能生活方式，设计清洁生产工艺及原材料处理程序，降低能源消耗，改善城市燃料结构，能有效减少烟尘和有害气体的排放。以煤气和电力取代矿物燃料，对改善城市大气质量起到重要作用。“西气东送”工程。减轻机动车的排气污染：改善交通道路、通畅车行、避免怠速引起更多排气；改革车辆的动力结构，降低车辆的燃料消耗，逐步发展燃气机车和电动汽车等。,4.噪声污染及其控制,噪声是指一切不需要的声音，指振幅和频率杂乱、断续和统计上无规律的声振动。噪声属于感觉公害。噪声的大小，以“分贝”（dB）数表示。强噪声可使交感神经兴奋、失眠、疲劳、心跳加速、心律紊乱、心电图异常，还会引起头晕、头痛、神经衰弱、消化不良和心血管病等。,噪声超过60dB，人工作时就易感到疲倦。80dB以下的噪声不损伤人的听力，90dB以上的噪声将造成明显的听力损伤，115dB是听力保护最高容许限，120130dB的噪声会使人有痛感，噪声到达140160dB时会使听觉器官发生急性外伤，鼓膜破裂出血，双耳完全失聪。,城市噪声主要有：交通噪声 主要指机动车辆在市区内运行时产生的噪声，约占城市噪声声源的40%；工业噪声 指工厂的机器运转时产生的噪声；建筑施工噪声 指建筑施工现场使用各种动力机械时所产生的噪声。特点有突发性、冲击性、不连续性，特别容易引起人们的烦恼；社会生活噪声 指商业、娱乐、体育、游行、庆祝、宣传和不适时的音乐等产生的噪声。,控制噪声源的措施：改进设备结构，提高部件加工精度和装配质量，采用合理的操作方法，降低声源的噪声发射功率；采用吸声、隔声、减振、隔振等措施以及安装消声器等来控制声源的噪声辐射。控制噪声传播途径的措施：增加声源离接受者的距离；控制噪声的传播方向；建立隔声屏障或利用天然屏障；应用吸声材料和吸声结构；城市建设采用合理的防噪声规划等。加强城市绿化是减轻城市噪声污染的有效措施。,5.固体废物及其处理,固体废物是指在社会生产、流通、消费等一系列过程中产生的一般不再具有进一步使用价值而被丢弃的以固态或泥状存在的物质，包括城市垃圾和工业废渣等。城市垃圾（城市固体垃圾）指城市居民在日常生活、工作中产生的废弃物。工业废渣指工业生产过程排出的废石、尾矿、燃料废渣、冶炼废渣等，可分为有毒废渣与无毒废渣两类。凡含有氟、汞、砷、铬、镉、铅、氰、酚和放射性物质的，均为有毒废渣。,固体废物是“三废”中最难处置的。固体废物污染的防治方法，首先是要控制其产生量，提高产品的使用寿命，提高废品的回收率等。其次是开展综合利用，把固体废物作为资源和能源对待，实在不能利用的则可经压缩和无毒处理后再焚烧、填埋或堆肥。最后是建立完善的垃圾管理法规体系，成立专业性垃圾清运和处置公司，实行垃圾处置有偿服务。垃圾是放错了位置的资源！,6.热岛效应及其防治,“热岛效应”是指城市气温比周围地区高的现象，即气温以城市为中心向郊区递减。如果将高温区用红色描出，低温区用蓝色描出，城市就象汪洋大海中的孤岛，气象学上把这种现象称之为城市“热岛效应”。“热岛效应”形成原因：城市工业的高度集中 城市人口密集,“热岛效应”能引发人类许多疾病。如消化系统疾病、神经系统损害、忧郁症及呼吸道疾病、皮肤病等。防止和减轻“热岛效应”的方法：把建筑物表面涂上白色或换上浅颜色的材料，以减少吸收太阳辐射；在路边、花园和屋顶种花栽树，可使城市温度下降；将分散的热源集中控制，提高工业热源和能源的利用率，减少热量散失和释放。,6.3.3 城市生态系统的建设及科学管理,1.我国城市生态环境保护的基本措施：（1）编制城市总体规划，调整城市功能布局（2）加强基础设施建设，提高污染防治能力（3）开展城市生态环境综合整治，改善城市环境质量（4）创建环保模范城市、可持续发展城市（5）限期停用含铅汽油，加强对机动车尾气污染的控制,到1998年，城市居民用气普及率达78.9%，城市用水普及率为96.1%，城市人均绿地面积为6.1m2，城市污水集中处理率超过20%，城市垃圾粪便无害化处理率达58.5%。1998年与1997年相比，环保重点城市污水处理率增长5.34%，城市集中供热率增长3.32%，城市气化率增长2.81%，生活垃圾处理率增长4.45%，逐步提高了污染防治能力。,为防止机动车尾气污染，我国政府决定自2000年1月1日起，全国所有企业一律停止生产车用含铅汽油，所有汽车一律停止使用含铅汽油，改用无铅汽油。陆续发布机动车污染排放新标准和燃油有害物控制标准，加强对机动车污染的控制，逐步减少机动车排污对城市空气质量的影响。,2.城市居民文明素质教育与提高（1）现代城市要求居民具备的素质守秩序 城市基础设施的共享性，要求城市居民有秩序地使用城市的基础设施，否则将导致城市的混乱，甚至瘫痪，进而影响所有人的生存状况。讲卫生 热岛效应、空气污染、生活垃圾污染、噪音污染等。市民必须自觉爱护这些基础设施，爱护整个城市的环卫系统和绿地、水面，保护自己的生存环境。,自我防范和安全意识。竞争加剧、失业率上升、外来人口涌入等，使城市居民的贫富差距扩大，导致城市的治安状况恶化，犯罪率比非城市地区要高。城市居民尤其是妇女、儿童和老人，必须提高自我防范意识，提高对危险的应变能力，最大程度地减少自身生命和财产损失。可持续发展意识。倡导适应可持续发展的道德观，树立人与自然和谐共处的价值观。,（2）城市文明素质教育的首要任务提高居民对自身生存环境的全面了解和认识，了解自然资源的价值、自然环境的功能，认识人在生态系统中的作用和地位。市民接受城市生态知识的渠道有：编写有关城市交通、城市卫生防疫和城市安全等方面的教材，广泛发行；利用“市民学校”或其他场地进行宣传；利用电视、广播等大众传播媒体。,