城市生态系统与生态城市的基本理论问题

• 生态学家从生态学角度把城市看作高密度建筑区居民与其周围环境组成的开放的人工生态系统,

该系统被人为地改变了结构、物质循环和生境。进入20世纪70年代以来,随着世界性环境危机的加剧,城市发展进程受到了空前的挑战,生态学原理与方法在城市规划中得以广泛推广与应用,并由此产生了城市生态学。城市生态学最初由芝加哥学派创始人帕克于本世纪20年代提出,将其定义为研究城市人类活动与周围环境之间关系的一门科学,显然,城市生态系统在结构与功能上与自然生态系统及半人工生态系统均存在较大的差异。传统生态学中的生态关系以自然生态系统中的动物、植物、微生物及相关生存环境为主。而由马世骏等学者提出的“社会-经济-自然复合生态系统”理论明显拓宽了城市生态系统的内涵及外延,将城市生态系统的结构与功能分析与人类的社会及经济活动紧密相连,从而使城市生态学成为以生态学为主,以相关学科为补充,多学科相辅相成的一门典型的交叉学科。根据研究对象的不同,城市生态学可分为城市自然生态学、城市经济生态学和城市社会生态学三个分支。

1、城市生态系统的特点与功能 1.1、城市生态系统的特点 ⑴城市是一个人工生态系统。虽然城市生态系统由自然、社会、经济亚系统共同组成,一般而言,经济、社会生态亚系统对复合生态系统的结构与功能往往更具影响力。作为人工生态系统,城市中的生物物种较为单一,系统对病虫害的抵御能力较弱;系统自身的生产者生物量远远低于周边生态系统,相反,消费者密度则高于其他生态系统,食物链呈倒金字塔型。

⑵物质循环系统多数为线状而不是环状。在城市生态系统食物网中,主要以消费者为主,缺少分解者,必须依靠人工措施对废物进行消纳或重新利用。

⑶能量高度集中。城市生态系统中的能量有两个基本特征,一是高度集中;二是能量的质量高。能量的质量又称能质(energy quality),体现了生态系统中能量功能的强弱。由于生态系统中大部分能量在逐级生产过程中被使用或耗散掉,而保留下来的能量,其质量则明显增加。城市高质能主要表现为三种类型,一是实际能量的密集,如工厂、电器、加油站;二是大型的建筑物,如商场及办公楼;三是富含信息的物质,如电脑、书籍、光盘。

⑷系统发展的动因不是自然选择而是人工选择。城市的出现极大地促进了人工选择的进程,并改变了自然生态系统的结构与功能。人工选择代替自然选择,一方面无疑会强化系统功能,如加快物流、能流及信息流的流通速度,另一方面,也容易出现由于注重短期及局部经济效益而忽视长远生态效益的决策失误。

⑸系统中的正反馈调节多于负反馈调节。由于受社会及经济利益的影响,人们对资源、能源的利用及对环境的污染往往不能通过自然生态亚系统中有限的负反馈加以调节,容易造成生态系统的恶性循环。

1.2、城市生态系统的功能 生态系统服务功能。生态系统服务是指对人类生存及生活质量有贡献的生态系统产品和生态系统功能,通过向人类提供原料、产品以及改善生活质量而实现。自然生态系统为人类提供了资源、能源及生物多样性,城市生态系统则对这些资源进行进一步加工,使系统的物流、能流及信息流更加高效,向人们提供高附加值的产品。与城市生态系统物质生产功能相对应的是城市的还原及污染净化功能。经济生产供养了高密度的人口,而由高密度人口排放的城市垃圾、污水及工业废物多数由城市自身进行分解及回收利用。随着生物技术等现代科学技术的发展,城市生态系统服务的内容发生了明显的改变,使城市对人类的影响已大大超出了以往任何历史时期。

文化服务功能。与城市生态系统功能服务相辅相成的是城市的文化服务功能,可称之为文态功能。如果说生态环境有污净之分,文态环境则有俗雅之别。一个和谐城市生态系统的维持离不开优秀文化传统的支撑,同时,带有特色的城市文化又会服务于城市居民,并随着经济及社会的发展而进一步丰富和发展。

2、生态城市的概念及评判 生态城市(Ecopolis)是城市生态学家Yanitsky于1987年提出的一种理想城市模式,是环境和谐、经济高效、发展持续的人类住区。依照Yanitsky的理论,生态城市应该做到技术与自然充分融合,人为创造力和生产力得到最大程度的发挥,而居民的身心健康和环境质量得到最大程度的保护。目前世界上许多城市,如华盛顿、法兰克福、墨西哥、东京、汉城、罗马、莫斯科以及我国的天津、北京、长沙都开展了生态城市的研究,生态城市已成为国际第四代城市的发展目标。

与传统生态学中的“生态”相比,生态城市中“生态”的含义已发生了很大的变化,已不仅仅局限于自然生态系统的理论范畴,而是包容了自然、社会、经济等领域,与生态平衡、社会发展、经济结构息息相关。生态城的“生态”则包含了人与自然的协调关系及人与社会环境的协调关系两层含义;生态城的“城”代表了自组织、自调节的共生系统。在空间构架上,有的学者甚至将生态城市的研究空间进一步拓展,使生态城市的“城市”在地理空间上超越了行政区划的藩篱,已不再是“城市市”,而是“区域市”,是一种城乡空间的融合(黄光宇、陈勇,1997)。由此可以看出,生态城市并不等同于自然保护主义的“绿色城市”,不是简单地增加城市的绿化面积或单纯追求优美的自然环境,而是实现低能耗、高效率、人与环境和谐共处、经济持续发展的良性循环的城市发展模式。生态城市主要有三个特点,即自然——社会——经济的和谐及持续性;能流、物流、信息流及价值流的高效性;区域发展的平衡及协调性。因此,生态城市应是结构合理、功能高效和关系协调的城市。依照宋永昌等学者(1999)的观点,生态城市应做到环境清洁优美,生活健康舒适,人尽其才,物尽其用,地尽其利,人和自然协调发展,生态良性循环的城市。

3、生态城市的规划原则 1984年,联合国在其“人与生物圈”(MAB)报告中提出了生态城规划的5项原则:⑴生态保护战略,包括自然保护,动植物区系及资源保护和污染防治;⑵生态基础设施(infrastructure),即自然景观和腹地对城市的持久支持能力;⑶居民的生活标准;⑷文化历史的保护;⑸将自然融入城市。参照上述要求,在生态城市建设中,应遵循和谐、高效、环保的原则,以持续发展为准则,科学生态区划为指导,发展市场为动力,加强环保为手段,生态农业为依托,建立生态示范小区为模式,使生态与经济相互促进,相得益彰。在生态城市规划上,应考虑三个基本问题,一是人口问题,二是资源合理利用问题,三是解决环境污染问题。

3.1、限定城市人口 建设生态城市首先应确定城市人口承载力。这里所说的承载力不是指环境最大容纳量,而是在满足人们健康发育及生态良性循环的前提下城市人口的最大限量。确定城市人口容纳量时,应既考虑人口未来增长的可能性,又要考虑满足一定生活质量的人口规模合理性。合理性与可能性曲线的交叉点即是最佳人口规模。随着地区及部门间经济合作和交流的增加,城市之间、城乡之间以及不同城区之间的人口流动也随之加快。因此,在确定国际大都市、省会城市及一般城市的人口容量时,不仅要明确固定静态人口的分布规律,还应进一步分析周期性往返于城市——乡村、城市——城市之间的“候鸟人口”以及城市商业区与居住区之间的“钟摆人口”的分布及涨落规律。

3.2、合理规划城市景观格局 景观格局是景观元素的空间布局,是城市生态系统的一个重要组成部分。依照景观生态学理论,城市景观结构可以分为斑块(patch)、廊道(corridor)及基质(matrix)。其中,斑块是基本结构单元;廊道是线状或带状结构体;基质是具有高度连接性的大的结构体。城市景观区划遵循的原则是:

⑴整体优化原则。应兼顾社会、经济和环境的整体效益,既要维持生态系统的稳定,又要保证经济及居民生活水平的提高。城市规划只有抓主要矛盾才能突破城市建设的难点,例如,城市开发区的规划应以创建整体生态化城市为准则,而老城区则以综合治理、突出文化特色为准则,两者相互补充,实现生态整合。在城市规划中,还应缩小城市内部不同区域的经济水平差异,调整城乡经济结构,建立城乡复合生态系统,使城市发展以乡村为依托,乡村经济增长以城市为动力。

⑵功能分区原则。划分功能区首先要考虑城市的性质、特征,分析城市目前各区的主要功能、问题及城市发展的总体布局。功能分区必须做到城市生态系统物质生产、能量流动及信息传递的高效及渠道的畅通。完善和发展步行系统,建设大量室内购物中心,提高中心区环境质量。

⑶景观稳定性原则。保持城市重要功能区布局及结构的相对稳定,应根据城市的承载力及经济实力合理调整城市空间布局及规模,避免由于盲目扩大城市规模而出现“城市中的乡村”现象。

⑷可持续发展原则。在经济政策的制定及城市的规划上应避免以损害环境利益为代价的经济短期增长模式及不合理的城区过度开发。实现城市废弃物的就地还原或回收,避免向乡村流转,减少城市对乡村的“生态剥削”并由此导致的区域发展的不平衡。

⑸活化边缘原则。不同系统交汇的边缘是能流、信息流流动较快的区域,搞活城乡及城市不同功能区交错带有利于区域经济的发展。活化边缘并不意味着盲目开发边缘,相反,应防止在某些大城市出现的边缘城市(edge city,即在中心城市的周围郊区发展起来的商业、就业与居住中心)或城市边缘(urban fringe)的过快发展。

3.3、调整产业结构 城市的产业结构决定了城市的职能和性质以及城市基本活动的方向、内容、形式和空间分布。城市中产业结构的确立应因地制宜,按照生态学中的“共生”原理,通过对城市不同区域内的企业之间,以及工业、居民与自然生态亚系统之间的物质、能源的输入与输出进行优化,实现该区域内物质与能量的综合平衡,做到资源的高效利用。应淘汰污染严重的生产工艺,采用环境友好技术(environmental benign technology)。例如,为了解决传统化学工业对环境的危害,目前工