城市生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)城市的基本理論問題

    生態(tài)學(xué)家從生態(tài)學(xué)角度把城市看作高密度建筑區(qū)居民與其周圍環(huán)境組成的開放的人工生態(tài)系統(tǒng),該系統(tǒng)被人為地改變了結(jié)構(gòu)、物質(zhì)循環(huán)和生境。進入20世紀70年代以來,隨著世界性環(huán)境危機的加劇,城市發(fā)展進程受到了空前的挑戰(zhàn),生態(tài)學(xué)原理與方法在城市規(guī)劃中得以廣泛推廣與應(yīng)用,并由此產(chǎn)生了城市生態(tài)學(xué)。城市生態(tài)學(xué)最初由芝加哥學(xué)派創(chuàng)始人帕克于本世紀20年代提出,將其定義為研究城市人類活動與周圍環(huán)境之間關(guān)系的一門科學(xué),顯然,城市生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與功能上與自然生態(tài)系統(tǒng)及半人工生態(tài)系統(tǒng)均存在較大的差異。傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中的生態(tài)關(guān)系以自然生態(tài)系統(tǒng)中的動物、植物、微生物及相關(guān)生存環(huán)境為主。而由馬世駿等學(xué)者提出的“社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”理論明顯拓寬了城市生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵及外延,將城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能分析與人類的社會及經(jīng)濟活動緊密相連,從而使城市生態(tài)學(xué)成為以生態(tài)學(xué)為主,以相關(guān)學(xué)科為補充,多學(xué)科相輔相成的一門典型的交叉學(xué)科。根據(jù)研究對象的不同,城市生態(tài)學(xué)可分為城市自然生態(tài)學(xué)、城市經(jīng)濟生態(tài)學(xué)和城市社會生態(tài)學(xué)三個分支。

    1、城市生態(tài)系統(tǒng)的特點與功能

    1.1、城市生態(tài)系統(tǒng)的特點

    ⑴城市是一個人工生態(tài)系統(tǒng)。雖然城市生態(tài)系統(tǒng)由自然、社會、經(jīng)濟亞系統(tǒng)共同組成,一般而言,經(jīng)濟、社會生態(tài)亞系統(tǒng)對復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能往往更具影響力。作為人工生態(tài)系統(tǒng),城市中的生物物種較為單一,系統(tǒng)對病蟲害的抵御能力較弱;系統(tǒng)自身的生產(chǎn)者生物量遠遠低于周邊生態(tài)系統(tǒng),相反,消費者密度則高于其他生態(tài)系統(tǒng),食物鏈呈倒金字塔型。

    ⑵物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)多數(shù)為線狀而不是環(huán)狀。在城市生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)中,主要以消費者為主,缺少分解者,必須依靠人工措施對廢物進行消納或重新利用。

    ⑶能量高度集中。城市生態(tài)系統(tǒng)中的能量有兩個基本特征,一是高度集中;二是能量的質(zhì)量高。能量的質(zhì)量又稱能質(zhì)(energy quality),體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)中能量功能的強弱。由于生態(tài)系統(tǒng)中大部分能量在逐級生產(chǎn)過程中被使用或耗散掉,而保留下來的能量,其質(zhì)量則明顯增加。城市高質(zhì)能主要表現(xiàn)為三種類型,一是實際能量的密集,如工廠、電器、加油站;二是大型的建筑物,如商場及辦公樓;三是富含信息的物質(zhì),如電腦、書籍、光盤。

    ⑷系統(tǒng)發(fā)展的動因不是自然選擇而是人工選擇。城市的出現(xiàn)極大地促進了人工選擇的進程,并改變了自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。人工選擇代替自然選擇,一方面無疑會強化系統(tǒng)功能,如加快物流、能流及信息流的流通速度,另一方面,也容易出現(xiàn)由于注重短期及局部經(jīng)濟效益而忽視長遠生態(tài)效益的決策失誤。

    ⑸系統(tǒng)中的正反饋調(diào)節(jié)多于負反饋調(diào)節(jié)。由于受社會及經(jīng)濟利益的影響,人們對資源、能源的利用及對環(huán)境的污染往往不能通過自然生態(tài)亞系統(tǒng)中有限的負反饋加以調(diào)節(jié),容易造成生態(tài)系統(tǒng)的惡性循環(huán)。

    1.2、城市生態(tài)系統(tǒng)的功能

    生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指對人類生存及生活質(zhì)量有貢獻的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)功能,通過向人類提供原料、產(chǎn)品以及改善生活質(zhì)量而實現(xiàn)。自然生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了資源、能源及生物多樣性,城市生態(tài)系統(tǒng)則對這些資源進行進一步加工,使系統(tǒng)的物流、能流及信息流更加高效,向人們提供高附加值的產(chǎn)品。與城市生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)功能相對應(yīng)的是城市的還原及污染凈化功能。經(jīng)濟生產(chǎn)供養(yǎng)了高密度的人口,而由高密度人口排放的城市垃圾、污水及工業(yè)廢物多數(shù)由城市自身進行分解及回收利用。隨著生物技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)容發(fā)生了明顯的改變,使城市對人類的影響已大大超出了以往任何歷史時期。

    文化服務(wù)功能。與城市生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)相輔相成的是城市的文化服務(wù)功能,可稱之為文態(tài)功能。如果說生態(tài)環(huán)境有污凈之分,文態(tài)環(huán)境則有俗雅之別。一個和諧城市生態(tài)系統(tǒng)的維持離不開優(yōu)秀文化傳統(tǒng)的支撐,同時,帶有特色的城市文化又會服務(wù)于城市居民,并隨著經(jīng)濟及社會的發(fā)展而進一步豐富和發(fā)展。

    2、生態(tài)城市的概念及評判

    生態(tài)城市(Ecopolis)是城市生態(tài)學(xué)家Yanitsky于1987年提出的一種理想城市模式,是環(huán)境和諧、經(jīng)濟高效、發(fā)展持續(xù)的人類住區(qū)。依照Yanitsky的理論,生態(tài)城市應(yīng)該做到技術(shù)與自然充分融合,人為創(chuàng)造力和生產(chǎn)力得到最大程度的發(fā)揮,而居民的身心健康和環(huán)境質(zhì)量得到最大程度的保護。目前世界上許多城市,如華盛頓、法蘭克福、墨西哥、東京、漢城、羅馬、莫斯科以及我國的天津、北京、長沙都開展了生態(tài)城市的研究,生態(tài)城市已成為國際第四代城市的發(fā)展目標(biāo)。

    與傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中的“生態(tài)”相比,生態(tài)城市中“生態(tài)”的含義已發(fā)生了很大的變化,已不僅僅局限于自然生態(tài)系統(tǒng)的理論范疇,而是包容了自然、社會、經(jīng)濟等領(lǐng)域,與生態(tài)平衡、社會發(fā)展、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。生態(tài)城的“生態(tài)”則包含了人與自然的協(xié)調(diào)關(guān)系及人與社會環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系兩層含義;生態(tài)城的“城”代表了自組織、自調(diào)節(jié)的共生系統(tǒng)。在空間構(gòu)架上,有的學(xué)者甚至將生態(tài)城市的研究空間進一步拓展,使生態(tài)城市的“城市”在地理空間上超越了行政區(qū)劃的藩籬,已不再是“城市市”,而是“區(qū)域市”,是一種城鄉(xiāng)空間的融合(黃光宇、陳勇,1997)。由此可以看出,生態(tài)城市并不等同于自然保護主義的“綠色城市”,不是簡單地增加城市的綠化面積或單純追求優(yōu)美的自然環(huán)境,而是實現(xiàn)低能耗、高效率、人與環(huán)境和諧共處、經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)的城市發(fā)展模式。生態(tài)城市主要有三個特點,即自然——社會——經(jīng)濟的和諧及持續(xù)性;能流、物流、信息流及價值流的高效性;區(qū)域發(fā)展的平衡及協(xié)調(diào)性。因此,生態(tài)城市應(yīng)是結(jié)構(gòu)合理、功能高效和關(guān)系協(xié)調(diào)的城市。依照宋永昌等學(xué)者(1999)的觀點,生態(tài)城市應(yīng)做到環(huán)境清潔優(yōu)美,生活健康舒適,人盡其才,物盡其用,地盡其利,人和自然協(xié)調(diào)發(fā)展,生態(tài)良性循環(huán)的城市。  

    3、生態(tài)城市的規(guī)劃原則

    1984年,聯(lián)合國在其“人與生物圈”(MAB)報告中提出了生態(tài)城規(guī)劃的5項原則:⑴生態(tài)保護戰(zhàn)略,包括自然保護,動植物區(qū)系及資源保護和污染防治;⑵生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施(infrastructure),即自然景觀和腹地對城市的持久支持能力;⑶居民的生活標(biāo)準(zhǔn);⑷文化歷史的保護;⑸將自然融入城市。參照上述要求,在生態(tài)城市建設(shè)中,應(yīng)遵循和諧、高效、環(huán)保的原則,以持續(xù)發(fā)展為準(zhǔn)則,科學(xué)生態(tài)區(qū)劃為指導(dǎo),發(fā)展市場為動力,加強環(huán)保為手段,生態(tài)農(nóng)業(yè)為依托,建立生態(tài)示范小區(qū)為模式,使生態(tài)與經(jīng)濟相互促進,相得益彰。在生態(tài)城市規(guī)劃上,應(yīng)考慮三個基本問題,一是人口問題,二是資源合理利用問題,三是解決環(huán)境污染問題。

    3.1、限定城市人口

    建設(shè)生態(tài)城市首先應(yīng)確定城市人口承載力。這里所說的承載力不是指環(huán)境最大容納量,而是在滿足人們健康發(fā)育及生態(tài)良性循環(huán)的前提下城市人口的最大限量。確定城市人口容納量時,應(yīng)既考慮人口未來增長的可能性,又要考慮滿足一定生活質(zhì)量的人口規(guī)模合理性。合理性與可能性曲線的交叉點即是最佳人口規(guī)模。隨著地區(qū)及部門間經(jīng)濟合作和交流的增加,城市之間、城鄉(xiāng)之間以及不同城區(qū)之間的人口流動也隨之加快。因此,在確定國際大都市、省會城市及一般城市的人口容量時,不僅要明確固定靜態(tài)人口的分布規(guī)律,還應(yīng)進一步分析周期性往返于城市——鄉(xiāng)村、城市——城市之間的“候鳥人口”以及城市商業(yè)區(qū)與居住區(qū)之間的“鐘擺人口”的分布及漲落規(guī)律。

    3.2、合理規(guī)劃城市景觀格局

    景觀格局是景觀元素的空間布局,是城市生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分。依照景觀生態(tài)學(xué)理論,城市景觀結(jié)構(gòu)可以分為斑塊(patch)、廊道(corridor)及基質(zhì)(matrix)。其中,斑塊是基本結(jié)構(gòu)單元;廊道是線狀或帶狀結(jié)構(gòu)體;基質(zhì)是具有高度連接性的大的結(jié)構(gòu)體。城市景觀區(qū)劃遵循的原則是:

    ⑴整體優(yōu)化原則。應(yīng)兼顧社會、經(jīng)濟和環(huán)境的整體效益,既要維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,又要保證經(jīng)濟及居民生活水平的提高。城市規(guī)劃只有抓主要矛盾才能突破城市建設(shè)的難點,例如,城市開發(fā)區(qū)的規(guī)劃應(yīng)以創(chuàng)建整體生態(tài)化城市為準(zhǔn)則,而老城區(qū)則以綜合治理、突出文化特色為準(zhǔn)則,兩者相互補充,實現(xiàn)生態(tài)整合。在城市規(guī)劃中,還應(yīng)縮小城市內(nèi)部不同區(qū)域的經(jīng)濟水平差異,調(diào)整城鄉(xiāng)經(jīng)濟結(jié)構(gòu),建立城鄉(xiāng)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),使城市發(fā)展以鄉(xiāng)村為依托,鄉(xiāng)村經(jīng)濟增長以城市為動力。

    ⑵功能分區(qū)原則。劃分功能區(qū)首先要考慮城市的性質(zhì)、特征,分析城市目前各區(qū)的主要功能、問題及城市發(fā)展的總體布局。功能分區(qū)必須做到城市生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)、能量流動及信息傳遞的高效及渠道的暢通。完善和發(fā)展步行系統(tǒng),建設(shè)大量室內(nèi)購物中心,提高中心區(qū)環(huán)境質(zhì)量。

    ⑶景觀穩(wěn)定性原則。保持城市重要功能區(qū)布局及結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定,應(yīng)根據(jù)城市的承載力及經(jīng)濟實力合理調(diào)整城市空間布局及規(guī)模,避免由于盲目擴大城市規(guī)模而出現(xiàn)“城市中的鄉(xiāng)村”現(xiàn)象。

    ⑷可持續(xù)發(fā)展原則。在經(jīng)濟政策的制定及城市的規(guī)劃上應(yīng)避免以損害環(huán)境利益為代價的經(jīng)濟短期增長模式及不合理的城區(qū)過度開發(fā)。實現(xiàn)城市廢棄物的就地還原或回收,避免向鄉(xiāng)村流轉(zhuǎn),減少城市對鄉(xiāng)村的“生態(tài)剝削”并由此導(dǎo)致的區(qū)域發(fā)展的不平衡。

    ⑸活化邊緣原則。不同系統(tǒng)交匯的邊緣是能流、信息流流動較快的區(qū)域,搞活城鄉(xiāng)及城市不同功能區(qū)交錯帶有利于區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展?；罨吘壊⒉灰馕吨つ块_發(fā)邊緣,相反,應(yīng)防止在某些大城市出現(xiàn)的邊緣城市(edge city,即在中心城市的周圍郊區(qū)發(fā)展起來的商業(yè)、就業(yè)與居住中心)或城市邊緣(urban fringe)的過快發(fā)展。

    3.3、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

    城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定了城市的職能和性質(zhì)以及城市基本活動的方向、內(nèi)容、形式和空間分布。城市中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的確立應(yīng)因地制宜,按照生態(tài)學(xué)中的“共生”原理,通過對城市不同區(qū)域內(nèi)的企業(yè)之間,以及工業(yè)、居民與自然生態(tài)亞系統(tǒng)之間的物質(zhì)、能源的輸入與輸出進行優(yōu)化,實現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)物質(zhì)與能量的綜合平衡,做到資源的高效利用。應(yīng)淘汰污染嚴重的生產(chǎn)工藝,采用環(huán)境友好技術(shù)(environmental benign technology)。例如,為了解決傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)對環(huán)境的危害,目前工業(yè)發(fā)達國家已把希望寄托在綠色化學(xué)工業(yè)(green chemistry industry)這一新興產(chǎn)業(yè)。目前,綠色化學(xué)工業(yè)所要解決的中心問題是使化學(xué)反應(yīng)及其產(chǎn)物具有以下特點:⑴采用無毒、無害的原料;⑵在無毒、無害的反應(yīng)條件下進行;⑶具有“原子經(jīng)濟性”,即反應(yīng)具有高選擇性,有極少量的副產(chǎn)品,甚至實現(xiàn)“零排放”;⑷產(chǎn)品應(yīng)是環(huán)境友好的。

    3.4、提高資源利用效率

    提高資源綜合利用效率,加快資源開發(fā)及再生利用的研究與推廣。在城市生態(tài)系統(tǒng)建立高效和諧的物流、能流供應(yīng)網(wǎng),實現(xiàn)物流的“閉路再循環(huán)”,重新確定“廢物”價值,減少“廢物”的產(chǎn)生,引入諸如“大氣污染稅”等綠色稅收體系。

    在工業(yè)發(fā)達國家“,低物質(zhì)化(dematerialization)”,即降低工業(yè)生產(chǎn)過程中的物料和能源消耗已成為一種發(fā)展趨勢。70年代以來,各國GNP的物質(zhì)消耗量一直呈下降趨勢。最典型的例子是計算機的體積和重量越來越小,而運算能力卻越來越強。隨著消費者對綠色產(chǎn)品需求的增加及環(huán)保意識的進一步提高,在企業(yè)界建立“綠色核算體系”、“生態(tài)產(chǎn)品規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)”等綠色管理理念已是大勢所趨。

    4、生態(tài)城市與可持續(xù)發(fā)展  

    可持續(xù)發(fā)展是指既滿足人們需求,又不損害人類后代滿足其自身需求條件的發(fā)展。可持續(xù)發(fā)展的理論思想與城市生態(tài)學(xué)中的諸多理論相吻合,例如,可持續(xù)發(fā)展思想與許多城市生態(tài)系統(tǒng)所遵循的生態(tài)學(xué)原理相一致,這些原理包括:復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)原理、物質(zhì)循環(huán)與能量流動原理、系統(tǒng)相關(guān)與相生相克原理、系統(tǒng)開放原理、生態(tài)位原理及限制因子原理等。生態(tài)城市從本質(zhì)上說是可持續(xù)發(fā)展的城市,因此,生態(tài)城市也可以稱為可持續(xù)城市(sustainable city)。G豪霍頓和C亨特在《可持續(xù)城市》一書中將可持續(xù)城市定義為:居民和各種事務(wù)采用永遠支持“全球可持續(xù)發(fā)展”目標(biāo)的方式,在鄰里和區(qū)域水平上不斷努力以改善城市的自然、人工和文化環(huán)境的城市。目前,國際上可持續(xù)城市的發(fā)展趨向于高建筑、高密度、小型化、多樣化、生態(tài)化。多功能的高建筑可有效地提高資源及能源的利用率,減少污染,增加綠地面積,改善交通環(huán)境,十分適合人多地少的中國國情。

    與傳統(tǒng)的城市相比,生態(tài)城市的發(fā)展有明顯不同模式。生態(tài)城市強調(diào)經(jīng)濟的高效而不是高速;基于社會的開放而不是封閉。與“生態(tài)平衡”的提法不同,生態(tài)城市重視自然的和諧而不是平衡,一個發(fā)展中的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)不斷有新的組成加入、新的關(guān)系產(chǎn)生,不平衡是絕對的,平衡是相對的。與此相對應(yīng),可持續(xù)發(fā)展從系統(tǒng)觀點出發(fā),將自然、經(jīng)濟、社會諸因素綜合起來統(tǒng)籌考慮,在社會、經(jīng)濟及資源管理中進行綜合規(guī)劃,強調(diào)在協(xié)調(diào)中發(fā)展,在發(fā)展中保護。因此可以認為,可持續(xù)城市及生態(tài)城市的概念與實踐是可持續(xù)發(fā)展理論在城市規(guī)劃與建設(shè)中的具體應(yīng)用。從城市生態(tài)學(xué)角度來看,可持續(xù)發(fā)展的核心就是通過維持與保護城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來保護人類的生存環(huán)境。

    任何一個生態(tài)系統(tǒng)都具有其生態(tài)特異性,生態(tài)城市或可持續(xù)城市的建設(shè)也應(yīng)該不拘一格,每一個生態(tài)城市都應(yīng)體現(xiàn)出其自身的區(qū)域特色。由于受地域分異、氣候變差、人文歷史的影響,我國各地生態(tài)城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)城市的多樣化原則?？沙掷m(xù)發(fā)展的概念目前仍留有許多問題尚待探討,可持續(xù)發(fā)展并不可能使所有的部門或行業(yè)受益,也不可能通過決策的改變及系統(tǒng)功能的調(diào)整而迅速實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的長遠目標(biāo)。相反,在生態(tài)城市建設(shè)的初期會遇到來自不同方面的阻力。建設(shè)生態(tài)城的最終目的是依據(jù)生態(tài)學(xué)原理優(yōu)化城市內(nèi)部各系統(tǒng)之間以及城市與周邊環(huán)境之間的生態(tài)依存關(guān)系,提高系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力,在低投入、低能耗的前提下依靠科學(xué)規(guī)劃實現(xiàn)因地制宜的持續(xù)發(fā)展。城市生態(tài)系統(tǒng)是否能夠持續(xù)發(fā)展取決于系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能的強弱。自然生態(tài)系統(tǒng)通過自然選擇及種間競爭、共生而使生態(tài)系統(tǒng)達到相對平衡,而作為具有高依賴性的城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與持續(xù)則取決于自然、社會、經(jīng)濟三個亞系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度。其中,各個子系統(tǒng)信息的靈敏度及政府部門的決策合理性對該系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。