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绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇城市生态系统作用，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
Studies, USA
Charles H. Nilon, School of Natural
Resources, University of
Missouri-Columbia, USA
Karen S. Hollweg, The National
Academies’ National Research Council,
Washington, USA (Eds.)
Understanding
Urban Ecosystems
A New Frontier for
Science and Education
2003, 523pp.
Softcover EUR 39.95
ISBN 0-387-95237-3
艾伦 R.波克维斯，查尔斯 H.尼龙，卡瑞 S.好来威格编
本书是德国施普林格出版公司出版的一本前沿的科技与教育新书。城市的一个关键问题是如何理解生态系统。城市的生态系统应该建立在社会、生物和物理成分相互作用的基础之上。本书从理解城市生态系统的重要性，从自然科学、社会科学、教育理论和实践的基础和前沿等几个方面对城市生态系统进行阐述。
全书除引言外，共4章。引言阐述了理解生态系统是理解城市的一个关键。第1章理解城市生态系统的重要性，介绍了为什么理解城市生态系统是教育和教育工作者的一个重要前沿问题，理解城市生态系统在地区开发能起到很重要的作用，不仅对关注环境保护的人士很重要，对科学和科学家来说也很重要。第2章分别从自然科学和社会科学的基础和前沿，详细阐述了城市自然生态系统，给出了一个模拟城市生态系统的模型，提出了用具有相似基础的城市生态系统模型方法来理解城市，这是一个生态经济学观点；从社会科学角度出发，用社会科学的方法来理解城市生态系统和前景，介绍了城市生态系统的框架和概念的历史渊源，并从已有文献、先例、重要概念和前景方面将城市生态系统、城市规划和环境教育结合起来；列举中国天津城市生态系统的人类生态学模型。第3章教育理论和实践的基础和前沿，城市生态系统是一个跨学科领域，因此，不仅需要从系统的、发展的角度，还要从心理学的角度考虑生态学的前景；书中介绍了“从为城市的孩子”和“为孩子的城市”两方面来了解和关心城市生态系统，并用以色列的模型提出“生态考虑”，这一模型是理解城市生态系统的一种工具，可以阐述系统思考和城市生态系统的关系；从一个环境教育者的角度和经历来分析芝加哥城市生态系统教育的方法，提出把生态学课程作为大学环境教育的一门课程，生态系统管理教育是很好的学习方法，认为用环境管理系统可以促进更好的全面理解南非德班的城市生态系统。第4章未来城市生态系统的展望，城市生态系统是21世纪全球发展的需要，阐述城市生态系统教育对可持续社会和城市发展的贡献，并对未来城市生态系统教育的前景进行分析，提出未来10年城市生态系统教育还需要进一步的探讨。
本书写作清晰流畅，注重经验事实的讨论，具有管理学特色。本书对研究生态系统、城市规划的研究人员来说是本好书，对于学习一般城市规划、环境工程的研究生也是值得推荐的教科书。
王铮，研究员
(中国科学院政策与管理研究所)
城市承载着人类的政治、经济、文化、教育、科技等主要活动的空间，是人类文明的荟萃之地，城市化促进了人类经济的不断发展，成为人口与产业的聚集地，但是随着城市化的突飞猛进，打破了人类与自然的平衡，生态危机开始在城市肆虐。所以城市化就像一把双刃剑，福祸相依，人类要研究城市可持续发展的途径与对策，促进城市生态系统的良性循环是当今非常迫切且重要的任务，因此，我们首先要科学解析认识城市生态系统的组成形态与功能。
生态系统的概念
什么是系统？整个系统是由各种相互关联的部分组成，系统的各个部分称为子系统，整体叫做系统。系统是有机的整体的统一，对某些物质自然形成的性质我们称为自然系统；通过人工对某些共同构成的物质系统称为人工系统。然而，城市系统是一个自然与人工的结合，它包括城市的地理环境和自然资源，以及主要城市的居民和他们的活动。
以生物或人类为主体，以周围环境为客体，共同构成一个整体，这就叫生态系统。一片森林和林木的灌木、草丛，林中的动物、微生物，以及周围的土地、水、大气，共同构成一个森林生态系统；一块农田，作物和周围的土地，水，大气也构成了农田生态系统；一个城市，居民和建筑物和设施周围的地理环境构成了一个城市生态系统。所有的生态系统都是控制系统。任何控制系统，当输入和输出发生不等量的状况时，系统内部会自动调整，反馈机制才会发生。
城市生态系统的组成
城市生态系统是以人类生活、生产为中心，由城市自然、经济、社会三个子系统组成的复合的人工生态系统。城市生态系统包括社会环境系统、自然环境系统以及城市空间内的居民等方面内容，他们相互紧密的联系在一起，从而形成一个整体。以人为主体同时也兼顾人工环境的城市生态系统，它具有开放系统大流量，大容量，高密度，快速的特点，是一种人类自我驯化依赖性很强，独立性较弱的驯化系统。城市生态系统的组成包括三方面，第一方面是社会结构具体分为（人口，劳动，知识和其他资源），第二方面是资源结构具体分为（食品，能源，土地，水），第三方面是环境结构具体分为（绿地，大气，水域等）。
“城市生态”实质是人类生态系统。城市是以人为主体，将空间和地域以及各种设施为生态系统的环境。此处所讲的“生态”，而不是生物学，但生态和社会生态系统，在这里，没有生物生态系统，人类的生态系统，是城市居民与城市环境对立统一的系统。
城市生态系统的功能
城市生态系统与自然生态系统的重大区别在于：城市生态系统的功能不仅包括了生态系统的“基本功能”，更重要的是它能服务于人类社会的供给功能，通过人工的主观努力后，可以大幅度提高城市生态系统的自然调控与恢复力。城市生态系统的功能可以划分为两部分：外部功能和内部功能。外部功能主要的职责是联系其他的生态系统，依据内部需求输入与输出物质和能量，以此保证内部的能量与物质运转平衡和运行正常；内部功能则是起到了保证物流和能流的循环畅通，调节外部功能。城市生态系统的功能表现为系统内外的物质、能量、信息、货币及人流的输入、转换和输出。城市生态系统功能研究实质上就是对这些流进行研究。因此， 城市生态系统的功能表现为几方面：分别是人口流（死亡，移民，旅游，出生，旅游，移民，运输），劳动流（就业，退休，转业的流动，转移），智力流（入学，毕业，教育，工作分配），物质流（食品，副食品，淡水，原材料和其他投入，产品和废物输出），能量流（燃料和动力输入，余能和废物的输出），以及信息流（通信和交换的通信，广播，电视，报纸，知识，文化等）。为了维持城市生态系统稳定而有序的发展，实现人类追求的社会、经济与环境目标，必须人工调控这些流，使之协调、畅通。
城市化对城市生态系统进程的影响
城市是一个人类生存活动和文化发展以及政治经济的中心。在今天，城市化是世界的潮流、更是一种趋势，随着城市化不断加快发展的步伐，它对周围的生态环境的影响和发展也越来越大，因此，面对城市的就业、粮食、人口、原材料、住房、能源、环境、水资源等方面的压力越来越大，生态系统的影响变得越来越消极。城市生态系统是城市居民与其周围环境相互作用形成的网络结构，即由居民和城市环境组成的自然、社会、经济三者相复合的生态系统。人类工业生产和经济活动的发展在城市的生态系统中起着主导作用，城市化加快城市建设，从而导致耕地、湖水、植被面积的不断萎缩；随着城市高层建筑的增加，道路铺装率、覆盖密度不断扩大，改变了原有的城市覆盖状态，使城市的空气流动量减少；建筑材料的改变使得光污染也越来越严重；能源的生产和使用使得热辐射增强，城市热岛效应越来越严重；城市的运输，工业的生产，以及居民生活所产生的废弃，粉尘等有害物质造成的空气，水污染也在不断的破坏着现在的环境。
对生态环境和城市生态建设的建议
关键词 城市生态系统；城市生态系统适宜度；地理信息系统；珠江三角洲
中图分类号 X24 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2008）06-0178-04
珠江三角洲城市由广东省9个城市组成，包括广州、深圳、珠海、佛山、肇庆、江门、惠州、东莞和中山。以2004年计，珠江三角洲的经济总量约占全国的1/10左右。20世纪80年代以来，珠江三角洲在中国的经济发展中呈现了勃勃生机，在政治、经济、社会和文化等各个方面发生前所未有的变化，已成为中国经济最为发达和成熟、最具影响力的地区之一。城市生态系统适宜度反映了现实生态位与其最佳生态位的贴近程度，反映了城市生态系统的和谐性、城市居民生活的适宜程度、城市竞争力大小和可持续发展的能力。构建城市生态系统适宜度指标体系，评价城市生态系统适宜度是对城市适宜发展进行科学评判和决策的一个重要组成部分。通过构建体现城市结构、城市功能、城市协调度和反映人口指数、基础设施、城市绿化、经济水平、物质还原、资源配置、生产效率、流动便捷、社会保障、城市文明和可持续性的指标体系，选取了1995-2004年10个年份的数据，并将10个测评年份的数据统一进行标准化处理，实现了不同年份和不同城市的可对比化，最后获得城市生态系统适宜度测算结果。除了对城市生态系统适宜度进行比较之外，本研究的另一特点是划分了城市生态系统适宜度的类型，分析了类型的变化和由这些变化形成的城市生态系统适宜度发展的特点。
1 研究方法与技术路线
采用的社会统计学、城市生态系统适宜度评价方法和地理信息系统等技术，对不同的研究内容和目标采用不同技术和方法，在城市生态适宜度评价上，主要采用社会经济研究的常规方法，同时将GIS技术和社会科学的理论结合起来进行结果解释，设计城市生态系统适宜度评价模型，方便快捷地对城市生态系统适宜度进行评价。在研究技术路线图中列出了所选的各种技术、方法，在研究的实施过程中，各种技术和方法是穿插使用的(见图1)。
2 珠江三角洲城市生态系统适宜度评价指标体系
2.1 构建珠江三角洲城市生态系统适宜度评价指标体系
本文采用层次分析法对城市结构、城市功能、城市协调度的时空特征和运行机制进行系统分析，确定指标体系框架模式和评价重点(见表1)。城市结构则是由人口指数、基础设施、城市绿化、经济水平等指标组成，其作用是满足城市生态适宜的必要的结构。城市功能是由物质还原、资源配置、生产效率、流动便捷等指标构成，主要作用是保证城市生态系统的资源得以合理利用。城市协调度则由社会保障、城市文明和可持续性等指标构成，主要作用是解决城市的自身发展，提高城市软件水平。根据城市生态系统组成要素、结构和特点分析，按照构建城市生态系统适宜度指标体系的原则，本文将表征城市生态系统适宜度的指标体系分为三个层次：目标层（分总目标层和分目标层）、准则层、指标层(见表1)。
2.2 确定城市生态系统最适宜值
本文的城市生态系统适宜度最适宜值亦即最佳值，表示该指标的值为最适宜值的时候，城市的生态系统适宜度达到最好的状态。最适宜值来源主要有6种，①国际标准，②国内标准，③国内外城市的现状值或多个城市现状值的平均值，④城市规划值等，⑤珠江三角洲2004年及以前的最佳值，⑥根据现状值进行外推。
对于不同的城市来说，27项因子的适宜值是很难确定的，但一般而言，对于失业率和每平方千米二氧化硫排放量来说，一般是越小越好，故选取它们标准化后的最小值作为其最适宜度值。对于其他的指标，如工业固废利用率、职工平均工资等是越大或越多越有利于居民的生活，因此以这些因子标准化后的最大值作为其相应的最适宜度值。
2.3 指标数据的处理过程
为消除指标数据存在的量纲或级数差异，采用线性变
2.4 指标权重的确定
由于珠江三角洲城市生态系统适宜度指标体系是由4个层次构成的，每一层的指标的划分又各不相同，导致了确定权重的方法也各不相同。分目标层的指标的权重划分为：城市结构、城市功能和城市协调度的权重分别为0.372、0.325、0.303；对于准则层运用层次分析法基本原理，根据各类指标及各类指标诸因子在系统中的相对重要性，通过建立层次结构、构造判断矩阵、权重计算、一致性检验等步骤，分别计算出城市结构、城市功能和城市协调度3类分目标层中的各准则层的因子对城市生态系统适宜度的相对重要性；指标层的权重的确定采用十分制打分方法。
2.5 测算模型
由于在珠江三角洲城市生态系统适宜度各指标之间的相互独立性，也即各指标对适宜度彼此无影响，因此，对适宜度的计算采用线性加权求和模型来处理。即：[WTBX]d=∑n[]i=1[DD)]widi[KH*4]式中：di、wi分别为下一层指标i的评价值及其相对应的权重，[WTBX]n为所在指标层中的因子总数。这样，从指标层开始，计算出上一层指标的评价值，再由上一层指标的评价值和相应的权重，通过线性加权求和计算出更高一层指标的评价值，最后计算出珠江三角洲各年份的城市生态系统适宜度值。
3 珠江三角洲城市生态系统适宜度分析
3.1 城市生态系统适宜度的类型及变化
从珠江三角洲城市生态系统适宜度表（见表2）可以看出，珠江三角洲9个城市的城市生态适宜度总体呈增长趋势，说明珠江三角洲城市生态适宜度普遍得到增强。每个城市的涨幅不 一样，东莞、深圳、广州、肇庆、中山、惠州的适宜度提高的幅度较大，分别是0.294 9，0.254 9，0.190 8，0.168 8，0.166 0，0.140 6。
以珠江三角洲9个城市在1998、2001和2004年3个年份的3个准则层数据为基础数据，对27个城市样本和3个变量进行聚类分析，在分析的过程中，数据作标准差标准化处理，最远距离法进行聚类，把珠江三角洲9个城市划分为3个大类，然后根据各个大类的情况进行了亚类的划分，共划出了8个亚类。
珠海、佛山的涨幅在0.1之内；江门基本上保持平稳状态，适宜度值在0.3～0.4之间。提升幅度最大的是东莞和深圳，比较大的有广州、肇庆、中山、惠州和佛山，保持相对稳定的有珠海和江门。
3.2 珠江三角洲城市生态系统适宜度的类型演变
珠海为稳定性最高的城市，在三年的测评中，一直处于I3类城市，没有发生任何变化；惠州、中山、肇庆、深圳属于比较稳定的城市，虽然亚类发生了改变，但在这3年中都在一个大类里，属于亚类变化；佛山、江门、东莞属于基本稳定的城市，同为连续两年内都在一个大类，其中一年在上一大类或下一大类的变化，虽然发生了变化，但都属于基本稳定的城市；广州为不太稳定的城市类型，从1998年的I4亚类到2001年的III类，跨度比较大，但在后面的2001-2004年的数据看来，广州逐步稳定下来。
总的说来，珠江三角洲城市生态系统适宜度类型趋于稳定，珠江三角洲城市结构好的城市逐渐增多，珠江三角洲城市功能好的城市逐渐增多，珠江三角洲城市协调度好的城市数目趋于稳定。
4 结 论
在通过构建城市生态系统适宜度指标体系，进行指标的选取和处理，对珠江三角洲城市生态系统适宜度的测算和评价之后，本文得到珠江三角洲城市生态系统适宜度发展的一些结论：①珠江三角洲城市生态系统适宜度增强；②珠江三角洲城市生态适宜度3个垂直层次的发展稳定性不一致；③珠江三角洲城市生态适宜度发展模式为内在因素影响型发展模式；④珠江三角洲城市生态系统适宜度测评受指标异常变化影响大。
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Evaluation of urban ecosystem nichefitness in the Pearl River Delta Region
XIA Bin1 XU Jianhua1,2 ZHANG Meiying1 LOU Xukui1,2
HE Huiyu3
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou Guangdong 510640,China;
2. The Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039, China; 3. Guangdong Institute of Metrology,
Guangzhou Guangzhou 510630, China)
Abstract Theories of the ecosystem niche-fitness evaluation have obtained the various acceptance since statement.This resea rch mainly analyzes and assesses the development of the Pearl River Delta urban ecosystem nichefitness by researching cities. By the Social statistical methods, t he index system has been constructed whichis combined of the two, that the vertical manifesting the urban structure, the urban function, the urban coordination, and the level reflecting the situation of economy,social, population, resources, environmental. Selecting the data of 1995 to 2004 10 years, through evaluating the ecosystem nichefitness of nine citi es of Pearl River Delta, and, standardized and nonnegative processing all of the ten years data, it has been realized that the contrast in different years and different cities. This study classifies types for the urban ecosystem nichefitnes s, and then analyzes the changes of all types, analyzes the characteristics of the urban ecosystem nichefitness which formed by these changes. Finally, it draw s the following conclusions: (a) Pearl River Delta urban ecosystem nichefitness is enhanced; (b) On the three vertical lev els, the development stabilities of Pearl River Delta urban ecosystem nichefitness are inconsistent; (c) The model of Pearl River Delta urban ecosystem nichefitness
关键词 :生命体;城市生命力指数;城市生态系统健康;集对分析
中图分类号 Q148,X321 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)02-0122-07 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.02.021
自工业革命以来,世界城市化进程不断加快,发展至今,城市已无可争议地成为人类的生产生活中心,成为人类社会发展与进步的关键之所在。城市在获得极大的物质财富和飞速的经济发展的同时,在耀眼的繁荣兴盛景象背后,也遭受着水质恶化、大气污染、能源匮乏、环境退化、生态破坏、居民健康水平下降等各种生态环境问题的困扰,城市生态系统健康受到严重威胁。以系统观点重新审视城市生态系统,明晰城市生态系统健康包含的要素,构建相应的评价指数及综合评价模型,多角度、多层次、全方位地诊断城市生态系统健康状况,对于改善城市生态环境质量、提高城市生态系统管理水平具有重大的现实与理论意义。现有的城市生态系统健康研究,主要涉足城市生态系统健康概念及内涵的探讨[1-3]、健康标准的确立[4,5]、评价指标体系的构建[6-10]、评价模型的建立[11,12]、评价实例的开展[6,9,13,14]等领域。总结与分析现有研究进展,认为城市生态系统健康评价主要还应从以下两方面加强:其一,鉴于城市生态系统健康极大的不确定性,不再人为制定健康标准,而在客观承认和充分尊重其不确定性的基础上,通过引入不确定性理论,从不同城市的相对比较情况来反映城市生态系统健康状况,以促进各城市在相对比较中明晰自身不足、针对性地改善城市生态环境;其二,在理解与把握城市生态系统健康特征与关键要素基础上,构建城市生态系统健康指数系统全面地描述城市生态系统健康状况。本研究引入集对分析这种能对不确定性系统刻划、并已在多属性评价中得到广泛应用的方法[15,16]建立城市生态系统健康综合评价模型,结合城市生命力指数来模拟与评价城市生态系健康状况,为加强城市生态管理、提高城市生态系统健康水平提供一定的参考依据。
1 城市生命力指数概念
1.1 城市生命体概念的引入
相对于其他的科学定义,生态系统健康的定义带有一种解释说明性色彩,这与生态系统健康本身就是一种比拟、难以精确量化描述具有密切关系;而相对于生态系统健康,城市生态系统健康的定义更是一种从健康的城市生态系统应包含的因素给出的总结性、描述性语言,这与城市生态系统的复杂性、开放性、多元性不无关系。尽管城市生态系统健康的描述性定义中包含了众多因素,但其关注点可以被概括为城市生态系统主体相对于健康目标(标准)所具有及所应具有的结构、功能等一系列能力、表现、状态等特征。其中,城市生态系统这个主体要强调其整体性、系统性,健康这个目标既包括城市生态系统自身发展的内在目标,也包括为满足人类需求而设立的外在目标。
从结构、功能、活动、发展演化规律等方面来看,城市都具有生命体特征。土地、交通、建筑、能源、资源、人口等构成城市生命体的基本结构要素,这些要素相互作用,共同完成生命体的各种功能[17]。这种将城市看作一个生命体的观念正好也与要强调城市生态系统主体的整体性、系统性的要求相吻合。鉴于上述原因,决定采用比拟思想,引入生命体概念,在将城市生态系统看成一个有着自身结构与功能特征、内部各组分之间存在有机联系的生命体的基础之上,系统开展城市生态系统健康评价研究。
苏美蓉等:基于生命力指数与集对分析的城市生态系统健康评价
中国人口•资源与环境 2010年 第2期1.2 城市生命力指数
笔者在文献[18]中,已经提出了城市生命力指数概念:把城市生态系统看作一个生命体,城市生命力指数就是一个包含生产力、生活态、生态势、生机度四个维度,分别从经济子系统、社会子系统、自然子系统及生态调控子系统来综合表征城市生态系统发展状态的指数。具体框架如图1所示。
图1 城市生命力指数框架图(引自苏美蓉等,2008)Fig.1 Framework of urban vitality index1.3 城市生命力指数评价指标体系
如图1所示,城市生命力指数包括不同维度的信息,具体到操作层面,首先选取合适的描述各个子系统的指标来反映每个维度的状态,然后再将四个维度的状态以一定方式整合为一个城市生命力指数。要利用城市生命力指数开展城市生态系统健康评价,首先就要构建适宜的评价指标体系,然后以某种数学方法进行综合评价。在文献[18]中,已经基于生命力指数框架、参考城市生态系统评价指标、结合指标相关性等,筛选出了39项指标。在此,在更多关照城市生态系统健康内涵与要素的基础上,兼顾数据可得性等,对原有指标进行微调,得到了如表1所示的城市生命力指数评价指标体系。
2 城市生命力指数的集对分析
在现有的城市生态系统健康评价研究中,大多通过设立每一个指标的标准或综合指数的标准,在计算过程中或表1 城市生命力指数评价指标体系
Tab. 1 Indicator system of urban vitality
目标层(O)
Objectivelayer准则层(R)
Criterialayer要素层(F)
Factor layer指标层(I)
Index layer权重
Weights城市生命
力指数R1生产力F1经济发展水平I1 人均GDP/元0.034 2I2 GDP增长率/%0.002 0F2经济结构I3第三产业占GDP比重/%0.112 1I4第二产业增长率/%0.004 7F3经济竞争力I5 外资占GDP比重/%0.093 4I6 出口总额占GDP比重/%0.139 7R2生活态F4社会公平I7城镇登记失业率/%0.009 5I8农村与城市居民人均收入差异0.002 8F5科教水平I9申请专利授权率/%0.003 5I10万人拥有高等学校学生数/人0.043 5I11万人拥有公共图书馆藏书数/册0.085 4F6人群健康I12人均预期寿命/岁0.000 2I13万人拥有医院床位数/张0.023 1F7生活质量I14在岗职工年平均工资/元0.011 4I15城镇居民人均住房面积/m20.001 6I16恩格尔系数0.000 7I17万人公交车辆/辆0.017 1R3生态势F8资源条件及利用I18人均家庭生活用水量/ m30.029 9I19人均城市道路面积/m20.027 5I20建成区绿化覆盖率/%0.004 4I21人均公共绿地面积/m20.012 5I22工业用水重复利用率/%0.007 9F9生态环境质量与安全I23空气质量优良率/%0.002 1I24工业废水排放达标率/%0.000 2I25城镇生活污水集中处理率/%0.018 4I26生活垃圾无害化处理率/%0.012 6I27工业固废综合利用率/%0.005 6R4生机度F10管理与调控能力I28环保投入占GDP比重/%0.065 4I29中小学环境教育普及率/%0.001 7F11系统协调度I30单位GDP能耗/(吨标煤•万元-1)0.015 1I31单位工业增加值能耗/(吨标煤•万元-1)0.017 7I32三废综合利用产品产值占GDP比重/%0.193 9
注: GDP增长率、第二产业增长率以当年的增长率计;农村与城市 居民人均收入差异以城市居民人均可支配收入与农民人均纯收入之比值来表示。
者在得出评价结果后参照此标准,对城市生态系统健康状况或等级作出结论。然而,城市生态系统健康与人类健康不同:人类健康的状态点是内生的,并且在医学上已确定其性状的正常范围;而城市生态系统健康的状态点则因为城市生态系统的复杂性难以确定,并且会随着人为制定目标的改变而变化。这些都决定了城市生态系统健康极难确定或者说不存在固定的、唯一的标准状态。这种情况下,我们不可能也没有必要像给患者看病那样,参照某个固定的标准指出城市某个组成要素出现了多大程度的病症,然后对症下药给出精确的药剂量,就期冀着城市生态系统健康状况明显好转,这是由城市生态系统的复杂性、开放性、动态性等特征所决定的。
既然人为制定固定的、大一统的、绝对的健康标准没有多大意义,不妨换个角度,从各个城市的相对比较情况来描述城市生态系统健康状况。这样既能避免人为确定标准时的主观性、静态性等缺点,又能充分体现对城市生态系统健康不确定性的重视;同时,开展城市生态系统健康的相对评价,也能更好地让各个城市在相互比较中取长补短、竞相追赶,实现城市健康水平的整体提升。
鉴于集对分析方法能对不确定性系统刻划[15,16],并已在多属性评价中得到广泛应用[19,20],尤其是已用于城市生态系统相对健康状况的评价中[21],特将该方法引入到城市生命力指数评价中,通过各个城市生命力指数的相对比较,反映各个城市生态系统的相对健康状况。
2.1 集对分析方法简介
集对分析的核心思想是将确定性与不确定性视为一个系统,把具有某种联系的两个集合看成一个集对,在某一具体问题背景下,按照集对的某一特性展开分析,建立这两个集合的同一、差异、对立的联系度表达式,并据此展开分析[15]。
设根据问题W的需要,对由集合A和B组成的集对H展开分析,共得到N个特性,其中有S个特性为两个集合所共有,这两个集合在另外的P个特性上相对立,在其余的F=N-S-P个特性上既不对立、又不同一。则在不计各特性权重的情况下,两个集合的联系度表达式如下:μ(W)=SN+FNi+PNj(1)
式中,S/N为集合A与B在问题W下的同一度;F/N为差异度;P/N为对立度。通常式(1)被简写为式(2),即经典的集对联系度表达式为:μ=a+bi+cj(2)
式中,μ为联系度;i为差异度系数,取值于[-1,1],i取-1与1时,都是确定性的,i在-11之间变化时,随着i0,不确定性明显增加;j为对立度系数,取恒值为-1;a、b、c分别为两个集合的同一度、差异度及对立度。这种刻划是对确定性与不确定性的定量描述,其中a、c是相对确定的,而b是相对不确定的[15]。这种相对性是由客观对象的复杂性和可变性,以及人们对客观对象认识的主观性和模糊性造成的。
2.2 城市生命力指数的集对分析
在文献[18]中,是采用的加权求和法确定的城市生命力指数,尽管提供了一种系统形象的城市生态系统状态表征量,但在计算中间过程依据了各个指标的标准,这有悖于城市生态系统健康的不确定性与相对性,因此,本研究引入集对分析方法对其进行改进。通过集对分析方法,可以在城市生命力指数这一具体问题背景下,把多个集合(不同城市)组合到一起,按照某一特性展开具体分析,明确集合(城市)之间的联系(相对状况)。
2.2.1 基本模型利用集对分析方法进行城市生命力指数相对状况评价的具体数学计算过程如下[21]:
设多属性评价问题(此处为基于城市生命力指数的城市生态系统健康评价问题)Q={S,M,H},其中S={sk}(k=1,2,…,p)为评价行政区域(城市)集,sk为第k个行政区域;M={mr}(r=1,2,…,n)为指标集,通常M有不同的类型指标,记M1为正向型指标,M2为负向型指标(城镇登记失业率、农村与城市居民人均收入差异、恩格尔系数、单位GDP能耗、单位工业增加值能耗为负向型指标,其他均为正向型指标),mr为第r个指标;则基于集对分析的关于问题Q的决策矩阵H=(hkr)p×n,hkr为行政区域sk关于指标mr的属性值。
由各评价指标中最优评价指标构成最佳评价集为U={u1,u2,…,un} ,各评价指标中最劣评价指标构成最劣评价集为V={v1,v2,…,vn},其中,ur、vr分别为指标mr的最优值和最劣值。对于m∈M1,比较区间为[vr,ur],则在论域Xr={hkr,ur,vr},(k=1,2,…,p)上定义集对{hkr,ur}的同一隶属度akr和对立隶属度ckr:
akr=hkrur+vr(3)
ckr=h-1kru-1r+v-1r=urvr(ur+vr)hkr(4)
akr和ckr分别表示hkr与ur、vr的接近程度。同理,对于mr∈M2在比较区间[ur,vr]得到集对同一隶属度akr和对立隶属度ckr:
akr=h-1kru-1r+v-1r=urvr(ur+vr)hkr(5)
ckr=hkrur+vr(6)
在sk的比较空间[U,V]中,结合各项指标的权重,计算平均同一隶属度ak、平均对立隶属度ck:
ak=∑nr=1wrakr(7)
ck=∑nr=1wrckr(8)
由于ak、ck是相对确定的,分别表示对sk接近最优评价系统U的肯定和否定程度,那么在相对确定条件下可定义sk与U的相对贴近度为:
rk=akak+ck(9)
rk的大小决定了被评价城市sk在评价问题Q下的排序,rk值越大者表示状况越佳,即城市生命力指数与最优评价集的贴近度越大,城市生态系统健康状况越好。
从前面的论述可以看到,利用集对分析方法,可以将评价城市生态系统健康状况的多个生命力指数指标系统合成一个与最优评价集的相对贴近度,用来反映城市生态系统健康状况。而这个最优评价集产生于城市生态系统本身,并且会随着时间推移动态更新,这样就避免了人为确定评价标准时主观性和静态性的干扰。
2.2.2 信息熵权重从生命力指数的集对分析模型可以看出,需要确定各个指标的权重,认为适宜选用信息熵模型来确定指标权重。当集对分析用于多属性评价时,主要进行各评价对象在各个指标上相对情况的比较,因此,那些在不同评价对象之间差异较大的指标,其所包含的信息量较多,对于相对性比较的意义较大,其权重系数也应较大。这些正好与信息量权重的特点相符。信息熵是信息量的一种常见表达方式,在此,采用信息熵方法来确定各指标的权重系数。Shannon首先在信息论中引入了熵的概念,将其定义为信息熵。即对于一个不确定性系统,若用随机变量X表示其状态特征,对于离散型随机变量,设X的取值为X= {x1,x2,...,xn}(n2),每一取值对应的概率为P={p1,p2,...,pn}(0Pi1, i=1,2,...,n),且有∑Pi=1,则该系统的信息熵为:S=-∑Piln(Pi)。信息熵可用来描述任何一种体系或物质运动的混乱度和无序度。对于基于集对分析的生命力指数而言,基于信息熵的指标mr的权重Wr表达式如下[22]:
Wr=(1-Er)/(n-ee)(∑nr=1Wr=1,0Wr1)(10)
其中:
Er=-1lnp∑pk=1qkrqrlnqkrqr(11)
qr=∑pk=1qkr(12)
qkr=hkr/h
r (h
r=max(hkr),mr∈M1)
h
r/hkr (h
r=min(hkr),mr∈M2)(13)
ee=-1lnp∑nr=1∑pk=1qkrqrlnqkrqr(14)
以上各式中,hkr、mr、p、n的含义均与城市生命力指数的集对分析模型中各式意义相同。
3 案例研究
3.1 评价对象
综合考虑地理位置、经济发展水平、资源特点、功能定位等因素以及数据的可得性,选择哈尔滨、乌鲁木齐、银川、抚顺、北京、青岛、西安、上海、武汉、杭州、重庆、厦门、成都、昆明、广州、南宁共16个城市作为被评价对象。除受统计资料所限,人均预期寿命取2000年值外(人均预期寿命本身年际增长速度较慢,并且本研究重在进行各城市的相对比较,认为用各城市2000年人均预期寿命相对状况可大致表示2005年相对状况),其余数据均取2005年值。
3.2 评价指标权重
根据收集到的各个城市数据(来源于各城市统计年鉴2006),利用式(10)-(14)得到各指标信息熵权重,如表1中最后一列所示。3.3 评价结果
3.3.1 城市生命力指数根据各指标数据及信息熵权重,利用式(3)-(9),计算出各个被评价城市生命力指数与最优城市评价集的相对贴近度rk值(见表2),从而得出基于城市生命力指数的各个城市生态系统相对健康状况。
图2较直观地描述了各个城市生命力指数的相对状况。可以看出,在城市生命力指数这一问题背景下,厦门、上海、北京、青岛等城市与最优评价集较贴近,处于被评价城市中较高等级;而重庆、西安、银川、哈尔滨、成都等城市
图2 2005年各城市生命力指数相对情况Fig.2 Relative states of urban vitality index among different cities in 2005
与最优评价集的相对贴近度较小,处于被评价城市中较低等级;其他城市则处于中间等级。
3.3.2 城市生命力分指数为更好地分析各个准则层要素对城市生命力指数的影响,特针对生产力、生活态、生态势、生机度4个准则层分指数也开展集对分析。其计算原理及步骤与城市生命力指数一样,只是每个分指数下的指标集与生命力整体指数的指标集不同而已。在计算出各个城市生命力分指数与最优评价集的相对贴近度rk值基础上,图3给出了各个城市针对各个生命力分指数的相对情况。
由图3可知,就生产力而言,厦门、青岛、上海、北京、广州等城市处于被评价城市中较高等级,而重庆、南宁、抚
图3 2005年各城市生命力分指数相对情况
Fig.3 Relative states of each factor of urban vitality index among different cities in 2005顺、哈尔滨、昆明等城市处于较低等级;就生活态而论,上海、北京、广州、杭州、乌鲁木齐、武汉等城市属于被评价城市中相对较优状态,而重庆、抚顺、南宁、厦门等城市属于较劣状态;就生态势而言,广州、厦门、杭州、青岛、上海等城市处于被评价城市中较高水平,而抚顺、重庆、哈尔滨、西安、乌鲁木齐等城市处于较低水平;就生机度而论,抚顺、昆明、厦门、武汉、南宁等城市属于被评价城市中相对较优状态,而银川、西安、广州、杭州、成都等城市属于较劣状态。根据分指数相对情况,各城市可以针对性采取相应措施提高城市生态系统健康水平。以上海为例,其4个生命力分指数中,生产力、生活态、生态势的相对情况都较好,而生机度则相对要弱一些。因此,尽管上海城市生命力指数相对情况在所有被评价城市中高居榜眼,但也应注意通过加大环保投入、减少单位能耗、提高废物综合利用等手段提高城市生机度,从而进一步提高城市生态系统健康水平。
从各城市生命力指数及分指数的相对情况可以看出,像厦门、青岛、上海、北京等至少有2个分指数处于上游水平的城市,最终的城市生命力指数相对情况也处于较高等级;而像重庆、西安、哈尔滨等至少有2个分指数处于下游水平的城市,最终的城市生命力指数相对情况也处于较低等级。总之,各个分指数的相对情况综合决定了生命力指数的总体相对情况。
4 结 论(1)在理解城市生态系统健康概念与内涵的基础上,鉴于城市在结构、功能、活动、发展演化规律等方面具有生命体特征,引入生命体概念,通过构建包括生产力、生活态、生态势、生机度的城市生命力指数,在将城市生态系统看成一个有着自身结构与功能特征、内部各组分之间存在有机联系的生命体的基础上,系统开展城市生态系统健康评价。
(2)鉴于城市生态系统健康极大的不确定性,并不存在固定的、统一的健康标准,因此,引入集对分析这种能对不确定性系统刻划、并已在多属性评价中得到广泛应用的不确定性理论与方法,从不同城市的相对比较情况来描述城市生态系统健康状况,以促进各个城市在相互比较中明晰自身不足、针对性改善城市生态环境。基于集对分析的综合评价模型不需要制定健康标准,避免了人为确定评价标准时主观性和静态的干扰。
(3)利用集对分析模型,结合信息熵权重,开展了北京、上海、广州、武汉等16个城市的案例研究,通过计算各个城市生命力(分)指数与最优评价集的相对贴近度,反映各个城市生态系统相对健康状况。结果表明,2005年,在基于城市生命力指数的城市生态系统健康状况这一问题下,厦门、上海、北京、青岛等城市处于被评价城市中较高等级,即具有较优的生态系统健康水平;而重庆、西安、银川、哈尔滨、成都等城市处于被评价城市中较低等级,即生态系统健康水平较劣;其他城市则处于中间等级。
(4)采用比拟思想,在引入城市生命体概念的基础上利用城市生命力指数来评价城市生态系统健康状况,还是一种新尝试。关于城市生命力指数这种新概念与方法的理论与实践研究,还有许多有待完善之处。例如,城市生命力指数的现有指标体系能否客观科学地反映城市生态系统健康状况,还有赖于城市生态学、系统生态学、城市生态系统健康等相关领域研究成果的检验和支持。其次,集对分析方法与城市生命力指数的结合可以在更广范围内开展。例如,在数据充足的情况下,可以进行基于集对分析的城市群内部各个城市间、同一城市不同城市亚区、以及同一城市不同时期的城市生命力指数相对状况研究,为提升城市生态系统健康水平提供一定科学依据。(编辑:田 红)
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Urban Ecosystem Health Assessment Based on Vitality Index and Set Pair Analysis
SU Meirong YANG Zhifeng CHEN Bin
(State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)
“生态系统”一词最初由英国植物群落学家A·G·坦斯利于1935年首先提出，他根据前人和他本人对森林动态的研究，把物理学中的“系统”引入生态学，提出了生态系统的概念。生态系统是一个相当广泛的概念，任何生命系统及其环境都可以称之为生态系统，在空间边界上是模糊的，其空间范围很大程度上是依据人们所研究的对象、内容、目的或地理条件等因素而确定，是一个完整而复杂的生态综合体。
“城市生态”由美国芝加哥学派创始人帕克于1925年提出后，得到了迅速的发展。与自然生态系统成为生态学的研究中心一样，城市生态系统也成为城市生态学的研究中心和重点。城市生态系统是指特定地域内的人口、资源与环境（包括生物的和物理的，社会的和经济的，政治的和文化的）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。
在城市生态系统中，以人为核心，是一个融合了自然、经济与社会的人工生态系统。城市生态系统是人类生态系统的主要组成部分，在人类生态系统的发展过程中，经历了自然生态系统到农业生态系统的演变，最后才产生了城市生态系统。在工业革命以后，农村人口开始向城市转移，出现了大规模的城市化。尽管城市生态系统的发展历史在整个人类发展史中只占了很小的一部分，但是城市生态系统却对整个人类生态系统起着越来越重要的作用，已经成为人类生态系统的主体。
二、城市生态系统的组成要素
关于城市生态系统的组成要素有很多种不同的观点，不过有一点是一致的：城市生态系统是一个以人为中心的复合型的人工生态系统，它具有很强的人工性。除了人这一主体之外，还包括自然系统、经济系统与社会系统。这种划分是一种广义生态系统观，是把整个城市当作一个巨大的生态系统，按照这种组成方式可以从整体上研究城市的生态机理，进行城市生态建设。
在社会学中，将城市生态系统分为城市社会和城市空间两部分。城市社会包括了城市居民和城市组织，城市空间则是人工环境和自然环境的集合。将城市生态系统的组成要素重新分析，可分为两部分：一是生命系统，指城市人群和自然生物（包括野生动植物和人工栽培或饲养的动植物）。二是环境系统，包括次生自然环境、人工环境和广域环境。次生自然环境就是一些自然要素和自然资源；人工环境又分为物质环境和精神环境，广域环境是在更大的范围上来说的环境，包括城市周边的郊区环境以及整个区域环境。这种组成形式严格遵循了生态系统的要素构成，人与环境之间的关系是城市生态系统中的主导关系。在城市中，自然生物的生长、发育和分布在很大程度上都是由人安排的，在人的干预下，城市生物种群单一，优势物种突出，群落结构简单，空间分布也受到人为的限制。
三、如何实现城市生态的可持续规划
（一）生态城市与可持续发展
现代城市作为一个多元化、多介质、多层次的人工复合生态系统，各层次、各子系统之间和各生态要素之间的关系错综复杂，城市生态规划坚持以整体优化、协调共生、趋适开拓、区域分异、生态平衡和可持续发展的基本原理为指导，以环境容量、自然资源承载能力和生态适宜度为依据，有助于生态功能合理分区和创造新的生态工程，其目的是改善城市生态环境质量，寻求最佳的城市生态位，不断地开拓和占领空余生态位，充分发挥生态系统的潜力，促进城市生态系统的良性循环，保持人与自然、人与环境的可持续发展和协调共生。
城市生态规划是与可持续发展概念相适应的一种规划方法，它将生态学的原理和城市总体规划、环境规划相结合，同时又将经济学、社会学等多学科知识以及多种技术手段应用其中，对城市生态系统的生态开发和生态建设提出合理的对策，辨识、模拟、设计和调控城市中的各种生态关系及其结构功能，合理配置空间资源、社会文化资源，最终达到正确处理人与自然、人与环境关系的目的。在生态规划中，体现着一种平衡或协调型的规划思想，综合时间、空间、人三大要素，协调经济发展、社会进步和环境保护之间的关系，促进人类生存空间向更有序、稳定的方向发展，实现人和自然的和谐共生。
首先，城市生态规划强调协调性，即强调经济、人口、资源、环境的协调发展，这是规划的核心所在；其次，强调区域性，这是因为生态问题的发生、发展及解决都离不开一定的区域，生态规划是以特定的区域为依据，设计人工化环境在区域内的布局和利用；第三，强调层次性，城市生态系统是个庞大的网状、多级、多层次的大系统，从而决定了其规划有明显的层次性。城市生态规划的目标更强调城市生态平衡与城市生态发展，认为城市现代化与城市可持续发展依赖于城市生态平衡和城市生态发展。
（二）城市生态规划需遵循的设计原则
1.社会生态原则。这一原则要求生态规划设计要重视社会发展的整体利益，体现尊重、包容和公正，生态规划要着眼于社会发展规划，包括政治、经济、文化等社会生活的各个方面。公平是这一原则的核心价值。
2.经济生态原则。经济活动是城市最主要、最基本的活动之一，经济的发展决定着城市的发展，生态规划在促进经济发展的同时，还要注重经济发展的质量和持续性。这一原则要求规划设计要贯彻节能减排、提高资源利用效率以及优化产业经济结构，促进生态型经济的形成。效率是这一原则的核心价值。
3.自然生态原则。城市是在自然环境的基础上发展起来的，这一原则要求生态规划必须遵循自然演进的基本规律，维护自然环境基本再生能力、自净能力和稳定性、持续性，人类活动保持在自然环境所允许的承载能力之内。规划设计应结合自然，适应与改造并重，减少对自然环境的消极影响。平衡是这一原则的核心价值。
4.复合生态原则。城市的社会、经济、自然系统是相互关联、相互依存、不可分割的有机整体。规划设计必须将三者有机结合起来，三者兼顾，综合考虑，使整体效益最高。规划设计要利用这三方面的互补性，协调相互之间的冲突和矛盾，努力在三者之间寻求平衡。协调是这一原则的核心价值。以上这些原则都是普遍性的，但城市是地区性的，地区的特殊性又受自然地理和社会文化两方面的影响。因此，这些原则的具体应用需要与空间、时间和人（社会）的结合，在特定的空间中有不同的应用。
（三）城市生态规划的主要内容
1.高质量的环保系统。对不同的废弃物按照各自的特点及时处理和处置，同时加强对噪声和烟尘排放的管理，使城市生态环境洁净、舒适。
2.高效能的运转系统。包括畅通的交通系统，充足的能流、物流和客流系统，快速有序的信息传递系统，相应配套有保障的物质供应系统和城郊生态支持圈，完善的专业服务系统等。
3.高水平的管理系统。包括人口控制、资源利用、社会服务、医疗保险、劳动就业、治安防火、城市建设、环境整治等。保证水、土等资源的合理开发利用和适度的人口规模，促进人与自然，人与环境的和谐。
4.完善的绿地生态系统。不仅应有较高的绿地覆盖率指标，而且还应布局合理，点、线、面有机结合，有较高的生物多样性，组成完善的复层绿地系统。
5.高度的社会文明和生态环境意识。应具有较高的人口素质、优良的社会风气、井然有序的社会秩序、丰富多彩的精神生活和高度的生态环境意识，这是城市生态建设非常重要的基础条件。
从生态规划内容可以归纳出一些具体的城市生态规划目标：从人类的角度来说，城市中具有合理的人口规模，人与人、人与社会、人与自然之间关系和谐；从土地的角度来说，城市用地结构合理，开发有序，土地资源得到优化配置，城市功能获得适宜的生态区位；从空间的角度来说，城市空间与其承载的城市功能相适应，具有高效、低耗的空间分布特征，城市空间的多样性和异质性使得城市既呈现动态发展的态势又保持稳定有序的结构；从环境的角度来说，城市功能的发挥不超过其环境容量的限制，促进城市健康、持续发展。
归根到底，城市生态规划最主要的目的是实现可持续发展，城市居民作为城市中的主体，在生态规划中要体现出“以人为本”的精神，围绕主体——人来展开各种规划措施。城市生态规划的对象主要是城市中的各种生态关系，这种生态关系又集中体现在以土地为基础的人与环境的关系上，处理好人与环境的关系，不断优化城市建设、利用保护城市资源、保护好生态环境。这样才能实现城市生态规划的主要宗旨，体现“城市让生活更美好”的真正价值。
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[关键词] 城市 生态系统服务功能 价值评估
生态系统服务功能的概念1973年由Holdren和Ehrlich[1]提出，逐渐得到环境科学、生态学、经济学及其它相关领域专家学者的重视[2-7]。
城市是一个高度复合的人工化生态系统，与自然生态系统在结构上和功能上都存在明显差别。在生态系统服务功能研究早期，研究重点一直局限在森林、湖泊、湿地等生态系统类型。直到20世纪末，城市生态系统服务功能的研究才开始广泛开展，其理论探讨和实践方法逐渐深入[8-12]。
1 城市生态系统服务功能价值评估方法
1.1评估方法原理
目前，生态系统服务功能的价值评估方法主要分为直接市场法、替代市场法、模拟市场价值法三类。国内外有多种价值估算模型，Costanza等[3]的方法模型在国内生态系统服务功能价值的研究中得到广泛的应用：首先对研究区域内的生态系统进行分类，并划分不同生态服务功能；其次，应用多种价值评估方法，计算单位面积下各种类型生态系统的不同生态服务功能价值；最后汇总得到不同生态系统的服务功能价值结构表。具体计算公式如下：
式中： ――城市生态系统服务功能的总价值，元/a；
――第i种类型生态系统的第j项生态系统服务功能的单位价值，元/hm2；
――第i种类型生态系统的总面积，hm2。
1.2服务功能划分及参数取值
国内外学者对生态系统服务功能的分类及其价值估算等至今尚未形成共识，本文在对比分析国内外研究成果的基础上，将城市生态系统服务功能划分为三大类：①提供生活和生产物质的功能，包括食物生产、原材料生产；②与人类日常生活和身心健康相关的生命支持的功能，包括：气候调节、水源涵养、固碳释氧、土壤形成与保护、净化空气、生物多样性保护、减轻噪声；③满足人类精神生活需求的功能，包括娱乐文化。本文在谢高地等[6]制定的生态服务价值表基础上增添了固碳释氧、净化空气、减轻噪声等属于城市生态系统中较为重要的功能，其参数取值及计算如下：
1.2.1 固碳释氧的价值
分别采用造林成本法和碳税法进行固碳价值计算（中国造林成本每吨C为260.90元，瑞典税率每吨C为150美元，换算为1020元人民币[13]），用造林成本法和工业制氧法估算植被释放氧气的价值（中国造林成本每吨O2为352.93元，制氧工业成本每吨O2为400元[13]）。每公顷林地每天吸收CO21000kg、释放O2 750kg，每公顷草地每天吸收0.36kg CO2、释放0.01kg O2。
根据上述数据计算可得城市生态系统中，单位面积林地的固碳释氧功能价值为336821.5元/hm2，单位面积草地的固碳释氧功能价值为85.5元/hm2。
1.2.2 净化空气的价值
净化环境空气功能包括吸收SO2、吸收NOx、滞留过滤降尘和飘尘，采用代替花费法进行计算。每公顷林地平均每年可吸收SO2152.05kg，以SO2治理代价为3000元/t，则每公顷林地吸收SO2所提供的服务价值为456.15元；每公顷林地每年可吸收NOx 380kg，汽车尾气脱氮治理的代价为16000元/t，则每公顷林地吸收NOx 所提供的服务价值为6080元；每公顷林地平均滞尘能力为21.65t，削减粉尘成本以170元/t计算，则每公顷林地滞尘的经济价值为3680.5元。
计算所得，城市单位面积林地可创造净化空气价值为10216.7元/hm2。
1.2.3 减轻噪声的价值
目前对森林生态系统降低噪声价值的估算方法是以造林成本的15%计，以平均造林成本240.03元/m3，成熟林每公顷蓄养量80m3计算：
每公顷林地减少噪音功能的价值
=240.03元/m3×15%×80m3=2880.36元。
1.3 城市生态系统服务功能价值
城市生态系统在平均状态下的单位面积生态服务功能价值如表1所示。
注： （1）荒漠在城市系统中可对应其它类型用地。
（2）根据耕地所发挥生态服务功能的实际效果，在进行固碳释氧、净化空气、减轻噪声三项价值计算时，将耕地单位面积价值折算成有效林地价值，折算系数为0.2。
（3）园地生态系统服务功能价值取林地与耕地价值的均值。
（4）城市建设用地（包括城镇及工矿用地、交通运输用地等），参考Coslanza等的思路，不估算其生态服务功能价值。
2 案例研究
2.1案例概况
厦门市同安区地处福建省东南沿海，闽南厦、漳、泉“金三角”的中间前沿地带，厦门市域的北部，境内地形复杂多样，有山地、丘陵、平原和海岛。同安区常年冬无严寒，夏无酷暑，春暖晴雨多变，秋凉气爽宜人。全区总面积约690km2， 2009年全区总人口49.5万人。
本文所涉及同安区不同生态类型用地面积的基础数据来源于《厦门市同安区土地利用总体规划》（2006―2020），为计算同安区生态系统服务功能价值，这里将区域自然生态系统划分为耕地、林地、园地、草地、水域及水利设施用地、其它用地，具体见表2。
2.2生态系统服务功能价值估算
根据城市生态系统中单位面积生态服务功能价值表以及2005年、2009年同安区不同生态类型用地面积，计算同安区2005年、2009年的生态体统服务功能总价值分别为137.6亿元和134.1亿元。具体详见表3和表4。
就同安区而言，2005年～2009年间的生态系统服务功能价值并没有很明显的增减，2009年比2005年下降了3.5亿元，主要原因是同安区的林地、园地和草地面积都有所减少，而面积增加的城市建设用地对于生态系统服务功能价值没有贡献。6类生态用地中，只有水体的服务功能价值呈现增长，2009年比2005年增加价值约1亿元，水体的服务功能主要体现在气候调节、生物多样性、涵养水源、文化娱乐等方面。
从生态类型来看，同安区林地生态系统产生的服务功能价值最高，2005年、2009年分别占生态系统服务功能价值的73.6%、75.0%；园地生态系统提供的服务价值占第二位，2005年、2009年分别占总价值比重的20.4%、18.8%；耕地生态型在2005年、2009年占比为5.7%、5.3%，排名第三。荒漠（包括其它类型用地）的生态系统服务功能价值最低。林地和园地在城市生态系统中的重要作用也从一个侧面反映了实行退耕还林政策的必要性。同时，林地在评价的10项服务功能中都有突出的贡献值，这也表明了在城市生态系统保持一定比例的森林面积是十分必要的。
从服务功能上看，城市生态系统提供的10项功能中，固碳释氧产生的价值最为显著，占总价值的90%以上，提供这一功能的主要有林地、园地、耕地以及草地生态系统；另外，净化空气功能的服务价值也较为突出，占总价值的3%；而其余8项功能的生态服务功能价值过低。
3 结论与分析
本文构建出城市生态系统服务功能价值表，并以厦门市同安区为例，定量反映出城市生态类型用地面积的变化对整个生态系统的综合影响。计算结果表明，同安区具有显著的生态经济效益，2005年、2009年的生态系统服务功能价值分别为137.63亿元、134.06亿元，其中林地生态系统在城市的生态服务功能价值中占有重要的作用，对于同安区而言，固碳释氧的服务功能产生的经济价值远大于其它服务功能，但也从中反映出水源涵养、娱乐文化、生物多样性等服务功能还有待加强。
目前，生态系统服务功能价值的研究还是建立在Costanza等人提出的生态系统服务总体价值等于各类生态系统服务功能的简单加和，这一技术路线存在一个明显缺陷，即忽略了空间中各种生态系统内部的相互作用及空间异质性，这需要更加复杂、严谨的模型以及庞杂和精确的参数来计算区域生态系统服务的总价值。随着研究的进一步深入，国内外实践工作的广泛开展，相信必能不断充实和丰富生态系统服务功能的内涵，探索更符合实际情况的价值评估模式。
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现代化工业的发展，氟氯烃、氟氯烷烃的大量使用，航天事业的高度发达都对臭氧层造成了极大的损耗。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力就会大大减弱，从而导致到达地球表面的UV-B明显增加。而生物的生理和进化过程都会受到UV-B辐射的影响，并与UV-B辐射的量有关。过量的UV-B辐射量会引起生物形态的改变，甚至二级新陈代谢也会受到影响。这些影响一旦发生就会破坏原先的竞争平衡，改变物种的组成，进而影响不同生态系统的生物多样性。臭氧层的损耗可能会给部分入侵种提供更好的入侵条件。以植物为例，如果入侵植物原产地的日照时间长，紫外辐射强，该入侵植物在入侵地同等条件下比乡土种就具备了更强的抵御性以及竞争力，从而进一步繁殖，极其容易对已经脆弱的城市生态系统造成更大的破坏。
2CO2浓度增加
大气中的CO2浓度增加，会对植物、昆虫、微生物等的生活环境、生长周期、形态、抵抗力等造成不同的影响。就植物而言，CO2浓度增加可以增加C3植物的入侵性，这将导致C3杂草比C4植物的竞争力更强，CO2浓度增加还可以提高入侵植物的生物量、资源利用率以及繁殖能力，直接影响植物入侵。此外，在氮素不增加的情况下，生物量会增长，碳氮比会增加，一些在低氮肥处生长的种类可能会有更强的活力。目前，城市生态系统中外来杂草所占入侵种的比例较大，CO2浓度的增加为这些外来入侵的杂草提供了更大的生存机会，有可能造成入侵植物的大范围扩张，花园、草坪、绿化带等城市内部的小型植物群落都会遭到破坏，破坏城市生态系统。此外，二氧化碳浓度升高，对入侵群落的初级生产量、组成与结构以及群落动态产生重要影响，改变群落的可入侵性。
3气候变化
由于CO2浓度的增加，全球的气候格局将发生变化，如全球变暖、极端气候事件增加和强度加大。而这种气候的变化也会影响到植物入侵，从而会影响城市生态系统。气候的变化导致了不少乡土种消失或者需要面临迁移，而适宜气候改变的植物就会趁机传播，侵占资源，进而大量繁殖，导致城市生态系统的破坏。其次，由于大量的人为活动产生的城市热岛效应，局部气温上升更是加速了这一现象的发生。
4酸雨
由于工业化进程和城市的发展，城市生态系统普遍面临着酸雨的问题。酸雨会增加土壤和水体的氮素营养，有利于生命力强的外来植物入侵。酸雨加速土壤酸化，促使Ca2+、Mg2等基本离子淋失以及Al3+增加，危害植物的生长发育，并导致植物的内源激素以及化感作用发生改变，某些耐受力和适应力强的外来植物在与当地植物竞争中处于相对优势，而逐渐成为入侵种。在酸雨改变群落结构和土壤理化性质的条件下，原本一些生长受到限制的物种可能会因为生长条件的合适而大规模入侵城市生态系统，从而造成巨大的生态灾难。
5土地利用方式变化
城市生态系统中人工活动频繁，比如开山修路，城镇扩建，截断河流，建造房屋等。伴随着这些土地利用格局和森林覆盖率的变化，城市生态环境日益破碎化，从而进一步降低城市生态系统原本就脆弱和单调的自然调节机制。而入侵物种相对来说，受到生境破碎化的影响更小，甚至可能存在促进的作用。例如，城市建设带来的大量交通廊道就可能为入侵生物的传播提供了更多的机会，为外来生物的入侵和大规模爆发提供可乘之机。
【关键词】生态城市；建设原理；城市生态系统；和谐发展
城市的环境问题在我国社会发展的过程中产生，在上世纪七十年代，我国就已经将城市当作是环境保护工作中的重中之重，通过一些特殊的措施实现城市与环境的共同发展。但是我国城市在发展的过程中，很难真正做到“零污染”，环境问题依然严重。因此，为了能够协调城市与环境二者之间的关系，彻底解决城市的环境污染问题，提高城市的整体质量，真正实现城市生态系统平衡发展，就必须要及时更新城市建设理论，依照生态城市的建设原理，分析城市生态系统和谐发展的相关理论，并严格执行，从而真正实现可持续发展的伟大目标。
一、目前我国城市生态系统的主要构成
城市的构成主要包含地表岩石、矿产土壤、水源生物等自然元素，还有工农业、交通业、商业、金融行业、基础设施、环保劳动业、卫生医疗也以及科技文化业等社会系统。除此之外，还有一部分是介于二者之间的综合体系。
自然系统本身具有相互制约、相互组合的特点，能够形成一种有机整体，即城市的自然生态系统；社会系统本身也会相互作用、相互联系，从而构成一个有机整体，也就是经济社会生态系统。这两个系统之间又会通过联系与制约，形成了一个更大、更有活力有机整体，即城市生态系统。
二、城市生态系统的主要特性
（一）灰色性
在系统中，一些简单部分能够像机器一样进行拆卸分析，而且结构与功能都能被分析明白；有些复杂的部分无法进行解剖分析，例如地下矿产、土壤等，这些结构无法完全分析清楚。因此，城市生态系统中的结构与信息等，就是介于二者之间，也就是介于白与黑之间，即为“灰色”。
（二）复杂性
目前的城市生态系统较为复杂，各种元素与子系统非常多，而且种类与层次不同，城市生态系统属于巨系统，剩下的就是大系统、中系统、小系统等。系统内部的子系统自身会进行一定交流，而且子系统也会同外部进行能量转换、物质交换、社会交往等行为。
（三）整体性
系统的构成较为复杂，但是每个子系统与元素能够相互联系，形成一个有机整体。系统要想朝着一个目标发展，需要内部的各个系统进行协调与合作，正是由于这样的特征，系统在进行调节、规划时务必要保证全面性与谨慎性。
（四）动态性
在城市生态系统的内部，会不断进行着能量运动与物质转换，从信息论上讲，就是各物质在进行着信息的传递工作，而且这也是系统内部各要素之间进行联系的特殊形式，是系统有序程度与组织程度的特殊标志。
（五）方向性
系统以及子系统在一定的条件下朝着一定的运动方向发展，如果条件发生改变，那么它们的发展方向就会随之改变，即在良性发展的条件下，城市会向着和谐、高产、良性、优质的方向发展。
（六）有序性与可控性
有序性主要指的是系统在演化与演替时都会沿着秩序性、规律性进行。例如城市的发展，主要分为：农业时代―农业、工业时代―工业时代―科技时代，四个阶段。
可控性主要就是利用信息的传递与反馈原理，对系统的结构进行改变，改变其功能以及运动方向等，让其逐渐走向我们所期望的目标。
（七）开放性
在经济全球化的时代，进行的经济活动一般不会局限在一城之内，市场会逐渐开放与扩展，让资本流动在世界范围内。这也就是开放性的主要特点，开放性是城市发展的必然选择，只有开放才能让城市的生态系统得到更为完善的发展。
（八）冗余性与区域性
城市的产出的经济效益就是冗余性所在，它会随着城市系统的和谐度、空间布局的科学程度与各级之间的联系程度的增大而提高。
在不同的城市，系统的结构以及性质功能等都会有所不同，而且城市的发展阶段以及空间的形态特征等都会不同，这也就是城市生态系统区域性的体现。
三、城市生态系统的和谐发展理论
城市生态系统的良性发展就是要求产出的社会、经济、生态效益的综合指数不断提高，这需要系统整体的和谐，而且各个子系统之间也要保证和谐，子系统中的各个元素也要和谐。人在参与生产活动时，主要是在自然环境中进行，人们会向自然界索取必要材料，而且人们在创造各类技术的同时也会向自然环境释放出不同的有害物质。
当人们对环境进行开发与利用时，如果投放的有害物质在环境承受之内，各类物质都能进行正常的物质交流，那么会有利于人们生产生活的发展与进步，反之则会阻碍其发展，甚至造成一定损失。例如，欧美地区由于人员过于密集，而且释放的污染物过多，超出了自然界的自我调节能力，便会产生大量的光化学烟雾以及酸雨等，进而威胁到人们的生产与生活。
（一）城市生态系统的和谐发展理论的主要含义
第一，和谐发展。指的是城市的自然系统与经济社会系统共同发展、和谐发展。这样能够减少资源枯竭、环境污染等问题。
第二，趋优发展。在城市的生态系统中，内部关系以及整体结构均趋优发展，经济水平以及社会生态水平的趋优发展，这也就是常提及的良性循环。
第三，可持续性发展。指的是城市的生态系统在进行和谐发展时，既包含了可持续性发展，但是却又高于可持续性发展，是一种最为永恒、最为深刻、最为高级的发展。
（二）城市生态系统和谐发展论提出的实际意义。
城市生态系统的和谐发展论可以说是城市在发展与规划的过程中需要坚持的总理论，它不仅阐述了城市系统的构成与特性，而且在此基础上总结了系统在调控时的主要规律。
和谐发展论是兴建生态城市的主要理论之一，因为在建设生态城市时，首先要修复或者重建城市的生态系统，之后还要进行城市经济的发展与规划，这二者必须要做到和谐，切不可有所分割。而且最重要的一点就是人与自然要保证和谐的关系，否则定会出现资金不足、生活水平下降、环境污染等问题。
城市生态系统的和谐发展理论也是我国在规划建设风景园林时的主要原则之一，因为城市生态系统的和谐是城市内在功能的要求，更是“城市美”的要求之一。值得注意的是，风景园林在建设时，功能是首要的，所有的形式等均要服从于功能，而且美也必须服从于和谐，让美与和谐并存才是和谐发展理论的主要目的。
结语
综上所述，文章已经对城市生态系统的和谐发展论等进行了系统的阐述与分析。随着经济的不断进步，我国的城市建设得到了长足的发展，而随着人们生活水平逐渐提高，城市发展的目标必然是全面建立起生态化城市。当城市的生态问题得到彻底的解决，一定会实现可持续性发展的目标，也会建立起真正意义上的生态化城市。因此，我国在进行城市发展的过程中，应当不断完善生态建设理论，实现人与自然的和谐发展，这也是每一个在城市中生存与发展的人的责任和义务。
参考文献
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