生态位.城市生态场势等城市生态学概念研究综述
生态位、城市生态场势等城市生态学概念研究综述
朱润钰
(南京大学城市与区域规划系,江苏南京210093)
摘要 如今,在城市可持续发展的迫切要求下,城市生态学在城市发展与规划中起着越来越重要的作用,尤其是20世纪不断发展的生态位概念,被越来越广泛地运用于城市问题研究与发展决策中。对生态位、城市生态场势等相关概念进行研究综述。关键词 城市生态学;城市生态场势;生态位
中图分类号 F290 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)36-11998-02
ResearchSummarizationofSomeConceptsofUrbanEcology:NicheandUrbanEcologicalCircumstanceZHURun-yu (DepartmentofUrbanandRegionalPlanning,NanjingUniversity,Nanjing,Jiangsu210093)Abstract Nowadays,inordertoconductthesustainabledevelopmentofcities,urbanecologyplaysamuchmoresignificantroleinthedevelopmentandplanningofcitiesthaneverbefore;especiallythenicheconcept,whichhasbeendevelopedcontinuouslyduringthelastcentury,hasbeenappliedinthere-searchofurbanproblemsandthestrategiesofurbandevelopmentmorefrequently.Inthistreatise,asillustrations,theconceptsofniche,urbanecologicalcircumstanceetc.willbesummarized.Keywords Urbanecology;Urbanecologicalcircumstance;Niche
我国目前正处于城市化加速期,抓住这一历史机遇进
的“芝加哥学派”应用生态学原理对城市结构的形成演变作了研究,其理论基础便是人类生态学的比拟法则。类比达尔文的进化论,该学派认为城市是人类种群的栖息地,不同社会属性、经济地位的城市人都在以自己不同的实力竞争最合适的生存空间。竞争导致演替,演替终结便会形成相对稳定的城市空间结构。在此过程中,人的活动起着十分重要的作用。沃尔思曾指出,与人口和活动相对分散的乡村相比,城市具有3个基本的人口及生态学特征,即众多人口、高密度人口和高人口异质性。而Roy在《都市社区》一书中,指出了城市形成和发展在空间分布上生态系统的变化过程:集中(concentration)、核心化(centralization)、分散化(decentraliza-tion)、隔离(segregation)、侵入(invasion)和演替(succession)。并说明了前3项为城市形成过程,后3项为城市演替过程。其后的代表人物Burgess,Hoyt,Harris和Ullman根据对美国城市的考察研究,基于竞争原理相继提出了经典的城市土地利用3种模式,即同心圆、扇形和多核心模式。其中同心圆模式注重城市化原因,基本原理是流入城市的移民集团的同化过程;扇形模式注重社会经济地位,焦点是不同地价住宅地区的发展;多核心模式则更强调各种不同社会集团经济活动的次地区发展[4]。
1.3 生态位角度介入 同样是在19世纪末20世纪初,许多生物学家从自己的领域角度提出了“生态位(Niche)”的概念,而在整个20世纪,生态位概念的内涵得到了很大的拓展。早在1894年,密执安大学的Streere在解释鸟类物种分离而居于菲律宾各岛现象时对“生态位”就很感兴趣,但未作任何解释[5]。1910年,Johnson最早使用了生态位一词———“同一
[6]
地区的不同物种可以占据环境中的不同生态位”,只是他
行城市建设发展势在必行,而这其中城市定位和发展策略的制订尤为重要。当前许多城市都本着“做大做强”的理念进行发展建设,跟风之流也不在少数,但实践证明这种“一刀切”与盲从会造成许多负面影响,如脱离实际的规模、资源浪费等,这些使得许多城市都付出了沉重的代价。众所周知,城市的非理性发展会产生强烈的负外部性,而可持续发展已成为一个时代的话题,要达到这一目的,城市生态学理论则在城市规划发展中发挥着不可或缺的作用,尤其是其中的生态位以及由其派生出的各种概念已在城市发展策略的制订中被越来越广泛地使用。笔者将对生态位、城市生态场势等概念进行探讨,期望可以引导今后城市的理性发展。1 城市生态学研究背景
1.1 城市生态学的形成 早在19世纪末,George便在《ManandNaturalPhysicalGeographyasModifiedbyHumanAction》中首次提出:应该合理地规划人类活动,使之与自然环境协调,而不是破坏自然[1]。这种强调与自然和谐相处的理性规划思维掀开了城市生态规划的序幕。此后,一些学者从城市生态的角度探讨城市的发展,就生态规划的指导思想、方法以及规划实施途径进行了开创性研究。1923年美国区域规划协会的成立,明确地宣布了规划与生态学的关系。Mackaye[2]认为:“区域规划就是生态学,尤其是人类生态学”。20世纪,生产污染和生活污染日益严重,城市发展与环境保护的矛盾日益尖锐。而自50年代以来,国际上的环保运动风起云涌,生态学,特别是城市生态学于70年代应运而生。新兴的城市生态学,其学科发展历史虽然只有20多年,但是,由于它是应时代的迫切需要而出现的,所以发展势头非常迅猛。不仅理论与方法充实较快,实际成功的案例也越来越多。上海、天津、长沙、扬州等数十个大中城市相继提出了建设生态城市(或生态经济市)的目标和规划,还逐步在实施产业转型,建设生态农业、生态社会以及改善城市生态维持系统[3]。1.2 芝加哥学派 在20世纪初由Park和Wirth为代表人物
基金项目 国家自然科学基金项目(40471058)。
作者简介 朱润钰(1982-),男,陕西汉中人,硕士研究生,研究方向:
城市规划与设计。
鸣 谢 南京大学城市与区域规划系宗跃光教授的悉心指导。收稿日期 2007-06-28
并未进一步将其发展成为一个完整的概念。真正最先使用生态位术语的是Grinnell,他在研究加利福尼亚长尾鸣禽的生态关系时使用了生态位术语并首先给以定义。Grinnell运用植被覆盖、栖息地、非生物因子、资源和被捕食者等所有环境中的限制性因子来描述物种的生态位,他指出:在同一动物区系中定居的两个种不可能具有完全相同的生态位,即使它们的食物与栖息地相同,也应该有不同的活动时间。他把生态位定义为“恰好被一个种或一个亚种所占据的最后分布
[7]单位(ultimatedistributionunit)”。动物生态学家Elton[8]认
为:一个动物的生态位表明在生物环境中的地位及其与食物
和天敌的关系”。他特别强调物种在群落营养关系中的角色及在整个群落中所体现出的功能。20世纪30～40年代,关于生态位概念的研究处于相对沉寂的时期。这期间主要是Gause在实验中证实,每一物种都有自己独特的生态位,称为生态位特有原则,也被描述为竞争排斥原理。直到50年代后期,Hutchinson从空间、资源利用等多方面考虑,对生态位概念予以数学的抽象,提出了生态位的多维超体积(n-dimen-sionalhypervolume)模式。在这种模式中,有机体生态位的每Hutchinson的“空间生态位(spatialniche)”、“功能生态位(func-tionalniche)”和“多维超体积生态位(n-dimensionalhypervolumeniche)”。这些理论各具特色:空间生态位最为直观,而且作为生态位理论的基础也表征了一些客观现象;功能生态位则从更深层次上揭示了生态位的某些本质性的特征;而多维超体积生态位的概念则对生态位进行了完美抽象。因此,笔者认为应该从这3个角度对生态位进行理解,即生态位是在特定的生态环境或社会环境下,由多种资源因子所决定的某物一个条件和资源,对于有机体能出现的空间提供一个维度。若一起考虑所有维度,全面确定的有机体生态位,是多维生
态位空间,或称为“n-维超体积”。[9]Hutchison[10]认为,生物在
环境中受着多个而不是2或3个资源因子的供应和限制,每个因子对该物种都有一个合适的阈值,在所有这些阈值所限定的区域内,任何一点所构成的环境资源组合状态上,该物种均可以生存繁衍,所有这些状态组合点共同构成了该物种在该环境中的多维超体积生态位。Hutchinson进而在此基础上提出了基础生态位(fundamentalniche)和现实生态位(real-izedniche)两个概念,多维超体积概念为现代生态位理论研究奠定了基础。基础生态位是指在没有竞争和捕食条件下,有机体的生态位空间;而当有竞争和捕食出现时,有机体所占有的生态位空间是实际生态位,它始终是基础生态位的一个子集[9]。除此之外,还有理想生态位(theoreticalniche),它是指理论上有机体可以实现的生态位。MacArthur&May认为生态位是生物种的资源利用谱系(resourceutilizationspectra)。
Odum[11]给生态位下定义为“一个生物在群落和生态系统中
的位置和状况,而这种位置和状况决定于该生物的形态适应、生理反应和特有行为。”他把生境比作生物的“住址”,而把生态位比作生物的“职业”。此后,Pianka定义了“一个生物
单位的生态位”[12];Grubb视“生态位为植物与所处环境的总关系”[13];王刚等[13]应用集合概念定义生态位,并用概率论
公式给出了生态位的测度;Colinvaux[14]提出“物种生态位”概念;Mackenzie等[9]则认为:有机体的生态位是它在其环境中所处的位置,包括它发现的各种条件、所利用的资源和在那里的时间。近年来,我国学者刘建国等[6]提出了“扩展生态位”的理论,给出了生态位的一般定义:“在生态因子变化的范围内,能够被生态元实际和潜在占据,利用或适应的部分”。CaoGuanxia[15]则应用模糊集理论定义生态位,从而给予生态位以较好的数学抽象。而生态位概念又可以根据不同的标准进行分类,如根据空间类型可以分为:实际生态位(指有机体目前占有的生态位),潜在生态位(指有机体具有发展潜力的生态位)和理想生态位(指有机体希望占有的生态位);根据人类活动类型可以分为:生活生态位(指与人类生活有关的生态位,例如:资源环境质量、生活水平等)和生产生态位(指与人类生产有关的生态位,如资源条件等);而根据功能类型又可分为:农业生态位(与第一产业有关的生态位)、工业生态位(与第二产业有关的生态位)和城市生态位(与城市发展有关的生态位)。
可以看出,虽说关于生态位的概念较多,但是其基本内涵比较接近。这其中最有代表性的还是Grinnell、Elton和
种在整个种群中所占据的地位或呈现出的功能。随着目前可持续生态城市的建设需要,生态位理论以及以其为基础的一些派生理论,在当前许多城市的发展策略中扮演着不可或缺的角色。
2 城市生态场势概念引入
而笔者所要用到的城市生态场势的概念便由生态位结合物理类比发展而来。在物理中,场的概念非常广泛,如重力场、电场、磁场等,而与此对应的则有描述场内某些位置相应类别势能高低的场势概念,同时,这些场势概念也反映了一种类似于物理中各类场相对应的吸引重物、电荷及可被磁感应物体等的能力。因此,如果将城市这个复合生态系统视为一个抽象场的话,那么城市对于人口的一种强烈的向心力便可以视为一种抽象的场力。按照Hutchison的理论,城市可以比其以外的地区能提供更多的“维”,这就可以缓解因为剧烈竞争而导致的生存压力,所以城市似乎比其他性质的人类聚落来得更加具有吸引力。在城市这个复杂的开放巨系统中,所谓的“维”似乎显得包罗万象。为了研究需要,必须将不胜枚举的“维”进行“降维”处理。一般说来,这些对人口产生强烈的向心作用的资源因子大致可归为3类:自然因子维集、经济因子维集和社会因子维集。正是因为城市在自然因子维集(有设计创意的绿地系统,开放的公共游憩空间等),经济因子维集(较多的就业机会,较高的工作收入等)和社会因子维集(较多的受教育机会,方便的社会服务设施等)方面有着突出的优势,其对人口强大的吸引力是不言而喻的。对于城市生态场势可以作如下理解:在自然、经济以及社会等复合因子维集共同作用下由城市呈现出的对人口的吸纳能力所反映的一种抽象势能。
若要量化城市生态场势这一概念,则必须从自然因子维集、经济因子维集和社会因子维集3个角度去考虑。自然方面(N),备选因子有:城市建成区绿化率、城市绿化覆盖率、人均绿地面积、城市公共游憩空间数等;经济方面(E),备选因子有:城市GDP总产值、城市人均GDP总产值、城市财政收入、职工平均工资、金融机构年末存款余额、城乡储蓄存款余额等;而社会方面(S),备选因子有:社会固定资产投资完成额、在校中小学学生数、万人中各类专业技术人员人数、科研开发机构数量、卫生机构数量、医生总人数等。若要考察一个城市某一时期的城市生态场势变化及3个因子维集相互作用情况,所有指标均以最大值年份为基准(分别记为Nm、Em和Sm),其他年份之值与之相比得到该年份的相应数值(即采用极大值标准化),各因子的综合值最终也为相应维集
(下转第12003页)
规则化,其分维数也将趋于稳定或减小。
表3长清区土地利用总体格局的景观指数
年份FDHAI20031.06060.70021.496990.48172005
1.0703
0.7328
1.464
6
92.8663
注:1.耕地;2.园地;3.林地;4.居民点用地;5.水域和湿地;6.交通
用地;7.其他农用地;8.其他建设用地;9.未利用土地。
图1 各主要土地利用类型的平均斑块分维数
景观优势度和多样性可从不同侧面反映区域土地利用空间结构的丰富程度和受一种或几种土地利用类型的支配程度。景观优势度的增加说明少数景观类型支配整个景观的能力增强,同2003年相比,2005年的景观优势度由0.7002增加到0.7328,说明优势景观类型对整个景观的支配能力得到增强,这也可以从土地利用中面积最大的两个景观类型的比重由57.50%增加到2005年的60.90%看出。同时,各景观类型面积比重差异增大,也导致了景观多样性的减少。 此外,景观的聚合度指数增加的比例最大,说明各景观类型的破碎性减弱,小斑块数量较少,同一类型的斑块之间
(上接第11999页)
下各个指标的平均值。而对于总的生态场势测量值(Cm),因为考虑到目前可持续发展对于自然、经济、社会3个因子协同发展的强调,此测量值取该3个因子综合值的平均值。
N=nniΣN=1N,E=nniΣE=1E,S=nΣS,Ci=(Ni,Ei,00ni=1S0
Si)(i=1,2,…,n)。
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块面积也由5.61hm2增加到13.46hm2
。
4 结语
(1)从总体上看,由于人类活动的影响,景观的多样性相对较小,景观异质性不高,且有所下降;平均斑块分维数和优势度有所增加,景观聚合度增强,反映人类活动对土地的作用强度加大。
(2)从各景观类型上来看,长清区的土地利用中以农用地为主,其中又以耕地的比重最大。在土地开发利用过程中,未利用土地迅速减少,林地面积有所增加。居民点和其他建设用地的比重稍有下降,从侧面反映出了建设用地土地利用集约度有所增强。
(3)长清区林地和耕地的增加大多依赖于未利用土地的
开发利用,但未利用土地迅速减少,数量已经不多,应该加强对土地的集约和节约利用,促进土地资源的可持续利用。参考文献
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