■张新宇
城市作为一种高级的人类居住载体，是人类开发自然、利用自然的一项伟大创举，是人类智慧和力量的结晶。城市的出现，在广袤的自然生态环境中造就了一种特殊的生态系统类型，即城市生态系统。认识城市的这种生态属性对于城市建设的科学发展意义重大。只有深入把握城市生态系统的独特规律及其运行机制，才能使我们更好的认识城市、利用城市，成功地建设现代化生态城市。
生态系统的内涵及其原理
生态系统是生物与其生存环境有机结合构成的整体。自然生态系统的一切变化和运动都是在自然法则，即生态平衡规律无形地左右下进行的。认识这些现象和规律，对我们建设好城市家园极具启发意义。
（一）什么是生态与生态系统
通过考察生物的进化过程和生存状态，人类发现，地球上的一切生物都生存在与其生存环境之间的各种联系和相互作用之中。1869年，德国科学家海克尔率先提出了 “生态学”这一概念，并将之定义为 “研究有机体与其生活环境之间相互关系的科学”。相应地， “生态”就是指生物与其生活环境之间所存在的各种结构上或功能上的相互依赖和相互制约关系。基于生态关系，当一定空间内的生物及其环境构成了一个功能和结构相对稳定的整体时，这个整体就被称之为生态系统。
一个相对完整的生态系统可以是一片很小的稻田、池塘，也可以是整个广袤的森林、海洋，但它们在基本结构和基本功能上都是一致的。在结构方面，任何生态系统必然包括生物与非生物环境两大部类，并分别扮演着生产者、消费者、分解者和无机环境等角色，从而形成了一个相生相克的整体。在功能方面，生态系统是一个处在不断运转中的活的体系，生态系统的正常运行主要靠能量流动、物质循环和信息传递等功能来维持。
（二）生态平衡的基本原理
生态平衡是指生态系统内部能量流动和物质循环能够较为稳定的运行并基本维持系统内的生物种类、种群数量、种群分布等结构特征的一种生物及其环境相互适应的状态。生态平衡的维持受一些客观规律和原理所制约，它们主要包括：
1．互生原理
互生规律是指自然界中的一切因素都是有关联的，都是相互依存同时又是相互制约的，这是构成生态系统的基础。这种相生相克使得生态系统中的一切要素联结成一个整体，同时其相互制衡性又为其结构平衡创造了条件。
2．能量单向流动原理
在自然界，一定量的太阳能被生态系统吸收后，会沿着食物链传递。每经过一个营养级，生物的新陈代谢会消耗掉一部分能量，而剩余的能量也只能部分地为下一营养级所吸收，这样经过几次传递，最初的能量就会全部散失。因此能量的流动是单向的不可循环的。这一规律决定了 （1）生态系统必需源源不断地从外界获得能量，才能维持自身的生物规模； （2）物种数量按营养级排列一定会程顶端小、底端大的金字塔形结构； （3）在外界能量一定的情况下，一个生态系统及其内部各物种的生存状态取决于它们的生态效率。
3．物质循环原理
地球生态系统中的物质元素是以可循环的方式流动的，即生物的成长、繁殖所需的物质元素最初均从自然环境中摄取，同时生物的代谢和死亡又在一定周期内将这些物质元素还原到自然环境中，以供新的生命使用。物质周期循环保证了地球生态系统中的物质元素的自我供给。这一规律意味着，对于生态系统而言，物质循环的周期越短，还原程度越高，越有利于系统的平衡。
4．多样性原理
生态系统的多样性包括物种的多样性、非生物环境的多样性、生态过程的多样性等等。多样性意味着多种选择性和可替代性。一个生态系统内部多样性程度越高，它对于外界的干扰和内部自身变化的适应性就越好，自我调适应能力就越强，就越能维持系统的平衡。特别是，物种多样性还意味着基因的多样性，从而有利于整个生态系统的进化。
5．环境承载力与环境容量原理
自然生态系统的效率往往是相对稳定的。这就意味着，在特定的空间和时间内，一方面，生态系统的生产能力是有限的，它只能承载与之相适应的生物规模，即环境承载力；另一方面，生态系统的还原能力也是有限的，它只能有效的容纳并及时还原一定规模的污染排放，即环境容量。环境承载力和环境容量相互呼应，它们其中任何一个被长期打破，都会瓦解整个系统的正常运行。
6．生态系统的自我恢复原理和生态阈限原理
生态系统对于外部的干扰和内部的不利变化具有自我调控、自我恢复的功能。这种能力来源于生态系统内部的相生相克以及生物对外界与生俱来的适应能力。例如，当生物规模超越了环境承载力时，食物短缺会导致生物加速死亡，而当生物规模减少到低于环境承载力时，生物受外界信息刺激会自动提高繁殖率。生态系统的自我恢复能力是有限的。当环境的不利改变过大或过快，超出它的能力阈限时，生态环境的恶化就会朝着不可逆的方向发展，最终导致生态失衡。
（三）生态平衡原理的启示
我们研究自然规律的终极目的是遵循自然规律、利用自然规律为人类造福，为人类自由发展创造条件。上述生态规律给我们的最大启示是，我们应当用系统思维方式来看待我们的生存环境，特别是我们的城市生存环境。
所谓系统思维方式，一是要有整体观，即把人类及其生存环境视为一个不可分割的有机整体。要从整体的角度来看待人类自身以及其他环境因素各自的功能和作用，把人类发展放到生态系统的整体发展的范畴中去把握，避免片面地以人类为唯一的价值尺度。就城市开发建设而言，发展城市经济、完善城市社会与建设城市环境、保护城市生态是不可分割的，是一个整体的不同环节。城市建设要有统筹兼顾的整体观念，要着眼于提高城市的总体功能和总体效率。同时，还要注重局部的发展不能超越整体发展的限制，不能脱离整体的发展条件。
二是要有联系观，即认识到自然界中的一切因素，都是相互联系的，人类也包含在这一联系网中。一切自然因素的变化，即使谨小慎微到不容察觉的程度，也会潜移默化地影响到人类自身的发展。对于城市建设这种大范围、大强度改造自然的过程，我们更应该谨慎行事，审慎地注意和考虑各种城市开发行为对环境的影响。同时，要注重城市各领域发展的相关性，特别是要科学地把握经济发展与生态保护之间的关系，认识到 “破坏资源环境就是破坏生产力，保护资源环境就是保护生产力，改善资源环境就是发展生产力”的辩证关系。用联系的观点来看待问题，还要注重事物与外部的联系。改善城市生态环境，不仅要从内部建设入手，还要从更广阔的区域范围着眼，注重城市外部生态环境的改善。
城市的生态属性
城市是人类独有的聚居形态，它是人类经济、政治、文化、社会高度密集的社会载体，具有鲜明的社会属性；同时，它也是人与环境有机构成的生存载体，又具有明显的生态属性。
（一）城市是一个人工生态系统
从生物与其生存环境之间的关系，即生态角度来看，城市本身就是一个生态系统，它是人与城市环境共同构成的有机整体。
人是城市的主体，与人相对，城市中的其他生物和非生物因素都可以被看作是环境因素。城市居民每天都生活在自己所处的城市环境之中，各种环境因素时时刻刻满足着城市居民的各方面需求。例如，果树、牲畜丰富了市民的菜篮，绿色植被净化了城市的空气，街道、桥梁提供了便捷的交通，住宅建筑缔造了舒适的住所，民主、法制保障了个体的自由等等。而另一方面，城市居民也对城市环境面貌起着塑造和维护的作用。同时，围绕着人的活动，城市中的各种环境因素之间也存在着相互的影响。这也就是说，城市本身也构成了一个生态关系网。正基于此，能量、物质、信息等要素能在整个城市系统中进行转换和传递，城市的其他生态功能也能得以实现，从而使整个城市能够获得并维持生机与活力。
由人与环境构成的城市系统成功地养育了一定规模的人口和其他生物，因此，我们把城市归结为生态系统。但是，城市生态系统与自然生态系统有一个根本不同，即：城市并不是自然的产物，而是人类生产力达到一定阶段的人工产物。从内在特征，即运行机制来看，城市中的其他生物，大多数是人为种植或饲养的；城市中的非生物环境也主要是由高楼大厦、柏油路面等人工环境构成的；维持城市运行的能量，除一小部分是靠绿色植物从阳光中直接吸收的以外，绝大部分是人为地从外界输入并加以转化利用的；城市中的物质供给也是如此，乃至废弃物的还原处理和循环利用也离不开污水处理厂、垃圾处理厂等人工设施。可以说，城市的面貌是按照人的意愿刻画的，城市的新陈代谢是靠人工来运营的。因此，城市是一种人工生态系统，这才是城市最重要的生态属性。
（二）现代城市生态系统的基本结构和功能机制
受特定历史条件的影响，古今中外的城市，具有不同的建设模式和环境面貌。但是，在经历了漫长的相互借鉴的历史过程之后，现代城市在基本架构上已经高度趋同并日益成熟，从而形成了基本相同的生态结构和功能机制。
1．城市生态系统的基本结构
从功能结构来看，目前通行的观点认为，城市生态系统是由自然生态系统、经济生态系统和社会生态系统三个子系统所构成的复合生态系统。将城市社会纳入到生态系统的范畴，这是由人的社会本质所决定的。一方面，人与人之间的生态关系最终要转化为一定的社会关系；另一方面，协调人与环境的关系，首要的是协调人与人的关系。因此，城市社会系统也具有非常重要的生态意义，城市的许多生态功能都需要经过社会系统的协调才能实现，反映在生态结构上，就塑造了城市的复合结构特征。
城市的上述三个子系统分别体现了不同的生态关系，承载着不同的生态功能。自然生态系统以生物和非生物环境之间的关系为主线；经济生态系统以人类的经济关系为主线；社会生态系统则以人类的文化、政治、社会生活关系为主线。同时三者又有机地联系在一起。例如，城市经济活动必然涉及对自然资源的利用、对城市空间的开发、向自然环境排污等，从而进入了自然生态系统的范畴；而社会生态系统的运行，既要受经济水平的制约，同时又有为经济发展提供社会环境条件。
除了功能结构划分外，我们还能从空间结构的角度将城市划分为市区和郊区。城市市区一般是城市的地理中心同时又是经济、政治、文化和社会活动的中心，以人工环境为主；城市郊区处于城市边缘，主要承担城市农业生产功能，保留了较多的自然因素。城市市区和郊区具有不同的生态特点，但是它们相互支撑、相互影响，是城市生态系统不可分割的两个部分。
2．城市生态系统的能量流动
城市的能量流动也要遵循单向流动原理。但是，在能量来源上，城市并不像自然生态系统那样完全依赖绿色植物的光合作用来为整个系统吸收能量，而是主要通过生产、贸易等经济活动由人工直接输入各种能源。在能量流动机制上，城市能源的分配主要是在一定的经济体制下，由一定的经济机制来完成的。在能量使用上，城市能源除少部分用于生物体内的新陈代谢外，主要用于支撑城市的工业、建筑、交通、娱乐、日常生活等经济社会活动。由此可见，城市生态系统的能量流动与城市经济息息相关，在外部能源供给总量一定的情况下，经济总量、技术水平、经济体制、消费方式是影响城市能源供需状况的最主要的内生因素。
3．城市生态系统的物质循环
城市生态系统的物质循环要依靠外部环境来完成。城市具有人口高度密集，自然空间极度狭小的环境特征，这就决定了城市环境不可能再为物质生产提供多少初级原料，也不能再为物质分解和还原提供多少自然空间。因此，城市每天必须借助人类的运输能力，从外界输入大量的物资。同时，为维持物资输入的经济链条，这些物资中的一部分需要经过生产增值成为产品，再通过贸易或投资等渠道输出城市。而其他部分则经城市内部的生产、消费、再生产、再消费，成为废弃物，也要输送到城市外部，借助外部环境进行净化和还原处理。由此，城市完成了从物质输入、到生产、消费，最后还原的循环过程。
当然，城市生态系统的结构和功能不止以上这几点，还包括信息流动、货币流动等机制，但是，上述几个方面是最具基础性的，现代城市在发展中所面临的各种生态环境问题，都可以从中找出对应的根源。对于其他结构性、功能性问题，我们将放到后面的章节进行具体论述。
城市运行机制对城市生态平衡的影响
城市与自然生态系统相比有一些明显的不同，这些区别对于城市生态平衡的维持既有不利的一面，也有有利的一面。具体而言，主要表现在以下几个方面：
1．城市生态系统是人类起主导作用的生态系统
人是城市环境的主要缔造者，城市的能量输入、物质生产等功能也主要是由人来完成的。因此，人能够左右城市的存在状态和发展方向。实践中，人类会经常性地通过规划、开发大幅度地改变城市环境面貌。
2．城市生态系统是开放系统，具有明显的外部依赖性
城市生态系统不论从能量流动还是物质循环的角度看，都是一个高度依赖外部环境的开放的生态系统，城市的 “生态足迹”要覆盖到广阔的区域空间，甚至是国际空间。这种高度的开放性又导致它对其他生态系统产生强烈的干扰。
3．城市中的自然生态调节能力很弱
一方面，城市被高楼大厦、硬化路面所覆盖，自然空间非常狭小，生物多样性不足，导致城市环境承载力和环境容量非常有限。另一方面，城市中的生产，特别是工业生产借助人工技术创造出了大量自然界中本不存在的物质形态，它们中的大部分很难被自然分解。同时，城市生产、生活节奏非常快，排出废弃物的速度远远超过大自然还原废弃物的速度。因此，城市自然生态调节的作用非常微弱，城市生态只能依赖社会系统和人工设施进行平衡。
上述区别意味着，从自然界生态平衡的角度来看，城市作为一个生态系统是有悖于生态的。它是一个有着很大缺陷的，不完全的生态系统，而且还是对外部生态系统具有高度威胁性的生态系统。正是从这一点出发，英国诺丁汉大学学者布兰达与维尔在其着作 《绿色建筑——为可持续的未来而设计》中评论到： “从本质上，城市是在地球这个行星上所产生的与自然极为不合的产物”。而美国着名学者马丁·奥本海默也提出，现今的城市是人类所拥有的最脆弱的社会结构。
但是，我们也应看到城市在维持生态平衡方面还具有自然生态系统无法比拟的优势。一方面，自然生态系统的生态效率难以有很大提高，而人类的科技进步能够有效地提升城市的能量利用效率、物质循环效率以及污染处理还原效率。借助人工技术我们有能力使城市实现自我发展、清洁发展、持续发展。另一方面，自然界生态平衡的维持是一种自然、自发的过程，在必然性的背后隐藏着偶然性。而借助城市社会系统的运作，人类的一切活动都能够以有序、自觉的方式开展，这就使得城市生态系统的维护能够成为一种有意识的自觉的过程。第三，自然界的生态平衡是一种低水平的平衡，无力抵御洪水、地震等大规模的环境变动。而城市基于系统的防护设施和防护机制，能够有效地抵御这些自然灾害。
由此可见，城市并非注定是要被自然界淘汰的，相反，城市能够实现比自然生态系统更成熟、更稳定以及更具进化能力的更高水平的生态平衡。城市是脆弱还是牢固？是失衡还是永恒？关键在于城市采取什么样的组织、规划和发展模式，而这一问题的背后，体现的则是人类关于城市建设的价值取向。事实上，人类城市在从古老的防御工事和单纯的交易市场，向现代化、国际性的大都会演进的过程中，越来越体现出一种生态化的价值取向。城市中的生态设施、生态功能逐步完善，环保制度、环保法规日益健全。而目前，生态化价值取向在城市建设中的最新进展就是在世界范围内提出了生态城市的建设理念和实践构想。这种生态城市正是我们所说的，城市要实现更高水平的生态平衡所应采取的建设模式，它必将成为未来城市发展的主流方向。
参考资料
1.宋永昌等主编.城市生态学.上海：华东师范大学出版社2000年版.
2.[加]威廉·里斯，宋言奇译.脆弱的城市何以实现可持续发展——基于生态足迹视角的分析.江海学刊.2006年第4期.
3.景星蓉,张健,樊艳妮.生态城市及城市生态系统理论.城市问题.2004年第6期.
