城市生態(tài)系統(tǒng)與流域地質(zhì)環(huán)境資源復(fù)合關(guān)系研究

王岑?王節(jié)濤?黎義勇?劉學(xué)浩?黃長(zhǎng)生

摘 要：地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)資源的研究對(duì)于城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展具有十分重要的意義。本文系統(tǒng)闡述了城市生態(tài)系統(tǒng)與流域地質(zhì)環(huán)境資源間的復(fù)合關(guān)系，總結(jié)了研究方法主要有生態(tài)制圖法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、投入產(chǎn)出法、流域資源環(huán)境系統(tǒng)分析法。研究結(jié)果可為城市生態(tài)建設(shè)實(shí)踐和區(qū)域生態(tài)安全格局建設(shè)提供一定的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：流域地質(zhì);環(huán)境資源;城市生態(tài)系統(tǒng)

中圖法分類(lèi)號(hào)：X171.1? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0609

如何處理好流域生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境資源與區(qū)域城市社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，是城市發(fā)展的核心問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題始于人類(lèi)社會(huì)現(xiàn)代城市的出現(xiàn)，但不同時(shí)期的核心問(wèn)題略有不同。隨著流域城市的發(fā)展、流域人口的快速增長(zhǎng)、城市面積的不斷擴(kuò)大、工業(yè)的快速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)規(guī)模的快速擴(kuò)張，流域生態(tài)承載力與城市發(fā)展的矛盾已成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。流域生態(tài)環(huán)境承載力已達(dá)到極限，許多生態(tài)指標(biāo)已失去自我修復(fù)功能，生態(tài)系統(tǒng)已進(jìn)入惡化期。研究流域生態(tài)環(huán)境變化與城市發(fā)展的關(guān)系是十分必要的，因?yàn)樵诋?dāng)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的背景下，可以揭示這種關(guān)系的原因、內(nèi)容和特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)這些問(wèn)題是流域城市發(fā)展的前提，也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與城市協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)。

1? ?城市生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)

城市生態(tài)系統(tǒng)是城市居民與周?chē)锖头巧锃h(huán)境相互作用形成的具有一定功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它也是人類(lèi)在改造和適應(yīng)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一種特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)。它由自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)組成。城市自然系統(tǒng)包括城市居民賴(lài)以生存的基本物質(zhì)環(huán)境，如陽(yáng)光、空氣、淡水、土地、動(dòng)植物、微生物等;經(jīng)濟(jì)體系包括生產(chǎn)、分配、流通和消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié);社會(huì)制度涉及城鎮(zhèn)居民社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化活動(dòng)的各個(gè)方面，主要表現(xiàn)在人與人之間、個(gè)人與集體之間、集體與集體之間的各種關(guān)系上。

城市生態(tài)系統(tǒng)是以人類(lèi)為主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)。城市中的所有設(shè)施都是由人制造的，人類(lèi)活動(dòng)在城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展中起著重要的主導(dǎo)作用。與自然生態(tài)系統(tǒng)相比，城市生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物數(shù)量很少;消費(fèi)者主要是人類(lèi)，而不是野生動(dòng)物;分解者微生物的活性受到抑制，分解功能不強(qiáng)。城市生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)物質(zhì)和能量流動(dòng)大、運(yùn)行快、開(kāi)放度高的生態(tài)系統(tǒng)，是一個(gè)能量和物質(zhì)高度開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)。這種高度的開(kāi)放性導(dǎo)致其對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)的高度依賴(lài)和對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)烈干擾。城市生態(tài)系統(tǒng)中自然系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力較弱，容易產(chǎn)生環(huán)境污染等問(wèn)題。城市生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境污染的自動(dòng)凈化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自然生態(tài)系統(tǒng)。城市環(huán)境污染包括空氣污染、水污染、固體廢物污染和噪聲污染。

2? 城市生態(tài)系統(tǒng)與流域地質(zhì)環(huán)境資源的綜合研究方向

2.1? ?闡明城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各因素之間的相互關(guān)系

這一研究方向認(rèn)為城市是一個(gè)“準(zhǔn)有機(jī)體”，具有獨(dú)特的構(gòu)成要素和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些因素相互影響，相互依存，它們之間的關(guān)系決定了城市本身的新陳代謝過(guò)程。通過(guò)城市的物質(zhì)和能量的輸出和輸入是連接城市內(nèi)外環(huán)境的紐帶，而城市系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)流和能量流是連接城市系統(tǒng)各個(gè)部分的紐帶。這兩個(gè)方面是城市生態(tài)系統(tǒng)法則“模式”的決定性因素。

2.2? ?研究城市及其支持圈的相互作用

提供和維持城市運(yùn)行所需的物質(zhì)和能源的區(qū)域稱(chēng)為城市生命支持圈。城市本身不能成為一個(gè)獨(dú)立的體系，很大程度上取決于周?chē)貐^(qū)的物質(zhì)和能量輸入。因此，這類(lèi)研究的方向是關(guān)注城市與其周?chē)h(huán)境之間的相互依存和相互作用，目的是為城市建設(shè)提出合理的資源開(kāi)發(fā)方案。

2.3? ?研究城市進(jìn)程與生物和人的協(xié)調(diào)演變關(guān)系

這種研究側(cè)重于城市研究進(jìn)程的兩個(gè)方面。一方面是研究城市化對(duì)生物和人的影響，即研究城市化作用下，與自然環(huán)境中的生物（動(dòng)物、植物、微生物和人）相比，城市環(huán)境中的生物（動(dòng)物、植物、微生物和人）的狀態(tài)和行為發(fā)生了哪些變化。另一方面，研究不同自然環(huán)境條件影響下人類(lèi)住區(qū)的形態(tài)、規(guī)模、生活方式和文化傳統(tǒng)的特征，從而了解城市發(fā)展的特點(diǎn)和制約因素。

3? 城市生態(tài)系統(tǒng)與流域地質(zhì)環(huán)境資源的研究方法

由于城市生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，研究應(yīng)采用綜合性的研究方法。選擇的具體方法應(yīng)能準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的整體發(fā)展和演變趨勢(shì);能夠描述系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的空間格局和特征;能反映系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的空間格局和特點(diǎn)，具有簡(jiǎn)單可靠、成本低、易于掌握等優(yōu)點(diǎn)。主要研究方法如下：

3.1? ?生態(tài)制圖方法

這是城市生態(tài)系統(tǒng)研究中最常用的方法，是直觀、形象地描述城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的空間格局特征和規(guī)律的有效手段，也是最早用于城市生態(tài)系統(tǒng)研究的方法之一。生態(tài)制圖方法大致可分為兩類(lèi)。第一種是傳統(tǒng)的手工制圖方法，根據(jù)地圖精度要求，選擇適合精度要求的地形圖作為底圖，在底圖上編制反映各種生態(tài)特征的專(zhuān)業(yè)要素圖。二是計(jì)算機(jī)輔助制圖法，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用開(kāi)發(fā)的軟件打印反映各種生態(tài)要素的生態(tài)地圖。

3.2? ?系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法

所謂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)就是處理信息反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的方法論。它用于研究系統(tǒng)從當(dāng)前狀態(tài)到預(yù)期狀態(tài)的全過(guò)程，是客觀戰(zhàn)略研究和決策的有力工具，是動(dòng)態(tài)的、反饋的，強(qiáng)調(diào)信息的返回和完整性。這些特征能夠真實(shí)反映城市生態(tài)系統(tǒng)多層次、多變量、多反饋、多輸出、多目標(biāo)的系統(tǒng)特征，能夠從整體上描述城市生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，從而對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行戰(zhàn)略分析和預(yù)測(cè)。

3.3? ?投入產(chǎn)出法

在經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng)中，研究各部門(mén)、各部分和整體之間的內(nèi)在關(guān)系是一種有效的方法。任何經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的投入與產(chǎn)出都有一定的數(shù)量關(guān)系，即技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系，因此投入產(chǎn)出法能夠回答結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響以及如何協(xié)調(diào)未來(lái)的發(fā)展。它可以定量地表達(dá)系統(tǒng)總量與各種因素之間的關(guān)系，揭示其因果關(guān)系，制定系統(tǒng)的發(fā)展方向。該方法還可以進(jìn)行模擬分析，模擬未來(lái)的規(guī)劃和政策。在環(huán)境研究中，它側(cè)重于不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)所造成的不同的環(huán)境影響。不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和不同的資源消耗導(dǎo)致不同的污染物，這些污染物與特定的消耗或生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)，可以用結(jié)構(gòu)系數(shù)來(lái)描述。

3.4? ?流域資源環(huán)境系統(tǒng)分析方法

這是一套用系統(tǒng)方法建立的資源環(huán)境系統(tǒng)分析模型。包括網(wǎng)絡(luò)圖綜合平衡分析模型、能源消費(fèi)區(qū)域分布模型、部門(mén)資源消費(fèi)需求預(yù)測(cè)模型和資源供給系統(tǒng)規(guī)劃模型。研究城市資源消耗的歷史和現(xiàn)狀，資源消耗與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，預(yù)測(cè)資源需求和資源供給的合理結(jié)構(gòu)及其對(duì)策。

4? ?結(jié)語(yǔ)

城市生態(tài)系統(tǒng)與流域地質(zhì)環(huán)境資源復(fù)合關(guān)系研究是地學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉，其目的是尋求高度集中的人口、各種社會(huì)活動(dòng)和自然環(huán)境之間的良好合作方式，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)有序發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。同時(shí)，這一復(fù)合關(guān)系研究也為生態(tài)城市建設(shè)提供強(qiáng)有力的理論支撐，將有效地推動(dòng)城市生態(tài)建設(shè)實(shí)踐和區(qū)域生態(tài)安全格局建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛齊正，黃甘霖，鄔建國(guó).城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究綜述[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，（4）：13.

[2]秦趣，代穩(wěn)，陳志霞.我國(guó)城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)綜述[J].安全與環(huán)境工程，2019，（4）：10.

[3]劉佳琦.城市生態(tài)系統(tǒng)影響因素的作用機(jī)理與仿真研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.

[4]Dunham J B，Angermeier P L，Crausbay S D，Cravens A E，Gosnell H，McEvoy J，Moritz M A，Raheem N，Sanford T. Rivers are social-ecological systems：time to integrate human dimensions into riverscape ecology and management. WIREs Water，2018，5（4）：e1291.

收稿日期：2021-09-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2020YFC1512402）“地下水源快速成井關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā)”;

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1800800）“污染場(chǎng)地土壤與地下水采樣新技術(shù)與新設(shè)備”;

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（DD20190329）“贛江流域水文地質(zhì)調(diào)查”

作者簡(jiǎn)介：王岑，女，主要從事流域生態(tài)學(xué)研究和公益性水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查科研工作。E-mail：547986291@qq.com

Research on the Composite Relationship between Urban Ecosystem and Watershed Geological Environment Resources

Wang Cen Wang Jietao Li Yiyong Liu Xuehao Huang Changsheng

（Wuhan Geological Survey Center，China Geological Survey，Wuhan 430205，China）

Abstract：The study of geological environment and geological resources is of great significance to the development of urban ecosystems. This paper systematically expounds the complex relationship between urban ecosystem and watershed geological environment resources，and summarizes the main research methods including ecological cartography，system dynamics method，input-output method，and watershed resource and environmental system analysis method. The research results can provide some theoretical reference for the practice of urban ecological construction and the construction of regional ecological security pattern.

Keywords：watershed geology;environmental resources;urban ecosystem