城市生态系统与流域地质环境资源复合关系研究

王岑 王节涛 黎义勇 刘学浩 黄长生

摘 要：地质环境和地质资源的研究对于城市生态系统的发展具有十分重要的意义。本文系统阐述了城市生态系统与流域地质环境资源间的复合关系，总结了研究方法主要有生态制图法、系统动力学方法、投入产出法、流域资源环境系统分析法。研究结果可为城市生态建设实践和区域生态安全格局建设提供一定的理论参考依据。

关键词：流域地质;环境资源;城市生态系统

中图法分类号：X171.1               文獻标志码：A                 DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0609

如何处理好流域生态环境、地质环境资源与区域城市社会发展的关系，是城市发展的核心问题，这个问题始于人类社会现代城市的出现，但不同时期的核心问题略有不同。随着流域城市的发展、流域人口的快速增长、城市面积的不断扩大、工业的快速发展、经济规模的快速扩张，流域生态承载力与城市发展的矛盾已成为制约城市可持续发展的重要因素。流域生态环境承载力已达到极限，许多生态指标已失去自我修复功能，生态系统已进入恶化期。研究流域生态环境变化与城市发展的关系是十分必要的，因为在当代经济社会快速发展的背景下，可以揭示这种关系的原因、内容和特点，认识这些问题是流域城市发展的前提，也是实现生态环境与城市协调发展的基础。

1   城市生态系统的特点

城市生态系统是城市居民与周围生物和非生物环境相互作用形成的具有一定功能的网络结构，它也是人类在改造和适应自然环境的基础上建立起来的一种特殊的人工生态系统。它由自然系统、经济系统和社会系统组成。城市自然系统包括城市居民赖以生存的基本物质环境，如阳光、空气、淡水、土地、动植物、微生物等;经济体系包括生产、分配、流通和消费的各个环节;社会制度涉及城镇居民社会经济文化活动的各个方面，主要表现在人与人之间、个人与集体之间、集体与集体之间的各种关系上。

城市生态系统是以人类为主导的生态系统。城市中的所有设施都是由人制造的，人类活动在城市生态系统的发展中起着重要的主导作用。与自然生态系统相比，城市生态系统中的绿色植物数量很少;消费者主要是人类，而不是野生动物;分解者微生物的活性受到抑制，分解功能不强。城市生态系统是一个物质和能量流动大、运行快、开放度高的生态系统，是一个能量和物质高度开放的生态系统。这种高度的开放性导致其对其他生态系统的高度依赖和对其他生态系统的强烈干扰。城市生态系统中自然系统的自动调节能力较弱，容易产生环境污染等问题。城市生态系统的养分结构简单，环境污染的自动净化能力远远低于自然生态系统。城市环境污染包括空气污染、水污染、固体废物污染和噪声污染。

2  城市生态系统与流域地质环境资源的综合研究方向

2.1   阐明城市生态系统内各因素之间的相互关系

这一研究方向认为城市是一个“准有机体”，具有独特的构成要素和内部结构，这些因素相互影响，相互依存，它们之间的关系决定了城市本身的新陈代谢过程。通过城市的物质和能量的输出和输入是连接城市内外环境的纽带，而城市系统内的物质流和能量流是连接城市系统各个部分的纽带。这两个方面是城市生态系统法则“模式”的决定性因素。

2.2   研究城市及其支持圈的相互作用

提供和维持城市运行所需的物质和能源的区域称为城市生命支持圈。城市本身不能成为一个独立的体系，很大程度上取决于周围地区的物质和能量输入。因此，这类研究的方向是关注城市与其周围环境之间的相互依存和相互作用，目的是为城市建设提出合理的资源开发方案。

2.3   研究城市进程与生物和人的协调演变关系

这种研究侧重于城市研究进程的两个方面。一方面是研究城市化对生物和人的影响，即研究城市化作用下，与自然环境中的生物（动物、植物、微生物和人）相比，城市环境中的生物（动物、植物、微生物和人）的状态和行为发生了哪些变化。另一方面，研究不同自然环境条件影响下人类住区的形态、规模、生活方式和文化传统的特征，从而了解城市发展的特点和制约因素。

3  城市生态系统与流域地质环境资源的研究方法

由于城市生态系统的复杂性，研究应采用综合性的研究方法。选择的具体方法应能准确描述系统的整体发展和演变趋势;能够描述系统开发的空间格局和特征;能反映系统开发的空间格局和特点，具有简单可靠、成本低、易于掌握等优点。主要研究方法如下：

3.1   生态制图方法

这是城市生态系统研究中最常用的方法，是直观、形象地描述城市生态系统发展的空间格局特征和规律的有效手段，也是最早用于城市生态系统研究的方法之一。生态制图方法大致可分为两类。第一种是传统的手工制图方法，根据地图精度要求，选择适合精度要求的地形图作为底图，在底图上编制反映各种生态特征的专业要素图。二是计算机辅助制图法，利用计算机技术建立环境信息数据库，利用开发的软件打印反映各种生态要素的生态地图。

3.2   系统动力学方法

所谓系统动力学就是处理信息反馈系统动态行为的方法论。它用于研究系统从当前状态到预期状态的全过程，是客观战略研究和决策的有力工具，是动态的、反馈的，强调信息的返回和完整性。这些特征能够真实反映城市生态系统多层次、多变量、多反馈、多输出、多目标的系统特征，能够从整体上描述城市生态系统的动态变化，从而对系统未来的发展趋势进行战略分析和预测。

3.3   投入产出法

在经济大系统中，研究各部门、各部分和整体之间的内在关系是一种有效的方法。任何经济活动的投入与产出都有一定的数量关系，即技术与经济的联系，因此投入产出法能够回答结构调整对整个系统的影响以及如何协调未来的发展。它可以定量地表达系统总量与各种因素之间的关系，揭示其因果关系，制定系统的发展方向。该方法还可以进行模拟分析，模拟未来的规划和政策。在环境研究中，它侧重于不同的产业结构所造成的不同的环境影响。不同的产业结构和不同的资源消耗导致不同的污染物，这些污染物与特定的消耗或生产过程有关，可以用结构系数来描述。

3.4   流域资源环境系统分析方法

这是一套用系统方法建立的资源环境系统分析模型。包括网络图综合平衡分析模型、能源消费区域分布模型、部门资源消费需求预测模型和资源供给系统规划模型。研究城市资源消耗的历史和现状，资源消耗与环境质量的关系，预测资源需求和资源供给的合理结构及其对策。

4   结语

城市生态系统与流域地质环境资源复合关系研究是地学与生态学的交叉，其目的是寻求高度集中的人口、各种社会活动和自然环境之间的良好合作方式，以促进经济有序发展和生态系统的良性循环。同时，这一复合关系研究也为生态城市建设提供强有力的理论支撑，将有效地推动城市生态建设实践和区域生态安全格局建设。

参考文献：

[1]毛齐正，黄甘霖，邬建国.城市生态系统服务研究综述[J].应用生态学报，2018，（4）：13.

[2]秦趣，代稳，陈志霞.我国城市生态系统健康评价综述[J].安全与环境工程，2019，（4）：10.

[3]刘佳琦.城市生态系统影响因素的作用机理与仿真研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，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

基金項目：国家重点研发计划项目（2020YFC1512402）“地下水源快速成井关键技术及装备研发”;

国家重点研发计划项目（2018YFC1800800）“污染场地土壤与地下水采样新技术与新设备”;

中国地质调查局项目（DD20190329）“赣江流域水文地质调查”

作者简介：王岑，女，主要从事流域生态学研究和公益性水工环地质调查科研工作。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