城市土地利用对城市生态影响的机理

二、城市土地利用对城市生态影响的机理

土地利用——覆盖变化的效应研究及其动态分析是开展人地复合系统研究的核心内容，亦是城市生态系统研究中的重要内容。城市土地的利用开发是城市生态系统土地利用——覆盖变化的主要形式，是城市生态系统强烈人为影响的重要体现。

作为城市生态系统中土地利用——覆盖变化的主要形式，城市土地的开发利用对城市生态系统具有明显和重要的影响。从空间上看，城市土地比例较高的居民区和乡镇所在地，大气污染、水污染及固体废弃物污染程度都明显高于城镇化比例较低的乡镇和居民区；沿交通干线两侧，以及沿海岸带地区城镇用地比例高于其他地区，这些地区的环境污染和生态恶化的程度也相应高于其他地区。通过对城镇覆盖比例的提高对地表径流影响的模拟研究发现，城镇覆盖增加比例与径流系数提高比例相当。由此可以导致同样的降雨强度条件下洪峰加剧，且使降雨峰值与洪峰峰值之间的时间间隔大大缩短。由于洪峰的加剧，水污染程度相应加重，这不仅把残留在农田上的面源污染汇集到河流，而且还把平时降落在各种建筑面上的污染物汇集起来，使洪水中污染物浓度提高。与此同时，由于城市土地增加大多由农田或灌草地转变而来，从而大大降低了自然生态系统对污染物的降解能力，使得城市区域的环境自净能力下降，结果又相对加强污染的程度，这就使城市区域的生态环境遭到破坏，城市生态平衡遭到威胁。

深圳市是我国改革开放以来发展迅速的新兴城市。从深圳市的例子我们可以看出，城市土地利用对城市生态具有明显影响，这已经是一个不争的事实。

（一）城市土地开发利用的环境效应过程

城市土地开发利用的过程就是对原有土地进行人工改造的过程。这种人工改造必然对原有的生态环境结构和功能产生影响和改变，这种改变就称为环境效应过程。

1．改变能量流。城市土地的开发利用中，原有的土地覆盖层被改造，由自然环境下的土地、草地、森林等变成了人工的混凝土、沥青等覆盖面，完全改变了地表的物化特性，必然改变城市生态系统中的能量流动。

城市土地中，不管是居住用地、工业工地、公共设施用地还是道路交通用地等，一般都要进行地面铺装，使得在城市土地中几乎没有裸露的自然土地。城市土地中的地面结构多为砖石、沥青、混凝土、硅酸盐等建筑材料，这些建筑材料对阳光的反射率小，从而吸收了更多的太阳辐射。城市土地利用中大量人工建筑材料的使用改变了城市能量流动中的传导主体，传导主体性质的不同必然导致城市能量流动发生改变。城市中建筑物的墙面和屋顶大多也都由类似的材料构成，若是深色的屋顶和墙面则吸收率更大。城市土地立体化的特征，又使得太阳光能量在屋顶、墙面之间多次反射，能够比郊区和农村开阔地带吸收更多的太阳能。从而改变了城市区域的总体能量收入。

另一方面，城市人口密集、经济发达，城市生态系统内部的自身能量生产不能满足城市的能量需求，必须从城市外部输入能量。城市土地利用中，各种各样的建设项目在建成后的使用过程中大都有能量的输入和消耗，如居民采暖、用电，工业企业的能源输入，交通用地中交通工具的能源消耗等。从城市外部输入的能量主要在城市土地中使用和消耗。同时，工业企业在生产过程中向大气释放各种物质，阻挡地面长波辐射的能量散失。从外部能量输入的角度讲，城市土地也使城市区域的总体能量收入和能量流动发生改变。

综上所述，城市土地的大面积开发利用改变了城市中的能量收支状况和能量流动过程。

2．改变物质流。城市自然生态系统中的物质流包括自然力推动的物质流，它有数量大、状态不稳定和对城市生态环境质量影响大的特征，尤其是对城市大气质量和水体质量起着重要的影响作用。城市在发挥其生产、生活功能的过程中，从城市外调入大量的原材料及产品，同时向自然环境中排放废气、废水和固体废弃物，从而改变了城市的物质流。

城市生态系统的物质流是高度人工化的物质流。城市土地的大面积开发利用是产生这种高度人工化的物质流的重要原因之一。

3．打破力的平衡。地球上的一切物体无不受到地球引力的作用，自然状态下的土地不受人工扰动，处于力平衡的状态。自然状态的土地在城市化过程中作为城市土地开发后，其上建筑各种城市建筑，改变了土地的地表形态和地貌过程，还将岩石、沙土等从一个地方搬运到另外的地方，这些行为都打破了土地的力平衡，从而引发土壤侵蚀，塌方，滑坡。城市建设中引起的地表变化，尤其是土壤侵蚀速率变化十分惊人。据估算，在无保护情况下，道路建筑，每新建1 km长的公路其土壤侵蚀量每年为450—500 t。

综上所述，城市土地利用改变城市生态系统的能量流、物质流，打破城市生态系统中的力平衡，是城市土地利用影响城市生态的内在机理和原因。

（二）城市土地利用的生态效应

一般说来，城市土地利用总是在原有自然土地或农村土地上进行开发，通过人工的建筑活动，营造出迥异于原有土地的人工建筑物。这一过程的生态效应主要体现在以下几个方面。

1．破坏土地原有的生态功能。在城市扩张过程中，城市土地的开发利用总是在占用原有自然状态的土地或农村土地的基础上进行的。城市土地开发利用的结果是把自然状态的土地或农村土地改造为某种形式的人工建筑或人工结构，如交通设施、市政设施等，令自然状态的土地或农村土地完全消失。这是城市土地开发利用的必然结果。即使是城市建设中的人工绿地，由于其生物多样性及结构趋于简单化，生态功能远不能与自然植被相比。

根据生态学的原理，任何一块自然状态的土地或农村土地在生态系统中都发挥着其不可替代的生态功能。这是因为：土地的生态价值并不是只表现为直接的生态价值——即直接供养或产出多少生物，它还可表现为间接的生态价值。例如森林植被在生态系统中就有其无法替代的重要功能：

（1）绿色植物的光合作用，不仅生产有机物，而且在光合作用的过程中吸收二氧化碳，放出氧气。当然植物也有呼吸作用，但光合作用吸收的二氧化碳比呼吸作用排出的二氧化碳多20倍，因此，总量上总是吸收二氧化碳，放出氧气。绿色植物对于维持生态系统中的氧平衡具有至关重要的作用。

（2）调节气候，照射到森林的太阳能有80%被吸收，一些热量被植物的蒸腾作用消耗了，另一些被光合作用利用了，因此，森林不会因太阳的照射而急剧升温。相反，在夜晚或寒冷的季节，层层叠叠的树叶又能阻止热量从地面散发，所以气温也不易急剧下降。可想而知，森林对局部地区的气候具有一定调节作用。

（3）涵养水源，保持水土。雨水降落到森林后，首先会受到树冠的阻留，顺着树干流到地面后，再被盘根错节的树根缠住，又因森林土质疏松，一部分水又渗入地下，成为地下水，这样，从地表直接形成径流的水就减少了许多，不易造成山洪，避免大水冲刷地表导致水土流失。

（4）净化作用，森林植被可以吸收空气中的有害气体，吸附尘埃，对水体和土壤也具有净化作用。

（5）保护生物多样性，森林是多种野生动物的栖息生存地，森林植被对生物多样性的保护具有至关重要的作用。

沙漠、盐沼也同样是如此。就以塔里木盆地为例，如果没有塔克拉玛干沙漠这一特殊下垫面的存在，就不会有塔里木盆地这样的特殊生态形式。可以说，盆地及其周围一定区域范围内包括人类在内的各种生物都在直接或间接地“利用”着塔克拉玛干沙漠，“利用”着它的生态价值，反过来也可以说，它们一直是在以间接的方式“供养”着我们。当然，这样说并不就意味着对于人类来说沙漠或盐沼的面积越大越好。大自然有着自己的适应和演变法则，如果没有人的干扰和破坏，则其在“度”的把握上总是自然而合乎逻辑的。“存在即是合理”，这句话用在土地的生态功能上可谓再合适不过。

2．造成环境污染。城市土地是城市中的生产生活用地，总是要消耗能源、原材料，并且产生各种废弃物，这些废弃物排入城市环境，若超过了环境本身的自净能力，就会造成环境污染，破坏城市生态。

排入大气的污染物种类很多，主要有颗粒态污染物、气态污染物以及气态污染物经过反应形成的二次污染物等。大气污染损害人体健康，影响城市生态环境。主要的城市大气环境问题有气态污染物造成的酸雨、颗粒污染物造成的城市阳伞效应及温室气体造成的全球气候变化等。

水是城市发展不可缺少的重要资源。造成水体污染的原因是多方面的，在城市生态系统中，向水体排放未经妥善处理的城市污水和工业废水是最主要的原因。城市污水和工业废水的排放都是城市土地开发利用的结果。

城市土地利用产生的固体废弃物也是城市环境污染的一种重要形式。固体废弃物主要来自于人类的生产和生活消费，主要有工业固体废弃物、矿业固体废弃物和城市固体废弃物等。固体废弃物侵占土地、污染土壤、水体和大气，对环境的危害很大，其污染是多方面的和多环境要素的。

3．综合效应。城市土地利用一方面破坏了原有土地的生态功能，另一方面又因其自身的特点而造成了环境污染问题，在大多数场合下，这两种效应同时发挥作用，对城市生态产生更为复杂的影响，我们称为综合效应。绝大多数城市生态问题都是综合效应的结果。