城市土地利用对城市生态影响的表现

三、城市土地利用对城市生态影响的表现

城市土地的开发利用改变了城市生态系统中的物质、能量流，打破了城市生态系统中力的平衡。城市土地占用原有的自然土地或农村土地，使原有土地的生态功能完全丧失或遭到破坏，同时，城市土地在发挥其生产生活功能时，排放各种废弃物，这两种效应的同时作用又对城市生态产生更加复杂的影响。

（一）城市土地利用对城市气候影响

城市气候是指城市内部形成的不同于城市周围地区的特殊小气候。城市气候明显受到人为活动的影响，城市人口高度集中，工业高度发展，建筑高度密集，城市土地的开发利用会使城市局部的气候环境受到影响。

城市建筑物以下至地面，称为城市覆盖层，这一层的气候变化受人类活动的影响最大，它与城市土地的规划、布局、建筑物密度、高度、几何形状、空气污染程度、街道宽度和走向、人为热与人为水汽、建筑材料等诸多因素有关。建筑物屋顶向上到积云中部为城市边界层，这一层的气候变化受城市大气质量和参差不齐的屋顶热力和动力的影响；城市影响的下风方向有一个城市尾烟气层，这一层的气候受到城市的影响。城市尾烟气层以下称为农村边界层。有时，城市对下风向的影响可达30～100 km。城市大气分层状况见图3．4。

图3．4　城市大气分层示意图

城市土地利用中采用的建筑材料一般是混凝土、石子、砖瓦、沥青、金属等。这些建筑材料改变了城市的下垫面，使得下垫面坚硬密实、不透水、吸水性能很差。城市土地的强烈立体化特征影响了城市中的空气流动，产生“城市风”。但城市土地上街道走向、宽度、建筑物的高度、宽度不同，使各处获得的太阳辐射能有明显的差异，另一方面，参差不齐的建筑物阻碍了气流的正常流动，产生气流的升降、涡流和绕流等，使得城市风的局地差异很大。总体来说，城市平均风速一般小于郊区风速。

在降水时，径流过程加速，降水过后城区的下垫面很快变干，市区的蒸发量减小，空气湿度减小，这就是形成所谓的城市“干岛”效应的因素之一。但在一定条件下、城市夜间的绝对湿度又会较高，形成“城市湿岛”。由于城市下垫面性质特殊，空气中二氧化碳等温室气体较多，又有人为热等原因，使城市气温明显比郊区高，出现城市“热岛效应”或形成城市“热岛”。

城市土地利用过程中，由于城市人口集中，经济产业集中，工业生产、家庭生活、交通工具等排放的热量远比郊区要大，排放进空气中的粉尘等颗粒物、二氧化碳等有害气体比郊区多，使城市空气混浊，出现“混浊岛效应”。这些大气污染物反过来又能减弱太阳辐射和日照时数，削弱太阳辐射总能量，增加城市烟雾频率，降低城市能见度，改变了大气的热力性质，从而影响城市区域气候。

从大量观测事实看来，城市气候的特征可归纳为城市“五岛”效应（混浊岛、热岛、干岛、湿岛、雨岛）以及风速减小与多变效应。这些气候特征的形成均是城市土地的大面积开发利用的结果。

（二）城市土地利用对城市大气环境影响

大气环境主要是指与人类生活密切相关的大气圈。城市土地对城市大气环境的影响主要在于两个方面：

（1）城市土地向大气排放污染物，造成大气环境污染，这些大气污染物可以分为气态污染物、颗粒污染物、二次污染物和其他有害的空气污染物四类，这些污染物造成大气污染，危害人体健康，同时会对城市生态环境造成危害，产生酸雨、城市阳伞效应，以及CO₂温室效应等。

（2）城市土地改变了城市局地气象条件和地理状况，气象条件和地理状况也影响着城市大气环境。

风是影响污染物在大气中扩散、稀释、净化状况最直接的因子，也是最本质的因子。风速越大、湍流越强，污染物扩散稀释的速率就越快，反之则越慢。如前文所述，城市土地的特征导致城市中风速减小、多变，对污染物的稀释扩散产生不利影响。大气的温层也是影响污染物扩散、稀释的重要因素，因为大气温层直接影响了大气的稳定程度，稳定的大气将不利于污染物的扩散。城市土地的人工下垫面导致城市大气容易出现逆温层，逆温层的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层，只能在其下放扩散，因此可能造成高浓度污染。

（三）城市土地利用对城市水环境影响

水是地球上一切生命赖以生存、人类生活和生产不可缺少的基本物质。也是城市发展不可缺少的重要资源。城市水环境是一个城市所处的地球表层的空间中水圈的所有水体、水中悬浮物及溶解物的总称。城市所处的水圈的水体又包括地表水和地下水，它构成一个城市的总体水资源。城市水资源是指当前技术条件下可供城市工业、郊区农业和城市居民生活需要的水资源。通常可以理解为可供城市用水的地表水体和地下水体中每年得到补给恢复的淡水量。任何一个城市的淡水资源总量总是有限的。

水资源紧张和水环境污染是现代城市普遍出现的城市生态问题。在城市这个特定的区域中，水环境亦有着其水文特征。城市土地的开发利用，使得城市表面由自然状态下的植被覆盖变为不透水的混凝土或沥青等的地面、屋顶等，改变了其表面特征，使城市区域水资源的配比与郊外显著不同。也使得城市的用水量大大增加，加重了原本已有限的城市水资源的整体负担，造成水资源紧张。另一方面，用水量的增加必然导致废水排放的大量增加。如果废水的排放量超过了城市水环境本身的自净能力，将会造成水体污染，导致水资源质量下降，不适使用，更加剧了城市水资源的紧缺。

城市水环境具有系统性的特点，即组成城市水环境的各个方面互相影响、互相制约，结合成了有机的整体。特别是城市地面水和地下水、江河和湖泊等之间在水量上互补余缺，而且表现在水体的环境质量上互相影响。如果地面水或地下水的一部分受严重污染，就会互相影响，导致城市整个水环境系统的恶化。

（四）城市土地利用对城市土壤环境影响

自然环境中的土壤是地壳表面的岩石经过以地质历史时间为周期的长期风化过程和风化物的淋溶过程而逐步形成土壤。再经过植物对土壤中养分的选择吸收，以残留物的形式归还地表，通过微生物分解还原进入土壤三个环节，形成具有肥力的土壤。但城市区域内的土壤由于受到人类各种活动的影响，与自然生态系统中的土壤差别较大。

城市土地的开发利用一般是从占领自然土地或农村土地开始的，土地受到人类活动的影响，发生了很大的变化。城市土地利用对土壤的影响首先表现在城市工程建设过程中对土壤进行大规模的改造，如开挖、填方、压实、土壤从一地被运输到另外的地点等，这些作用使土壤被切割、破碎，改变了土壤原有的结构和存在形式。另一方面，建筑物建造在城市土壤之上，对土壤有挤压作用，使得土壤力学性质及透气、透水性等物理性质被改变。城市土地的地面铺装完全改变了土地的表面结构，使沥青、混凝土、砖石等人工材料成为城市土地表面的主体。

城市土地上的生产生活设施向土壤排放人工污染物，造成城市土壤污染的问题。一些学者对城市土壤的比较研究发现，城市土壤中的有害物质浓度远高于该区域的背景值。

城市土地的开发利用改变了土壤的稳定结构，侵占或破坏了绿色植物，导致土壤支离破碎，涵养水源、保持水土的能力下降，造成城市水土流失。城市水土流失是城市土地人为改变土壤结构的又一恶果。

（五）城市土地对城市声学、光学环境影响

人们的生活、工作和学习需要一个和谐、宁静的声学环境。噪声是指人们不需要的声音。当噪声达到一定强度，就会对人们的学习、工作和生活产生干扰，甚至危害人体健康。特强噪声还会造成建筑结构和精密仪器设备的损坏。

城市土地在开发利用的过程中，由于基础开挖、建筑施工等活动不可避免地发出噪声。不论是工业用地还是道路交通用地，在其发挥功能的过程中都会产生噪声，可以说城市土地利用是城市噪声的主要来源。城市噪声主要有工业噪声、道路交通噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声四大类。这些噪声的产生均与城市土地利用有着直接的关系。城市噪声破坏了城市和谐的声学环境，造成噪声污染，这一点已经日益受到人们的重视。

光学环境也是城市生态系统的一个重要方面。自然生态系统中的光能主要来自太阳光。但在城市生态系统中，由于人类活动产生了一些人工光，如电焊的眩光、城市照明灯光、霓虹灯光等，这些人工光源多来自于城市土地利用，如工厂、商业建筑、道路上的车辆等。人工光超过一定限度就会对城市生态环境产生不良影响，我们称为光污染。另外，城市中一些建筑材料，如大面积玻璃幕墙的使用，改变了光线的传播，或者是光线过度反射，也是光污染的重要原因。城市光污染包括可见光污染、紫外光污染和红外光污染。城市光环境的污染是实际存在的，但目前尚缺少相应的污染标准与立法，因而不能形成较完善的环境质量要求与防范措施，这方面有待进一步研究和探索。

（六）城市土地利用对植被影响

城市是人类经济和社会发展的产物，由于人类对自然的强烈改造，城市中的气候和土壤特征等都具有不同于周围自然区域的特点。在数千年的人类历史中，城市中的人类活动和城市土地利用方式，不仅影响着植物的分布、迁移，也形成了特有的城市植被特征，其影响表现在：

（1）城市土地利用对植被的生境产生影响。城市作为一个生态系统而言，在整体上具有其独特的环境特征。不同土地利用方式，使得城市中同时具有多种多样的生境类型，也对这些生境产生了明显影响。

（2）城市土地对植被和植物区系产生影响。

（3）城市土地对生物多样性产生影响。

（七）城市土地利用对城市景观生态影响

城市景观指城市布局的空间结构和外观形态，包括城市区域内各种组成要素的结构及外观形态。在城市景观中，由于人类活动的强烈干扰和影响，城市中的自然环境条件，如水文、气象、地质、地貌和动植物等，都发生了很大的变化，城市生态系统是人工化的生态系统，城市内部及城市与外部之间的物质、能量、信息的交换，主要依靠人类活动来协调、维持和完成。因此，城市景观也具有强烈的人工化特征。这是城市景观区别于其他景观的最重要的特点。城市生态系统中，自然要素和社会要素是不可分的，是融为一体的。城市景观作为城市生态的一个方面，从景观角度对城市这一人类活动的中心进行探讨，是我们认识和解决当代城市问题的新思路。目前，城市所面临的许多问题，诸如交通、住房、土地、环境污染等一系列问题，在很大程度上是由于不合理的景观布局，造成城市内部要素之间不能相互协调，从而削弱了城市生态系统的功能。

城市景观发展变化极快，具有不稳定性。我国的深圳市就是一个明显的例子，在短短的十几年里，它由一个沿海小城镇变为一个具有相当规模的现代化开放城市。城市景观还具有破碎性的特征，城市内四通八达的交通网，贯穿整个市区景观，将其切割成许多大小不等的引入斑块，这与大面积连续分布的自然景观、农田形成对比，表现出明显的破碎性。

城市土地开发利用的过程，就是自然景观被开发利用的过程，这个过程中，自然景观不可避免地被改造甚至被破坏。城市化的过程常常被划分为三个阶段，不同阶段城市土地有不同的变化趋势，对城市景观的影响也就各不相同，如表3．2。西方工业化国家大城市目前多数处于城市化的第二发展阶段，有的城市，如日本的大阪，则处于由第二阶段向第三阶段转化的状态。我国的大部分城市目前尚处于第一阶段。

表3．2　城市土地利用对城市景观的影响

注：＋人口增加　＋＋人口大幅度增加　－人口减少　－－人口大幅度减少