[编者按] 用系统方法来研究城市生态问题，是有助于对城市环境的了解和环境与生物之间的关系的揭示。这对于研究我国城市生态问题颇有参考价值。
在城市研究中，我们面临着在生物体与生态系统非生物环境特点之间的相互关系和相互作用的研究。在能够生产一种营养结构的城市内动植物栖息区的能量流动正像任何其他居住区一样都是可以识别出来的。KP. 奥登（Odun）把城市生态系统定义为：
“在一个特定地区内包括一切有机体（就是‘居住区’）在内的任何单位都与其自然环境相互作用，因此一种能量流动将在一种生态系统的体系内产生一种营养结构、生物的差异性和物质的流通循环（就是说物质在有生命和无生命的各部分之间进行交换）。”
1. 人口生态学与城市
兰佩德关于城市化的观点是把城市化看作一种人口集中的过程，也可叫做城市的生态观点（卡特，1972），按这种观点，城市化是管理全体居民使之在一个特定环境中达到某种生存和安全的水平。
自然界中生物学上的群体有着称为群体增长形式的特殊增长形式。两种基本形式都建立在增长曲线的算术曲线图的形状上，叫做J形增长形式和S形增长形式。这些对比的形态或可以结合起来或可加以改变或两者混用，按照不同的有机体或环境的特点以各种方式表现出来。在J形图形中其密度是迅速地以指数形态增加，而当环境耐力或另一种限制突然变得有效时，曲线就突然停止。这种形态可由基于指数方程式的简单模式来表示：
除此之外，上面的容量并没有什么重要的补充，如常数K所表示，是S曲线上面的渐近线，曾被适当地叫做环境容纳量。在J形式中，可能没有稳定的容量，但对N的限制代表环境施加限制的上限（图1）。
种群增长曲线能够应用于任何活在城市的动物种类。麻雀的种群增长曲线在城市中心地区与郊区是完全不同的。当城市中心人口下降和建筑风格改变时就会引起麻雀数量的减少。鼠类种群在城市趋向于按照S形增长，但却显示出对居民区的变化有着迅速的反应，例如、当城市进行更新，有利于老鼠的垃圾被移去时（戴维斯1953），很多地方鼠类的种群趋向于达到居民区所施加的上限，也有如图1中B2图形所表现的由于捕杀和竞争而造成局部的振动曲线以及B3所表示的幅度更宽的振荡曲线，这是由于居民区进行周期性的打扫、改建或其他方面的改进所致。
迪威（1958）提出B2图表模式的增长形式或许是最普通的形式和很可能也是人类人口增长的曲线所显示的形式。如果仅由人的“自我密集”来控制而无任何为家庭计划那样的社会控制的话。
E. P奥登（1971）认为只要人口数量的摆动是温和的，前进的计划又是在继续推行的，世界就能对付它。城市人口的规模究竟多大，城市的服务和公共设施的运转才最有效，这种不断进行再估价正是人们所高度渴望的。即使这样，这类研究也还至今没有明确的结论。对人类人口与其更广泛的生态系统关系的这些特点的分析对改善计划和环境管理的帮助是很明显的。
2. 系统生态学与城市
系统生态学是把生物学研究与模式的建造联系在一起以试图发展一种新的综合水平（福因，1976）。城市生态系统动态的许多研究方法都根据城市的数量平衡而采用一种模拟的方法。物质的流动可用数量平衡的模式加以追踪，按照这种模式，所有原料的进入都作为货物和废料而告终。各种废料可再从生产和消费方面分解成生产废料和剩余废料。
系统生态学的研究包括调查与搜集城市生态系统的有关能量、水和物质分配的数量和质量。在香港的生态纲要中，要求对所研究的每个项目建立输出入特点、分配和利用的资料。例如，能源在经济各部门的使用、消费的社会经济形态及在使用空间和瞬时的变化。计算机模拟用来确定在大气环境和海洋_环境中与污染问题有关的物质的富集、扩散与相互作用，并把它作为搜集这些有关物质流动和分配类型的情报资料基础。这种数学模式起着一种有价值的指示作用，显示某些特殊污染物质影响的限度，并能提供有关像水的供应这样重要物质将来短缺的情报。
模拟的方法在于把城市作为一种生态系统，这对城市管理人员和计划人员来说是一种巨大的吸引力。城市供水系统就是系统生态学在城市应用方面的一个极好的例子，天然水流进城市，通过人工输入、使用、消费，然后又回到天然水道、在复杂的控制系统中包括一系列的间隔地段和环节。此类系统可以这样来描述：每一间隔地段是怎样由流速来改变的，流速能决定该系统在每一特定水平上的输入和输出的数量。
复杂系统的动态在某种程度上是可以预测的，不过，城市生态系统只有很低的可预测性。这是因为其任何时段的状况都可能是大量替换情况中的任何一种，由于这种情况发生的几率是很少的，所以选择准确的替换物可能性也是很小的。控制一种过程是非常复杂的，因此对它的可预测性必将是很低的。这类工作的巨大复杂性还在于表征其复杂控制过程的方法还没有为人们了解得很充分有些系统可能正是高度易变的和具有随机过程的，对于这类情况，只能用可能性来表示。
当系统生态学被应用于城市时，由于较难获得关于控制系统的足够资料，一般来说这就限制了把系统生态学应用于数量平衡的建立与评价（本耐特和考莱，1978）。不过系统模式的建立将有助于对城市环境的了解和它与生物体的相互作用。
3. 城市与有机体的相似性
威廉 · 考伯特（1830）常常提到十九世纪初期的伦敦是“人口非常集中的大城市”，它正把它的触角越来越远地伸向英国乡村以及向外扩展，寻求日益大量的食物、建筑材料和其他资源以满足其日益增长的人口的需要。
像任何其他有组织的统一体一样，一个城市可以从两个角度进行分析：一是暴露它的结构（解剖学）；二是揭示它的运转情况（生理学）（戴维斯1973 b）。一个城市的结构是该城市各分开部分和作用的空间形态，而它的生理学则是这些专业化的各单位之间所发生的相互交换。没有这些流通系统，也将没有城市。
艾伯尔、沃尔曼（W65）把城市供应、市内交通和向城市外面出口等一并用城市的新陈代谢来表示，而盖尔（1972）则把城市作为一种生活支持系统。从这些观点看，把城市看作一个有机体，它的需求能够超过它的资源基地的运送能力。为了居住区的繁荣，他们与自然界的关系是共享而不是寄生，即同环境维持和谐或生活互助。海夫利克（1974）认为城市是第二梯队的资源，它使用、合成、调剂和集中这些由较小居民区所提供的基本资源以大量生产各种货物和劳务。从生态学借用营养水平的概念，正像生物群落的不同成员占据不同位置或生产和消费的各种营养水平及能量的转换和损失一样，城市居民区也是这样（图2）。这种相似性最多也不过是向最高营养水平流动方式的一种比较。
一个健全城市地区的持续发展与一种生物群落（严格意义上说）有些相似的情况。最早侵入的是一些适应性强的物种，生物群落的其他成员随后也相继建立了自己的家园，所用的方式正是与人在居住区所用的方式完全相同。群落各成员间劳动的专业化和分工已变得很普遍，甚至多数人都能看到这种专业化是一种社会过程而不是一种自然进化的结果。
E. P. 奥登（1971）用这种说法总结了城市有机体的这种相似性：大城市由于在新陈代谢过程中利用资源、空气、水和食物而成为生物学上的寄生虫。城市越大，它的生产系统向其周围农村环境的需求也越多，破坏这个天然环境的宿主的危险也越大。城市新陈代谢的循环是直到把该市日常生活的所有废物及剩余物以最小的公害和危险性移去和处理掉才算完成。
恰佩尔（1972）对这种有机相似性做了进一步研究，他发现：一个城市吸收营养物而排泄废物；它的细胞组织的容量是随着时间而变化的，其内部组织结构也是如此。城市从比它本身和其内部经济还大的饲料地区得到供养，它们的健康状况是互相关联的。
4. 城市是有机体的生境
城市是人们最大限度发挥改造功能的地方。然而在对城市进行改造时，它们已为许多植物和动物创造了新的居住区，并发展了新的食物链。正如一个池塘或一块沙丘可以看作一个居民区一样，一个城市也是如此。城市为许多种类野生生物提供栖息地（生境）。影响该城市的技术变化导致城市野生生物的进化和适应。城市曾被解释为“生境岛的聚集地”，每个岛的生活力常常取决于外界的补充，它的舒适程度与该岛的布局有关，而其联系的有效性则与它们的周围环境有关。特殊的野生生物生境区曾被进行分类并涉及到较大的生物地理单位。一般的生物地理学理论曾开始应用于城市栖居区，例如一条宽度为90米的分隔行驶的公路，发现有宽度一倍的水体起拦栅作用，而中间的狭长条和外边的界限则起重要的走廊作用，铁路沿线两边也是那样。
对城市野生生物传统的处理方法都或多或少地以城市地区自然史为指导并加以补充。西欧、北欧、北美，对城市生物的研究都系统地注意到鸟类、哺乳动物和植物，因为每种形态的生物体都有不同的移动性和在建筑物、花园、垃圾堆和运输路线开辟栖居地的能力。不过，欧文（1978）正在尽力强调昆虫在城市地区食物链中的作用，并利用这个机会说明人类在探索郊区园林管理中如何创造有利于在高密度中建立昆虫群落的环境和引起利用杀虫剂最终_破坏极重要的食物链。昆虫也把疾病从城市生态统的一个地区带到另一个地区，开拓适合繁殖的生境（尼尔森1978）。
城市可以作为人的居住区进行研究分析，正像它是一种鸟类或哺乳动物那样。目前似乎还没有证据证明人类是不适合城市生活方式的，而却有证据证明某些城市环境是完全不适合人的居住的。法国乡村儿童身高趋向矮小，成长率较慢，达到青春期要比城市儿童晚。不过，虽然，这种对比可以用较好的生活条件和城市饮食的改善来解释，但城市居民自然条件的优越性主要还是来自法国各地的移民与当地人婚姻的结合。巴黎父母亲的孩子同时也诞生在巴黎的却比移入者的那些孩子矮小。
每一居住单元必须被看作为一个生态单位，在一个居民区内各有机体之间的明显联系将利用人类活动所提供的每一机会随着较简单的生活形式而发展开来。住所中虫害的发展势必造成不舒适、疾病，甚至死亡。在城市的其他地方，如仓库可能为害虫提供不同的栖居地。
那种把城市和工业区域叫做非主要系统的概括说法，从整个生物生产力来说，是正确的（西蒙斯1974）。城市作为一种生态系统需要从各种角度进行观察。从全球角度看，城市应被看作为全球系统的最高水平的消费者。它们是世界资源最高消费率发生的地方，是吸引全球生态系统（从海洋深处到最高山脉的牧场都包括在内）所有其他组成部分生产力的地方。从农村个别城市角度看，城市地区是带有与其周围农村地区不同气候的生态系统。在人为改变的城市环境中，各种不同的流行病环境都存在，动物行为被改变，鸟类、动物和人都采用城市生活方式。
整个来说，城市被认为是一种系统，在城市内，由居住区的改变而产生的特定的生态系统的宿主是可以被认识的。其中最清楚的是城市生态系统内为植物和动物所自由开拓占领的那些领域，像园林土地、荒地、废地。
5. 数量平衡研究法
农田生态系统是一种只有能量单向流动和封闭式的物质循环生态系统；有些农田生态系统的物质循环不是封闭式的，以封闭式物质循环为主的自给自足的生态系统概念普遍认为是指那些未被干扰的土地系统。
自给自足在城市生态系统中是不存在的，因为城市作为生产系统要依靠从广泛分散的许多来源中进行远距离的商品、产品和物资的汇集。城市系统中的主要消费者一人，从根本上说几乎不是依靠该城市本地的生产者和不完全是本城市的工厂。它的生产动力几乎完全不依赖本市的资源状况。城市生态系统流的主要能量局部地超过固有能量，并进行反馈，同时依靠其它系统的资源补给。
为了估价城市对外地其他资源的依赖性，城市数量计算已被用来与在自然生态系统中所进行的营养循环研究进行对比。艾贝尔 · 沃尔曼（1965）按照水的输入、输出及空气中污染物质的输出量讨论了这种城市数量预算。戴维特 · 密勒（1968）把城市看作转化能量和物质的生产系统。虽然大部分转化发生在建筑物内，但其废物已作为可感觉的热、二氧化硫、水蒸气、光化学物质和污染物铅，每种排出物都改变着城市地区的能量和数量平衡。
a. 城市能量预算：一个城市地区地表的能量平衡可以正式写为：
P是降水量，包括雨、雪和冰雹；是露水和白霜；是由人为来源放出的水，特殊情况下是由燃烧产生的水；W是由管道、地表或近地表流入城市的水；E是蒸发（包括汽化）水；RS是从天然的和管道的地表和近地表流出城市的水；S是储存在城市建筑物中的水的变化。任何这些数值相对数量的大小将取决于地点的不同、城市的商业、消费和生产系统的不同以及地表和地下水供应的有效性。
雷暴雨在城市的发生率是高的，那里的空气污染也是重的。天气所固有的易变性可能被认为是由城市化所引起的降水量大幅度变化的原因。伦敦、华盛顿、乔治亚、拉波特、芝加哥、乌尔巴那平原、慕尼黑、纽伦堡、布达佩斯和孟买以及其他带有铅微粒来源的大城市都是对雷暴雨发生影响的地区。根据城市周围很少的雨量计（通常多在公园和机场来测量），就不可能得出足够精确的数据来计算城市水量平衡，如果加剧的雷暴雨活动未能事先预计到的话，将可能导致下水道及暴雨排水网的设计容量不足。
城市地区不同于农村地区，其径流总容量的变化和城市径流水量集中汇集成更大的雨水洪峰而被排泄掉。在整整一年期间加利福尼亚塞克莱门托的184平方公里的莫里森克利克盆地中，一个完全建成的街区径流流量是同等大小的农村的二、三倍；而在干旱时期，基础流量与河水流量城市是农村地区的70%。
最高降水量和最高排泄量间相隔时间的变化是城市水量平衡的关键性方面，它影响洪峰时间的测定和漫滩瘫的出现。
c. 城市营养物的平衡：城市营养物的平衡可以被看作为维持城市人的生活所必需的代谢营养物的流动或供应，或者说，诸如食物、燃料、衣着、耐用货物、建筑材料以及维持该城市作为消费、商业和生产系统所必需的原料，因此，城市生态系统依赖于其他生态系统。
识别这种依赖性的一种方法就是把非城市景观划入为供应城市而被充分利用来生产粮食的生态系统，划入为发展林业；粮食生产、物质再生产等多种用途的生态系统以及作为资源储藏库而被保护起来的原生环境生态系统（E. P. 奥登1972b，西蒙斯1974）。不过营养物的流动并非只一种形式，城市废物可以被循环使用为农业生产服务。城市生态系统是一系列互相依赖的生态系统的一部分，它们对充分维持人类生活都是不可缺少的。对人的新陈代谢来说，食物的供应和流动可以表示为：
NS - WI = NC - W2
当NC = B1 + WG + WS
这里NS是对城市地区总的营养物供应；WI是在供应和分配过程中所产生的废物；NC是所消费的营养物的数量；W2是食物加工过程中的废物，B1是对人的生物量的补充；WG为废气，WS为人的生物质中的污水。在香港和悉尼营养物的供应是按食物生产、进口、出口和再出口的国家统计数字以及按全国每人食物消费量的统计数字计算的。
除营养物外，个别元素像磷的循环是值得注意的。有些物质像汞和铅都有它特殊的轨迹和空间的密度。铅是发现在岩石、土壤和海水内的最普通的潜在有毒物质之一。人的血液里通常含有20 ~ 30微克的铅，80微克在工业上就是一种可以接受的界限，超过此界限工人就要冒铅中毒的危险。在正常饮食中，一个人每天将消耗约200 ~ 250微克铅，但只有约十分之一的铅通过消化系统吸收进入身体。不过，在空气中约有20 ~ 50%的铅随空气进入身体。
[Progress in physical geography，1981年第3期]