生态位理论与方法在城市研究中的应用，本文主要内容关键词为：生态论文,理论论文,方法论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：K928.5 文献标识码：A 文章编号：1003-2363(2004)02-0013-04
1 生态位理论
生态位理论是生态学重要的基础理论。Grinnell在1917年首先应用“生态位”(Niche)一词来表示对栖息地再划分的空间单位。Elton认为生态位表示的是物种在生物群落中的地位和角色。1957年G P odum把生态位定义为群落中某种生物所占的物理空间，所发挥的功能作用，及其在各种环境梯度的出现范围。
1958年，Hutchinson从空间和资源利用等方面考虑，提出了比较现代的生态位概念，认为生态位是每种生物对环境变量（温度、湿度、营养……）的选择范围。因为环境变量是多维的，所以生态位可以看成是多维空间。在这个生态位的外围所限定区域内，任何一点所构成的环境资源状态组合，该物种均可以生存和不断繁殖[1]。
后来又有不少学者对生态位定义进行了扩展，提出了生态元、潜在生态位、非存在生态位等概念。但综观各种定义，基本上都包含有这样的一个基本思想，即生态位是生物单元在特定生态系统中与环境相互作用的过程中所形成的相对地位与作用。
建立在生态位概念基础上的生态位理论、方法，基本内容有：生态位态势理论及分析方法、生态势理论、生态位扩充理论、生态位适宜度分析方法、生态位重叠和分离理论。生态位理论和方法不仅能广泛用于自然生态系统，而且对于社会、经济生态系统也具有重要意义。
2 在城市研究中的应用
2.1 生态位态势理论及应用
根据生态位的涵义，从区域范围看，城市生态位可定义为城市在上级区域系统中与区域环境相互作用的过程中所形成的相对地位和作用。因此，对应于生物单元的生态位可分为态和势，城市生态位也应该包含2个方面：(1)城市的态（能量、资源的占有量，人口、经济发展水平，科技发展水平等），是城市过去积累的结果。(2)城市的势（能量交换率，生产率，人口增长率，经济增长率等）。二者的结合由生态位宽度，即生态位大小来体现。生态位宽度的计算公式较多，如
生物单元（或系统）的态是势的基础，而势促进态的转化。态的变化一般呈“S”型逻辑斯谛曲线，势的变化则呈“钟”型曲线。这同样适用于城市这个生态系统。图1表示城市生态系统态和势的这种变化规律。
图1 城市生态系统的态势变化规律
Fig.1 The changing rule of city ecosystem niche
由图1可知，城市生态位的态(S)是一个量不断积累的过程。且积累的速度由慢到快再变慢。而城市生态位的势即城市生态位态的变化速率开始逐渐变大，达到某一峰值后，呈渐低趋势。根据势的变化将城市发展分为3个阶段[2]（图1）：(1)增长阶段，城市处于青年期，其发展位于“钟”型曲线左侧，社会、经济等指标的增长率的增大趋势十分明显，生态位宽度增大，且有很大的发展潜力，可积极开发。但此阶段城市发展不稳定，波动幅度大，要着眼长远，注意资源时空上的合理分配和生态关系的协调发展，防止生态失衡。(2)稳定阶段，城市逐渐发展成熟，其发展位于“钟”型曲线的顶部，表现为人流、物流、信息流趋向平衡，对社会、经济和自然资源的利用量最大，并且利用率最高，产生的效益最大，生态位宽度也就最大。此时要注意开拓新的生态位，保持城市动态平衡，防止衰落。(3)滞缓阶段，城市处于老年期，其发展位于“钟”型曲线的右侧，城市增长速度放慢，生态效率低下，离心力大，生态位宽度变小。城市表现出衰落、退化，甚至消亡。因此，要立足实际，制定开发对策，改善生态位，使城市恢复活力。
上述的3个阶段划分界限，我们可以通过计算城市生态位宽度、考察其值的变化情况来获得。在计算过程中，可以用GDP、城镇人口等来表示城市生态位的态，用与之对应的增长率（量）表示城市生态位的势。
若考察中心城区和郊区县生态位宽度变化，还可以粗略得出城市发展趋势。如罗小龙、甄峰通过对比1995～1997年南京市中心区和郊区GDP、人口生态位变化情况（中心区GDP、人口生态位呈变小趋势，而郊区均增大），得出南京将进入以人口分散化为特征的快速郊区化阶段。
生态位宽度还可以指示城市的宏观特征。如分别以人口、GNP表示城市生态位的态，多年人口、GNP平均增长量表示城市生态位的势，计算全国各个城市的生态位，根据人口生态位、GNP生态位宽度得出哪些城市是人口大市，哪些是经济大市。变更表示城市生态位的态和相应的势的指标，基本上可以得出样本内各城市的主要特征。
2.2 生态位适宜度分析及应用
经济的发展是以资源为基础的。这里的资源包括自然资源、社会经济条件及物质资源、人力资源等，它们共同构成一个多维的资源空间。发展方式（发展措施、发展途径、产业选择、产业结构等）不同，资源空间也就不同。为了描述方便，根据Hutchinson对生态位定义，我们不妨把某种发展方式对资源需求所构成的多维空间称为该种发展方式资源需求生态位，简称需求生态位。需求生态位通常涉及很广，全面分析所有的“资源维”是很困难的。因此，在实际工作中，通常根据城市资源特征，分析那些可能成为制约条件的资源因素[3]。
城市现实资源也构成对应的资源空间，称为现实资源生态位，简称现实生态位。现实生态位与需求生态位的匹配关系，反映了现实资源条件对某种发展方式的适宜性程度，其度量采用多维资源生态位适宜度指数来估计。当生态位适宜度指数为1时，表示城市现实资源条件完全满足所选择的发展方式要求。当生态位适宜度指数为0时，则表示现实资源条件完全不满足所选择的发展方式。当一种资源的现实条件在数量或质量上不足，接近可利用限度时，即其生态位适宜度为0，则整个生态位适宜度指数为0。参考欧阳志云等(1996)的研究，多维资源生态位适宜度指数可用下列模型估计[3]
多维资源生态位适宜度指数大小反映了城市资源条件对发展需求的适宜程度，因此，我们可以根据其大小初步确定城市的经济发展方式。
从另一个角度看，上述利用生态位适宜度指数寻找城市经济最适宜发展方式的过程，实际上就是扬长避短、充分利用地区资源的过程。这是生态位理论目前用得最为广泛也是最为成功的一个方面[4～6]。
2.3 生态势理论及应用
对于城市形成发展的动力机制，城市发生学、城市引力理论等都作了解释。但城市是一个多属性、多因子、多目标的复杂系统，其组分间的相互作用远不像这些理论模型描述的那样，只由一两种生态因子所决定[4]。为此，我们引入生态势概念，试图对复杂多因子的城市系统形成机制进行解释。
从资源利用角度看，区域生态位是指区域提供给人们的或可被人们所利用的各种生态因子和生态关系的总和，是一个包括自然地理、社会经济及心理、观念在内的多维偏序向量。城市中区域不同，生态位就不同。生态位的这种差异，就会在城市中形成生态势。正如水位的差异会形成水势一样。既然生态位是多维偏序向量，那么生态势也是多维的。
生态势不同，对人群和企业等的吸引力就不同。生态势高的地方，其吸引力强，外界人口、资金、信息、能量等都流向于此。结果导致这里的生态位宽度增大、结构构成复杂，进一步增大了生态势。随着人流、物流等的不断集中，最终会使某一种或几种生态因子欠缺或生态关系恶化，整体生态位出现结构紊乱，宽度降低，甚至为0，这样生态势也随着降低。该区域的吸引力就变小。外界的物质、能量、人口等不再进入，甚至原有的都要向外扩散或转移。生态势低的地方，吸引力小，开始时人口、资金等流出，但可被人们利用的生态因子和生态关系（不一定是本地的）即使减少也不会太多。一段时间后，这里可能成为生态势高的区域。这样它将经历上述生态势高的区域的发展历程。生态势这种高低的相对变化，将循环往复。可以这样说，城市中的物流、能流和信息的传播、人口的迁移、资金的周转等基本上都是由于不同地点生态势的差异造成的。生态势是促进城市形成发展的动力。
可以看出，城市发生学、城市引力理论只是从多维的生态位中提炼出一两个因子或关系来解释城市形成与发展的动力机制。从这个意义上说，生态势理论应是这些理论模型某种程度上的抽象与概括。
值得提出的是，在生态位诸因子中，人类的生产和生活活动具有重要意义。从某种程度上说正是人类对城市生态位的趋适、开拓、竞争和平衡效应，推动了城市的形成与发展，导致了城市各自不同的性质、结构和功能，以及各自昌盛、衰亡和再生的命运[4]。
2.4 生态位扩充理论及应用
生态位扩充指的是由于生物单元无限增长的潜力所引起的态和势的增加。任何生物都有无限扩充其生态位的潜力，试图占据更大的生存和发展的空间，发挥更大的生态作用，对环境产生更大的影响。可以说，生态位扩充是生态系统发展的本能属性。生物的发生发展过程即是其生态位的具体体现[1]。
对城市这个生态系统而言，其发展过程亦可被看作是城市生态位扩充的具体体现。城市生态位扩充主要通过对良好生态位的趋适、空余生态位（城市资源生态位与已被占用的生态位之差）的开拓、城市资源的竞争和生态位的相互平衡来实现。城市生态位的不断扩充使得社会、经济、自然要素在地域空间上产生分异，从而促使城市空间结构的不断演化。这一空间演变过程与扩充方式相对应，可划分为4个阶段，即集聚—中心化阶段、外溢—专业化阶段，分散—多样化阶段和填充—多核化阶段[6,7]。
首先，城市中心区具有良好资源条件（包括自然、社会、经济物质和非物质资源），各企事业单位以及其它职能部门在中心区高度集中；其次，由于中心区范围有限，一段时间后，中心区某些资源变得相对匮乏。于是城市各种功能向周围地区溢出，在城乡结合部、郊区农村形成非农专业化生长点，使得吸纳这些功能的地区生态位得到极大的增长，形成发展的源动力。第三，由于交通运输条件的改善，使城乡结合部、郊区农村生态位得到又一次飞跃式的提高，这一阶段产生的影响远远大于第一阶段，表现为城市人口与产业扩散不断加剧，城乡结合部、郊区农村土地开发趋向多样化，功能区类型及数量增加，形成一些多样化的生长点。在城乡结合部、郊区农村产业结构中，农业地位相对下降，工业、居住、商业呈现结合态态势，非农产业开始占据主导地位。第四，城乡结合部、郊区农村的一些优势区位由于具有很宽的生态位，并且其生态位仍然不断在扩充，这些地区通过进一步的空间集聚，吸引更多的人口和产业活动，形成次一级的中心城市、卫星城或边缘城市。
2.5 生态位重叠、分离理论及应用
当两种生物利用共同占有某种资源，就会出现生态位重叠现象。根据Gause原理，在两个生态位的重叠部分都必然要发生竞争排斥作用。生态位重叠越大，为某一物种所独用的资源空间就越小，竞争作用就越强。如果竞争是强烈的（远超过了资源环境容纳的限度），那么只能保留一种物种[5]。如果两个生态位是完全分开的，则不会有竞争，两个物种都能占有自己的全部生态位。但在这种情况下，资源可能未被充分利用。因此，在城市内进行工业企业总体布局时，一方面必须对目标区域的资源环境进行评价，了解其空余生态位，与工业企业需求生态位相对照，避免生态位过多重叠。另一方面，布局的工业企业生态位又不要过分分离，最好彼此衔接，甚至适量重叠，以保证充分利用资源。
工业企业生态位发生严重重叠的区域，就要设法适当分离其生态位。主要方法有以下几种：(1)生态位空间上分离。如迁移部分困难工业企业，减少资源需求，旧城改造常选用此种方式。(2)生态位时间上分离。现实中的例子很多，如一些耗电量大的工业企业避开用电高峰期进行生产，同一个主题、位置临近的番禺香山野生动物园和长隆夜间野生动物园分别在白天和晚上营业。(3)定向改变生态位，即找出区域资源的空余生态位，将工业企业的产品、服务转向于此。也就是俗话说的转行。
上述方法被动性较强。当然我们还可以采用一些主动的方法。如挖掘潜在生态位，提高资源利用率。举一个例子来说，广州相临的两个大型主题公园——世界大观和航天奇观，目前效益均不好。原因是与它们生态位重叠的企业众多，且二者在很大程度上也互相重叠。两者都占地广、投资巨大，搬迁不切实际。营业时间和生态位定向改变也不太可能。作者认为二者可以通过合作，加强竞争力来扩大客源（生态位），实现双赢。如实行优惠的联票制等，这样世界大观可以利用原本只属于航天奇观的资源（顾客），而航天奇观也可以利用本只属于世界大观的资源。而且二者的联合又可以挖掘部分潜在的资源，生态位宽度（即生态位大小）明显扩大了。当然优惠的票价会减少部分利润，但企业每天运行的固定成本不会因顾客多少而发生变化。降低票价，吸引更多的顾客，“薄利多销”反而能让企业和顾客都能受益。
生态位分离大的区域，解决措施有二：(1)引入新类型的工业企业，占有空余生态位。(2)扩大原有工业企业规模（或数目），增加种内竞争，促使生态位（亦即数量、规模）相对狭小的工业企业扩充生态位，扩展资源的利用范围。
3 问题与展望
以上研究主要还只集中在对城市发生发展的动力、过程和趋势预测以及城市产业布局、调整几个方面，而对城市研究中其它重要内容未涉及。生态位理论目前还处在不断发展中，理论本身还存在诸多问题，特别是在生态位宽度等定量计算方面。可以预见，随着生态位理论的不断完善，它将为城市研究的理论和方法注入更多的新鲜血液。
收稿日期：2003-02-10；修回日期：2003-11-29