物质流是生态系统中物质运动和转化的动态过程。它是构成生物体的各种物质，如氮、磷、水和各种微量营养元素，以及一切非生命体构成的必要物质，在生态系统中处于经常传递、转化的动态过程中。生态系统中物质流有两种主要过程：一是地质大循环过程，在各种物理和化学的作用力影响下，物质由体系外引入、经过体系内循环转化和还原后流向体系外；另外一种是受生物力的作用，物质被生物选择吸收，并在生态系统内沿着生产者—消费者—还原者的方向流动，称为生物学小循环。
物质流动过程定量分析是研究和评价一个生态系统状态和预测生态系统发展变化趋势的重要方法，目前正在环境保护和自然保护中研究与应用。
生态城市设计
“生态”一词源于希腊文Oikos，原意为“家”和“住处”，是德国科学家恩斯特·海克尔于1869年提出的。这个词，作为一门研究有机物与其生活环境之间相互关系科学的名称。生态学的起源，尤其是其演变过程，同其他学科的起源和演变过程迥然不同。由于生态学是各门学科的大汇合，所以生态学能够应付日益复杂的环境问题，触及社会和自然界的许多方面。
20世纪20年代中期，由奥古斯特·蒂内曼和J.布朗布朗凯和查尔斯·埃尔顿创立的群落生态学，即生活在同一环境中的物种的生态学，开始与人们的生活环境联系起来。影响到全世界所有国家的环境问题，直接关系到包围这个星球的一层薄薄生物圈。“生物圈”这个术语是由俄国科学家V.I.维尔纳茨基在1926年首次提出来的，他是生态学的先驱。“生物圈”这个术语指出了生态学的最终目标。在生物圈里，人起着支配的作用，因此人对生物圈的演变所负的责任，是我们最迫切需要考虑的问题。
1971年，联合国教科文组织发起了“人与生物圈计划”，这个计划后来得到进一步的发展，强调必须采取综合的学科间的研究方法来研究人与生物圈的问题，而不是多学科的方法。
（一）“人与生物圈计划”中的城市规划环节
近年来“人与生物圈计划”的研究及其进展，促进了城市规划学科在以下诸方面的内涵延伸：
1.开创了对城市的跨学科研究，使人们有可能确定城市的经济、社会、生态等基础结构及其空间组织之间的主要联系；
2.创造了符合生态学要求的城市整体规划方法；
3.产生了预测城市生态系统“行为”的数学模式。
城市规划生态学理论框架是在1975~1977年间建立起来的，其任务是把生态的社会和其他方面的知识变为城市设计语言。
（二）城市的生态问题
在20世纪的大部分时间里，城市化一直是一个世界范围的现象。种种迹象表明，世界对于如何对付这一爆炸性的冲击尚未准备就绪，因此尚无能力全面地认识和解决城市化问题。“人和生物圈计划”提倡采用综合的多科性“生态系办法”来研究城市问题，特别注意城市的粮食、能源、原料、人、情报资料和其他方面的“流量”，并提出了一个从生态角度来研究城市居住区的方法。
在生态学家看来，城市可能是一种人工色彩很浓的系统。随着每一次新技术的发展，城市居民逐渐离开其“自然”环境，他们的物质和生活稳定性在很大程度上已经难以通过自然界本身的自动调节来实现。受现代人干预影响最大的环境——城市生态系统，直到目前为止，注意力经常过分集中在组成生活进程的亚生态系统或更小的生态系统方面。与此同时，宏观结构仍然被人们忽视，而这些宏观结构恰恰是人们能恰当认识城市生态问题的唯一基础。
城市能源的各种动向，是一个重要的尺度，能帮助我国了解城市生态系统。研究一个社会的能源形式就会涉及社会发展的各个方面，并引起人们关注生态方面正在发生的重要变化。城市的生态问题已经达到了某种“临界量”，解决这方面的问题就得要求人类住区——城市的未来前景体现生态的发展标准，这就需要对“科学—城市设计—城市环境”这一整个系统作更深入的分析，从而提出“生态城市”的概念。
前提和层次
1.建立“生态城市”的前提
城市发展应服从生态—社会发展的目标，因为今后物质和能量流动的结构和速率与现在的大不相同。物质和能量流动构成所有城市子系统的共同特征。建立“生态城市”概念的前提是弄清楚城市的社会和生态两种子系统如何在交互作用中发展。
用生态学的方法解决城市设计的问题，力求同时满足文化、经济和生态三方面的需要。在1981年联合国教科文组织主办的“人与生物圈”讨论会上，亚尼茨基主张把主要力量放在城市规划而不是放在对城市问题的学术研究上。于是，城市规划师开始注重城市生态系统，把人类的聚落问题作为更大的生态系统的一部分，而不是孤立地、片面地从纯工程角度来对待和研究。在宏观方面，建立“生态城市”的概念框架，考虑城市对环境的全部影响，“环境影响评价法”的基点正是考虑了基本的互动作用；在微观方面，考察“生态城市”系统的各个侧面，确立“生态城市”设计语言的逻辑关系。
2.“生态城市”
我们所研究的城市规划的基点是城市化对于自然环境的影响。然而，没有城市群落和其他由人维持的生态系统，显然也就不会有什么城市。于是，在“人与生物圈计划”研究过程中，提出了“生态城市”概念。事实上，这是一个最根本的问题。因为人和自然都必须在城市中怡然自得，使城市成为生物圈和社会圈的一个完整的组成部分。“生态城市”必须同时既是一个生物体，又是一个能够供养人和自然的环境。“生态城市”是人与生物圈中理想的住区，生态城市的社会和生态过程以尽可能完善的方式得到协调。生态城市设计可视为认识社会—生态综合体的基本问题的最佳方式，体现着科学和城市规划之间相互实际依存的关系。“生态城市”的核心思想是它的整体性和它的和谐的生态—社会发展。“生态城市”的决策人和规划者面临三大课题：
（1）人与自然的对立与协调；
（2）城市与农村的分离，城市的盲目延伸与乡村的自然景色的矛盾。这里有两个世界，即人类的世界与自然的世界，要协调两者的矛盾；
（3）追求城市效益与保持环境舒适之间的冲突。
为了解决上述三大课题，在“人与生物圈计划”城市系统研究中首先必须从以下几个方面作系统分析：①“生态城市”发展的焦点是城市系统的承受能力（城市既作为适当的人类住区，又是生态系统和支持系统）；②当居民从乡村转向“生态城市”，个人和社会都需要在心理和生理两方面进行重大调整；③“生态城市”作为人类环境区，是人类文化和创造力的自然之家；④单纯保护是不够的，还需要有利于发展和改善人与其所处环境的关系。这正是“生态城市”所要实现的目标之一。
3.“生态城市”的层次
（1）时—空层次
“生态城市”中的社会过程和生态过程都有一个明确的时—空结构，这种时—空结构体现出生态城市中整个人工的（技术的）环境在其社会系统和生物系统的相互作用中具有的空间界限。生态城市的时—空结构同时也是“生态城市”综合概念的框架，城市的社会关系是这种框架的支撑体系，城市的空间关系是这种框架的表象。
（2）社会—功能层次
社会—功能层次是城市组织以及反映这一组织的全部知识的第二个层次。时—空层次浓缩于社会—功能层次中，而社会—功能层次又在时—空层次上留下投影。生态城市的人工环境与自然相互“直接”作用之后，就会产生两大组织系统：①社会系统，包括生产、社会基础结构等；②生物系统，包括自然和人工的生物群落。
（3）文化—历史层次
“生态城市”研究中跨学科分析的最高层次是文化—历史层次。每个城市都有其对未来的设想，这是它的特性的一个组成部分。文化则给这个城市的思想和行动带来一致性，这就是不同的城市所形成的不同的城市文化。
生态城市的文化—历史层次在于分析造成城市与自然矛盾的那些深刻的社会—经济原因，并且系统地提出社会和个人为克服这种矛盾所应追求的目标。社会—哲学和历史—文化的分析在这方面起着主导作用。每个城市只有通过文化才能影响社会、影响人类。尽管文化的空间并非总以城市为单位，也并非总以国家为单位，但是生态城市的文化空间在文化—历史层次上总是力求充分保持和显示出自己新的特性。
（4）“生态城市”的社会功能
现在的城市规划学科知识对于“生态城市”功能概念的发展是不够的，因此，越来越需要由城市社会学、城市生态学和城市规划学相组合而构成“生态城市”的区域模式。由于社会、生态和技术各系统之间相互作用，生态城市的“社会—功能”概念具有跨学科的特征，而且这一对象必须在空间上体现出来，因为与此相关的下一步便是空间（城市）的设计阶段。生态城市的社会—功能既有预测的一面，也有回顾的一面，由于人类的需要和生活方式的变化，以及对新的生态环境的反应的变化，生态城市的社会—功能始终处于演变过程中。
设计方法
1.“生态城市”设计的阶段
生态城市设计在广泛的科学和社会范围内加以考虑，换言之，生态城市设计只是从进行基础研究到形成城市环境这一全过程中的一个阶段，这个阶段共分5个方面：
（1）基础研究；
（2）应用研究和发展；
（3）具体的城市设计；
（4）建设过程；
（5）城市有机组织结构的形成。
迄今在城市设计中着重研究了第一至第三方面，但也不可忽视建设技术和组织形式对于城市设计过程的影响。
2.生态城市设计的主要功能
（1）城市设计是生态城市模式的空间表现。在设计过程中，城市设计语言综合相应地表达为模型、要素和其他与这些要求密切关联的技术系统之间相互依赖的复杂关系；
（2）城市设计旨在获得某种目标、某种具体的社会需要。生态城市设计的目标是新建立的城市群落与周围的农业群落、自然景物、保护区以及其他自然和人工环境互相联系，成为一体；
（3）如果我们将城市设计提高到创造“生态城市”的层次——我们就必须明确这种静态的表现是否符合理想，是否可以利用它来指导和掌握未来城市环境的“成熟”过程。
（4）城市设计是一种社会—文化现象，它对于城市决策者、管理者以及公众舆论所施加的影响越来越大。在当代文化中，城市设计是描绘未来城市图景的一种方法，是对城市各种相关信息在空间处理方面的过滤，是城市子系统相互之间的“信息关系”。更具有重要意义的是，它是可以接近普通市民的方式，它潜在地制造着最广泛的机会，使城市规划师和各种社会集团之间可以交流。因此，现代的建筑师、城市规划师是科学与城市社会生活之间、科学与公众意识之间的重要中介。这在生态城市设计中必然具有一种可见的特性；
（5）城市设计是一种艺术。因为城市设计是未来城市的“生命常青树”所赖以生存的基础。1960年，凯文·林奇在《城市的意象》一书中阐明了一个大城市在其居民心目中的形象，但是城市形象中的城市环境观念至今并没有对城市设计、城市建设产生任何重要影响。因此，只有建立“生态城市设计”的概念与方法才能在当前及今后的城市设计中取得重大进展，这就要求在城市规划师现有的专业亚文化群的基础上综合科学、艺术、技能、专业修养以及多边交往能力。
总之，城市设计既是手段也是目的，是技术现象又是艺术创作，它是知识综合的产物。现代城市设计的目标之一是“生态城市设计”，这就需要城市规划师与社会学家和生态学家一道制定生态城市的模式。这将是城市设计方法的一种转化过程。
3.生态城市的设计语言
（1）人工环境与自然环境的协调；
（2）传统的、对客观对象的空间表现方式几乎随时变化，因此，城市设计所表现的只能认为是城市四维空间的各种横断面；
（3）生态城市重新肯定自己之所以存在的最基本的理由：向人们提供可以面对面接触的中心场所——这就是街道；
（4）市场和商场是街道的统一体；
（5）人们分不清城市中街道、广场和绿地的衔接处究竟在哪里；
（6）在城市中为市民增添可以接触到的水；
（7）确保阳光照射到各个城市空间；
（8）树在城里，城在树里；
（9）在有座位的地方，人们总是想坐，因而，城市中供人休息的设施至关重要；
（10）“行为池”是城市设计的前提；
（11）城市设计的关键因素不是民族性，而是城市特性。不同国家大城市之间人们行为相似的程度要大于同一国家内大城市与地方城市之间人们行为相似的程度；
（12）无障碍设计是生态城市设计的基点；
（13）市中心对市民永远具有吸引力；
（14）通街遍布，自成一体；
（15）所有的城市文化价值都是历史的遗产，但又是城市设计中革新的源泉；
（16）城市景观是城市文化的空间构成及表现。
生态城市设计是一门正在探索过程中的学科，它是在城市社会—文化背景下的跨学科的综合研究，旨在形成一种新的城市设计方法。
城市环境元素分析