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城鄉環境
Agricultural and Urban Areas
農業與城鎮生態系 永續社編譯
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概述 第一章 城鄉環境 農田在哪裡？ 城市在哪裡？ 風暴和海嘯 發展模式 城市內部的格局 城市的微氣候 農業地區的微氣候 結論 第二章 城鄉地質 城鄉景觀 地質與城市 地質與土壤 土壤條件和植物生長 土壤、氣候和農作物的生長 城市用水 結論 第三章 城鄉生態系統 生態系統的概念 測量能量 生態系統之間的交流 氣象得失 生物得失 地質得失 農場的能量流 能源補貼 人造肥料和能源 收集能量 農田養分循環 城市能源 非食品能源 食物能量 城市中的營養循環 城市中的其他週期 廢物處理 結論 |
第四章 城鄉生物多樣性 馴化的動植物 以農田為生 雜草 農田動物病蟲害 農場中的微生物害蟲 城市中的機會 城市裡的動物 城市害蟲 城市與疾病 城市生物多樣性 結論 第五章 城鄉歷史 冰河時代的終結 第一次馴化 牧民 馴化和繁殖 農業的傳播 城鎮的起源 從鄉村到城鎮 城市的進一步發展 結論 第六章 城鄉環境保護 生物多樣性的價值 增加城市和農場的生物多樣性 人與野生動植物 保護馴化品種 氣候變遷 全球人口與未來 結論 |
前言
地球是一顆非凡的行星。在我們的太陽系中，沒有其他地方可以以如此多種形式生存。據我們目前所知，我們的星球是獨一無二的。隔離在荒蕪的空虛空地中，在地球上，我們被各種各樣的生物所包圍，從棲息在土壤中的細菌到在海洋中遷移的大鯨魚，從太平洋森林的巨型紅木樹到在城市人行道上生長的苔蘚。在荒涼的宇宙中，地球以各種令人迷惑的形式充滿著生命。
關於地球最令人興奮的事情之一是存在於地球表面的豐富的動植物群落模式。赤道地區炎熱潮濕的條件支撐著茂密的雨林，高高的樹冠被許多動物所佔據，其中一些可能永遠不會觸及地面。另一方面，極地地區寒冷寒冷的條件下維持的動植物種類卻少得多，但在如此惡劣的條件下仍能生存的動植物對其測試環境具有顯著的適應性。在這兩種極端之間，存在著許多其他類型的複雜社區，每種社區都非常適合於該地區盛行的特定氣候條件。科學家稱這些社區為生物群落。
世界上不同的生物群落之間有很多共同點。每個組件都有一個植物組件，負責捕獲太陽的能量並將其提供給社區的其他成員。每個動物都有大小的放牧動物，它們利用植物體內發現的能量儲存。然後是捕食者，從捕食較小昆蟲的微小蜘蛛到以大型動物為食的老虎，鷹和北極熊。所有這些生物形成了一個複雜的進食相互作用網絡，並且在系統的基礎上，土壤中的微生物已準備就緒，可以食用剩餘的能量豐富的植物凋落物或死去的動物肉。因此，生物群係是一個整合的單元，每個物種在其中都起著特殊的作用。
這套書籍旨在概述地球上每個主要生物群落的主要特徵。所覆蓋的生物群落包括極地和高山的苔原生境，針葉林（北方森林）和溫帶森林（溫和的土地），草原和熱帶稀樹草原，世界上最乾旱地區的沙漠以及熱帶赤道地區的森林。世界上的濕地，以及河流和湖泊的棲息地，並不是整齊地位於地球表面的氣候帶中，而是分散在整個土地上。海洋是每條規則的例外。它們的規模很大，形成了一個相互連接的水體，向下延伸到未探索的深度，並被全球潮流輕輕地移動了。
自上次冰河時代以來，過去一萬年來，人類對地球環境產生了巨大影響。沒有任何生物群落不受人類物種的影響。實際上，我們已經以農業和城市土地的形式創建了自己的生物群落，人們以最大的密度居住在那裡。地球上的農場和城市都有自己獨特的氣候和自然歷史，因此可以將其視為人們創造的一種人工生物群落，並在此集合中被視為獨立的生物群落。
每個生物群係都是單獨卷的主題。每本插圖豐富的書都描述了每個生物群落中的全球分佈，氣候，岩石和土壤，動植物，歷史以及環境問題。這些內容共同為學生提供了一個了解地球生物多樣性的豐富知識，影響地球生物多樣性的因素以及地球和我們物種面臨的未來危險的堅實基礎。
研究地球生物群落是否有任何實用價值？了解生物群落功能方式的最令人信服的原因可能是使我們能夠保存其豐富的生物資源。世界的生產力是人類糧食供應的基礎。世界生物多樣性擁有許多未知的寶藏，藥品和藥物的來源，將有助於改善生活質量。最重要的是，世界上的生物群係是不斷提供奇蹟，興奮，娛樂和靈感的源泉，不僅為我們的身體提供了營養，而且為我們的思想和精神提供了營養。這些書籍旨在為讀者提供有關生物群落的信息，以了解其功能，利用其資源並最重要的是享受其多樣性。
概 述
地球上沒有一塊土地不受人類活動的影響。甚至南極最荒涼的地區和撒哈拉沙漠的開闊沙漠都在它們身上印上了人類的印記。地面上可能沒有足跡，但是我們可以通過許多其他方式留下烙印。人們改變了大氣的化學成分，以至於他們開始改變整個世界的氣候。現在，化學廢物產品在環境中是如此豐富，而破壞性農藥卻是如此分散，以至於南極企鵝體內的脂肪中也都含有痕量農藥。海洋中到處都是垃圾和不小心溢出的石油。只有海底最深處的海底火山噴出黑煙，人們仍然可以找到仍然對地球上人類的存在一無所知且不受污染的動物。
人們對世界大部分土地表面的影響太明顯了；我們只需要從我們當前坐著的房間的窗戶向外看，就能觀察到人類影響的程度。無論是在城市學校，住宅，辦公室中，整個周圍景觀都是由人為建造的。混凝土峭壁從地面升起，其表面覆蓋有鋪路板和道路表面的再生岩石。也許可以看見一些樹木或草叢，但人們有可能根據自己的喜好和幻想種植和養護它們。在花園和城市街道上看到的植物很可能起源於世界遙遠的地區，並因其異國情調的吸引力或因為這些植物準備抵禦乾旱，塵土和雨水而被帶到城鎮。街道和公路的污染。也許一隻鳥飛過窗戶，一隻鴿子，一隻八哥或一隻英國麻雀。
甚至這些都是進口的。歐洲的斑鳩是我們城市鴿子的祖先。他們曾經居住在西歐和地中海的懸崖上，但很久以前就適應了古代城市的人工懸崖。他們是由早期的定居者帶到北美的，也許是為了使他們想起家，但也提供了非常方便的鴿子派來源。同樣，但ling鳥和英國麻雀（實際上是一種麻雀）卻不那麼美味，也是人類移民引進的舊世界鳥類。鳥類和鳥類都成功地傳播到了北美大陸。因此，我們確實在城市中建立了自己的世界，並帶來了自己的城市夥伴，使我們有賓至如歸的感覺。
鄉村看上去更自然，但外觀可能具有欺騙性。農業領域的農作物幾乎全部來自遙遠的地方，例如墨西哥的玉米和西亞的小麥，以及家畜，包括歐洲的牛和東南亞的雞。甚至花園和耕地中的雜草也大量進口。因此，我們在城市和農場中聚集了動植物的奇特混合物，其中一些是我們改變過的土地的原始居民，例如烏鴉，和浣熊，但其中許多是我們帶來的從遙遠的地方。農田的自然植被已發生變化，令人難以置信。尚未耕種的林地或草地上只剩下碎片。
人們有效地創造了全新的生態系統，實際上是一個全新的生物群落，其特徵與其他所有生物都有很大不同。世界上的大城市，包括東京，紐約，德里，聖保羅，倫敦，洛杉磯，北京和羅馬，都存在類似的問題，並且在野生動植物及其適應方面也有很多共同點。世界各地的農場，無論是烏干達的香蕉種植園，越南的稻田還是美國的玉米田，都是人類操縱的生態系統，它們通過植物光合作用的過程將太陽的能量收集起來並轉化為食物。供應城市人口。因此，城鎮和國家共同發展，並在全球網絡中緊密相連。
在當今快速的運輸和便捷的交流中，這種創建的生物群係也許是其中最完整和完整的。它也是地球上所有生物群落中最新發展的。熱帶雨林起源於一億多年前的遠古時代。苔原生物群系一定是隨著諸如阿爾卑斯山和喜馬拉雅山等偉大的山脈的崛起而形成的，並且隨著大約五千萬年前地球的降溫而傳播。隨著草的多樣化和繁殖，熱帶草原或熱帶稀樹草原在2000萬年前左右擴展。但是，隨著人類物種開始操縱環境並創造適合其生存和成功的棲息地，農業和城市景觀才開始發展，大約在一萬年前。在所有其他生活有機體中，只有螞蟻，白蟻和甲蟲才培養出其他有機體，照顧它們，並將其生產用於社會支持。這些微小的生物已經開發出了培養真菌的系統，向其提供植物性物質，以便纖維狀纖維素可以被降解並轉化為可消化的醣類，以供殖民地收穫，或者將蚜蟲（微小的植物性食性昆蟲）放牧並為它們的母乳擠奶。 -紫杉分泌物。像人類一樣，這些昆蟲也生活在昆蟲世界城市的複雜社會結構的大型集會中。因此，我們不是地球上第一個提出農業或城市住宅概念的居民，因為大約40至6000萬年前，一些昆蟲就遵循了這種策略。但是，當人類開始發展農場和城市時，他們改變了地球的整個面貌。
這一切從哪裡開始？
人類耕種的起源可以追溯到大約10,000年前地球上最後一次重大冰川事件結束時，當時氣候迅速變暖，我們的人類智人成為人類的主導原始人。尼安德特人，是一個與眾不同的物種，在大約50,000年以前就將我們帶入了冰川，但他們未能倖存。智慧，適應能力和創造力是我們祖先的最重要特徵，毫無疑問，正是這些特徵導致了狼的馴化，以幫助狩獵，然後發展了收集野草種子並播種的想法。 ，保護它們，並最終從中培育出農作物。有了這種新的農業觀念，就需要改變環境，因為農作物不會在林冠層下生長，而我們的祖先發現耕種的土壤加上了肥肥，是實現高生產率的理想選擇。人類的漫長過程由此開始，它試圖管理自然世界並將其強大的生產力帶入我們的物種的支持中。
農業的思想不僅在世界上的一個地區出現過一次，而且似乎在許多時候和許多地方都是獨立發展的。小麥，大麥，亞麻，李子和胡蘿蔔來自敘利亞和中東。豌豆，豆類和小扁豆來自地中海西部。小米，大豆，菠菜，大蒜和杏仁來自中亞和西亞。大米，甘蔗，棉花和香蕉來自東南亞。從新世界來的還有辣椒，玉米，南瓜，西紅柿，土豆，煙草，花生和菠蘿。然而，儘管將這種栽培植物列入了全世界的人類服務範圍，但只有三種物種佔世界農作物產量的一半，而96％的產量僅來自15種植物。幾千年前，隨著植物馴化的巨大創新，我們似乎已經對所取得的成就感到滿意和自滿，並且隨後很少有其他動植物物種被添加到我們的農業資源中。
隨著農業的到來及其提供的糧食供應的相對安全性，游牧狩獵和集聚的生活方式已不再必要。家庭可以在一個小社區的一個地方定居，並發展有序有序的生活方式。這樣就開始了導致城鎮形成的過程，最終由於吸收農民生產的營養，農村幾乎變成了寄生蟲。隨著社會變得更加複雜以及工業流程的發展，城市變得越來越大，居民與支持他們的農村之間的聯繫越來越少。城市化，即越來越多的人口向城市集中，已經開始，並且一直持續到現在。
圖1-1 過去2000年以來世界人口的增長
圖1-2 世界的人口分佈
圖1-3 全球分佈不同類型的農業周圍的世界
圖1-4 植物生產力在地球陸地表面的分佈，以每年的碳積累量來衡量
圖1-5 歐洲南部鄉村的可耕農業。藤蔓生長在陽光明媚的山坡上，形成了多樣化的景觀。
圖1-6 世界主要城市的位置。注意在沿海地區建立了多少個。內陸城市中有許多位於主要河流上。
人類接管世界
當農業革命開始時，我們永遠不會知道世界上有多少人。但是，我們可以確定的一件事是，其數量遠遠少於當今地球上發現的數量。我們的早期祖先以採集土地的野生產品為生計：種子和水果，地面塊莖。狩獵遊戲以及蜂蜜，g和鳥蛋的凝食會增加早期人類的飲食，但即使在世界上一個富饒的地區，例如熱帶雨林，人數也以這種方式可以得到支持的規模很小。世界上仍然存在著一些狩獵/採集者社區，例如南部非洲的卡拉哈里沙漠的叢林居民，眾所周知，這種生活方式只能在640英畝（260英畝）中養活一個人。哈）。與此相比，現代的農田和城市社會可以在不到2.5 英畝（1公頃）的土地上支撐一個人。這意味著農業及其相關城市住宅的逐步發展使人口得以擴大（見第十九頁上的圖）。隨著它們的擴展，它們對自然環境的影響變得越來越強大和廣泛。
隨著人口的增長，人們分散到新的地區，帶著農業的想法。例如，從中東開始有人湧入歐洲，北非和西北亞。新的農業技術花了大約5,000年的時間才到達英國和斯堪的納維亞半島。這是人的運動，還是思想的傳播？考古學家長期以來一直在爭論這個問題。來自歐洲和中東現代人類遺傳學的最新證據表明，正是這些人在遷移。農業社區容納了多達70％的來自南部的新移民。
在北美，狩獵族人從亞洲穿過跨過白令海的現在的俄羅斯與阿拉斯加之間的陸橋而來，並已遍及美洲。這些人完全獨立於亞洲和歐洲的發展，建立了以玉米，豆，南瓜和辣椒等本土植物為基礎的農業。這種農業的最早日期大約是在一萬年前，這與中東農業思想的誕生相吻合。在北美，農業傳播方式沒有在歐洲那麼明顯，但是有可能追踪到從墨西哥到非洲大陸東部沿海地區的玉米種植傳播，而且隨著這種新的傳播方式，人口水平有可能擴大生活變得普遍。
澳大利亞長期以來一直被人們佔領，但是直到歐洲裔人對這個地區的“發現”，農業革命才到很晚才到達那裡。從公元400年左右開始，南太平洋諸島逐漸被航海人口所佔據，這些人口在支腿獨木舟中運送農作物和牲畜。毛利人大約在1000年前才到達新西蘭。到這個時候，人類已經遍布了能夠支持他們的所有地方（參見地圖），並且人類物種已經成為迄今為止地球上最主要和最具影響力的生物。
疾病，工業化和集約化農業
農業使人口得以增長，但還有其他因素阻止了人口爆炸。戰爭就是這樣的因素之一，但是到目前為止，對人口水平最重要的控制是疾病。糧食供應與疾病有著密切的聯繫，因為營養不足的人比營養豐富的人更容易受到感染。當人們開始在城鎮中交往時，他們通過協助傳染性和傳染性疾病（包括天花，鼠疫和麻疹）的傳播增加了風險。
軍隊，水手和商人的運動給不習慣其影響並且不受免疫力保護的人們帶來了新疾病。據估計，在14世紀席捲亞洲和歐洲的黑死病（流行性瘟疫）殺死了歐洲20％的人口，當時估計約有1億人。這種疾病是由黑老鼠傳播的。黑老鼠非常樂於與人類分享城市生活。因此，農業帶來的人口增長機會很快受到在城市社區迅速傳播的疾病的束縛。
工業的發展增加了疾病傳播的問題。伴隨著工業擴張的高密度住房，以及經常與勞動人口相關的貧困和不良飲食，導致了霍亂和肺結核等疾病的迅速蔓延，這種疾病一直持續到20世紀。 。儘管它可能有助於傳播疾病，但工業也為人口增長提供了刺激。例如，內燃發動機的發明為農民帶來了強大的新工具。現在很難設想沒有拖拉機和其他機動車輛進行耕種，但是直到最近，馬和牛的力量才可以用來破壞草皮和翻土。另一個巨大的飛躍是開發了一種“固定”大氣中氮的技術，即將所需的元素轉化為植物容易吸收的形式。人工固氮引發了化學肥料的革命，目前全球約40％的人口依賴此過程。作物和動物育種技術也提高了農業效率，基因工程的進一步發展將加快新品種的開發速度。所有這些過程也帶來了需要解決的環境問題，但是毫無疑問，它們導致了人口的增長，城市的擴大，農業生產的土地增加以及人類影響力在全球範圍內的擴散。 。
一切都在哪裡結束？
隨著人類疾病和糧食供應問題的解決，人類統治地球的速度不斷加快，人口增長也在加速，這必將引發一個問題，即未來的發展方向。1950年，地球上大約有25億人。到1970年，這一數字上升到36億。1990年代突破了60億大關（見第十九頁的數字），聯合國預測，到2050年世界人口將達到100億左右，到2150年世界人口將達到116億，幾乎是當前全球人口的兩倍。 。在接下來的150年中，人口增長的大部分將在發展中國家。
地球可以支持多少人有限制？1697年，顯微鏡的發明者安東尼·範·列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）（1632–1723）嘗試計算該值，他得出的結論是，地球上最多可以生存134億人。最近，鑑於地球資源有限，人們進行了許多嘗試來估計可能的可持續人口水平。有幾個因素可能會限制地球能夠支持的人口數量，例如可以生產的食物能量的數量，可利用的淡水的數量，或者甚至存在足夠的礦物元素（例如磷）被需要。一項計算表明，世界植被的光合作用所捕獲的40％的能量已經轉移到了人類的維持上，因此，即使有可能捕獲其餘的大部分，人口也只能做兩倍之多。人口專家喬爾·科恩（Joel E. Cohen）聲稱，地球可以維持100億人口的生存，但前提是每個人都必須吃素，每人每天最多攝入2500卡路里的熱量。這是極不可能發生的。
接下來的幾十年將檢驗這些預測。我們能否穩定人口增長？我們可以支持到那個階段已經達到的人口嗎？我們是否正在接近地球對人類的承載能力？如果是這樣，該怎麼辦？為了回答這些非常重要的問題，需要對農業和城市生物群落的功能有一個清晰的了解。
首先，有必要研究全球農業模式以及這些模式發展的原因。然後，必須檢查世界各地的城市分佈，以了解為什麼它們位於這些位置以及它們如何成長和發展自己的結構。農場和城市下面的岩石影響了農業實踐和城市的結構形式。農場和城市都可以被認為是生態系統，這種觀點證明了調查它們如何工作以及兩個生態系統如何相互作用的一種有價值的方法。與人類居民共享農場和城市的動植物對所採用的環境表現出一些複雜的適應，這些生物為農業和城市地區提供了獨特的生物多樣性。農業和城市住宅的歷史和史前歷史可以使我們了解人們如何發展現代生活方式。最後，有必要審視農業和城市的未來。氣候在變化，技術也在變化。農業和城市生活方式都需要改變，以應對瞬息萬變的世界。這就是這本書的全部內容。
圖1-7現代化城市
第一章 城鄉地理環境
農場和城市是人們創造和供人們使用的棲息地。因此，與其他重要生物群落和棲息地不同，它們在地球表面的地理位置取決於人類的選擇。農場和城市僅在人類居住的地方以及人類選擇安置的地方發現。農地的分佈受到我們陪伴並通過向我們提供食物來支持我們人口的本土化動植物的需求而進一步受到限制。儘管人類是非常適應的動物，但世界上仍有許多地方生活如此困難，以致根本不值得付出努力。包括加拿大北極圈，俄羅斯北極圈和南極洲在內的冰凍地區以及世界大沙漠的人口密度較低，因為在這些地區謀生和舒適地生活非常困難。設法佔領這些地區的人經常參與狩獵和/或收集食物，或依賴來自其他地方的食物供應。使用農業進行的糧食生產在地理範圍上的限制甚至超過地球上人類的範圍。這是因為與他們所服務的人類相比，農作物和許多馴養的動物適應性更差，對氣候更敏感。因此，我們馴養的動植物的需求強烈影響著世界各地人們的分佈。
農田在哪裡？
只有在我們使用的動植物能夠生存和繁榮的地方，農業才有可能，但是我們開發的不同物種有不同的要求。通常，動物比植物更能適應環境。此外，正如我們可以通過蓋房並改變周圍環境來改變自己的環境，使其更舒適一樣，我們也可以保護動物免受不利的氣候條件的影響。例如，在高山的嚴冬中，可以在冬天飼養動物並提供儲存的食物，這樣它們就不必忍受最惡劣的冬天條件。植物在某種程度上也是如此。我們可以建造溫室來保護它們免受寒冷影響，並且可以在乾燥條件下補充其供水。但是通常比植物種植在更惡劣的氣候和更惡劣的土壤條件下進行畜牧業。
如圖所示，農業系統在世界各地以獨特的方式分佈。除了在世界上非生產性地區（例如凍原和沙漠地區）缺乏農業活動之外，還有大量尚未砍伐的森林仍未用於農業。這些地區主要位於赤道地區，那裡一些雨林仍然完好無損，也位於北極圈以南的北方地區，那裡針葉林通常由人類管理和收穫，但尚未已被批准用於耕作或牧業農業。如圖所示，除了這兩個區域之外，人類還把地球上很大一部分土地帶入了農業生產。一個估計是可以耕種47％的土地表面（這意味著氣候和土壤條件將適合農業生產），但是實際上只有26％的可用面積已被管理和耕種州。第2頁上的地圖未顯示在所示的每個區域內農業的集約化程度。在大多數地區，農業是零散的，尚有許多自然或半自然植被倖存的地區，有時甚至很廣闊。這些地區具有提高農業生產力的潛力，但是，另一方面，這種事態發展可能會降低這些地區的保護價值，並可能導致生物多樣性的減少。我們需要農業來養活整個世界，但是對可用空間的限制是嚴格的，將所有這些空間用於糧食生產將對維護世界野生動植物資源產生重要影響（請參閱“生物多樣性的價值”，第176-179頁）。
全球農業活動模式的根本原因是什麼？為什麼有些地區以牲畜養殖為特徵，而其他地區則以混合農業或植物農業為特徵？如果我們仔細研究一下第4頁上專門介紹地球陸地表面植物生產總體分佈的地圖，該模式將更易於理解。植物的生長受許多不同因素的控制。植物需要光來進行光合作用，而光合作用是一種生物化學機制，植物可以將陽光的能量轉化為糖和澱粉等存儲化合物的化學能。但是實際的光強很少是光合作用的限制因素。即使在高緯度地區，正常的日光通常也足以使捕獲光並使用的生化系統飽和。僅在其他植物茂密的陰影下或洞穴入口處，光強度才可能限制在陸地上。但是，一天的時間可能會導致問題，尤其是在極地冬天，甚至極短甚至沒有的時候。
溫度對所有化學反應都很重要，植物內部發生的反應也不例外。冬季溫度低，降低了植物的活動速度，因此植物的生產力趨於下降。較低的溫度也會使植物難以吸水。這意味著溫帶地區的植物在冬季可能會變得乾旱，這就是為什麼許多樹木在秋天掉落葉的原因。在世界某些熱帶地區，水的可用性也是植物生長的問題。隨著從赤道到摩ri座和巨蟹星座的熱帶地區的距離增加，一年中水短缺的時間更長。如果植物缺水，它會通過關閉葉子上的毛孔來做出反應。但是這些孔是利用大氣中的二氧化碳吸收氣體並利用太陽光產生的能量將其轉化為更複雜的分子（如糖）的手段。因此，當植物缺水並關閉毛孔時，它也減少了光合作用的發生量。換句話說，它降低了生產率。如圖所示，非洲的生產力在赤道和撒哈拉沙漠所在大陸的北部之間逐漸下降，這與水資源的減少有關。
還有一個問題，生長季節持續多長時間。高緯度（靠近兩極的地區）的季節差異更大。在赤道，全年的天氣狀況幾乎沒有變化，但在高緯度地區，條件可能會有較大的季節性變化。這可能表現為潮濕和乾燥季節的形式，例如在赤道以北和南部的區域，或者可能會導致炎熱和寒冷的季節，例如在溫帶地區，尤其是在大陸陸塊中部。當季節變化很強時，可能會出現一個明顯的生長季節，此時馴化的農作物能夠生產，並與沒有生長的季節交替。生長季節的長短可能決定什麼作物可以種植。例如，在玉米（玉米）的情況下，主要農作物是成熟的水果（玉米芯）。這種水果需要漫長的溫暖天氣才能成熟，因此可以將其種植到北半部以生產玉米芯。再往北，該植物產生營養生長，但果實在有限的季節內未成熟。
還有一個影響全球植物生產力的因素，即土壤質量。植物從大氣中獲取碳，這是富能材料積累所需的主要元素（氫和氧除外）。但是其他元素需要其他類型的生化分子。蛋白質含有氮，核酸和細胞膜含有磷，各種細胞過程都需要鉀和鈣等元素，僅舉幾例。這些必須從土壤中獲取，因此，如果土壤中所需的任何元素貧乏，則會阻礙植物的生長和生產力。因此，土壤貧困可能會阻礙可耕農業（見“土壤條件和植物生長”，第43-51頁）。實際上，氣候（主要是溫度和水的可利用性）對可耕農業施加了一定的廣泛限制，並阻礙了極地和沙漠地區的農業發展，但是在氣候可能性內，土壤質量決定著是否進行耕種可以發生。例如，在南美和非洲的熱帶地區，耕作農業的氣候條件良好，但土壤通常太貧瘠，無法產生高產。在這兩個地區中，只有東部非洲過去的火山活動豐富了土壤，土壤質量足以滿足高農作物的生產力。另一方面，在印度，土壤很好，但氣候太乾燥，無法實現最佳的農作物生產。
如果條件不適合耕種，畜牧業將接管。但是，畜牧生產也有其局限性。放牧動物的生計仍然取決於植物的生產力，因此當生產力下降太低時，放牧將變得效率低下且不經濟。北非說明了這一局限性。當植物生產力超過每年每平方碼通過光合作用固定的三盎司碳（相當於100克/平方米）時，可以維持放牧，但是如果植被的生產力下降到低於此水平，則放牧變得越來越難以維持。當植物的生長季節受到寒冷冬季的限制時，存在一個類似的限制問題。例如，在涼爽的溫帶地區，由於寒冷的天氣，草可能在冬季停止生長。在沒有植被生長的田地上繼續放牧動物，取決於放牧的強度，可能導致草被的破壞。替代方案是讓農民在生長季節儲存多餘的飼料，並在冬季補充動物飼料。
因此，可以看出，地球表面的農田格局主要取決於環境條件，尤其是溫度，降雨和土壤。實際上，這與在自然生物群落中所觀察到的完全相同，例如熱帶雨林，熱帶稀樹草原，北方森林，溫帶草原等。在這方面，我們的農業系統要遵守與自然世界完全相同的生物地理規則。由於我們將曾經野生的動植物的馴化版本用作我們的農業基礎，因此這也許不足為奇。
圖1-8 鄉村農田景觀。
城市在哪裡？
從世界上最大城市的分佈圖上看，在第8頁上，與工廠生產力或氣候沒有明顯的密切關係。然而，確實，世界上對農業的支持最少的地區（冰蓋，凍原和沙漠）實際上也沒有城市。也有例外，例如猶他州的鹽湖城和內華達州的拉斯維加斯，但在許多方面，這些都是不尋常的城市。因此，城市顯然需要某些最低限度的資源來支持它們。糧食供應是所有城市都需要的明顯資源，這造成了農業生產率非常低的地區城市的稀缺。
但是食物供應可能不是城市位置的決定因素。其他資源可能同等或更重要。例如，南非的約翰內斯堡市是由於周圍地區的礦藏特別是鑽石而建立的。加利福尼亞州棕櫚泉市的主要景點之一是擁有清新的沙漠空氣，而拉斯維加斯將這種特質與休閒活動的歷史相結合。因此，除了農業以外，一些城市擁有意想不到的資源。
世界上許多大城市都位於沿海地區或通過河流與沿海地區相連。紐約，洛杉磯，倫敦，新加坡，東京，羅馬，里約熱內盧，墨爾本，開普敦和布宜諾斯艾利斯都是沿海城市。當然，也有例外，例如墨西哥城和北京，但是大多數內陸城市，例如巴黎，莫斯科，芝加哥和聖路易斯，都有河流或湖泊將它們連接到該國其他地區或與外界相連海洋。沿海開發涉及某些風險，包括風暴和海浪或海嘯，但定居點必須有強烈的動機才能在海邊發展。毫無疑問，這一共同特徵與水作為交通工具的重要性有關，特別是在歷史上的空中旅行之前。其他城市因其在古代陸上貿易路線中的重要地位而備受關注，例如德黑蘭，塔什乾和德里等亞洲城市。因此，交流是建立和發展主要城市住區的最重要因素之一。但這總是這樣嗎？
最早的城市住區似乎是在世界不同地區獨立發展的，範圍從中美洲（墨西哥和周邊地區）到新世界的秘魯，到舊世界中的尼羅河谷，美索不達米亞下游（現在的伊拉克），印度河谷（現在的巴基斯坦）和中國北部。這些古老的城市位於農業中心或附近，它們在這些地方的發展無疑與剩餘食物的生產有關，因此一些勞動力可以發展專門技能。因此，第一個城市確實與農業生產緊密相關。但是農業面積的擴大和文明的傳播產生了在定居點之間旅行和貿易的需求，而那時，通訊已成為城市成功的最重要特徵。
羅馬帝國的例子很好地說明了通信在世界上日益重要的地位，該帝國曾經統治著整個時代。它基於一個城市，即所謂的羅馬永恆之城。到2000年前，羅馬軍隊已成為當今歐洲，西亞和北非的主導力量。羅馬城在大約2700年前的鐵器時代就開始以一小批小屋的形式開始生存，在肥沃的台伯河谷地當地農業的支持下。河流本身提供了一條通往地中海的有效運輸連接，並從那裡到當時的大多數已知世界。與無聊的村莊和部落的衝突導致羅馬擴大和統治了一個地區，因此在公元前509年，羅馬宣布自己為共和國，並開始征服其餘的意大利。為此，羅馬利用其在海上的強勢地位發展了帝國主義的野心並擴展了其帝國。公元前202年，羅馬人摧毀了迦太基（迦太基，是位於非洲北部的沿海城市），因此成為地中海無可爭議的主人。確立了這種最高統治權之後，羅馬得以吸收其被征服國家的糧食，從埃及和北非獲取穀物，從北歐獲取礦物和半寶石，並吸收其整個帝國的奴隸。因此，羅馬的中心地位和海上交通便利性為其成功成為統治城市做出了貢獻。
在新世界中，紐約位於曼哈頓島上，位於兩條主要河流之間，這兩條河流提供通往北美廣闊內陸的通道。它也位於非洲大陸的東海岸，面對橫跨大西洋的舊世界貿易國家。因此，它的地位使其成為支持國際貿易和商業的主要城市發展。它的地理位置有利於紐約的建立，並且隨著城市的擴大和重要性的提高，該市還利用了其地理優勢。
圖1-9 一般而言，城市通常可以分為一系列同心區域，每個區域都有自己的特色和活動。在一段時間內，城市通常從古老的市中心向外發展，但中部地區通常是現代城市的商業中心。
發展模式
我們已經看到，在全球範圍內，可以通過氣候，土壤以及與其他地區的通信（對於城市而言）的需求來解釋農業和城市住區的模式。但是，從景觀角度看，定居的方式變得更加複雜。讓自己代替一群史前人（也許是幾個家庭，再加上綿羊，山羊，可能還有幾頭牛和幾袋穀物），他們進入世界上一個溫帶地區茂密的森林山谷。您會選擇在哪裡定居？什麼是建造房屋，砍伐森林以便放牧或耕種穀物作物的最佳場所？顯然，您需要考慮許多因素。作物可能是您計劃中最苛刻的方面，因此您需要尋找能夠為生長中的植物提供所有需求的深厚肥沃的土壤。如果夏天炎熱乾燥，定居點還必須提供水源，以供飲用，洗滌和灌溉。朝南的面意味著更長的生長季節，使穀物成熟的機會更大，但可能導致夏季乾旱的風險。您還需要考慮森林砍伐的任務。最好的土壤可能攜帶最重的木材，因此最難清除。放牧的地點將不再是問題，因為即使在淺而相對乾燥的土壤上也可以產生草地。因此，專注於放牧動物的人們可能會選擇清理景觀的山脊，而可耕種的農民可能會清理山谷。房屋發展用地需要良好的供水，但不應有水浸的危險。它們還需要避開不利的天氣條件（例如大風），因此最好放在山谷中。
在高山地區，如瑞士的高山國家，對耕作和牧場兩種農業的需求導致了複雜的定居模式。主要村莊和可耕種的農業都在山谷中，但是小的定居點和小屋通常位於林線附近的高山上，牧民將它們用作夏季的住所。牛或羊的夏天在高高的草場上度過，在那裡他們消耗了草本植物的豐富生長，然後在秋天下降到山谷，並在嚴冬的冬季裡被安置在棚屋中。在牲畜棚中，從乾草堆中收集了乾草，這些乾草在夏季被排除在牲畜的草地上，或者在某些樹木的葉子上（如灰燼和榆樹）從乾草堆中剝除樹木乾燥後產生冬季飼料。這些不同的土地利用方式形成了馬賽克或拼湊的景觀，其中有菜園，乾草草地，經管理的林地木材，其他被剝皮的林地，有動物的開闊草地，等等。在這片錯落有致的地方，將有原始森林的街區，這些街區可能會被貫穿它們的軌道和道路分解成不同大小的部分，從而將每個村莊連接到下一個村莊。牲畜在不同季節流動的人被稱為牧場主義的超人類系統。它在世界上的山區很常見，並在19世紀被廣泛用於加利福尼亞的內華達山脈。
由此產生的景觀類型通常被稱為文化景觀，換句話說，就是人類活動和管理所產生的景觀。通常，這些土地利用方式會導致相當高的生物多樣性，因為存在著許多不同的棲息地，並且野生生物（包括野生植物和動物）可以得到它們的支持。但是每種類型的棲息地都以碎片的形式存在，與相似的棲息地隔離開來的一小片區域，周圍卻是非常不同類型的植被。運動片段之間可能不適合移動的動物的一個問題（或與有效分散系統的植物），它們能夠並且願意跨外星領土，以到達目的地。
但是對於具有較差的擴散機製或行為模式的生物而言，它們無法遠離家園，棲息地的碎片化可能是一個嚴重的問題。
景觀碎片化可以通過多種方式發生。一種棲息地可能隨著另一種棲息地的擴張而退縮，例如當一片草地與森林接觸時，可以通過砍伐更多的樹木來擴大草原。此過程稱為侵占。或者，可以在森林深處開闢新的洞口，然後每個洞口都可以擴展並最終結合在一起。例如，可以在森林中建造一條道路，從而將其分為兩半。然後可能會在道路兩側進行伐木或其他活動，從而減少道路兩側的森林面積。因此，原始的棲息地（在這種情況下是森林）被分成越來越小的碎片，每個碎片逐漸與相似的碎片越來越遠。在這種情況下，首先消除了需要深林棲息地和大面積生活和繁殖地的動植物。他們可能不願意在碎片之間穿梭，或者可能有在這種穿越過程中被掠食者殺死的危險。結果，它們可能在局部滅絕。
面對這種問題的一種物種是斑點貓頭鷹，它生活在美國西部的森林中。這是一頭小貓頭鷹，更喜歡古老的森林，而不是開墾和再生的地區。由於西部森林被砍伐並分成較小的部分，貓頭鷹的數量減少了。斑貓頭鷹面臨的主要問題之一是，它可能會受到較大的掠食性鳥類（例如北方蒼鷹或有角貓頭鷹）的襲擊，同時會從一個古老的森林塊中危險地飛到另一個森林。沿著森林的邊緣和空隙，捕食的風險最大。零散的森林特別是有很多空隙和邊緣，因此進一步的破碎和舊生斑塊的進一步喪失可能使斑點貓頭鷹的生存受到威脅。除非保護剩餘的老樹森林，否則貓頭鷹的種群將變得稀少和分散，直到最終有可能成為一個物種而徹底滅絕。
在某些方面，可以在農業景觀中找到的棲息地碎片就像海洋中的島嶼。它們的大小不同，彼此之間的距離也不同。通過發展這種類比，生物地理學家製定了一系列規則，這些規則通常可以應用於零散的棲息地：
島嶼或碎片越大，它將包含的物種越多。大碎片通常物種豐富，而小碎片則越來越貧窮。
在小島嶼上，滅絕率更高。小島相對於它們的區域將具有更長的邊緣，因此像斑一樣，掠食的機會也更大。
島嶼之間的距離越大，如果該動物應在某個地方滅絕的話，其自我重建的機會就越小。在較小的島嶼上的移民率較低，因為流浪的生物不太可能碰到它。
當一個生物體分裂成碎片時，它不太可能被流行病清除。但是存在孤立的斑塊無法與雜種連接的危險，這可能導致孤立的種群在遺傳上統一。
這些規則有例外。一些小小的棲息地碎片可能物種非常豐富，這可能是由於異常條件或歷史原因造成的。但是這些規則適用於大多數零散的棲息地，因此斑駁景觀的發展可能對某些物種構成威脅，尤其是那些需要大面積居住和繁殖的物種。另一方面，正如我們將看到的那樣，這樣的景觀可以為那些能夠應對破碎的動植物提供巨大的機會。
圖1-10從空中看的城市。左邊的高樓大廈構成城市的商業中心（A 區），周圍是輕工業區和住宅區。
城市內部的格局
就像一般的景觀圖案一樣，城市的佈局也一樣。在一定程度上，這可以用城市隨時間增長的事實來解釋。最初的住所可能由不多於幾棟房屋組成，但鄉村和城鎮卻擴展成城市。隨著它們的擴展，它們的性質也發生變化，並且在不同地區進行的活動種類也會發生變化。沒有兩個城市的模式完全相同，但是通常一個城市可以檢測到許多城市中都可以找到的市中心區域。在現代化城市的正中間，我們找到了主要的商業和商業區（A區）。通常，這是由摩天大樓部分組成的，該部分已完全取代了城市基礎上的原始住所。相對而言，實際上很少有人會居住在該中心區，因此主要建築物是辦公大樓，百貨商店或購物中心以及娛樂場所，包括劇院，音樂廳，博物館和美術館。在這個中央區域可能還會有大型的公園和花園。中央開發區周圍通常是一個輕工業區（B區），分散的辦公樓和公寓樓容納了許多來自市中心的工人。該區域的建築物通常比市中心的建築物老。儘管可能有足夠的資金用於中心的頻繁改建，但除非市中心需要向外擴展，否則在更換該次區域的建築物方面通常投資較少。下一個區域（C區）通常由安置低薪工人的高密度住宅組成。新來的移民工人通常定居在這個地區，那裡的住房相對便宜，前往工作地點的交通也很簡單。除此之外，還有一個低密度房屋區（D區），高薪工人居住在該區。這是城市的主要郊區住宅區，通常道路交通便利，鐵路網使居民容易進入城市中心，他們通常每天通勤來賺錢。該區域的房屋通常更大，有更大的花園和更廣泛的娛樂設施，例如游泳池，網球場，開放式公園等。
除郊區住宅區外，通常還有一個更加分散且邊界不清的區域（E區），一些居民從該區域通向城市。通常情況下，這是由沿著輻射公路通往城市本身的一系列小城鎮組成的。這些小鎮可能與支持小農場或園藝領域的農村地區混合在一起。並不是每個通勤區的人每天都需要去城市旅行，因為許多人將受僱於當地服務業，購物中心，花園供應業和娛樂業。因此，這座城市可能被一系列較小的人造衛星城所包圍，這些人造衛星城為主要城市提供了工作人員，並通過通勤的勞動力利用城市的財富來維持生計。我們的許多較大和較大的城市已經擴展到吞噬這些衛星城鎮，現在這些城市已成為更大規模的城市發展中的當地中心。
城市內部和周圍區域的存在與許多自然生態系統相似。以一個池塘為例。在中心有深水。邊緣周圍的水低了，漂浮的水草設法在那裡生長。甚至離中心更遠，我們通常會發現一片蘆葦和其他形成沼澤的緊急植物。在此方面，al木等樹木營造出潮濕的林地棲息地。池塘周圍不同棲息地的同心排列形成了自然界中常見的分區系統。該城市顯示的區域類型相同，但有一個主要區別。就池塘而言，當蘆葦侵入中央並導致其淤泥變淺時，新的發展來自邊緣。隨著濕地樹木跟隨蘆葦進入中部地區，外部植被最終將主導整個地區。在城市中，發展來自中心並向外擴展，吞沒了城市發展中的周圍鄉村。
在城市的每個區域中，人們都可以識別出更加複雜的棲息地模式。就像農業景觀可以看作是棲息地碎片的鑲嵌圖一樣，城市區域也可以視為馬賽克。當您在城市上空飛行時，這最為明顯，並且可以觀察到形成辦公室和住宅的混凝土塊是如何被道路系統隔開的，而道路系統又可能在其邊緣攜帶樹木和草條。花園甚至可以出現在城市中心，甚至可以在屋頂上，形成綠色的小塊。當我們搬到郊區時，它們往往變得越來越大，越來越頻繁，並且可能會以延長的條帶鏈接在一起。在大多數城市中還發現了公園，在無菌磚海中形成了較大的植被島。也可能存在水生棲息地。歷史上一直為城市提供通訊方式的河流或碼頭地區通常已成為城市內重要的野生動植物棲息地，並可能成為野生動植物的通訊方式，為它們提供了可以從一個濕地移動的走廊。網站到另一個。城市公園中的小湖泊和池塘增加了城市中棲息地的馬賽克。
這些斑塊（如農村中的棲息地碎片）是否也遵守島嶼生物地理學的規則？一般來說，答案似乎是肯定的。大型湖泊通常比小型湖泊支持更多種類的鴨子。另外，如果您檢查有入侵植物的空地，則會在較大的地塊上找到更多的物種。確實，在這些生境斑塊之間的距離短會導致更快的入侵和更豐富的生境。在城市中保護的教訓是，多樣化的棲息地將支持動植物野生動植物的多樣性，但是棲息地斑塊越大，它們在一起的距離越近，多樣性就越大。我們將在第6章中回到這個主題。
圖1-11 城市公園中的鴨鵝
圖1-12 不同物體上的氣流模式。（A）諸如飛機機翼之類的流線型物體使風的偏轉最小。（B）“虛張聲勢的身體”會擾亂氣流，從而產生循環空氣的渦流。（C）躺在地表的虛張聲勢體會產生渦流，可能引起流動土壤的侵蝕和沈積。
城市的微氣候
儘管氣候通常是決定哪些植物和動物可以在特定區域中生存的重要因素，但是在某些地方，生物總是可以逃脫氣候的最嚴重影響，而更具敏感性的動植物則可以做到這一點。在森林的地面上，日照的強度不如白天的大，而在夜晚，日照的強度也變得很高。在這樣一個被遮蔽的地方，風速較低，未受干擾的空氣會形成較高的濕度。因此，容易乾燥的植物，或者對熱或霜敏感的植物，如果生長在林地上，可能會逃脫惡劣氣候的影響。無脊椎動物，例如昆蟲和蠕蟲，可能會越走越遠，逃避極端條件，生活在腐爛的原木，石頭下面或地下，那裡的氣候條件變化較小。在這種小範圍內發現的氣候類型稱為微氣候。
甚至大型動物也可能會尋找具有有利微氣候的位置。蜥蜴可能會在石牆頂部沐浴在陽光下。由於它無法像哺乳動物那樣產生自身的體熱，因此它需要從太陽中尋求能量以保持其體溫足夠高以維持其活動。在炎熱的天氣中，山獅可能會做相反的事情並尋求山洞的涼爽，從而避免了過熱的問題。每個人都在尋找符合其目的的特定微氣候。在人類進化的過程中，人類的行為完全相同。居住在洞穴中的文化正在尋找一種微氣候，該氣候在冬天干燥溫暖（尤其是在被火加熱時），在夏天涼爽。但是洞穴不足以服務於不斷增長的人口，而且並非在人類希望佔領的所有地區都存在。答案是使用任何可用的原材料建造人工洞穴或庇護所。植被是一個顯而易見的答案，因此樹木的樹枝為原始民居的建造提供了基礎。但是，人類並不是最早想到這一思想的動物。鳥類長期以來一直在築巢，其中包括用於棲息而不是繁殖的鳥巢，其中一些鳥巢的屋頂可以精心製作，以防日曬雨淋。許多母蟻也築巢，像無脊椎動物如螞蟻和白蟻一樣。所有這些動物都在尋求改變自己的微氣候以適應自己的需求。
根據當地情況，人類具有高大腦能力和創新能力的優勢。在沒有木材的地方，可以製造泥磚並將其建造成複雜的結構。如果沒有洞穴，則可以使用從土壤中切下的石頭或草皮建造人工洞穴。在冰凍的北方，冰塊是替代方案。儘管這種材料聽起來對房屋建築而言並不是很吸引人，但冰的隔熱性能確實可以使居民在冰屋內部建立溫度。在西伯利亞的冰河時期平原上，原材料特別短缺，石器時代的猛mm象獵人甚至在建造他們的小屋時都使用了猛mm象的骨頭。正是這種智慧和適應能力使人們得以傳播到世界上最荒涼的地區，在那裡他們通過在自己周圍建立自己的微氣候而得以生存。
那麼現代城市呢？如果冰屋或骨頭棚可以改變當地的微氣候，那麼像洛杉磯或紐約這樣的城市的能力必須更大。我們龐大的現代建築確實確實創造了一個非常複雜的城市微氣候。由於我們在城市中產生大量的熱量，城市的微氣候變得與當地的氣候更加不同。在冰屋中，溫暖的主要來源是居民的輻射體熱。在現代房屋中，我們注入的能量來自其他來源，例如化石燃料（天然氣或石油）或由這些材料產生的電力，或者可能來自可再生能源，例如水力發電機或風力發電場。在某些情況下，我們直接從太陽獲取能量，並通過太陽能為房屋供暖。然後，當夏天天氣變熱時，我們可能會使用相同的能源通過空調為房屋降溫。
除了我們城市住宅和辦公室內的空間供暖外，我們在通過各種運輸方式四處走動時也會產生熱量。驅動我們大多數汽車和公共汽車的內燃發動機燃燒化石燃料並產生大量的廢熱，這些廢熱被排入廢氣中。這會提高我們城市街道的溫度，就像整夜我們一直在城市中打開的路燈一樣。工業城市的工廠也會向周圍散發廢熱。
結果是，城市幾乎總是比周圍地區溫暖，一年平均溫度大約為0.5至1.5°C，有時幾天通常約為5°C或更高。因此，城市有自己的微氣候，居住在這些小城市的動植物常常反映出這些獨特的微氣候。現在，玫瑰花環的長尾小鸚鵡（原為印度人，隨後在世界上許多其他地方逃脫）逃逸的事實現在可以在紐約和倫敦以北的城市中建立繁殖地，這清楚地說明了城市的微氣候就其居民（人類和野生動植物）而言，可以覆蓋周圍的總體氣候。城市可以看作是“熱島”，坐落在周圍鄉村普遍涼爽的海中。
城市的熱島效應不僅是由於人們聚集在一起所產生的熱量，還取決於我們的建築物在景觀上形成防風林和復雜的光影模式的方式。如果您曾經坐在沙灘上，看著堆積在任何物體（如貝殼，鵝卵石或草葉）周圍的小風沙堆，您將意識到，即使是一個小物體也會改變空氣在地面上的運動。第22頁上的圖顯示了此原理的工作方式。氣流的任何阻礙都會使空氣偏向任一側。分離的空氣團然後再次在身體後面匯合。如果障礙物的形狀光滑且具有空氣動力學特性，那麼對氣流的干擾就很小。這是在獵鷹的機翼周圍觀察到的流動類型，使其具有最小的空氣阻力和最大的速度，這是飛機，火箭和汽車設計者旨在模仿這種空氣動力學結構的目標。相比之下，物理學家稱為虛張聲勢體的缺乏空氣動力學形狀的物體會產生更為複雜的氣流模式（請參見第22頁上的圖）。緊挨著身體的那一點，氣流分開通過任一側，風速將非常低。空氣被阻塞物有效地阻塞了。甚至可能會有一些空氣彈回，導致空氣運動反向的小體積。在物體的後面，有另一個區域的氣流嚴重減慢或逆轉。產生了稱為渦流的小範圍旋風。
回到沙灘上的鵝卵石，我們可以看到這些氣流模式如何導致卵石周圍沙粒沉積的複雜性。在空氣初次遇到障礙物的地方，沙子可能會在此處略微凹陷，從而破壞卵石，這是由於此時氣流反向引起的。在鵝卵石後面，空氣的緩慢會使風攜帶的沙子從懸浮物中沉降出來，因為運動較慢的空氣無法容納較大的沙粒。因此，在被遮蓋的石頭側面（稱為砂堤“ lee”）上會形成一小堆沙丘。有時，您可能會在石頭前面找到類似的小堆，具體取決於障礙物前面的條件會產生靜止空氣還是逆流。
如果海灘上的鵝卵石可以形成這種複雜的風向，那麼很顯然，一系列排列在一起的建築物將對氣流產生更大的干擾。諸如建築物的高度，建築物之間的距離以及街道相對於盛行風的朝向等因素都將影響所形成的模式。在與主要氣流成直角的街道上並排佈置的高層建築會產生渦流，這些渦流僅局限於上層，而在下面的街道上可能不會感覺到，因為那裡的空氣可以保持相對靜止。建築物之間較寬的空間或建築物的較低高度可使渦流下降到更接近地面的高度。如果街道與風的方向相同，則會產生隧道效應，並且風將沿著街道漏斗，並被兩側的建築物包圍。當然，實際上，風的方向和速度會有所不同，因此所有城市有時都會受到這些風洞效應的影響，芝加哥就是一個眾所周知的例子。因此，城市街道的行為幾乎像峽谷一樣。城市野生動物對這種相似性做出了相應的反應。當我們考慮污染物的擴散，特別是街道上車輛排放的污染物時，城市的風和湍流模式也很重要。街道上缺乏空氣湍流會導致氣體排放物和地面小顆粒的積聚，因為它們不會被空氣流動分散。
城市微氣候除了空氣流動外還涉及其他因素。陽光本身被建築物的表面吸收並反射。在物理學中，從表面反射的光量稱為反照率。白色表面的反照率高，而黑色表面的反照率低。因此，建築材料的顏色會影響城市街道的吸熱和反射。通常，淺色材料會反射光，因此趨向於變涼。這就是為什麼低緯度城市經常有白牆建築。但是，如果街道很寬，可能會反射太陽光到地面，導致街道上熱量積聚。狹窄的街道和白色的牆壁是解決此問題的簡單方法，並且根據此計劃開發了熱區老城區（例如西班牙的塞維利亞）中建築物的特徵佈置。狹窄的街道同樣允許較少的陽光直接穿透到地面，同樣會產生冷卻影響。狹窄的街道也會影響地面上潮濕，黑暗，靜止的空氣，從而保持較高的水分含量。甚至降雨的模式也會受到建築物的影響，更多的降雨會影響建築物的迎風面，並從建築物的牆壁流到地面。因此，城市的裸露部分比建築物後部的受保護地點受到更多的降雨。
圖1-13 城市裡的苔蘚
圖1-14 （A）城市中的氣流模式，顯示高層建築在街道上產生的渦流。（B）城市中太陽能的分佈方式。能量可以直接從太陽接收，也可以從建築物的側面反射，而某些位置仍處於永久陰影下。
圖1-15 （A）鄉村中的氣流模式，顯示了樹籬和林地的風向。（B）鄉村景觀中入射太陽能的模式。林地冠層內的開口可能會受到陽光直射並被風擋住，從而導致局部熱量積聚。
農業地區的微氣候
正如城市創造自己的微氣候一樣，農業領域也是如此。如前所述，某個地區的農業發展通常涉及對原始（通常是非常均勻的）植被的改造和對土地的新表層覆蓋的構建，通常以拼湊或鑲嵌的方式佈置。從均勻結構到不規則或異質表面的變化導致微氣候發生變化，其特徵取決於新景觀拼湊而成的性質和規模。例如，開放森林覆蓋物以產生砍伐的空間會導致複雜的空氣流通方式，類似於城市中的空氣流通方式，但規模較小。森林斑塊中的風速大大降低，但是在所謂的樹幹空間中會發生一些滲透，尤其是在樹冠下方。樹幹空間中的空氣流動速率通常僅為樹冠上方空氣流動速率的10％至20％，具體取決於森林結構的性質。
在森林的順風處，有一片渦流區，風速通常較慢，但速度越快，離森林邊緣的距離越遠。這種保護性風影延伸到多遠取決於樹木的高度，但是地面風速通常會在順風時降低，約為樹木高度的五到六倍。因此，可耕農業地區的森林片具有重要作用，降低風速並保護耕作土壤免受風蝕。大面積的開放土壤更容易受到風的影響，包括流動空氣的干燥影響。對於農民而言，開闊的田地管理起來可能更容易，更便宜，但是它們會產生“塵土飛揚”的效果，導致水土流失。
即使是田野周圍的樹籬也會對風速產生很大影響。這種防風林還可以充當流動土壤的陷阱，就像沙丘上的草一樣。懸浮在空中的顆粒撞擊樹籬的迎風面並被困在那裡。如果將此類顆粒攜帶在樹籬上，則樹籬後面的渦流中較低的風速可能導致它們沉積在有風的背風側。此頁面上的圖中顯示了一個示例，該示例僅顯示了過濾器對沖的有效性。在此示例中，分析了靠近海洋的樹籬，以檢查從海吹來的空氣中富含鹽分的顆粒和降雨在葉子和樹枝上的堆積量。這些數字表示為每天沉積在樹籬上的總鹽分的百分比。可以看出，樹籬面對海的一面比受風保護的背風面有更多的鹽分。大約80％的鹽分沉積在迎風側，這一事實表明樹籬可以有效地起到過濾作用。
在牧草系統中，植被的高度對地面附近的微氣候影響很大。高高的草叢就像小森林一樣；它們減少了光的穿透和風速，因此土壤表面的氣候具有比樹冠上方的空氣更低的光強度，更穩定的溫度以及更濕的濕度。這些條件通常對居住在那裡的無脊椎動物有利，其中許多對乾燥敏感。另一方面，矮小的草地對土壤表面的小動物的保護作用較小。穿過草冠的風和光的穿透更多，因此在晴天，濕度下降，溫度升高。同樣，在夜間溫度下降，甚至可能滲入霜凍。
就可耕作物而言，一年中地表條件可能會發生很大變化。通常會耕種土壤，為作物的播種做準備，而開闊的土壤則不受陽光，風和雨的影響。裸露的土壤的反射率通常較低，因為深色吸收了太陽能並變熱。一旦農作物開始生長，葉和莖的結構複雜性就會增加，土壤表面將得到更充分的保護。反照率增加，特別是如果作物是一年生作物，例如小麥，則隨著穀物成熟而變乾成淺色。最後，隨著農作物的收穫，土壤再次暴露於各種元素，循環完成。
從這些例子可以看出，農業景觀具有復雜的微氣候，隨季節的變化而變化。一般說來，人類的氣候影響在擾亂原始生態系統和建立農田或城市時，會施加具有不同微氣候的鑲嵌模式。也許這就是為什麼人口密度高往往與物種多樣性高有關的原因。我們實際上使環境多樣化。另一方面，人們可以看到，人口密度很高或農業土地集約利用很可能導致城市或農田土地均一性的提高，這只能降低土地或土地的使用量。野生動物的多樣性。顯然，需要達到微妙的平衡。
圖1-16 風將鹽分沉積到靠近海洋的樹上。數字顯示到達樹的不同部分的固體鹽百分比。鹽分沉積在樹的裸露上部可能足以殺死其生長點，從而使其圖案變形
圖1-17 糧田具有相對均勻的微氣候。只有冠層破裂才能中斷作物表面的空氣流動。
結論
在確定在何處建立農場和城市時，地理起著關鍵作用。僅在氣候允許農作物生長或家養動物生存和放牧的地方找到農田。世界上非常寒冷和非常乾燥的地區不適合農業。高緯度地區（極地地區），除了寒冷以外，還具有冬季短，甚至黑暗的缺點，因此生長季節非常有限。另一方面，城市通常位於通訊良好的地方，而不是農業生產力最高的地方。從歷史上看，乘船或打包動物旅行是最有效的出行方式，因此城市通常位於海洋，河流或陸路貿易路線上。
農場和城市都會改變其所居住位置的地形，從而改變其生物多樣性。全世界農業的發展引起了景觀的巨大變化，其中最重要的是原始植被的破碎化。農田是一片片土地。結果，一些野生動植物物種已經流失，尤其是當本地植被的面積變得越來越小，分佈越來越廣泛時。但是，景觀多樣性的產生鼓勵了其他物種，因此農田中物種的總體範圍可能令人驚訝地高。城市是非常人造的景觀，主要是為了人類居住和使用而設計的，但是它們具有自己的生態。城市中存在不同的區域，在這些城市中會進行各種活動（例如金融，零售，製造業，住宅和娛樂）。這些區域中的一些區域為適應性動植物生存甚至繁衍提供了各種各樣的機會。
最後，農田和城市會影響其當地的氣候，即微氣候。城市的混凝土結構以及農業區的樹籬，林地和可耕作物都對附近空氣流通產生影響。光線的穿透，溫度的變化以及空氣的濕度都受到居住我們的城市以及提供食物的田地的發展的影響。這些反過來又影響到共享我們棲息地的生物的生命。
風暴和海嘯
沿海地區的人類住區容易遭受某些內陸住所沒有的風險。暴風雨，特別是當浪潮非常高時，可能導致洪水氾濫並破壞低窪的沿海地區。在溫帶地區，低窪處伴隨著強烈的低壓風，在北半球的中心順時針旋轉，在南半球的逆時針方向旋轉。這些風會產生強烈的波浪作用，特別是當它們在撞擊海岸之前穿過廣闊的海洋區域時。美國的東海岸和歐洲的西部特別容易遭受此類風暴。在北海地區，其漏斗形狀加劇了這一問題，向南移動的水域被迫進入東部的丹麥，德國和荷蘭與西部的不列顛群島之間的狹窄海域。當風暴伴隨著該地區的高潮，他們經常淹沒低窪的海岸，包括村莊和城鎮。甚至阿姆斯特丹和倫敦等大城市也不斷遭受洪水威脅。
熱帶風暴或颱風更加兇猛，產生更高的風速。加勒比海和墨西哥灣或印度洋北部的孟加拉灣等地區特別容易遭受此類風暴和沿海定居點的洪災。
潮汐或海嘯更具破壞性。這些通常是由海底地震或火山爆發產生的，這些地震或火山爆發產生以極高的速度通過海洋傳播的衝擊波。產生了表面波，但是在深水中傳播時，表面波通常不會很大。當它們進入沿海地區較淺的環境時，它們變得更大，更危險，這是因為當波浪的前部變慢並且波浪的後部追上來時，它們形成的波峰可以上升到60英尺（20 m）或更高。 。2004年12月26日的印度洋海嘯是由於洋底向東南亞蘇門答臘以西轉移而造成的。所產生的海浪用極大的力量襲擊了蘇門答臘附近的海岸，淹沒了低窪的土地及其定居點並摧毀了整個城鎮。海嘯向西經過印度洋，襲擊了斯里蘭卡島和印度東海岸，以及非洲東部的索馬里海岸。這些沿海地區，特別是東南亞地區的高人口密度導致了很高的人員死亡人數，無疑超過了30萬人。
圖1-18 義大利羅馬市位於台伯河兩岸。 在城市中心的河流的存在極大地增加了其棲息地和生物多樣性的種類。