城市生态系统是自然生态系统演化的结果之一，也是人工生态系统的一个类型。地球上从无机世界向有机世界的进化过程中，首先是发育了自然生态系统，自然生态系统在演化过程中孕育了人类，人类在自身的进化过程中，也在深刻改造着自然生态系统。在人类聚居的地方，逐渐形成了人工生态系统。
（一）以人为中心的生态系统
1、高密度的人群分布
城市是人类的聚居地，目前全世界人口的50%居住在城市。这种人口密度水平意味着，城市生态系统是地球最高效的土地利用类型。
人在自然生态系统中是一个典型的消费者，人既可以绿色植物为食，又可以其他动物为食，因此，作为消费者，人至少可以占据两个营养级。
况且，人作为消费者，其占据的营养级往往是高达三级或四级，且并非所有的绿色植物生产都能被人所利用。因此，单从土地生产力角度来看，即使是最有效率的自然生态系统也不能支持单位面积内如此高密度人口的集中分布。
2.人工创造的环境
人口集中创造了人工环境。人工环境包括高大的建筑群、铺装道路、管道设施等。人工环境主导下的城市生态系统的空间结构与功能与自然生态系统很不相同，在城市中的人工建设空间比重特别高。
城市中的绿地空间也具有典型的人工特征。表现为种群结构单一,优势种突出，空间分布不连续，非生产性绿地，更多的是发挥美化环境的作用。
3.人工化的营养结构
高度集中的人口和人工创造的环境极大地削弱了城市生态系统的初级生产力。在城市生态系统中，绿色植物已不再承担生产者的作用，代之发挥作用的是人。人除了作为消费者外，人还需要穿、住、行等使用消费，以及精神文化消费，这种消费需求，赋予了人的生产者功能，人是社会财富的创造者。
为了满足人的社会需求，人类重新“组装”了食物链，开发了各种产业链。人类开发的产业包括传统的一、二、三产业，在此基础上，不断拓展、延伸，形成复杂的产业结构。
上述三个方面分别指出了城市生态系统的种群结构、空间结构和营养结构的特殊性，而这些特殊性在城市生态系统发展的不同阶段会有不同的表现，这恰恰反映了城市生态系统的时间结构变化特点。
通过上面的分析可以看出，尽管城市生态系统和自然生态系统之间存在着众多的差异，表现出城市作为人工生态系统的种种特性，但人工生态系统不能脱离自然生态系统这一基本前提决定了两者具有共同的认识基础。
（二）高度开放的生态系统
1.高密度的物质与能量代谢
维持一定规模的人口的新陈代谢需要大量的食品，由于城市生态系统在种群结构和空间结构的特殊性决定了城市生态系统几乎不具备初级生产功能，必须从外部输入食品。城市生产活动所需要的物质与能量绝大多数也是来自于系统外部，而产品与废弃物又不断地输出系统外部。
2.高度开放的物流体系
城市的物质输入与输出依靠物流体系来支撑。现代物流体系包括公路、铁路、河海运输以及航空运输等形式。城市利用这些运输形式与外部沟通，使城市生态系统的高密度物质与能量代谢成为可能。各种运输方式既是物流与能流的载体，同时也输送了大量的人流与信息流。
3.高度发达的信息网络
城市本身的集聚环境就是一个信息源和交流中心。
现代城市发育了完善的信息传播网络，如报纸、电台、电视台、出版社、杂志社等，汇集了大量的信息流。许多信息传播借助交通工具来实现。据统计，1987〜1989年，我国的铁路、公路、航空、轮船的客运量中的信息载体率平均为60%。
随着现代通讯技术的发展，无线电讯技术与网络传真技术使信息处理与传递更为方便与快捷，交通工具作为信息载体的地位将不断下降，而电话和互联网等通讯手段将在未来城市信息传输中发挥日益重要的作用。
事实上，许多发达国家的城市的电话与互联网的普及率已达到相当高的程度，甚至超过100%，而我国则属相对落后，1999年我国的互联网普及率仅为0.2%，普及率偏低的部分原因是由于我国城镇人口比重相对较低。
(三)功能不完善的生态系统
1.丧失了初级生产功能
生态系统的生产功能包括初级生产和次级生产，其中初级生产功能是由绿色植物来实现的，是生态系统中最基本的功能。
城市的生产功能主要是次级生产功能，包括人口的再生产和社会商品的再生产。这些再生产活动所需要的物质与能量从来都不是来自于系统本身，如前所述，城市生态系统的物质与能量的外部依赖性极大，主要依靠外部生态系统的物质与能量输入来维持正常的新陈代谢,这就构成了城市与其他生态系统的依赖关系。
2.割裂了物质循环链条
自然物质循环发生在三个层次上，即生物个体层次、生态系统层次和生产圈层次。其中，生态系统层次的物质循环是通过生产者、消费者和分解者所构成的营养结构来实现的。
城市生态系统中通常存在两种营养结构，一是食物链，二是产业链。这两种营养结构都具有人工化特点，与自然生态系统的营养结构有很大的差异。事实上，城市生态系统产业链也不具备初级生产功能。作为生产者，在产业链上的人仍然是次级生产者，生产活动的全部物质与能量均来自于系统外部。
目前，大多数产业活动有两种输出：产品与废弃物。产业链上同样缺少分解者。以产品形式的输出，经过消费后仍然以废弃物的形式被丢弃。
由于缺乏分解者，大量的城市垃圾与废弃物不得不被输出到系统外部，依靠自然生态系统的分解者来实现物质的再循环。但自然生态系统的分解能力是有限的，大量集中输出的垃圾与废弃物往往得不到及时的分解与还原。
另外，有些现代化学合成物质是难以在自然状态下分解或者分解速度极其缓慢，这就造成了物质循环的中断。
有些废弃物是有害气体或有毒物质，不能及时分解就进入到生物地球化学循环中，不仅影响生物个体的新陈代谢，同时也会对生物地球化学循环造成重大的干扰，严重破坏自然生态系统的物质循环功能。
3.对不可再生能源的依赖
城市生态系统对能源的需求极高，不仅是要维持高密度的人口在生物水平上的新陈代谢，还要对庞大的产业系统提供能量支持。
但城市生态系统主要依赖不可再生能源支持，这与自然生态系统的能源利用方式有本质的区别。自然生态系统主要依靠太阳能，用人类历史来衡量，属于可再生能源。尽管能量不能循环，但可以源源不断地供给，同样可以保证生态系统的稳定进化。
城市生态系统使用的不可再生能源是地球遗产，按照目前的消费速度，很快就会用光。此外，化石能源燃烧过程中会释放温室气体和有害气体，是空气污染的主要原因。这是城市生态系统可持续发展的根本障碍。
4.信息不对称发育
城市生态系统的信息不对称发育表现为主观信息与客观信息的分离和获得信息能力的不平等两方面。
城市生态系统中大量传播的就是此类信息，如被人们广为接受的经济学法则是建立在资源无限供给命题下，并探讨如何实现利润（人类的福利）最大化问题。这本身就是对自然生态系统的一种错误认识并违背了自然生态系统的整体性原则。
主观信息削弱了人对自然的感知能力。现代信息技术的发展，提出了虚拟空间的概念，在虚拟空间里，人与狮子可同处一室而互不侵犯，然而这完全是一错误认识。由于主观信息充斥着城市生态系统中，使人与自然的关系越来越远，甚至产生人可以脱离自然而生存的遐想，而真正将人置于原始森林中（纯粹的自然生态系统），人又失去了基本的生存能力。
尽管人类社会标榜已经进入信息化时代，但谁也不能否认在获得信息的能力方面并不是人人平等的。“信息鸿沟”与“知识缺口”存在于不同的国家、地区与社会阶层里。这一方面是由于许多主观信息需要借助一定的信息工具才能获得，而并非每个人都掌握这些工具。
另一个重要方面就是信息的公开性与传播途径的人为障碍，使得许多应该为人所了解的信息也不能及时得到传播。诸如公害问题的严重性，化工厂污染的影响范围等，此类问题在城市生态系统中是普遍存在的。
城市生态系统的信息不对称发育剥夺了人类平等地、直接感知客观信息的权力，并体现在人类行为上的诸多违背自然规律的妄动。
（四）人类调控的生态系统
1.人口数量控制与社会分工
以人为中心的城市生态系统中没有人类的天敌制约，人类又掌握了最有力的获得资源的手段，并能够控制疾病的蔓延，因此形成了人口增长的正反馈机制，必须进行人为控制。
人类在反省工业革命以来的巨大人口压力的同时，逐渐发展了控制人口及城市规模的自我调节机制，相信在这方面人类是能够做到有效控制人口的增长势头的。
在种群结构单一的城市生态系统中，人类不得不承担在自然生态系统中由不同种群来完成的工作，这促进了人群的功能分化。最初表现为社会阶层的分化，不同阶层的人完成不同的社会分工，早期分工出现了生产者与消费者的群体分离。
随着社会进步，出现了职业分化，每个人都在各自的专业领域里进行着社会化大生产，分工建立了城市生态系统的种群结构的新秩序。
2.城市的空间结构设计
以人工环境为标志的城市生态系统无处不体现着人工设计的痕迹。建筑物与道路构成城市生态系统人工环境的基本骨架，是根据人的需求来设计的。
从单纯的生活空间设计发展到集生活、生产与文化娱乐为一体的多功能空间设计，从追求方便与实用的朴素标准发展到美学标准，现代城市设计中又提出了生态化标准，把生态人居环境建设作为城市设计的出发点，城市的空间结构演化始终是按照人的价值取向来规划建设的。
现代城市设计充分考虑了生活与生产空间的合理布局，对绿色空间提岀了较高的标准，许多发达国家的城市的绿地覆盖率高达50%以上，我国对未来城市建设也提出了2010年达到35%以上的绿地覆盖率标准。
不仅如此，现代城市对建筑物、广场、构筑物（桥梁、电视塔等）以及建筑小品（小型公用设施、雕塑、路灯、标志等）均提出了一系列的设计理念，使城市这一人工环境越来越朝着适宜于人类居住方向发展。
3.城市功能定位与内部功能设计
城市生态系统建立在不同的自然环境基础上，许多城市经历了不同的社会历史发展背景，因而发育了不同类型的城市。
城市与周围地区以及城市与城市之间的各种交流从来都没有间断过，因此人们特别关心一个城市整体的功能特点，以及其在更广阔的区域范围内所发挥的作用，给予城市进行功能定位，引导城市发展方向。
随着城市发展过程中普遍地出现了环境问题，城市功能设计转向其内部结构与功能的合理性方面，发现了城市功能的不完整性，几乎所有的城市都毫无例外地缺少分解者——这一生态系统中的基本成分之一，由此产生了新的功能设计要求——构建由生产者、消费者和分解者组成的完整的功能单元。
如前所述，从循环型社会角度，日本提出通过发展“静脉产业”来消化由“动脉产业”（传统意义上的物质生产部门）的代谢物质，从而完善城市生态系统的物质循环功能。功能设计越来越引起人们的关注，它将成为城市生态系统未来调控的重要方面。
