隨著人類知識的進步，人類對自然環境的理解以及對自身與自然關系的認識也不斷加深和改變。環境知識的生產在很大程度上影響著人類對自然和人工環境的改造。學界傳統上認為，作為人類生產生活的中心，城市是一種人工環境，是人類文化的表現和產物，于是將城市與自然相對立。故此，環境史在興起之初并沒有把城市納入其研究范疇。隨著環境史學科的成熟，學者們逐漸意識到城市亦是一個由土壤、水源、空氣、動植物及人類等構成的有機體系，這個體系是自然生態系統的一部分，遵循著自然規律，有其興衰之道。與鄉村相比，城市有著更為強烈的人類痕跡，受到更多的“人類事務”的影響和干預。與荒野和鄉村環境的形成更多依賴自然生態因素不同，人為因素對19世紀美國城市環境的變遷影響更為巨大。

　　美國城市環境的變遷在一定程度上反映了美國環境思想的發展。由于美國特殊的國家發展軌跡，荒野和自然在美國環境觀念中占據重要位置，環境思想的產生也得益于知識分子們在廣袤土地和無盡荒野中的沉思。早期殖民者常常把自然與蠻荒聯系在一起，未經開墾的自然對初到美國的歐洲殖民者的生存產生著威脅，荒蕪的不毛之地是文明生活的對立面，對人類充滿著敵意，因此人們需要征服和開拓自然，將其變為有利于人們生產生活的存在，所謂的拓荒精神就是在這一時期形成的。早期殖民者還在為如何在新大陸生存下來而掙扎，根本無暇去欣賞自然之美，而是將自然與野蠻、無序和危險相聯系。

　　到了19世紀，美國人對自然的態度發生變化。隨著工業化的進一步發展，東部的荒野地區逐漸被開墾完畢，人造空間的增多使人們對自然空間的興趣被喚起。生活在東部的知識分子如愛默生、梭羅等超驗主義哲學家形成了與以往不同的自然觀。他們認為，自然具有神性，是人與上帝溝通的媒介，在宇宙中處于重要的位置。人需要在自然中尋求精神真理，獲得身心的澄澈和靈魂的滋養。19世紀下半葉美國工業化和城市化速度加快，城市環境逐漸惡化，污染問題嚴重。濃煙滾滾、環境骯臟的城市與空氣清新、青山碧水的自然形成鮮明對比，人們對自然的渴求和對自然之美的欣賞也前所未有的強烈。人們憧憬能夠短暫逃離匆忙的都市生活，在戶外與草木、水流和陽光親密接觸。于是，在城市中產階級中，對寧靜自然的向往和對喧囂城市的厭倦萌生了一場“回歸自然運動”。這場運動的宗旨便是在工業化社會中尋找自然之于人類精神層面的意義，尋找自然和都市的和諧共處之道。帶著對阿卡狄亞式生活向往，改革者們開始思索如何在城市中保留一片自然空間，使生活在鋼筋水泥中的都市人也有機會享受自然之美。受到歐洲城市公園思想的啟發，自然在美國城市規劃中也占據了一席之地，公園和綠化帶開始成為城市中的一部分，自然山水出現于鋼筋水泥之間。一大批城市公園和綠道在19世紀晚期至20世紀早期建立起來，代表性的有紐約中央公園、波士頓城市大公園體系和舊金山金門公園等。在工業化和城市化高速發展的背景下，知識分子和精英階層就自然空間和城市文明如何和諧存在這一問題進行了探索，而城市公園的建立正是這一探索的外在表現之一。

　　除了人類生態觀念和環境思想的演進對環境改造的指導之外，科技的進步和革新在城市環境變遷中也發揮著重要作用。南北戰爭后的美國，工業化進程前所未有之快。伴隨著經濟高速增長，城市化帶來的各種問題顯現，如住房擁擠、垃圾成堆、水污染、煙霧、噪音等深深困擾著城市居民。在19世紀中期的華盛頓，人們隨意將工業和生活垃圾傾倒于街上或空地，廢物未經處理便直接排入臨近的河流、湖泊等水域，牲畜在街上肆意亂竄。除了衛生管理措施的不善，環衛技術的落后是造成這一局面的重要原因。比如，對于廢物的處理方式僅限于移除丟棄和簡單回收利用其有機部分，被拋至河流的廢物會阻塞、污染水流，而用未經處理的有機垃圾填補道路、用作肥料或者動物飼料會對人類健康造成威脅。

　　針對這些情況，人們開始思索如何突破技術屏障，尋求新的環衛技術來解決現實問題。于是，政府聘請了一大批工程師負責基礎設施建設，包括供排水系統的修建、垃圾和廢棄物的收集處理等。為了解決垃圾處理問題，美國工程師借鑒歐洲的技術，在1885年建造了美國第一個垃圾焚燒爐。垃圾的再利用水平也逐步提高，人們開始從垃圾中提取氨、油脂和殘渣等用作肥料，使垃圾變廢為寶。這一時期在工程師的努力下，覆蓋全市范圍的自來水管道逐漸進入城市家庭和商業場所，取代了井水、泉水等本地水源，人們的用水變得更加潔凈便捷。同時，排水系統也發生著進步和革新——下水管道和沖水廁所取代了糞池。工程師們根據各個城市不同的情況，設計了不同的地下排水系統，其中最為著名的是工程師喬治·E.韋林的“韋林系統”。這是美國第一個將雨水徑流與污水相分離，使其分別進入不同排水管道的下水系統，這樣的設計有助于污水的定期排放，從而減少流行病的發生。

　　得益于科技的進步和創新，城市環境得到明顯改善，街道變得更加整潔，垃圾得到有效處理，流行病和自然災害的發生率也大大降低。城市作為一個有機體，須吐故納新才能維持其生機和活力，人類環衛技術的革新使城市的新陳代謝更加順暢，城市居民的生活更為適宜。

　　人和自然的關系并不總是矛盾沖突的，早期環境史學家多持“衰敗論”，強調人類是自然的入侵和破壞者，這樣的觀點有失公允。在歷史上，人類環境觀念和科技的發展也對城市環境的塑造起到持續的積極作用。20世紀后期世界上紛紛出現的“綠色城市”“可持續城市”正是人類探求城市文明與自然和諧存在的成功范例。與其他生物一樣，人類作為一種生物需要創造適合自己生存和發展的環境，而如何在締造自己生境時不影響其他有機體的生存狀態，如何與自然相互適應，實現人類與自然和諧共生，是一個值得長期追尋的命題。需注意的是，即使人類對環境的認知通過實踐有力地塑造著城市環境，各種非人為的環境因素在城市環境的塑造中也扮演著重要角色，自然力作為一種強大且客觀存在的力量對城市環境的影響從未停止過。自從人類出現于地球上，地球歷史的演進一直都是人類力量和自然力量相互作用的過程。