城市生态学教案综述.docx
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城市生态学教案综述
《城市生态学》教案
第一章生态学概论
第一节生态学的概念、起源及发展
一、生态学概念
1869年德国生物学家赫克尔（ErnstHeinrichHaeckel）提出：
“可以将生态学定义为关于有机体与周围外部世界的关系的一般学科，外部世界是广义的生存条件”。
二、生态学的起源及分类
（一）生态学的起源
起源：
生态学（尤其基础生态学）来源于生物学、生物学是研究生物的结构、功能、发生和发展规律的科学，包括动物学、植物学、微生物学、古生物学等。
（二）生态学的分类
分类方法：
生态学按其研究对象的不同等级单元，按照生物栖息的不同场所可分为若干类型。
此外，按照生态学在自然学科及社会学科领域中的运用，也可划分为若干类型。
三、生态学的发展
第二节生物生存环境
一、生物的能量环境
生物能量环境的特点：
其一是唯一性，即能量环境的能量唯一来源是太阳；
其二是区间性，即能量环境所提供的不同生物的生存环境条件具有时空上的差异，生物对于能量环境的利用也具有选择“最适区间”的内在趋势。
（一）光
1.光照强度：
在地球表面有时间和空间的变化规律。
空间变化包括纬度、海拔高度、地形、坡向；时间变化则有四季变化和昼夜变化。
2.光质：
由于大气对太阳辐射的吸收和散射具有选择性，所以当太阳辐射通过大气后，不仅辐射强度减弱，而且光谱成分——光质也发生改变。
随太阳高度升高，紫外线和可见光所占比例随之增大；反之，高度变小，长波光比例增加。
3.光照长度：
地球上不同纬度日照长度的变化各不相同，呈周期性变化。
纬度越低，最长日和最短日光照区别越小，纬度越高日照长短的变化越明显。
（二）温度
1.温度的空间变化：
受纬度和海拔高度的影响。
低纬度地区太阳高度角大，辐射量大，昼夜长短差异小，太阳辐射量的季节分配比较均匀。
高山高原地区辐射较强，但由于空气稀薄，水蒸气和二氧化碳含量低，所以地面上辐射热量散失很大。
一般，南坡太阳辐射量大，气温、土温比北坡高。
2.温度的时间变化：
受季节变化和昼夜变化的影响。
能量环境的组成
二、生物的物质环境
（一）大气圈
1.大气的组成：
包含恒定的（包括氮、氧、氩，约占99.97%，还有微量元素氖、氦、氪、氙以及臭氧等等）、可变的（二氧化碳和水蒸气）和不定的（尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物等，主要由人为因素造成）三部分。
2.大气的分层：
对流层、平流层、中间层（属于均质层），热层（非均质层），外层
大气圈的垂直结构
对流层
平流层
中间层
热层（电离层）
外层（逃逸层）
（二）水圈
由海洋、河流、湖泊、地下水、大气水和冰共同构成。
水以大气环流、海洋和河流排水等形式在地球上流动和再分配，再通过蒸发、降雨、渗透等进行水分循环、不断往复，永无止境。
水的自然循环
水的地质作用
水循环是改变地表面貌的重要因素。
大气的降水、河水的流动、地下水的活动等等，一方面破坏地表及地下一定深度的岩石，一方面又形成新的岩石。
水是一切有机体的生长要素，而有机体是改变地球面貌的又一个重要的要素。
由此可见，水是参与地球发展和地壳变化最积极的因素之一。
水在塑造地表形态的作用中占有极为重要的地位。
海洋、河流、湖泊以及冰川等地表水是改造地表形态和盆地沉积等地质过程的主要营力，主要包括侵蚀、搬运和沉积三个阶段。
而地下流体和部分地表水对矿产形成有着积极的作用。
（三）岩石圈和土壤圈
岩石圈是地球表面30-40km后的坚硬地壳层，是大气圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基础，也是土壤形成的物质基础。
土壤圈在地球陆地表面，由岩石圈表面物理风化而成的疏松层作母质，加上水和有机物质通过化学变化以及土壤母质的生物作用，经过相当长的时间形成，是有机界与无机界相互联系、相互作用的产物。
土壤的构成
三、生物圈
生物圈是由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈这几个圈层的交接的界面构成的
生物圈是地球上最大的生态系统，生物圈中各种生物体活质以太阳能为动力，进行大规模的物质的循环与能量的转移。
第三节生态因子及其作用
一、生态因子概念及其分类
1生境：
任何一种生物都不可能脱离特定的生活环境，指的是在一定时间内对生命有机体生活、生长发育、繁殖以及对有机体存活数量有影响的空间条件及其他条件的综合，包含对生物体有影响的自然条件和生物体种内和种间的相互影响。
2生态因子：
组成生境的因素。
主要包括两方面：
a.非生物因素：
即物理因素，如光、热、水、风、矿物质养分等；b.生物因素，即对某一生物而言的其它生物、如动物、植物、微生物，它们通过自己的活动直接或间接影响其它生物。
另有一种观点将人为因子纳入第三种因素，即人类的砍伐、挖掘、采摘、引种、驯化以及环境污染。
二、生态因子作用的分析
（一）生态因子作用的一般特征
1.综合作用：
环境中各种生态因子不是孤立的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，必将引起其它因子不同程度的变化及其反作用。
2.主导因子作用：
在诸多生态因子中，有一个生态因子对生物起决定性作用，成为主导因子，主导因子变化会引起其它因子发生变化。
3.直接作用和间接作用：
环境中的地形因子，如起伏、坡度、海拔高度及经纬度登对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子，对生物其间接作用；而光、温度、水则对生物生长、分布及类型起直接作用。
4.因子作用的阶段性：
不同阶段生物生长发育需求不同，因此因子对生物的作用有阶段性，这种阶段是由生态环境的规律变化造成的。
5.生态因子的不可替代性和补偿作用：
总体上讲每种生态因子的作用不尽相同，但都各具其重要性，尤其作为主导因子，如果缺少便会影响生物的正常生长发育，甚至罹病死亡。
总体来说，生态因子不能替代和补偿，但在局部是可以补偿的。
（二）生态因子的作用方式
1.拮抗作用：
各种因子在一起联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子起作用。
如有机汞和硒同时在金枪鱼中共存时，可以抑制甲基汞的毒性。
2.协同、增强和叠加作用
1协同作用：
两种或多种化合物共同作用的毒性等于或超过各化合物单独作用时的毒性总和。
2叠加作用：
两种或多种化合物共同作用的毒性为各化合物单独作用是毒性的总和。
3增强作用：
一种化合物对某器官系统并无毒作用，但与另一种化合物共同作用时，使后者毒性加强。
3.净化作用：
部分生态因子具有以物理、化学和生物的方式消除水、气、土中的污染物。
净化可以分为物理净化、化学净化和生物净化三类。
1物理净化：
包括稀释、扩散、淋洗、挥发、沉降等。
2化学净化：
氧化还原、化合和分解、吸附、凝聚、交换和络合等。
3生物净化：
生物的吸收、降解作用等，使污染物的浓度和毒性降低和消失。
（三）生态因子作用的规律
1限制因子规律：
在诸多生态因子中使生物的耐受性接近或达到极限时，生物的生长、发育、生殖活动以及分布等直接受到限制、甚至死亡的因子称为限制因子。
2最低量（最小因子）定律：
低于某种生物需要的最少量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素，亦称为利比希最小因子定律。
3耐受性定律：
生物对环境的适应存在耐性限度的法则称为耐受性定律。
每种生物对一种环境因子都以一个生态上的适应范围的大小，两者之间的幅度为耐性限度，称为生态幅。
生物在最适点或接近最适点才能很好生活，趋向这两端就减弱，然后被抑制。
第四节种群
一、种群的基本概念和特征
1种群（population）：
在一定时空中同种个体的总和。
2种群的基本特征
a）空间特征：
种群要占据一定的分布区，组成种群的每个有机体都需要有一定的空间进行繁殖和生长。
种群数量的增多和种群个体生长的理论说明，在一个局限的空间中，种群中个体在空间中越来越接近，而每个个体所占据的空间越来越小，种群数量的增加就会受到空间的限制，进而产生个体间的争夺，出现领域性行为和扩散迁移等。
b）数量特征：
种群数量特征是以占有一定面积或空间的个体数量，即种群密度来表示的，它是指单位面积或单位空间的个体数目。
另一种表示种群密度的方法是生物量，即单位面积或空间所有个体的鲜物质或干物质的重量。
c）遗传特征：
组成种群的个体在形态特征、生理特征方面有共性，但在某些形态特征或生理特征方面有差异。
一个种群的生物具有一个共同基因库，以区别于其他物种，但并非每个个体都具有种群中贮存的所有信息。
二、种群数量动态参数
（一）出生率和死亡率
出生率：
种群生殖状况的指标。
常用种群中每年内每千个个体的出生数或每年每个雌体的产仔数来计算。
出生率分为最大出生率（或称绝对生理出生率）和实际出生率（或称生态出生率）。
前者是指在理想条件下（无任何生态限制因子，繁殖只受生理因素限制）产生新个体的理论最大数量；后者表示种群在某个真实或特定的环境条件下的增长，它对种群来说由其组成、大小、物理环境条件而变化。
死亡率：
种群中每千个个体种死亡的总数。
死亡率也分最低死亡率和实际死亡率（生态死亡率）。
前者是指种群在最适应环境条件下，种群的个体都是因年老而死亡的，即生物都能活到了生理寿命之后才死亡的情况；后者是在特定条件下丧失的个体数，同生态出生率一样，不是常数，随种群状况和环境条件而改变。
（二）迁入和迁出
迁入：
生物个体或者其种子从原有生活地向特定地区整群迁居的一种行为。
迁出：
迁出的相反行为。
迁入与迁出是生物的一种扩散行为，它有助于防止近亲繁殖，同时又是个地方种群之间进行基因交流的生态过程。
（三）年龄结构和性别比
年龄比例：
一个种群的所有个体一般具有不同的年龄，各个龄级的个体数目与种群个体总体的比例。
性别比：
反映种群中雄性个体与雌性个体比例的参数。
（四）种群内禀增长率
内禀增长率：
指当环境是无限的（空间、食物和其他有机体等都没有限制性影响），在该理想条件下，稳定年龄结构的种群所能达到的恒定的、最大增长率。
三、种群增长的基本模式
（一）在无限环境中的指数增长
种群不受任何食物、空间等条件的限制，则种群就能发挥其内禀增长能力，数量迅速增长，呈现指数增长（又称“J”型增长）格局，这一规律称为种群的指数增长规律。
四、种间关系
（一）种间关系形式
“+”“-”“○”分别表示有利、有害、无利无害
（二）种间竞争关系
种间竞争关系：
就是指两个或更多物种的种群对同一对象的争夺，如空间、食物或营养物质、光线等等。
竞争排斥原理（格乌斯原理）：
种间竞争使亲缘关系密切或者各方面都相似的物种之间产生生态上的分离，称为~。
生态位：
生态位的定义各有不同，大体可以分为以下几种。
1格林尼尔“生境生态位”（habitatniche）（指物种的最小分布单元，其中的结构和条件能够维持物种的生存）；
2埃尔顿“功能生态位”（roleniche/functionalniche）（生态位应是有机体在生物群落中的功能作用和位置，特别强调和其他种的营养关系，他指出生态为主要是营养生态位）；
3哈林奇提出的“超体积生态位”（hupervolumeniche）（指生态维数远远多余三个，形成n维适合度明确的超体积）。
（三）种间捕食与寄生作用
捕食：
指一个物种对另一个物种的取食现象。
此现象对捕食者有利，对被捕食这不利，但不一定造成被捕食者的死亡。
寄生：
连个有机体或物种之间的密切关系。
其中一个从另一个获取食物、前者称寄生者，后者称宿主。
（四）种间合作与互利共生
2.植物种间关系
²在植物造景中恰当地处理好植物的种间关系，可以增加景观的变化，改善环境的生态效益。
³例如：
在亚热带、热带雨林的植物群落中，附生着著如藻类、天南星科、兰科、萝藦科等植物，这种附生关系增加了单位面积中绿叶的数量，增大了改善环境的生态效益，还可形成各种各样美丽的植物景观。
²在植物造景中还应当重视植物分泌的物质对种间组合的影响。
³例如：
如刺槐、丁香两种植物的花香会抑制邻近植物的生长；榆属与栎树、白桦与松、松与云杉之间具有对抗性。
第五节群落
一、群落的基本概念及特征
群落（community）：
全称生物群落（biocoenosis），指在一定时间内居住在一定空间范围内生物种群的集合。
（二）群落的特征
1.群落中的优势种
优势种：
群落中因大小、数量或活动上起着重要影响和控制作用的少数几种物种。
建群种：
建群种的个体数量不占绝对优势，但它决定着群落的内部结构和特殊环境，是群落的创建者和建设者。
共建种：
如果群落主要层的优势种由多个物种组成，这些物种称为~。
附属种：
虽然也参加群落建设，但属于群落中优势度较小的物种。
2.群落的物种多样性
含义：
一是说明群落中物种的多少，即丰富度；二是说明群落中各个种的相对密度，又可称为群落的异质性。
3.群落的种间关联性
含义：
反映群落物种之间的联系特征。
当许多物种经常趋向于一齐出现，称之为正关联；当另一些物种由于竞争或对环境、资源要求的明显差异而互相排斥、不一起出现，称之为负关联。
4.群落的交错区和边缘效应
群落交错区（ecotone）：
不同群落的交界区域，或两类环境相接触部分，也成为生态环境脆弱带。
边缘效应（edgeeffect）：
交错区或两个群落的边缘和两个群落的内部核心区域，环境条件往往有明显的区别，在群落交错区内单位面积内的生物种类和种群密度较之相邻群落有所增加,这种现象称为边缘效应。
其形成需要一定的条件，如两个相邻群落的渗透力大致相似、两个群落造成的过渡带需相对稳定各自具有一定均一面积或只有较小的面积的分割、具有两个群落交错的生物类群等。
5.群落的稳定性
定义：
指在一段时间过程中维持物种互相结合及各物种数量关系的能力，以及在受到扰动的情况下恢复到原来平衡状态的能力，即现状的稳定、时间过程的稳定、抗变动能力和变动后恢复原状的能力。
通常群落的稳定性通过如下三个特性来考察：
a.当扰动一个群落系统时，所需施加的扰动强度越大，表明群落越稳定；b.群落从平衡位置上被扰动后，所产生波动的幅度越小，群落越稳定；c.群落变动后恢复到原来的平衡状态所需的时间，时间越短越稳定。
二、群落与环境
（一）、群落与生境
生境（habitat）：
群落具体生长的环境，它指动植物物种生存繁衍完成世代生活史所要求的各种不同生存条件总和的地域空间。
（二）、群落对环境的指示作用
1.植物群落的指示作用
植被的特征和组成是作用一个生境所有因素的综合影响的表达，因此这种起指示作用的群落称为指示群落。
2.生物群落对污染环境的指示作用
通常采用群落中的优势种，其适应环境的范围越窄就越能起到指标作用。
污染指示植物：
第六节生态系统
一、生态系统的概念
生态系统（ecosystem）一词由英国生态学家A.G.Tansley在1935年提出。
1971年生态学家E.P奥德姆1971年提出：
生态系统就是包括特定地段中的全部生物和物理环境的统一体。
具体说：
生态系统是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。
二、生态系统的组成成分、功能及其相互关系
（一）生态系统的组成成分
生态系统是由两大部分、四个基本成分组成的。
两大部分就是生物和非生物环境，也称之为生命系统和环境系统或生命成分和非生命成分；四个基本成分是指生产者、消费者、还原者和非生物环境。
（二）生态系统组成成分的功能
1.生产者（producers）：
指生物成分中能利用太阳能等能源，将简单无机物合称为复杂有机物的自养生物。
主要是绿色植物、藻类，也包括一些光能细菌和化能细菌。
2.消费者（consumers）：
指靠自养生物或其他生物为食物而获得生存能量的异养生物，主要是各种动物。
通常各种食草动物被称为初级消费者；以食草动物为食的食肉动物统称为次级消费者。
3.还原者（reducers）：
也称分解者，主要指细菌、真菌、放线菌和原生动物。
4.非生物环境（abioticenvironment）:
主要包括三个部分，其一为气候因子，如光照、热量、水分和空气等；其二为无机物质如C,H及无机盐分等；其三为有机物质，如碳水化合物、蛋白质、脂肪类及腐殖质等。
（三）生态系统系统组成成分的关系
三、生态系统的结构
（一）空间结构
生态系统的空间结构指生态系统中各种生物的空间配置（分布）状况，亦即生物群落的空间格局状况，包括群落的垂直结构（成层现象）和水平结构（种群的水平配置格局）。
（二）物种结构
物种结构是指生态系统中各类物种在数量方面的分布特征。
（三）营养结构
生态系统的营养结构即食物网及其相互关系。
1.食物链：
食物链即生物圈中一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物联系起来的链锁关系。
2.食物网：
生态系统中各种食物链相互交错连接形成的网状结构。
食物网揭示了生态系统中生物之间的食与被食的关系。
四、生态系统的基本特征及类型
（一）生态系统的基本特征
1.生态系统是动态功能系统（任何一个生态系统总是处于不断发展、进化和演变之中，这就是系统的演替。
人们可按发育的状况将生态系统分为幼年期、成长期和成熟期）。
2.生态系统具有一定的区域特征
3.生态系统是开放的“自持系统”（生态系统的代谢通过生产者、消费者和分解者三个不同营养水平的生物类群完成，它们是生态系统“自维持”的结构基础）
4.生态系统具有自动调节的功能（生态系统受到外来干扰和稳定状态改变时，系统靠自身内部的机制再返回稳定、协调状态的能力）。
（二）生态系统的类型
1.按生态系统空间环境性质
即按生态系统所处的地理区域的空间性质分类，可分为淡水生态系统、海洋生态系统、陆地生态系统。
2.按人类对生态系统的影响程度
五、生态系统的基本功能
（一）生物生产
生态系统中生物生产包括初级生产（植物性生产）和次级生产（动物性生产）两个过程。
1.生产系统的初级生产过程
生态系统的初级生产是能量的转化和物质的累积过程，是绿色植物光合作用的过程。
生态系统的初级生产可以分为总初级生产量和净初级生产量。
PG=PN+Ra
总初级生产力PG包括生产者自身呼吸作用中被消耗的有机物在内的总累积量
净初级生产量PN指植物光合作用累积量中除去用于生产者自身呼吸所剩余的累积量
Ra生产者用于自身呼吸的消耗量
2.生态系统的次级生态过程
生态系统的次级生态过程：
消费者和分解者利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程，即异养生物对于初级生产物质的利用和再生产过程。
（二）能量流动
生态系统的能量流动：
是指能量通过食物网络在系统内的传递和耗散过程。
1.能量流动过程
包含能量形式的转变（太阳能转化为化学能）、能量的转移（能量由植物转移到动物和微生物上）、能量的利用（提供各类生物生长繁殖之需）及能量的耗散（生物的呼吸和排泄耗费能量）四部分。
2.能量流动的渠道
通过食物关系使能量在生物之间转移，即通过食物链和食物网能量进行流动。
3.能量流动的特点
（1）生产者（绿色植物）对太阳能利用率很低，只有0.14%左右。
（2）能量流动为不可逆的单向流动。
（3）流动中能量因热散失而逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉。
。
（4）各级消费者之间能量的利用率平均为10%。
（5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量平衡的，生态系统的结构与功能才能保持动态的平衡。
（三）生态系统的物质循环
生态系统中各种营养物质经过分解者分解成可以被生产者利用的形式归还环境中重复利用，周而复始地循环，这个过程叫做~（materialcycle）。
1.生态系统物质循环的层次和类型
（1）生态系统物质循环的层次
1生物个体层次的物质循环（个体的新陈代谢）
2生态系统层次的物质循环（在初级消费者代谢的基础上，各级消费者和分解者将营养物质归还环境）
营养物质再循环的六种途径：
物质由动物排泄返回环境，由微生物分解碎屑返回环境，通过植物根系中的真菌直接从植物残体中吸收营养物质而重返到植物体，分化和侵蚀过程加上水循环携带营养物质进入生态系统，动、植物尸体或粪便不需任何微生物分解也能释放营养元素，人类利用化石燃料生产化肥、海水制淡水及金属的利用。
3生物圈层次的物质循环
营养物质在各生态系统之间的输入和输出，以及它们在大气圈、水圈和土壤圈之间的交换。
（2）生态系统物质循环的类型
——碳的循环——
——氮循环——
——磷循环——
——水循环——
（四）信息传递
定义：
是指生态系统内各生命组分之间的信息传递。
分类：
物理信息、化学信息、营养信息和行为信息
Ø物理信息是以物理过程为传递形式的信息，如光、声、电等，动物求偶、报警等行为都与物理信息有关。
Ø化学信息是将生物代谢过程中产生的一些化学物质（信息素）作为传递信息的物质，动物利用这些化学物质（信息素）作为个体间、种间识别信号。
Ø营养信息是通过食物链、食物网进行营养信息的传递。
Ø行为信息是指许多同种动物、不同动物个体相遇，会表现出威胁、挑战、炫耀等行为格式，称为~。
六、生态平衡
（一）生态平衡的概念
²生态平衡——指生态环境在一定时间内结构和功能相对稳定，其物质和能量的输入和输出接近相等。
³ 处于生态平衡状态的生态系统，能通过自我调节（或人为控制）抵抗外来，使系统保持稳定状态。
²当外来干扰超过生态系统的自我调节能力，而不能恢复到原始状态时称作生态失调或生态平衡的破坏。
²人为活动可以破坏原有平衡，也可以建立新的平衡，使之结构更加合理，生态效益更高。
²生态平衡是一个动态过程，维护生态平衡不只是保护其原始稳定状态。
（二）破坏生态平衡的因素
破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。
1.自然因素包括水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。
由自然因素引起的生态平衡破坏，称为第一环境问题。
2.人为因素是生态平衡失调的主要原因。
由人为因素引起的生态平衡破坏，称为第二环境问题。
人为因素造成的第二环境问题具体表现在以下三方面：
1物种改变引起生态平衡失调破坏;
2环境因素改变引起生态平衡破坏;
3信息系统破坏引起生态平衡失衡。
（三）生态平衡失调的标志
1.结构标志
生态平衡失调首先表现在结构上，一方面是结构缺损，即生态系统的某一个组分成分消失；另一方面是结构变化，即生态系统的组成组分内部发生了变化。
2.功能标志。
生态平衡失调表现在功能上，一方面是生态系统中能量流动受阻；另一方面是物质循环中断。
（四）生态系统的调节机制
1.反馈机制：
是指当系统中某一成份发生变化的时候，它必然会引起其它成分出现一系列的相应变化。
这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分，这种现象称为反馈，反馈有两种，正反馈和负反馈。
生态系统达到和保持平衡或稳态，负反馈的结果是抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。
正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态。
第二章城市生态学及基本原理
第一节城市生态学定义
城市生态学由芝加哥学派（ChicagoSchoolofHumanEcology）的创始人帕克（RobertEzraPark,1864--1944）于本世纪20年代提出。
芝加哥学派是以美国芝加哥大学社会学系为代表的人类生态学及其城市生态学术思想的
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