城市生态与城市环境一至八章.docx
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城市生态与城市环境一至八章
城市生态学
第一章生态环境及生态因子
本章必须回顾的知识点
v生态学的定义
v生物的物质环境组成？
v为什么说生物对环境的适应是相对的？
v什么是生态因子和环境因子？
两者的关系如何？
v常见的生态因子有哪些？
v生态因子的作用规律有哪些？
第二章城市生态学及基本原理
本节课必须回顾与明确的概念
城市问题产生的根源
城市生态学定义
城市生态学基本原理
第三章城市生态系统
学习目的
掌握城市生态系统的概念、构成、结构、基本功能及其基本问题。
本章必须回顾的知识点
v城市生态系统的概念
A.自然生态系统和城市生态系统的基本特征有那些？
a）为什么说城市生态系统是一个脆弱的生态系统？
b）城市生态系统的主要问题有哪些?
c）城市热岛的定义及其形成机制
d）城市大气污染的特
B.全球气候变暖的原因是什么？
C.城市问题的生态学实质是什么？
第四章城市生态规划
本章必须回顾的概念与要点
1.城市生态规划的概念、特点及内涵
2.城市生态规划目标是什么？
3.城市生态规划的原则是什么？
4.生态城市的概念
5.城市生态建设的概念
6.什么叫生态评价？
v生态学的基本概念
v城市生态学的概念
第五章环境概论
v第一节环境的基本概念
v第二节环境要素及其属性
v第三节环境的功能及特征
v第四节环境问题
本章必须回顾的概念及问题
♦环境的基本概念和环境的功能、特征
♦城市生态环境问题的具体表现
♦世界十大环境问题分别是指哪些？
♦城市固体废弃物处理存在什么问题？
♦我国城市水体污染的总体趋势是什么？
♦城市生态环境问题的生态学本质
♦酸雨有哪些危害？
第六章城市环境基本原理
v第一节城市环境的基本概念、组成及特点
v第二节城市环境效应
v第三节城市环境容量
v第四节城市环境问题
v第五节城市环境影响因素
本章必须回顾的概念与原理
v什么是城市热岛效应？
对城市大气环境有什么影响？
v城市环境有哪些特点？
v城市环境效应有哪些类型？
v城市人口容量与哪些因素有关？
v现阶段我国城市环境污染的新特点是什么？
v影响城市水体的因素有哪些？
v影响大气环境的因素有哪些？
第七章城市环境污染
v第一节废气污染
v第二节废水污染
v第三节固体废弃物污染
v第四节噪声污染
v第五节土壤污染
本章必须回顾的概念及问题
v主要大气污染物质有哪些？
v城市大气污染的来源有哪些？
v大气污染对气候有什么影响？
v什么叫水体富营养化？
有什么危害？
v固体废弃物危害的表现
v城市噪声的来源有哪些？
v城市土壤污染的特点和来源分别是什么？
第一章生态环境及生态因子
第一节生物的物质环境
物质环境的组成：
一、大气圈（atmosphere）
v1.大气的组成
v在干燥空气中，O2占大气总量的20.90%，N2占78.10%，CO2占0.032%。
这个比例在任何海拔高度的大气中基本相似。
但在地下洞穴或通气不良的环境中，空气中的H2O和CO2含量是可变的。
v在大气组成成分中，对生物关系最为密切的是O2与CO2。
O2循环一次约需2000年；生物的呼吸作用释放的CO2，约300年再循环一次。
2.大气的分层
v对流层：
0-20km；对人类活动影响很大。
对流层的大气质量占全部大气质量的70-80%。
对流层中，空气组成的主要成分保持不变。
3-4km以上高度内，CO2要比下层少。
O2总含量近108kg。
成为生物环境的大约16km。
v平流层：
20-50km。
臭氧（20-25km）：
地球的“保护伞”
v中间层：
v热层
二、水圈（Hydrosphere）
1、水资源的特点:
①维护生态平衡和环境的基本要素
②利用上的多用性
③经济上的两重性
④补给上的循环性
⑤时空分配上的可变性
v整个水圈的水分经过生物的吸收、蒸发、蒸腾、排泄等，约需20万万年循环一次。
2.地球上天然水资源的分布
3.水的生理生态作用
1）生物起源于水环境
2）水是生物体不可缺少的组成成分
3）水是生物代谢过程中的重要原料
4）水是生物新陈代谢的介质
5）水分保持植物的固有姿态、保持动物体水分平衡
6）水能调节体温
三、岩石圈与土壤圈
v岩石圈（Lithosphere）是指地球表面30-40km厚的地壳层。
它是组成生物体的各种化学元素的仓库。
v大气圈、水圈和岩石圈相互作用产生了土壤圈（Pedosphere）：
以岩石圈的风化层为母质，含有矿物质、水、有机质、生物和微生物；
土壤的组成
土壤的生态意义
1.土壤具有营养物传递系统，再循环系统和废物处理系统，是陆地生态系统的基底或基础。
Ø在土壤中进行的两个最重要的生态过程是
v分解
v固氮过程。
2.土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。
v土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方;
v是水和营养物储存场所；
v是动物和微生物藏身处，排污处；
v是污染物质转化的重要基地。
四、生物圈（biosphere）
vE.Suess（奥地利地质学家）于1875年首先创造了生物圈这一术语。
☞生物圈是指地球上全部生物及其赖以生存的环境的总体。
其范围为海平面以上10km，海平面以下12km。
其间最活跃的是生物，地球上总的生物生产量中，植被占99%。
光强的生态作用
第二节生物的能量环境
一、光
1.光照强度
•与纬度的关系
•与经度的关系
•与海拔的关系
•与地貌与地形的关系
•在土壤中
•在水体中
•与植被的关系
二、温度
•与纬度的关系
•与经度的关系
•与海拔的关系
•与地貌与地形的关系
•在土壤中
•在空气中
•与植被的关系
第三节生物对环境的适应
一、适应的普遍性
外表形状与色泽斑与其他生物或非生物相似，利于避敌、捕食
二、适应的相对性
v表现：
适应不适应
原因
v1.环境条件多变
v2.遗传物质相对稳定
生物对环境的影响
①生物对无机环境的影响：
生物不断从环境中获取营养物质，又不断将代谢产物（氧、二氧化碳、水）排放到无机环境
②生物对其他生物的影响：
主要指种间关系：
如互利共生、竞争、寄生、捕食等
③人类活动对人类生存环境的影响：
人类目前导致的全球性五大危机——人口膨胀、粮食不足、资源枯竭、能源短缺、环境污染。
小结：
v生物都能适应一定的环境，又能影响一定的环境
生物与环境的辩证统一
1．生物与环境的关系是相互的、辩证的
v非生物因子通过其质、量和持续时间三个方面作用于生物。
生物通过其形态、生理、行为的调整以适应环境因子的变化（生态适应）。
2．从长期的角度看，地球上出现生命后，本身在有机体的影响下发生了根本的变化。
较短生态时间尺度看，生物与环境关系以作用和适应为主，反作用为辅；从较长的进化尺度看，则以反作用为主，是一个相互影响、协同进化的过程。
第四节生态因子概念及其分类
一、生态因子（ecologicalfactors）：
环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素总和。
如温度、湿度、食物和其它相关生物等。
所有生态因子构成生物的生态环境（ecologicalenvironment）.
环境因子
v环境（environment）:
作用于一个对象（常假定为一个有生命的生物）的所有因素的总和，有时也称为生态环境（eco-environment）。
v在环境科学中，所谓“环境”实质上是“人类环境（humanenvironment）”的简称。
影响人类社会生存和发展的各种因素的总和就称为“环境”。
v环境因子
在环境中，对生物个体或群体的生活或分布起影响作用的因素，称为环境因子（environmentfactor）。
环境因子与生态因子的区别
☺环境因子具有更广泛的外延，包含生态因子，环境因子不一定对生物起作用；
☺生态因子是对生物产生一定作用的环境因子；
v两者既有联系又有区别。
二、生态因子分类
1.简单分类方法：
v非生物因素，即物理因素：
包括光、热、水、风、矿物养份等。
v生物因素：
针对某一生物而言的其他生物，如动物、植物、微生物等。
2.按其性质分为五类
①气候因子（climaticfactors）:
光、温度、降水、风等。
②土壤因子（edaphicfactors）:
土壤结构、有机物、有机物的营养状态等。
③地形因子（topographicfactors）:
地面特征，包括坡度、坡向、海拔。
④生物因子（bioticfactors）:
包括同种或异种生物间的关系。
⑤人为因子（anthropogenicfactors）。
第五节生态因子的作用及其分析
一、生态因子作用特征
1.综合作用
2.主导因子作用
3.直接作用和间接作用
4.阶段性作用
5.不可替代性和可补偿性
1.综合作用：
生态因子之间是彼此联系，互相促进，互相制约的，任何一个因子的变化，都会引起其它因子不同程度的变化。
生态因子作用的重要程度在一定条件下可以互相转化。
Ø在自然界，各种生态因子总是综合起作用。
但总有一个或几个起主导作用。
2.主导因子作用:
◇在诸多环境因子中，有一个对生物起主导作用的生态因子，称为主导因子。
v主导因子发生变化会引起其它因子也发生相应的变化。
如在光合作用中，光强是主导因子，湿度和CO2是次要因子；在春化作用时，温度为主导因子，湿度与通气条件为次要因子。
◇以生物为主导因子，表现在动物食性方面的可分为：
草食动物、肉食动物、食动物、素食动物（人）
3.直接作用和间接作用：
光照，温度和雨水对植物的生长过程起直接作用。
环境中的地形因子如坡向、海拔、经纬度等，其生态作用是间接的。
生物在不同地形中均能生长，但地形会影响光照、湿度、水分等分布，从而通过对直接作用因子的影响而间接地作用于生物生长。
4.阶段性作用：
生物在不同的生长阶段对生态因子的需求不同，使生态因子对生物的作用也是有阶段性。
v如光照长短在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是十分重要的。
5.不可替代性和补偿作用：
大部分生态因子对生物具有不可替代的作用，如阳光、水等，如果缺乏会影响生物的正常生长，直至死亡。
如光合作用时，如果光照不足，可以增加二氧化碳浓度来补足（补偿作用）。
v补偿作用只能在一定范围内实现。
如果完全没有阳光，再多的二氧化碳也没有作用！
二、生态因子的作用规律
1.限制因子（limitingfactors）：
生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。
任何一种生态因子只在接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。
如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子；相反，如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很窄，而且这种因子又易于变化，那么这种因子就很可能是一种限制因子。
例如，氧气对陆生动物来说，数量多、含量稳定而且容易得到，因此一般不会面为限制因子（寄生生物、土壤生物和高山生物除外）。
但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物与环境复杂关系的钥匙。
Ø因为各种生态因子对生物来说并非同等重要，所以一旦找到了限制因子，就意味着找到了影响生物生存和发展的关键性因子。
2.Liebig最小因子定律（Liebig'sLawofMinimum）：
德国化学家Liebig于1840年在其所著的《有机化学及其在农业和生理学中的应用》一书中，分析了土壤与植物生长的关系，认为每一种植物都需要一定种类和一定数量的营养元素，并阐明在植物生长所必需的元素中，供给量最少（与需要量比相差最大）的元素决定着植物的产量。
☞例如，当土壤中的氮，可维持250kg产量，钾可维持500kg，则实际产量只有250kg；如果多施1倍的氮，产量将停留在350kg，因这时产量为钾所限制。
Liebig指出：
“植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量”，这一概念被称做“Liebig最小因子定律”。
Liebig之后，不少学者对此定律进行了补充，如：
Mitsherlich发现：
当限制因子增加时，开始增产效果很大，继续下去，效果渐减。
N.P.Odum（1973）建议对Liebig定律做两点补充：
这一定律只适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出处于平稳的情况下才适用；要考虑生态因子之间的相互作用。
如光强度不足时，CO2浓度的提高可得到部分补偿，使光合作用强度有所提高。
因而最低因子并不是绝对的。
3.Shelford耐性定律（Shelford’sLawofTolerance）：
☺美国生态学家V.E.Shelford于1913年指出，生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则该物种不能生存，甚至灭绝。
耐受限度（limitsoftolerance）
生态幅（ecologicalamplitude）
广适性生物（eurytropicorganism）
狭适性生物（stenotropicorganism）
一般说来，一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低。
与此相反的是，属于狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其他条件下的生存能力。
生态福：
每个种对环境因子适应范围的大小。
4.生物的耐性机制
●实际耐性比潜在耐性要窄；
●维持一定的耐性需要消耗代谢能；
●适应极端环境时，为提高对某一因子的忍耐要牺牲对其它因子的耐性；
●通过内稳态可提高耐性；
●休眠可躲避不利因子而间接提高耐性。
v对耐受性定律的一些补充原理可概括如下：
（1）生物可能对某一生态因子的耐受范围很广，而对另一个因子又很窄。
（2）当某种生物对某一特定生态因子不是处在最适度状态时，对其他生态因子的耐受限度可能随之下降。
（3）在自然界中常可看到生物实际上并不在某一特定生态因子最适范围内生活.
（4）生物对环境因子的耐受性限度在其生活史中往往不是恒定的，而是随年龄（或发育阶段）以及其他条件而改变。
生物对生态因子耐受限度的调整
Ø驯化（acclimation）：
长期生活于生存范围的一侧，其生态幅就可能偏移。
Ø休眠（dormancy）：
生物体在不良环境下的不活动状态，对不利环境的强制适应。
休眠期耐受范围变宽并最大限度地降低能量消耗，昆虫滞育（diapause）、冬眠、夏眠。
第三章城市生态学及基本原理
本节课必须回顾与明确的概念
城市问题产生的根源
城市生态学定义
城市生态学基本原理
学习目的
掌握城市生态学的概念及其基本原理。
第一节城市生态学的定义
v定义：
研究城市人类活动与周围环境之间相互关系的一门学科。
v城市生态学是生态学一分支，也是城市科学分支，所以具有自然科学和人文科学的两重属性。
第二节、城市生态学产生背景
一、基于理论上的需要
☹面对全球五大危机（人口膨胀、粮食不足、能源短缺、资源枯竭、环境污染），人类开始反思自己的发展方式，并为此付诸实践。
全新的发展模式（可持续发展）需要新的理论来指导。
可持续发展（Sustainabledevelopment）？
vDevelopmentthatmeetstheneedsofthepresentwithoutcompromisingtheabilityoffuturegenerationstomeettheirownneeds（WorldCommissiononEnvironmentandDevelopment,WCED,1987）.
v既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求能力构成危害的发展。
可持续发展城市
v经济与合作发展组织OCED：
（1）减少对水和空气的污染，减少具有破坏性气体的产生与排放（日本京都议定书－－减少温室气体的排放量）；
（2）减少能源与资源的消耗；
（3）鼓励生物资源和其他自然资源的保护；
（4）鼓励个人作为消费者承担生态责任；
（5）鼓励工商企业采用生态环境友善技术，保护环境；
（6）鼓励减少不必要出行的城市交通；
（7）提供必要的公共设施以适应城市的发展需要，采用先进的技术或产品，提供基础设施服务。
二、基于现实的需要
v日益快速的城市化产生一系列严重的生态环境问题，对城市生态系统和居民身体健康产生严重影响:
1.影响城市的气候（如热岛效应等）和环境污染，包括水、空气、噪声和固体废弃物污染等;
2.自然资源的耗竭与短缺，特别是淡水、化石燃料、耕地的过度利用和生物多样性的减少；
3.城市人口的增加导致大量的社会问题，如住房紧张、交通拥挤、绿地减少、教育与卫生滞后等。
城市生态环境问题的根源
1.城市是一个高度聚集与高度稀缺的统一体
（1）聚集
※人口的聚集
※人类财富的聚集
※文化的聚集
※信息的聚集
※建筑、生产、消费的聚集
※污染物的聚集
（2）稀缺
自然环境因子：
光照、清洁水源、清洁空气、土地、城市植被、城市动物、能源等
2.人类对自然环境及城市环境的错误认识
美国海洋生物学家RachelCarson1962年出版了《SilentSpring》。
作者以大量的科学事实和依据揭示了滥用杀虫剂对生态环境的破坏和对人体健康的损害。
激烈抨击了依靠科学技术征服、统治自然的生活方式、发展模式和价值观念。
新的城市对生态学提出了新的要求，而生态学也正是在这样的条件下取得了新的发展，以至于形成了一门新的分支学科—城市生态学。
《SilentSpring》
☹“在被用来对付昆虫之余，已转过来威胁着我们整个的大地了”。
“它们是过去百鸟争鸣、充满生机的春天变得万般寂籁的头号杀手”。
有机氯农药的使用，致使原本生机勃勃的春天寂静了。
v该书出版后，引起极大的争议：
反对力量来自化工集团与使用农药的农业部门，甚至美国医学会也反对她。
v1963年，肯尼迪总统任命委员会调查该书的结论。
直接的后果是：
各州通过立法限制杀虫剂的使用，最终DDT等剧毒杀虫剂被世界各国取消。
v1992年，“寂静的春天”被推选为近50年来最具有影响的书。
第三节城市生态学的发展阶段
一、萌芽阶段（20世纪之前）
1、中国古代的生态学思想
v人口、人与土地、人与食物的关系
v人与自然的关系
v在城市选址、城市布局方面：
▪注重生态与自然环境条件，
▪讲究城市位置选在依山傍水，肥田沃野，森林资源丰富，宜农宜牧，气候宜人之处
v中国古代的城市生态学思想反映在人口、人与土地和人与食物的关系上。
✡390B.C.,商鞅第一个提出了具有城市生态学思想的认识：
①在一个地区的土地组成上，城镇道路要占10％，才较为合理；②主张增加农业人口，农业人口与非农业人口的比例为100:
1，最多不小于10:
1，鼓励从事农业，不准开设旅店和不准擅自迁居。
✡荀子（238B.C.）提出减少工业人口，国家才能强盛的主张。
✡170A.D.，崔姓学者第一个提出人口的合理布局思想
✡1885年，包世臣提出农业与非农业劳动力比例关系应为5:
1，限制非农业人口的发展。
✡“重农抑商”的思想在一定程度上影响了我国城市的发展。
2、国外古代的生态学思想
v2000多年前，古希腊就已有生态思想的萌芽
v公元前600年，希腊地理学家美勒（ThalesoleMilet）曾提出生态区划的设想，按阳光照射引起地区温度和供水的不同，将地球分为北极带、夏热带、赤道带、冬热带和南极带等五大区。
v公元前300年，古希腊的哲学家提奥夫拉斯特（Theoprastus）到印度的途中就注意到各地植物分布与气候和土壤等的关系。
v直至100多年前（1869年），德国生物学家赫克尔提出了生态学的概念。
v巴黎的改建
✡自17世纪以来，巴黎一直按着古典美学原则进行建设，把城市的道路和广场构成美丽的图案，推崇圆广场放射线型的路，讲究轴线、构图。
巴黎的改建使城市的交通有了明显的改善，适应了当时马车快速行驶的要求，以及后来出现的机动车交通。
1852年巴黎改建,在改建中，在重点地段加强了街道绿化，建了许多街心花园。
“田园城市”理论（gardencity）
v1898年霍华德（E.Howard）提出田园城市的理论。
v霍华德在他的著作《明日，一条通向真正改革的和平道路》中认为应该建设一种兼有城市和乡村优点的理想城市，他称之为“田园城市”。
田园城市实质上是城和乡的结合体。
v1919年，明确提出田园城市的含义：
田园城市是为健康、生活以及产业而设计的城市，它的规模能足以提供丰富的社会生活，但不应超过这一程度；四周要有永久性农业地带围绕，城市的土地归公众所有，由一委员会受托掌管。
v霍华德从城市规模、布局结构、人口密度、绿带等城市规划问题，提出一系列独创性的见解，是一个比较完整的城市规划思想体系。
v该理论对后来出现的一些城市规划理论，如“有机疏散”论、卫星城镇的理论颇有影响。
1940’s后,在一些重要的城市规划方案和法规中也反映了霍华德的思想。
二、 初级阶段
v1. 芝加哥学派：
创始人：
帕克（Park）
《城市：
关于城市环境中人类行为研究的几点意见》，将生物群落的原理和观点用于研究城市社会，并取得可喜的成果。
v认为城市土地价值变化与植物对空间的竞争相似
v土地的利用价值反映了人对最愿意和有价值地点的竞争
同心圆模式（1925年伯克斯城市的同心圆增长理论）
v1区为社会、商业和市民生活的中心（CBD,centralbusinessdistrict），土地价值最高。
2区为过渡区，居住条件恶化，由移民居住。
当CBD区向外扩大时,该区的土地价值增高，对土地价值竞争逐渐使该区发展较密的多层住宅。
3区为独立的工人住宅区，这些工人已远离中心，但仍愿意生活于工厂附近，这一区的许多居民大都为第二代，因而解释了上述演替理论，该区的住宅价格低廉。
4区为较好的住宅区。
5区为郊区或卫星城镇，为高收入者住宅区。
扇形理论：
1933年土地经济学家赫特
v城市从CBD区沿主要交通干道向外发展形成星形城市，总的仍是圆形，从中心向外形成各种扇形辐射区，各扇形向外扩展时仍保持了居住区特点，其中有较多住宅出租的扇形区是城市发展的最重要因素，因为它影响和吸引整个城市沿着该方向发展。
这一理论与美国和加拿大当前许多城市的空间形成较相一致。
多核心模式：
哈里斯和厄曼考虑汽车的重要影响提出多核理论
v许多北美城市的土地利用形式并不围绕一个中心，而围绕离散的几个中心发展，虽然市区有的核心不明显，有的核心是在迁移等原因下形成的，这最可能是由于汽车增长，成为上下班的主要交通工具所致。
三、蓬勃发展阶段
1、 世界：
v1975年巴黎“人类居住地综合生态研究”工作会议和1977年波兰的第11课题（“城市系统地生态学研
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