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《园林生态学（冷平生主编）》教材配套PPT

花匠小妙招
2024-10-26 03:53

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关键词：园林生态学（冷平生主编）园林生态学平生主编教材配套 PPT 资源描述：《园林生态学（冷平生主编）》教材配套PPT,园林生态学（冷平生主编）,园林,生态学,平生,主编,教材,配套,PPT 内容简介：绪论生态学是研究生物与环境间相互关系的科学。生物：动物、植物、微生物及人类本身。环境：生物生活中的无机因素。人类所面临的问题：人口剧增、粮食不足、资源枯竭、能源短缺、环境污染。所有这些问题的解决离不开生态学理论的指导。第一节地球上的生命生物圈的概念：地球上存在生命的部分称做生物圈，由大气圈的下层(对流层），水圈和岩石圈的上层(风化壳)组成。第二节生态学的形成与发展一、生态学的定义与研究对象1、生态学的定义生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。“Ecology”来自希腊文“Oikos”(住所，栖息地)和“Logos”(学问，研究)，亦即生态学在创建之初就表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学。2、研究对象按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。按生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等；按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、荒漠等；本教案中以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是生物圈（Biosphere）作为生态学的研究对象。（1）种群：种群是在一定空间中同种个体的集合。种群具有空间、数量和遗传三个基本特征。种群是物种存在的基本单位。（2）群落：群落是在一定区域或一定生境里各个生物种群相互松散结合的一种结构单位。即群落是指同一生境中彼此影响着的多种生物种群的集合体。（3）生态系统：生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。（4）生物圈：是指地球表面有生命的部分，包括三个组成部分，即大气、水域和陆地。因此，生态学按其研究的生命体的水平可分为:a）个体生态学autecology:主要研究生物的个体发育与环境的相互关系 b）种群生物学population ecology:主要研究同种个体组成的种群与环境的相互关系。c）群落生态学community ecology:主要研究群落的结构与功能、形成和发展方面与环境间的相互关系。d）生态系统学ecosystem ecology:主要研究由群落与其周围理化环境构成的生态系统的结构与功能，系统的平衡与调控机制。3、目的任务：生态学的目的是指导人与生物圈（既自然、资源与环境）的协调与发展。二、生态学的形成与发展（一）生态学的萌芽时期（二）生态学的建立时期（三）生态学的巩固时期（四）现代生态学时期三、生态学发展趋势：1、研究对象广泛。由中观水平向宏观和微观两个方向、两个深度发展。2、当前的趋势是：从静态的结构研究到动态的功能研究；从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；野外调查和室内实验相结合；宏观研究和微观研究相结合；生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段；开展国际协作。第三节园林生态学1、园林在一定的地域运用工程技术和艺术手段，通过改造地形（或进一步筑山、叠石、理水）、种植树木花草、营造建筑和布置园路等途径创作而成的美的自然环境和游憩境域，就称为园林。 2、园林生态学主要解决的问题园林生态系统结构的构建城市绿化的生态效益城市园林绿化种的植物生态城市景观种自然景观与人工景观的协调风景名胜的生态承载力人类改造自然与可持续发展等3、园林生态学产生的背景1）国外园林生态学发展的背景2）我国园林生态学发展的背景4、园林生态学原理生态与生态系统园林生态学的系统原理园林生态学与其它相关学科的关系 5、园林生态规划广义：从区域的整体性出发，在大范围进行园林绿化通过园林生态系统的整体建设，使区域生态系统的环境得到进一步改善，特别是人居住环境的改善，促使整个区域生态系统的向着总体生态平衡的方向转化，实现城乡一体化，大地园林化。狭义：以城市为中心的范围内，根据不同功能的园林绿地，进行合理配置，使园林生态系统改善城市小气候，改善人的生产、生活环境条件，改善城市环境质量。6、园林生态学研究内容与方法手段1）研究对象：造园、城市绿化、大地景观2）研究内容：城市生态系统中的绿化生态效益城市园林绿化中有关植物生态的问题城市景观中自然景观与人工景观的协调风景名胜的开发与可持续发展人类对自然的开发与审美城市园林生态设计与生态工程3）发展趋势园林生态经济与现代科技的结合城市绿色廊道植物配置与利用（与自然结合、与当地结合、与生态环境结合、与恢复生态结合）第一章植物的环境第一节环境的概念及其类型一、环境(environment)和环境因子(environmental factors)：1、环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。 2、其它概念生态因子：环境因子中对生物起作用的因子。环境因子：构成环境的各要素。生存因子：生态因子中生物生存不可缺少的因子。生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境生境：特定生物体栖息地的生态环境。3、城市环境指影响城市人类活动的各种自然的或人工的外部条件的总和。二、生态因子(ecological factors)：定义：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。第二节生态因子作用分析一、生态因子作用的特点1、综合作用2、主导因子作用3、直接作用和间接作用4、因子作用的阶段性5、生态因子的不可代替性和补偿作用二、生物对非生物因子的耐受限度（一）、“最小因子定律” 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。（二）、“耐受性定律”生物在最适点或接近最适点才能很好生活，趋向这两端时就减弱，然后被抑制。接近有机体耐性限度的几个因素中的任何一个在质或量上的不足或过量，都可以引起有机体的衰减或死亡。死亡接近耐受极限，所以一种生物如果经常处于这种极限条件之下，生存就会受到严重危害。每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude)。耐受性定律还有几种情况，即生物能对一种因子的耐性很广，而对另一种因子耐性很窄；当一种生物对某种因子处在不是最适度时，另一些生态因子的耐性限度可能会降低；在自然界中，生物并不一定都在最适环境因子范围内生活的，一般说对所有因子耐受范围都很广的生物，分布也较广。（三）、限制因子(limiting factors)1、概念：在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子2、限制因子概念的意义：为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。3、限制因子对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用第三节生物与环境的相互作用一、环境的影响作用环境对生物的影响，一般称为作用。环境对生物的作用是多方面的：影响生物的生长、发育、繁殖和行为；影响生物的生育力和死亡率，导致种群数量变化；影响和改变生物的形态结构和生理生化的特性；限制生物的分布区域等。二、植物的生态适应1、生态适应：生物以自身的形态、生理、行为等方面的不断调整、变化来适应环境中生态因子的变化，将其限制作用减小。适应组合(adaptive suites):生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。2、生物与环境之间的生态适应可分为两种类型：趋同适应：不同种类的植物当生长在相同的环境条件下时，往往形成相同或相似的适应方式和途径。趋异适应：同种植物的不同个体群长期接受不同环境条件的综合影响，在不同个体群之间产生了相应的生态变异。3、植物的生态型概念：同种植物的不同个体群由于长期受到不同环境条件的影响，在植物的生态适应过程中，一个种分化出不同的个体类型，这种不同的个体群称为生态型。生态型是同种植物对不同环境条件趋异适应的结果，是种内分化定型的结果。4、生物对生态因子耐受限度的调整A、驯化(acclimation/acclimatization)：生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。B、内稳态(homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。C、适应(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。五、生物对环境的反作用生物对环境的影响称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况。第二章光与园林植物第一节光的性质与变化一、光的性质二、光的变化1、光照强度随纬度的增加而减弱；2、光照强度随海拔高度的增加而增强；3、坡向影响光照；4、时间不同光照不同（光强、光照时间）。5、大气状况：大气成分对太阳辐射的影响较大。潮湿、浓云、尘埃或污染物等造成空气混浊时，太阳辐射强度减小得最为显著。第二节光与园林植物的生态关系一、光照强度的生态作用1、光强作用植物的一般规律2、光强对植物的影响A、对植物的形态建成有重要作用：充足的阳光有利茎干和根系的发育。实践意义：造型，全光育苗B、对种子的发芽有一定的影响：不同种子其发芽需光不同。C、影响植物的开花和品质：有的植物需用在强光下开花，如郁金香；有的需在弱光时才能开花，如牵牛花。实践意义：人为控制花期D、影响茎叶和开花的颜色：色叶植物3、三种光强生态类型：阳性植物：在强光下才能生长发育良好，而在荫蔽和弱光下生长发育不良的植物。需光量一般为全日照的70%以上。阴性植物：需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的植物。需光量一般为全日照的520%耐阴植物（中性植物）：对光照有较广的适应能力，但最适宜的是在完全的光照下生长。（多数）二、光质的生态作用三、光周期的生态作用1、光周期现象及植物适应的生态类型l 光周期是一天内白昼和黑夜交替的时数。l 生态类型：长日照植物：只有经过大于临界日长的光照或黑暗低于临界日长的时数才能开花。延长光照时间提前开花。短日照植物：只有经过低于临界日长的光照或黑暗大于临界日长的时数才能开花。人工缩短光照时间可促使其开花。如多数深秋或早春开花的植物等。中间型植物：昼夜长短对该类植物影响不大。（多数）。2、光周期的生态作用第三节城市光环境及其对园林植物的影响一、城市中光照特点1、城市中太阳直辐射减少、散辐射增多。2、城市太阳辐射的不均匀性。3、光污染二、城市中太阳辐射对园林植物的影响树木偏冠现象喜光树种萌动期和开花期推迟，开花数量减少，落叶期提前，枝长叶稀，严重时无花无果，整株枯死。城市内的园林植物的生长期比郊区的长三、城市植物群落中的太阳辐射状况1、植物叶片对光的吸收、反射和透射2、树冠内的太阳辐射状况3、植物群落中的太阳辐射状况照射在植物群落上的太阳辐射分为三部分：被反射、被吸收、透过。植物群落吸收太阳辐射量取决于：群落的层次和群落内部的松散程度。（层次多，每层相对松散）第四节光在园林中的应用一、提高园林植物的光能利用率l 提高光合能力：光合能力高的园林植物的选用；l 增大光合面积：合理规划园林大环境；合理的植物配置l 延长光合时间：常绿阔叶树木的运用二、调整园林植物的生长发育花期和休眠期1、引种中的应用：长日照植物北移，生长会延长，树形高大，易受早霜危害。（短日照使其提前休眠，增强越冬能力）；长日照植物南移，发育迟缓，有的不开花、结实。短日照植物北移，发育迟缓；南移提前开花。 2、调整花期3、长日照处理促进园林植物的营养生长4、调节光照强度促进园林植物的生长发育。植物幼苗和对光强较敏感的大树第三章温度与园林植物第一节温度的自然变化规律一、热量平衡二、温度的空间变化规律q 纬度：随纬度增加，温度逐渐降低(0.50C/10)。q 海拔：随海拔增加，温度逐渐降低(0.5 0.6 0C/100米)。q 坡向：南坡、平地、北坡的温度依次递减；第二节温度与园林植物的生态关系一、三基点温度对植物的生态作用最低温、最适温和最高温称酶活性的“三基点”温度。植物的生长与温度的关系也服从“三基点”温度。l 最低温：在该温度以上酶才开始表现活性，并在一定范围内酶的活性与温度呈正相关。l 最适温：该温度时酶活性最高。l 最高温：达到该温度时酶失去活性。一般原产低纬度地区的植物，生长温度的三基点温度高，耐热性好，抗寒性差；反之。两者之间有过渡。二、极端温度对植物的生态作用（一）低温1、直接伤害：包括冷害、冻害和霜害。q 冷害(又寒害)：指零上低温对植物造成的伤害。冻害：指冰点以下低温对植物的伤害。霜害：由于霜的出现而使植物受害。2、间接伤害冻举（冻拔）：气温下降和升高引起土壤结冰及解冻，导致树木上举，根系裸露或树木倒伏。冻裂：昼夜温差导至热胀冷缩产生弦长拉力，使树皮纵向开裂而造成伤害。生理干旱（冻旱）：土壤结冰或土温过低，植物根系吸水少或不吸水，而植物蒸腾失水引起植物干枯死亡。（二）植物对低温的生态适应：1、形态方面：2、生理方面：（三）高温：1、高温对植物的伤害间接伤害：直接伤害：2、高温对植物伤害的常见症状皮烧：温度升高特别是温度的快速变化而引起植物组织的局部死亡。根茎灼烧：高温表土灼伤幼苗根茎造成伤害。(四)植物对高温的生态适应：三、温度节律对植物的影响1、温周期现象：植物随着昼夜、季节等有规律的温度变化而表现出来的各种反应。2、物候：植物长期适应温度的季节变化形成相应的生长发育节律称为物候。四、温度与植物分布1、影响植物分布的温度因素A极端低温、高温是影响植物分布的最重要因素。B年平均温度也是影响植物分布的重要因素。C积温是影响植物分布的另一个重要因素2、园林植物随温度变化适应的生态类型喜高温植物喜低温植物中温植物第三节城市中的温度变化规律一、热岛效应“热岛效应”：是指城市气温明显高于郊区的气温度现象。（一）城市热岛的形成原因第一，城市下垫面性质特殊，比郊区获得较多的太阳辐射。第二城市大气的大量污染物覆盖层，吸收和反射长波辐射，减少了热量的散失。第三城市中有较多的人为热量来源，特别是在冬季，高纬度地区燃烧大量化石燃料采暖.第四城市建筑密集，通风不良，不利热量的扩散。第五城市特殊的地面，植物占面积相对较少，不透水面较大。（二）影响城市热岛效应的因素1、大范围气候：稳定的高压控制下，气压梯度小，微风或无风，无云或少云，有下沉逆温时易产生。2、城市规模：大城市较为明显，人口密度大、建筑密度大、人为释放热量多的市区易形成高温中心。3、时间因素热岛强度的日变化城市热岛强度的年变化：冬秋春夏（三）城市热岛对生态环境的影响1、加重城市空气污染 2、夏季，热岛效应可加强城市气温酷热程度，3、影响取暖季节的能耗 4、影响城市积雪 5、影响无霜期和物候期（四）防治热岛效应的对策消减人为热量的排放消减城市的净辐射量：增大城市反射率，合理规划城市建筑高度和密度，消减大气污染增加城市热量交换和植物光合能量转换等。第四节园林植物对城市气温的调节作用一、园林植物的遮荫作用(又减光效应) 二、园林植物的增湿效应（凉爽效应）三、营造局部小气候四、园林植物对热岛效应的消除作用五、园林植物的覆盖面积效应第五节温度的调控在园林中的应用（1）引种（2）种子的萌发与休眠（3）温度调控与园林植物开花（4）防寒第四章水分与园林植物第一节水分的分布及其变化规律一、地球上水的数量及其分布二、地球水的循环状况及其平衡1、地球水的循环状况：包括大循环和小循环2、地球水分循环的平衡三、水的形态第二节水与植物的生态关系一、水对植物的生态作用（1）水是生物生存的重要条件l 水是生化反映的溶剂l 水是生物新陈代谢的直接参与者和光合作用的原料l 水能调节生物体和环境的温度l 水还可维持细胞和组织的紧张度，使植物保持一定的状态。（2）水对植物生长发育的影响l 降水量与植物生长量密切相关，一般降水量大植物的生长量大。l 在不同的生长发育时期对水分的要求不一样。l 种子萌发时需充足的水分。二、植物对水分适应的生态类型以水为主导因子的植物生态类型第三节植物对极端水分的适应及其抗性一、水分缺乏对植物的影响(一)水分缺乏的种类1、大气干旱：由于环境中的气温高而相对湿度较小造成的。植物的蒸腾量超过吸水量，发生暂时萎蔫。2、土壤干旱（二）植物的抗旱性v 植物的抗旱性：指植物对干旱的适应能力，即植物在水分胁迫下的生存能力和保持正常生长发育的能力。v 测定延存时间法：完全断绝水分补给后，植物因缺水而使气孔关闭，到植物开始受害为止。（三）植物抗旱性的分级1、耐旱力最强的树种：2、耐旱力较强的树种3、耐旱力中等4、耐旱力较弱的树种5、耐旱力最弱的树种二、涝害及植物的抗涝性（一）涝害的种类q 涝害：水分过多对植物产生的伤害。（二）植物的抗涝性l 耐水力最强的树种：l 耐水力较强的树种：l 耐水力中等的树种：l 耐水力较弱的树种：l 耐水力最弱的树种：第四节水污染与植物一、水污染对植物的危害固体污染物：造成水体外观恶化；堵塞土壤毛细管。有机污染物：大量消耗水中的溶解氧厌氧腐败状态，产生硫化氢、甲烷等。油类污染物：使大气与水面隔绝，破坏正常的充氧条件。有毒污染物：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。生物污染物：有害微生物如病原菌、寄生性虫卵等。营养物质污染物：指N、P、K等营养物质富营养化：大量 N、P、K等营养物进入水域，引起不良藻类和其他生物迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质恶化，生物大量死亡。（水华、赤潮）二、植物对水污染的净化作用q 植物将污染物进行体内新陈代谢而利用掉。q 植物的富集作用：利用凤眼莲净化炼油废水。第五节园林植物对城市水分的调节作用一、园林植物群落中的水分状况1、进入植物群落内地面的水分比空旷地的少2、植物群落内的空气湿度大3、植物群落对降水的利用率高二、城市水分状况（1）水污染严重：中国90以上的城市水污染严重，常见的有水体富营养、有毒物质和热污染三类。选择耐水污染且具有净化水污染的园林植物。（2）水资源短缺：现有城市中有一半的城市有不同程度的缺水，其中100多座城市严重缺水。主要北方（2/3）。（3）城市降雨量高：城市下垫面粗糙，城市上空大气污染物浓度高，人为热燃烧释放大量的水汽，城市的降雨强度和降雨频率都高于郊区。有“城市雨岛”之称。（4）城市径流量大：城市不透地面多，植物缺乏导致城市径流量高。（5）城市的空气湿度低、云雾多三、园林植物对水分的调节作用(一)、增加空气湿度 (二)、涵养水源，保持水土 (三)、净化水体第六节水分在园林实践中的应用一、实践中的水分调控与管理（一）合理灌溉的含义及原则l 含义：适时灌溉，适度灌溉。l 合理灌溉要根据植物本身的生态习性、生长发育阶段、所处的环境条件以及天气等方面来确定。二、水分调控与园林植物的花期、花态、花色花期：人为进行干旱处理，调节生长，提早进行花芽分化。如玉兰、丁香、紫荆、垂丝海棠等，（特别对球根类花卉）花态：植物在成熟期湿度过大，会妨碍植物的开花并影响结实。（室内植物中有些喜较大的空气湿度）花色：水分缺乏时，色彩变浓。三、水分调控与植物的抗性植物在低温季节适当减少水分的吸收，增加植物的抗寒性。在土壤解冻前的早春进生灌溉，可促进土壤中的冰融化，减少生理干旱现象的发生。植物对干旱和水湿的适应，可采用适应性锻炼。第五章大气与园林植物第一节大气的组成及其生态作用大气指从地球表面到高空1100km范围的空气层。大气层中空气密度是不均匀的，越住高走，空气越稀薄。一、大气的组成（一）洁净大气：大气组成的最初气体：氮气、氧气、二氧化碳、稀有气体、水蒸气等。（二）大气污染物：1、有害气体：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、氟化氢、硫化氢等。 2、颗粒污染物：如灰尘、烟雾、煤尘、金属粉尘等。二、大气主要组成成分的生态作用1、O2与生物大气中的氧主要来自植物光合作用，少部分来自于大气层的光解作用，即紫外线分解大气外层的水汽放出氧。l 氧气是生物呼吸的必需物质。种子萌发，参与氧化过程，与氧原子结合。（2）CO2与生物大气圈是CO2的主要蓄库，大气中的CO2主要来源于煤、化石燃料及生物的呼吸和微生物的分解作用。（3）N2的生态作用 N是构成生命物质（蛋白质）的最基本成分。q 植物N来源：硝态氮、氨态氮生物固氮、雷电、火山爆发、生物分解等自然途径工业固氮：生态作用：在一定范围内，增施氮素能促进植物的生长。氮过多，大量氮沉积在陆地和水生生态系统中，散失到空气中。促进全球变暖、增加大气污染、水体富营养化、生物多样性减少。第二节城市中的大气一、污染源类型1、点源与面源：点源：指集中在一点或小范围内向空气排放污染物的污染源，如多数工业污染源。面源：指在一定面积范围内向空气排放污染物的污染源，如居民普遍使用的炉灶，郊区农业生产过程中排放空气污染物的农田等。2、自然污染源与人为污染源：前者指来自火山爆发、尘暴等，少量。人为污染为主要。3、固定源与流动源：固定源：指污染物从固定地点排出，如钢铁厂、水泥厂等。流动源：主要指各种交通运输工具。与工厂相比，虽然排放量小而分散，但数目庞大、活动频繁，其排放总量也是不容忽视。二、污染物分类v 一次污染物：从污染源直接排出的原始物质，进入大气后其性质的状态没发生变化。如：降尘、飘尘、二氧化硫、一氧化碳等v 二次污染物：一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物间发生化学变化或光化学反应，形成与原污染性质不同的污染物。如硫酸烟雾（烟尘、二氧化硫与空气中的水蒸气光化学烟雾（氮氧化物、碳氢化合物）三、污染物种类：气态污染物和颗粒状污染物（一）颗粒状污染物：降尘、飘尘和烟、雾（二）主要气态污染物硫氧化物：主要成分：大多是二氧化硫，部分是三氧化硫。在气体污染物中，二氧化硫在城市中分布很广、影响较大。来源：主在来自于燃煤。危害：在稳定的天气条件下，二氧化硫聚集在低空，与水生成亚硫酸，当它氧化为三氧化硫时其毒性更大。危害十分严重。氮氧化物：主要成分：一氧化氮和二氧化氮，来源：城市地区主要是二氧化氮，绝大部分来自工业生产（46）和交通运输（51），汽车排气是二氧化氮的主要来源。危害：一氧化氮不溶于水，危害不大，但当它转化为二氧化氮时就具有和二氧化硫相似的腐蚀与生理刺激作用。碳氧化物：主要成分：CO和CO2在自然情况下浓度很小，在污染地区浓度可高达数倍。来源：主要是汽车尾气所致。危害：CO与血红蛋白结合能力比氧化强200倍。氟化氢来源：为无色有毒气体，具有强烈的刺激性和腐蚀性，大气中的氟化氢主要来自于冶金工业。氟自污染源排出后很迅速地与大气中的水汽反映生成氟化氢。危害：氟化氢数量多，毒性大。一般以它为大气污染的代表。第三节大气污染与园林植物一、大气污染对园林植物的危害大气中的污染物主要通过气孔进入叶片并溶解在叶汁液中，通过系列的生物化学反应对植物产生毒害，故植物受害症状一般首先出现在叶片。不同的污染物对植物病害的症状有差异。尘埃中的有毒物质还可溶解渗透进入植物体，产生毒害。二、园林植物的抗性及其监测作用1、园林植物的抗性植物在进行正常生长发育的同时能吸收一定量的大气污染物并对其进行解毒，这即是植物的抗性，不同的植物种类其抗性不同，与叶片结构和生理生化特性等有关。一般，常绿阔叶阔叶植物针叶树。2、园林植物的环境监测作用在研究环境污染问题时，一般用理化仪器和生物方法生物方法：主要是植物监测，即利用一些对有毒气体特别敏感的植物来监测大气中有毒物质，这些植物在受到毒气危害时会表现一定的伤害症状，从而推断出环境污染的范围与污染物的种类和浓度。A、指示植物法B、植物调查法： C、地衣、苔藓监测法三、园林植物对大气污染的净化作用（一）城市绿地的碳氧平衡效益1、园林植物吸收CO2效应 2、城市绿化的碳氧平衡效应分析由于城市空气的对流、乱流混合以及城市环流的作用，使得城市空气不断与城郊大气交换由此来部分补充城区内过渡消耗的氧。（二）滞尘效应1、滞尘效应的概念园林植物对空气中的颗粒污染物有吸收、阻滞、过滤等作用，使空气中的灰尘含量下限从而起到净化空气的作用。 2、机理第一、园林植被覆盖自然地表，可减少空气中灰尘的出现和移动，有效地杜绝二次扬尘。第二、由于园林植物有降低风速的作用，随着风速的降低，空气中携带的大颗粒灰尘便下降到树木的叶片或地面而产生滞尘效应。第三、植物叶表面如有的植物叶片多茸毛，有的植物叶片分泌粘性的油脂和汁液等，能吸附大量的降尘和飘尘等。第四，植物叶片在光合作用和呼吸作用的过程中通过气孔、皮孔等吸收一部分包含一些重金属的粉尘等。3、影响园林植物滞尘效应的因素叶片宽大、平展、硬挺而且不易被风抖动、叶面粗糙的植物吸滞粉尘的能力较强。植物叶片的刺毛、绒毛和粗糙的树皮以及树脂、粘液等是吸滞粉尘的典型特征。叶量大、生长旺盛的夏季滞尘能力强植物的滞尘效应随所滞尘量的增加有所下降。（三）吸收有害气体 1、园林植物吸收有害气体途径以气态的形式在植物本身的气体交换过程中通过叶片上的气孔等进入植物体; 以液态的形式进入，即大气中的污染物遇到水分或叶面上的湿气后溶解再以渗透等形式被叶片、枝条等吸收。2、园林植物吸收有害气体途径主要表现为通过吸收大气中的有害物质，再经光合作用形成有机物质；经氧化还原过程使其变为无毒物质；经根系排出体外；积累于某一器官，最终化害为利，使空气中的有害气体浓度降低。 3、影响植物吸收污染物的因素植物种类不同对污染物的吸收能力不同银杏、国槐对硫的同化能力强；桑树、枣树吸氟量高。老叶、成熟叶对硫和氯的吸收能力高于嫩叶，春夏季其吸毒能力较大。大气中的污染浓度升高，植物体对其的积累量也会相应增加；低浓度下的慢性污染，植物的持久净化功效较显著。结构复杂的植物群体对污染物的吸收比单株强得多。（四）减菌效应 1、减菌效应的含义一方面，空气中的尘埃是细菌等的生活载体，园林植物的滞尘效应可减少空气中的细菌总量另一方面，许多园林植物分泌的杀菌素如酒精、有机酸和萜类等能有效地杀灭细菌、真菌和原生动物等。如：香樟、柏树、桉树、松树等。2、应用（五）减噪效应1、噪声：一种特殊的空气污染被认为不需要的，使人厌烦并对人们生活和生产有妨碍的声音。影响身心健康如头痛、耳、多梦、失眠、心慌，记忆力衰退等。2、噪声类型：3、园林植物减噪原理噪声遇到重叠叶片，改变直射方向，形成乱反射，仅使一部分透过枝叶的空隙达到减弱噪声噪声作为一种波在遇到植物的叶片、枝条等时，会引起振荡而消耗一部分能量，从而减弱噪声。4、影响园林植物减噪的因素具有重叠排列、大而健壮的坚硬叶子的植物减噪效应最好分枝和树冠都低的树种比分枝和树冠都高的减噪效应好。阔叶树的树冠能吸收其上面声能的26%，反射和散射74% 森林能更强烈地吸收和优先吸收对人体危害最大的噪声。5、不同类型的植物群落减噪效应一般不同：片林：城市公园中成片树木可把噪音减低到2643dB。行道树：减噪效果为5.5dB 攀缘植物：当其覆盖房屋时，屋内噪声强度可减少50% 绿篱绿墙：两行绿篱总的减噪效果为3.5dB 草坪：50米（100米）的草坪，衰减量为11dB（17dB）6、提高园林植物减噪效应的途径适当密植，特别是常绿树的密植能有效地减弱噪声。（常绿乔灌木密植）人工整枝修剪使枝叶密集形成绿色的墙，其减噪效果较好。（高篱）（六）园林植物增加负离子效应1、概念空气负离子就是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称；空气中负离子有许多种，其中以负氧离子含量最多，对人体作用最明显，因此空气中负离子常以空气中负氧离子为代表。2、负离子的作用空气负离子能增强人体的抵抗力，抑制葡萄球菌、沙门氏菌等细菌的生长速度，并能杀死大肠杆菌。（空气维生素、长寿素）当负离子浓度大于或等于正离子浓度时，才能使人感到舒适，并对多种疾病有辅助治疗作用。空气负离子具有显著的净化空气作用除尘作用。（吸附、聚集、沉降飘尘）具有抑菌、除菌作用。（负离子与超氧化物自由基具有相似的生物活性）具有除异味作用。（氧化作用）具有改善室内环境的作用。（不良建筑综合症） 3、园林植物增加负离子的效应太阳光照射到植物枝叶上发生光电效应，且植物、释放出芳香类挥发物，促进空气发生电离；加上园林植物在减少尘埃作用，使林区和绿地空气中小离子浓度大大提高。通过增加园林植物量、改善群落结构和适当增加喷泉等途径可增加环境中的空气负离子浓度。4、园林植物对室内空气污染的净化作用 q 吸收CO2，释放O2，增加室内空气湿度，吸收有毒气体、除尘等。l 虎尾兰和吊兰：有极强的吸收甲醛的能力l 常春藤、铁树、菊花可减少室内苯污染，l 一些叶片硕大的观叶植物如龟背竹、一叶兰等可吸收建筑物内80%以上的有害气体。第三节风与园林植物的关系一、风对园林植物的生态作用1、适度的风是园林植物生长发育的必要因素适度的风可以保持园林植物的光合作用和呼吸作用适度的风促进地面蒸发和植物蒸腾，降温，提高植物对养分、水分的吸收效率。风有助于花粉或种子扩散风能保持植物群落内，枝叶间适宜的相对湿度，抑制病虫害发生。2、风对植物的危害风能传播一些病原菌等造成植物受害，风速过大会对植物形态、发育等方面产生不利影响，也会导致茎叶枯损等。山地或沿海的大风，常使树干向主风方向弯曲，形成偏冠、树木矮化、长势衰弱等。其它环境因子与强风重叠，可对园林植物造成复合伤害。沙尘暴对植物具有严重的破坏作用，造成机械损伤的同时，污染物质加重其伤害的程度。二、城市风的特点概念：因城市热源、城市建筑和地形等因素引起的城市辐合气流和不规则乱流，不同城市其表现形式各不相同。特点：城市风速小（与郊区相比）城市局部风变化不定不同地点所获得的太阳辐射不同，局部形成的热力环流使城市内部产生不同的风向和风速下垫面阻碍摩擦产生不同的升降气流、涡流和绕流等，使风的局地变化更为复杂。热岛环流在出现较强的城市热岛时，显示出气流由郊区向市区复合流场。三、园林植物对风的影响及适应类型（一）、园林植物对风的影响园林植物在冬季能降低风速的20%，可减缓冷空气的侵袭；夏季，园林植物降温效应可使绿地与周围非绿地之间产生温度差，可形成有益的峡谷效应，获得良好的通风。1、园林植物防风效应的群落结构l 个体防风效果：乔木灌木草本;常绿阔叶落叶阔叶针叶树。l 群落结构：根据林带的透风系数与疏透度分为紧密结构、疏透结构、通风结构。l 透风系数：林带背面1m处林带高度范围内平均风速与空旷地相应高度范围内平均风速之比疏透度：林带纵断面透光空隙的面积与纵断面积之比的百分数。紧密结构：l 结构：由主要树种、辅助树种和灌木树种组成3层林冠。l 特点：透风系数0.3，疏透度100%，20-30倍处高风速区。v 有效防风距离为树高的1015倍（相对风速80%）稀疏结构：v 结构：由主要树、辅佐树种或灌木组成的3层或2层林冠。v 特点：上下部结构不太紧密，透光孔隙分布均匀。透风系数0.40.5，疏透度为30%50%，有50%的气流从林带内部透过。最小弱风区在背风面310倍树高处。有效防风距离为树高的25倍左右。透风结构：结构：由主要树种、辅佐树种或灌木树种组成2或1层林冠。v 特点：透风系数0.6，疏透度60%。一部分从下层通过，一部分从林带上面绕行。下层风速有时比旷野还大。最小弱风区出现在背风面35倍树高处。防风效能不强。总的来说：防风林带的结构以稀疏结构为最佳林带上下均匀，能使大部分气流穿过，使气流的能量大量消耗掉。过密和过稀时，气流受到阻力小，防风效能低。2、防风林带的宽度与高度林带的防风距离与林带树高呈正相关。紧密结构的林带防风效能随其宽度减少而增加，但防风距离相应减少。稀疏结构林带的防风效能是窄林带的效果好于宽林带。4、与风向的交角：一般与主导风向成900或不低于4505、污染隔离带l 紧密结构：有害气体、烟尘基本不能透过林带，可翻越。l 稀疏结构：有害烟尘多数被阻滞吸收。l 透风结构：阻滞能力较差，有害气体和烟尘的很大部分可通过。注：靠污染源一侧，选用抗污染能力强的树木。（二）抗风园林植物的适应类型q 树冠紧密、材质坚硬、根系发达的园林树木抗风能力强。第四节酸雨一、概念：是空气污染的另外一种表现形式。通常将PH7时形成氢氧化物沉淀一些重金属在土壤嫌气条件下易生成硫化物沉淀.v 生物改良：利用某些植物的对重金属的富集能力，对有机污染物等的净化二、土壤坚实度大l 1、特点：v 土壤坚实度是衡量土壤疏松或坚实与否的重要指标。v 城市地区由于人流的践踏和车辆的辗压，土壤坚实度明显大于郊区土壤，v 一般愈靠近地表其坚实度愈大。（2030cm，可1m）v 影响：对树木根系的呼吸作用等生理活动产生不利影响；直接导致植物根系减少，使根系的有效吸收面积减小，树木的稳定性减弱。2、影响：v 土壤保水、透水性能差，影响根系水分的供应。v 土壤氧气减少，微生物减少，有效养分减少，植物长势差。v 树木的稳定性减弱。3、改良措施v 选择抗逆性强的树种v 土壤中掺入碎树枝、腐叶土等多孔性有机物或混入适量（占土壤总容积的比例K1/K2或K2/K1，两个种都可能获胜K1/K2和K2/K1，物种1被排斥，物种2获胜K2/K1，物种2被排斥，物种1获胜K1/K2或BCDE（这一定律并非符合所有群落类型）（二）、种的综合数量特征1、优势度（dominance）：表示某种植物在群落中所占的优势程度。由多度、频度、显著度和立木级比例综合评定。2、重要值（importance value，IV）：在植物群落学的研究中，常用重要值作为综合指标，它包括三个方面：重要值相对密度+相对频率+相对优势度3。3、综合优势比（summed dominance ratio，SDR）：常用的为两因素的综合优势比，即在密度比、盖度比、频度比、高度比和重量比五项指标中取任意两项求其平均值再乘以100%。三、群落结构一）群落的结构要素（一）、生活型（life forms）1、概念：生活型是植物对一定的生活环境长期适应的外部表现形式。同一生活型的植物不但在体态上是相似的，而且在形态结构、形成条件和某些生理过程也具相似性。注意：生活型主要是依据生态划分的，生长型则或多或少主要是依据形态划分的；是生态学的分类单位，是不同种植物对于相同环境条件趋同适应的结果，是生态适应的完整系统。2、生活型的划分系统：C.Raunkiaer（1934）选择休眠芽在不良季节的着生位置把植物划分为五类生活型：高位芽植物地上芽植物地面芽植物隐芽植物一年生植物 3、生活型谱：某一地区或某一群落中全部种类所属生活型的百分率的对比关系。4、生长型：以体态来划分。通常根据生长型划分为四个基本层次：乔木层（tree stratum）;灌木层（fruticose stratum）;草本层（herb layer）;地被层（field stratum or ground stratum由苔藓、地衣构成）生长型也反映植物生活的环境条件，相同的环境条件具有相似的生长型。动物的生活型也是对环境的长期适应。（二）、叶片大小、性质及叶面积指数1、叶片大小及性质同一群落内或不同群落间叶型常有明显的差异。不同生境内的群落其叶型的差异尤为显著。最佳叶子大小预测模型：收益成本分析方法，以平衡蒸腾失水的植物根吸水量作为成本，以光合收益高低作为收益，从这两个参量随叶子增大而变化的相互关系中，求得收益与成本相差最大时的叶子大小。2、叶面积指数（leaf area index）：总叶面积（单面计算） LAI 单位土地面积（三）、层片1、层片的概念：是同一生活型的不同植物的组合。层片(synusia)一词系瑞典植物学家H.Gams(1918)首创。他将层片划分为三级：第一级层片是同种个体的组合种群第二级层片是同一生活型的不同植物的组合层片第三级层片是不同生活型的不同种类植物的组合植物群落。现在群落学研究中一般使用的层片概念，相当于H、Gams的第二级层片，即每一个层片均由同一生活型的不同植物所构成。 2、层片特征：层片作为群落的结构单元，是在群落产生和发展过程中逐步形成的。一般讲，层片具有下述特征：A、属于同一层片的植物是同一个生活型类别。但同一生活型的植物种只有其个体数量相当多，而且相互之间存在着一定的联系时才能组成层片。B、一个层片在群落中都具有一定的小环境，不同层片小环境相互作用的结果构成了群落环境。C、每一个层片在群落中都占据着一定的空间和时间，而且层片的时空变化形成了植物群落不同的结构特征。3、层片与群落层次的区别：层次：形态上的描述，有使用价值，但有时缺乏确切的生态含义。如在同一层次中的植物可能包含着生态特征极为不同的种类，如不能把乔木及其所支持的同等高度的植物区分开。在生态特性上有一定的局限性。层片：在生态上比较合理或更有意义，在群落结构的研究上更加重要，可恰当的把同等高度、具有不同生态特性的植物分开。（四）、同资源种团：群落中以同一方式利用共同资源的物种集团。占据相似生态位的物种的集合（如都以阔叶为食的昆虫），生态同资源种团是从共同的资源库中获取资源生存的。研究表明某些同资源种团中的总物种数保持不变，意味着可能有某一共同的法则在支配着群落结构。（五）、生态位(niche)C.Elton(1927)把生态位定义为种在群落中的机能作用和地位。后来，许多人认为生态位可与资源利用谱等同(May，1976)。根据G.F.Gause(1934)等人的实验，生态位相同的种不能共存，因之有人提出每个生态位一个种的概念，上边谈到的同资源种团，实际上它们的资源利用谱也不可能完全一致。生态位与群落结构有密切的联系，群落结构越复杂，生态位多样性越高。二）群落的外貌与季相（图例）1、群落外貌（physiognomy）认识植物群落的基础区分不同植被类型的主要标志决定于群落优势的生活型和层片结构2、季相（aspect）群落随着气候季节性交替呈现不同的外貌。温带和寒带表现得最为明显，控制的外界因子是温度的节律在热带，控制的外界因子主要是湿度动物的季节性变化也十分明显群落的周期性是有机体长期与环境节律相适应的必然结果。三）群落的垂直结构主要是成层现象（图例讲解）由于环境的逐渐变化，导致对环境有不同需求的动、植物生活在一起，这些动、植物各有其生活型，其生态幅度和适应特点也各有差异，它们各自占据一定的空间，并排列在空间的不同高度和一定土壤深度中。群落这种垂直分化就形成了群落的层次，称为群落垂直成层现象（vertical stratification）。每一层片都是由同一生活型的植物所组成。群落的分层现象主要取决于植物的生活型。动物也有分层现象，但不明显。水生环境中，不同的动、植物也在不同深度水层中占有各自位置。群落的成层现象保证了生物群落在单位空间中更充分的利用自然条件。成层现象发育最好的是森林群落：林冠（conopy）层下木（understory tree）层灌木（shrub）层草本（herb）层地被（ground）层成层现象，以陆生植物为例，它包括地上和地下部分。决定地上部分分层的环境因素，主要是光照、温度等条件，而决定地下分层的主要因素，是土壤的物理化学性质，特别是水分和养分。地下（根系）的成层现象和层次之间的关系和地上部分是相应的。一般在森林群落中，草本植物的根系分布在土壤的最浅层，灌木及小树根系分布较深，乔木的根系则深入到地下更深处。地下各层次之间的关系，主要围绕着水分和养分的吸收而实现。在群落的每一层次中，往往栖息着一些不同程度上可作为各层特征的动物。在群落中动物也有分层现象。一般说来，群落的垂直分层越多，动物种类也越多。四）群落的水平格局（norizonal pattern）形成与构成群落的成员的分布状况有关。陆地群落的水平格局主要决定于植物的分布格局。对群落的结构进行观察时，经常可以发现，在一个群落某一地点，植物分布是不均匀的。小群落形成的原因，主要是环境因素在群落内不同地点上分布不均匀的结果。如小地形和微地形的变化、土壤湿度和盐渍化程度的不同，以及群落内植物环境，如上遮阴不均匀等。同时，植物种类本身的生物学特点也有重大作用，特别是种的繁殖、迁移和竞争等特征，对形成小群落，也有重要作用。群落水平分化成各个小群落，它们的生产力和外貌特征也不相同，在群落内形成不同的斑块。一个群落内出现多个斑块的现象称为群落的镶嵌性（mosaicism）。是群落水平分化的一个结构部分。动物群落因其自身的生物学适应范围，随着栖息环境的布局而有相应的水平分布格局。五、群落的交错区和边缘效应1、定义：不同群落的交界区域，或两类环境相接触部分，即通常所说的结合部位，称为群落交错区（ecotone）或称生态环境脆弱带。ECOTONE为国际生态界最近新定义的基本概念之一。在一般意义上，把ECOTONE译作“生态环境交错带”或“生态环境过渡带”。群落交错区或是生态环境脆弱带实际上是一个过渡地带，这种过渡地带大小不一，有的较窄、有的较宽，有的变化很突然，有的则表现为逐渐地过渡，或者两种群落互相交错形成镶嵌状，称为镶嵌状边缘。变化很突然的称为断裂边缘。2、形成原因：原因很多，如生物圈内生态系统的不均一；层次结构普遍存在于山区、水域及海陆之间；地形、地质结构与地带性的差异；气候等自然因素变化引起的自然演替、植被分割或景观切割；人类活动造成的隔离，森林、草原遭受破坏，湿地消失和土地沙化等等，都是形成交错区的原因。3、边缘效应：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（edge effect）。人们利用群落交错区的边缘效应，以增加边缘的长度和交错区面积的方法来提高野生动物的产量。四、影响群落组成和结构的因素一)生物因素（一）、竞争对群落结构的影响：竞争导致生态位的分化，生态位的分化又会引起资源利用问题。1、自然选择：避免竞争。2、竞争和生态位分化研究还导致更广地应用个体大小特征作为资源分隔的指标。3、植物对资源竞争的模型说明许多种植物在竞争少数相同资源中能够共存。或空间的异质性是物种共存的另一根据。（二）、捕食对群落结构的影响：1、泛化捕食者：选择性摄食会影响群落的多样性。A、如果喜食的是优势种，将抑制竞争物种的生长，有利于竞争力弱的种的生存，从而加速和维持低部物种的多样性。B、如果喜食的是竞争劣势种，将降低多样性。2、顶级食肉动物成为决定群落结构的关键种。3、特化捕食者：控制有害种群的数量。（生物防治）二)干扰对群落结构的影响（干扰理论）干扰（disturbance）：正常过程的打扰或妨碍。（一）、干扰与层盖度：干扰对群落中不同层和不同层片的影响是不同的。（二）、干扰与群落的缺口（林窗、断层）抽彩式竞争缺口可被周围群落的任何一个种侵入和占有，并发展为优胜者，优胜者完全取决于随机因素。抽彩式竞争(competive lottery)出现的条件：群落中具有许多入侵缺口和耐缺口中物理环境能力相等的物种这些物种中任何一种在其生活史过程中能阻止后入侵的其他物种再入侵。当群落由于各种原因不断地形成新的缺口，那么群落整体就有更多的物种可以共存，群落的多样性将明显提高。也有一些群落的物种更替是有规律的，即形成演替。五、生物多样性一）定义生物多样性是生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化。是生命系统的基本特征。可从遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性去描述。1.遗传多样性v 遗传多样性是所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息。v 遗传多样性的测度主要包括三个方面：染色体多态性蛋白质多态性 DNA多态性 2.物种多样性1）概念物种多样性是指一个群落中的物种数目、各物种的个体数目及其均匀程度。2）物种多样性的主要研究内容： A. 物种多样性的现状(包括受威胁现状)B. 物种多样性的形成C. 物种的演化D. 维持机制3.生态系统多样性生态系统多样性：生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富度。生态系统的类型陆地生态系统热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林、草原、稀树草原、荒漠、苔原水体生态系统海洋、湖泊、河流湿地生态系统潮间沼泽、红树林、永久浅水海域、河口水域、沼泽、泥炭地4、景观多样性v 景观：由斑块、廊道和背景基质所构成的空间上的叠合体。景观多样性：指与环境和植被动态相联系的景观斑块的空间分布特征。v 景观异质性高，生物多样性高5.文化多样性文化多样性表现在语言、宗教信仰、土地耕作方式、艺术、音乐、社会结构、作物选择、膳食、建筑以及无数其他人类社会特征的多样性上。二）生物多样性的测定多样性指数是以数学公式描述群落结构特征的一种方法，在调查群落种类及数量后，选定多样性公式，就可以计算出反映该群落结构特征的多样性指数。物种多样性指数丰富度指数：用以度量样地内物种的数量特征。均匀度指数：用以度量物种的个体数量分布是否均匀。变化度指数：由前两类联合而成。优势度指数：表示一个种在群落中的地位与作用。物种多样性有以下几方面的生态学意义：刻划群落结构特征的一个指标。用来比较两个群落的复杂性。作为环境质量评价和比较资源丰富程度的指标。从演替阶段的多样性比较，可以作为演体方向、速度及稳定程度的指标。三）生物多样性的价值1.直接价值1) 基本食物2) 药物资源3) 工业原料2.间接价值遗传库生态平衡教育价值科学研究满足自然爱好四）生物多样性受到威胁1.地球历史上的物种灭绝5次大规模灭绝事件：奥陶纪末期泥盆纪晚期二迭纪晚期三迭纪晚期白垩纪和第三纪之间（又叫K-T灭绝）人类造成的全球环境改变，已经触发了地球生命史上的第6次大规模灭绝。2.生物多样性丧失的原因v 人类活动对生物多样性的胁迫主要来自以下几方面：生境被破坏生境片断化生境的污染与退化引入外来种生态入侵资源的高度开发利用五）生物多样性的保护对策v 加强宣传教育，普及全民生物多样性保护意识v 生物多样性的持续利用v 加强自然保护区的建设v 加强生物多样性保护的政策法规建设v 控制环境污染六）群落的稳定性与生物多样性1、概念群落的稳定性是指群落在一定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。包含四个含义：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。2、群落的多样性是群落稳定性的一个重要尺度（1）当一个群落中很多物种而且每个种的个体比较均匀地分布时，物种之间就形成了比较复杂的相互关系。这样群落对于环境的变化或来自群落内部种群的波动，由于有一个较强大反馈系统，从而得到较大的缓冲。（2）从群落能量学分析多样性高的群落，食物链和食物网更加趋于复杂，群落内部的能量流动的途径更多一些，如果某一条途径受到干扰堵塞不通时，就有可能有其他路线予以补偿。总：多样性高的群落相对比较稳定。反之，若物种数目少，各个种的相对丰富度又不均匀，则群落的多样性就较低且稳定性也相对较差。七）一个群落的稳定程度究竟如何，一般可由三个特性去考察：扰动一个群落系统时所需施加的扰动强度，所需外力越大，表明群落愈稳定; 群落从平衡状态的位置上被扰动后产生波动的幅度，波动幅度越小，群落越稳定; 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。第二节生物群落的动态课时安排：2学时教学目的：通过讲授，让学生较全面掌握以下内容：1、生物群落的动态规律2、演替顶极学说3、群落演替与功能过程4、演替的控制因素教学方法：1、概念的准确阐述2、大量事例剖析3、多媒体课件的使用重点及难点：全部概念均需要准确掌握，难点是不同的演替观，重点是演替顶极学说和功能过程一、群落变化类型一）随持续时间不同有不同的群落动态类型 1、年：季节动态2、几年：波动3、十年到百年（群落中等时间尺度的变化）：群落演替4、万年到亿年：群落演化二）演替（succession）与波动（fluctuation）的区别1、演替：一个群落代替另一个群落的过程，朝一个方向连续变化。2、波动：短期的可逆的变化，逐年的变化方向不同3、产生波动的原因环境生物本身人为活动二、群落演替的类型植物群落演替的类型，常因不同学者依据的类型原则，而划分为各种的演替类型。1、按延续时间可分为：快速演替（quick succession），是在几年或几十年期间发生的演替；长期演替（long-terms succession），是延续几十年，有时是几百年期间内发生的演替；世纪演替（era succession），延续的时间是以地质年代计算的，是与大陆和植物区系进化相联系的演替。2、按起始条件可分为：原生演替（primary successions）和次生演替（secondary successions）。前者是指在原生裸地上开始进行的群落演替，其演替系列称为原生演替系列（primary seres）。后者是指在次生裸地上开始进行的群落演替。其演替系列称为次生演替系列（secondary seres）。3、按基质性质可分为：水生演替（hydroseres）、旱生演替（xeroseres）和中生演替系列。后者是介于前两者之间中生的生境开始的演替系列。4、按主导因素可分为：内因生态演替（endogenus succession）或内因动态演替（endogenous dynamicsuccession），是制约于环境变化，但这种变化是植物群落成分生命活动的结果；外因生态演替（exoecogenus succession）或外因动态演替（exodynamic succession）或异因发生演替（heterogenous succession），是由环境条件变化所引起的。5、按群落代谢特征划分可分为：自养性演替和异养性演替。三、演替顶极学说演替顶极的概念：随着群落的演替，最后出现一个相对稳定的顶极群落期，叫作演替顶极（climax）。顶极就意味着一个自然群落中的一种稳定状态。一）单元顶极学说（F.E.Clements，1916)：1、演替在地表上同一地段出现各种不同生物群落的时间过程2、一个地区的全部演替都将会聚为一个单一、稳定、成熟的植物群落。3、顶极群落的特征只取决于气候：a.给以充分时间，演替过程和群落造成环境的改变将克服地形位置和母质差异的影响。b.在一个气候区域内的所有生境中，最后都将是同一的顶极群落。c.演替总是向前发展的，是进展演替。前顶极:除气候外，地形、土壤或人为因素决定的稳定群落亚顶极：达到气候顶极前的相当稳定群落。偏途顶极（干扰顶极）：强烈而频繁的干扰因素引起预顶极（先顶极）：局部气候比较适宜超顶极（后顶极）：局部气候条件较差二）多元顶极学说(A.G.Tansley，1954)1、如果一个植物群落在某一种或几种环境因子的作用下在较长时间内保持稳定，可以认为是顶极群落2、任何一个区域的顶极群落都是多个的，都是由一定的环境条件所控制和决定的，如土壤的湿度、土壤的营养特性、地形和动物活动等。3、在一个气候区域内，群落演替的最终结果，不一定都要汇集于一个共同的气候顶极终点，还可有土壤顶极、地形顶极、火烧顶极、动物顶极；同时还可存在一些复合型的顶极，如地形-土壤和火烧-动物顶极等三）顶极-格局学说(R.H.Whittaker，1953)1、自然群落是由许多环境因素决定的，除气候外，还包括土壤、生物、火、风等因素。2、在任何一个区域内，环境因子都是连续不断变化的，随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落，如气候顶极、土壤顶极等，不是截然成离散状态，而是连续变化的，因而形成连续的顶极类型，构成一个顶极连续变化的格局。3、格局中分布最广泛的位于格局中心的顶极群落，称为优势顶极，它是最能反映该地区气候特征的顶极群落4、多元顶极群落学说的一个变型。表单元顶极学说和多元顶极学说的差异单元顶极学说多元顶极学说决定因素气候气候及其他因素顶极气候顶极可有多个顶极关于顶极理论，目前仍在争论之中。四、控制演替的几种主要因素以大量图例引导学生讨控制演替的几种主要因素：1、植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性2、群落内部环境的变化3、种内和种间关系的改变4、外界环境条件的变化5、人类的活动五、城市植被恢复与重建一）生态学原理v 以群落为基本单位v 地带性原则v 生态演替原则v 以潜在植被理论为指导的原则v 保护生物多样性原则v 景观多样性原则v 整体性和系统性原则二）城市植被恢复重建方法v 潜在植被类型的调查v 优势种的选择和群落的重建v 养护阶段三）城市绿地分类v 根据建设部2002年颁布城市绿地分类标准的规定，城市绿地分类如下：公园绿地：综合公园、社区公园、专类公园、带状公园、街旁绿地；生产绿地：苗圃、花圃、草圃等；防护绿地：道路防护绿地、城市高压走廊绿带、防风林、城市组团隔离带等；附属绿地：居住绿地、公共设施绿地、工业绿地、道路绿地、特殊绿地等；其他绿地：风景名胜区、郊野公园、森林公园、野生动植物园等。第九章生态系统生态学第一节生态系统的一般特征课时安排：2学时教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容：1、生态系统的概念2、生态系统的结构3、生态系统的平衡和调节教学方法：1、归纳法讲解2、多媒体课件的使用重点及难点：难点是生态系统结构重点是生态系统功能和调节一、生态系统的基本概念生态系统（Ecosystem/ecological system）就是在一定的空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环与能量流动过程而形成的统一整体。生态系统由英国生态学家A.G.Tansley(1935)提出，强调一定地域中各生物之间、与环境之间功能上的统一性。根据生态系统的定义，一个生态系统在空间边界上是模糊的。也就是说，它在大小上是不确定的，其空间范围在很大程度上往往是依据人们所研究的对象，研究内容，研究目的或地理条件等因素而确定。从结构和功能完整性角度看，它可小到含有藻类的一滴水，大到整个生物圈（Biosphere）。同时，它又是在空间范围上抽象的概念。生态系统和生物圈只是研究的空间范围及其复杂程度不同。小的生态系统联合成大的生态系统，简单的生态系统组合成复杂的生态系统，而最大，最复杂的生态系统就是生物圈。二、生态系统的组成和结构各类生态系统都是由两大部分、四个基本成分所组成。两大部分就是生物和非生物环境，或称之为生命系统和环境系统。四个基本成分是指生产者、消费者、还原者和非生物环境（图5-1）。1、非生物环境（abiotic environment）：包括气候因子，如光照、热量、水分、空气等；无机物质，如C、H、O2、N2及矿质盐分等；有机物质，如碳水化合物、蛋白质、脂类及腐殖质等。2、生产者（producers）：是生物成分中能利用太阳能等能源，将简单无机物合成为复杂有机物的自养生物，如陆生的各种植物，水生的高等植物和藻类，还包括一些光能细菌和化能细菌。3、消费者（consumers）：是靠自养生物或其它生物为食而获得生存能量的异养生物，主要是各类动物。消费者包括的范围很广。1）食草动物（Herbivores）称为初级消费者（primary consumer）：直接以植物为食，如牛、马、兔、池塘中的草鱼以及许多陆生昆虫等。2）食肉动物（Carnivores）可统称为次级消费者（secondary consumers）：以食草动物为食，如食昆虫的鸟类、青蛙、蜘蛛、蛇、狐狸等。3）进一步分为三级消费者、四级消费者：以食肉动物为食，如生物群落中体型较大，性情凶猛的种类，如虎、狮、豹及鲨鱼等。4）杂食性消费者（Omnivory consumers）：食性很杂，食物成分季节性变化大，消费者中最常见种类，如池塘中的鲤鱼，大型兽类中的熊等。4、还原者（Reducers）：亦称分解者（Decomposers），这类生物也属异养生物，故又有小型消费者之称，包括细菌、真菌、放线菌和小型无脊椎动物。它们在生态系统中的重要作用是把复杂的有机物分解为简单的无机物，归还到环境中供生产者重新利用。生态系统的这四个基本成分，在能量获得和物质循环中各以其特有的作用而相互影响，互为依存，通过复杂的营养关系而紧密结合为一个统一整体，共同组成了生态系统这个功能单元。生物和非生物环境对于生态系统来说是缺一不可的。倘若没有环境，生物就没有生存的空间，也得不到赖以生存的各种物质，因而也就无法生存下去。但仅有环境而没有生物成分，也就谈不上生态系统。生产者、消费者和分解者三个亚系统，加上无机的环境系统都是生态系统必不可少的成份。三、食物链和食物网一）食物链概念：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链(Food chain)。（图例讲解）A、陆地生态系统：绿色植物食草动物一级肉食动物二级肉食动物顶级肉食动物。B、水域生态系统：浮游植物浮游动物食草性鱼类一级食肉性鱼类二级食肉性鱼类顶级食肉性鱼类。二）食物网概念：食物链彼此交错链结，形成一个网状结构，这就是食物网(Food web)。三）食物链的主要类型1、捕食食物链（生食链、放牧食物链）：、植物食草动物食肉动物（特点为以绿色食物为起点，起点是活的有机体。）2、腐屑食物链（碎屑食物链）： A、有机碎屑腐生性小动物细菌、真菌（存在但不是很典型）B、动植物残体腐食性动物肉食性动物顶级肉食动物（特点是起点是残体，有机体数量越来越少。）3、寄生型食物链：植物动物寄生物更小的寄生物（特点是寄主为活的生物有机体，寄生物夺取寄主的物质和能量来维持生存。体型越来越小，数量越来越多。）四）食物链/网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关。食物链，食物网越复杂，生态系统越稳定。四、营养级与生态金字塔一)营养级概念：一个营养级（trophic levels）是指处于食物链某一环节上所有生物的总和。例如：绿色植物和所有的自养生物都位于食物链的起点，共同构成第一营养级。二)生态系统中营养级数目生态系统中的能流是单向的，能量通过营养级逐渐减少。原因如下：1、各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量，总有一部分生物量会自然死亡并被分解者所利用。2、各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变成排泄物留于环境中，被分解者利用。3、各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。4、能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长5、生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级三)生态金字塔能量通过营养级逐渐减少，所以，如果把通过各营养级的能流量，由低到高勾画成图，就成为一个金字塔形，称为能量金字塔（Pyramid of energy）。如果以生物量或个体数目来表示，得到的是生物量锥体和数量锥体。三类锥体合称生态锥体。（图例讲解）1、能量金字塔：一般说来能量锥体最能保持金字塔形。2、生物量金字塔：以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生命物质总量建立的金字塔。A、对陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则B、湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形3、数量金字塔：有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木，其个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。五、生态系统的反馈调节和生态平衡一）反馈概念：当生态系统中某一成分发生变化时，它必然会引起其他成分的出现相应的变化，这种变化又会反过来影响最初发生变化的那种成分，使其变化减弱或增强，这种过程就叫反馈。二）反馈作用：负反馈控制能够使生态系统趋于平衡或稳态，正反馈使偏离加剧。三）生态平衡失调生态系统的自我调节能力是有限度的。当外界压力很大，使系统的变化超过了自我调节能力的限度即“生态阈限”时，它的自我调节能力本身受到损害，从而引起生态平衡失调。生态系统的生物种类越多，食物网和营养结构越复杂便越稳定。即生态系统的稳定性是与系统内的多样性和复杂性相联系的。生态系统中的反馈：正反馈和负反馈（图例讲解）第二节生态系统中的能量流动课时安排：1学时教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容：1、生态系统中的初级生产2、生态系统中的次级生产3、生态系统中的分解4、生态系统中能量流动遵循的规律教学方法：1、概念的准确阐述2、大量事例剖析3、多媒体课件的使用重点及难点：难点是生态系统中能量流动遵循的规律重点是生态系统中的初级生产和次级生产生态系统中的生物生产包括初级生产（primary production）和次级生产（secodary production）两个过程。在一个生态系统中，这两个生产过程彼此联系，但又分别独立。一、生态系统的初级生产生态系统初级生产的能源来自太阳辐射能，生产过程的结果是太阳能转变成化学能，简单无机物转变为复杂的有机物。这是一个至今尚有许多机制还不完全清楚的复杂过程。可见，生态系统的初级生产实质上是一个能量的转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。一）初级生产的基本概念（一）、概念：1、初级生产量植物固定的太阳能或所制造的有机物质。2、净初级生产量（NP）初级生产量中有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物生长和生殖的能量。3、总初级生产量（GP）包括呼吸消耗在内的全部生产量。4、生物量在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物质。单位是干重g/m2或J/m2。生产量单位为g/（m2a），强调速率时使用初级生产力（与初级生产量单位一样）。（二）、初级生产过程初级生产过程可用下列方程式概述：光能6CO26H2O C6H12O66O2叶绿素植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R；NPGPR（三）、初级生产力的分布地球上各类生态系统的初级生产和生物量差别很大。陆地生态系统中热带雨林的初级生产量最高，并呈现出由热带雨林、温带落叶林、北方针叶林、温带草原、荒漠而顺序减少的趋势（表5-1）。在海洋中，初级生产量以珊瑚礁和海藻床为最高，其变化趋势是由河口湾向大陆架到海洋而逐渐减少。占地球表面积71%的大洋，其生物生产力很低，所以有人将其称之为“生物学的荒漠”（表5-2）。1、生产力极低的区域：1000kcal/m2.yr或者更少如大部分海洋和荒漠；开阔的海洋缺少营养物质，荒漠主要是缺水2、中等生产力区域：1000-10000kcal/m2.yr如许多草地、沿海区域、深湖和一些农田3、高生产力的区域：10000-20000kcal/m2.yr或者更多A、大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。B、得到了额外的自然能量和营养物质。C、热带森林面积占5%，生产力占28%。D、水域、河口湾、海藻床和珊瑚礁等面积占0.4%，生产力占2.3%。E、赤道附近区域、北、南半球中温带。二）初级生产的生产效率地球上各类生态系统对光能的利用率都比较低。所谓光能利用率是指植物光合作用积累的有机物质所含的能量与照射到单位面积上的太阳光能总量的比率。据估算，每年投射到地球上的太阳辐射能的总量大约为2.931024焦耳。而地球上绿色植物通过光合作用每年可形成1.71011吨干物质，这相当于固定了3.01018千焦的能量。照此估算，绿色植物对光能的利用率平均只有0.14%。就是目前运用现代化技术管理的农田人工生态系统，其光能利用率也只是1.3。自然条件下，总初级生产效率很难超过3%。全球平均总初级生产效率为0.2-0.5%。光能转化能力并不是限制净初级生产力的因素。三）初级生产量的限制因素（一）、陆地生态系统1、光2、水3、温度4、营养物质（二）、水域生态系统1、光2、叶绿素（食草动物的捕食）3、营养物质四）初级生产量的测定方法（一）、收获量测定法陆生定期收获植被，烘干至恒重，以每年每平方米的干物质重量表示，以其生物量的产出测定，但位于地下的生物量，难以测定，地下的部分可以占有40%至85%的总生产量，因此不能省略。（二）、氧气测定法(黑白瓶法)（三）、CO2测定法（四）、放射性标记物测定法用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定的碳量：放射性14C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计算：14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6确定光合作用固定的碳量，需用“暗呼吸”作校正。（五）、叶绿素测定法植物定期取样，丙酮提取叶绿素，分光光度计测定叶绿素浓度。假定每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量。二、生态系统中的分解一）分解过程的性质1、分解作用死有机物质的逐步降解过程。2、分解作用释放能量，光合作用贮存能量。3、碎裂、异化和淋溶三个过程的综合4、分解者亚系统包括肉食动物、草食动物、寄生生物和少数生产者5、进入分解者亚系统的有机物质通过营养级传递，但未利用物质、排出物和一些次级产物又成为营养级的输入再次被利用（能量一步步释放）6、分解过程的特点和速率取决于待分解资源的质量、分解者种类和分解时理化环境条件三个方面二）分解者（一）、细菌和真菌1、生长型：群体生长：适应于短时间内迅速利用表面微生境丝状生长：穿透和入侵有机质深部2、营养方式：微生物分泌细胞外酶，将底物分解为简单的分子状态，再吸收（二）、动物1、小型土壤动物2、中型土壤动物3、大型土壤动物三）资源质量与分解作用的关系1、资源的物理和化学性质影响着分解的速度2、营养物质的浓度常成为分解过程的限制因素四）理化环境对分解作用的影响1、温度高、湿度大，分解速率高2、分解速度随纬度增高而降低(热带雨林温带森林冻原)3、各类分解生物的相对作用也有影响：低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带4、土壤类型和待分解资源也有影响三、生态系统中的能量流动一）生态系统能量流动的热力学定律生态系统的能量流动符合热力学的基本规律。热力学第一定律认为能量是守恒的，它既不能凭空产生，也不会被消灭，但可以从一种形式转变为其它形式或从一个体系转移到别的体系。在生态系统中，生产者通过光合作用把光能转变为化学能贮存起来，能量的形式发生了改变，但光能并没有被消灭，而且同样是守恒的。热力学第二定律：在封闭系统中，一切过程都伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和作功，而以热的形式消散。生态系统中的能量以食物形式在生物之间传递，食物中相当一部分能量转化为热而消散掉，其余则用于合成新的组织而作为潜能贮存下来。二）食物链层次上的能流分析把每一个物种都作为能量从生产者到顶位消费者移动过程中的一个环节。测定每一个环节上的能量值，就可提供生态系统内一系列特定点上能流的详细准确资料。结合实例数据，引导学生分析：田鼠只利用很少一部分植物，田鼠本身又只有一部分被鼬利用，鼬几乎不能支持猫头鹰的存在。三）实验种群层次上的能流分析研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重要因素，如水蚤种群实验。四)生态系统层次上的能流分析（结合实例数据，引导学生分析）把每个物种归属于一个特定的营养级中，精确测定每一个营养级能量的输入值和输出值，多见于水生生态系统。（一）、银泉的能流分析：能量从一营养级流向另一营养级时急剧减少，原因是分解者的分解。由于能量的急剧减少，营养级数不高。1、以光合作用效率确定植物吸收的太阳能，作为初级生产力的研究基础。2、把来自各支流和陆地的有机物质作为能量输入。3、分解者呼吸代谢消耗的能量也包括在能流模式中。（二）、Cedar Bog湖的能流分析1、没有被利用的净初级生产量多，沉到湖底形成植物有机质沉积2、Cedar Bog湖和银泉能流情况的比较：Cedar Bog湖约1/3净生产量被分解，其余部分沉积到湖底，形成泥炭，为沼泽水湖银泉没有被利用的净生产量被水流带到下游地区，水底沉积物很少，为清泉水河。（三）、森林生态系统的能流分析1、相当大部分的能量沿碎屑食物链流动2、沿捕食食物链流动的能量非常少3、有机残屑堆积在森林的底层，形成很厚的枯枝落叶层四、生态系统中的信息及其传递一）信息与信息量1、系统中各生命成份之间存在着信息传递，它是生态系统的基本功能之一，使生态系统产生自动调节机制。2、在生态系统中，环境就是一种信息源3、能流信息流联合模型（比单一的能流模型更本质、更完善）4、信息的传输要求有信源和信宿间的信道沟通和信息势差，信息势差越大，信道中的信息流越大。二）信息及其传递从信息传递的角度看，生态系统中的各种信息可分为四大类：（一）物理信息：以物理过程为传递形式的信息，如光、声音、颜色等。1、光信息太阳是光信息的主要初级信源，反射光的物体是次级信源，有时也可借用其他光信息。2、声信息声纳定位系统；含羞草小叶并拢、叶柄下垂。3、电信息植物的电位差。4、磁信息植物对磁场也有反应。（二）化学信息：生物代谢产生的一些物质，尤其是各种腺体分泌的各类激素等均属传递信息的化学物质1、动物和植物间的化学信息(例蜜蜂取食和传粉)2、植物之间的化学信息：胡桃树（Juglans SP.）的叶表面可产生一种物质，被雨水冲洗落到土壤中，可抑制土壤中其它灌木和草本植物的生长。（三）营养信息（饲养数量依饲料提供的信息而定）第三节生态系统中的物质循环课时安排：1学时教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容：1、生态系统中的物质循环的一般特点2、水循环3、气体型循环4、沉积型循环5、有毒有害物质循环教学方法：1、大量事例剖析2、多媒体课件的使用重点及难点：难点是各种物质循环的过程重点是各种物质循环的特点生态系统中生命成分的生存和繁衍，除需要能量外，还必须从环境中得到生命活动所需要的各种营养物质。在生态系统中能量不断流动，而物质不断循环。能量流动和物质循环是生态系统中的两个基本过程，使生态系统各个营养级之间和各种成份之间组成一个完整的功能单位。一、物质循环的一般特点生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归还环境中，这个过程叫做物质循环（Matteral cycle）。一）生命与元素在自然界已知的100多种化学元素中，生物正常生命活动所必需的约30-40种。这些元素在生物体的作用通常是不能相互替代的。生物对各种元素的需求量并不相同且有种间差异。据分析，细胞含有24种元素，其中C、H、O、N、P、S六种元素对生命起着特别重要的作用，大部分有机物分子是由这六种元素组成的。另外还有需求量较多的Ca、K、Na、Cl、Mg、Fe等六种元素，其它的元素是Mn、I、Mo、Co、Zn、Se、Cu、or、Sn、U、Si、F，这些元素含量很少，称为微量元素，但它们也是生命所不可缺少的。二）物质循环的模式（一）、物质循环中的基本概念：1、库（pools）：是指某一物质在生物或非生物环境暂时滞留（被固定或贮存）的数量。例如，在一个湖泊生态系统中，磷在水体中的数量是一个库；磷在浮游植物中的含量又是一个库。磷在这两个库之间的动态变化就是磷这一营养物质的流动。可见，生态系统中的物质循环实际上就是物质在库与库之间的转移。根据库的大小和活跃程度常将其分为两类：（1）贮存库，其容积大而活动缓慢，一般为非生物成分，如岩石或沉积物；（2）交换库或循环库，营养物质在生物和其环境之间进行迅速交换的较小而又非常活跃的部分。如植物库，动物库，土壤库等。2、流通率（Rate of circulation）：是指单位时间、单位面积（或体积）内物质移动的量。可用克或公斤每亩天来表示。3、周转率（Turnover rates）：是指某物质出入一个库的流通率与库量之比。即：4、周转时间（Turnover time）：周转率的倒数，流通量、周转率与周转时间是相对于库而言的。（二）、影响物质循环速率的因素1、元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如CO21年，N100万年2、生物的生长速率：决定生物对物质吸收的速率以及物质在食物网中运动的速度3、有机物质腐烂的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用4、人类活动的影响：A、开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，影响物质循环速率B、化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中三）生物地球化学循环的类型1、水循环（water cycle）水的全球循环过程，生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的2、气体型循环（gaseous cycle）贮存库是大气和海洋，有气体形式的分子参与循环过程，循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等3、沉积型循环（sedimentary cycle）贮存库是岩石、土壤和沉积物，没有气体形式的分子参与循环过程，循环速度比较慢，时间要以千年计算，例如P、Ca、Na、Mg等二、水循环在太阳能驱动下，水从一种形式转变为另一种形式，并在气流（风）和海流的推动下在生物圈内的循环。水在生物圈中的形式分为气态、液态和固态。一）全球水循环1、水循环受太阳能、大气环流、洋流和热量交换影响2、两种方式：降水和蒸发3、地球上的降水量和蒸发量总的来说相等，但不同表面、不同地区的降水量和蒸发量不同，假如地球上的总降水量为100单位，那么，来源于海洋的蒸发量占84单位，来源陆地的只有16单位。但100单位的降水量中，海洋得77单位，陆地为23单位，海洋亏缺部分是由陆地入海的水而得到补偿。4、地表径流将各种营养物质从一个生态系统搬运至另一个生态系统5、影响地球热量收支，防止温度剧烈波动二）生态系统中的水循环包括截取、渗透、蒸发、蒸腾和地表径流三、气体型循环一）碳循环地球上碳的总量约为261015吨，绝大多数以无机形态存在于岩石圈中，大气中CO2约含碳7000亿吨，生物圈中碳的循环主要有三条途径：一是始于绿色植物并经陆生生物与大气之间的碳交换；第二条途径是海洋生物与大气间的碳交换；人类对化石燃料的应用是碳循环的第三条途径。（一）、大气1、植物的光合作用2、生物的呼吸作用3、微生物的分解作用（二）、海洋1、水生植物的光合作用2、生物的呼吸作用3、残体埋入水底，其中的碳暂时离开循环4、石灰岩、珊瑚礁5、岩石风化和溶解、火山爆发大气中碳摄取和释放速率大致相同，但二氧化碳含量有明显的日变化和季节变化（三）二氧化碳的交换1、大气圈和水圈之间的界面2、二氧化碳移动方向取决于界面两侧相对浓度（从高向低）3、二氧化碳与水结合形成碳酸（可逆）4、碳在生态系统中含量过高或过低都能通过碳循环的自我调节机制而调整，并恢复原有水平（四）、生态系统中的碳循环：速度快（五）、人类活动对碳循环的影响1、大气中二氧化碳含量上升2、温室效应：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升，温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物(CFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等。温室效应的影响：A、海平面上升，淹沒陆地。B、全球气候经常发生暴雨或干旱。C、土地沙漠化，生态环境改变。二）氮循环：主要过程固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用（一）、固氮作用氨或硝酸盐（由环境进入生物，被植物吸收利用）1、高能固氮：闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发。2、工业固氮：400摄氏度，200大气压下。3、生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物。4、意义A、平衡反硝化作用。B、对局域缺氮环境有重要意义。C、使氮进入生物循环（二）、氨化作用由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用。（三）、硝化作用在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。（四）、反硝化作用反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。四、沉积型循环矿质元素通过岩石风化等作用释放出来参与循环，又通过沉积等作用进入地壳而暂时离开循环。（不完全的循环）一)磷循环1、两种存在相：岩石相和溶解盐相2、起点为岩石的风化，终点为水中的沉积：存在于岩石和天然磷酸盐矿床中的磷，通过风化淋溶、侵蚀等作用及采矿而被释放出来，进入水圈和土壤圈。溶于水后形成可溶性磷酸盐。3、磷的利用含磷有机物被细菌分解为磷酸盐A、一部分被植物再吸收。B、一部分转化为不能被植物利用的化合物。C、一部分由径流进入海洋，沉积。D、缺乏再次返回陆地的有效途径，为不完全循环，现存量仅能维持100a左右。二)硫循环1、蓄库A、岩石库（沉积）B、大气圈（以气体形式自由移动）2、岩石库进入生态系统的途径：生物的分解；自然风化；火山爆发；化石燃料的燃烧3、大气中也有少量的硫存在4、人类对硫循环的影响：二氧化硫量增加；酸雨；伦敦烟雾事件等伦敦1952年2月5日到8日，雾大无风，家庭和工厂排出的烟尘经久不散，大气中SO2含量3.8毫克/立方米，烟尘4.5毫克，居民普遍呼吸困难、咳嗽、喉痛、呕吐和发烧，4天内死亡约4000人。五、有毒有害物质循环一）有毒有害物质循环的一般特点在生物体内有浓缩现象；不能通过代谢过程排除，而是被生物体同化；造成有机体中毒死亡。1、生物积累(bioaccumlation):指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。2、生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。3、生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。二）有毒有害物质循环实例（一）、DDTDDT是人工合成的有机氯杀虫剂，DDT不溶于水，而溶于脂肪，极易通过食物链而富集。危害：1、DDT通过食物链进入动物体后，使钙代谢功能丧失，从而使鸟类蛋壳变薄，雌鸟孵卵时将蛋压破，从而使禽类的数量减少2、消灭害虫的同时，无选择地将益虫、益鸟和害虫的天敌杀死，如美国加利福尼亚州，由于滥用DDT，1967年有19%的蜜蜂被杀死，导致水果和蜂蜜急剧减产（二）、汞日本一家工厂把含汞的未加处理的废气废渣排入水俣湾，汞进入鱼虾体内，经食物链传递到人体内积存，引起甲基汞慢性中毒，1953年开始出现发病，病人手脚麻木，听觉失灵，运动失调，严重时呈疯癫状态，直至死亡，人称水俣病。水俣湾中螃蟹体内含汞24ppm，受害人肾中含14ppm，而鱼的允许水平为0.5ppm第四节生态系统的类型课时安排：1学时教学目的：通过学生自己利用网上资源，扩大知识背景，并掌握以下内容：1、陆地生态系统分布格局与影响2、主要陆地生态系统的类型与特点3、主要水域生态系统的类型与特点教学方法：1、学生利用课外时间查阅资料并制作多媒体2、鼓励学生以直观的图片辅助讲解3、引导学生讨论并做出评价重点及难点：难点是生态系统分布格局的影响因素重点是陆地生态系统和水域生态系统的类型与特点一、陆地生态系统分布的基本规律 1、植被分布的纬向地带性与经向地带性地带性植被纬向地带性：冻原泰加林（寒温性针叶林）针阔叶混交林落叶阔叶林硬叶常绿林和灌丛亚热带、热带荒漠热带稀树草原热带雨林。经向地带性：植被自西北至东南，依次为：冻原森林冻原泰加林针阔叶混交林落叶阔叶林森林草原草原荒漠。2、世界植被水平分布的一般规律性A、在南半球没有和北半球相对应的北方针叶林及苔原带。B、生物群落带大致与纬线平行。C、在北纬40和南纬40之间由于信风的影响，使得西侧为干旱区域，东侧为湿润的森林区域。D、在亚热带，荒漠伸展到海岸，而在南半球，它们只限于沿海地区。二、淡水生态系统的类型及其分布淡水群落一般分为流水和静水两大群落类型。组成我国淡水（湖泊、河流）植被的高等植物总数在50种以上。南方和北方有许多种类是共同的，但总的说来，南方的种类较多，区系比较丰富。如：蓖叶眼子菜、线叶眼子菜、水竹叶、眼子菜、穿叶眼子菜、苦草、细叶水、毛茛、金鱼藻、浮萍、紫萍、水蕨、水车前、满江红、菱等等。三、海洋生态系统的类型及其分布海洋植物区系的地理分布也服从地带性规律。海洋生物群落也像湖泊群落一样分为若干带：1、潮间带（intertidal）或沿岸带（littoral zone）2、浅海带或亚沿岸带（neritic 或sublittoral zone）3、浅海带以下沿大陆坡之上为半深海带4、大洋带（Pelagic zone）四、世界陆地主要生态系统的类型及其分布1、热带雨林(tropical rain forest)（1）概念与分布（2）热带雨林的特点a种类组成特别丰富b群落结构复杂，树冠不齐，分层不明显c藤本植物及附生植物极丰富d常具板状根和支柱根e茎花现象很常见f寄生植物很普遍g热带雨林的植物终年生长发育h动物种类极其丰富2、亚热带常绿阔叶林（Subtropical evergreen broad-leaved forest）常绿阔叶林发育在湿润的亚热带气候地带。常绿阔叶林主要由樟科、壳斗科、山茶科、金缕梅科等科的常绿阔叶树组成。南北美洲、非洲、大洋洲均有分布，但分布的面积都不大。在亚洲除朝鲜、日本有少量分布外，以我国分布的面积最大。3、夏绿阔叶林（Summer green broad-leaved forest）由夏季长叶冬季落叶的乔木组成的森林称为夏绿阔叶林或落叶阔叶林。它是在温带海洋性气候条件下形成的地带性植被。夏绿阔叶林主要分布在西欧，并向东伸延到前苏联欧洲部分的东部。在我国主要分布在东北和华北地区。此外，日本北部、朝鲜、北美洲的东部和南美洲的一些地区也有分布。特点：A、夏绿阔叶林主要由杨柳科、桦木科、壳斗科等科的乔木植物组成。B、季相变化十分显著。C、群落结构较为清晰。D、夏绿阔叶林的乔木大多是风媒花植物。E、林中藤本植物不发达。F、水果品质很好。4、北方针叶林（Boreal forest）针叶林是指以针叶树为建群种所组成的各种森林群落的总称。北方针叶林就是指寒温带针叶林，它是寒温带的地带性植被。寒温带针叶林主要分布在欧洲大陆北部和北美洲。特点：A、夏季温凉、冬季严寒。B、外貌十分独特。C、群落结构十分简单。5、草原（steppe）草原是由耐寒的旱生多年生草本植物为主（有时为旱生小半灌木）组成的植物群落。它是温带地区的一种地带性植被类型。草原在地球上占据着一定的区域。各大洲都有分布。占陆地总面积的1/6。草原群落的特点：A、生活型多样B、草原植物的旱生结构明显C、草原群落的季相变化明显D、草原动物区系十分丰富6、荒漠(Desert)荒漠植被是指超旱生半乔木、半灌木、小半灌木和灌木占优势的稀疏植被。荒漠植被主要分布在亚热带和温带的干旱地区。荒漠植被的特点：A、植被十分稀疏植物种类非常贫乏B、植物的生态生物型或生活型多种多样C、植物具有明显的旱生结构D、荒漠动物群落主要是爬行类、啮齿类、鸟类以及蝗虫等 E、荒漠生物群落的初级生产力非常低，低于0.5g/m2.aF、物质循环的速率很低 G、我国荒漠植被按其植物的生活型划分，可分为3个荒漠植被亚型：小乔木荒漠、灌木荒漠和半灌木、小半灌木荒漠。7、冻原（tundra）寒带植被的代表，主要分布在欧亚大陆北部和北美洲北部，形成一个大致连续的地带。（1）冻原的环境特点：A、冬季漫长而寒冷，有6个月见不到太阳；夏季短促而凉爽，最热月平均气温为010，植物生长仅23个月。年平均温度在0以下，年降水量不多。B、冻原土壤的永冻层是冻原生态系统最为独特的一个现象。C、冻土层上部是冬冻夏融的活动层，活动层对生物的活动和土壤的形成具有重要的意义。（2）冻原植被的特点：A、植被种类组成简单B、植物群落结构简单C、植物极其耐寒D、通常全为多年生植物，没有一年生植物（3）冻原的类型:随着从南到北气候条件的差异，冻原又分为四个亚带：森林冻原亚带、灌木冻原亚带、藓类地衣亚带、北极冻原亚带。8、青藏高原的高寒植被青藏高原面积辽阔，跨有约12个纬度和24个经度。地处亚热带和温带，四周为迥然不同的自然环境所围绕，其平均海拔高度在4500米以上。青藏高原植被在生态和植被外貌方面与一般的山地植被。相比有以下特点：A、热量丰富，植被分布界限高大陆性强，植被的旱生性显著B、植被带宽广C、高原上的山地植被垂直带明显D、植被分布大致由东南向西北，随着地势逐渐升高，依次分布着山地森林（常绿阔叶林、寒温性针叶林）带高寒灌丛、高寒草甸带高寒草原带（海拔较低的谷地为温性草原）高寒荒漠带（海拔较低的干旱宽谷和谷坡为温性山地荒漠）E、青藏高原上的这种植被带状更迭规律是水平地带性与垂直带性相结合的结果，是具有平面形式的植被垂直带。这样的植被带被称为高原地带性五、水域生态系统之海洋生态系统1、分带与分层海岸带、浅海带和远洋带。远洋带分：透光层、中层、深水层、底栖层。2、生物类群浮游植物、浮游动物、自游动物、底栖生物、海底水热裂口动物群。3、生态功能特点：初级生产量低、生产量分布不平均。4、人类活动对海洋的影响：石油的开采、运输，海洋：世界的垃圾场。六、水域生态系统之淡水部分1、河流流域流域面积(km2)全国总面积（）外流流域太平洋544459556.71印度洋6245756.52北冰洋508600.53内陆流域内蒙古5287403.42甘新青237411224.73西藏7288987.59松花江内陆482200.502、湖泊：静态水，我国天然湖泊面积在1km之上的有2800多个，总面积80000km2，湖泊率为0.8%。3、湿地：天然或人造、永久或暂时持有死水或流水、淡水、微咸或咸水的沼泽地、泥炭地或水域，包括低潮时水深不超过6m的海水区。功能：涵养水源、水过滤系统第五节景观生态学系统课时安排：1学时教学目的：通过讲授，让学生较全面掌握以下内容：1、景观生态学中的一般概念与理论2、研究方法3、应用教学方法：1、概念的准确阐述2、使用多媒体课件3、案例的引用重点及难点：重点和难点是景观生态学的一般理论和理论一、景观和景观生态学一）景观生态学的研究内容1、景观(Landscape):由若干生态系统组成的异质区域(heterogeneous area)，这些生态系统构成景观中明显的斑块(patches)，这些斑块称景观要素(landscape elements)。2、景观生态学(Landscape ecology)：研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。其研究对象和内容可概括为3个方面，即景观结构、景观功能和景观动态。二）景观生态学发展历史概述20世纪60年代在欧洲形成，土地和景观的规划管理、保护和恢复一直是其主要的研究内容；20世纪80年代初，景观生态学在北美才受到重视，Forman提出“缀块-廊道-基底”模式，此外有越来越多学者重视与参与。我国起步较晚，尚缺乏系统的、跨尺度的理论和实际研究。二、景观生态学的一般概念和理论一）尺度及其有关的概念1、尺度(scale):一般指对某一研究对象或现象在空间或时间上的量度，分别称为空间尺度和时间尺度。2、粒度(grain)和幅度(extent)：尺度往往以粒度和幅度来表达。3、空间粒度指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、面积或体积。时间粒度指某一现象或某一干扰事件发生的频率。4、幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围，研究区域的总面积决定该研究的空间幅度；研究项目持续多久则确定其时间幅度。5、尺度和比例尺：大尺度指较大空间范围内的景观特征，往往对应于小比例尺、低分辩率；小尺度指较小空间范围内的景观特征，往往对应于大比例尺、高分辩率。二）格局与过程1、格局：往往指空间格局，即斑块和其他组成单元的类型、数目以及空间分布与配置等。2、过程：过程则强调事件或现象发生、发展的程序和动态特征。景观生态学常常涉及到的生态过程包括种群动态、种子或生物体的传播、捕物和捕食者的相互作用、群落演替、干扰扩散、养分循环等。三）空间异质性和斑块性1、空间异质性是指生态过程和格局在空间分布上的不均匀性及其复杂性。2、空间异质性一般可理解为空间斑块性和梯度的总和。空间异质性表现对尺度的依赖性。3、缀块性主要强调缀块的种类组成特征及其空间分布与配置关系，比异质性更具体化。四）种面积关系和岛屿生物地理学理论景观中斑块面积的大小、形状以及数目对生物多样性和各种生态学过程都会有影响。物种丰富度f(生境多样性、干扰、斑块面积、演替阶段、基底特征、斑块隔离程度)一般来说，斑块数量的增加常伴随着物种的增加。岛屿生物地理学理论将生境斑块的面积和隔离程度与物种多样性联系在一起，对斑块动态理论及景观生态学发展起了重要的启发作用。岛屿生物地理学理论的一般数学表达式为：dS/dt=I-ES为物种数，t为时间，I迁居速率（是种源与斑块间距离D的函数），E绝灭速率（是斑块面积A的函数）五）斑块廊道基底模式美国生态家R.Forman和法国生态学家M.Godron(1986)认为，组成景观的结构单元不外有三种：斑块、廊道和基底。1、斑块泛指与周围环境在外貌或性质上不同，但又具有一定内部均质性的空间部分，具体包括植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等。2、廊道指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构，如农田间的防风林、河流、道路、峡谷和输电线等。3、基底指景观中分布最广、连续性最大的背景结构，常见的有森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等等。斑块、廊道、基底的划分是相对，与观察的尺度相联系，实际划分是十分困难的。近年来，斑块、廊道、基底为核心的一系列概念、理论和方法已逐渐形成了现代景观生态学的一个重要方面。R.Forman（1995）称之为斑块廊道基底模式。六）边缘效应1、边缘效应指斑块边缘部分由于受外围影响而表现与斑块中心部分不同的生态学特征的现象。斑块中心部分在气象条件、物种组成以及生物地球化学循环方面都可能与其边缘部分不同。许多研究表明，斑块周界部分常常具有较高的物种丰富度和初级生产力。2、有些物种需要较稳定的生物条件，往往集中分布在斑块的中心部分，称内部种；而另一些物种适应多变的环境条件，主要分布在斑块边缘部分，则称为边缘种。3、斑块的结构特征对系统的生产力、养分循环和水土流失等过程都有重要的影响。4、斑块的形状多种多样，其特点可用长宽比、周界面积比等来描述。七）Meta-种群理论Meta-种群（异质种群）(联种群)(metapopulation) :美国生态学家R。Levins(1970)采用了meta-population一词，并定义为“由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所组成的种群”。换言之，它是由空间上相互隔离，但又有功能联系的二个或二个以上的亚种种组成的种群斑块系统。1、Meta-种群理论的两个基本要点：A、亚种群频繁地从生境斑块中消失（斑块水平的局部性灭绝）；B、亚种群之间存在生物繁殖体或个体的交流（斑块间和区域性定居过程），从而使Meta-种群在景观水平上表现复合稳定性。2、Meta-种群动态模型（斑块动态模型）：dP/dt=Mp(1-P)-ePP-被某一物种个体占据的斑块比例，t-时间，m-与所研究物种的定居能力有关的常数，e-与所研究物种的灭绝速率有关的常数。3、Meta-种群理论的意义生境片断化之后，形成隔离的生境斑块，种群个体在不同的斑块之间扩散，个体在亚种群之间的迁移影响持久和稳定。在保护生物学上具十分重要的意义。八）景观连接度、渗透理论和中性模型1、景观连接(landscape connectivity):是对景观空间结构单元相互之间连续性的量度，它包括结构连接度和功能连接度。前者指在空间上直接表现出的连续性，可通过卫片、航片、或视学器官观察来确定；后者是以所研究的对象或过程的特征尺度来确定。2、渗透理论(percolation theory):当媒介的密度达到一临界值时，渗透物突然能够从媒介一端达到另一端。在生态学中，有许多临界阈值现象，如植被覆盖度达到多少时流动沙丘得以固定？生境面积占整个景观面积多少时，某一物种才能幸免于生境破碎化作用而长期生存？3、中性模型(neutral model):指不包含任何具体生态学过程或机理，只产生数学或统计学上所期望的时间或空间格局的模型。渗透理论基于简单的随机过程，并有显、而且可预测的阈限特征，因此是非常理想的景观中性模型。九）等级理论等级理论是20世纪60年代以来逐渐发展形成的、关于复杂系统的结构、功能和动态的系统理论。根据等级理论，复杂系统具有离散性等级层次，一般来说，处于等级系统中高层次的行为或动态常表现现大尺度、低频率、慢速度特征；而低层次行为或过程常表现出小尺度、高频率、快速度的特征。许多复杂系统包括景观系统可视为等级结构，可将繁杂的相互作用的组分按照某一标准进行组合，赋之于层次结构。如不同类型植被分布的温度和湿度范围，食物链关系、景观中不同类型的斑块连界。研究复杂系统时一般到少需要同时考虑3个相邻的层次，即核心层次、其上一层次和下一层次。十）斑块动态理论J.Wu和Loucks（1995）：在总结前人研究工作范式，要点包括：生态系统是由斑块镶嵌体组织的等级系统；生态系统的动态是斑块个体行为和相互作用的总体反映；格局过程尺度观点，即过程产生格局，格局作用于过程，而二者又依赖于尺度；非平衡观点，即非平衡现象在生态学系统中普遍存在，局部尺度上的非平衡态和随机过程往往是系统稳定性的组成部分；兼容机制和复合稳定性，兼容是指小尺度上、高频率、快速度的非平衡态过程被整合到较大尺度上稳定过程的现象。而这种在较大尺度上表现出来的“准稳定性”往往是斑块复合体的特征，因而称之为“复合稳定性”。等级斑块动态范式最突出的特点就是空间斑块性和等级理论的有机结合，以及格局、过程和尺度的辩证统一。三、景观生态学的研究方法一）遥感和地理信息系统在景观生态学中的应用（一）、遥感及其功能遥感(remote sensing，简称RS)指通过任何接触被观测物体的手段来获取信息的过程和方法，主要是和处理目标发射和反射的电磁波。包括航空照片、卫星影像、热红外线图像等。遥感卫星通常佩有光电传感器，可以描述多个波段的电磁波，传感器将电磁辐射转变成电信号，接着由计算机转变为数字信号，用这些数字可以构建图像。卫星遥感已经产生了地球表面每平方米的细致图像，这些图像给生态学家，尤其是景观和地理生态学家们提供了极其有价值的信息：生态学家通过使用“绿色”作为指标，用遥感监测植被生物量。（二）、地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）1、概念：一个用于对地理数据进行采集、管理、查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。一般所指的GIS是大型应用软件系统。2、地理信息系统的基本功能：A、地图数字化和数据可视化B、数据查询C、空间分析D、基本图形运算E、缓冲区分析F、空间叠加G、网络分析H、栅格数据的空间分析四、城市景观一）城市景观的概念和特点概念：以城市建成区为主体，由城市街区、道路、公园、绿地、林地及近郊城郊型农田等景观要素构成，以人类活动为主导，发挥城市功能的地域实体。特点高度人工化鲜明的地方特色生态不稳定性高度异质性二）城市景观特色自然历史遗址人文历史遗址城市景观的人文内涵城市的自然地理特色三）城市景观退化的表现自然景观要素的加速衰退和丧失人文景观的单一化和趋同化城市文化遗产的破坏和毁弃四）城市生态评价与管理1、城市生态评价指应用生态学原理和方法，坚持综合、整体、系统的观点，坚持以人为本和可持续发展的思想，对城市景观整体及各个生态学子系统的组成结构、空间格局、功能效应、动态变化及其存在的问题进行的分析和评价，为城市生态规划、建设和管理提供基础信息和依据。 2、城市生态管理以维护城市生态平衡为目标，对城市生态系统的结构、功能及协调性进的管理和调控。 3、城市生物多样性保护： v 保护城市景观中的小生境斑块保证不被占用保护周围的环境保持与外界或其他大型斑块的连通性v 保护城市周边的自然景观要素（其他绿地）v 保护城市景观中的湿地斑块和河流廊道避免对湿地的占用保证水源供应v 提高生物栖息地和绿地斑块的生态连通性v 建设或恢复大型绿地斑块并增加乔木林地面积v 动植物物种的迁地保护和种质保存动物园、植物园、保护繁殖中心和种质基因库第十章城市生态系统课时安排：3学时教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容：1、城市生态系统的概念2、城市生态系统的结构3、城市生态系统的平衡和调节教学方法：1、归纳法讲解2、多媒体课件的使用重点及难点：难点是城市生态系统结构重点是城市生态系统功能和调节第一节城市生态与生态系统人类生态学（human ecology）是借用生态学进化论原理，研究城市环境的空间格局及其相互依赖关系的系统。它是由美国芝加哥经验社会学派代表人物R.E.帕克和E.W.伯吉斯提出.人类生态学注重研究生态对于人类组织形成和行为的影响。城市是以人类为主体，以地域空间和各种设施为环境的生态系统。这里的生态系统，是指城市居民与城市环境对立统一的系统。系统是由相互联系的各个局部构成的整体。它是一个有机的整体，如果各子系统关系协调，整体功能就会更好发挥。系统可分为自然系统（natural system)和人工系统(artificial system)，城市是一个由自然和人工结合的复杂生态系统。城市是人口高度集中的地方，几乎完全依靠外界输入粮食和能源，并向外界输出产品、服务和各种废弃物，从这个意义上讲，城市又是一个开放系统。所有的生态系统都是控制系统，任何控制系统当输入或输出发生变化时，系统内部就会自动调节，反馈机制会发生作用，如果城市生态系统某一子系统不协调，如人口过多、资源短缺、基础设施不配套，整个城市生态系统就会失调，一系列城市社会问题也会由此产生。城市生态与城市生态学城市生态系统则是指城市居民生存的空间。城市中人口、空间、资源构成了城市生态系统的主要结构。城市生态系统的失衡主要是指人类的生存和发展需求的满足与周围环境资源的供应之间出现了供不应求，从而影响了城市的良性运行和发展。城市生态学为了解决这一矛盾应运而生。城市生态学的思想早在城市产生和发展的过程中就体现了出来。纵观世界城市的发展，人们在城市建设方面，往往都综合考虑了几个方面的因素，尽管大多数情况下不够全面，但是这些都多少考虑了城市生态平衡的要素，并且随着城市的进一步发展，这种生态平衡思想渐渐趋向成熟。在二十世纪初，英国生物学家P.盖地斯（Patrick Gedds）从一般生态学进入人类生态学的研究，研究人与城市环境的关系。在进化中的城市（Cities in Evolution）中把生态学的原理与方法应用于城市规划和建设，而且研究现代化城市成长和变化的动力。到了二十世纪二、三十年代，美国芝加哥人类生态学派开始以城市为研究对象，将其作为一个有机体，作为人与自然、人与人相互作用的产物。主要代表人物有伯吉斯（Ernest Burgess），哈利斯（Chauncy Harris）、霍伊特（Homer Hoyt）、麦肯齐（Roderick Mckenzie ）、帕克（Robert Park ）等。他们关于城市生态的观点构成了古典城市生态学的主要内容。他们运用生态学的原理，将芝加哥作为研究对象，从社会与非社会两个方面来研究城市人口分布的原因，分析城市不同人口分布情况下的土地利用模式。帕克（Robert.E.park）于1916年发表了著名论文城市：关于城市环境中人类行为研究的几点意见，对城市的调查研究提出了纲领性的结论意见，从而奠定了芝加哥学派的理论基础。当聚集强化时，人口密度提高，进而导致资源竞争，包括城市空间、政府资源、零售市场和任何可用来方便个体和团体生存的资源。”由于竞争的升级，在市场上商业成本的提高促使城市区域开始扩张。芝加哥学派的直接继承人霍利（Amos Hawley）继承了关于城市空间的分化这种观点，但是到八十年代，他开始从社会或宏观的层次上进行生态分析，使得城市生态学成为一种可行的理论。霍利关于生态过程的理论其主要思想是围绕着这样三个命题的适应（adaptive）、增长(growth)和进化(evolution)。由于城市区域的分化，为了适应这种分化了的环境，“人类整体变得有所差异并由相互依赖的系统加以整合”。在他的理论中有三个变量：生产力、运输和通讯技术。他把后两个变量称为流动资本（mobility costs）。其中关于生产力的解释可以这样理解：“一方面，在根本上，一套互惠的关系存在于物质、信息和服务的生产之间；另一方面是系统把这些产品转化成其它系统单位的能力。”“生产力构成了系统所能设置的程度和系统所能维持的人口规模，以及系统所能占据的区域或空间的主要限制条件。” 因此， “为在一个更为广大的领域内维持更大的、更具有差异性的整体，就要求具备以下能力：生产更多的商品及服务，通过运输和通讯技术分配这些商品和服务。如果生产力不能提高，或者如果运输和通讯的流动成本不能降低，那么就更加限制系统的规模、水平和复杂性。”在斯宾塞、迪尔凯姆以及霍利那里，技术和人口所影响的两个重要变量是指：通讯和运输技术的发展水平，商品及服务的生产水平。乔纳森.特纳在社会学理论的结构中总结到“城市过程一般地概念化为影响一个空间内组织人口模型的基本过程。”各种城市生态学理论模式都应归功于早期芝加哥学派的生态学家。在继承和发展这个理论模式的基础上，城市建设和管理更加趋向于合理化。在社会学百科辞典中城市生态学的概念是：“亦称城市区位学。研究城市社区与生态环境关系的学科。主要研究内容：城市化对生态环境产生的后果，城市空间布局的合理方法，土地利用及其模式，城市人口的分布，合作、竞争等社会现象对人类生活的影响，以及改变城市物理环境的方法等。是城市社会学、人文生态学、人文地理学进行综合研究的学科。城市的生态环境包括城市的空气、水体、土地、野生动物和家畜、植被、建筑、道路、设施，以及社会秩序和社会风气等等。” 第二节城市生态系统的特点（1）城市是人类为主体的生态系统随着城市人口的膨胀，百万人口的城市数量迅速增加。1800年，地球上还只有北京人口超过100万。1875年，世界上有伦敦、巴黎、东京、纽约、柏林、维也纳六座城市也超过100万人口，而今天全世界已有了366个百万人口的城市。大城市数量迅速增加的同时，居住在城市中的人口也越来越多。1910年，只有11%的人口生活在城市，到2000年，将有超过50%的人生活在城市，而且呈现继续上升趋势。城市人口密度大，形成具有城市特点的生态系统环境。在以人类为主体的生态系统中，绿色植物、各种动物应占一定的位置。人均绿化面积的增加，是人类生活质量提高必不可少的条件之一。大量人口集居，产生出大量生活和生产废弃物。但是，在城市生态系统中，由于人口和建筑物密集，生态系统消费者远多于生产者，地表水体和土壤的自净能力无法接纳大量废弃物，从而造成空气、水、土壤等的严重污染。人类必须在尊重自然规律前提下发挥主观能动性，才能使城市这个以人为主体的生态系统保持平衡。（2）城市是具有人工化环境的生态系统城市自然环境生态系统，是以城市居民为主体的各种生物赖以生存和发展的必要条件和自然因素的总和。它包括气候、地形、地理位置、自然资源等。由于城市是工业集中地区，加之人口和建筑物密集，影响城市居民生活水平提高。随着城市居住密度的日益提高，自然环境越来越失去本身的自然特征：如空地和绿地面积减少，土壤渗水和生长植物能力降低，野生动物也失去最佳生活环境。城市自然环境日益烙上“人工化”痕迹。土壤被覆盖上水泥和柏油，既不渗水，也不生长植物，这样人工地面，不仅抑制了微生物的活动，而且也减弱了地面吸水和吸热的能力，增强了地面的增温效应。“热岛效应”就是其典型的表现。 “热岛效应”即城市内气温明显高于郊区的现象。造成“热岛效应”的因素包括：日益增长的汽车释放的热量。城市高层建筑物增多，形成一道人工峭壁和峡谷。（3）城市生态系统是依赖性强、独立性弱的系统处于良性循环的自然生态系统，在太阳能和系统内部的物质循环、能量交换、信息传递作用下，能维持各种生物生存，其形态和营养结构处于协调状态。城市生态系统则不然，大量人口集聚在城市，首先要有大量的消费品供给。1800年，世界城市人口只占总人口3%；1900年，城市人口只占总人口13%；这一时期城市对各种消费品需求还是有限的，城郊生产系统正常循环就可以供给城市的需求。它可以充分利用自己农副产品供给城市，又可以利用城市下脚余料进行各种加工，延伸生态系统的食物链，使农业产品中物质和能量发挥充分的循环作用。随着城市化进程加快，更多的人将生活在狭小的城市空间中。人口增多使消费需求迅速增长，尤其在超过百万、千万的特大城市中，对各种消费品需求更始急剧扩大，城市郊区已不能满足城市增长的消费需求，城市生态系统就需要从更广大的空间中获得各种生产资料和生活资料的供给。城市依赖性强的特征使每一地区城市发展，都必须处理好农村社会的关系，将城乡视为一个整体，才能使城市生态系统正常运作。（4）城市是人类自我驯化的生态系统城市是人类文明的产物。它以其在政治、经济、文化、生活等各个方面的优势，对生活在乡村社会的居民等产生吸引力。城市吸引力大小与城市的规模、实力等密切相关。尤其是人类进入工业化社会后，城市物质、经济、社会等的进步，较高的工资收入、较高的生活水平吸引了越来越多的人口到城市生活，大量人口涌入城市。为了满足人类自身的需求，侵占农田，抑制其他生物的生长，不良的生活消费方式、生产方式污染了城市的水源和天空、土壤，造成城市自然生态系统自净能力的下降，影响人类自身的生存和发展。为了人类更美好的生活，人类对被自己破坏的城市生态系统进行人工调节、修复、维持。对城市的规划、建设和管理，就是为了维持城市生态系统的平衡。人类必须制定规则，限制自己非理性行为，人类对自己行为进行驯化，是人类理性的驱使。第三节城市生态系统的结构城市作为一个生态系统，它的结构包括城市社会和城市空间。城市社会包括城市居民和城市组织，城市空间包括城市基础设施、自然资源和自然环境。现分述如下：一、社会大结构（1）城市人口数量任何一个城市的主体都是由城市居民构成：早期城市不发达的是指城市居民在数量上还少于农村社会的居民，城市居民的数量决定着城市规模和等级。城市人口的数量通常指一个城市在具体时间和条件下，它的常住人口总量。有时也指一个国家或一定区域范围内总人口中城市常住人口的总和以及城市常住人口占总人口的比量。影响城市人口数量，有自然变动和机械变动两种因素。前者指人口出生和死亡引起的变动，对一个城市的影响更为显著。各国对城市和农村的划分，主要也是以居民数量来确定的。在中国，居民主要分布在农村和城镇两大基本类型的居民点。（2）职业人口对城市人口构成可按照各国的特征进行划分。按照经济活动和劳动分工形成的组合状态，城市人口可分为基本人口、服务人口、被抚养人口三大类。除了闲休老人、未成年儿童等被抚养人口外，基本人口和服务人哭构成城市的职业人口。劳动力结构是指不同职业的劳动力所占的比例，根据一个城市的劳动力结构，可以判断城市的主要功能变化。一般来说，任何一个城市职业人口不应低于50%，即被抚养人口不宜超过50%，如果一个城市被抚养的老年人、未成年人过多，就会影响到城市发展和人民生活水平的提高。我国上海北京等超大城市，老年人口比例过高，老龄化对城市发展的负面影响越来越大。传统社会中，城市职业人口主要由从事手工业和服务业人口构成。工业社会中，城市职业人口主要由从事工业生产的劳动力构成。许多城市因大多数人从事制造业而被称为工业城市。（3）智力智力，是指具有一定专业知识或专业技能的职业劳动者，一个城市智力结构反映了这个城市的文化水平和现代化程度，它是城市人口质量的一个重要标志。一个城市的地位如何，不取决于城市人口数量多少，主要取决于城市人口质量。城市质量，反映城市人口总体素质的规定性。主要包括城市人口的身体素质、科学文化素质以及思想道德、文明素质等的总和。城市人口质量主要受社会生产力状态、经济水平、文化技术记忆营养等因素的影响和制约。通常，我们将受过中等专业教育以上的人口列为智力范畴。他们主要分布在生产、教育和卫生部门。发达国家较好的基础教育为其人口智力水平的提高奠定了基础。发展中国家由于经济水平落后制约了教育，尤其是基础教育的普及提高，使发展中国家智力水平整体落后发达国家。因此在知识时代的今天，城市政府必须充分认识到，一流城市必须有一流教育，必须将教育置于优先发展的位置。（4）城市家庭结构城市家庭结构是指城市家庭成员的结合方式和内部关系，以及由这样关系形成的家庭构造和模式，主要指家庭的代数结构和人口结构。城市家庭能够结构根据不同的分类标准有不同的划分类型。以规模大小可以分为大家庭和小家庭；以家庭成员完整与否可分为完全家庭和残破家庭；按家庭权力划分可分为父权家庭、母权家庭和联合家庭；以家庭成员构成可分为单身家庭、核心家庭、主干家庭和联合家庭。将家庭分为单身温馨提示:
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