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1、第二章 城市环境与生态因子,通过学习，应了解生态学理论发展的四个时期及园林发展的三个阶段，重点理解当代城市环境问题造成的原因，掌握生态学、生态城市等相关概念和绿色城市的特点。,一、环境（次重点）和城市环境（重点）识记：环境，自然环境，人工环境，环境的尺度范围，城市环境的组成，城市环境污染的表现。理解：城市环境的特征。二、生态因子作用分析（一般）识记：生态因子的分类。理解：生态因子作用的一般特征，限制因子定律，最小因子定律，耐受性定律。,第一节 城市环境一、环境的概念及其类型,1.环境的概念（environment）环境指某一特定主体以外的空间，以及直接或间接影响该主体生存的一切事物的总和。生物
2、科学中，以生物为主体，环境是生物个体或群体以外的 一切因素总和。环境科学中，以人为主体，环境是指围绕着人群的空间以及各种外部条件或因素。,2.、环境的类型,按环境的主体：人类环境：以人为主体；以植物为主体：植物体以外的所有自然条件为环境。按环境的性质：自然、半自然、人工环境按环境的范围：宇宙环境地球环境区域环境生境植物的小环境体内环境生境（habitat）：具体的植物个体和群体生活地段上的生态环境,二、城市环境,城市环境的组成城市环境是指影响城市人类活动的各种自然的或人工的外部条件的综合城市自然环境：地形、土壤、地质、水文、气候、植被、动物、微生物等城市人工环境：房屋、道路、管线、基础设施、不
3、同用途的土地等城市生态环境还可分生物环境和非生物环境。,城市环境的特征,1.城市环境高度人工化2.城市环境呈现一定的平面和立面特征3.城市环境具有一种典型的地域分异：建筑空间、道路广场空间和绿地空地空间4.城市环境污染特征：热岛效应等,城市的环境问题,城市环境问题：人口膨胀、交通拥挤、住房紧张、能源短缺、供水不足、生物多样性减少、环境污染严重等。我国城市的环境污染：城市大气污染，城市水体污染，城市固体废弃物，城市噪声污染,第二节 生态因子作用分析,一、生态因子（ecological factors）生态因子：指环境中对植物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。气候因子（光、温
4、度、空气、湿度）、地形因子、土壤因子、人为因子、生物因子等五大类因子生态环境：所有生态因子构成植物的生态环境。美国道本迈尔将生态因子分为七个项目：光、温度、空气、火、土壤、水、生物,二、生态因子作用的一般特征,1综合作用2.主导因子作用（非等价性）3阶段性作用4.不可替代性和补偿作用5.直接作用与间接作用,1综合作用,生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系,2主导因子作用（非等价性）,主导因子：在诸多的环境因子中，有一个对植物起决定性作用的生态因子。对植物起作用的诸多因子是非等价的，其中有12个是起主要作用的主
5、导因子。主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使植物的生长发育发生明显变化，如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。,3阶段性作用,植物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵。,4.不可替代性和补偿作用,不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。如种子发芽试验：成熟种子+温度+无水 成熟种子+温度+过多水分 成熟种子+恰当的温度+恰当的水分+适当的空气,补偿作用,但某一因子的数
6、量不足，有时可以由其他因子来补偿。但只能是在一定范围内作部分补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿。,二、生态因子作用的基本原理,（一）限制因子：植物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制植物的生存和繁殖的关键性因子。如氧气,（二）李比希最小因子定律（Liebigs law of minimum）,1840年农业化学家J.Liebig在研究营养元素与植物生长的关系时发现，植物生长并非经常受到大量需要的自然界中丰富的营养物质如水和CO2的限制，而是受到一些需要量小的微量元素如硼的影响。土壤中的氮：可维持250千克产量钾：可维持350千克产量磷：可维持50
7、0千克产量实际产量为250千克；若氮增加1倍，产量为350千克。,因此他提出“植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量”，后人称之为Liebig最小因子定律。E.P.Odum：补充两点：一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；二是要考虑因子间的替代作用。,（三）谢尔福德耐性定律（Shelfords law of tolerance）,生态学家V.E.Shelford于1913年研究指出，植物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且植物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种植物的耐受限度，该种植物的生存就
8、会受到影响，甚至灭绝。这就是Shelford耐受定律。植物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间是植物对这种生态因子的耐受范围，可以用钟形耐受曲线表示。,后来的研究对Shelford耐受定律也进行了补充：（1）植物能够对一个因子耐受范围很广，而对另一因子耐受范围很窄；（2）对所有因子耐受范围都很宽的植物，一般分布很广；（3）在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；（4）植物在整个发育过程中，耐受性不同，繁殖期通常是一个敏感期；（5）植物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。,从以上可见，固定不变的最适概念只有在单一生态
9、因子起作用时才能成立，当同时由几个因子作用于一种植物时，这种植物的适合度将随着几个因子的不同组合而发生变化，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的。,（四）生态幅,生态幅：每一个种对环境因子适应范围的大小。对同一生态因子不同种类的植物的耐受范围是不同的。,（五）耐性限度的驯化,人为驯化改变植物的适宜生存范围，并形成新的最适点。,第二章 光因子,了解光的性质及变化规律、光污染的表现，理解光对植物的生态作用及园林植物对光的生态适应。,一、城市光环境识记：光的定义，可见光，不可见光。理解：地表光照变化的规律，植物群落光照变化的特点，城市光照条件的特点，城市光污染表现及产生的原因。应用：光
10、污染防御措施。二、光对园林植物的生态作用（次重点）识记：光补偿点，光饱和点。光周期。理解：光照强度对光合作用的影响。光照强度对植物生长和形态的作用。光质的生态作用。三、园林植物对光的生态适应（一般）识记：植物对光照强度的适应类型，植物对日照长度的适应类型。,第一节 城市光环境,一、光的性质 可见光区（0.38-0.76m,分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫），大于0.76m和小于0.38m的为不可见光 植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（400-760nm），这部分辐射通常称为光合有效辐射，约占总辐射的40-50%。可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光
11、很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。此外，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于蛋白质和有机酸的合成，促进花青素的形成，并抑制茎的伸长（在高山上，由于紫外光强，阳生植物大多成莲座状，而且花色特别鲜艳）。而长波的红外光具增热效应。,有色薄膜,有色薄膜改变光质影响作物生长，达到增产，改善品质。实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光（透过率60%以
12、上），因而有利于植物的光合过程和代谢过程。,二、光的变化,1.大气中光的变化光质（光谱成分：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）随空间发生变化的一般规律为：短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多。,2.地表光强的变化：*光强随纬度的增加而逐渐减弱：如在低纬度的热带荒漠地区，年光照强度为200大卡以上；而在高纬度的北极地区，年光照强度=70大卡*光强随海拔的增加而增强：如在海拔1000米可获得全部入射日光能的70%，而在海拔0米的海平面却只能获得50%*山的坡向、坡度影响光照强度：在北半球的温带地区，山的南坡接受的光
13、照强度平地北坡。坡度：随着纬度的增加，在南坡上获得最大年光照量的坡度也随之增大，但在北坡无论什么纬度都是坡度越小光强越大。（南方喜热作物可移栽到北方的南坡）*四季变化：夏季最大，冬季最小*一天变化：中午最大，早晚最小,3.树冠与植物群落中的光照变化照射在植物叶片上的太阳光有70%左右被叶片吸收，20%左右被叶面反射，只有10%的通过叶片透射下来。叶片对不同波段的太阳辐射反射、吸收和透射的程度不同。在红外光区，叶片反射垂直入射光70%左右。在可见光区，叶片对红橙光和蓝紫光的吸收率最高，为80%95%，而反射较少，为3%10%；绿光叶片对绿光吸收较少，反射较多，为10%20%。在紫外光区，少量的光
14、（3%）被反射，大部分被截留。越稀疏的林冠，光辐射透过率越大。落叶阔叶林冬季可射到50%70%的光，春季只有20%40%，夏季10%。常绿林基本四季变化不大。*配置植物上，上层可选阳性喜光的树种，下层可选耐阴性较强或阴性植物。,三、城市光照条件,1.城市的低云量、雾、阴天日数比郊区多，晴天日数、日照时数比郊区少。2.城市太阳直接辐射减少。3.东西向街道北侧接受的太阳辐射远比南侧多，而南北向的街道两侧接受的光照和遮光状况基本相同。4.建筑物越高，街道越狭窄，街道所接受到的太阳辐射愈弱。偏冠现象。,四、光污染,人造白昼污染白亮污染彩光污染,第二节 光对园林植物的生态作用,一、光强的生态作用光合作用
15、光强对植物的生长发育和形态建成有重要的作用,光合作用,光饱和点（light saturation point）：在一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度，倘若继续增加光强，光合作用的效率不仅不会提高，反而下降，这点称为光饱和点。光补偿点（Light compensation point）：当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。,光饱和点：C4C3CAM 阳性阴性光补偿点：耐荫植物喜光植物光合速率除手光强影响外，还受温度、叶片的水分供应状况以及二氧化碳浓度、养分供应状况影响。,（2）光强对植物的生长发育和形态建成有重要的作用光影响叶绿素形成。光
16、对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。黄化植物表现为茎细长软弱，节间距离拉长，叶片小而不展开，植株伸长而重量下降。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。光强对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加有重要作用；光还促进组织和器官的分化，制约器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。,一、园林植物对光强的适应不同植物对光强的反应是不
17、一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为：,第三节 园林植物对光的生态适应,阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。,（1）阳性植物,（2）阴性植物：,阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。,（3）中性植物（耐阴植物）：,中性植物对光照具有较广的适应能力，对光的需要介于上述两者之间，但最适在完全的光照下生长，也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如香樟、五角枫等。,阴生叶和阳生叶形态结构差别,二 植物对光周期
18、的适应,1.日照长度：指白昼的持续时数或太阳的可照时数。2.日照长度时空变化：北半球：春分 昼长夜短 秋分（夏至白昼最长）秋分 昼短夜长 春分（冬至夜最长）赤道附近：终年昼夜平分；纬度越高夏半年（春分到秋分）昼越长，而冬半年（秋分到春分）昼越短。在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。,3.植物的光周期现象,地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的植物，借助于自然选择和进化形成了各类植物所特有的对日照长度变化的反应方式。,植物的光周期现象,根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。,长日照植物,是指在日照时间长于一
19、定数值（一般14小时以上）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。,短日照植物,是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物，通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。,中日照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗等。中间型植物是在任何日照条件下都能开花的植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。,光周期与植物的地理分布,短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带，在生长发育旺盛的夏季，一昼夜中光照时间长。如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。,
