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1、第一章-城市环境与生态因子,第一节 城市环境,一、环境环境（environment）：是指某一特定生物体或生物群体生活空间的外界自然条件的总和。太阳与地球构成了生物生存的宇宙环境与地球环境，二者奠定了生态学上的宏观概念。,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
2、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,由于城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温,2009,武汉市11个“热点”2010,我市中心城区有12个“最热”点,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,生态因子(ecological factor)：指环境中对植物生长、发育、生
3、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。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,生态因子作用的特征,综合作用主导因子作用不可替代性和补偿性作用阶段性作用直接作用和间接作用,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，有一个或几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
4、中有12个是起主要作用的主导因子。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.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,4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。
5、,最小因子、耐受限度与限制因子,利比希最小因子定律（Liebigs law of minimum）：低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本原因。两点补充：利比希最小因子定律只有在严格稳定状态下，即在物质和能量的输入和输出处于平衡状态时，才能应用。应用最小因子法则的时候，必须考虑到各种因子之间的相互关系。,耐受性定律（law of tolerance）：Shelford 在最小因子定律和限制因子的基础上产生。任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该物种生物衰退或不能生存。,生态幅每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受
6、范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点（或称耐受性的上限和下限）之间的范围，称为生态幅（ecological amplitude）或生态价（ecological valence）。,在Shelford 以后，许多学者在这方面进行了研究，并对耐受性定律作了发展：每种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异。生物在整个个体发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的。不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的。生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其他生态因子的耐受限度也下降。,2.能量环境,ClimateTemperatureWindfire,2.1.1 地球上光的分布紫外线（380
7、nm）9%、可见光（380760nm）45%、红外线（760nm）46%。1.在空间上的分布纬度海拔高度太阳高度角坡向植被水体中,2.1 光的生态作用及生物对光的适应,不同纬度处的日照长度,各种波长的光穿过蒸馏水时的强度变化,2，在时间上的分布,季节变化,昼夜变化,2.1.2 生物对光质的生态适应,PAR,光合作用系统只能利用太阳光谱的一个有限带，即380710nm波长的辐射能。,（1）植物对光质的适应,形态上：高山植物的形态，,生理上：茎叶含有花青素,（2）动物对光质的适应,太阳鱼的视力峰值在500-530nm昆虫的可见光范围偏重于短波光紫外线对昆虫的新陈代谢有重要作用长波光是外温动物体温调
8、节和代谢的基础。,2.1.3生物对光照强度的适应,植物对光照强度的适应性,阳地植物,阴地植物,动物对光照强度的适应性,形态上：夜行性动物的眼睛变化，大、突、退化,行为上：昼行动物、夜行性或晨昏性动物,（战略响应）,光合能力,阴地植物与阳地植物叶的比较,2.1.4 生物对光周期的适应,(1)植物对光周期的适应,长日照植物(long day plant)短日照植物(short day plant)中日照植物(day intermediate plant)日中性植物(day neutral plant),（2）动物对光周期的适应,行为上：换羽与换毛、迁徙、,生理上：繁殖和昆虫的滞育,长日照动物（lo
9、ng day animal）短日照动物（short day animal）,2.2 Temperature,2.2.1 地球表面温度的分布与变化规律,1，温度的空间分布与变化,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,典型温带深湖水温垂直分布的季节变化,2.温度在时间上的变化规律,年变化：年较差,日变化：日较差,2.2.2 温度与动物类型,常温动物 变温动物 外温动物 内温动物,2.2.3生物对温度的适应,1.温度对生物发育和生长速度的影响,发育阈温度（developmental threshold temperature）或 生物学零度（
10、biological zero）,总积温（sum of heat）、或有效积温（sum of effective temperature）,有效积温法则：,其中 K 为生物完成某阶段的发育所需要的总热量,N 为完成某阶段的发育所需要的天数,T 为发育期间的环境平均温度,C 为该生物的发育阈温度,令,发育速率,地中海果蝇发育历程、发育速度与环境温度的关系,2.驯化与气候驯化,2.2.4 生物对极端环境温度的适应,1.植物对低温的适应,形态上：油脂、芽被鳞片、蜡粉、密毛 生理上：含水量降低，增加糖、脂和色素,2.动物对低温的适应,形态上 生理上 行为上,贝格曼规律、阿伦规律,异温性、（非）颤抖性产
11、热冬眠或夏眠、迁徙或集群,3，植物对高温的适应,形态上：绒毛、木栓层,4，动物对高温的适应,行为上：躲避,生理上：降低水含量，加强蒸腾作用,生理上：放松恒温性,形态上：皮毛隔热、浅色毛,2.2.5 生物对周期性变温的适应,植物：春花秋实,动物,昼行性夜行性晨昏性,2.2.6 物种分布与环境温度,年均温度,最高温度,最低温度,2.3 风对生物的作用及防风林,2.3.1 风对生物生长及形态的影响植物 形态：矮小、叶小、畸形树冠 生理：水分蒸腾量小动物 形态：表皮致密,2.3.2 风的间接作用,洋流（海流）引起海流运动的因素可以是风，也可以是热盐效应造成的海水密度分布的不均匀性。洋流可以分为暖流和寒
12、流。,补充：科里奥利效应,地球之所以成为椭球体，是由于地球自转引起的，它使微有塑性的地球发生形变。由于地球自转的影响，产生了一种有趣的现象：在地球上水平运动的物体，无论朝哪个方向运动，都会发生偏向，在北半球向右偏，南半球向左偏。这种现象称为科里奥利效应。,飓风：美国国家飓风中心的资料显示，飓风与台风只是同一种气候现象在不同地方的不同称呼。热带气旋按其中心附近的风速分级，风速在17米秒以下的热带气旋称为热带低压，17米秒33米秒的称为热带风暴。达到33米秒以上时，这种天气现象在不同地区有不同的名字：太平洋东部和大西洋称为飓风，太平洋西部称为台风，印度洋称为旋风。,2.3.3 防风林,防风林的主要
13、作用是降低风速，防风固沙，改善气候条件，涵养水源，保持水土；还可以调节空气的湿度、温度，减少冻害和其他灾害的危害。防风林最好是乔木和灌木混交栽植。,2.4 火因子,林冠火（crown fire）与地面火（surface fire）火的有益作用：变有机为无机，减少竞争，种子传播火的有害作用：群落破坏，生物多样性下降，土壤结构改变,3 物质环境,WaterAtmosphereSoil,3.1 Water,一、水在地球表面的分布规律,地球表面的总水量大约为15亿km3,其中大约有97%包含在海洋库中。淡水中：两极冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖泊河流100 km3、土壤水分10
14、0 km3、大气中水13 km3、生物体中水1 km3。,水份的大循环与小循环,1.空间上的分布,纬度,经度,地貌,2.时间上的分布规律,季节上的变化,降雨量：地球上的降雨量随着纬度发生很大变化。在赤道南北两侧纬度0-20降雨量最大，年达100-200cm。纬度20-40地带，由于空气下降吸收水分，降雨量减少，在南北半球40-60地带，由于南北暖冷气团相交形成气旋雨，致使年降雨量超过25cm，成为中纬度湿润带。极地地区降水很少，成为干燥地带。,等雨线：华南降水量为15002000 mm，长江流域为10001500 mm，秦岭和淮河大约为750 mm，从大兴安岭西坡向西，经燕山到秦岭北坡为500
15、 mm，黄河上中游约250500 mm。内蒙西部至新疆南部为100 mm以下。,3.2 生物对水环境的适应性,1.植物与水,湿生植物 中生植物 旱生植物,（1）陆地植物的水平衡,（2）水生植物对水的生态适应性,沉水植物 浮游植物 挺水植物,田间持水量,红树林,红树林系指生长在热带及亚热带河口潮间带的木本植物群落，并非只单一树种，全世界目前约有24科30属83种红树林植物。“红树林”名称的由来，是源自于一种红树科植物红茄苳(海茄苳)的特征，这种树的木材、树干、枝条、花朵都是红色的，其中树皮的部分可以提炼红色染料，马来人于是称它的树皮为红树皮，而中文名称则叫做红树。红树林泛指像红茄苳(海茄苳)这类
16、，生长在热带、亚热带地区的河口、海岸沼泽区域的耐盐性常绿灌木或乔木树林。,2 动物对水的生态适应,形态上,生理上,节肢动物体表角质层及蜡质层、爬行动物体表的鳞片、昆虫气孔的开放与关闭、多数陆生动物呼吸具有逆流交换的机理等。,亨利氏袢越长（相应肾脏髓质越厚），尿浓缩越高；鸟类、爬行类的大肠和泄殖腔以及昆虫的直肠有重吸水的作用。陆生动物在蛋白质代谢产物的排泄上也表现出陆地适应性。如两栖类、兽类排泄尿素、鸟类与昆虫类排尿酸。,行为上,夏眠、昆虫的滞育、昼伏夜行等。,（1）陆生动物对水的适应性,（2）水生动物对水的生态适应性,淡水水域 海水水域,3.3 大气及其生态作用,氧气低氧二氧化碳,3.4 SO
17、IL,土壤的生态意义：1 土壤位于陆地生态系统的底部，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。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解和固氮过程。2土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方，又是水和营养物储存场所；是动物和微生物藏身处，排污处；是污染物质转化的重要基地。因此土壤无论对植物或动物都是重要的生态因子，是人类重要的自然资源。,3.4.1、土壤的物化性质与生物特性 土壤是由固体、水份和空气组成的三相复合系统。固体包括无机颗粒与有机物。土壤固相颗粒是土壤的物质基础，占土壤总重量的85%以上。土壤颗粒的组成、性质及
18、排列形式，决定了土壤的理化性质与生物特性。1.土壤质地与结构 组成土壤的各种大小颗粒按直径可分为粗砂，细砂，粉砂和粘粒。这些不同大小颗粒组合的百分比，称为土壤质地（texture）。根据土壤质地，土壤可分为砂土、壤土和粘土三大类。,2.土壤水分 土壤水分(soil moisture)能直接被植物根吸收利用。土壤水分有利于矿物质养分的分解、溶解和转化，有利于土壤中有机物的分解与合成，增加了土壤养分，有利于植物吸收。此外，土壤水分能调节土壤温度，灌溉防霜就是此道理。土壤水分过少时，植物受干旱威胁，并由于好气性细菌氧化过于强烈，使土壤有机质贫瘠。土壤水分过多，引起有机质的嫌气分解，产生H2S及各种有
19、机酸，对植物有毒害作用，并因根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐烂。土壤水分影响了土壤动物的生存与分布。,3.土壤空气土壤空气主要来自大气。但土壤空气中的O2 含量和CO2含量与大气有很大的差异，土壤中O2浓度一般为1012%，CO2一般在0.1%左右，动物可向土壤表层移动选择适宜的场所。土壤中的高CO2，一部分以气体扩散和交换的方式不断进入地面空气层，供植物叶利用，另一部分直接为根系吸收。如果土壤中CO2积累过多，达到1015%时，将会阻碍根系生长和种子发芽；若CO2浓度进一步增长会阻碍根系的呼吸和吸收，甚至因呼吸窒息而死亡。,4.土壤温度（）土壤温度影响植物的发育生长。如小麦和玉米发芽的最
20、低温度分别为12和1011，最适为18和24。（）土温影响根系的生长、呼吸和吸收性能。（）土温影响了矿物质盐类的溶解速度、土壤气体交换、水分蒸发、土壤微生物活动以及有机质的分解，而间接影响植物的生长。土温的变化，导致土壤动物产生行为的适应变化。大多数土壤无脊椎动物随季节变化进行垂直迁移：秋季常向土壤深层移动，春季常向土壤上层移动。而狭湿性的土壤动物，在较短时间范围内也能随土温的垂直变化调整自身在土壤中的位置。,5.土壤pH及对生物的影响（）土壤pH影响矿质盐分的溶解度，从而影响植物养分的有效性。（）土壤pH通过影响微生物活动而影响养分的有效性和植物的生长。（）土壤酸度影响土壤动物区系及其分布。6.土壤有机质土壤有机质是土壤肥力的一个重要标志。土壤有机质可分成腐殖质和非腐殖质。7.土壤矿质元素 植物生命活动需要9种大量元素和7种微量元素。除碳、氢、氧以外，植物所需的全部元素均来自土壤矿物质和有机质的矿物分解。土壤的无机元素对动物的生长和动物的数量也有影响。,二、土壤剖面,土层的形成，是由于腐烂植物部分与矿物质土壤的上层混合，及排出水向下渗透通过枯枝落叶层慢慢冲洗的下层。土壤学家将母质以上的土层分为3类：A层：B层：C层：,三、土壤分类,略,小作业：请写一篇小短文，阐述有机体与环境的关系。,
