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文檔簡介

第一章 緒論一、城市1、城市的概念絕大多數(shù)的城市(city)都是從農(nóng)村、集鎮(zhèn)發(fā)展而來的。因此,一般詞典都把城市定義為人口集中、工商業(yè)發(fā)達(dá)、居民以非農(nóng)業(yè)人口為主的地區(qū),通常是周圍地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心。但是為了更明確區(qū)分城市與農(nóng)村,科學(xué)地把城市定義為:是非農(nóng)業(yè)人口為居民主體, 以空間與環(huán)境利用為基礎(chǔ), 以聚集經(jīng)濟(jì)效益為特點(diǎn), 以人類社會進(jìn)步為目的的一個(gè)集約人口、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和文化的空間地域綜合體。人類社會與地域空間的高度結(jié)合。城市的形成(三次社會分工與私有制)。第一次:畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)分離聚落(城市胚胎);第二次:農(nóng)業(yè)與手工業(yè)分離產(chǎn)生聚落中心;第三次:手工業(yè)與商業(yè)分離“市”(集)形成;私有制產(chǎn)生聚落爭斗防衛(wèi)“城”(鎮(zhèn))形成;城市發(fā)展的自然條件:大河沖積平原區(qū);經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平:沖破自然束縛向外擴(kuò)張拓展。2. 城市化(urbanization)通常是指農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化為城市人口的過程。其表現(xiàn)為: 數(shù)量上農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)非農(nóng)業(yè)人口; 質(zhì)量上城市居民生活方式的現(xiàn)代化。城市人口增長: (以前)自然(目前)機(jī)械。二、城市生態(tài)學(xué)的概念城市生態(tài)學(xué)(urban ecology)是以生態(tài)學(xué)(ecology)的概念、理論和方法研究城市的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)調(diào)控的一門學(xué)科,既是一門重要的生態(tài)學(xué)分支學(xué)科,又是城市科學(xué)(urban science)的一個(gè)重要分支學(xué)科。城市生態(tài)學(xué)以整體的觀點(diǎn),把城市看成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng),除了研究它的形態(tài)結(jié)構(gòu)以外,更多地把注意力放在全面闡明它的組分之間的關(guān)系及其組分之間的能量流動、物質(zhì)代謝、信息流通和人的活動所形成的格局和過程。城市生態(tài)學(xué)采用系統(tǒng)思維方式,并試圖用整體、綜合有機(jī)體等觀點(diǎn)去研究和解決城市生態(tài)環(huán)境問題。由于城市人口與城市環(huán)境(其他生物因素和非生物因素)相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),因而使城市體系的中心問題仍然是生物(人)與環(huán)境的問題,因此,從生態(tài)學(xué)角度又可把城市系統(tǒng)稱為城市生態(tài)系統(tǒng)。 城市生態(tài)學(xué)的研究對象是城市生態(tài)系統(tǒng),重點(diǎn)研究城市居民與城市環(huán)境之間的關(guān)系。它利用生態(tài)學(xué)和城市科學(xué)的原理方法、觀點(diǎn)去研究城市的結(jié)構(gòu)、功能、演變動力和空間組合規(guī)律,研究城市生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)與人工控制對策。其研究目的是通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、動力的研究,最終對城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展、調(diào)控、管理及人類的其他活動提供建設(shè)性的決策依據(jù),使城市生態(tài)系統(tǒng)沿著有利于人類利益的方向發(fā)展。三、城市生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容和分支學(xué)科城市生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支,這就決定了城市生態(tài)學(xué)的研究對象是城市生態(tài)系統(tǒng),重點(diǎn)研究城市居民與城市環(huán)境之間的關(guān)系。城市生態(tài)學(xué)的基本內(nèi)容可歸納為城市生態(tài)系統(tǒng)的組成形態(tài)與功能、城市人口、生態(tài)環(huán)境、城市災(zāi)害及防范、城市景觀生態(tài)、城市與區(qū)域持續(xù)發(fā)展和城市生態(tài)學(xué)原理的社會應(yīng)用等七個(gè)方面。根據(jù)研究的對象和內(nèi)容的不同,城市生態(tài)學(xué)可分為城市自然生態(tài)學(xué)(urban naturalecology)、城市景觀生態(tài)學(xué)(urban landscape ecology)、城市經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)(urban economicecology)和城市社會生態(tài)學(xué)(urban socio-ecology)等四個(gè)分支學(xué)科。 城市自然生態(tài)學(xué)著重研究城市的人類活動對所在地域自然生態(tài)系統(tǒng)的積極和消極影響,以及地域自然要素對人類活動的影響,即人的城市活動與地域的自然生態(tài)系統(tǒng)要素之間的相互關(guān)系。 城市景觀生態(tài)學(xué)著重從景觀尺度研究城市不同生態(tài)系統(tǒng)之間代謝過程的物流、能流和信息流的轉(zhuǎn)化、利用效率等問題。城市經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)著重從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度重點(diǎn)研究城市代謝過程的物流、能流和信息流的轉(zhuǎn)化、利用效率等問題。 城市社會生態(tài)學(xué)的研究重點(diǎn)是城市人工環(huán)境對人的生理和心理的影響、效應(yīng)及人在建設(shè)城市、改造自然過程中所遇到的城市問題,如人口、交通、能源問題等。城市社會生態(tài)學(xué)的研究起源于20世紀(jì)20年代美國芝加哥學(xué)派及德國學(xué)者的城市演替研究。前者著重于城市系統(tǒng)的功能,后者強(qiáng)調(diào)城市的影響,目前這兩個(gè)學(xué)派趨于結(jié)合,形成了西方較為流行的結(jié)構(gòu)功能學(xué)說。四、城市生態(tài)學(xué)研究的社會意義 城市是人類文明的標(biāo)志,是一個(gè)時(shí)代的經(jīng)濟(jì)、政治、社會、科學(xué)、文化、生態(tài)環(huán)境發(fā)展和變化的焦點(diǎn)和結(jié)晶體。在城市中存在著各種各樣的社會矛盾和人類社會發(fā)展與自然界的矛盾。城市及其區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市及其區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化的對立和統(tǒng)一,是促進(jìn)城市發(fā)展的基本矛盾之一。城市化迅速發(fā)展的實(shí)踐證明,隨著城市人口的迅速增加、城市工業(yè)化水平的不斷提高、城市數(shù)量的不斷增加等,城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益復(fù)雜尖銳,從而使解決城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)的問題提到了世界各國的議事日程。這是因?yàn)槌鞘械膬?yōu)勢在于工業(yè)、人幾、市場、文化和科學(xué)技術(shù)的集中,這有利于生產(chǎn)的專業(yè)化、協(xié)作化和新型高度精尖技術(shù)密集工業(yè)的發(fā)展,有利人流、物質(zhì)流的暢通。因此,正確合理地發(fā)揮城市的經(jīng)濟(jì)中心的作用,對提高經(jīng)濟(jì)效益、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。但是城市的缺點(diǎn)也恰恰在于人口和工業(yè)的過度集中和密度過大,在城市化地區(qū),進(jìn)行著大量的資源利用、物質(zhì)變換、能量流動、產(chǎn)品消費(fèi)等活動,從而使自然資源大量耗用和各種生產(chǎn)、生活廢料大量產(chǎn)出,引起丁一系列城市問題。如人口密集、住房困難、土地資源緊張、工業(yè)資源短缺、水源短缺、交通擁擠、環(huán)境污染、疾病流行、犯罪增多、就業(yè)困難等等。這些問題的解決,必須依賴從全面的觀點(diǎn)出發(fā),采取綜合性措施。城市生態(tài)學(xué)具有試圖為這種合理的有效的綜合措施提供理論基礎(chǔ),為解決城市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾,實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展、促進(jìn)人類社會健康發(fā)展提供方法的重要社會意義。五、城市生態(tài)學(xué)的發(fā)展簡史 科學(xué)來自人類的社會生產(chǎn)實(shí)踐,是人類認(rèn)識事物客觀規(guī)律性的總結(jié),城市生態(tài)學(xué)的形成與發(fā)展也是與人類社會生產(chǎn)實(shí)踐和對客觀事物的認(rèn)識密切相關(guān)的。1.城市生態(tài)學(xué)的形成與發(fā)展盡管城市生態(tài)學(xué)在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)分支中比較年輕但城市生態(tài)學(xué)的思想自城市問題一出現(xiàn)就有了。在20世紀(jì)前的城市改建中,無處不洋溢著城市生態(tài)學(xué)思想,但是由于當(dāng)時(shí)尚未形成較大的影響,故將20世紀(jì)以前的發(fā)展時(shí)期稱為萌芽階段。例如古代中國的土地合理布局和農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)勞動力合理比例的思想,巴黎的改建與田園城市規(guī)劃理論等。特別是歐洲工業(yè)革命的興起,使工業(yè)在城市地區(qū)內(nèi)集中起來,城市也愈來愈大,城市中出現(xiàn)了大片的工廠和其他功能區(qū),完全改變了封建時(shí)代城市功能單一的狀況。由于資本主義生產(chǎn)的盲目性和財(cái)產(chǎn)的私人占有,近代城市中許多矛盾也隨之出現(xiàn),并不斷加劇。如布局混亂、工業(yè)污染、房荒嚴(yán)重、交通堵塞,這種情況嚴(yán)重阻礙了城市的正常發(fā)展,逐漸地引起了各國統(tǒng)治者的注意,試圖找出些辦法,著手對這些充滿矛盾的城市進(jìn)行改造。(1)中國古代的城市生態(tài)學(xué)思想簡述 首先,中國古代的城市生態(tài)學(xué)思想反映在人口、人與土地和人與食物的關(guān)系上。公元前390年后商鞅第一個(gè)提出了具有城市生態(tài)學(xué)思想的認(rèn)識。主要觀點(diǎn)有:在個(gè)地區(qū)的土地組成上,城鎮(zhèn)道路要占10;才較為合理;上張?jiān)黾愚r(nóng)業(yè)人口,提出農(nóng)業(yè)人口與非業(yè)人口的比例為100:1,最多不小于10:1,并采取一系列政策鼓勵(lì)從事農(nóng)業(yè),其中還規(guī)定了不準(zhǔn)開設(shè)旅店和不準(zhǔn)擅自遷居。隨后荀子(公元前238年)則提出減少工商業(yè)人口,國家才能強(qiáng)盛的主張。公元170年,崔姓學(xué)者第一個(gè)提出人口的合理布局思想,到1885年,包世臣提出了農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)勞動力比例關(guān)系應(yīng)為5:1,限制非農(nóng)業(yè)人口的發(fā)展。這些思想在一定程度上影響了我國城市的發(fā)展。 (2)巴黎的改建 自17世紀(jì)以來,巴黎一直接著古典美學(xué)原則進(jìn)行建設(shè),把城市的道路和廣場構(gòu)成美麗的圖案,推祟圓廣場放射線型的路,講究軸線、構(gòu)圖。工業(yè)革命后,大工業(yè)在巴黎郊區(qū)發(fā)展起來,城市中出現(xiàn)了混亂,許多自發(fā)形成的工人住宅區(qū),道路彎曲、房屋擁擠。從1852年開始進(jìn)行了巴黎的改建,除了要解決城市中的混亂外還在于把工人住宅區(qū)移出中心地帶和美化首都,主要的改建是對城市主道作了重新的規(guī)劃,在市中心形成一個(gè)大的十字交叉,東向是繁華的商業(yè)街,西向是著名的羅浮官、香榭里舍大街和凡爾賽宮,南北向?yàn)榱质a大道。為了解決交通的問題,修建內(nèi)環(huán)線和外環(huán)線,再沿塞納河修一條弧形道以補(bǔ)充兩環(huán)。城市中修建了許多筆直的大道,在街道的交會點(diǎn)建廣場,如著名的民族廣場和明星廣場等就是在街道交會點(diǎn)修建起來的廣場。 巴黎的改建使城市的交通有了明顯的改善,適應(yīng)了當(dāng)時(shí)馬車快速行駛的要求,以及后來出現(xiàn)的機(jī)動車交通。在改建中,在重點(diǎn)地段加強(qiáng)了街道綠化,建了許多街心花園。井在主要道路兩側(cè),規(guī)定了建筑高度,徹底改變了歐洲封建城堡原來閉塞、狹隘的面貌,造就了開闊、宏偉的城市景觀。體現(xiàn)出原初的城市生態(tài)學(xué)思想。這對歐洲及世界各國的大城市建設(shè)有很大的影響,成為許多城市仿效的楷模。但是改建并沒有很好地解決工業(yè)化所提出的問題,僅著重在形式外表上下功夫,付出了很高的代價(jià),這也反映了當(dāng)時(shí)理論的局限性和反映了資本主義上升時(shí)期炫耀財(cái)富的心理。(3)田園城市規(guī)劃理論 近代城市的發(fā)展產(chǎn)生了許多的矛盾,城市改建的社會實(shí)踐,引起了許多人對城市規(guī)劃理論的研究與探討,其中最有影響的是1898年英國人霍華德提出的田園城市理論。他經(jīng)過廣泛和深入的社會調(diào)查,認(rèn)識到了資本主義城市的種種現(xiàn)象,他認(rèn)為城市災(zāi)難的根本問題是:城市無限制地發(fā)展、土地私有和土地投機(jī)買賣等。他提出城市的土地不但要統(tǒng)一管理,而且城市要與鄉(xiāng)村相結(jié)合,并提出了一整套的田園城市設(shè)想方案(圖l-1)。他設(shè)想,每個(gè)城市規(guī)模不宜過大,約3.2萬人包括周圍2000公頃土地的農(nóng)田和綠地森林,城市中心是花園,工業(yè)區(qū)設(shè)在城市的邊緣,有便利的交通,整個(gè)城市像一座大花園,居民生活在安排合理、優(yōu)美舒適的環(huán)境之中。而建設(shè)這樣的城市必須統(tǒng)一開發(fā)、經(jīng)營和管理才能達(dá)到。在他的倡導(dǎo)下,英國曾有過試驗(yàn),如倫敦附近的列契華斯城。但是由于田園城市理論與社會現(xiàn)實(shí)距離較大,該理論在實(shí)踐中井未取得成功,然而這種城市生態(tài)思想?yún)s對城市規(guī)劃理論的研究和發(fā)展起了很大作用,后來的衛(wèi)星城鎮(zhèn)就是這種思想發(fā)展的產(chǎn)物。2.現(xiàn)代城市生態(tài)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展(1)芝加哥學(xué)派與芝加哥城 20世紀(jì)以來,資本主義國家生產(chǎn)迅猛發(fā)展,使城市問題更加嚴(yán)重。由于資本的壟斷,造成了大城市的畸形發(fā)展,中心城市衰落,城市問題尖銳。如巴黎從19世紀(jì)的270萬人,猛增至850萬人;日本東京從100萬人劇增至1000多萬人。這些大城市的工業(yè)、金融及科技教育占全國很大的比重。資產(chǎn)階級為了追求高額利潤,不注意環(huán)境,造成了建筑密集,高樓林立,交通混亂,環(huán)境進(jìn)一步惡化。自霍華德的田園城市理論后,城市建設(shè)和改建的合理化需要更加強(qiáng)烈。1916年,美國芝加哥學(xué)派創(chuàng)始人帕克(REPMk)發(fā)表城市:關(guān)于城市環(huán)境中人類行為研究的幾點(diǎn)意見的著名論文,對城市的調(diào)查勺和研究工作提出了綱領(lǐng)性的結(jié)論意見,特別是他將生物群落學(xué)的原理和觀點(diǎn)用。研究城市社會并取得丁可喜的成果,奠定了城市生態(tài)學(xué)的理論基礎(chǔ),并在后來的社會實(shí)踐中得到發(fā)展。無疑如今美如畫,類似花園的芝加哥城的建設(shè)深受其影響。 芝加哥學(xué)派的主要理論認(rèn)為城市土地價(jià)值變化與植物對空間的競爭相似,土地的利用價(jià)值反映了人對最愿意和有價(jià)值地點(diǎn)的競爭。這種競爭作用下導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的分離,按土地價(jià)值支付能力分化出不同階層。例如,美國許多城市的內(nèi)城地區(qū)通常為少數(shù)民族居住區(qū)。帕克的追隨者還應(yīng)用植物優(yōu)勢概念解釋了有形群體的發(fā)展形式,土地價(jià)值決定市民各種活動水平和形式的優(yōu)勢。此外還將類似植物的侵入的演替概念應(yīng)用于有形群體,特別是研究特殊的種族及商業(yè)活動逐漸進(jìn)入居住區(qū)附近的情況。這些概念促使1925年伯吉斯提出了城市的同心圓增長理論,認(rèn)為城市的自然發(fā)展將形成56個(gè)同心圓形式,它是競爭優(yōu)勢及侵入演替的自然生態(tài)的結(jié)果。著名的土地經(jīng)濟(jì)學(xué)家赫特于1933年根據(jù)美國許多城市的實(shí)際情況提出了扇形理論。他認(rèn)為城市從CBD區(qū)沿主要交通于道向外發(fā)展形成星形城市,總的仍是圓形,從中心向外形成各種扇形輻射區(qū),各扇形向外擴(kuò)展時(shí)仍保持了居住區(qū)特點(diǎn),其中有較多住宅出租的扇形區(qū)是城市發(fā)展的最重要因素,因?yàn)樗绊懞臀麄€(gè)城市沿著該方向發(fā)展。這一理論與美國和加拿大當(dāng)前許多城市的空間形式較相一致。以后哈里斯(Harris)和厄曼(Uiman)考慮了汽車的重要影響而提出了多核理論。他們指出許多北美城市的土地利用形式并不圍繞一個(gè)中心,而圍繞離散的幾個(gè)中心發(fā)展,雖然市區(qū)有的核心不明顯,有的核心是在遷移等原因下形成的,這最可能是由于汽車增長,成為上下班的主要交通工具所致。(2)衛(wèi)星城與發(fā)展新城市 衛(wèi)星城的出現(xiàn)是受霍華德田園城市理論的啟發(fā),在惡性膨脹的大城市周圍,建立一些小城鎮(zhèn),并通過這些小城鎮(zhèn)的合理建設(shè)規(guī)模、布局等,使之創(chuàng)造良好的生活環(huán)境以疏散大城市的人口,緩解大城市的矛盾。它的發(fā)展經(jīng)歷了二個(gè)階段: 最初只是附屬于大城市的近郊居住城,僅供居住。工作及公共建筑集中在母城,所必也被稱為臥城。在第二次世界大戰(zhàn)前,英國人和法國人分別在倫敦和巴黎周圍建了一些。以后又出現(xiàn)了半獨(dú)立的衛(wèi)星城。如住瑞典的斯德哥爾摩城周圍建立了一批,著名的有威林比等,它有一批工業(yè)和服務(wù)設(shè)施,部分可以就地工作。進(jìn)入60年代,產(chǎn)生了完全獨(dú)立的衛(wèi)星城,它距母城較遠(yuǎn),有自己的工業(yè),有全套的服務(wù)設(shè)施,可以不依賴母城而獨(dú)立存在,再加以行政與財(cái)政的鼓勵(lì)措施,吸引了許多人,達(dá)到了真正疏散大城市人口的目的。 (3)新建的大城市 第二次世界大戰(zhàn)后,一些國家政府由于財(cái)富集中,有能力建設(shè)新城,在建設(shè)時(shí)吸取了新的理論與技術(shù),并在建設(shè)者中發(fā)展了城市生態(tài)學(xué)理論。較為著名的有印度的昌迪加、巴西的巴西利亞,以及中同南方20t世紀(jì)80年代興建的深圳等。 巴西利亞是巴西的新首都,于1956年在全世界征求方案,丹麥考斯塔中獎(jiǎng),1956年按他的方案實(shí)施,規(guī)劃人口50萬,城市中一條長8公里的縱軸和3公里的橫軸構(gòu)成了像弓箭形的布局。弓的中部,東西交叉處為全市商業(yè)文化中心。其端部為火車站、體育場和旅館中心。箭頭部分為三角形的三權(quán)力廣場,即立法、司法和行政大廈。弓背為劃成方格的居住區(qū),按鄰區(qū)單位組織街坊,有寬闊的人工湖,布置大面積的城市植被。整個(gè)城市交通組織合理,主要道路交叉口全為立體化等。六、城市生態(tài)學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ) 與城市生態(tài)學(xué)有關(guān)系的學(xué)科很多。但最為重要的相關(guān)學(xué)科有,在城市生態(tài)學(xué)形成之前發(fā)展起來的生態(tài)學(xué),與城市生態(tài)學(xué)同步發(fā)展的人類生態(tài)學(xué)和城市學(xué),以及后來發(fā)展和形成的景觀生態(tài)學(xué)等等。 1.生態(tài)學(xué)。2.城市學(xué)。3.人類生態(tài)學(xué)。4.環(huán)境學(xué)七、課時(shí)安排總學(xué)時(shí)/總學(xué)分:32/2 理論學(xué)時(shí):24實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):8第一章 緒論(2學(xué)時(shí))第一篇 基礎(chǔ)篇 第二章 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)(2學(xué)時(shí))第三章 城市生態(tài)學(xué)基本原理與思想(2學(xué)時(shí))第二篇 原理篇 第四章 城市人口(2學(xué)時(shí))第五章 城市植物群落(6學(xué)時(shí),含實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)一 測樹工具的使用 實(shí)驗(yàn)二 葉片水勢、葉面積測定)第六章 城市非生物環(huán)境(8學(xué)時(shí),含實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)三 溫、濕度和光強(qiáng)度測定 實(shí)驗(yàn)四 土壤含水量的測定)第七章 城市景觀(2學(xué)時(shí))第八章 城市生態(tài)系統(tǒng)(2學(xué)時(shí))第三篇 應(yīng)用篇 第九章 城市生態(tài)評價(jià)(2學(xué)時(shí))第十章 城市生態(tài)規(guī)劃(2學(xué)時(shí))第十一章 城市生態(tài)建設(shè)(2學(xué)時(shí))第二章 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 生態(tài)學(xué)概述一、生態(tài)學(xué)的定義及研究對象 1、生態(tài)學(xué)在不同的發(fā)展時(shí)期的多種定義。生態(tài)學(xué)(英文Ecolocy)一詞,源于希臘文oikos+logos,意為“住所、棲息地”和 “論述、學(xué)科”。從字義上講,生態(tài)學(xué)是關(guān)于居住環(huán)境的科學(xué),即研究生物的聚居地或生境。生態(tài)學(xué)是研究生物及環(huán)境間相互關(guān)系的科學(xué)”。這里,生物包括動物、植物、微生物及人類本身,即不同的生物系統(tǒng),而環(huán)境則指生物生活中的無機(jī)因素、生物因素和人類社會共同構(gòu)成環(huán)境系統(tǒng)。生態(tài)學(xué)自創(chuàng)立以來,在不同的發(fā)展時(shí)期,生態(tài)學(xué)家曾提出過多種定義,馬世駿(1980):生態(tài)學(xué)是一門多學(xué)科的自然科學(xué),研究包括人類在內(nèi)的生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用規(guī)律(物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律)及其機(jī)理。 2、生態(tài)學(xué)的研究對象微觀(基因、細(xì)胞和器官)、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)(生命系統(tǒng)的六個(gè)層次或者水平)和宏觀生態(tài)學(xué)及其應(yīng)用。 傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)是研究生物個(gè)體以上水平(個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng))的生物與生物、生物與環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)。它是生物學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科(形態(tài)、生理、遺傳等)之一,同時(shí)又是唯一將研究對象擴(kuò)大到生物體以外的科學(xué)。 現(xiàn)代生態(tài)學(xué)主要以生態(tài)系統(tǒng)為研究的基本單位,生態(tài)系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物環(huán)境組成,其功能主要表現(xiàn)在物質(zhì)流、能量流和信息流(穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)功能)上,通過這三大流,生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)成員聯(lián)系成為一個(gè)具有統(tǒng)一功能的系統(tǒng)。 當(dāng)今生態(tài)學(xué)的研究已超出個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)四個(gè)層次(或水平)的范圍,向宏觀和微觀兩個(gè)方向進(jìn)一步發(fā)展。生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容如此廣泛,我們認(rèn)為采用最早的、簡明而廣泛的定義更加合適。即生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境間相互關(guān)系的科學(xué)。自然科學(xué)和社會科學(xué)相互滲透,形成了許多交叉學(xué)科,使得生態(tài)學(xué)的邊界非常模糊。(1)根據(jù)研究對象的組織水平劃分:分子生態(tài)學(xué)(Molecular Ecology)、進(jìn)化生態(tài)學(xué)(Evolutionary Ecology)、個(gè)體生態(tài)學(xué)(Autecology)或生理生態(tài)學(xué)(Physiological Ecology)、種群生態(tài)學(xué)(Population Ecology)、群落生態(tài)學(xué)(Community Ecology,Synecology)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)(Ecosystem Ecology)、景觀生態(tài)學(xué)(Landscape Ecology)與全球生態(tài)學(xué)(Global Ecology)。 (2)根據(jù)研究對象的分類學(xué)類群劃分:分出植物生態(tài)學(xué)、動物生態(tài)學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、陸地植物生態(tài)學(xué)、哺乳動物生態(tài)學(xué)、昆蟲生態(tài)學(xué)、地衣生態(tài)學(xué),以及各個(gè)主要物種的生態(tài)學(xué)。(3)根據(jù)研究對象的生境類別劃分:根據(jù)研究對象的生境類別劃分有陸地生態(tài)學(xué)(Terrestria Ecology)、海洋生態(tài)學(xué)(Marine Ecology)、淡水生態(tài)學(xué)(Freshwater Ecology)、島嶼生態(tài)學(xué)(Island Ecology或Island Biogerography)等。 (4)根據(jù)研究性質(zhì)劃分:理論生態(tài)學(xué):涉及生態(tài)學(xué)進(jìn)程、生態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)推理及生態(tài)學(xué)建模-唐守正。應(yīng)用生態(tài)學(xué): A、應(yīng)用于各類農(nóng)業(yè)資源的管理,產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、草地生態(tài)學(xué)、家畜生態(tài)學(xué)、自然資源生態(tài)學(xué)等;B、應(yīng)用于城市建設(shè)則形成了城市生態(tài)學(xué) (Urban Ecology);C、應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)與受損資源的恢復(fù)則形成了保育生物學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)(Restoration Ecology)、生態(tài)工程學(xué)(Engineering Ecology);D、應(yīng)用于人類社會,則產(chǎn)生了人類生態(tài)學(xué)(Human Ecology)、生態(tài)倫理學(xué)(Ecology Ethics)等。E、還有學(xué)科間相互滲透而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。例如,數(shù)量生態(tài)學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、物理生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)等。二、生態(tài)學(xué)的形成1、生態(tài)學(xué)的萌芽時(shí)期(公元16世紀(jì)以前)2、生態(tài)學(xué)的建立時(shí)期(公元17世紀(jì)至19世紀(jì)末) 3、生態(tài)學(xué)的鞏固時(shí)期(20世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代)。1)北歐學(xué)派(Uppsala學(xué)派):由瑞典Uppsala大學(xué)的RSernauder所創(chuàng)建,繼承人為GEDu Rietz。以注重群落分析為特點(diǎn)。2)法瑞學(xué)派:有兩個(gè)中心,一在瑞士Zurich大學(xué),一在法國Montpellier大學(xué),所以又稱為蘇黎士蒙伯利埃學(xué)派,他們聯(lián)合創(chuàng)建了“國際高山和地中海地植物研究站”和“Rbel地植物研究所”。3)英美學(xué)派:代表人物是美國的FEClements與英國的AGTansley,以研究植物群落的演替和創(chuàng)建頂極學(xué)說而著名,有人稱之為動態(tài)學(xué)派。4)蘇聯(lián)學(xué)派:以BHCya為代表,他們注重建群種與優(yōu)勢種,建立了一個(gè)植被等級分類系統(tǒng),并重視植被生態(tài)、植被地理與植被制圖工作。他們的工作以植物群落和植被為主,統(tǒng)稱為“地植物學(xué)”。4、現(xiàn)代生態(tài)學(xué)時(shí)期(20世紀(jì)60年代至現(xiàn)在)。1)在研究層次上向宏觀與微觀兩極發(fā)展; 2)研究手段的更新;3)研究范圍的擴(kuò)展。三、現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢 1)生態(tài)系統(tǒng)研究是生態(tài)學(xué)發(fā)展的主流; 2)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的發(fā)展是系統(tǒng)分析和生態(tài)學(xué)的結(jié)合;3)傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)的定量化和進(jìn)一步的發(fā)展;4)在研究層次上向宏觀與微觀兩極發(fā)展; 5)應(yīng)用生態(tài)學(xué)的迅速發(fā)展,尤其是與社會科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的結(jié)合;6)與應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)、從研究層次又更加宏觀的景觀生態(tài)學(xué)和全球生態(tài)學(xué)是近10-20年發(fā)展起來的新方向。四、我國近年來生態(tài)學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)和趨勢: 1我國生態(tài)學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略方針:1)加強(qiáng)生態(tài)學(xué)對我國社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的指導(dǎo)作用;2)由中觀水平向宏觀和微觀兩個(gè)方向、兩個(gè)深度發(fā)展;3)生理、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)仍然是研究的基礎(chǔ)和核心;4)以發(fā)展多學(xué)科綜合性學(xué)科為主兼顧單學(xué)科深入研究;5)推進(jìn)生態(tài)學(xué)方法論的革新。2我國生態(tài)學(xué)發(fā)展中、近期的戰(zhàn)略目標(biāo):1)推進(jìn)可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)研究;2)生物生產(chǎn)力的提高與管理;3)加強(qiáng)生物多樣性的保護(hù)和保護(hù)生物學(xué)的研究;4)開拓和發(fā)展生態(tài)學(xué)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)的前沿 第二節(jié)種群一、種群的基本特征 1、種群的定義種群(population)人口學(xué)上就是人口,是一定空間中的同種個(gè)體的集合,也就是說,它是在一定空間中、特定時(shí)間內(nèi)一起生活和繁殖的同種個(gè)體的總稱。種群是物種在自然界中存在的基本單位,又是生物群落的基本組成單位。種群是一種特殊組合,具有獨(dú)特性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、機(jī)能,有自動調(diào)節(jié)大小的能力。種群生態(tài)學(xué)(population ecology)研究同種生物個(gè)體群數(shù)量動態(tài)、特性分化及其發(fā)生發(fā)展的科學(xué)。(種群生物學(xué)population biology) 2種群的基本特征自然種群有三個(gè)基本特征:數(shù)量特征、空間特征和遺傳特征。數(shù)量特征是指單位面積或者單位空間內(nèi)的個(gè)體數(shù)目,即種群密度??臻g特征是指種群都有一定的分布區(qū)域和分布形式。遺傳特征是指一個(gè)種群內(nèi)的生物具有一個(gè)共同的基因庫,一區(qū)別與其他種,但并非每個(gè)個(gè)體都具有種群中所儲存的所有信息,這涉及到種群內(nèi)的遺傳與變異。(1) 種群密度種群密度:單位面積上個(gè)體數(shù)目或種群生物量。多度:調(diào)查樣地上個(gè)體的數(shù)目。森林中,常采用德魯捷等級標(biāo)準(zhǔn),多度和蓋度結(jié)合起來,劃分為七個(gè)等級。SOC 極多,覆蓋度75%以上;COP3很多,50-75%;COP2多,25-50%;COP1較多,5-25%;SP尚多,植株不多,星散分布,5%;SOI 稀少,偶見一株;Un單株,僅見一株。(2)分布格局(distribution pattern)種群內(nèi)個(gè)體空間分布方式或配置特點(diǎn)。分:均勻分布(uniform distribution)、隨機(jī)分布 (random distribution)和集群分布 (contagious distribution)種群分布格局最簡易的判斷方法,通過公式:S2=(x-m)2/n-1計(jì)算。其中:n調(diào)查時(shí)樣方數(shù)。m每個(gè)樣方中個(gè)體平均數(shù)。x樣方中的個(gè)體總數(shù)。S2 方差(分散度)。根據(jù)S2 的值可判斷:當(dāng)S2=0即S2m 時(shí)為集群分布。(3)年齡結(jié)構(gòu)(age structure)種群內(nèi)不同年齡的個(gè)體數(shù)量分布情況。種群中個(gè)體按其生殖年齡可以分為三個(gè)生態(tài)時(shí)期:繁殖前期、繁殖期和繁殖后期。分析年齡結(jié)構(gòu)的方法是用年齡錐形圖或稱年齡金字塔圖。根據(jù)年齡結(jié)構(gòu)劃分三種種群類型:增長型、穩(wěn)定型、衰退型。增長型種群(increasing population)年齡結(jié)構(gòu)成典型金字塔型,表示種群有大量幼體,老齡個(gè)體小,出生率大于死亡率。穩(wěn)定型種群(stable population)出生率與死亡率大致平衡,種群穩(wěn)定。下降(衰退)種群(declining population)倒金字塔型。種群中幼體減少,老體比例增大,死亡率大于出生率。種群(特別是優(yōu)勢種)年齡結(jié)構(gòu),直接關(guān)系著其本身及其所在群落的發(fā)展趨勢,是種群及其所在群落的動態(tài)趨勢的主要指標(biāo)。測定種群的年齡結(jié)構(gòu),便可分析它的自然動態(tài),推知它及其所在群落的歷史,預(yù)測它們的未來。 (4)性比(sex ration)性比是種群中雄性個(gè)體和雌性個(gè)體數(shù)目的比例。受精卵的/大致是50:50,這叫第一性比。從幼體出生到性成熟這段時(shí)間里,由于種種原因,/比繼續(xù)變化,到個(gè)體成熟時(shí)為正的/比例叫第二性比。最后還有充分成熟的個(gè)體性比,叫第三性比。性比對種群配偶關(guān)系及繁殖潛力有很大的影響。(5)生命表(life table)是指列舉同生群在特定年齡中個(gè)體的死亡和存活比率的一張清單。動態(tài)生命表(dynamic life table)真實(shí)記錄生物個(gè)體存活情況。根據(jù)觀察一群同時(shí)出生的個(gè)體死亡或者存活的動態(tài)過程所獲得的數(shù)據(jù)編制而成。靜態(tài)生命表(static life table) 根據(jù)某個(gè)種群在特定時(shí)間內(nèi)的年齡結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)編制而成。作用(意義):綜合記錄了生物體生命過程的重要數(shù)據(jù);系統(tǒng)表示出種群完整生命過程;研究種群數(shù)量動態(tài)必不可少的方法。二種群的增長與調(diào)節(jié)種群動態(tài)(population dynamic)包括種群的數(shù)量動態(tài)、空間動態(tài)、種群調(diào)節(jié)以及種群對環(huán)境變化的生態(tài)對策等。本文僅就數(shù)量動態(tài),主要是種群的增長做些解釋。種群增長在理論上取決三個(gè)因素:出生率、死亡率和開始增長時(shí)的種群大小。Nt=N0+(B-D)內(nèi)稟增長率:當(dāng)環(huán)境資源無限制時(shí),在最適條件下,種群所能達(dá)到的恒定的最大r值。r=(Nt- N0)/ N0 *100%1種群增長的模型(1)馬爾薩斯(Malthus)方程:又稱指數(shù)增長模型。如果食物空間和資源都不受限制,r 為一常數(shù),且種群的世代是不重疊。這個(gè)種群的增長理論上應(yīng)按下式進(jìn)行:Nt=N0ert指數(shù)增長;ln Nt =ln N0trt對數(shù)增長。(2)邏輯斯蒂增長(Logistic growth)模型:是比利時(shí)學(xué)者Verhulst 1838年創(chuàng)立的。邏輯斯蒂增長模型是指種群在有限環(huán)境下,受環(huán)境制約且與密度相關(guān)的增長方式。又稱阻滯增長。Nt=k/1+(1- Nt/k)e-rt(3)LeslieLefkorich矩陣模型: nt+1=Mtnt。Mt是m、p、i的距陣,nt 和nt+1 分別是在t和t+1時(shí)種群各階段個(gè)體數(shù)的列向量,從中計(jì)算值。當(dāng)=1,表示種群穩(wěn)定;當(dāng)1,表示種群正在增長;1,種群趨向衰退。2種群大小的調(diào)節(jié)(population regulation)種群大小的調(diào)節(jié)是指種群大小的控制或者是指種群大小所表現(xiàn)的作用限度。調(diào)節(jié)種群大小的因素:非密度相關(guān)外界(物理)因素,如降水、溫度、土壤狀況等。密度相關(guān)(密度依賴)內(nèi)部的生物因素。自疏(self thinning)與-3/2定律:自疏指同種植物因種群密度而引起種群個(gè)體死亡而密度減少的過程。3/2定律植物種群自疏過程中,其個(gè)體平均重量與種群密度成-3/2直線斜率的變化。W=Cd-3/2 logw=logc-3/2logdW平均單株重量C為常數(shù)d種群密度(植物個(gè)體重量與密度說:密度降低,重量增大) 第三節(jié) 群落一生物群落的特征1、生物群落的定義生物群落(biotic community)是指生存于特定區(qū)域或生境內(nèi)的各種生物種群的集合體。即群落是由不同種類的生物組成的生物復(fù)合體。常把群落按物種分為植物群落、動物群落、微生物群落。群落生態(tài)主要研究群落的結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化、內(nèi)部關(guān)系及其分類分布規(guī)律等。植物群落(plant community)是指由一些植物在一定生境條件下所構(gòu)成的一個(gè)相互影響、互為關(guān)聯(lián)的總體。2、生物群落的基本特征 (1) 群落中的所有物種在生態(tài)上有相關(guān)性。植物群落中的種類成分組成調(diào)查方法:標(biāo)準(zhǔn)樣地法(確定最小面積)、點(diǎn)四分法(中點(diǎn)象限法)。各物種的相關(guān):競爭、共生、附生、腐生、他感等。 (2) 群落與環(huán)境不可分割性。 (3) 群落中各物種的重要性有各異性。(4) 群落有其空間和時(shí)間上的結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)分層(地上分層、地下分層)。森林群落空間結(jié)構(gòu)分:喬木層(一般三層)、灌木層、草本層、地被層。時(shí)間結(jié)構(gòu)(季節(jié)性周期變化)指那些與季節(jié)性氣候變化相關(guān)聯(lián)的明顯周期現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在:葉子的生長變化:新葉生長、變?nèi)~期、落葉期;開花和結(jié)實(shí)。(5)群落結(jié)構(gòu)的松散性和邊界模糊性二、生物群落的分類1分類單位:植物群落采用群叢 (Association)、群系(Formation)和植被型(vegetation type)為基本從屬單位。群叢具有相似種類組成,優(yōu)勢種,結(jié)構(gòu)和外貌的同類群落。群系相鄰的群叢聯(lián)合,有相同的一個(gè)或幾個(gè)優(yōu)勢種。植被型具有同一生活型的建群種(優(yōu)勢種)的群系的聯(lián)合。2群落的命名:中級及基本單位的命名采用下列主要方法。優(yōu)勢種命名法:直接用群落中的拉丁學(xué)名命名,并在學(xué)名前加分類單位名稱全稱或縮寫。單優(yōu)、多優(yōu),多層次植物群落,把各主要優(yōu)勢種逐一寫出用“”或“+”聯(lián)起。3分類原則 外貌原則;結(jié)構(gòu)原則;區(qū)系原則特征種為分類單位級別;優(yōu)勢度原則;生態(tài)原則依生境區(qū)分;演替原則;外貌生態(tài)原則。第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng) 一、生態(tài)系統(tǒng)的基本概念 生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)在一定的時(shí)空范圍內(nèi),生物群落與其環(huán)境之間通過不斷的物質(zhì)循環(huán)與能量流動形成的相互依賴、相互作用、相互制約的統(tǒng)一體。在自然界只要在一定空間內(nèi)存在生物和非生物兩種成分,并能互相作用達(dá)到某種功能上的穩(wěn)定性,這個(gè)整體就可以視為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。因此在我們居住的這個(gè)地球上有許多大大小小的生態(tài)系統(tǒng),大至生物圈(biosphere)或生態(tài)圈(ecosphere),海洋,陸地,小至森林,草原、湖泊和小池塘。 二、生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及三大功能類型 任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都是由生物成分和非生物成分兩部分組成的,但是為了分析的方便,常常又把這兩大成分區(qū)分為以下六種構(gòu)成成分: 1. 無機(jī)物質(zhì) 包括處于物質(zhì)循環(huán)中的各種無機(jī)物,如氧、氮、二氧化碳,水和各種無機(jī)鹽等。2. 有機(jī)化合物 包括蛋白質(zhì)、糖類、脂類和腐殖質(zhì)等。3. 氣候因素 如溫度、濕度、風(fēng)和雨雪等。 4. 生產(chǎn)者(producers) 指能利用簡單的無機(jī)物質(zhì)制造食物的自養(yǎng)生物,主要是各種綠色植物,也包括藍(lán)綠藻和一些能進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。5. 消費(fèi)者(consumers) 異養(yǎng)生物,主要指以其他生物為食的各種動物,包括植食動物、肉食動物、雜食動物和寄生動物等。6. 分解者(decomposers或reducers) 異養(yǎng)生物,它們分解動植物的殘?bào)w、糞便和各種復(fù)雜的有機(jī)化合物,吸收某些分解產(chǎn)物,最終能將有機(jī)物分解為簡單的無機(jī)物,而這些無機(jī)物參與物質(zhì)循環(huán)后可被自養(yǎng)生物重新利用。分解者主要是細(xì)菌和真菌,也包括某些原生動物和蚯蚓、白蟻、禿鷲等大型腐食性動物。 能量流動,物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能。能量流動是單方向的,物質(zhì)流動是循環(huán)式的,信息傳遞則包括營養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息和行為信息,構(gòu)成了信息網(wǎng)。 三、食物鏈和食物網(wǎng) (一)食物鏈和食物網(wǎng)的概念 生產(chǎn)者所固定的能量和物質(zhì),通過一系列取食和被食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞。各種生物按其食物關(guān)系排列的鏈狀順序稱為食物鏈(food chains)。由于受能量傳遞效率的限制,食物鏈的長度不可能太長,一般有45個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成,最簡單的食物鏈有3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。如草-兔-狐貍。 但是,在生態(tài)系統(tǒng)中生物之間實(shí)際的取食和被取食關(guān)系并不象食物鏈所表達(dá)的那么簡單,食蟲鳥不僅捕食瓢蟲,還捕食蝶蛾等多種無脊椎動物,而且食蟲鳥本身也不僅被鷹隼捕食,而置是貓頭鷹的捕食對象,甚至鳥卵也常常成為鼠類或其他動物的食物??梢姡谏鷳B(tài)系統(tǒng)中險(xiǎn)生物成分之間通過能量傳遞關(guān)系存在著一種錯(cuò)綜復(fù)雜的普遍聯(lián)系,這種聯(lián)系象是一個(gè)無形的網(wǎng)把所有生物都包括在內(nèi),使它們彼此之間都有著某種直接或間接的關(guān)系,這就是食物網(wǎng)(foodweb)的概念。一個(gè)復(fù)雜的食物網(wǎng)是使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的重要條件,一般認(rèn)為,食物網(wǎng)越復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強(qiáng);食物網(wǎng)越簡單,生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動和毀滅。 (二)食物鏈的類型 在生態(tài)系統(tǒng)中都存在著三種主要的食物鏈,捕食食物鏈(grazing food chain)和碎屑食物鏈(detrital food chain)和寄生食物鏈。 (1)捕食食物鏈(草牧食鏈、放牧食物鏈):牧草 羊、牛 狼。以綠色植物為基礎(chǔ),以草食動物為開始的食物鏈。(2)腐生食物鏈(碎屑食物鏈、分解食物鏈):動植物殘?bào)w 跳蟲、線蟲、蚯蚓(腐食性動植物)。以死的有機(jī)物質(zhì)為基礎(chǔ),從腐生物開始的食物鏈。(3)寄生型食物鏈:植物 動物 寄生物 更小的寄生物。以活的生物為寄主,奪取寄主的物質(zhì)和能量來維持生存。體型越來越小,數(shù)量越來越多。捕食食物鏈雖然是人們最容易看到的,但它在陸地生態(tài)系統(tǒng)和很多水生生態(tài)系統(tǒng)中并不是主要的食物鏈,只在某些水生生態(tài)系統(tǒng)中,捕食食物鏈才會成為能流的主要渠道, 在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,凈初級生產(chǎn)量只有很少一部分通向捕食食物鏈。在大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)和淺水生態(tài)系統(tǒng)中,生物量的大部分不是被取食,而是死后被微生物所分解,因此能流是以通過碎屑食物鏈為主。碎屑食物鏈可能有兩個(gè)去向,這兩個(gè)去向就是微生物或大型食碎屑動物,這些生物類群對能量的最終消散所起的作用已經(jīng)引起了生態(tài)學(xué)家的重視。 由于寄生物的生活史很復(fù)雜,所以寄生食物鏈也很復(fù)雜。例如,寄生在哺乳動物和鳥類身上的跳蚤反過來可以被細(xì)滴蟲(一種寄生原生動物)所寄生。又如,小蜂把卵產(chǎn)在姬蜂或寄生蠅的幼蟲體內(nèi),而后者又寄生于其他昆蟲幼蟲體內(nèi)。在這些寄生食物鏈內(nèi),寄主的體積最大,沿著食物鏈寄生物的數(shù)量越來越多,體積越來越?。ㄍ妒呈澄镦湶煌?。 (三)食物鏈的特征(1)食物鏈的長度通常不超過6個(gè)營養(yǎng)級,最常見的45個(gè)營養(yǎng)級,因?yàn)槟芰垦厥澄镦溋鲃訒r(shí)不斷流失。(2)食物鏈越長,最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因?yàn)閺钠瘘c(diǎn)到終點(diǎn)經(jīng)過的營養(yǎng)級越多,其能量損耗也就越大。(3)食物鏈或食物網(wǎng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)。(4)生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的,它不僅在進(jìn)化歷史上有改變,在短時(shí)間內(nèi)也會發(fā)生變化。 四、營養(yǎng)級和生態(tài)金字塔 自然界中的食物鏈和食物網(wǎng)是物種和物種之間的營養(yǎng)關(guān)系,這種關(guān)系是錯(cuò)綜復(fù)雜的。為了使生物之間復(fù)雜的營養(yǎng)關(guān)系變得更加簡明和便于進(jìn)行定量的能流分析和物質(zhì)循環(huán)的研究,在食物鏈和食物網(wǎng)概念的基礎(chǔ)上提出了營養(yǎng)級(trophic levels)的概念。 營養(yǎng)級是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和,因此,營養(yǎng)級之間的關(guān)系已經(jīng)不是指一種生物和另一種生物之間的營養(yǎng)關(guān)系,而是指一類生物和處在不同營養(yǎng)層次上另一類生物之間的關(guān)系。生產(chǎn)者的綠色植物和所有自養(yǎng)生物都位于食物鏈的起點(diǎn),即食物鏈的第一環(huán)節(jié),它們構(gòu)成了第一個(gè)營養(yǎng)級。所有以生產(chǎn)者(主要是綠色植物)為食的動物都屬于第二個(gè)營養(yǎng)級,即植食動物營養(yǎng)級。第三個(gè)營養(yǎng)級包括所有以植食動物為食的肉食動物。以此類推,還可以有第四個(gè)營養(yǎng)級(即二級肉食動物營養(yǎng)級)和第五個(gè)營養(yǎng)級等。由于食物鏈的環(huán)節(jié)數(shù)目是受到限制的,所以營養(yǎng)級的數(shù)目也不可能很多,一般限于35個(gè)。營養(yǎng)級的位置越高,歸屬于這個(gè)營養(yǎng)級的生物種類和數(shù)量就越少,當(dāng)少到一定程度的時(shí)候,就不可能再維持另一個(gè)營養(yǎng)級中生物的生存了。 有很多動物,往往難以依據(jù)它們的營養(yǎng)關(guān)系把它們放在某一個(gè)特定的營養(yǎng)級中,因?yàn)樗鼈兛梢酝瑫r(shí)在幾個(gè)營養(yǎng)級取食或隨著季節(jié)的變化而改變食性,但為了分析的方便,生態(tài)學(xué)家常常依據(jù)動物的主要食性決定它們的營養(yǎng)級,因?yàn)樵谶M(jìn)行能流分析的時(shí)候,每一種生物都必須置于一個(gè)確定的營養(yǎng)級中。 生態(tài)金字塔(ecological pyramids)是指各個(gè)營養(yǎng)級之間的數(shù)量關(guān)系,這種數(shù)量關(guān)系可采用生物量單位、能量單位和個(gè)體數(shù)量單位,采用這些單位所構(gòu)成的生態(tài)金字塔就分別稱為生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔。 數(shù)量金字塔是以生物的個(gè)體數(shù)量表示每一營養(yǎng)級。生物量金字塔以生物組織的干重表示每一個(gè)營養(yǎng)級中生物的總重量。能量金字塔是利用各營養(yǎng)級所固定的總能量值的多少來構(gòu)成的生態(tài)金字塔。 數(shù)量金字塔和生物量金字塔在某些生態(tài)系統(tǒng)中可以呈倒金字塔形,但能量金字塔絕不會這樣,因?yàn)樯a(chǎn)者在單位時(shí)間單位面積上所固定的能量絕不會少于靠吃它們?yōu)樯闹彩硠游锼a(chǎn)的能量;同樣,肉食動物所生產(chǎn)的能量是靠吃植食動物獲得的,因此依據(jù)熱力學(xué)第二定律,它們的能量也絕不會多于植食動物。一般說來,不同的營養(yǎng)級在單位時(shí)間單位面積上所固定的能量值是存在著巨大差異的??梢?,能量隨著從一個(gè)營養(yǎng)級到另一個(gè)營養(yǎng)級的流動是逐漸減少的,所以,營養(yǎng)級一般不超過6個(gè)。能量金字塔不僅可以表明流經(jīng)每一個(gè)營養(yǎng)級的總能量值,而且更重要的是可以表明各種生物在生態(tài)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化中所起的實(shí)際作用。 五、生態(tài)效率 生態(tài)效率(ecological efficiencies)是指各種能流參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內(nèi)部的比值關(guān)系。I(攝取或吸收):表示一個(gè)生物(生產(chǎn)者,消費(fèi)者或腐食者)所攝取的能量;對植物來說,I代表被光合作用色素所吸收的日光能值。A(同化):表示在動物消化道內(nèi)被吸收的能量(吃進(jìn)的食物不一定都能吸收)。對分解者來說是指細(xì)胞外產(chǎn)物的吸收;對植物來說是指在光合作用中所固定的日光能,即總初級生產(chǎn)量(GP)。R(呼吸):指在新陳代謝和各種活動中所消耗的全部能量。P(生產(chǎn)量):代表呼吸消耗后所凈剩的能量值,它以有機(jī)物質(zhì)的形式累積在生態(tài)系統(tǒng)中。對植物來說,它是指凈初級生產(chǎn)量(NP);對動物來說,它是同化量扣除維持消耗后的生產(chǎn)量,即P=A-R。利用以上這些參數(shù)可以計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)中能流的各種效率:即林德曼效率相當(dāng)于同化效率、生長效率與利用效率的乘積。但也有學(xué)者把營養(yǎng)級間的同化能量之比值視為林德曼效率,即,一般說來,大型動物的生長效率要低于小型動物,老年動物的生長效率要低于幼年動物。肉食動物的同化效率要高于植食動物。但隨著營養(yǎng)級的增加,呼吸消耗所占的比例也相應(yīng)增加,因而導(dǎo)致在肉食動物營養(yǎng)級凈生產(chǎn)量的相應(yīng)下降。多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中,林德曼效率似乎是一個(gè)常數(shù),即10%,生態(tài)學(xué)家通常把10%的林德曼效率看成是一條重要的生態(tài)學(xué)規(guī)律,但近來對海洋食物鏈的研究表明,在有些情況下,林德曼效率可以大于30%。對自然水域生態(tài)系統(tǒng)的研究表明,在從初級生產(chǎn)量到次級生產(chǎn)量的能量轉(zhuǎn)化過程中,林德曼效率大約為1520%;就利用效率來看,從第一營養(yǎng)級往后可能會略有提高,但一般說來都處于2025%的范圍之內(nèi)。這就是說,每個(gè)營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量將會有7580%通向碎屑食物鏈。 六、生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)與生態(tài)平衡 1.生態(tài)平衡由于生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)機(jī)制,生態(tài)系統(tǒng)會保持自身的生態(tài)平衡。生態(tài)平衡是指生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)所達(dá)到的一種穩(wěn)定狀況,它包括結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定、功能上的穩(wěn)定和能量輸入輸出上的穩(wěn)定。生態(tài)平衡是一種動態(tài)平衡,因?yàn)槟芰苛鲃雍臀镔|(zhì)循環(huán)總在不間斷地進(jìn)行,生物個(gè)體也在不斷地進(jìn)行更新。生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者在數(shù)量上保持平衡能夠增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力。 當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)平衡的最穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),它能夠自我調(diào)節(jié)和維持自己的正常功能,并能在很大程度上克服和消除外來的干擾,保持自身的穩(wěn)定性。這實(shí)質(zhì)上就是生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)。但是,生態(tài)系統(tǒng)的這種自我調(diào)節(jié)功能是有一定限度的,當(dāng)外來干擾因素如火山爆發(fā)、地震,泥石流,雷擊火燒,人類修建大型工程,排放有毒物質(zhì)、噴撒大量農(nóng)藥,人為引入或消滅某些生物等超過一定限度的時(shí)候,生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能本身就會受到損害,從而引起生態(tài)失調(diào),甚至導(dǎo)致發(fā)生生態(tài)危機(jī)。從而引起局部地區(qū)甚至整個(gè)生物圈結(jié)構(gòu)和功能的失衡,從而威脅到人類的生存。2.負(fù)反饋機(jī)制 生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)普遍特性是存在著反饋現(xiàn)象。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候,它必然會引起其他成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化,這些變化最終又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分,這個(gè)過程就叫反饋。反饋有兩種類型,即負(fù)反饋(negative feedback)和正反饋(positive feedback)。 負(fù)反饋是比較常見的一種反饋,它的作用是能夠使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到和保持平衡或穩(wěn)態(tài),反饋的結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化。例如,如果草原上的食草動物因?yàn)檫w入而增加,植物就會因?yàn)槭艿竭^度啃食而減少,植物數(shù)量減少以后,反過來就會抑制動物數(shù)量。 正反饋是比較少見的,它的作用與負(fù)反饋相反,即生態(tài)系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其他一系列變化,反過來不是抑制而是加速最初發(fā)生變化的成分所發(fā)生的變化,因此正反饋的作用常常使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)。 3.生態(tài)平衡失調(diào)與生態(tài)危機(jī)當(dāng)外界干擾壓力很大, 使系統(tǒng)的變化超出其自我調(diào)節(jié)能力限度即生態(tài)閾限時(shí), 系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力隨之喪失。此時(shí), 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞, 功能受阻, 整個(gè)系統(tǒng)受到嚴(yán)重傷害乃至崩潰, 此即生態(tài)平衡失調(diào)。嚴(yán)重的生態(tài)平衡失調(diào), 從而威脅到人類的生存時(shí), 稱為生態(tài)危機(jī)由于人類盲目的生產(chǎn)和生活活動而導(dǎo)致的局部甚至整個(gè)生物圈結(jié)構(gòu)和功能的失調(diào)。第三章 城市生態(tài)學(xué)基本原理與思想第一節(jié) 城市生態(tài)學(xué)基本原理一、城市生態(tài)位原理“生態(tài)位”(niche)指物種在群落中在時(shí)間、空間和營養(yǎng)關(guān)系方面所占的地位。一般說,生態(tài)位的寬度依據(jù)該種的適應(yīng)性而改變,適應(yīng)性較大的物種占據(jù)較寬廣的生態(tài)位。而城市生態(tài)位(urhan niche)是個(gè)城市給人們生存和活動所提供的生態(tài)位,是城市提供給人們的或可被人們利用的各種生態(tài)因子(如水、食物、能源、土地、氣候、建筑、交通等)和生態(tài)關(guān)系(如牛產(chǎn)力水平、環(huán)境容量、生活質(zhì)量、與外部系統(tǒng)的關(guān)系等)的集合。它反映了一個(gè)城市(或者其他人類生境)的現(xiàn)狀對于人類各種經(jīng)濟(jì)活動和生活活動的適宜程度,反映了個(gè)城市的性質(zhì)、功能、地位、作用及其人口、資源、環(huán)境的優(yōu)劣勢,從而決定了它對不同類型的經(jīng)濟(jì)以及不同職業(yè)、年齡人群的吸引力和離心力。城市生態(tài)位大致可分為兩大類:一類是資源利用、生產(chǎn)條件生態(tài)位,一類是環(huán)境質(zhì)量、生活水平生態(tài)位,簡稱生活生態(tài)位。其中生產(chǎn)條件生態(tài)位,簡稱生產(chǎn)生態(tài)位,包括了城市的經(jīng)濟(jì)水平(物質(zhì)和信息生產(chǎn)及流通水平)、資源豐盛度(如水、能源、原材料、資金、智力、土地、基礎(chǔ)設(shè)施等);生活生態(tài)位包括社會環(huán)境(如物質(zhì)生活和精神生活水平及社會服務(wù)水平等)及自然環(huán)境(物理環(huán)境質(zhì)量、生物多樣性、景觀適宜度等)。 總之,城市生態(tài)位是指城市滿足人類生存發(fā)展所提供的各種條件的完備程度。一個(gè)城市既有整體意義上的生態(tài)位,如一個(gè)城市相對于其外部地域的吸引力與輻射力;也有城市空間各組成部分因質(zhì)量層次不同所體現(xiàn)的生態(tài)位的差異。如有學(xué)者認(rèn)為,城市市中心的生態(tài)位在城市各個(gè)空間組成部分是最優(yōu)越的(在特定的條件下和特定的城市發(fā)展階段)。對城市居民個(gè)體而

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