城市環(huán)境與生態(tài)因子

城市環(huán)境與生態(tài)因子第1頁/共67頁按環(huán)境的主體：人類環(huán)境：以人為主體；以植物為主體：植物體以外的所有自然條件為環(huán)境。按環(huán)境的性質(zhì)：自然、半自然、人工環(huán)境按環(huán)境的范圍：宇宙環(huán)境→地球環(huán)境→區(qū)域環(huán)境→生境→植物的小環(huán)境→體內(nèi)環(huán)境生境（habitat）：具體的植物個體和群體生活地段上的生態(tài)環(huán)境第2頁/共67頁自然環(huán)境：指一切可以直接或間接影響生物生存的自然界中的物質(zhì)和能量的總體，包括空氣、水、土壤、巖石礦物、太陽輻射等。人工環(huán)境：指人類在開發(fā)利用、干預改造自然環(huán)境的過程中構造出來的有別于原有自然環(huán)境的新環(huán)境，或稱次生環(huán)境。第3頁/共67頁二、城市環(huán)境㈠城市環(huán)境的組成城市環(huán)境是指影響城市人類活動的各種自然的或人工的外部條件的綜合城市自然環(huán)境：地形、土壤、地質(zhì)、水文、氣候、植被、動物、微生物等城市人工環(huán)境：房屋、道路、管線、基礎設施、不同用途的土地等城市生態(tài)環(huán)境還可分生物環(huán)境和非生物環(huán)境。第4頁/共67頁㈡城市環(huán)境的特征1.城市環(huán)境高度人工化2.城市環(huán)境呈現(xiàn)一定的平面和立面特征3.城市環(huán)境具有一種典型的地域分異：建筑空間、道路廣場空間和綠地空地空間4.城市環(huán)境污染特征：熱島效應等第5頁/共67頁由于城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊區(qū)的土壤、植被具有更大的吸熱率和更小的比熱容，使得城市地區(qū)升溫較快，并向四周和大氣中大量輻射，造成了同一時間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫第6頁/共67頁2009,武漢市11個“熱點”2010,我市中心城區(qū)有12個“最熱”點第7頁/共67頁㈢城市的環(huán)境問題城市環(huán)境問題：人口膨脹、交通擁擠、住房緊張、能源短缺、供水不足、生物多樣性減少、環(huán)境污染嚴重等。我國城市的環(huán)境污染：城市大氣污染，城市水體污染，城市固體廢棄物，城市噪聲污染第8頁/共67頁第二節(jié)生態(tài)因子作用分析生態(tài)因子(ecologicalfactor)

：指環(huán)境中對植物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。氣候因子（光、溫度、空氣、濕度）、地形因子、土壤因子、人為因子、生物因子等五大類因子生態(tài)環(huán)境：所有生態(tài)因子構成植物的生態(tài)環(huán)境。道本邁爾將生態(tài)因子分為七個項目：光、溫度、空氣、火、土壤、水、生物

第9頁/共67頁生態(tài)因子作用的特征綜合作用主導因子作用不可替代性和補償性作用階段性作用直接作用和間接作用第10頁/共67頁1．綜合作用

生態(tài)因子之間相互影響、相互作用、相互制約，任何一因子的變化都會在不同程度上引起其它因子的變化。例如：水體溫度與溶解氧的關系第11頁/共67頁2．主導因子作用（非等價性）主導因子：在諸多的環(huán)境因子中，有一個或幾個對植物起決定性作用的生態(tài)因子。

對植物起作用的諸多因子是非等價的，其中有1~2個是起主要作用的主導因子。主導因子的改變常會引起其他生態(tài)因子發(fā)生明顯變化或使植物的生長發(fā)育發(fā)生明顯變化，如光周期現(xiàn)象中的日照時間和植物春化階段的低溫因子就是主導因子。第12頁/共67頁3.不可替代性和補償作用不可替代性：生態(tài)因子雖非等價，但都不可缺少，一個因子的缺失不能由另一個因子來代替。如種子發(fā)芽試驗：成熟種子+溫度+無水成熟種子+溫度+過多水分成熟種子+恰當?shù)臏囟?恰當?shù)乃?適當?shù)目諝獾?3頁/共67頁4．階段性作用植物在生長發(fā)育的不同階段往往需要不同的生態(tài)因子或生態(tài)因子的不同強度。例如低溫對冬小麥的春化階段是必不可少的，但在其后的生長階段則是有害的。如大馬哈魚生活在海洋中，生殖季節(jié)回游到淡水河流中產(chǎn)卵。第14頁/共67頁最小因子、耐受限度與限制因子

利比希最小因子定律（Liebig`slawofminimum）：低于某種生物需要的最小量的任何特定因子，是決定該種生物生存和分布的根本原因。

兩點補充：利比希最小因子定律只有在嚴格穩(wěn)定狀態(tài)下，即在物質(zhì)和能量的輸入和輸出處于平衡狀態(tài)時，才能應用。應用最小因子法則的時候，必須考慮到各種因子之間的相互關系。第15頁/共67頁耐受性定律（lawoftolerance）：Shelford在最小因子定律和限制因子的基礎上產(chǎn)生。任何一個生態(tài)因子在數(shù)量上或質(zhì)量上的不足或過多，即當其接近或達到某種生物的耐受限度時會使該物種生物衰退或不能生存。

第16頁/共67頁生態(tài)幅

每一種生物對每一種生態(tài)因子都有一個耐受范圍，即有一個生態(tài)上的最低點和最高點。在最低點和最高點（或稱耐受性的上限和下限）之間的范圍，稱為生態(tài)幅（ecologicalamplitude）或生態(tài)價（ecologicalvalence）。第17頁/共67頁在Shelford以后，許多學者在這方面進行了研究，并對耐受性定律作了發(fā)展：每種生物對不同生態(tài)因子的耐受范圍存在差異。生物在整個個體發(fā)育過程中，對環(huán)境因子的耐受限度是不同的。不同的生物種，對同一生態(tài)因子的耐受性是不同的。生物對某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時，對其他生態(tài)因子的耐受限度也下降。

第18頁/共67頁第19頁/共67頁2.能量環(huán)境ClimateTemperatureWindfire第20頁/共67頁2.1.1地球上光的分布紫外線（＜380nm）9%、可見光（380～760nm）45%、紅外線（＞760nm）46%。

1.在空間上的分布緯度海拔高度太陽高度角坡向植被水體中2.1光的生態(tài)作用及生物對光的適應第21頁/共67頁不同緯度處的日照長度

各種波長的光穿過蒸餾水時的強度變化

第22頁/共67頁2，在時間上的分布季節(jié)變化晝夜變化2.1.2生物對光質(zhì)的生態(tài)適應PAR光合作用系統(tǒng)只能利用太陽光譜的一個有限帶，即380~710nm波長的輻射能。第23頁/共67頁（1）植物對光質(zhì)的適應形態(tài)上：高山植物的形態(tài)，生理上：莖葉含有花青素（2）動物對光質(zhì)的適應太陽魚的視力峰值在500-530nm昆蟲的可見光范圍偏重于短波光紫外線對昆蟲的新陳代謝有重要作用長波光是外溫動物體溫調(diào)節(jié)和代謝的基礎。第24頁/共67頁2.1.3生物對光照強度的適應植物對光照強度的適應性陽地植物陰地植物動物對光照強度的適應性形態(tài)上：夜行性動物的眼睛變化，大、突、退化行為上：晝行動物、夜行性或晨昏性動物（戰(zhàn)略響應）光合能力第25頁/共67頁

特征陽地植物葉陰地植物葉形態(tài)特征枝葉葉片角質(zhì)層氣孔柵欄組織稀疏較小發(fā)達較多發(fā)達茂盛較大、薄不發(fā)達較少不發(fā)達

生理特征

細胞汁液濃度蒸騰作用CO2補償點的光強度光合作用的光飽和點RuDP羧化酶以干重計的葉綠素可溶性蛋白（=酶）++++高高++++++++低低++++

陰地植物與陽地植物葉的比較

第26頁/共67頁第27頁/共67頁2.1.4生物對光周期的適應(1)植物對光周期的適應長日照植物(longdayplant)短日照植物(shortdayplant)中日照植物(dayintermediateplant)日中性植物(dayneutralplant)（2）動物對光周期的適應行為上：換羽與換毛、遷徙、生理上：繁殖和昆蟲的滯育長日照動物（longdayanimal）短日照動物（shortdayanimal）第28頁/共67頁2.2Temperature

2.2.1地球表面溫度的分布與變化規(guī)律1，溫度的空間分布與變化與緯度的關系與經(jīng)度的關系與海拔的關系與地貌與地形的關系在土壤中在水體中與植被的關系第29頁/共67頁典型溫帶深湖水溫垂直分布的季節(jié)變化

2.溫度在時間上的變化規(guī)律年變化：年較差日變化：日較差第30頁/共67頁2.2.2溫度與動物類型

常溫動物變溫動物外溫動物內(nèi)溫動物

第31頁/共67頁2.2.3生物對溫度的適應1.溫度對生物發(fā)育和生長速度的影響

發(fā)育閾溫度（developmentalthresholdtemperature）或生物學零度（biologicalzero）

總積溫（sumofheat）、或有效積溫（sumofeffectivetemperature）有效積溫法則：其中K

為生物完成某階段的發(fā)育所需要的總熱量N為完成某階段的發(fā)育所需要的天數(shù)T為發(fā)育期間的環(huán)境平均溫度C為該生物的發(fā)育閾溫度第32頁/共67頁令發(fā)育速率地中海果蠅發(fā)育歷程、發(fā)育速度與環(huán)境溫度的關系2.馴化與氣候馴化第33頁/共67頁2.2.4生物對極端環(huán)境溫度的適應1.植物對低溫的適應

形態(tài)上：油脂、芽被鱗片、蠟粉、密毛生理上：含水量降低，增加糖、脂和色素2.動物對低溫的適應

形態(tài)上生理上行為上貝格曼規(guī)律、阿倫規(guī)律異溫性、（非）顫抖性產(chǎn)熱冬眠或夏眠、遷徙或集群第34頁/共67頁3，植物對高溫的適應

形態(tài)上：絨毛、木栓層4，動物對高溫的適應

行為上：躲避

生理上：降低水含量，加強蒸騰作用

生理上：放松恒溫性

形態(tài)上：皮毛隔熱、淺色毛第35頁/共67頁2.2.5生物對周期性變溫的適應

植物：春花秋實

動物晝行性夜行性晨昏性2.2.6物種分布與環(huán)境溫度

年均溫度

最高溫度

最低溫度第36頁/共67頁2.3風對生物的作用及防風林2.3.1風對生物生長及形態(tài)的影響植物形態(tài)：矮小、葉小、畸形樹冠生理：水分蒸騰量小動物形態(tài)：表皮致密第37頁/共67頁2.3.2風的間接作用洋流（海流）引起海流運動的因素可以是風，也可以是熱鹽效應造成的海水密度分布的不均勻性。洋流可以分為暖流和寒流。第38頁/共67頁補充：科里奧利效應地球之所以成為橢球體，是由于地球自轉(zhuǎn)引起的，它使微有塑性的地球發(fā)生形變。由于地球自轉(zhuǎn)的影響，產(chǎn)生了一種有趣的現(xiàn)象：在地球上水平運動的物體，無論朝哪個方向運動，都會發(fā)生偏向，在北半球向右偏，南半球向左偏。這種現(xiàn)象稱為科里奧利效應。第39頁/共67頁颶風：美國國家颶風中心的資料顯示，颶風與臺風只是同一種氣候現(xiàn)象在不同地方的不同稱呼。熱帶氣旋按其中心附近的風速分級，風速在17米／秒以下的熱帶氣旋稱為熱帶低壓，17米／秒—33米／秒的稱為熱帶風暴。

達到33米／秒以上時，這種天氣現(xiàn)象在不同地區(qū)有不同的名字：太平洋東部和大西洋稱為颶風，太平洋西部稱為臺風，印度洋稱為旋風。第40頁/共67頁第41頁/共67頁2.3.3防風林防風林的主要作用是降低風速，防風固沙，改善氣候條件，涵養(yǎng)水源，保持水土；還可以調(diào)節(jié)空氣的濕度、溫度，減少凍害和其他災害的危害。防風林最好是喬木和灌木混交栽植。第42頁/共67頁第43頁/共67頁2.4火因子林冠火（crownfire）與地面火（surfacefire）火的有益作用：變有機為無機，減少競爭，種子傳播火的有害作用：群落破壞，生物多樣性下降，土壤結構改變第44頁/共67頁3物質(zhì)環(huán)境WaterAtmosphereSoil第45頁/共67頁3.1Water一、水在地球表面的分布規(guī)律

地球表面的總水量大約為15億km3,其中大約有97%包含在海洋庫中。淡水中：兩極冰蓋29000km3、地下水8000km3

、湖泊河流100km3、土壤水分100km3、大氣中水13km3、生物體中水1km3

。水份的大循環(huán)與小循環(huán)第46頁/共67頁1.空間上的分布

緯度

經(jīng)度

地貌2.時間上的分布規(guī)律

季節(jié)上的變化降雨量：地球上的降雨量隨著緯度發(fā)生很大變化。在赤道南北兩側緯度0-20°降雨量最大，年達100-200cm。緯度20°-40°地帶，由于空氣下降吸收水分，降雨量減少，在南北半球40°-60°地帶，由于南北暖冷氣團相交形成氣旋雨，致使年降雨量超過25cm，成為中緯度濕潤帶。極地地區(qū)降水很少，成為干燥地帶。等雨線：華南降水量為1500—2000mm，長江流域為1000—1500mm，秦嶺和淮河大約為750mm，從大興安嶺西坡向西，經(jīng)燕山到秦嶺北坡為500mm，黃河上中游約250—500mm。內(nèi)蒙西部至新疆南部為100mm以下。第47頁/共67頁3.2生物對水環(huán)境的適應性1.植物與水

濕生植物中生植物旱生植物（1）陸地植物的水平衡（2）水生植物對水的生態(tài)適應性

沉水植物浮游植物挺水植物田間持水量第48頁/共67頁第49頁/共67頁第50頁/共67頁紅樹林紅樹林系指生長在熱帶及亞熱帶河口潮間帶的木本植物群落，并非只單一樹種，全世界目前約有24科30屬83種紅樹林植物?！凹t樹林”名稱的由來，是源自于一種紅樹科植物－紅茄苳(海茄苳)的特征，這種樹的木材、樹干、枝條、花朵都是紅色的，其中樹皮的部分可以提煉紅色染料，馬來人于是稱它的樹皮為「紅樹皮」，而中文名稱則叫做紅樹。紅樹林泛指像紅茄苳(海茄苳)這類，生長在熱帶、亞熱帶地區(qū)的河口、海岸沼澤區(qū)域的耐鹽性常綠灌木或喬木樹林。第51頁/共67頁第52頁/共67頁第53頁/共67頁2動物對水的生態(tài)適應

形態(tài)上

生理上

節(jié)肢動物體表角質(zhì)層及蠟質(zhì)層、爬行動物體表的鱗片、昆蟲氣孔的開放與關閉、多數(shù)陸生動物呼吸具有逆流交換的機理等。亨利氏袢越長（相應腎臟髓質(zhì)越厚），尿濃縮越高；鳥類、爬行類的大腸和泄殖腔以及昆蟲的直腸有重吸水的作用。陸生動物在蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物的排泄上也表現(xiàn)出陸地適應性。如兩棲類、獸類排泄尿素、鳥類與昆蟲類排尿酸。

行為上夏眠、昆蟲的滯育、晝伏夜行等。（1）陸生動物對水的適應性（2）水生動物對水的生態(tài)適應性

淡水水域海水水域第54頁/共67頁3.3大氣及其生態(tài)作用第55頁/共67頁氧氣——低氧二氧化碳第56頁/共67頁3.4SOIL第57頁/共67頁土壤的生態(tài)意義：1土壤位于陸地生態(tài)系統(tǒng)的底部，具有營養(yǎng)物傳遞系統(tǒng)，再循環(huán)系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基底或基礎。在土壤中進行的兩個最重要的生態(tài)過程是分解和固氮過程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動物提供了棲息地。土壤是植物萌芽、支撐和腐爛的地方，又是水和營養(yǎng)物儲存場所；是動物和微生物藏身處，排污處；是污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要基地。因此土壤無論對植物或動物都是重要的生態(tài)因子，是人類重要的自然資源。第58頁/共67頁

3.4.1、土壤的物化性質(zhì)與生物特性土壤是由固體、水份和空氣組成的三相復合系統(tǒng)。固體包括無機顆粒與有機物。土壤固相顆粒是土壤的物質(zhì)基礎，占土壤總重量的85%以上。土壤顆粒的組成、性質(zhì)及排列形式，決定了土壤的理化性質(zhì)與生物特性。

1.土壤質(zhì)地與結構組成土壤的各種大小顆粒按直徑可分為粗砂，細砂，粉砂和粘粒。這些不同大小顆粒組合的百分比，稱為土壤質(zhì)地（texture）。

根據(jù)土壤質(zhì)地，土壤可分為砂土、壤土和粘土三大類。第59頁/共67頁

2.土壤水分土壤水分(soilmoisture)能直接被植物根吸收利用。土壤水分有利于礦物質(zhì)養(yǎng)分的分解、溶解和轉(zhuǎn)化，有利于土壤中有機物的分解與合成，增加了土壤養(yǎng)分，有利于植物吸收。此外，土壤水分能調(diào)節(jié)土壤溫度，灌溉防霜就是此道理。土壤水分過少時，植物受干旱威脅，并由于好氣性細菌氧化過于強烈，使土壤有機質(zhì)貧瘠。土壤水分過多，引起有機質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機酸，對植物有毒害作用，并因根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐爛。土壤水分影響了土壤動物的生存與分布。第60頁/共67頁

3.土壤空氣土壤空氣主要來自大氣。但土壤空氣中的O2

含量和CO2含量與大氣有很大的差異，土壤中O2濃度一般為10—12%，CO2一般在0.1%左右，動物可向土壤表層移動選擇適宜的場所。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴散和交換的方式不斷進入地面空氣層，供植物葉利用，另一部分直接為根系吸收。