第一章 城市環(huán)境與生態(tài)因子.doc

第一章 城市環(huán)境與生態(tài)因子一、環(huán)境（次重點）和城市環(huán)境（重點） 識記：環(huán)境，自然環(huán)境，人工環(huán)境，環(huán)境的尺度范圍，城市環(huán)境的組成，城市環(huán)境污染的表現(xiàn)。 理解：城市環(huán)境的特征。 二、生態(tài)因子作用分析（一般） 識記：生態(tài)因子的分類。 理解：生態(tài)因子作用的一般特征，限制因子，最小因子定律，耐受性定律。 第一節(jié) 城市環(huán)境一、環(huán)境的概念、尺度與類型1、環(huán)境(environment)的概念環(huán)境：指生物個體或群體以外一切因素的總和?；蚴巧镔囈陨嬉蜃拥目偤汀－h(huán)境因子：構成環(huán)境的各個因素。生物科學中，以生物為主體，環(huán)境是生物個體或群體以外的 一切因素總和。環(huán)境科學中，以人為主體，環(huán)境是指圍繞著人群的空間以及各種外部條件或因素。2、環(huán)境的尺度范圍根據(jù)尺度范圍的不同，可將自然環(huán)境分為宇宙環(huán)境、地球環(huán)境、區(qū)域環(huán)境、生境、小環(huán)境、內(nèi)環(huán)境等宇宙環(huán)境(space environment)指大氣層以外的宇宙空間。也稱之為星際環(huán)境。宇宙環(huán)境由廣闊的空間和存在其中的各種天體及彌漫物質組成，它對地球環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響。太陽輻射是地球的主要光源和熱源，為地球生物有機體帶來了生機，推動了生物圈這個龐大生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉。因而，它是地球上一切能量的源泉。太陽輻射能的變化影響著地球環(huán)境。例如，太陽黑子出現(xiàn)的數(shù)量同地球上的降雨量有明顯的相關關系。月球和太陽對地球的引力作用產(chǎn) 生潮汐現(xiàn)象，并可引起風暴、海嘯等自然災害。地球環(huán)境(global environment)指大氣圈中的對流層、水圈、土壤圈、巖石圈和生物圈，又稱為全球環(huán)境，也有人稱為地理環(huán)境(geoenvironment)。地球環(huán)境與人類及生物的關系尤為密切。其中生物圈中的生物把地球上各個圈層的關系密切地聯(lián)系在一起，并推動各種物質循環(huán)和能量轉換。區(qū)域環(huán)境(regional environment)指占有某一特定地域空間的自然環(huán)境，它是由地球表面不同地區(qū)的5個自然圈層相互配合而形成的。分自然區(qū)域環(huán)境(如森林、草原、冰川、海洋)、社會區(qū)域環(huán)境(如各級行政區(qū)、城市、工業(yè)區(qū))、農(nóng)業(yè)區(qū)域環(huán)境(如作物區(qū)、牧區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū))、旅游區(qū)域環(huán)境(如西湖、桂林、廬山、黃山)等。生境(habitat)植物體或植物群落所居住的地方，是具體的特定地段上對植物起作用的生態(tài)因子的總和。如沙丘生境、松樹生境等。植物的小環(huán)境（micro-environment）接近植物個體表面或個體表面不同部位的物理環(huán)境。體內(nèi)環(huán)境(inner environment)指生物體內(nèi)組織或組胞間的環(huán)境。對生物體的生長和繁育具有直接的影響。 例如，葉片內(nèi)部，直接和葉肉細胞接觸的氣腔、氣室、通氣系統(tǒng)，都是形成內(nèi)環(huán)境的場所。內(nèi)環(huán)境對植物有直接的影響，且不能為外環(huán)境所代替。3、自然環(huán)境與人工環(huán)境自然環(huán)境：指生物生存居所中一切自然因子的總和。人工環(huán)境(artificial environment): 通過人為干預所形成的有別于自然狀態(tài)的新環(huán)境，或稱次生環(huán)境。二、城市環(huán)境（一）城市環(huán)境的組成城市環(huán)境的概念：是指影響城市人活動的各種自然的或人工的外部條件的總和。主要指城市的物理環(huán)境。組成：自然環(huán)境和人工環(huán)境。城市自然環(huán)境包括地形、地質、土壤、水文、氣候、植被、動物、微生物等因素，是城市環(huán)境的基礎。城市人工環(huán)境包括房屋、道路、管線、基礎設施、不同用途的土地、廢氣、廢水、廢渣、噪聲等因素。（二）城市環(huán)境特征1、城市環(huán)境的高度人工化是人類對自然環(huán)境影響作用最強烈、自然環(huán)境變化最大的地方。城市氣候是指大都市特有且與周圍郊區(qū)有異的各種氣候條件。城市氣候相對郊區(qū)農(nóng)村氣候來說是個氣候島。 例如，城市熱島、干島、雨島、煙霾島、霧島等。城市環(huán)境對城市氣候的影響很大，城市氣候是人類活動影響小氣候的明顯表現(xiàn)。 人造建筑因素：城市眾多的磚石、鋼筋水泥建筑物及瀝青和水泥道路取代了天然的植被與土壤，影響了城市的氣溫、濕度等氣候條件。 某些建筑物取代了自然地形，影響了城市局部地區(qū)的風向、風速、熱量等，例如大廈、瀝青及水泥路； 有些類型的建筑物則影響了雨水的徑流。例如停車場、瀝青及水泥路等。人口因素：城市居民大量增多，其日常生活及生產(chǎn)活動會增添大量熱源。比如某城市舉辦奧運會期間，因為人口在短時間內(nèi)的大量聚集導致城市內(nèi)局部地區(qū)溫度升高。 污染物因素：城市上空的一個特點是污染物濃度高，其中有一氧化碳、硫和氮的氧化物、多種碳氫化物、氧化劑和粉塵物質之類。其中微粒和煙塵粒等污染物對城市氣候條件如氣溫、能見度和降雨量等都有影響。城市氣候的主要表現(xiàn)：氣溫高。 以瀝青、水泥和磚石等為主的下墊面具有較大導熱率和熱容量，房屋建筑物又增大受熱面積，使城市白天吸收和積蓄更多的太陽輻射能；城市中排水迅速，下墊面大都不吸水，不透水，使耗于蒸發(fā)的熱量大為減少，而耗于湍流交換的熱量增加；城市生產(chǎn)和生活活動釋放熱量；城市上空由于塵粒、水汽和二氧化碳氣體等的被覆作用使夜間長波輻射減少，下墊面冷卻速度減慢。由于城市氣溫高于周圍地區(qū)，使城市形成一個暖中心，稱為城市熱島。 濕度低。 城市的氣溫高（地面蒸發(fā)少，空氣相對濕度比周圍地區(qū)低。 例如，東京、倫敦等市區(qū)年平均相對濕度比郊區(qū)低5左右。就絕對濕度而言，市區(qū)一般只略低于郊區(qū)。 風速小。 市區(qū)建筑物密集，增大了下墊面粗糙度，風速一般小于郊區(qū)。但是，城市中由于狹管效應造成的“弄堂風”可比自然風速大得多。 由于熱島效應，市區(qū)氣壓比郊區(qū)低，在沒有其他天氣系統(tǒng)影響下，大城市周圍常發(fā)生由郊區(qū)向市區(qū)輻合的特殊風系，這種風系稱為熱島環(huán)流或鄉(xiāng)村風。但是，當自然風速較大時，這種風便被破壞而消失。 太陽輻射弱。 由于市區(qū)大氣中含有大量塵粒，使年平均太陽輻射總量約比郊區(qū)減少1520。高緯度冬季陽光斜射，這種影響尤其嚴重，使市區(qū)的紫外線比郊區(qū)甚至少30，日照時數(shù)大約減少515。 能見度差。 城市大氣中含有大量塵粒，大氣凝結核濃度大，霧日多，使市區(qū)大氣能見度降低。 例如，上海有霧時，郊區(qū)相對濕度一般在98以上，而市區(qū)霧中僅8086。但是另一方面，市區(qū)凝結核多，不易形成大水滴，因此濃霧日數(shù)反有減少。 降水多。 城市熱島效應增強了空氣的熱對流，下墊面粗糙度大，增強大氣湍流，使市區(qū)上升氣流加強，加之城市大氣中起冰核作用的凝結核多，這些都有利于增加城市的降水。 2、城市環(huán)境的空間特征城市環(huán)境呈現(xiàn)出一定的平面和立面特征，這是城市環(huán)境各組成要素在城市平面和高度上有形的表現(xiàn)。3、城市環(huán)境的地域層次特征根據(jù)其呈現(xiàn)出的以不同活動為中心事物的物質環(huán)境的地域分異，可劃分出與一定活動相聯(lián)系的地域子環(huán)境，如居住環(huán)境（區(qū)）、工業(yè)環(huán)境（區(qū)）和商業(yè)環(huán)境（區(qū)）等，其下還可細分出具體的用地。根據(jù)城市環(huán)境人工化程度的不同，可分出三種典型特征空間：建筑空間、道路廣場空間和綠地空地空間，后兩者又常稱為開闊空間。4、城市環(huán)境污染特征在不大的空間里建立了大量的人類技術物質（建筑物、橋梁和其他設施等），集中了大量的人口、物質和能源，并產(chǎn)生了大量的污染物質等，所有這些使得城市環(huán)境的自我調節(jié)凈化能力下降，容易出現(xiàn)環(huán)境污染，給城市居民的生活和健康帶來危害。（三）城市環(huán)境容量1、環(huán)境容量與環(huán)境污染環(huán)境容量：指某一環(huán)境在自然生態(tài)的結構和正常功能不受損害，人類生存環(huán)境質量不下降的前提下，能容納污染物的最大負荷量。其大小與環(huán)境空間的大小、各環(huán)境要素的特性和凈化能力、污染物的理化性質有關。如環(huán)境中污染物的量超過了環(huán)境可承受或技術因素能凈化的量時，就可以說是超負荷，就會產(chǎn)生環(huán)境污染；或某一城市中，當人口超過了城市所能提供的設施保障能力時，就會出現(xiàn)人口危機。環(huán)境污染是指人類直接或間接地向環(huán)境排放超過其自凈能力的物質或能量，從而使環(huán)境的質量降低，對人類的生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。具體包括：水污染、大氣污染、噪聲污染、放射性污染等。 2、城市環(huán)境容量概念：在一定時空范圍內(nèi)，及一定的經(jīng)濟條件下，能滿足城市人口各種活動的人口最大容許限度（量）影響因素包括：城市自然環(huán)境因素、城市物質因素、經(jīng)濟技術因素3、城市環(huán)境容量類型：大氣環(huán)境容量：在滿足大氣環(huán)境目標值的條件下，某區(qū)域大氣環(huán)境所能承納污染物的最大能力，或所能允許排放的污染物的總量。大小取決于該區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境的自凈能力以及自凈介質的總量。 水環(huán)境容量：在滿足城市居民安全衛(wèi)生使用城市水資源的前提下，城市區(qū)域水環(huán)境所能承納的最大的污染物質的負荷量。與水體的自凈能力和水質標準有密切關系。 Wi=Coi*Q*K土壤環(huán)境容量：土壤對污染物質的承受能力或負荷量。取決于污染物的性質和土壤凈化能力的大小。 Wq=Ws-B（絕對量） 或質量容量 Wq=M（Ws-B） （四）、城市環(huán)境問題（第十章詳講）第二節(jié) 生態(tài)因子作用分析一、生態(tài)因子(ecological factors)生態(tài)因子：指環(huán)境中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。五大類因子 氣候因子:如溫度、水分、光照、風、氣壓和雷電等 土壤因子:如土壤結構、土壤成分的理化性質等 地形因子:如陸地、海洋、海拔、山脈的走向與坡度等 生物因子:包括動物、植物和微生物之間的相互作用 人為因子:人類活動對自然的破壞及對環(huán)境的污染二、生態(tài)因子作用的一般特征1綜合作用2. 非等價性3不可替代性和互補性4. 階段性5. 直接作用與間接作用 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 2非等價性在眾多生態(tài)因子中必有一個或幾個因子起決定性的作用，這個因子稱為主導因子；對植物起作用的諸多因子是非等價的，其中有12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。3.不可替代性和互補性不可替代性：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)目諝庋a償作用：但某一因子的數(shù)量不足，有時可以由其他因子來補償。但只能是在一定范圍內(nèi)作部分補償。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2濃度的增加得到補償。4階段性植物在生長發(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。5. 直接作用與間接作用直接因子：直接對生物發(fā)生影響的生態(tài)因子間接因子：通過影響直接因子而對生物發(fā)生影響三、生態(tài)因子作用的基本原理1、最小因子定律”(Liebigs law of minimum) (1840,德國) 植物的生長取決于那些處于最低量的營養(yǎng)元素，這些處于最低量的營養(yǎng)元素稱最小因子。兩個補充條件（Odum,1973）：1）嚴格的穩(wěn)定狀態(tài)2）因子補償作用。案例：低溫對非洲蜂分布的限制2. 耐受性定律(Shelfords law of tolerance)(1913，美國)生物的生存與繁殖需要依賴環(huán)境中的多種環(huán)境因子的存在，而且生物有機體對環(huán)境因子的耐受性有一個上限和下限，任何因子不足或過多，接近或超過了某種生物的耐受限度，該種生物的生存就會受到影響，甚至滅絕。 上下限之間是植物對這種生態(tài)因子的耐受范圍，可以用鐘形耐受曲線表示。生物種的耐受性限度圖解（仿Smith,1980）生態(tài)幅 (ecological amplitude）概念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)之間的范圍就稱為生態(tài)幅 (ecological amplitude) 。類型劃分廣溫性(eurythermal 窄溫性(stenothermal)廣水性(euryhydric)窄水性(stenohydric)廣鹽性(euryhaline)窄鹽性(stenohaline)廣食性(euryphagic)窄食性(stenophagic)廣光性(euryphotic)窄光性(stenophotic) Shelford耐受性定律的特點（1）每一種生物對不同生態(tài)因子的耐受性不同，而且會隨年齡、季節(jié)、棲息地等不同而變化。（2）生物的耐受限度隨不同生長發(fā)育階段而變化。（3）不同生物種，對同一生態(tài)因子耐受范圍不同。（4） 生物對某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時，對其它生態(tài)因子的耐受限度也下降。（5）生物對某一特定生態(tài)因子來說往往并不是在最適的地方生活。（6）繁殖期常常是一個臨界期馴 化馴化：生物在實驗自然條件下，誘發(fā)的生理補償變化，導致該