第一章 城市环境与生态因子.doc

第一章 城市环境与生态因子一、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，最小因子定律，耐受性定律。 第一节 城市环境一、环境的概念、尺度与类型1、环境(environment)的概念环境：指生物个体或群体以外一切因素的总和。或是生物赖以生存因子的总和。环境因子：构成环境的各个因素。生物科学中，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、环境的尺度范围根据尺度范围的不同，可将自然环境分为宇宙环境、地球环境、区域环境、生境、小环境、内环境等宇宙环境(space environment)指大气层以外的宇宙空间。也称之为星际环境。宇宙环境由广阔的空间和存在其中的各种天体及弥漫物质组成，它对地球环境产生了深刻的影响。太阳辐射是地球的主要光源和热源，为地球生物有机体带来了生机，推动了生物圈这个庞大生态系统的正常运转。因而，它是地球上一切能量的源泉。太阳辐射能的变化影响着地球环境。例如，太阳黑子出现的数量同地球上的降雨量有明显的相关关系。月球和太阳对地球的引力作用产 生潮汐现象，并可引起风暴、海啸等自然灾害。地球环境(global environment)指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈，又称为全球环境，也有人称为地理环境(geoenvironment)。地球环境与人类及生物的关系尤为密切。其中生物圈中的生物把地球上各个圈层的关系密切地联系在一起，并推动各种物质循环和能量转换。区域环境(regional environment)指占有某一特定地域空间的自然环境，它是由地球表面不同地区的5个自然圈层相互配合而形成的。分自然区域环境(如森林、草原、冰川、海洋)、社会区域环境(如各级行政区、城市、工业区)、农业区域环境(如作物区、牧区、农牧交错区)、旅游区域环境(如西湖、桂林、庐山、黄山)等。生境(habitat)植物体或植物群落所居住的地方，是具体的特定地段上对植物起作用的生态因子的总和。如沙丘生境、松树生境等。植物的小环境（micro-environment）接近植物个体表面或个体表面不同部位的物理环境。体内环境(inner environment)指生物体内组织或组胞间的环境。对生物体的生长和繁育具有直接的影响。 例如，叶片内部，直接和叶肉细胞接触的气腔、气室、通气系统，都是形成内环境的场所。内环境对植物有直接的影响，且不能为外环境所代替。3、自然环境与人工环境自然环境：指生物生存居所中一切自然因子的总和。人工环境(artificial environment): 通过人为干预所形成的有别于自然状态的新环境，或称次生环境。二、城市环境（一）城市环境的组成城市环境的概念：是指影响城市人活动的各种自然的或人工的外部条件的总和。主要指城市的物理环境。组成：自然环境和人工环境。城市自然环境包括地形、地质、土壤、水文、气候、植被、动物、微生物等因素，是城市环境的基础。城市人工环境包括房屋、道路、管线、基础设施、不同用途的土地、废气、废水、废渣、噪声等因素。（二）城市环境特征1、城市环境的高度人工化是人类对自然环境影响作用最强烈、自然环境变化最大的地方。城市气候是指大都市特有且与周围郊区有异的各种气候条件。城市气候相对郊区农村气候来说是个气候岛。 例如，城市热岛、干岛、雨岛、烟霾岛、雾岛等。城市环境对城市气候的影响很大，城市气候是人类活动影响小气候的明显表现。 人造建筑因素：城市众多的砖石、钢筋水泥建筑物及沥青和水泥道路取代了天然的植被与土壤，影响了城市的气温、湿度等气候条件。 某些建筑物取代了自然地形，影响了城市局部地区的风向、风速、热量等，例如大厦、沥青及水泥路； 有些类型的建筑物则影响了雨水的径流。例如停车场、沥青及水泥路等。人口因素：城市居民大量增多，其日常生活及生产活动会增添大量热源。比如某城市举办奥运会期间，因为人口在短时间内的大量聚集导致城市内局部地区温度升高。 污染物因素：城市上空的一个特点是污染物浓度高，其中有一氧化碳、硫和氮的氧化物、多种碳氢化物、氧化剂和粉尘物质之类。其中微粒和烟尘粒等污染物对城市气候条件如气温、能见度和降雨量等都有影响。城市气候的主要表现：气温高。 以沥青、水泥和砖石等为主的下垫面具有较大导热率和热容量，房屋建筑物又增大受热面积，使城市白天吸收和积蓄更多的太阳辐射能；城市中排水迅速，下垫面大都不吸水，不透水，使耗于蒸发的热量大为减少，而耗于湍流交换的热量增加；城市生产和生活活动释放热量；城市上空由于尘粒、水汽和二氧化碳气体等的被覆作用使夜间长波辐射减少，下垫面冷却速度减慢。由于城市气温高于周围地区，使城市形成一个暖中心，称为城市热岛。 湿度低。 城市的气温高（地面蒸发少，空气相对湿度比周围地区低。 例如，东京、伦敦等市区年平均相对湿度比郊区低5左右。就绝对湿度而言，市区一般只略低于郊区。 风速小。 市区建筑物密集，增大了下垫面粗糙度，风速一般小于郊区。但是，城市中由于狭管效应造成的“弄堂风”可比自然风速大得多。 由于热岛效应，市区气压比郊区低，在没有其他天气系统影响下，大城市周围常发生由郊区向市区辐合的特殊风系，这种风系称为热岛环流或乡村风。但是，当自然风速较大时，这种风便被破坏而消失。 太阳辐射弱。 由于市区大气中含有大量尘粒，使年平均太阳辐射总量约比郊区减少1520。高纬度冬季阳光斜射，这种影响尤其严重，使市区的紫外线比郊区甚至少30，日照时数大约减少515。 能见度差。 城市大气中含有大量尘粒，大气凝结核浓度大，雾日多，使市区大气能见度降低。 例如，上海有雾时，郊区相对湿度一般在98以上，而市区雾中仅8086。但是另一方面，市区凝结核多，不易形成大水滴，因此浓雾日数反有减少。 降水多。 城市热岛效应增强了空气的热对流，下垫面粗糙度大，增强大气湍流，使市区上升气流加强，加之城市大气中起冰核作用的凝结核多，这些都有利于增加城市的降水。 2、城市环境的空间特征城市环境呈现出一定的平面和立面特征，这是城市环境各组成要素在城市平面和高度上有形的表现。3、城市环境的地域层次特征根据其呈现出的以不同活动为中心事物的物质环境的地域分异，可划分出与一定活动相联系的地域子环境，如居住环境（区）、工业环境（区）和商业环境（区）等，其下还可细分出具体的用地。根据城市环境人工化程度的不同，可分出三种典型特征空间：建筑空间、道路广场空间和绿地空地空间，后两者又常称为开阔空间。4、城市环境污染特征在不大的空间里建立了大量的人类技术物质（建筑物、桥梁和其他设施等），集中了大量的人口、物质和能源，并产生了大量的污染物质等，所有这些使得城市环境的自我调节净化能力下降，容易出现环境污染，给城市居民的生活和健康带来危害。（三）城市环境容量1、环境容量与环境污染环境容量：指某一环境在自然生态的结构和正常功能不受损害，人类生存环境质量不下降的前提下，能容纳污染物的最大负荷量。其大小与环境空间的大小、各环境要素的特性和净化能力、污染物的理化性质有关。如环境中污染物的量超过了环境可承受或技术因素能净化的量时，就可以说是超负荷，就会产生环境污染；或某一城市中，当人口超过了城市所能提供的设施保障能力时，就会出现人口危机。环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。 2、城市环境容量概念：在一定时空范围内，及一定的经济条件下，能满足城市人口各种活动的人口最大容许限度（量）影响因素包括：城市自然环境因素、城市物质因素、经济技术因素3、城市环境容量类型：大气环境容量：在满足大气环境目标值的条件下，某区域大气环境所能承纳污染物的最大能力，或所能允许排放的污染物的总量。大小取决于该区域内大气环境的自净能力以及自净介质的总量。 水环境容量：在满足城市居民安全卫生使用城市水资源的前提下，城市区域水环境所能承纳的最大的污染物质的负荷量。与水体的自净能力和水质标准有密切关系。 Wi=Coi*Q*K土壤环境容量：土壤对污染物质的承受能力或负荷量。取决于污染物的性质和土壤净化能力的大小。 Wq=Ws-B（绝对量） 或质量容量 Wq=M（Ws-B） （四）、城市环境问题（第十章详讲）第二节 生态因子作用分析一、生态因子(ecological factors)生态因子：指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。五大类因子 气候因子:如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 土壤因子:如土壤结构、土壤成分的理化性质等 地形因子:如陆地、海洋、海拔、山脉的走向与坡度等 生物因子:包括动物、植物和微生物之间的相互作用 人为因子:人类活动对自然的破坏及对环境的污染二、生态因子作用的一般特征1综合作用2. 非等价性3不可替代性和互补性4. 阶段性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非等价性在众多生态因子中必有一个或几个因子起决定性的作用，这个因子称为主导因子；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.不可替代性和互补性不可替代性：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。4阶段性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. 直接作用与间接作用直接因子：直接对生物发生影响的生态因子间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响三、生态因子作用的基本原理1、最小因子定律”(Liebigs law of minimum) (1840,德国) 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。两个补充条件（Odum,1973）：1）严格的稳定状态2）因子补偿作用。案例：低温对非洲蜂分布的限制2. 耐受性定律(Shelfords law of tolerance)(1913，美国)生物的生存与繁殖需要依赖环境中的多种环境因子的存在，而且生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，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。 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。生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980）生态幅 (ecological amplitude）概念每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，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)之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 。类型划分广温性(eurythermal 窄温性(stenothermal)广水性(euryhydric)窄水性(stenohydric)广盐性(euryhaline)窄盐性(stenohaline)广食性(euryphagic)窄食性(stenophagic)广光性(euryphotic)窄光性(stenophotic) Shelford耐受性定律的特点（1）每一种生物对不同生态因子的耐受性不同，而且会随年龄、季节、栖息地等不同而变化。（2）生物的耐受限度随不同生长发育阶段而变化。（3）不同生物种，对同一生态因子耐受范围不同。（4） 生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其它生态因子的耐受限度也下降。（5）生物对某一特定生态因子来说往往并不是在最适的地方生活。（6）繁殖期常常是一个临界期驯 化驯化：生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化，导致该