环境生态学概论课件(1)

1、ECOLOGY环境生态学主讲：建筑与景观设计学院 曹灿景主要参考书目1尚玉昌 著生态学概论，北京大学出版社2003-2。2同济大学 编城市环境保护，中国建筑工业出版社。3毛文永 编生态环境影响评价概论，中国环境科学出版社 1998-5。4周曦 编生态设计新论，东南大学出版社 2003-6。5.环境生态学化学工业出版社 2003-8。6. 戴天兴 城市环境生态学，中国建材工业出版社，2004-2。 课程总体介绍 我们面临的生态环境问题日益严重，生态环境涉及到所有的自然资源的开发利用与保护，也关系到人类的基本生存条件与发展前景。为了适应形势的需求，我们开设了环境生态学这门课程。生态环境设计是以生态

2、学为基础，从生态的角度研究城市居民与城市环境之间的相互关系，从而设计出合理的生态环境，使人类更好地生存。 教学目的 几千年的传统观念影响了人们对生态环境的认识，限制了人们的正确思想与行动，竞争性地使用和开采生态环境资源，已经使环境问题变得非常普遍与严重，保护生态环境已经成为每一个人的义务。学习环境艺术设计专业，更要尽快的系统掌握环境生态学知识，形成牢固的保护生态环境的观念，以指导设计，这是现代设计工作者义不容辞的责任。 学习环境生态学的意义21世纪面临的许多世界性难题，大都与生态环境有关：人口膨胀 粮食紧张 环境污染 能源不足 资源紧缺 遗传疾病环境生态学与自然资源的利用、人类生存环境问题高度

3、相关，学习环境生态学将影响着人们的世界观、道德观和价值观。尤其是在生态环境遭到严重破坏的今天，学习环境生态学尤为重要和必要，环境生态学更是生态设计必不可少的知识。生态意识、生态艺术、生态运动、生态伦理。 多样化的世界才是稳定的、可持续的、美好的！第一章 环境生态学概论第一节 环境生态学有关概念一、生态学的概念、起源与发展 二、环境与环境问题三、环境生态学的概念第二节 环境生态学基础一、与生态学相关学科二、生态学等级单元三、生态平衡 四、环境的自净作用课程概要第二章 世界环境生态问题 与可持续发展第一节 人类生存面临的环境问题第二节 中国的环境问题第三节 可持续发展第三章 城市生态规划与生态城市

4、建设第一节 城市生态系统第二节 城市生态规划第三节 城市生态建设第四节 城市生态绿地规划 第四章 生态建筑1.生态建筑的概念2.生态建筑的基本特征3.生态建筑空间处理4.生态建筑发展动向5.生态建筑实例赏析 教学方法讲授法、提问法、讨论法、赏析法、作业法。 考核方法平时成绩（考勤+提问=50%）+作业成绩（50%）第一节 环境生态学相关概念一、生态学的概念、起源与发展 二、环境与环境问题三、环境生态学的概念第一章 环境生态学基础 一、生态学概念、起源与发展 当今人们在人与自然关系上及经济社会发展过程中使用频率较高的一些概念，如生态设计、生态问题、生态平衡、生态危机、生态意识等，都是与生态学密切

5、相关的。 （一）生态学的概念与起源 生态学来源于生物学，是生物学的基础学科之一。生物学(biology)是研究生物的结构、功能、发生和发展规律的科学，包括动物学、植物学、微生物学、古生物学等。 英语biology（is the study of life）兼有“生物学”与“生态学”的两个含义。 生态学ecology这个词，来自希腊语“oikos”与“logos”。前者意为house或household( Nature 居住地、隐蔽所、家庭)，后者意为学科研究。 代表人物观点： EHaeckel 生态学是研究生物及环境间相互关系的科学。（生物包括动物、植物、微生物及人类本身。）E.P. Odum

6、（1956） 生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。 马世骏（1980） 生态学是研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学。 生态学是研究生物之间、生物与环境之间的相互关系的科学。1.生态学思想的萌芽公元16世纪以前，在我国就已经有了关于生态学思想的书，例如：公元前1200年 尔雅；公元前200年管子“地员篇”；公元前100年前后，农历确立了24节气，同时禽经一书（鸟类生态）问世。在欧洲：公元前285年也有类似著作问世。（二）生态学的发展阶段 老子：人法地，地法天，天法道，道法自然。 “天人合一”孔子：法水 “仁者乐山，智者乐水”，“人者仁也，仁者生也。”荀子：节用裕民，节流开源

7、。董仲舒：阴阳、五行，天人感应。 中国的艺术也与自然有密切的关系，中国有山水画、花鸟画，诗歌有山水田园诗歌，中国的园林艺术基本上是对自然的模仿。 在古代，中国文人“达则兼济天下，穷则退隐山林”，过自然的生活是许多文人雅士的愿望。 陶渊明甚至把世俗生活比做牢笼，认为回归自然生活是“久在樊笼里，复得返自然”。2.生态学的形成 欧洲文艺复兴时期开始，欧洲科学探索活动再度兴起，崇尚科学调查与科学实验。一些生态学的理论开始形成，生态学达到一呼即出的境地。生态学来源于生物学，是生物学的基础学科之一。英语biology就兼有“生物学”与“生态学”的两个含义。 1866年Heackel 提出Ecology一词

8、，并首次明确生态学的定义。（20世纪初至20世纪50年代）：出版了生态学著作与教科书 C.Cowels(1910)发表的生态学；F.E.Chements(1907)发表的生态学及生理学；前苏联苏卡切夫的植物群落学（1908）、生物地理群落学与植物群落学（1945）；A.G.Tamsley(1911)发表的英国的植被类型等；R.N.Chapman(1931)的动物生态学；中国费鸿年（1937）的动物生态学。特别是W.C.Alle（1949）等的动物生态学原理出版，被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。3.生态学的发展 （20世纪60年代至今） 生态学以人类生存环境为中心 ，深入到自然科学和社会（

9、人文）科学中，形成各自的分支学科。渗入到人类社会各种活动甚至思维和意识中。形成的主要学派 北欧学派：以注重群落结构分析为特点。代表人物： G. E . Du Rietz法瑞学派：注重群落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是 J.Braum-Blanquet英美学派：以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley前苏联学派：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb4.现代生态学的发展趋势（1）更加往宏观的方向发展：个体生态学、种群生态学、生态系统、生物圈、全球生态学（能量和物质的流动无国界）。（2）广泛应用系统理论（系统生态学）：建立系统的仿真模型，仿真生态

10、系统的行为和各种管理措施。应用最优化原理来控制和管理生态系统。（3）与社会科学（尤其是经济学）的结合：生态经济学。（4）应用生态学：生态工程，生态技术，生态建设，生态管理。（5）量化生态学：植被的聚类分析、排序技术，物种的多样性研究，信息生态学 二、环境的相关概念与环境问题环境的本义是指周围的境况。 中华人民共和国环境保护法：环境，指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气，水，海洋，土地，矿藏，森林，草原，野生动物，自然遗迹，人文遗迹，自然保护区，风景名胜区，城市和乡村等。 在生物科学中，环境指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物

11、群体生存的一切事物的总和。 环境总是针对某一特定主体或中心而言的，离开了这个主体或中心也就无所谓环境，因此环境只具有相对的意义。 在环境科学中，人类是主体，环境是指围绕着人类的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。（一）环境的类型环境包括自然环境和人工环境。1.自然环境 是人类出现之前就出现的，是人类目前赖以生存的自然条件和自然资源的总称。是直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体。2.人工环境 狭义上是指人类根据生产、生活、科研、文化、医疗等需要而创造的环境空间，如人工气候室、无尘车间、温室、密封舱、各种建筑、人工园林等。广义上则是指由于人类活动

12、而形成的环境要素，包括由于人工形成的物质、能量和精神产品以及由人类活动过程中所形成的人与人之间的关系（也称之为社会环境，包含物质、精神、社会关系3个层面）。我们现在研究的环境是围绕着人类活动而展开的，在时间上随人类社会的发展而发展，在空间上随人类活动领域的扩张而扩张。环境是个系统，这个系统又因分析的角度不同而有不同的划分方法。从人类和环境相互作用的角度，由小到大可分为：聚落环境、地理环境、地质环境和星际环境。聚落环境是人类聚居的地方，也是与人类活动关系最为密切、最直接的环境，他们是人工环境占优势的生存环境。它可分为院落环境、村落环境和城市环境。地理环境是指围绕人类的自然现象的总体。它具备人类生

13、存的三大条件：常温常压的物理条件，适当的化学条件和繁茂的生物条件。当今的地理环境概念，不仅包括自然地理环境，还包括人文地理环境，主要是指人类的社会、文化和生产生活活动的地域组合，包括人口、民族、聚落、政治、经济、交通、军事、社会行为等许多成分。他们构成的圈层，称为人文圈。地质环境指地理环境中除去生物圈以外的其余部分。星际环境指大气圈以外的宇宙环境空间。 （二）环境要素的概念与属性1.环境要素，又称环境基质，是构成人类生存环境整体的各个独立的、性质不同而又服从整体演化规律的基本物质组分。环境要素可分为自然环境要素和人工环境要素。其中自然环境要素通常指水、大气、生物、岩石、土壤等。 2.环境要素的

14、基本属性（1）最差(小)因子限制率 整体环境的质量，不能由环境诸要素的平均状态决定，而是受环境诸要素中那个与最优状态差距最大的要素所控制。 环境诸要素中处于“最低状态”的那个要素，不能用其余处于良好状态的要素去替代、去弥补。 改进环境质量时，必须对环境诸要素的优劣状态进行数值分类，遵循由差到优的顺序依次改进，使之均衡的达到最佳状态。（2）等值性 各个环境要素，无论他们在规模或数量上有何不同，但只要是一个独立的要素，那么他们对于环境的限制作用并没有本质的差别。 各个环境要素对于环境质量的限制，在他们处于最差状态时，具有等值性。（3）整体性大于各个个体之和 一个环境的性质，不等于组成该环境的诸要素

15、性质简单相加之和，而是比“和”丰富的多、复杂的多，即：环境的整体性大于环境诸要素之和。环境诸要素相互联系、相互作用产生的整体效应，是在个体效应基础上的质的飞跃。 （4）相互联系又相互依存 环境诸要素在地球演化史上的出现，有先后之别，但他们又相互联系，相互依存。 从演化的意义上看，某些要素蕴育着其它要素，如岩石圈的形成为大气的出现提供了条件，岩石圈和大气圈的存在又为水圈的产生提供了条件，岩石圈、大气圈和水圈蕴育了生物圈，而生物圈又会影响岩石圈、大气圈和水圈的变化。 （三）环境的功能环境的功能指以相对稳定的有序结构构成的环境系统为人类和其他生命体的生存发展所提供的有益用途和相应价值。1.空间功能环

16、境能提供供人类和其他生物栖息、生长、繁衍的场所，且这种场所是适合他们生存发展的。2.营养功能这是广义的营养，包括环境提供的人类和其他生物生长、繁衍所必须的各类的营养物质及各类资源、能源（后者主要针对人类而言）。 3.调节功能 主要指环境要素的自我恢复调节功能及对于其他要素的调节功能。 对于人类来说，当其开发利用自然环境系统的功能时，应遵循环境形成、发展、变迁的机制，尽力保护原有的环境功能，科学合理的扩大他们的功能，进而实现人与自然的和谐，否则，环境功能就会逐渐衰竭直至消灭。（四）环境的特征1.环境自身的特征环境系统是一个有时、空、量、序变化的复杂的动态系统和开放系统。系统内外存在着物质和能量的

17、变化与交换。环境外部的各种物质和能量进入系统内部，这个过程称为输入。系统内部对外界产生一定的作用，一些物质和能量排放到系统外部，这个过程称为输出。 在一定的空间尺度内，若系统的输入等于输出，就会出现平衡，称为环境平衡或生态平衡。 生态系统的组成和结构越复杂，它的稳定性就越大，越容易保持平衡。因为任何一个系统，除组成成分的特征外，各组分之间还具有相互作用的机制，这种相互作用越复杂，彼此的调节能力就越强。 2.环境对于干扰所具有的特征 （1）整体性 人类环境的各组分之间存在着相互联系，相互制约的关系，局部地区的环境污染和破坏，总会对其他地区造成影响和危害。 人类生存环境的保护，从整体上看，是没有地

18、区界限和国界的。 （2）有限性 地球的空间是有限的，人类的生存的环境有限，稳定性有限，容纳污染物的能力有限。在未受到人类干扰的情况下，环境中化学元素，物质和能量分布的正常值，称为环境本底值。环境对于进入其内部的污染物质和污染因素，具有一定的迁移、扩散、同化和异化的能力。在人类生存和自然环境不致受到危害的前提下，环境可容纳污染物的最大负荷量，称为环境容量。污染物或污染因素进入环境后，将引起一系列物理的、化学的和生物的变化，使环境达到自然净化，这种作用称为环境自净。人类产生的污染物或污染因素进入环境的量超过环境容量或环境自净能力时，就会导致环境恶化，出现环境污染。（3）不可逆性 人类的环境系统在其

19、运转过程中存在能量流动和物质循环两个过程，后一过程是可逆的，但前一过程是不可逆的，环境一旦遭到破坏，利用物质循环规律，可以实现局部的恢复，但不能彻底回到原来状态，因此整个过程是不可逆的。（4）隐显性 除了事故性污染，一般污染需要一段时间才能显现。例如：一个废电池扔到环境中，需要很长时间才能对环境造成污染。（5）持续性 事实证明，环境对于其遭受的污染和破坏，具有持续反映的特征。环境污染不仅危害当代人的健康，而且可能造成世世代代的遗传隐患。（6）灾害放大性 某方面不引人注目的环境污染与破坏，经过环境的作用以后，其危害性或灾害性，无论从深度和广度上，都会明显放大。如燃烧产生的SO2、CO2等气体，可

20、能造成酸沉降或温室效应。（五）环境问题1.环境问题的概念环境问题有狭义和广义两方面:狭义上的环境问题是由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统平衡破坏，反过来影响人类生存和发展的一切问题。广义上就是人类力和自然力引起的环境生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类生存和发展的一切客观存在的问题都是环境问题。2.环境问题的类型从引起环境问题根源可将其分为第一环境问题和第二环境问题。第一环境问题：由于自然力引起的环境问题，称为第一环境问题，也称为原生环境问题。第二环境问题：由人类因素引起的环境问题称为第二环境问题，也称次生环境问题。 第二环境问题一般可分为三种：一是不合理开发利用资源，超出环境承载能力，

21、使生态环境质量恶化或自然资源枯竭的现象。二是工业“三废”大量排放到环境中，破坏了原有的生态平衡，致使环境遭受污染和破坏。三是由于上述原因造成生物资源的破坏，而导致生物多样性丰富度的下降，大量物种灭绝或处于濒危境地。4.当前面临的主要环境问题人口问题资源问题大气环境污染海洋环境污染固体废料和有毒化学品污染生态系统简化三 环境生态学的概念（一）环境生态学 环境生态学是生态学与环境科学渗透而形成的新兴的边缘学科。 环境生态学是运用生态学理论，阐明人与环境间的相互作用及解决环境问题的生态途径；是研究人为干扰下，生态系统内的变化机理、规律和对人的反效应，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。 环境

22、生态学的目的任务：指导人与生物圈（即自然、资源与环境）的协调与发展。 （二）城市环境生态学 城市环境生态学是以生态学的理论和方法研究城市人类活动和周围环境之间的关系的一门学科，它是环境生态学的一门分支学科。 城市环境生态学以整体观点，把城市作为一个以人为中心的生态系统，在理论上着重研究其发生和发展的原因，组合分布的规律，结构和功能的关系，调节和控制的机理。（三）环境生态学发展趋势1.从静态的结构研究到动态的功能研究；2.从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；3.野外调查和室内实验相结合；4.宏观研究和微观研究相结合；5.生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；6.运用自动化测试、计算机和遥

23、感技术等现代化实验手段；7.开展国际协作。第二节 环境生态学基础 生态学的许多原理和原则在人类生产活动中与其他一些应用学科及社会科学相互渗透，产生了许多应用学科。生命科学是自然科学中最大的学科群一、与生态学相关学科分支学科最多920多门 与各类学科密切合作与交叉 与社会生活联系密切农业生态学 森林生态学渔业生态学 自然资源保护生态学污染生态学 环境生态学放射生态学 人类生态学社会生态学 人口生态学垃圾生态学 经济生态学城市生态学 景观生态学生态学已经不是生物学的分支学科，而是生物学与环境科学的交叉学科。 A领域 陆地生态学水生生态学农村生态学城市生态学森林生态学草原生态学农田生态学湖泊生态学海

24、洋生态学荒漠生态学热带生态学温带生态学寒带生态学高山生态学低地生态学 B位置个体生态学种群生态学群落生态学生态系统生态学 C 等级单元一般而言，基础生态学是以个体、种群、群落、生态系统等不同的等级单元为研究对象的。 Organism 个体Population 种群Communities 群落Ecosystems 生态系统Ecosphere 生物圈二、生态学等级单元1.个体2.种群3.群落4.生态系统 5.生物圈 1.个体生态学(autecology) 个体生态学以生物的个体为研究对象，研究它与自然环境之间的相互关系，探讨环境因子对生物个体的影响以及生物个体对环境所产生的反应。 2.种群生态学

25、种群是指一定时间、一定区域内同种个体的组合。 种群是一种特殊组合，具有独特性质、结构、机能，有自动调节大小的能力。 在自然界中一般一个种总是以种群的形式存在，与环境之间的关系也必须按种群的特征及其增长的规律来探询和分析。 种群生态学研究的主要内容是种群密度、出生率、死亡率、存在率和种群的增长规律及其调节等。 所谓群落是指多种植物、动物、微生物种群聚集在一个特定的区域内，相互联系、相互依存而组成的一个统一的整体。例如，一棵树上生存的鸟类、昆虫、真菌、苔藓等。 当群落由种群组成为新的层次结构时，产生了一系列新的群体特征，诸如群落的结构、演替、多样性、稳定性等。 3.群落4.生态系统 生态系统一词最

26、早由英国植物群落学家A.G.坦斯利于1935年首次提出。他根据前人和他本人对森林动态的研究，把物理学中的系统引入生态学，提出了生态系统的概念。（1）生态系统的概念 生态系统是指生物群落与生活环境间由于相互作用而形成的一种稳定的自然系统。 生态系统是指在一定的时间和空间内，生物和非生物成分之间，通过物质循环、能量流动和信息传递，而相互作用、相互依存所构成的统一体，是生态学的功能单位。可以简明的概括为：生态系统=生命系统+环境条件 生态系统是个十分宽泛的概念，小到含藻类的一滴水，大到整个生物圈，从结构和功能完整性角度看都可以认为是一个生态系统。 生态系统是在一个特定环境内，各种生物群体和环境之间，

27、以及他们互相之间由于不断地进行物质和能量的交换，通过物质流和能量流的连接而形成的统一整体。 （2）生态系统的组成非生物环境：一为太阳能和其他能源，水分、空气、气候和其他物理因子；二为参加物质循环的无机元素与化合物；三为有机物。生产者：生产者指能利用太阳能，将简单的无机物合成为复杂的有机物的自养生物。是生态系统所需一切能量的基础，在生态系统中处于最重要的地位。主要是绿色植物，包括水生藻类，另外还有光合细菌和化学合成细菌。消费者：消费者指直接或间接依赖并消耗生产者获取生存能量的异养生物，主要指各种动物。它们不能直接利用太阳能制造有机物，只能间接的从生产者制造的有机物中获取营养和能量。可分为初级、次

28、级、三级、四级消费者。分解者：分解者又称还原者，属于异养生物，主要是微生物、细菌、真菌、放射菌、土壤原生动物和一些小型无脊椎动物等。它们具有把复杂的有机物分解还原为简单的无机物，并将其释放还原到环境中去供生产者再利用的能力。Autotroph 自养生物basic source of food 食物基础来源 carnivores食肉动物tertiary consumers 三级消费者secondary consumers 二级消费者primary consumers 初级消费者Heterotrophs 异氧生物Herbivores 食草动物decomposers分解者carnivores食肉动物

29、 （3）生态系统的结构 形态结构：各生态系统在结构的布局上有一致性。上层阳光充足，集中分布着绿色植物的树冠或藻类，有利于光合作用，故上层又称为绿带或光合作用层。在绿带以下为异养层或分解层，又称褐带。生态系统的分层有利于生物充分利用阳光、水分、养料和空间。营养结构：生态系统之间，通过营养联系构成了生态系统的营养结构。食物链：是表示物种之间的食物组成关系，在生态学中能代表物质和能量在物种之间转移流动的情况。 各个物种被分为不同的营养层次，最底层是“生产者”，通过光合作用用水和二氧化碳等无机物合成有机物；再上层是各级“消费者”，要依赖生产者供应物质和能量；当消费者死亡以后，“分解者”会以他们的尸体为

30、食物。 食物链这个词是英国动物学家埃尔顿（Charles Sutherland Elton）于1927年首次提出的，据他自己说是受到中国俗语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”的启发。食物链包括几种类型：捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等，不同营养层的物种组成一个链条。例如：浮游生物 软体动物 鱼类 乌贼 海豹 虎鲸 食物链的概念模式：箭头显示食物的化学能量是如何通过营养水平流动或转换的。第一营养水平第二营养水平第三营养水平第四营养水平生产者：植物第一消费者：食草动物第二消费者：食肉动物第三消费者：最高食肉者 食腐者食物网：在生态系统中，一种生物一般不是固定在一条食物链上，往往同时属于数条食物链，这样生态

31、系统中的食物链相互交叉，形成复杂的网络式结构，即食物网。生态系统中的营养结构不是固定不变，而是一个动态的结构。正是通过食物链和食物网，生物与生物、生物与非生物环境才能有机的结合成一个整体。而污染物也正是通过这个系统进行扩散和富集的。浮游植物（生产者）浮游动物（一级消费者 ）鱼（二级消费者）海龟（三级消费者）细菌和真菌（分解者）沉积物经过化学分解植物的根（生产者）(4)生态系统的类型按人对生态系统的干预程度划分自然生态系统，半自然生态系统，人工生态系统按空间系统空间环境性质划分陆地生态系统，淡水生态系统，海洋生态系统 生态系统的范围没有固定的大小，如整个森林可能是一个生态系统，一个小池塘也可能是

32、一个生态系统，有时一棵大树可能就是一个生态系统。 (5)生态系统的边界 生态系统的边界一般是由于环境突然有很大变化造成的，如池塘外则不适合池塘内生物的生存，沙漠边界、水体边界、山与平原、沼泽的交界，一般都是一个生态系统和另一个生态系统的交界。 生态系统的边界不是绝对的，有很多生物可以越过边界生存，如青蛙在水中参与一个生态系统，也可以跳到岸上参与另一个生态系统。(6)生态系统实例 一棵树的生态系统，不同的生物居住在从下到上的不同区域或者层次：根部土壤与落叶层：有细菌、蚯蚓分解者，分解掉去年的叶子与果实，真菌类长在根部。 树干层：是昆虫、毛虫与幼虫的栖息地。树枝、树叶：这是蜜峰传粉与孵化，真菌生长的地方，蜂