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(yè)/共67頁(yè)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(gè)體和群體生活地段上的生態(tài)環(huán)境第2頁(yè)/共67頁(yè)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(yáng)輻射等。人工環(huán)境：指人類在開發(fā)利用、干預(yù)改造自然環(huán)境的過(guò)程中構(gòu)造出來(lái)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(yè)/共67頁(yè)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(dòng)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(dòng)物、微生物等城市人工環(huán)境：房屋、道路、管線、基礎(chǔ)設(shè)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(yè)/共67頁(yè)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(chǎng)空間和綠地空地空間4.城市環(huán)境污染特征：熱島效應(yīng)等第5頁(yè)/共67頁(yè)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(shí)間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫第6頁(yè)/共67頁(yè)2009,武漢市11個(gè)“熱點(diǎn)”2010,我市中心城區(qū)有12個(gè)“最熱”點(diǎn)第7頁(yè)/共67頁(yè)㈢城市的環(huán)境問(wèn)題城市環(huán)境問(wèn)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(yán)重等。我國(guó)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(yè)/共67頁(yè)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(duì)植物生長(zhǎng)、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(gòu)成植物的生態(tài)環(huán)境。道本邁爾將生態(tài)因子分為七個(gè)項(xiàng)目：光、溫度、空氣、火、土壤、水、生物

第9頁(yè)/共67頁(yè)生態(tài)因子作用的特征綜合作用主導(dǎo)因子作用不可替代性和補(bǔ)償性作用階段性作用直接作用和間接作用第10頁(yè)/共67頁(yè)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(huì)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(guān)系第11頁(yè)/共67頁(yè)2．主導(dǎo)因子作用（非等價(jià)性）主導(dǎo)因子：在諸多的環(huán)境因子中，有一個(gè)或幾個(gè)對(duì)植物起決定性作用的生態(tài)因子。

對(duì)植物起作用的諸多因子是非等價(jià)的，其中有1~2個(gè)是起主要作用的主導(dǎo)因子。主導(dǎo)因子的改變常會(huì)引起其他生態(tài)因子發(fā)生明顯變化或使植物的生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)生明顯變化，如光周期現(xiàn)象中的日照時(shí)間和植物春化階段的低溫因子就是主導(dǎo)因子。第12頁(yè)/共67頁(yè)3.不可替代性和補(bǔ)償作用不可替代性：生態(tài)因子雖非等價(jià)，但都不可缺少，一個(gè)因子的缺失不能由另一個(gè)因子來(lái)代替。如種子發(fā)芽試驗(yàn)：成熟種子+溫度+無(wú)水成熟種子+溫度+過(guò)多水分成熟種子+恰當(dāng)?shù)臏囟?恰當(dāng)?shù)乃?適當(dāng)?shù)目諝獾?3頁(yè)/共67頁(yè)4．階段性作用植物在生長(zhǎng)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(qiáng)度。例如低溫對(duì)冬小麥的春化階段是必不可少的，但在其后的生長(zhǎng)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(yè)/共67頁(yè)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(diǎn)補(bǔ)充：利比希最小因子定律只有在嚴(yán)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(shí)，才能應(yīng)用。應(yīng)用最小因子法則的時(shí)候，必須考慮到各種因子之間的相互關(guān)系。第15頁(yè)/共67頁(yè)耐受性定律（lawoftolerance）：Shelford在最小因子定律和限制因子的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。任何一個(gè)生態(tài)因子在數(shù)量上或質(zhì)量上的不足或過(guò)多，即當(dāng)其接近或達(dá)到某種生物的耐受限度時(shí)會(huì)使該物種生物衰退或不能生存。

第16頁(yè)/共67頁(yè)生態(tài)幅

每一種生物對(duì)每一種生態(tài)因子都有一個(gè)耐受范圍，即有一個(gè)生態(tài)上的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)（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(jià)（ecologicalvalence）。第17頁(yè)/共67頁(yè)在Shelford以后，許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，并對(duì)耐受性定律作了發(fā)展：每種生物對(duì)不同生態(tài)因子的耐受范圍存在差異。生物在整個(gè)個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，對(duì)環(huán)境因子的耐受限度是不同的。不同的生物種，對(duì)同一生態(tài)因子的耐受性是不同的。生物對(duì)某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時(shí)，對(duì)其他生態(tài)因子的耐受限度也下降。

第18頁(yè)/共67頁(yè)第19頁(yè)/共67頁(yè)2.能量環(huán)境ClimateTemperatureWindfire第20頁(yè)/共67頁(yè)2.1.1地球上光的分布紫外線（＜380nm）9%、可見(jiàn)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(yáng)高度角坡向植被水體中2.1光的生態(tài)作用及生物對(duì)光的適應(yīng)第21頁(yè)/共67頁(yè)不同緯度處的日照長(zhǎng)度

各種波長(zhǎng)的光穿過(guò)蒸餾水時(shí)的強(qiáng)度變化

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

特征陽(yáng)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(dá)較多發(fā)達(dá)茂盛較大、薄不發(fā)達(dá)較少不發(fā)達(dá)

生理特征

細(xì)胞汁液濃度蒸騰作用CO2補(bǔ)償點(diǎn)的光強(qiáng)度光合作用的光飽和點(diǎn)RuDP羧化酶以干重計(jì)的葉綠素可溶性蛋白（=酶）++++高高++++++++低低++++

陰地植物與陽(yáng)地植物葉的比較

第26頁(yè)/共67頁(yè)第27頁(yè)/共67頁(yè)2.1.4生物對(duì)光周期的適應(yīng)(1)植物對(duì)光周期的適應(yīng)長(zhǎng)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(dòng)物對(duì)光周期的適應(yīng)行為上：換羽與換毛、遷徙、生理上：繁殖和昆蟲的滯育長(zhǎng)日照動(dòng)物（longdayanimal）短日照動(dòng)物（shortdayanimal）第28頁(yè)/共67頁(yè)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(guān)系與經(jīng)度的關(guān)系與海拔的關(guān)系與地貌與地形的關(guān)系在土壤中在水體中與植被的關(guān)系第29頁(yè)/共67頁(yè)典型溫帶深湖水溫垂直分布的季節(jié)變化

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

常溫動(dòng)物變溫動(dòng)物外溫動(dòng)物內(nèi)溫動(dòng)物

第31頁(yè)/共67頁(yè)2.2.3生物對(duì)溫度的適應(yīng)1.溫度對(duì)生物發(fā)育和生長(zhǎng)速度的影響

發(fā)育閾溫度（developmentalthresholdtemperature）或生物學(xué)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(yè)/共67頁(yè)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(guān)系2.馴化與氣候馴化第33頁(yè)/共67頁(yè)2.2.4生物對(duì)極端環(huán)境溫度的適應(yīng)1.植物對(duì)低溫的適應(yīng)

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(dòng)物對(duì)低溫的適應(yīng)

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(yè)/共67頁(yè)3，植物對(duì)高溫的適應(yīng)

形態(tài)上：絨毛、木栓層4，動(dòng)物對(duì)高溫的適應(yīng)

行為上：躲避

生理上：降低水含量，加強(qiáng)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(yè)/共67頁(yè)2.2.5生物對(duì)周期性變溫的適應(yīng)

植物：春花秋實(shí)

動(dòng)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(yè)/共67頁(yè)2.3風(fēng)對(duì)生物的作用及防風(fēng)林2.3.1風(fēng)對(duì)生物生長(zhǎng)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(dòng)物形態(tài)：表皮致密第37頁(yè)/共67頁(yè)2.3.2風(fēng)的間接作用洋流（海流）引起海流運(yùn)動(dòng)的因素可以是風(fēng)，也可以是熱鹽效應(yīng)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(yè)/共67頁(yè)補(bǔ)充：科里奧利效應(yīng)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(yùn)動(dòng)的物體，無(wú)論朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，都會(huì)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(yīng)。第39頁(yè)/共67頁(yè)颶風(fēng)：美國(guó)國(guó)家颶風(fēng)中心的資料顯示，颶風(fēng)與臺(tái)風(fēng)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(fēng)速分級(jí)，風(fēng)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(fēng)暴。

達(dá)到33米／秒以上時(shí)，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(fēng)，太平洋西部稱為臺(tái)風(fēng)，印度洋稱為旋風(fēng)。第40頁(yè)/共67頁(yè)第41頁(yè)/共67頁(yè)2.3.3防風(fēng)林防風(fēng)林的主要作用是降低風(fēng)速，防風(fēng)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(zāi)害的危害。防風(fēng)林最好是喬木和灌木混交栽植。第42頁(yè)/共67頁(yè)第43頁(yè)/共67頁(yè)2.4火因子林冠火（crownfire）與地面火（surfacefire）火的有益作用：變有機(jī)為無(wú)機(jī)，減少競(jìng)爭(zhēng)，種子傳播火的有害作用：群落破壞，生物多樣性下降，土壤結(jié)構(gòu)改變第44頁(yè)/共67頁(yè)3物質(zhì)環(huán)境WaterAtmosphereSoil第45頁(yè)/共67頁(yè)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(kù)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(yè)/共67頁(yè)1.空間上的分布

緯度

經(jīng)度

地貌2.時(shí)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(cè)緯度0-20°降雨量最大，年達(dá)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(tuán)相交形成氣旋雨，致使年降雨量超過(guò)25cm，成為中緯度濕潤(rùn)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(zhǎng)江流域?yàn)?000—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(yè)/共67頁(yè)3.2生物對(duì)水環(huán)境的適應(yīng)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(duì)水的生態(tài)適應(yīng)性

沉水植物浮游植物挺水植物田間持水量第48頁(yè)/共67頁(yè)第49頁(yè)/共67頁(yè)第50頁(yè)/共67頁(yè)紅樹林紅樹林系指生長(zhǎng)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。“紅樹林”名稱的由來(lái)，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(lái)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(zhǎng)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(yè)/共67頁(yè)第52頁(yè)/共67頁(yè)第53頁(yè)/共67頁(yè)2動(dòng)物對(duì)水的生態(tài)適應(yīng)

形態(tài)上

生理上

節(jié)肢動(dòng)物體表角質(zhì)層及蠟質(zhì)層、爬行動(dòng)物體表的鱗片、昆蟲氣孔的開放與關(guān)閉、多數(shù)陸生動(dòng)物呼吸具有逆流交換的機(jī)理等。亨利氏袢越長(zhǎng)（相應(yīng)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(dòng)物在蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物的排泄上也表現(xiàn)出陸地適應(yīng)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(dòng)物對(duì)水的適應(yīng)性（2）水生動(dòng)物對(duì)水的生態(tài)適應(yīng)性

淡水水域海水水域第54頁(yè)/共67頁(yè)3.3大氣及其生態(tài)作用第55頁(yè)/共67頁(yè)氧氣——低氧二氧化碳第56頁(yè)/共67頁(yè)3.4SOIL第57頁(yè)/共67頁(yè)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(yíng)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(chǔ)。在土壤中進(jìn)行的兩個(gè)最重要的生態(tài)過(guò)程是分解和固氮過(guò)程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動(dòng)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(yíng)養(yǎng)物儲(chǔ)存場(chǎng)所；是動(dòng)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(wú)論對(duì)植物或動(dòng)物都是重要的生態(tài)因子，是人類重要的自然資源。第58頁(yè)/共67頁(yè)

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(fù)合系統(tǒng)。固體包括無(wú)機(jī)顆粒與有機(jī)物。土壤固相顆粒是土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，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(jié)構(gòu)組成土壤的各種大小顆粒按直徑可分為粗砂，細(xì)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(yè)/共67頁(yè)

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(jī)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(guò)少時(shí)，植物受干旱威脅，并由于好氣性細(xì)菌氧化過(guò)于強(qiáng)烈，使土壤有機(jī)質(zhì)貧瘠。土壤水分過(guò)多，引起有機(jī)質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機(jī)酸，對(duì)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(dòng)物的生存與分布。第60頁(yè)/共67頁(yè)

3.土壤空氣土壤空氣主要來(lái)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(dòng)物可向土壤表層移動(dòng)選擇適宜的場(chǎng)所。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴(kuò)散和交換的方式不斷進(jìn)入地面空氣層，供植物葉利用，另一部分直接為根系吸收。