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(diǎn)）和城市環(huán)境（重點(diǎn)） 識(shí)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(shí)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(gè)體或群體以外一切因素的總和?；蚴巧镔囈陨嬉蜃拥目偤?。環(huán)境因子：構(gòu)成環(huán)境的各個(gè)因素。生物科學(xué)中，以生物為主體，環(huán)境是生物個(gè)體或群體以外的 一切因素總和。環(huán)境科學(xué)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(zhì)組成，它對(duì)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(jī)體帶來了生機(jī)，推動(dòng)了生物圈這個(gè)龐大生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。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(guān)關(guān)系。月球和太陽對(duì)地球的引力作用產(chǎn) 生潮汐現(xiàn)象，并可引起風(fēng)暴、海嘯等自然災(zāi)害。地球環(huán)境(global environment)指大氣圈中的對(duì)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(guān)系尤為密切。其中生物圈中的生物把地球上各個(gè)圈層的關(guān)系密切地聯(lián)系在一起，并推動(dòng)各種物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)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(gè)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(huì)區(qū)域環(huán)境(如各級(jí)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(cuò)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(duì)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(gè)體表面或個(gè)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(duì)生物體的生長(zhǎng)和繁育具有直接的影響。 例如，葉片內(nèi)部，直接和葉肉細(xì)胞接觸的氣腔、氣室、通氣系統(tǒng)，都是形成內(nèi)環(huán)境的場(chǎng)所。內(nèi)環(huán)境對(duì)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(yù)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(dòng)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(zhì)、土壤、水文、氣候、植被、動(dòng)物、微生物等因素，是城市環(huán)境的基礎(chǔ)。城市人工環(huán)境包括房屋、道路、管線、基礎(chǔ)設(shè)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(duì)自然環(huán)境影響作用最強(qiáng)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(duì)郊區(qū)農(nóng)村氣候來說是個(gè)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(duì)城市氣候的影響很大，城市氣候是人類活動(dòng)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(fēng)向、風(fēng)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(chǎng)、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(dòng)會(huì)增添大量熱源。比如某城市舉辦奧運(yùn)會(huì)期間，因?yàn)槿丝谠诙虝r(shí)間內(nèi)的大量聚集導(dǎo)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(gè)特點(diǎn)是污染物濃度高，其中有一氧化碳、硫和氮的氧化物、多種碳?xì)浠?、氧化劑和粉塵物質(zhì)之類。其中微粒和煙塵粒等污染物對(duì)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(dǎo)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(dòng)釋放熱量；城市上空由于塵粒、水汽和二氧化碳?xì)怏w等的被覆作用使夜間長(zhǎng)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(gè)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(duì)濕度比周圍地區(qū)低。 例如，東京、倫敦等市區(qū)年平均相對(duì)濕度比郊區(qū)低5左右。就絕對(duì)濕度而言，市區(qū)一般只略低于郊區(qū)。 風(fēng)速小。 市區(qū)建筑物密集，增大了下墊面粗糙度，風(fēng)速一般小于郊區(qū)。但是，城市中由于狹管效應(yīng)造成的“弄堂風(fēng)”可比自然風(fēng)速大得多。 由于熱島效應(yīng)，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(fēng)系，這種風(fēng)系稱為熱島環(huán)流或鄉(xiāng)村風(fēng)。但是，當(dāng)自然風(fēng)速較大時(shí)，這種風(fēng)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(yán)重，使市區(qū)的紫外線比郊區(qū)甚至少30，日照時(shí)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(jié)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(shí)，郊區(qū)相對(duì)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(jié)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(yīng)增強(qiáng)了空氣的熱對(duì)流，下墊面粗糙度大，增強(qiáng)大氣湍流，使市區(qū)上升氣流加強(qiáng)，加之城市大氣中起冰核作用的凝結(jié)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?qū)哟翁卣鞲鶕?jù)其呈現(xiàn)出的以不同活動(dòng)為中心事物的物質(zhì)環(huán)境的地域分異，可劃分出與一定活動(dòng)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(xì)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(chǎng)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(shù)物質(zhì)（建筑物、橋梁和其他設(shè)施等），集中了大量的人口、物質(zhì)和能源，并產(chǎn)生了大量的污染物質(zhì)等，所有這些使得城市環(huán)境的自我調(diào)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(jié)構(gòu)和正常功能不受損害，人類生存環(huán)境質(zhì)量不下降的前提下，能容納污染物的最大負(fù)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(zhì)有關(guān)。如環(huán)境中污染物的量超過了環(huán)境可承受或技術(shù)因素能凈化的量時(shí)，就可以說是超負(fù)荷，就會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染；或某一城市中，當(dāng)人口超過了城市所能提供的設(shè)施保障能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)人口危機(jī)。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(zhì)或能量，從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對(duì)人類的生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財(cái)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(shí)空范圍內(nèi)，及一定的經(jīng)濟(jì)條件下，能滿足城市人口各種活動(dòng)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(zhì)因素、經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(biāo)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(zhì)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(zhì)的負(fù)荷量。與水體的自凈能力和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有密切關(guān)系。 Wi=Coi*Q*K土壤環(huán)境容量：土壤對(duì)污染物質(zhì)的承受能力或負(fù)荷量。取決于污染物的性質(zhì)和土壤凈化能力的大小。 Wq=Ws-B（絕對(duì)量） 或質(zhì)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(duì)生物生長(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。五大類因子 氣候因子:如溫度、水分、光照、風(fēng)、氣壓和雷電等 土壤因子:如土壤結(jié)構(gòu)、土壤成分的理化性質(zhì)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(dòng)物、植物和微生物之間的相互作用 人為因子:人類活動(dòng)對(duì)自然的破壞及對(duì)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(jià)性3不可替代性和互補(bǔ)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(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 2非等價(jià)性在眾多生態(tài)因子中必有一個(gè)或幾個(gè)因子起決定性的作用，這個(gè)因子稱為主導(dǎo)因子；對(duì)植物起作用的諸多因子是非等價(jià)的，其中有12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。3.不可替代性和互補(bǔ)性不可替代性：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)因子來代替。如種子發(fā)芽試驗(yàn)： 成熟種子+溫度+無水 成熟種子+溫度+過多水分 成熟種子+恰當(dāng)?shù)臏囟?恰當(dāng)?shù)乃?適當(dāng)?shù)目諝庋a(bǔ)償作用：但某一因子的數(shù)量不足，有時(shí)可以由其他因子來補(bǔ)償。但只能是在一定范圍內(nèi)作部分補(bǔ)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(bǔ)償。4階段性植物在生長(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。5. 直接作用與間接作用直接因子：直接對(duì)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(duì)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(guó)) 植物的生長(zhǎng)取決于那些處于最低量的營(yíng)養(yǎng)元素，這些處于最低量的營(yíng)養(yǎng)元素稱最小因子。兩個(gè)補(bǔ)充條件（Odum,1973）：1）嚴(yán)格的穩(wěn)定狀態(tài)2）因子補(bǔ)償作用。案例：低溫對(duì)非洲蜂分布的限制2. 耐受性定律(Shelfords law of tolerance)(1913，美國(guó))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(jī)體對(duì)環(huán)境因子的耐受性有一個(gè)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(huì)受到影響，甚至滅絕。 上下限之間是植物對(duì)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(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(diǎn)（1）每一種生物對(duì)不同生態(tài)因子的耐受性不同，而且會(huì)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(zhǎng)發(fā)育階段而變化。（3）不同生物種，對(duì)同一生態(tài)因子耐受范圍不同。（4） 生物對(duì)某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時(shí)，對(duì)其它生態(tài)因子的耐受限度也下降。（5）生物對(duì)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(gè)臨界期馴 化馴化：生物在實(shí)驗(yàn)自然條件下，誘發(fā)的生理補(bǔ)償變化，導(dǎo)致該