《城市生态系统》PPT课件.ppt

第二章城市生态系统概述,pm2.5标准值是多少？pm2.5中国标准与pm2.5国际标准的区别 世界上最遥远的距离不是生与死，而是我站在你面前，你却看不见。连日来，雾霭重重，使越来越多的人关注pm2.5标准值。我国现行的pm2.5标准值与pm2.5国际标准有多大差距呢?pm2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也被称作入肺颗粒物。pm2.5的危害很大，除心脏病、动脉硬化外，还会造成肺癌、支气管炎、哮喘等疾病。目前，我国的pm2.5标准值为24小时平均浓度小于75微克/立方米为达标，然而，这一数值与pm2.5国际标准相比，还相差甚远，仅仅是达到世卫组织设定的最宽标准。,世界卫生组织(WHO)认为，pm2.5标准值为小于每立方米10微克。年均浓度达到每立方米35微克时，人患病并致死的几率将大大增加。而以世卫组织数据为准的话，pm2.5国际标准分别为准则值，24小时小于25微克;过渡期目标1,24小时小于75微克;过度目标2,24小时小于50微克;过度其目标3,24小时小于37.5微克。由于pm2.5标准值的不同，2012年5月，美国领事馆发布的上海pm2.5数据与当地数据有极大差别。虽相关部门表示，PM2.5标准不能一下子向西方看齐，但是，标准的差异确实在网络上造成了争议。,美国国家航空航天局曾于2010年9月公布全球空气质量图。其中，中国华北、华东、华东等地的pm2.5浓度甚至一度超过了撒哈拉沙漠。可见，我国在pm2.5标准值设定及相关数据监测上都存在一定的滞后性。2011年，我国pm2.5标准值正式出台。但该标准采用的是世卫组织第一期过渡数值。虽然也属于pm2.5国际标准，但与美国英国相比，这一标准存在明显宽松。在亚洲上，日本的pm2.5标准值最为严厉，要求每天不超过35微克，全年平均不超过15微克。据称，日本用白毛巾堵在汽车发动机尾气排放口上，一旦发动引擎发现毛巾变黑，则禁止进入东京。,美国的pm2.5标准值也是相对比较严格。早在1997年，美国就设定相关标准，并在地方电视台、电台和报纸公布每日空气质量预报。而英国更是可以通过手机查询空气质量。欧盟等一些地区的数值也明显比pm2.5国际标准要求更严。不过，值得高兴的是，我国正努力与pm2.5国际标准接轨。有消息称，2016年我国将实行新标准。,第一节 系统,一、系统的概念系统（system）由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。(人体、学校、多媒体教师、宇宙等),系统论：奥地利，20世纪30年代信息论；Information theory，美国，控制论：Cybernetics，美国，Nibert Wiener，1948,1、有两个以上的组分有机结合而成2、各组分之间有一定联系，系统具有边界3、各组分以整体形式完成特定功能,二、系统组成的基本条件,1、系统结构的有序性：即各组分是有机结合而成，系统具有边界、系统的层次。2、系统的整体性：表现在组成系统的各要素之间要有一定的数量比例关系和空间位置的排列。（收录机）3、系统功能的整合性：指系统的整体功能大于各组成部分功能之和。即：1+12系统具有其组分或子系统所没有的功能,三、系统的基本特征,钢筋混凝土结构的强度大于钢筋、水泥、沙子的强度之和；人的双眼视觉功能大大超过两只眼睛视觉功能简单相加之和。反面例子如“三个和尚没水喝“，“一着不慎，全盘皆输”，其原因是部分的变化会影响到整体的变化，甚至还会对全局产生决定性的影响。做任何事，都要重视整体效果，必要的时候，要舍得抛弃部分而保存整体。,传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给作家巴尔扎克雕了一座塑像，受到大家的赞扬，人们特别对雕塑上巴尔扎克的那双手赞不绝口，都说太逼真了，罗丹听到后，毫不犹豫地从雕像上砍掉那双手，其目的在于使人们注意雕像的整体而不去再注意那双手,四、系统的结构决定系统的功能,凡系统必有结构，结构决定功能，要改变系统的功能必须改变结构。这是系统论的基本观点。系统的结构：是指系统内各组分之间的数量比例关系及其相互联系。,第二节 生态系统,一、生态系统的内涵（一）生态系统定义英国生态学家坦斯列（A.G.Tansley）于1935年首先提出生态系统的概念，认为“只有我们从根本上认识有机体不能与它们的环境分开，而与它们的环境新城一个自然生态系，它们才会引起我们的重视”。20世纪50年代，美国著名生态学家奥德姆（E.P.Odum)建立了比较完善的生态系统概念与体系。20世纪60年代末的“国际生物学研究计划”（international biological program）,使生态系统得到进一步发展，强调生态系统的结构与功能之间的相互关系和相互作用，以及自动调节机制，成为目前大家所普遍接受的生态分析理论。在此基础上，奥德姆认为认为：生态系统就是包括特定地区中的全部生物（即生物群落）和物理环境相互作用的统一体，并且在系统内部能量的流动导致形成一定的营养结构、生物多样性和物质循环。,我国生态学家骆世明（1987）指出，生态系统是指生物群落与其生存环境（即生态环境）之间，以及生物群落内生物种群之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转化和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体。简言之，在一定空间内生物群落与非生物环境相互作用的统一体，称生态系统。,（二）生态系统的特点1、必须有生命存在2、具有一定地区特点的空间结构3、具有一定的时间变化特征4、具有新城代谢特征5、处于一种复杂的动态平衡之中6、都是程度不同的开放系统,(一)环境组分辐射:太阳辐射无机物质:一部分是来自大气中的氧气、二氧化碳等，另一部分来自土壤中的氮磷钾等有机物质：主要来自生物残体、排泄物及根系分泌物等土体、水、空气,二、生态系统的基本组分,（二）生物组分1、生产者（producers）：是指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。2、消费者（consumers）：是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产者为生的各种生物。（大鱼吃小鱼）3、分解者（decomposers）：主要是指以动物残体为生的异养微生物。,4、生物组分间的相互作用种群间的相互关系 生物种与种之间有着相互依存和相互制约的关系，且这一关系是极其复杂的。,（1）互利共生：是指两个物种长期共同生活在一起，彼此相互依赖，相互依存，并能直接进行物质交流的一种相互关系。常见于需求极不相同的生物之间。地衣就是真菌和苔藓植物的共生体，地衣靠真菌的菌丝吸收养料，靠苔藓植物的光合作用制造有机物。如果把地衣中的真菌和苔藓植物分开，两者都不能独立生活。豆科植物和根瘤菌是又一个共生的的实例，豆科植物供给根瘤菌碳水化合物，根瘤菌供给植物氮素养料，从而形成互利共生关系。,（2）偏利共生：指种间相互作用仅对一方有利。附生植物与被附生植物之间是一种典型的偏利共生关系，如苔藓等附生在树皮上；菟丝子附生在豆科植物上。,（3）原始协作：是指两种群相互作用，双方获利，但协作是松散的，分离后，双方仍能独立生存。如蟹背上的腔肠动物对蟹能起伪装保护作用，而腔肠动物又利用蟹作运输工具，从而得以在更大范围内获得食物。又如某些鸟类啄食有蹄类身上的体外寄生虫，而当食肉动物来临之际，又能为其报警，这对共同防御天敌十分有利。,（4）竟争：生物种群的竞争通常包括种间竞争和种内竞争。发生在两个或更多物种个体之间的竞争称为种间竞争。种间竞争不论其作用基础如何，竞争的结果可向两个方向发展：第一是一个物种完全挤掉另一物种；第二是不同物种占有不同的空间，捕食不同食物，或其它生态习性上的分离，即生态分离（ecological separation），也可能使两种间形成平衡而生存。,发生在同种个体之间的竞争称为种内竞争。种内竞争有两种形式：一为直接干涉型；二为资源利用型。高斯（Gause）有一个著名的实验，他将大草履虫（Paramecium caudatum）和双核小草履虫（PAurelia）混合培养，16天后，只剩下后者。这说明具有相同需要的两个不同的种，不能永久地生活在同一环境中，否则，一方终究要取代另一方，即一个生态位只能为一种生物所占据。这种现象被称作高斯原理。十分清楚，竞争也是生物界普遍存在的一种种间对抗性相互关系。,（5）捕食：不同生物种群之间存在着捕食与被捕食关系。捕食包含广义和狭义两种含意。广义的捕食是指高一营养级动物取食或伤害低一营养级的动物和植物的种间关系。狭义的捕食是指肉食动物捕食草食动物。前者谓之捕食者，后者谓被捕食者。例如，兔和草类、狼和兔等都是捕食关系。在通常情况下，捕食者为大个体，被捕食者为小个体，以大食小。捕食的结果，一方面能直接影响于被捕食者的种群数量，另一方面也影响于捕食者本身的种群变化，两者关系十分复杂。捕食也是一种种间的对抗性相互关系。,（6）寄生寄生物以寄主身体为定居空间，靠吸取寄主的营养而生活。农田中的菟丝子周氏啮小蜂寄生于美国白蛾,（7）化感作用：指由植物体分泌的化学物质对自身或其它种群发生影响的现象，植物的这种分泌物叫做化感作用物质（allelopathic substance）。是植物界种间竞争的一种表现形式。黄顶菊原产于南美洲巴西、阿根廷等国，扩散到美洲中部、北美洲南部及西印度群岛，后来由于引种等原因而传播到埃及、南非、英国、法国、澳大利亚和日本等地。黄顶菊为一年生草本植物，花冠鲜黄色，花果期夏季至秋季或全年。喜生于荒地，尤其偏爱废弃的厂矿、工地和滨海等富含矿物质及盐分的环境，在靠近河、溪旁的水湿处、峡谷、悬崖、峭壁、陡岸、原野、牧场、弃耕地、街道附近、道路两旁，以及含砾岩或沙子的黏土都能生长。,我国的黄顶菊是典型的物种入侵。黄顶菊于2001年首次在我国天津、河北发现。黄顶菊极可能是伴随进口种子、谷物进入我国，同时也不能完全排除通过其他途径传入的可能性。黄顶菊最大的可怕之处就在于它的根系能产生一种化感物质，这种化感物会抑制其他生物生长，并最终导致其他植物死亡。多次试验结果表明，在生长过黄顶菊的土壤里种上小麦、大豆，其发芽能力会变得很低。这也就意味着，如果对黄顶菊不加防治，几年后整个地面很可能就只剩下黄顶菊了，这势必会破坏生物的多样性。,黄顶菊的花期长，花粉量大，花期与大多数土著菊科交叉重叠。如果黄顶菊与发生区域内的其他土著菊科植物，产生天然的菊科植物属间杂交，就有可能导致形成新的危害性更大的物种。根据黄顶菊原产地及其传播入侵区域的生态环境条件，可以判定黄顶菊在我国的适宜生长区域远远不仅限于目前已知道的天津、河北等地，我国的华北、华中、华东、华南及沿海地区都有可能成为黄顶菊入侵的重点区域。,黄顶菊喜光、喜湿、嗜盐，一般于4月上旬萌芽出土，48月份为营养生长期，生长迅速，9月中下旬开花，10月底种子成熟，结实量极大，具备入侵植物的基本特征。黄顶菊种子极多、繁殖能力超强。一株黄顶菊大概能开1200多朵花，每朵花能结出上百粒种子。因此如果一株黄顶菊完成一次开花、结籽，就能产十几万粒种子。也就是说，如果一株黄顶菊不被彻底杀死，来年就有可能繁殖出数万株黄顶菊来。一旦大面积入侵农田、牧场和苗圃等，将对农业构成严重威胁。,（三）环境与生物关系的基本规律1、环境对生物的影响（1）最小因子定律（Law of the minimum）1840年德国有机化学家Justus Von Liebig在有机化学及其在农业和生理学中的应用一书中指出，作物的增产与减产是与作物从土壤中获得的矿物营养多少成正相关的，“植物的生长取决于数量最不足的营养物质的量”，即处于或接近临界最小量的物质为限制因子，它将限制其它处于良好状态因子的效率的发挥。,限制因子并不限于环境中的化学物质，还应包括其它各种环境因子；最小因子定律只能在稳定的状态下，即能量的流入和流出处于平衡状态时适用；在波动情况下，难以确定限制因子。没有考虑生态因子的交互作用。木桶原理是由美国管理学家彼得提出的。说的是由多块木板构成的木桶，其价值在于其盛水量的多少，但决定木桶盛水量多少的关键因素不是其最长的板块，而是其最短的板块。这就是说任何一个组织，可能面临的一个共同问题，即构成组织的各个部分往往是优劣不齐的，而劣势部分往往决定整个组织的水平。(反木桶原理),（2）谢尔福德耐性定律1913年美国生态学家 V.S.Shelford 在最小定律的基础上又提出了耐性定律的概念，并试图用这个法则来解释生物的自然分布现象。他认为生物不仅受生态因子最低量的限制，也受生态因子最高量的限制，即各种生态因子对具体的生物来说，都存在着一个生物学的上限和下限，它们之间幅度，就是该种生物的耐性限度（又称耐性范围）。可用一个钟型耐受曲线来表示。,许多生态学者对耐性定律做了补充：（1）生物可能对一个因子的耐性范围广，而对另一个因子的耐性范围窄；（2）对所有因子的耐性范围都很广的生物，一般都分布很广。（3）当某种生物的某一个生态因子不是处于最适状况时，对另一些生态因子的耐性会下降。（4）由于生物种群的相互作用经常妨碍生物对最适环境条件的利用。（5）生物的不同发育阶段耐性范围不同。,（3）限制因子的概念（limiting factors）虽然 Shelford 提出的耐受性定律基本上是正确的，但大多数生态学家认为，只有把这个法则与 Liebig 的最小因子定律结合起来才有更大的实用意义。这两个法则的结合便产生了限制因子的概念。限制因子律 生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但其中必有一种和几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是所谓的限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。,限制因子概念的主要价值是使人们掌握了一把研究生物与环境复杂关系的钥匙，因为各种生态因子对生物来说并非同等重要，人们一旦找到了限制因子，就意味着找到了影响生物生存和发展的关键性因子，并可集中力量研究它。,（4）生态因子作用的一般特征第一、综合作用环境中的各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子的变化。各种生态因子密切联系在一起构成了生物的生态环境，并综合作用于生活其间的生物，使生物的生长发育、形态结构、生理功能发生了相应的变化。如光强度的变化必然引起大气和土壤温度和湿度的变化。,第二、非等价性对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中必有12个起主导作用的主导因子。对环境来说，主导因子的改变会使环境的全部生态关系发生改变，综合环境发生质的变化；对生物来说，主导因子的存在与否和数量的变化会使生物的生长发育发生发生明显的改变。如光周期现象中的日照长度和植物春化阶段得低温因子就是主导因子。,短日照处理。短日照花卉，如一品红，可通过用黑布、黑纸等遮光，减少光照时间、延长暗期来促使其提前开花。如要在国庆节开花，可在8月上旬遮光，每天日照时间缩短为810小时，即可开花。昼夜颠倒，改变开花习性。昙花原本在夜间开花，选择健壮有花蕾的昙花植株，在花蕾10厘米时移入暗室，晚上7点至次日早上6点用60瓦日光灯处理45天，可使昙花在白天开花。,除主导因子以外的其他因子称为辅助因子。辅助因子的改变虽然不表现质的变化，但同样会引起生物和环境性质在数量上的变化。如果变化范围超过了生物的耐性范围，辅助因子也就变成主导因子。主导与辅助是相对的。不同的生物或相同生物的不同生育时期以及在不同的地区，其环境的主导因子都是可能不同的。,第三、生态因子的直接作用与间接作用直接影响或参与生物新陈代谢的因子称为直接因子，如光、温、水、气和土壤养分等。不直接影响生物，而是通过影响直接因子而影响生物的生态因子称为间接因子。如地势起伏、地质结构等是通过影响光、温、水气和土壤因子。间接因子对生物的作用虽然是间接的，但往往支配着直接因子，作用范围广，作用强度大，有时甚至构成地区性影响及小气候环境的差异。,第四、不可替代性和互补性生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能有另一个因子来代替。但某一个因子的数量不足，有时可以靠另一个因子的加强而得到调剂和补偿。如光照减弱所引起的光合作用下降可以靠CO2浓度的增加得到补偿，锶大量存在时可减少钙不足对动物造成的影响。,第五、生态因子作用的阶段性生物不同生长发育阶段要求不同的生态环境。同一生态因子在生物发育的不同阶段，其作用不同，需求量不同。如低温对某些作物的春化阶段是必不可少的，则在其后的生长阶段则是有害的；很多昆虫的幼虫和成虫生长在完全不同的生境中，因此它们对生态因子的要求差异极大。,2、生物对环境的适应趋同适应：convergent adaptation不同种类的生物，由于长期生活在相同的环境中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面表现出相似的现象。趋异适应：divergent adaptation指同种生物的不同个体群，由于分布地区的差异，长期接受不同环境的综合影响，不同个体群在形态生理等方面产生的相应的生态变异。,（1）生态型 同种生物的不同个体群，长期生存在不同的生态环境和人工培育条件下，发生趋异适应，并经自然和人工选择而形成的生态、形态和生理特性不同的基因类群。是分类学上种以下的分类单位。.生态型类别 生态型的划分是根据形成生态型的主导因子进行的。植物生态型包括：,气候生态型：这是依据生物对光周期、气温和降水等气候因子的不同适应而形成的。不同气候生态型在形态、生理、生化上都表现出差异。土壤生态型：在不同土壤水分、温度和土壤肥力等自然和栽培条件下，形成不同的生态型。生物生态型：主要是在生物因子如病、虫等的作用下形成的。人为因素对植物的影响最大，作物的品种生态型就是在人为因素的影响下形成的，以水稻为例，起源于热带的野生植物，经人类的长期栽培，使其从野生型变成栽培型，栽培区域不断变大，从热带一直到寒温带，形成了很多生态型：,籼、粳稻 温度生态型 早、中、晚稻 光照生态型 水、陆稻 土壤生态型 生态型的研究在农业上有巨大的实践意义。它为选种、引种、育种和栽培措施提供了理论依据，也是人们有目的的、定向的改造植物物种以及加速新种形成的途径之一。不同生态型植物人工杂交已证明，有可能培育出在双亲都不能忍受的生境上生长良好的新的生态型。,（2）生活型(life form)生活型：不同种生物，由于长期生存在相同的自然生态和人为培育环境条件下，发生趋同适应，经自然选择和人工选择形成的具有类似形态、生理和生态特性的物种类群，称为生活型。植物生活型分类：一般按布朗布朗特(Braun-Blangwet)的分类系统把植物生活型分为10种类型：浮游植物、土壤微生物、内生植物、一年生植物、水生植物、地下芽植物、地面芽植物、地上芽植物、高位芽植物和树上的附生植物。,（3）生境某一生物种群或生物群落，由于生态环境的约束只能在某一特定区域中生存，则把该区域称为该生物种群或生物群落的生境。生境的分化，与其它中生物的生命活动有密切关系，生境是从生物生存的小区域方面考虑生物与环境关系的概念。,（4）生态位（niche）生态位（niche）是生物物种在完成其正常生活周期时所表现出的对环境综合适应的特性，即一个物种在生物群落和生态系统中的功能和地位。要确定一个生物种的生态位就要知道该生物所在的空间、时间、物理环境（光、温、湿、土壤结构和pH值等）食物种类以及与该空间内生物的关系。,在同一空间的不同物种，它们的生态位是不同的，因为物种的空间虽同，但其它要素必有不同之处，否则就不会处于同一空间。在具体的研究中，常把生态位分为以下几种：基础生态位（潜在生态位）：指一种生物当不受其他生物竞争限制时所能占据的最大生态位。Fundamental niche 现实生态位（实际生态位）：指有竞争者时，物种实际上占有的生态位称现实生态位。Actual niche 空闲生态位：指生态系统中未被占据的位置，即资源利用的潜力,3、生物对环境的影响（1）森林的生态作用第一：涵养水源，保持水土第二：调节气候，增加雨量第三：防风固沙，保护农田第四：净化空气，防治污染第五：降低噪音，美化大地第六：提供燃料，增加肥源。,（2）土壤生物的生态作用 土壤生物包括土壤微生物和土壤动物，是土壤中重要的分解者和消费者。第一：促进了成土作用第二：改善土壤的物理性能第三：提高土壤质量第四：改变土壤表层的物理性状,（3）农田生物的生态效益 农田所有生物组成一个复杂的农田生态系统。包括直接由人工种植或放养的，如多种作物、鱼类、蛙类和天敌昆虫等，还有多种自然界的昆虫、病原菌、土壤微生物、兽类等。第一：对土壤肥力产生影响。第二：对水土保持的影响第三：对农田小气候的影响第四：对净化环境的作用,三、生态系统的结构,（一）生态系统的基本结构物种结构：指生态系统中生物组分有哪些生物种群组成，以及它们之间的量比关系。时空结构：生态系统中各生物组分在空间上的配置和在时间上的分布。营养结构：生态系统中生产者、消费者、分解者三大功能以食物营养关系所组成的食物链、食物网。,（二）生物群落结构生物群落(biotic community)是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。即群落是由不同种类的生物组成的生物复合体。常把群落按物种分为植物群落、动物群落、微生物群落。,1、生物群落的垂直结构大多数群落的内部都有垂直分化现象，即成层现象。以陆生群落为例，成层现象包括地面以上的层次和地面以下的分层。层的数目依群落类型不同有很大变动。森林的层次比草原的层次多，表现也最清楚。大多数温带森林至少有34层，最上层是由高大的树种构成乔木层，之下有灌木层、草本层，以及由苔藓与地衣构成的地被层。在地面以下，由于各种植物根系所穿越的土壤深度不同，形成了与地上层相应的地下层。,生物群落中动物的分层现象也很普遍，动物之所以有分层现象，主要与食物有关，因为群落的不同层次提供不同的食物，其次还与不同层次的微气候条件有关。一般在乔木层中分布着鸟类、昆虫和哺乳动物，灌木层中栖居着野兔、各种鼠类及昆虫，草本层中则有蜘蛛、蜗牛、青蛙、鼠类及相应的昆虫，在地被层大量无脊椎动物生活在枯枝落叶中，在地表以下由于各种植物根系入土的深度不同，在根系周围则生活着大量不同的各种类型的微生物和穴居动物而出现若干层次。,2、生物群落的水平结构 群落的水平结构主要表现特征是镶嵌性。镶嵌性表明植物种类在水平方向上的不均匀配置，它使群落在外形上表现为斑块相间的现象，具有这种特征的群落叫做镶嵌群落。在镶嵌群落中，每一个斑块就是一个小群落，小群落具有一定的种类成分和生活型组成，它们是整个群落的一小部分。例如，在森林中，林下阴暗的地点有一些植物种类形成小型组合，而在林下较明亮的地点是另外一些植物种类形成的组合。这些小型的植物组合就是小群落。,群落镶嵌性形成的原因，主要是群落内部环境因子的不均匀性，例如，小地形和微地形的变化、土壤温度和盐渍化程度的差异、光照的强弱以及人与动物的影响。人为的干扰，诸如过度放牧、粗放开垦等能破坏地表的植被，增加地表的蒸发，加快土壤盐分向地表聚积的速度，导致地表土壤的含盐量逐渐增加，使一些耐盐碱植物生活良好，而其他植物逐渐死亡，形成碱斑裸地，在景观上体现镶嵌性或植物的斑块分布。,3、群落的时间结构组成群落的生物种在时间上也常表现出“分化”，即在时间上相互“补充”，如在温带具有不同温度和水分需要的种组合在一起：一部分生长于较冷季节（春秋），一部分出现在炎热季节（夏）。例如，在落叶阔叶林中，一些草本植物在春季树木出叶之前就开花，另一些则在晚春、夏季或秋季开花。随着不同植物出叶和开花期的交替，相联系的昆虫种也依次更替着：一些在早春出现，另一些在夏季出现。,鸟类对季节的不同反应，表现为候鸟的季节性迁徙。生物也表现出与每日时间相关的行为节律：一些动物白天活动；另一些黄昏时活动；还有一些在夜间活动，白天则隐藏在某种隐蔽所中。大多数植物种的花在白天开放，与传粉昆虫的活动相符合;少数植物在夜间开花，由夜间动物授粉。许多浮游动物在夜间移向水面，而在白天则沉至深处远离强光，但是不同的种具有不同的垂直移动模式和范围、潮汐的复杂节律控制着许多海岸生物的活动。土壤栖居者也有昼夜垂直移动的种类。,四、生态系统的功能（一）能量流动生态系统的能量来自太阳辐射，能量沿着生产者消费者分解者单向流动1、能量来源（1)太阳能：占 90%以上（(2）自然辅助能：如 地热能、核能、潮汐能等占 1%（3）人工辅助能：人畜力、燃料、电力、肥料、农药等。,2、能量流动基本定律热力学第一定律：一个系统的任何状态的变化，都伴随着吸热、放热和做功，而系统的总能量并不增加或减少，它是守恒的。实际上，能量的当量转换关系不限于热、功和内能之间，各种形式的能量都有当量转换关系。在生态系统中，太阳的辐射能，大部分通过地面、水面、生物表面等反射、散射和蒸发蒸腾耗能而离开生态系统；只有小部分通过绿色植物的光合作用转化为有机物质中的化学潜能。,热力学第二定律：由于总有一部分能量散发为不能再利用的热能，能量从一种形态转变为另一种形态的效率，总不可能是百分之百。自由能是系统中可用于做功的那一部分能量。自由能做功后即衰变为不能利用的无用能，通常是分散的热能。由热力学第二定律可知，世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地趋向于无序。要使系统维持有序状态，只有使系统获得更多的潜能以做功。,十分之一定律：在自然条件下，每年从任何一个营养级上能收获到的生产量，按能量计只不过是它前一个营养级生产量的十分之一左右。（美国生态学家林德曼20世纪30年代对美国明尼苏达州的Cedar bog湖研究了食物链结构，发现营养级之间的能量转化效率大致为十分之一，其余十分之九由于消费者采食时的选择性浪费，以及呼吸和排泄而被消耗掉，这个发现被人们称为“林德曼效率”或“十分之一定律”，也叫能量利用的百分之十定律。）,4、生态金字塔：指由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一个营养级，当营养级由低到高，其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似埃及金字塔的塔形分布。,从生态金字塔关系，可以看出：人吃粮食时，处在生态金字塔下部，与草食动物属于同一营养级；人吃肉时，处在生态金字塔中上部，属于食肉动物的位置。根据林德曼的“十分之一”定律，营养级越高，能量损失越大。从这个意义上老说，人以初级生产的产物-粮食、蔬菜、水果为食，食物链最短，比较经济。所以说，人口迅速发展，必然导致人以素食为主的趋势。而人类要生活得好需要增加第二性产品，发展畜牧业，所以从食物链方面考虑，我国畜牧业应在草食动物上寻找出路。,意义：正确理解人类的位置、农业的出路营养级之间能量逐级减少，人类在最高的营养级上，以动物产品为主食，需要较多耕地面积，人均耕地应在0.4公顷以上。全面利用整个国土资源保护耕地控制人口以素食为主,美国不仅是当今世界上唯一的超级大国，也是世界上农业最发达的国家。而中美之差别，最大的方面恐怕在于农村。如果说我国的城市与美国的城市差距不大的话，那么，农村则相差很大。美国的农民约有500多万人，仅占全国总人口的2%，农产品2/3用于出口，占世界出口农产品的一半，并以此达到其在国际上的政治经济目的；而我国有近9亿农民，占全国总人口的70%，却是粮食进口国，因而粮食安全问题仍然是中央忧虑的问题。,美国农业虽然高度发达，但其产值却只占GDP的1.7%；我国的农业相对欠发达，产值却占GDP的14.8%。美国2359个县中没有一个县的经济依赖农业(按美国的标准，农业收入占20%以上才算是农业县)；而在我国的2860个县中，至少有半数以上的县是经济上依赖农业的。美国的农民很富裕，不交农业税，还享受高额的农产品价格补贴；我国(特别是西部地区)的农民多数很贫困，生产生活条件艰苦，享受不到城市居民同等的教育、文化、卫生及社会劳动保险等权益。美国农民人均耕地13.36公顷，20%的农场主有直升飞机和遥控拖拉机，半数以上农民掌握互联网技术，通过卫星云图预测天气、产量，浏览期货行情，在网上进行交易；我国多数农民是手工耕作，人均耕地不到1.5亩，基本上是靠天吃饭。,（二）物质循环 1、物质循环的基本概念物质循环是指物质在生态系统中被生产者和消费者吸收、利用以及被分解、释放又再度被吸收的过程。物质与能量不同，能流进入并通过生态系统，最后又从生态系统中消失，它不能进行循环，因为它被转变成熟后就不能再被利用。物质在生态系统中则处于吸收释放吸收这一循环过程之中。,生物地球化学循环是物质循环的基本形式 生物地球化学循环：地球上的各种化学元素和营养物质在自然动力和生命动力的作用下，在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环，简称生物地化循环。,依据其循环的范围和周期，可分为地质大循环和生物小循环。地质大循环：指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大圈层的循环。时间长、范围广，是闭合式循环。如整个大气圈中的CO2，通过生物圈中生物的光合作用和呼吸作用，约300年循环1次。,生物小循环：指环境中元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，回到环境后，再为生产者吸收、利用的循环过程。时间短、范围小，是开放式循环,2、物质循环的几种类型 根据路径不同可分为：气相型循环、沉积型循环。（1）气相型循环：是指以大气圈和水圈为贮存库的元素循环。元素或化合物转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫在陆地或海洋上空，在较短的时间内又可为植物所利用。特点是循环速度比较快。属于气体循环的物质主要有C、H、O、N。,（2）沉积型循环：是指以地壳（岩石圈）为贮存库的元素循环。大多数矿质元素的循环属于沉积型循环。这些元素通常没有气体形式，一般是经过自然风化和人类的开采，从陆地岩石中释放出来，为植物吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移，动植物残体或排泄物经微生物分解作用，将元素返回到环境，除一部分保留在土壤中供植物再利用外，一部分溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，,经过沉降、淀积和成岩作用变为岩石，当岩石被抬升并遭风化作用时该循环完成。这类循环是缓慢的，容易受到干忧，是一种不完全的循环。属于沉积型循环的营养元素主要有P、S、I、Na、Ca等。,3、物质循环的库与流 库：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。（1）储存库：容积大，物质交换活动慢，一般为非生物环境库。（2）交换库：容积小，与外界物质交换活跃。如，在一个水生生态系统中，水体中含有磷，水体是磷的贮存库，浮游生物含有磷，浮游生物是磷的交换库。,流：物质在库与库之间的转移运动称为流。生态系统中的能流、物流、信息流，不仅使系统各组分密切联系起来，而且使系统与外界环境联系起来。没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。,4、物质循环的基本原理（1）物质不灭定律（2）能量转化与守恒定律（3）物质生物富集现象：生物富集现象也称生物放大作用，是指物质在生态系统中沿食物链循环流动时，一些化学性质比较稳定的物质被生物吸收固定后可沿食物链积累，浓度不断升高的现象。,日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含有汞，这些废水排入海湾后经过某些生物的转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。当时，最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地区连猫的踪影都不见了。1956年，出现了与猫的症状相似的病人。因为开始病因不清，所以用当地地名命名。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。,5、物质循环的特征周转率和周转期（是衡量物质流动（或转换）效率高低的两个重要指标。）周转率R：是指系统达到稳定状态后，某一组分（库）中的物质在单位时间内所流出的量（FO）或流入的量（FI）占库存总量（S）的分数值。R=Fi/S=F0/S周转期：是周转率的倒数，表示该组分的物质全部更换平均需要的时间。T=1/R,（三）信息传递生态系统的环境与生物之间、生物与生物之间，存在着丰富的信息联系。这些信息对调节生态系统各种生物组分的功能有重要作用。随着系统的发展与成熟，物理信息、化学信息、营养信息及行为信息等传递流畅，从而使有机体与环境达到相互适应与协调的动态平衡之中。,其主要方式有：（1）物理信息 包括声、光、颜色等。这些物理信息往往表达了吸引异性、种间识别、威吓和警告等作用。比如，毒蜂身上斑斓的花纹、猛兽的吼叫都表达了警告、威胁的意思;萤火虫通过闪光来识别同伴；红三叶草花的色彩和形状就是传递给当地土蜂和其它昆虫的信息。,（2）化学信息 生物依靠自身代谢产生的化学物质，如酶、生长素、性诱激素等来传递信息。非洲草原上的豺用小便划出自己的领地范围，正是小便中独有的气味警告同类：“小心，别进来，这是我的地盘。”（3）营养信息 食物和养分的供应状况也是一种信息。老鹰以田鼠为食，田鼠多的地方能够吸引饥饿的老鹰前来捕食。,再如，加拿大哈德逊是一家历史悠久的大皮毛公司，由于地理位置关系，他们收购的多是亚寒带针叶林中动物的皮毛。该公司历年收购皮毛的种类和数量说明了猞猁与雪兔是食物链中上下级的关系，当雪兔数量减少时，这种营养缺乏状况就会直接影响到猞猁的生存。猞猁数量的减少，也就是雪兔的天敌减少，又促进了雪兔数量的回升循环往复就形成了周期性数量的变化。,（4）行为信息 行为信息是动物为了表达识别、威吓、挑战和传递情况，采用特有的动作行为表达的信息。比如地甫鸟发现天敌后，雄鸟急速起飞，扇动翅膀为雌鸟发出信号；蜜蜂可用独特的“舞蹈动作”将食物的位置、路线等信息传递给同伴等。,藏族这个民族恐怕是56个中华民族中最保护生态的一个民族。藏民们一生的追求就是到布达拉宫还个愿，将生平的积蓄换成路费和上供的酥油，生平的愿望实现了，然后可以讨饭回家，再没有多余的奢望，甚至死后将自己的身体献给了兀鹫。他们的这种生活方式基本上向自然没有什么索取，来自自然又回到了自然，一切看得那么平淡。藏民的房子是堡垒式的，一楼是给动物们留的，二楼住人，三楼以上可以与天相接。藏民们不吃鱼，少杀生，雪域高原人、动物、植物整个就是一首生态诗。,第三节 城市生态系统一、城市生态系统的概念 是人为改变了结构、改造了物质循环和部分改变了能量转化的、长期受人类活动影响的、以人为中心的生态系统。城市生态系统不仅有生物组成要素(植物、动物和细菌、真菌、病毒)和非生物组成要素(光、热、水、大气等)，还包括人类和社会经济要素，这些要素通过能量流动、生物地球化学循环以及物资供应与废物处理系统，形成一个具有内在联系的统一整体。,在城市生态系统中，人起着重要的支配作用，这一点与自然生态系统明显不同。在自然生态系统中，能量的最终来源是太阳能，在物质方面则可以通过生物地球化学循环而达到自给自足。城市生态系统就不同了，它所需求的大部分能量和物质，都需要从其他生态系统(如农田生态系统、森林生态系统、草原生态系统、湖泊生态系统、海洋生态系统)人为地输入。同时，城市中人类在生产活动和日常生活中所产生的大量废物，由于不能完全在本系统内分解和再利用，必须输送到其他生态系统中去。,由此可见，城市生态系统对其他生态系统具有很大的依赖性，因而也是非常脆弱的生态系统。由于城市生态系统需要从其他生态系统中输入大量的物质和能量，同时又将大量废物排放到其他生态系统中去，它就必然会对其他生态系统造成强大的冲击和干扰。如果人们在城市的建设和发展过程中，不能按照生态学规律办事，就很可能会破坏其他生态系统的生态平衡，并且最终会影响到城市自身的生存和发展。,二、城市生态系统的特点1、是人工生态系统，人是这个系统的核心和决定因素2、是消费者占优势的生态系统3、是分解功能不充分的生态系统4、是自我调节和维持能力很薄弱的生态系统5、是受社会经济多种因素制约的生态系统,三、城市生态系统的演替（一）城市生态演替的科学内涵 城市生态演替是城市生态学研究的热点之一，王如松、马世骏先生曾将生态学中的“边缘效应强度”(取决于自然地理边缘和社会经济边缘强度)分析其发展演化方向与规模，并得出“城市的边缘效应越强，城市规模越大”的普遍性结论。这一理论虽有一定的合理性，但也有其局限性；因此到目前为止，城市