可持續性與建筑環境《城市生態與城市環境》教材：《城市生態與城市環境》，沈清基編著，同濟大學出版社上課時間：5-9周/13周周二：14：30-17：555-9周/12周

周五：8：30-12：00第一章生態學概論1.1、生態學的概念及起源提出者：德國生物學家赫克爾于1869年首次提出。概念：①從關系角度：生態學是研究生物及其環境

之間的相互關系的科學，是研究自然系統

與人類的關系的科學。

②從生存條件、相互作用角度：生態學是

研究生物生存條件、生物及其群體與環境

相互作用的過程及其規律的科學。生態學的起源及分類1生態學的起源起源：生態學(尤其是基礎生態學)起源于生物學。2生態學的分類基礎生態學是以個體、種群、群落、生態系統等不同的等級單元為研究對象的。種群、群落和生態系統均以生物的群體為研究對象，合稱為群體生態學。個體生態學種群生態學群落生態學生態系統生態學(1)個體生態學(autecology)：個體生態學以生物的個體為研究對象。研究它與自然環境之間的相互關系，探討環境因子對生物個體的影響以及它們對環境所產生的反應。(2)種群生態學(poptJIationecology)：種群是指一定時間、一定區域內同種個體的組合。

種群生態學研究的主要內容是種群密度、出生率、死

亡率、存在率和種群的增長規律及其調節。特定時間和一定空間中生活和繁殖的同種個體組成的群體(3)群落生態學(cornmunityecology)：群落生態學以生物群落為研究對象。

所謂群落是指多種植物、動物、微生物種群聚集在一個特定的區域內，相互聯系、相互依存而組成的一個統一的整體。群落生態學研究群落與環境問的相互關系，揭示群落中各個種群的關系，群落的自我調節和演替等。(4)生態系統生態學(ecosysternecology)：生態系統生態學以生態系統為研究對象。

生態系統是指生物群落與生活環境間由于相互作用而形成的一種穩定的自然系統。

生物群落從環境中取得能量和營養，形成自身的物質，這些物質由一個有機體按照食物鏈轉移到另一個有機體，最后又返回到環境中去。通過微生物的分解，又轉化成可以重新被植物利用的營養物質，這種能量流動和物質循環的各個環節都是生態系統生態學的研究內容。生態學的發展生態學的發展可劃分四個階段：

第一階段：19世紀以前——萌芽階段；

第二階段：19世紀的生態學——初創階段；

第三階段：20世紀前半葉生態學——形成階段；第四階段：20世紀半葉以后的生態學——發展階段；

第二節生物生存環境一生物的能量環境（能量來源于太陽）1光：光照強度（空間和時間）、光質、光照長度(維度不同光照長短不同）2溫度：太陽輻射使的地表受熱，溫度升高（1）溫度的空間變化：緯度、海拔高度緯度增加1度，溫度降低大約0.5度。海拔升高100米，溫度降低大約0.6度。（2）溫度的時間變化：季節變化、晝夜變化。二生物的物質環境1大氣圈：大氣的組成：恒定的、可變的和不定的三部分。大氣的分層：對流層、平流層、中間層和熱層。2水圈：地球表面各種形態的水的總稱。水是人類與生物必不可少的、重要的物質。對地球熱量輸送和氣候調節也非常重要。3巖石圈和土壤圈土壤是由巖石風化形成母質加上水和有機質演變而來。1大氣圈結構生物圈生物圈是由大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈幾個圈層的交界面所組成，且交界之間存在著生命活動。1、生物圈是太陽系中唯一的；它是人類唯一的居住地。2、生物圈中所蘊藏的能量不是生物圈自身內部產生，而是來自太陽和其他的宇宙射線。3、從生物圈的物質構造來說，它存在著三大類成分：不具生命的有機物；有機的生命物質；曾經有生命的無生命物質。他們維持著生物圈的生存與進化。4、在人類誕生之前，植物與動物是生物圈中的主要物質。5、人類之前的物種，沒有哪一種能夠獲得推翻生物圈自我協調、平衡的力量，而人類具備這種能力。6、人類誕生于生物圈，適應于生物圈，參與生物圈的平衡，已經成為生物圈的主宰者。7、人類是生物圈的特殊居民，已經形成人類圈。對生物圈具有一定控制能力和意識，必須服從自然法則。第三節生態因子及其作用一、生態因子概念及其分類（任何生物不能脫離其特定的生活環境，生活環境由各個生態因子組成。）生境：在一定時間內對生命有機體生活、生長發育、繁殖以及對有機體存活數量有影響的空間條件及其他條件的總和。組成生境的因素稱生態因子。生態因子有兩方面因素所組成：非生物因素和生物因素。生態因子作用的分析生態因子與生物間的相互作用是相當復雜的。1生態因子作用的一般特征

綜合作用：生境是各種生態因子按一定方式所構成的集合（即綜合體）。各個生態因子不是孤立的發揮作用，而是相互聯系、相互促進、相互制約的，環境中任何一個單因子的變化，必將引起其它因子發生不同程度的變化。對生物起作用的是生境中各因子的綜合作用，決不是單個生態因子的獨立效應。主導因子作用：在生物生活環境內的諸因子中，其中一個或二個因子，在一定條件下，起主導作用，為主導因子。直接作用和間接作用有些生態因子，如光、溫、水、土壤養分等，直接影響或參與生物新陳代謝；另一些生態因子，如海拔、坡向、緯度、經度等，通過影響光、溫、水、土壤等因子，間接作用于生物。因子作用的階段性生物生長發育有階段性，這種階段性形成是由于生態因子規律變化的結果，如季節性物候，晝夜溫差等生態因子的規律性變化，導致了植物生長發育的階段性。每一個生態因子對植物不同生長發育階段的作用是不同的，如低溫對冬小麥的春化階段非常重要，但在光周期階段卻成為有害因子。生態因子的不可代替性和補償性生物在其生長發育過程中，雖然其生態因子不是等價的，即所需要的量不同，但卻具有同等重要性。如果缺少某因子，便會影響其正常生長發育，甚至致病死亡，且任何一種因子都具有不可代替性和同等重要性。此外，在一定條件下，某一因子在量上的不足可由相近生態因子的增加或加強而得到補償，且可獲得相似生態效應，如增加CO2的濃度，可補償由于光照減弱所引起的光合強度降低的效應，即生態因子的可調劑性或補償作用。2生態因子的作用方式

拮抗作用：

指各因子聯合作用時，一種因子能抑制或影響另一種因子的作用。協同、增強和疊加作用兩種或多種化合物共同作用時，總毒性等于或超過化合物單獨作用時的毒性總和叫協同作用；總毒性為各化合物單獨作用時的總和叫疊加；一種本無毒性的化合物與另一種化合物共同作用時，使后者毒性增強，稱為增強作用（協同作用的特例）。3生態因子作用的規律限制因子規律限制因子（limitingfactors）：生態因子中最易阻擾和限制生物生長、繁殖的因子。最低量定律李比希在研究植物生理時發現“植物生長取決于處在最小量狀況下的營養物質的量”或者說，當植物所需的營養物質降低到該植物的最小需要量時，該營養物質就會影響該植物的生長。這個論點被稱為李比希最小因子定律。把營養物質擴張到生態因子，則在諸多的生態因子中，只有處于最小量的因子或接近耐受極限的因子對生物的生長發育起主要的限制作用，甚至因該因子的超低量導致生物的死亡，把這個因子叫限制因子。這個規律叫限制因子定律。耐受性定律美國生態學家謝爾福德提出，他認為因子在最低量時可以成為限制因子，但如果因子過量超過生物體的耐受程度時，也可以成為限制因子。每一種環境因子都有一個生態上的適應范圍大小，稱之為生態幅。即有一個最低和最高點，兩者之間的幅度為耐性限度。這就是謝爾福德的耐受性定律。第四節種群種群的基本概念及特征種群的概念種群：指在一定時空中同種個體的總和，且是物種具體的存在單位、繁殖單位和進化單位。種群的空間界限和時間界限并不是十分明確的，常由研究者根據調查目的予以劃定。2種群的基本特征：①空間特征：種群都要占據一定的分布區，進行繁衍、生長。②數量特征：用種群密度來表示，一定面積或空間的個體數。③遺傳特征：有繼承，有變異。組成種群的個體在總體形態特征、生理特征等方面具有共性，但是在某些方面具有差異。二、種群數量動態參數影響種群數量動態的四個基本參數：出生率、死亡率、遷入、遷出。1、出生率與死亡率（以‰表示）出生率----是指種群在單位時間內產生新個體數占總個體數的比率。生理出生率（又叫最大出生率）：是指種群在理想條件下，無任何生態因子的限制，繁殖只受生理因素決定的最大出生率。生態出生率（又叫實際出生率）：是指在一定時期內，種群在特定環境條件下實際繁殖的個體數。死亡率——代表一個種群的個體死亡情況。生理死亡率又叫最小死亡率(minimummortality)，是指在最適條件下個體因衰老而死亡，即每個個體都能活到該種群的生理壽命時該群體的死亡率。生態死亡率是指在一定條件下的實際死亡率。2、遷入與遷出遷入指生物個體或其種子從原有生活地向特定生活地區整群遷居的一種行為。遷出是相反行為3、年齡結構和性別比年齡結構(age—structure)是指種群內個體的年齡分布狀況，即各年齡或年齡組的個體數占整個種群個體總數的百分比結構。一般用年齡金字塔(agepyramid)的形式來表示種群的年齡結構。年齡金字塔是以不同寬度的橫柱從上到下配置而成的圖，橫柱高低位置表示從幼年到老年的不同年齡組，寬度表示各年齡組的個體數或在種群中所占的百分比。按錐體形狀，可劃分為3個基本類型。4、種群內稟增長率：指當環境是無限的（空間、食物和其他有機體都沒有影響），在該理想條件下，穩定年齡結構的種群所能達到的恒定、最大的增長率。三種群增長的基本模式1、在無限環境中的指數增長種群在“無限”的環境中，即假定環境中空間、食物等資源是無限的，因而其增長率不隨種群本身的密度而變化，這類增長通常呈指數式增長。（“J”型增長）2、在有限環境中的邏輯斯諦增長（S型增長）①有一個環境容納量(通常以K表示)，當Nt=K時，種群為零增長，即dN／dt=0；②增長率隨密度上升而降低的變化，是按比例的。S型增長與J型增長曲線之間的面積隨N而增大，即隨種群數量的增加，不可能增長的部分逐漸擴大（環境阻力）。時間指數增長種群數量邏輯斯諦增長環境阻力邏輯斯諦曲線常劃分為5個時期：①開始期，也可稱潛伏期，由于種群個體數很少，密度增長緩慢；②加速期，隨個體數增加，密度增長逐漸加快；③轉折期，當個體數達到飽和密度一半(即K／2時)，密度增長最快；④減速期，個體數超過K／2以后，密度增長逐漸變慢；⑤飽和期，種群個體數達到K值而飽和。種間關系1、種間關系形式：物種混居，必然出現以食物、空間等資源為核心的種間關系。長期進化的結果又使各種各樣種間關系得以發展和鞏固。中性關系；競爭關系；偏害關系；寄生關系；捕食關系；偏利關系；共生關系。2、種間競爭關系：競爭是生物生存和進化的重要機制。物競天擇，優勝劣汰，適者生存。種間競爭使得一個種取代另一個種，或者占有不同的地理空間（生態隔離）。3種間捕食與寄生關系4種間合作與互利共生關系第五節群落一群落的基本概念及特征1、群落的基本概念：生物群落簡稱群落（community）,是指一定時間內居住在一定空間范圍內的生物物種的集合。它包括植物、動物和微生物等各個物種的群落。2、群落的特征：(1)優勢種：(2)物種多樣性:(3)種間關聯性:(4)群落交錯區(生態環境脆弱帶):(5)穩定性:二群落與環境1、群落與生境：生境：群落生長的環境稱為生境。它是指生物完成世代生活史所需求的各種條件總和的地域空間。

2、群落對環境的指示作用：

①植物群落的指示作用：植被的特征和組成是作用一個生境所有因素的綜合影響的表達。因而植被可以稱為一種指示。如對自然氣候的指示：熱帶雨林，疏林草原。群落對鹽漬化和沼澤化的指示。②生物群落對污染環境的指示作用：指示生物就是利用群落中的優勢種，其適應環境的范圍越窄就越能起指示作用。第六節生態系統一、生態系統的概念：生態系統（Ecosystem）由英國生態學家坦斯利A.G.Tansley）于1935年首先提出。生態系統（1971年奧德姆）：就是包括特定地段中全部生物和物理環境的統一體。1、組成層次生物個體種群群落+無機環境生態系統2、概念：生物群落與它的無機環境相互作用而形成的統一整體，叫做生態系統。3、特點：在一定的空間和時間范圍內，在各種生物之間以及生物群落和無機環境之間，通過能量流動和物質循環而相互作用形成一個統一整體4、地球上最大的生態系統是生物圈。

生態系統生物

自然環境生產者：綠色植物、光合細菌等消費者：草食動物、肉食動物分解者：微生物、原生動物氣候：溫度、光、空氣、水、土壤

無機物：C、H、O2、N2及礦物

有機物：碳水化合物、蛋白質、脂肪以及腐植質二生態系統的組成成分、功能及相互關系2生態系統組分的功能a、生產者（Producers）:b、消費者（Consumers）:c、分解者（Decomposers）:d、非生物環境（AbioticEnvironment）生產者、消費者、分解者之間的關系：（相互依存）

生態系統中生物間的關系：最主要的是食物關系生態系統區域的大小：可以根據實際需要自由選定3生態系統組分關系a、生態系統的四個基本成分在能量流動、物質循環中相互影響、相互依存，并通過復雜的營養關系緊密結合為一個整體，共同組成生態系統的功能單元。b、生物和非生物環境缺一不可。c、消費者既是構成者又是系統的動力。d、分解者也是十分重要。三、生態系統的結構（一）空間結構：指生態系統中各種生物的空間配置（分布）狀況，包括群落的垂直結構和水平結構。（二）物種結構：在生態系統中各類物種在數量方面的分布特征。在實際工作中人們主要以群落中優勢種類，生態功能上的主要種類作為物種結構的以及對象。（三）營養結構：指食物網及其相互關系。營養結構是生態系統結構的主要內容。

1、食物鏈（Foodchain）：在生物圈中一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個以食物連接起來的連鎖關系。（是一種理想鏈）研究食物鏈意義：

①食物鏈不是固定不變的，在自然生態系統中相對穩定。食物鏈的某一環節變化會影響生態系統的結構。食物鏈的組成與調節具有巨大的經濟價值（野生動植物的保護）。例如：老鼠泛濫，大熊貓瀕臨滅亡等。

②食物鏈的生物富集作用。某些不易降解的物質通過食物鏈其濃度會逐級增大。如DDT。人們可以利用生物的富集作用進行生物冶金和生物治污。

2、食物網：在生態系統中各種食物鏈相互交錯連接形成的網狀結構。食物網使得生態系統穩定性增加。

食物鏈和食物網2、營養級青草—植食昆蟲—青蛙—蛇一級—二級—三級—四級1、食物鏈生物之間由于食物關系而形成的一種聯系食物鏈上的每一個環節食物網溫帶草原生態系統的食物網簡圖許多食物鏈相互交錯連結的復雜營養關系1食物網中共有多少條食物鏈？2最長的食物鏈是哪一條？4哪些動物占有兩個以上營養級？3第三營養級的動物有哪些？四、生態系統的基本特征及類型（一）生態系統的基本特征1、生態系統是動態功能系統：生態系統是有生命存在并與外界環境不斷進行物質交換和能量傳遞的特定空間。如發育、代謝、繁殖、生長與衰老。2、生態系統具有一定的區域特征:生態系統都與特定的空間相聯系，因此它是一個包含一定地區和范圍的空間概念。長白山混交林和海南島熱帶雨林生態系統。無論是物種結構、物種豐度和系統的功能均有明顯差異。3、生態系統是開放的“自持系統”:4、生態系統具有自動調節功能：表現在三個方面，同種種群密度調節；異種種群間的數量調節；生物與環境之間相互適應調節。(二)生態系統的類型:1.按生態系統地理空間環境性質①淡水生態系統,如河流/湖泊/水庫,②海洋生態系統,③陸地生態系統,2.按人類對生態系統的影響程度①自然生態系統:如:極地生態系統,原始森林生態系統,海洋生態系統②人工生態系統:如城市生態系統,農田生態系統,草原生態系統等

生物圈生態系統陸地生態系統淡水生態系統海洋生態系統自然生態系統人工生態系統森林生態系統草原生態系統荒漠生態系統

極地生態系統城市生態系統農田生態系統模擬人工生態系統…………流水生態系統靜水生態系統海岸生態系統淺海生態系統遠洋生態系統五、生態系統的基本功能（一）生物的生產：初級生產：綠色植物把太陽能轉變為化學能；次級生產：動物把初級產品轉化為動物能；（二）能量流動：特點：①綠色植物對太陽能的利用率很低，只有0.14%。②能量流動不可逆；③流動中能量逐漸減少（能趨疲Entropy）；④能量轉化率只有10％（美國生態學家.L.L.Lindeman于1942年提出）。一塊地一年的作物產量可供M個農民食用，如果將作物的一半飼養牲畜后再一并供農民使用，問此時養活的人口數是第一種情況下養活人口數的多少倍？這也說明人類以什么為食要經濟有利得多。（假設：各級消費者能量的利用率為10%，即10%定律）解：能量沿食物鏈傳遞時，后一營養級大約能獲得前一營養級的10％能量（10％定律）;

假設一塊地一年的作物的能量為10a，則M個農民生活一年需要的能量為a。

如果將作物的一半（5a）飼養牲畜，牲畜可獲得0.5a的能量。供給農民的能量為5a+0.5a＝5.5a，根據10％定律可知，5.5a的能量可供0.55M個農民食用一年。人類以作物為食要經濟有利得多。（三）物質循環：生態系統中各種營養物質經過分解者分解成可被生產者利用的形式歸還到環境中去重復利用，周而復始地循環，此過程叫做物質循環（MaterialCircle）。1.物質循環的層次：生物個體層次；生態系統內部；生物圈層次的物質循環。2.物質循環的類型：氣相循環；液相循環；固相循環。3.生態系統能量流動與物