城乡规划相关知识-生态学城市生态与城市环境知识点

生态学的基本概念

第八章城市生态与城市环境

第一节生态学及城市生态学基本知识

一、生态学的基本概念

生态学（ecology）是由德国生物学家赫克尔（ Ernst Heinrich Haeckel）于1869年首次提出。生态学研究的基本对象是两个方面的关系，其一为生物之间的关系，其二为生物与环境之间的关系。据此，生态学可以简洁地表述为：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。

生物生存环境

二、生态学的研究内容

（一）生物生存环境

生物的生存环境由物理环境和生物环境所构成。物理环境又包括物质环境和能量环境两部分，它们是生物生存的重要基础和基本条件。地球上所有生物构成生物环境，生物圈是生物环境的集中反映。

1.生物的物质环境

生物的物质环境由大气圈、水圈、岩石圈及土壤圈等组成，它们具有两个明显的特征：其一为空间性，即提供了生物栖息、生长、繁衍的空间场所；其二为营养性，即提供了生物发育繁殖所需的各种营养物质。

2.生物的能量环境

生命存在的一个重要条件是能量环境，生物的能量环境的能量来源为太阳。太阳光发挥两种不同的功能：一种是热能，它给地球送来了热量，使地球表面土壤、水体变得温暖，推动空气流动，引起了空气和水的循环；另一种功能是光能，它在光合作用中被绿色植物利用，形成了碳水化合物，这些有机物所包含的能量沿着食物链在生态系统中不停地流动，这就是生物的能量环境。能量环境的具体组成为光环境和温度环境。

生物的能量环境有两个特点：其一是惟一性，即能量环境的能量惟一来源是太阳，太阳的功能是不可代替的；其二为区间性，即能量环境所提供的不同生物的生存环境条件具有时空上的差异。

3.生物圈

生物圈（ biosphere），也叫生态圈，是地球上活的（生物的）有机体存在和与其他有机体以及非生命（非生物的）环境相互作用的部分，位于大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈这几个圈层的交接的界面处。生物圈是地球上最大的生态系统，包含着无数小的生态系统。生物圈中各种生命体物质以太阳能为动力，进行不同规模的能量和物质（元素）的循环。生物圈总处在不断发展变化之中，它的每个发展阶段具有历史形成的相对稳定的物质结构和组成。生物圈现阶段的平衡是生物有机体与其栖居的自然环境经过长期相互作用、协调适应共同形成的。

生态因子

（二）生态因子

任何一种生物都不可能脱离特定的生活环境，也称生境。生境指的是在一定时间内对生命有机体生活、生长发育、繁殖以及对有机体存活数量有影响的空间条件的总和。这里不仅包括对生命有机体有影响的自然条件，也包括生物种内和种间的相互影响。生物存在尽管有各种各样的条件，但归根到底不外乎是物质和能量两个方面。组成生境的因素称生态因子。生态因子影响了动物、植物、微生物的生长、发育和分布，影响了群落的特征。生态因子主要由两方面因素所组成：非生物因子跟生物因子。

生态系统的成分，不论是陆地还是水域，或大或小，都可概括为非生物和生物两大部分，或者可分为生物环境与非生物环境、生产者、消费者和分解者四种基本成分，其中非生物环境是地球生命的支持系统，而生物部分则是生态系统的功能基础。

种群、群落

（三）种群 1.种群的基本概念

种群指在一定时空中同种个体的总和，也就是在特定的时间和一定的空间中生活和繁殖的同种个体所组成的群体。种群是物种存在的基本单位，是生物群落的基本组成单位和生态系统研究的基础。

2.个体与种群的区别

种群虽然是由同种个体组成的，但并不等于个体的简单相加。个体与种群各自具有既相互联系又互为区别的特征。个体生物的特征主要为：出生、生长、发育、衰老及死亡等；而种群特征则表现为：出生率、死亡率、年龄结构、性别比、社群关系和数量变化等。生物个体的特性是每一个体皆具备的，而种群的特性则是个体水平及层次上不具有、只有在组成种群以后才出现的新的特征。种群具有整体性和统一性，反映了生物作为一个整体所具有的特征。（四）群落 1.群落的基本概念

生物群落简称群落，指一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的集合。它包括植物、动物和微生物等各个物种的种群，共同组成生态系统中有生命的部分。

2.群落的一些特点

①群落内的各种生物不是偶然散布的、孤立的，相互之间存在物质循环和能量转移的复杂联系，群落具有一定的组成和营养结构。②在随时间变化的过程中，生物群落经常改变其外貌，并具有一定的顺序状态，即具有发展和演变的动态特征。③群落的特征不是其组成物种的特征的简单总和。④群落是生态学研究对象中的→个高级层次。它是一个新的整体，是一个新的复合体，具有个体和种群层次所不能包括的特征和规律。⑤在一个群落中，物种是多样的，生物个体的数量是大量的。

3.群落的类型

群落可简单地分植物群落、动物群落和微生物群落三大类，也可分为陆生生物群落与水域生物群落两种。

生态系统的基本功能（上）

（五）生态系统

生态系统一词由英国生态学家（植物群落学家） A·G·坦斯利于1935年首先提出。生态系统指包括特定地段中的全部生物和物理环境的统一体。具体说：生态系统是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。

地球上有无数大大小小的生态系统，大至整个生物圈、整个海洋、整个大陆；小到一片森林、一片草地、一个小池塘，都可以看成是→个生态系统。生态系统的边界有的是比较明确的，有的则是模糊、人为的，其大小和空间范围通常根据人们的研究对象、研究内容、研究目的或地理条件等因素确定。

生态系统概念的提出，为研究生物与环境的关系提供了新的观点、基础及角度，对生态系统的研究已成为生态学的一个最活跃的领域。

（六）生态系统的基本功能

生态系统的基本功能是由生态系统的生命物质一一生

物群落来实现的 1.生物生产

生态系统中的生物生产包括初级生产和次级生产两个过程。生态系统的初级生产是生产者

（主要是绿色植物）把太阳能转为化学能的过程，其能量主要来自太阳辐射能，生产结果是太阳能转变成化学能，简单元机物（主要是水和二氧化碳）转变为复杂有机物。初级生产实质上是一个能量的转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。

生态系统的次级生产是指消费者（主要是动物）和分解者（微生物）利用初级生产物质进行同化作用建造自身和繁衍后代的过程。

2.能量流动

能量指物质做功的能力。生态系统的能量流动是指能量通过食物链和食物网在系统内的传递和耗散过程。生态系统的能量流动过程包括四个方面，其一为能量形式的转变（由太阳能转变为化学能）；其二为能量的转移（能量由植物转移到动物与微生物身上）；其三为能量的利用，即能量提供了各类生物成长、繁衍之需；其因为能量的耗散，即生物的呼吸及排泄皆耗去了总能量的一部分（如生物的呼吸所消耗的能量是生物初级生产量的50%左右）。生态系统生物成员之间最重要、最本质的联系是通过营养关系即食物关系实现的。

生态系统能量流动具有如下特点：

（1 ）生产者（绿色植物）对太阳能的利用率很低，只有0.14% ；

（2）能量只能朝单一方向流动，是不可逆的。其流动方向为：太阳能一一绿色植物一一食草动物一一食肉动物一一微生物；

（3）流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉；（4）各级消费者之间能量的利用率不高，在4.5%~17%之间，平均约10% 。即每一个营养级上的消费者，最多只能把上一个营养级所提供的食物能量中的10%转化为自身可利用的能量

（亦即能量转化率为10% ），这即是著名的"十分之一定律"，由美国生态学家林德曼（ R.

1. LLindeman）于1942年提出。

生态系统的基本功能（下）

3.物质循环

生态系统中的物质主要指生物维持生命活动正常进行所必需的各种营养元素。包括近 30种化学元素，其中主要的是碳、氢、氧、氮和磷五种，它们构成全部原生质的97%以上。这些营养物质存在于大气、水域及土壤中。

物质通过食物链各营养级传递和转化，完成生态系统的物质流动。生态系统中各种营养物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境中被重复利用，从而周而复始地循环，这个过程叫物质循环（material cycle）。

（1 ）生态系统物质循环具有三个层次：

1）生物个体层次的物质循环。在这个层次上生物个体吸收营养物质建造自身，经过代谢活动（生物从外界取得生存必需的物质，并使这些物质变成生物体本身的物质，同时把体内产生的废物排出体外。这种新物质代替旧物质的过程叫做新陈代谢，简称代谢）又把物质排出体外，经过分解者的作用归还于环境。

2）生态系统层次（生态系统内）的物质循环。在初级生产者的代谢基础上，通过各级消费者和分解者把营养物质归还环境之中，又称为生物小循环或营养物质循环。这一循环是在一个具体范围内进行的（某一生态系统内），物质循环流速快、周期短。生物所需要的营养物质的循环是在生态系统的四个基本成分之间进行的，其中生产者、分解者、水分和大气起着尤为重要的作用。另外，生态系统还可从降雨、空气流通过程中获取少量营养物质，生产者使无机物转变

为有机物，分解者则把复杂有机物分解为生产者可重新利用的简单元机物。水和空气起介质作用，固体物只有溶于水中才能被生产者吸收利用。一些气态物和水分则需借助空气由气孔等处进入生物体。生态系统中营养物质再循环主要有以下几条途径：

①物质由动物排泄返回环境（动物生存期间所排出的物质要比死亡之后经微生物分解后排的物质数量多好几倍）。

②物质通过微生物分解有机物碎屑返回环境。

③通过在植物根系中的真菌，直接从植物残体中吸收营养物质而重新返回到植物体。

④风化和侵蚀过程加上水循环携带营养元素进入生态系统。

⑤动、植物尸体或粪便不须任何微生物分解也能释放营养元素。

⑥人类利用化石燃料生产化肥，用海水制淡水及对金属的利用。以上六条途径中，前五条是在自然状态下进行的，而第六条则是在人为状态下进行的，且其作用在加强，对生物圈的影响也越来越大。

衍生物圈层次的物质循环（生物地球化学循环）。这一层次的物质循环是营养物质在各生态系统之间的输入与输出，以及它们在大气圈、水圈和土壤圈之间的交换。"生物地球化学循环"又称"生物地质化学循环"。

（2）生态系统物质循环的类型。在生物地球化学循环层次上，根据物质参

与循环时的形式，可将循环分为气相循环、液相循环和固相循环三种。

4.生态系统能量流动与物质循环的关系

（1）生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得到生命

活动所需的营养物质。

（2）物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就会自由

散失，不可能沿着食物链传递。

衍生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系统的生长

发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。

5.传递信息

一般将生态系统的信息传递分为物理信息、化学信息、营养信息与行为信息。信息流与物质流、能量流相比有其自身的特点：物质流是循环的，能量流是单向的，不可逆的；而信息流却是有来有往的、双向运行的，即既有从输入

到输出的信息传递，又有从输出到输入的信息反馈。人类社会的信息化给人类生活方式带来了巨大改变，信息可以代替一部分物质和能量，从而给城市结构和形态带来新的冲击和机会。

生态平衡、生态系统服务

（七）生态平衡

生态平衡的广义理解指某个主体与其环境的综合协调。生态平衡的狭义理解指生态系统的平衡，简称生态平衡。

生态平衡是一定的动植物群落和生态系统在发展过程中，各种对立因素（相互排斥的生物种和非生物条件）通过相互制约、转化、补偿、交换等作用，达到一个相对稳定的平衡阶段。我国生态学家曾经给生态平衡下了一个定义"生态平衡是生态系统在一定时间内结构与功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等，在外来干扰下，能通过自我调节

（或人为控制）恢复到原初始状态。当外来干扰超越生态系统自我调节能力，而不能恢复到原初始状态谓之生态失调，或生态平衡的破坏。生态平衡是动态的。维护生态平衡不只是保持其原始状态。生态系统在人为有益的影响下，可以建立新的平衡，达到更合理的结构，更高效的功能和更好的生态效益。" 生态系统对外界干扰具有调节能力才使之保持了相对的稳定，但是这种调节能力不是元限的。生态平衡失调就是外干扰大于生态系统自身调节能力的结果和标志。不使生态系统丧失调节能力或未超过其恢复力的干扰及破坏作用的强度称之为"生态平衡阂值"。阔值的大小与生态系统的类型有关，另外还与外干扰因素的性质、方式及作用持续时间等因素密切相关。生态平衡阂值的确定是自然生态系统资源开发利用的重要参量，也是人工生态系统规划与管理的理论依据之一。

（八）生态系统服务

1.什么是生态系统服务? 地球生态系统给人类社会、经济和文化生活提供了许许多多必不可少的物质资源和良好的生存条件。这些由自然系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所生产的物质及其所维持的良好生活环境对人类的服务性能称为生态系统服务

（ecosystem service）。生态系统服务既指生命支持功能（如净化、循环、

再生等），也包括生态系统功能和生态系统提供的产品。生态系统的服务功能是构建生物有机体生理功能的过程，也是维持为人类提供各种产品和服务的基础。生态系统功能的多样性对于持续地提供产品的生产和服务是至关重要的。

2.自然生态系统服务性能的四条基本原则

（1 ）生态系统服务性能是客观的存在。在人类出现之前，自然系统就存在。在人类出现之后，自然生态系统服务性能就与人类的利益相联系。

（2）系统服务性能与生态过程密不可分地结合在一起，它们都是自然生态系统的属性。

（3）自然作为进化的整体，是生产服务性功能的源泉。

（4）自然生态系统是多种性能的转换。自然生态系统在进化的过程中，产生了越来越丰富的内在功能。个体、种群的功能是与它在生物群落共同体相联系的。生态系统服务具有十分重要的意义，人类的生存依赖于生态系统服务。离开了生态系统这种生命支持系统的服务，人类的生存就会受到威胁，全球经济的运行将会停滞。

城市生态学的定义和研究内容

三、城市生态学定义

城市生态学是研究城市人类活动与周围环境之间关系的学科。城市生态学可分为城市自然生态学、城市经济生态学和城市社会生态学三个分支。城市自然生态学着重研究城市人类活动对所在地域自然生态系统的积极和消极影响

以及城市生物和地理环境对城市居民的作用。城市经济生态学的研究重点是城市代谢过程和物流能流的转化、利用效率等。城市社会生态学着重研究城市人工环境对人的生理和心理的影响、效用及人在建设城市、改造自然过程中所遇到的城市问题，如人口、交通问题等。

四、城市生

态学的研究

内容1.研究

城市生态系

统

包括：①研究城市生态系统的主体一一城市人口与城市环境的相互关系；②研究城市生态学要素或环境要素的特点；③研究城市物质代谢与能量流动过程与城市环境质量的相互关系；

④研究城市除人以外的生命有机体（包括动物、植物和微生物）的状况，及其与人类的相互关系；⑤从区域角度研究城市生态系统与其他生态系统（如农田、河流、森林和海洋）的相互关系；⑥从全球的角度研究城市化对整个地球生命支持系统的影响。

2.研究城市居民生存的环境质量

包括：①衡量城市人类生存环境质量的生态学指标；②改善城市居民生存环境质量的途径以及城市及其居民的生态责任。

3.将生态学的知识应用于城市研究、城市规划建设与管理包括：①按照生态学原理开展城市综合研究，探讨城市环境问题的生态学本质；②按照生态学的要求编制城市规划、建设与管理的有关规范、文件；③开展生态规划研究与实践。

城市生态系统

一、城市生态系统的基本概念

（一）城市生态系统的定义

第二节城市生态系统特定地域内的人口、资源、环境（包括生物的和物理的、社会的和经济的、政治的和文化的）通过各种相生相克的关系建立起来

的人类聚居地或社会、经济、自然复合体。

（二）城市生态系统的构成1.城市生态系统的基本结构

城市生态系统具有等级特征，它可以分成若干个相互联系和制约的子系统，每一个一级子系统又可以分为若干个次一级系统；这样续分下去，最终每个次级系统可以分为若干不同的组分（ component）。各个亚系统还可以进一步续分为不同的子系统，彼此互为环境。城市生态学主要研究不同层次内各个子系统之间或者组分间相互作用的复杂关系。一般将城市生态系统分为社会、经济、自然三个一级子系统（亚系统）。

社会生态亚系统以人口为中心，包括基本人口、服务人社会口、抚养人口、流动人口等以满足城市居民的就业、居住、交〈通、供应、文娱、医疗、教育及生活环境等需求为目的，为经济系统提供劳力和智力。它以高密度的人口和高强度的生活消费为特征。经济自然经济生态亚系统以资源（包括能源、物资、信息等）为核心，由工业、农业、建筑、交通、贸易、金融、信息、科教等的基本结构系统所组成。它以物资从分散向集中的高密度运转，能量从低质向高质的高强度聚集，信息从低序向高序的连续积累为特征。

自然生态亚系统以生物结构和物理结构为主线，包括植物、动物、微生物、人工设施（房屋、道路、管线等）和自然地理环境（土地、水域、大气、气候景观等）。它以生物与环境的共存、城市活动的支持、容纳、缓冲及净化为特征。自然生态亚系统是基础，经济生态亚系统是命脉，社会生态亚系统是主导。它们之间相互作用，导致了城市复合体的矛盾运动。2.城市生态系统的构成

城市生态系统是由城市人类及其生存环境两大部分组成的统一体。其中城市人类是由不同的人口结构、劳力结构和智力结构的城市居民所组成的；而城市人类生存环境是由自然环境

（大气、水、土壤等）、生物环境（除人类外的动物、植物、微生物）和经济、社会文化环境以及技术物质环境（建筑物、道路、公共设施等）组成的。

二、城市生态系

统的特点

1.城市是以人为主体的生态系统

城市中人口密集，供自然界生物生存的绿地面积很小，绿色植物和动物在城市生态系统中仅仅作为环境的一部分。

2.城市是具有人工化环境的生态系统

人工化环境改变了城市的下垫面特征，形成"城市热岛"，并使城市的小气候发生改变：城市中的自然，如山体、河流、湖泊和沼泽等也都受到人类建设活动的严重影响，形态和功能都发生了巨大变化。

3.城市是流量大、容量大、密度高、运转快的开放系统城市是一个需要输入大量粮食、水、燃料、原料，同时输出大量的产品和废物的开放系统，其物质和能量的"输入一一转化一一输出"运转效率很高。

4.城市是依赖性很强，

独创性很差的生态系统

生态系统所具有的自然调节和保持平衡功能在城市生态系统中显得很弱。城市需要不断的人为干预来维持系统的平衡。

5.对城市生态系统的研究必须与人文社会科学相结合

由于城市生态系统是以人为主体的人工生态系统，包括人的社会活动、经济活动在内的"城市系统"才是人们真正需要广加研究的对象。社会学、经济学的观点、方法必然同时被生态学家所利用来解释城市复杂的结构、功能和过程。

三、城市生态系统的功能1.城市生态系统基本功能

城市生态系统的功能即是城市生态系统在满足城市居民的生产、生活、游葱、交通活动中所发挥的作用。城市生态系统的结构及其特征决定了城市生态系统的基本功能，和自然生态系统类似，城市生态系统也具有生产功能、能量流动功能、物质循环功能和信息传递等功能。由于城市生产包括经济生产和生物生产，经济生产囊括了城市的主要社会过程，因此城市生态系统的基本功能要比自然生态系统复杂得多。

一般将城市生态系统的基本功能概括为三个，分别为生产，为社会提供物资和信息产品；二是生活（消费）功能，城市具有利用域内外环境所提供的自然资源及其他资源，生产出各类"产品" （包括各类物质性及精神性产品），既为市民提供方便的生活条件和舒适的栖息环境的能力；三是还原（调节）功能，城市具备的消除和缓冲自身发展带来的不良影响能力以及在自然界发生不良变

化时能尽快恢复原状，既保证城市自然资源的永续利用和社会、经济、环境的协调发展的能力。也有的认为城市生态系统的基本功能还应包括区域主导，即城市是区域经济集聚增长的结果，同时又引导着区域经济的发展和环境质量的好坏。城市生态系统的基本功能通过能量流和物质循环来实现。

2.城市生态系统的能量流动

城市生态系统中原生能源一般皆需从城市外调人，其运输量十分惊人。城市生态系统能量流动具有以下特征：

（1）在能量使用上，能量来源不仅仅局限于生物能源，还包括大量的非生物能源。能量流动和交换同时存在于生物与生物、生物与人类、生物和人类与非生物（如人类所制造的各种机械设备等），以及非生物与非生物之间。随着城市

的发展，它的能量、物资供应地区越来越大，从城市所在的邻近地区到整个国家，直至世界各地。

（2）在传递方式上，城市生态系统的能量流动方式要比自然生态系统多。自然生态系统主要通过食物网传递能量，而城市生态系统通过农业部门、采掘部门、能源生产部门、运输部门等传递能量。

（3）在能量流运行机制上，自然生产系统能量流动是自发的，而城市生态系统能量流动以人工为主，如一次能源转换成二次能源、有用能源等皆依靠人工。（4）在能量生产和消费活动过程中，除造成热污染外，还有一部分物质伴随着以“三废”形式排入环境，使城市环境遭受污染。如我国每燃烧1t煤排

放二氧化硫4.9kg，烟尘1.45kg，氧化物3.6-9.2岭，一氧化碳0.2 -22. 7kg。（5）能量流动在流动中不断有损耗，不能构成循环，具有明显的单向性。

（6）除部分能量是由辐射传输外（热损耗），其余的能量都是由

各类物质携带。3.城市生态系统的物质循环

城市生态系统中物质循环是指各项资源、产品、货物、人口、资金等在城市各个区域、各个系统、各个部分之间以及城市与外部之间的反复作用过程。城市生态系统物质循环具有以下特征：

（1）城市生态系统所需物质对外界有依赖性

绝大多数城市都缺乏维持城市的各种物质，皆需从城市外部输入城市生产、生活活动所需的各类物质，离开了外部输入的物质，城市将立即陷入困境。（2）城市生态系统物质既有输入又有输出

城市生态系统在输入大量物质以满足城市生产和生活需求的同时，也输出大量的物质，包括产品及各类"废弃物"。

（3）生产性物质远远大于生活性物质

这是由于城市的最基本的特点是经济集聚（生产集聚），城市首先是一个生产集聚的区域所决定的。

（4）城市生态系统的物质流缺乏循环

城市生态系统中分解者的作用微乎其微（因城市生态系统是高度人工化的生态系统），数量也很少，再加上物质循环中产生的废物数量巨大，故城市生态系统中废物难以分解、还原，物质被反复利用，周而复始地循环（利用）的比例相

当小。（5）物质循环在人为干预状态下进行

与自然生态系统的物质循环主要在自然状态下进行不同，城市生态系统的物质循环皆在人为状态下进行。人们为了增加产品种类、提高生产效率、满足物质享受，使得城市生态系统的物质循环受到了很大影响。

（6）物质循环过程中产生大量废物

由于科学技术的限制以及人们认识的局限，城市生态系统物质利用的不彻底性导致了物质循环的不彻底，物质循环的不彻底又导致了物质循环过程中产生大量废物。

例题：

1在自然界里，一般一个种总是以（ B ）形式存在。

A个体 B种群 C群落 D生境

下面说法正确的是（ ACD ）。（多选）

A种群是物种存在的基本单位 B功能相同的群落，其物种组成也是相同的

C 群落具有一定的组成和营养结构

D 生态系统的边界有的是比较明确的，有的则是模糊

3 生态学的研究内容包括以下（ ABC ）部分。（多选）

A生物生存环境 B 种群特征

C生态因子及其作用 D个体特征

4．生物的生存环境包含以下（ C ）方面。

A生物的物质环境、生物的能量环境 B物质环境、生物环境

C物理环境、生物环境 D生物环境、生物圈