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1、生态系统与城市生态系统,College of Life Sciences and Technology,第一节 生态系统,一、生态系统的概念及其特征 系统 生态系统：在一定空间范围内，各生物成分（包括人类在内）和非生物成分（环境中物理和化学因子）通过能量流动和物质循环而相互作用、相互依存所形成的一个功能单位。,College of Life Sciences and Technology,生态系统概念的提出 英国学者Tansley于1935年提出生态系统的概念，强调生物和环境的不可分割性。 20世纪60年代以来，成为国际上生态学研究的焦点。 生态系统研究的背景,College of Life
2、Sciences and Technology,生态系统的类型,陆地生态系统： 森林生态系统、农田生态系统、 城市生态系统 水域生态系统： 河流生态系统、池塘生态系统、 海洋生态系统,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,生态系统的特征： 1. 内部具有自我调节能力 2. 具有能量流动、物质循环和信息传递等三大功能 3. 是一动态系统 4. 是一开放系统,生态系统,生物成分,非生物环境,生产者（producers）,消费者(consumers),还原者(decomposer
3、s),太阳辐射能,无机物质,有机物质,二、生态系统的组成,College of Life Sciences and Technology,（一）非生物环境 土壤、辐射、温度 （二）生产者 能以简单的无机物质制造食物的自养物。 包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。,College of Life Sciences and Technology,（三）消费者 生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生菌类，属异养型生物，只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量。 食草动物： 食肉动物： 大型食肉动物：,College of Life Sciences and Technology,（四
4、）分解者 属异养生物，如细菌、真菌、放线菌以及土壤原生动物和一些土壤中小型无脊椎动物。其作用是将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,三、生态系统的结构,（一）食物链和食物网 生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系排列的链状顺序。,College of Life Sciences and Technology,食物网：食物链彼此交错连结，形成的一个网状结构。,College of Life Scienc
5、es and Technology,College of Life Sciences and Technology,食物链类型,草牧食物链（捕食食物链）: 腐生食物链（碎食食物链）:,College of Life Sciences and Technology,（二）营养级和生态金字塔,营养级： 处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,辐射能,热 能 化学能,热 能 机械能,生态系统中的能量流动,能量流动特点： 1 “越流越细”，能
6、量在流动过程中逐渐耗散。 2 单向流动，不可逆。,College of Life Sciences and Technology,生态金字塔： 能量通过各个营养级过程中逐级减少，如果把各营养级的能量由低到高画成图，就成为一个金字塔形。 如果以生物量或个体数目来表示，可得到生物量金字塔或数量金字塔。,单位：公斤,生物量金字塔,浮游动物,鱼,浮游植物,College of Life Sciences and Technology,四、生态系统的功能,（一）生态系统的能量流动 （二）生态系统的物质循环 （三）生态系统的信息传递,College of Life Sciences and Technol
7、ogy,（一）生态系统的能量流动,1. 热力学定律 热力学第一定律 热力学第二定律,College of Life Sciences and Technology,热力学第二定律, 物体自由能的提高不可能是一个自发的过程 任何产生自由能贮备的能量转换都不可能达到百分之百有效。,College of Life Sciences and Technology,熵（entropy）,S=Q/T 生态系统是一个开放系统，它们不断地与周围的环境进行着各种形式能量的交换，通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出环境。,College of Life Sciences and Technology,热
8、力学的两个定律,熱力学的两个定律： 第一定律：A = B + C 第二定律：C A,College of Life Sciences and Technology,2. 生态系统的能量流动,总生产量、净生产量和生物量 能量在生态系统中的流动与转换,College of Life Sciences and Technology,初级生产,次级生产量,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,林德曼效率,College of Life Sciences and Technology
9、,（二）生态系统物质循环,水循环 气体型循环 沉积型循环,College of Life Sciences and Technology,生物地球化学化循环(biogeochemical cycle),矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material) 。,水循环,碳循环(carbon cycle),化,泥碳,煤,大气中CO2,CO2,碳化作用,石油,水生植物 光合作用,腐烂,燃料,呼吸作用,光合作用,腐烂,扩散,氮循环(nitrogen cycle),陆地陆地,其它 动植物,蓝
10、藻,浅层死有机物,溶解死有机物,土壤中无机氮库,丢失于深 层沉积中,动植物 活体,共生或 自由生活 的固氮 微生物,死有机体,陆地,河流带走,生物固氮,大气库 N2,大气库 HN3,NO,NO2, N2O ，,工业固氮 （汽车,化肥,电厂）,脱氮,闪电,化学反应,海洋,火 山 作 用,降 水,大气,College of Life Sciences and Technology,磷循环（phosphorus cycle）,沉积型循环,沉积物中的磷 （约为土壤和海洋中千倍以上）,陆地,海洋,死 有机物,土壤中的 无机磷,活有机物,死 有机物,深海的磷,活有机物,捕鱼,鸟粪,悬浮在水中随河水带走,摄
11、取,排泄 死亡,下,沉,分解,沉积,溶解于水,上升风化,开采,摄取,排泄死亡,上涌,College of Life Sciences and Technology,汞循环(mercury cycle),火山活动,化石 燃烧,降水,挥发,挥发,沉积物,农田风化和淋溶作用,农药喷洒,径流,(CH3)2Hg,Hg2,CH3Hg,鱼,水生植物,水鸟,工厂 汞的废物,捕鱼,由河水带走,(中性pH),(酸性pH),College of Life Sciences and Technology,物质循环和能量流动的关系,生态系统中物质与能量流动是互相依存，互相制约，密不可分的。但能量在生态系统中是被消耗、单
12、向循环（流动），不可逆的。而物质循环是可逆的，多向可返回原来的化学形态，并可逃循、脱离生态系统。,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,（三）生态系统的信息传递,信息？ 怎样传递？,College of Life Sciences and Technology,五、生态系统的反馈调节和生态平衡,生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。,College of Life Sciences and Tech
13、nology,第二节 城市生态系统,College of Life Sciences and Technology,城市,城市(city)是非农业人口为居民主体, 以空间与环境利用为基础, 以聚集经济效益为特点, 以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体。 城市的根本性质：以人为主体 城市与乡村的区别,College of Life Sciences and Technology,College of Life Sciences and Technology,北京遭遇强沙尘袭击,College of Life Sciences and Technology,孤立
14、农家 市井集镇 老工业区 新工业区,城市化发展过程,College of Life Sciences and Technology,欧洲的城市化发展,College of Life Sciences and Technology,从生态学的角度看: 城市是一个以人类生活和生产活动为中心,由居民和城市环境组成的自然、社会、经济复合生态系统，或称城市生态系统。,College of Life Sciences and Technology,一、城市生态系统的组成与结构,（一）城市生态系统的组成 自然系统、社会系统、经济系统以及他们的子系统,College of Life Sciences and
15、Technology,College of Life Sciences and Technology,（二）城市生态系统的结构 1. 形态结构 2. 营养结构 (经济结构: 产业结构、能源结构和交通结构),北京中心城城市布局结构图(两轴两带多中心）,杭州网状结构,城市道路 和谐音符织成的线谱,College of Life Sciences and Technology,二、城市生态系统的特点,（一）以人为主体 （二）容量大、流量大、密度高、运转快、高度开放 （三）人类的自我驯化 （四）多层次的复杂系统,College of Life Sciences and Technology,三、城市生
16、态系统的功能,（一）物质流 （二）能流 （三）信息流,College of Life Sciences and Technology,（一）物质流,城市生态系统的物质流可分自然推动的物质流和人工推动的物质流。前者如空气流动、自然水体流动等，可称作资源流；后者即交通运输等。 包括人口流、劳力流、智力流、价值流、货物流、资源流.,农民工是城镇化主流群,College of Life Sciences and Technology,（二）能流,1.遵守热力学第一、第二定律，在流动中不断有损耗，单向性； 2.除部分热损耗是由辐射传输外，其余的能量都是由物质携带的，能流的特点体现在物质流中。但是能量每流
17、过一个能级时，均有一定的损耗。,College of Life Sciences and Technology,中山市环境-经济能量系统图解,College of Life Sciences and Technology,（三）信息流,城市的重要功能之一，就是输入分散的、无序的信息，输出经过加工的、集中的、有序的信息。对于政治中心、文化中心、科学中心、商业中心城市，这一功能尤其重要。 城市的输出物中，除了物质产品和废物外，还有精神产品，这就要靠信息流完成。信息流是附于物质流中的,信息的流量反映了城市的发展水平和现代化程度.,College of Life Sciences and Techno
18、logy,四、城市生态系统的平衡与调控,城市生态系统是以人类为中心人类与其自问环境的关系是人积极地、主动地适应环境和改造环境其系统行为很大程度上取决于人类所作出的决策，因而它的调控机制主要是通过人工选择而完成的。,College of Life Sciences and Technology,五、城市生态系统中存在的主要问题,College of Life Sciences and Technology,结语：,目前，国内外许多城市把生态城市作为城市发展的目标。 城市化是人类社会发展与进步的必然趋势。 中国的城市化已进入了高速发展阶段，而且这种快速增长势头将持续较长时期。选择一条可持续发展的新路生态城市的道路。,