第二章 生态学基础
1.生态系统基本概念
2.生态系统的组成
3.生态系统中的能量流动
4.生态系统中的物质循环
5.生态平衡
6.城市生态系统生态学的定义生态学（ Ecology）一词最早是由德国生物学家 黑格尔 于 1869年提出的。
其英文词首和经济学（ Economics）是相同的，均来自于希腊文，表示家庭居处或环境的意思，可见，生态学与经济学、家庭、环境等有着密切的关系。
他把生态学定义为,研究有机体与其有机和无机环境之间相互关系的科学,。
生态学的定义
后来有的学者把生态学定义为
,研究生物或生物群体与其环境的关系，或生活着的生物与其环境之间相互联系的科学,。
生态学的定义
生态学中所说的生物 包含植物、动物和微生物。最近，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学也扩展到人类生活和社会形态等方面，
把人类这一生物物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生物圈内生态系统的相互关系问题。
生态学的发展生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的重要分科之一。初期主要研究植物，
后来逐渐涉及动物和人类。目前，随着现代科学技术的发展并向生态学的不断渗透，赋予它新的内容和动力，
使其成为多学科、较活跃的科学领域之一。
按研究范围对生态学进行分类：
个体生态学
种群生态学
群落生态学
生态系统生态学（简称生态系统）
1、生态系统的概念
1.1生物圈生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它在地面以上达到大致 23km的高度及地面以下延伸至 12km的深处，其包括平流层的下层、整个对流层以及沉积岩圈和水圈。但绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约 100m厚的范围内。
1.1生物圈生物圈存在的基本条件是：
第一、可以获得来自太阳的充足光能。
第二、要存在可被生物利用的大量液态水。
第三、生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。
第四、提供生命物质所需的各种营养元素。
1.2 生物多样性生物多样性系指某一区域内遗传基因的品系、物种和生态系统多样性的总和。
1.2 生物多样性
遗传多样性是指某个种内个体的变异性，由特定种、变种或种内遗传的变异来计量。
1.2 生物多样性
物种多样性是指地球上生命有机体的多样性。
1.2 生物多样性
生态系统多样性是指物种存在的生态复合体系的多样化和健康状态．即指生物圈内的生境、生物群落和生态过程的多样化。
全球生物多样性基本状况物种迄今为止，人类还不能准确知道地球上究竞有多少生物物种。 60年代中期，科学家们认为，地球物种大约为
300万种，现在则认为至少有 500万种。
但许多专家指出，保守的估计是 1000
万种。
物种根据物种的表现增长率来预测动物物种的最终总数为：哺乳动物
4300种，鸟类约 9000种，爬行动物
6000种，两栖动物 3500种，鱼类
2,3万种。最近，根据对秘鲁热带森林中昆虫的调查．发现了许多新的物种，因而有人估计地球上物种总数超过 3000万种。
分布与多样性
全球物种分布极不规律。
因地理和生态的隔离状态促进了物种形成，某些地区的生物很难移居他处而成为特有种。
物种多样性低的地区是水冠、
冻土带和北方森林。
分布与多样性
据估计,2000年来约有 110多种兽类和 130
多种鸟类从地球上消失，其中 1/3是 19世纪前消失的,1/3是 19世纪灭绝．另 1/3是近 50年来灭绝的。近 50年来我国仅动物就绝灭了数十种，另外尚有数百种面临濒危绝灭的境地。我国植物中的珍稀和特有种也有数十种绝灭。据联合国估计，到 2000
年地球上特有 10％ -20％的植物消失。在中国国家重点保护野生动物名录中，受保护的濒危野生动物达 400多种。植物红皮书中记述的濒危植物高达 l019种。
2 生态系统及其组成
生态系统是指特定地段中的全部生物 (即生物群落 )
和物理环境相互作用的任何统一体。
生态系统
生态系统就是一个相互进行物质和能量交换的生物与非生物部分构成的相对稳定的系统。
它是生物与环境之间构成的一个功能整体，是生物圈能量和物质循环的一个功能单位。
生态系统的组成生态系统生物部分分解（还原）者生产者绿色植物光能合成细菌、化能合成细菌消费者一级消费者 —— 草食动物二级消费者 —— 肉食动物三级消费者 —— 大型肉食动物四级消费者 —— 顶级肉食动物有机营养微生物微型动物非生物部分物质代谢原料阳光
CO2
H2O,O2
无机营养盐分非生命的有机物质基质 岩石、砂、泥等煤质 水、空气、土壤等食物网生态系统
(一 )生物部分
Ⅰ,初级生产者初级生产者指全部绿色植物或某些能进行光合作用或化能合成作用的细菌，又称为自养有机体。
绿色植物通过光合作用把 CO2,H2O
和无机盐类转化成有机物质．把太阳能以化学能的形式圈定在有机物质中。因此，绿色植物是整个生态系统的物质生产者。
光能合成细菌和化能合成细菌也能把无机物合成为有机物。如硝化细菌能将 NH3氧化为 HNO2和 HNO3，并利用氧化过程中释放的能量，把 CO2、
H2O合成为有机物。这类细菌虽然合成的有机物质不多，但它们对某些营养物质的循环却有重要意义。
Ⅱ,消费者
消费者指直接或间接利用绿色植物所制造的有机物质作为食物来源的异养生物．又称为异养有机体。主要是各种动物，也包括某些腐生和寄生的菌类。
Ⅱ,消费者
(1)草食动物 它们以植物的叶、枝、
果实、种子为食．如牛、羊、免、
鹿、蝗虫和许多鱼类等。在生态系统中，绿色植物所制造的有机物质首先作为这类动物的食物，所以草食动物又称为初级消费者或第一级消费者。
Ⅱ,消费者
(2)肉食动物 它们以草食动物或其他弱小动物为食，包括次级消费者和三级消费者等。初级消费者、次级消费者等之间并没有严格的界限，
许多杂食性动物，既是初级消费者．又是次级消费者或三级消费者。
因而构成复杂的食物链和食物网。
Ⅱ,消费者
(3)寄生动物 寄生于其他动、
植物内，靠吸取宿主营养为主。
(4)腐食动物 以腐烂的动植物残体为食。
Ⅲ,分解者分解者主要是指各种微生物，
也包括某些以有机碎屑为食物的动物，又叫做还原者。
它们以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物来源，并把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境，
供生产者再度吸收利用．从而构成生态系统中营养物质的循环。
微生物（真菌）
橙盖伞分解者
(二 )非生物部分
非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所．
(二 )非生物部分
原料部分：主要是阳光,O2,CO2、
H2O、无机盐及非生命的有机物质；
媒质部分：指水、土壤、空气等；
基质：指岩石、砂、泥。
生态系统的类型
1．陆地生态系统陆地生态系统包括整个陆地上的各类生物群落。
陆地生态系统
根据地球纬度及水、热等环境条件，按植被的优势类型可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等。
森林生态系统，又可再分为热带林、亚热带林、温带林、寒带林等生态系统，以下还可再分。
森林生态系统各种类型的森林,占陆地面积的 28.5%
草原生态系统各种大草原,占陆地面积的 25%
农田生态系统所有耕地，
占陆地面积的 10%
荒漠生态系统指气候干旱、
降水稀少、
植被贫乏的自然地带陆地生态系统水生生态系统包括海洋和陆地上的江、河、湖、沼等水域．其面积占地球表面的 2/3。它又可以分为海洋生态系统和淡水生态系统。淡水生态系统又可再分为流水生态系统 (河、
溪 )和静水生态系统 (湖泊、水库 )。
2．水生生态系统淡水生态系统如湖泊、池塘等，其水量不足全球水量的 1%
海洋生态系统面积辽阔，约占地球总面积的 71%
生态系统基本特征
(一 )开放性在生态系统中．能量是单向流动，即从绿色植物接收太阳光能开始，到生产者、消费者、分解者以各种形式的热能消耗、散失为止，
不能再被利用形成循环。
生态系统基本特征
(二 )运动性在相互适应调节状态下，生态系统呈现出一种有节奏的相对稳定状态．并对外界环境条件的变化表现出一定的弹性。这种稳定状态，
即是生态平衡。
生态系统基本特征
(三 )自我调节性在不断与外界进行能量和物质交换过程中，通过自身的运动而不断调整其内在的组成和结构，
并表现出一种自我调节的能力，
以不断增强对外界条件变化的适应性、忍耐性。维持系统的动态平衡。
生态系统基本特征
(四 )相关性与演化性对一个具体的生态系统而言，
它总是随着一定的内外条件的变化而不断地自我更新、发展和演化。
表现为一种产生、发展、消亡的历史过程，呈现出一定的周期性。
3、生态系统中的能量流动
3.1能量源泉 （太阳）
热核聚变（氢原子聚变成氦，
并以电磁波形式向空间释放出能量）
太阳辐射能的分配
3、生态系统中的能量流动
3.2能量流动方式消费者 4生产者 消费者 1 消费者 2 消费者 3BB B B
R R R R R
分解者
R
D
D+n D+n
D+n D+n
太阳光
S
生态系统中的能量流动和转换，
也服从热力学的第一、第二定律。
能量流动的特点（ 5个）
自然条件下,能量固定率为 1％ 。
生态系统的能量流动为 单向流动 。
流动中能量急剧减少,从一个营养级到另一个营养级都有大量的能量以 热的形式 散失掉。
在生态系统中，当其生产的能量与消耗的能量保持一定的相对平衡时，该生态系统的结构和动能才能保持动态平衡，
也就是 生态平衡。
在生态系统中，各级消费者之间的能量利用率不高，为 10
％左右。也就是 生态金字塔 。
能量流动的特点（ 5个）
1000
100
10
1
浮游动物鱼水域生态系统的生态金字塔浮游植物
4、生态系统中的物质循环
物质循环组成生物体的 C,H,O,N,P,S等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程，这就是生态系统的 物质循环 。
生物圈是地球上最大的生态系统，其中的物质循环带有全球性，这种物质循环又叫生物地球化学循环 。
物质循环伴随能量流动，
能量流动孕于物质循环之中
能量流动是单向的，不可逆；物质循环是循环流动的
4.1 水循环在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。
水循环水循环
水是物质循环的必要介质，其他物质循环都结合水循环进行。
地球上淡水资源中只有不到 1％
的部分是人类可以利用的液态水
太阳能是水循环的驱动力水的年平均循环量表
(百万立方米／年 )
海洋降水 3.24× 108
海洋蒸发 3.60× 108
陆地降水 0.98× 108
陆地蒸发 0.62× 108
4.2碳循环碳元素约占生物体干重的
49％，碳是有机化合物的
,骨架,,没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是以 CO2的形式进行循环的。
碳循环大气中 CO2含量变化对气候变化产生严重影响
4.3氮循环硝酸盐氨或铵盐大气中的氮细菌分解
NOX
人类经济活动对氮循环的影响
氮氧化物大量输入大气，造成空气污染
向环境输入大量硝酸盐，与磷一起造成水体富营养化。
4.4磷循环化石磷矿床磷酸盐岩石鸟粪层食物链天然侵蚀人工开采海鸟和鱼散失在深海沉积层中浅海沉积层原生质合成 磷酸盐化细菌溶解的磷酸盐磷循环
小部分进行生物地球化学循环，
大部分单向流失，是不可更新资源。
造成水体富营养化
5.生态系统中的信息联系
生态系统中各成分之间存在着信息联系（或信息传递、
信息流），这些信息把生态系统联系成为一个有机的整体。
一、物理信息以光、声音、颜色等构成了生态系统的物理信息。
二、化学信息生物代谢活动中分泌的一些物质（维生素、生长素、抗菌素和性激素等），作为信息传递，使生物种群间、类发生联系或变化。
6、生态平衡
在一定时间和相对稳定的条件下，生态系统的 生产者,消费者 和 分解者 之间，不断地进行 能量流动,物质循环 和 信息联系,并保持一种动态平衡，
这便是生态系统的动态平衡，
简称生态平衡。
生态平衡的失调
当外界干扰超过生态系统的自我调节能力时，即超过生态平衡的阈值时，将造成生态系统的结构破坏、功能受阻、生态功能紊乱以及反馈自控能力下降，称为～。
生态平衡的失调
自然原因：火山喷发、海陆变迁、
雷击火灾、海啸地震、洪水与泥石流以及地壳变动
人为原因：大量排放有毒有害污染物、大面积毁坏森林、过度放牧、滥杀动物等生态平衡的调节
当生态系统的生产者、消费者和分解者在不断地进行能量流动、
物质循环和信息联系过程中，受到自然因素和人类活动的影响时，
系统保持其自身稳定的能力。
这种能力实际上是指生态系统的一种适应能力。
建立生态系统的最佳平衡
从 整体 和 全局 出发考虑对自然环境的影响，使生态系统建立更佳的动态平衡。
7,城市生态系统
城市生态系统的研究，是城市生态学的一个主要内容，目的是寻求高度集中的人口及所从事的各种社会活动与自然环境的良好合作途径，以促进经济有序发展和生态系统的良性循环。
城市的含义及特征城市是指具有 10万以上人口，住房、
工商业、行政、文化等建筑物占 50％以上面积，具有较为发达的交通网络和车辆往来频繁的人类集居区域。
城市的主要特征为：
1.是非农业人口集中区域；
2.是一定区域的政治、经济或文化中心；
3.是由多种建筑物组成的物质设施综合体。
城市的发展
1950年，世界上人口超过 100万的大城市有 71个,800万人口以上的特大城市仅有伦敦。但是到了 1970年，大城市增至
157个，特大城市增至 11个。 2000年，大城市有 400个，特大城市达 30个以上。
一,概述
1,城市生态系统概念城市生态系统是一个以人类生活和生产活动为中心的，由居民和城市环境组成的自然、社会
、经济复合生态系统。
2,城市生态系统特点相对于自然生态系统来说，有许多不同的特点：
⑴ 城市生态系统是人工生态系统人工控制 对城市生态系统的存在和发展起着决定作用。但是，人工控制是在 自然控制 的大背景下起作用的，必然受到太阳辐射、
气温、气候、风、水源状况等自然因素控制。
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
东京 北京 伦敦人口生存量A
植物生存量B
A/B
⑵ 城市生态系统是以人为主体的生态系统城市生态系统是以人为主体的生态系统
城市生态系统中，人口高度集中，其他生物的种类和数量都很少。动物群落基本上是家养动物群落，其生存除部分受气候与疾病等的影响外，基本不受天敌的威胁，而主要受人的支配。人是城市生态系统中主要的消费者。
在城市生态系统中，生产者、消费者所占的比例，
与其在自然生态系统中的比例正好相反，是以消费者为主的倒三角形营养结构。
城市生态系统中的营养结构人类动物植物人类动物植物
⑶ 城市生态系统是不完全的生态系统
城市中的植物，其主要作用已变为美化环境、
消除污染和净化空气。
由于植物产量远远不能满足当地消费者的粮食需要，必须从城市以外输入。
需要异地分解废弃物（垃圾厂、化粪池、垃圾场等）
⑷ 城市生态系统是高度开放的系统大量、高速的输入输出流、能量、物质和信息在系统中高度浓集，高速转化，其能量转化功率为每平方米每年（ 42 ~126）× 107焦耳。
生物（人）
---
自然（环境）
系统工业
---
经济系统文化
---
社会系统只考虑人的生物性活动。
只考虑人的经济活动。
只考虑人的社会活动和文化活动
⑸ 城市生态系统是多层次的复杂系统二,城市生态系统的结构与功能
1、城市生态系统的结构它着重反映系统的空间因素及其相互作用，由于不同专业的研究角度和出发点不同，所以城市生态系统的划分也各异。
以下是几种不同的城市生态系统。
社会学家划分的城市生态系统城市生态系统城市空间城市社会城市居民城市组织人口结构劳动结构智力结构政治组织经济组织文化组织群众组织家庭组织人工环境人工设施
（建成区环境）
施工环境基础设施生产设施生活服务设施自然环境自然资源土地、空气、淡水、
食物、能源、原料地域环境 地质、地貌、气候水文、土壤、生物环境生态学家提出的城市生态系统结构图城市生态系统生物系统城市居民家养生物野生生物非生物系统人工物质系统住宅与公共建筑物道路设施工厂交通运输通讯设施市政管网设施环境资源系统气域水域土地矿产能源系统生物能（食物等）
自然能化石燃料城市中各子系统的特点、环境问题和解决措施
2,城市生态系统的功能
(1) 物质流
城市外区域的大量工业原料和农副产品输入
工业产品与废弃物的输出输入生产库存输出废弃物累积如 建筑道路如五金产品、
建筑材料消耗城市系统中货物流的流程途径空气流这种资源流的流动速率和强度，直接影响着城市的大气环境质量。
输入 输出 生产 消费空气 28.39× 104 28.39× 104
氧 65580.9 65542.7 3.34 41.5
CO2 130.59 182.64 57.06 5.01
由该表能得出什么结论呢?
北京的空气流 位,万吨该表可以出：
北京市由于氧的消耗量过大,使 O2---CO2
的平衡被严重破坏,从而看到北京环境质量确有待改善,也可推断出北京的绿地面积太少了,离要求太远,
这都是规划上失误的证明,
CONCLUSION:
热原生能源次生能源有用能源最终能源传输率损 耗 热损耗热损耗热损耗热利用 率损 耗热传 输率转 化率 利 用率
（ 2）能量流城市生态系统能量流的基本过程
原生能源（一次能源）：从自然界直接获取的能量形式，主要包括：煤、石油、
天然气、油页岩、油沙、太阳能、风能、
水能、潮流能、波浪能、核能、地热能等。
次生能源：经过加工或转化，便于输送、
贮存和使用的能量形式。如电力、柴油、
液化气
有用能源：使用者为了达到使用目的，
将次生能源转化为特殊的使用形式。如机械能，热能等。
最终能源：能量使用的最终目的，它是存在于产品中或投入到所创造的环境中的能量形式。如抽水机把机械能转变为水的势能。
城市生态系统与自然生态系统能量流动的相同点
遵守热力学第一、第二定律，在流动中不断有损耗，不能构成循环
除部分热损耗是同辐射传输外，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。但是能量每流过一个能级时，并不服从所谓的,10%定律,
在城市的生态系统中，存在着强大的能流、物流，
必然对环境产生不可估量的影响。
Eg,北京市 2000年预计输入 6000万吨标准煤，
暂不考虑其燃烧释放的 SOX,NOX,粉尘等对环境的污染，仅就燃烧一项，燃烧热达 1.76× 1018 焦耳。
我国能源利用率按 30%计,则进入城市环境的余热,
1.76× 1018× (1－ 30%) = 1.23× 1018 焦耳这些热量进入城市环境是十分惊人的。
目前北京市的,热岛,效应已很严重，
,热岛,
强度已达 5℃
⑶ 信息流
自然信息：水文、气候、地质、
生物、环境等
社会经济信息：人口、科教、人才、新技术、市场、金融、价格、
贸易等信息流信息流的功能：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。
同时信息流也附于物质流中，如报纸广告和电视、书刊等都是信息的载体。
信息的流量反映了城市的发展水平和现代化程度。
城市人口流动在时间上和空间上的变化。
劳力流 是特殊的人口流。（人口在时间上的空间上的变化）
智力流 则是特殊的劳力流。 （智力在时间上的变化，反映着城市智力结构的改变过程，而智力在空间上的变化则反映智力在不同部门中的改变。）
（ 4）人口流
（ 5）价值流
物质流的表现，是物质流以计量形式的体现。
包括投资、产值、利润、商品流通和货币流通等，反映城市经济的活跃程度。
生态城市的概念按生态学原理建立起来的一类社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的人类聚居地。所以，生态城市必然是一个绿化非常好的城市，而绿化非常好的城市不一定是生态城市。
生态城市的概念
（一）市民素质高 是指在该城市中人口增长得到有效控制，人们受着良好的教育，科技事业比较发达并且能够有力、持续地推动经济、社会和环境事业的发展。
生态城市的概念
（二）天蓝地绿水清 在生态城市里，
善待自然、保护环境成为社会公德和人们的自觉行为准则；到处是绿荫草地、青山绿水的城市景观，人的行为与大自然有机结合、相互协调。
生态城市的概念
（三）资源高度利用 生态城市是一个真正意义上的可持续发展的社会。
所有的原材料和能源得到最合理、
相对最高效率的利用；在生产和消费的源头就严格控制废物的产生，
废物一旦产生就必须按设定的方案进行回收、再生和再利用。
生态城市的概念
（四）产业结构优化 在生态城市中发展的产业都必须以不破坏生态平衡为前提，大力发展高新技术产业，
利用新技术改造传统产业。生态城市的产业中必定有三个共同点：一是应用先进技术发展生态农业和都市园林，其二是旅游业以生态旅游为特色，三是环保产业发达并有一定的带动性。
生态城市的概念
（五）城市规划科学 生态城市的建设和管理必须重视以下几点：建筑布局合理；严格控制建筑密度；大力提高建筑物的传统个性和文化艺术品位；城市配套设施和基础设施充足而且先进；城市管理纳入法治轨道。
1.生态系统基本概念
2.生态系统的组成
3.生态系统中的能量流动
4.生态系统中的物质循环
5.生态平衡
6.城市生态系统生态学的定义生态学（ Ecology）一词最早是由德国生物学家 黑格尔 于 1869年提出的。
其英文词首和经济学（ Economics）是相同的，均来自于希腊文，表示家庭居处或环境的意思，可见，生态学与经济学、家庭、环境等有着密切的关系。
他把生态学定义为,研究有机体与其有机和无机环境之间相互关系的科学,。
生态学的定义
后来有的学者把生态学定义为
,研究生物或生物群体与其环境的关系，或生活着的生物与其环境之间相互联系的科学,。
生态学的定义
生态学中所说的生物 包含植物、动物和微生物。最近，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学也扩展到人类生活和社会形态等方面，
把人类这一生物物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生物圈内生态系统的相互关系问题。
生态学的发展生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的重要分科之一。初期主要研究植物，
后来逐渐涉及动物和人类。目前，随着现代科学技术的发展并向生态学的不断渗透，赋予它新的内容和动力，
使其成为多学科、较活跃的科学领域之一。
按研究范围对生态学进行分类：
个体生态学
种群生态学
群落生态学
生态系统生态学（简称生态系统）
1、生态系统的概念
1.1生物圈生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它在地面以上达到大致 23km的高度及地面以下延伸至 12km的深处，其包括平流层的下层、整个对流层以及沉积岩圈和水圈。但绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约 100m厚的范围内。
1.1生物圈生物圈存在的基本条件是：
第一、可以获得来自太阳的充足光能。
第二、要存在可被生物利用的大量液态水。
第三、生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。
第四、提供生命物质所需的各种营养元素。
1.2 生物多样性生物多样性系指某一区域内遗传基因的品系、物种和生态系统多样性的总和。
1.2 生物多样性
遗传多样性是指某个种内个体的变异性，由特定种、变种或种内遗传的变异来计量。
1.2 生物多样性
物种多样性是指地球上生命有机体的多样性。
1.2 生物多样性
生态系统多样性是指物种存在的生态复合体系的多样化和健康状态．即指生物圈内的生境、生物群落和生态过程的多样化。
全球生物多样性基本状况物种迄今为止，人类还不能准确知道地球上究竞有多少生物物种。 60年代中期，科学家们认为，地球物种大约为
300万种，现在则认为至少有 500万种。
但许多专家指出，保守的估计是 1000
万种。
物种根据物种的表现增长率来预测动物物种的最终总数为：哺乳动物
4300种，鸟类约 9000种，爬行动物
6000种，两栖动物 3500种，鱼类
2,3万种。最近，根据对秘鲁热带森林中昆虫的调查．发现了许多新的物种，因而有人估计地球上物种总数超过 3000万种。
分布与多样性
全球物种分布极不规律。
因地理和生态的隔离状态促进了物种形成，某些地区的生物很难移居他处而成为特有种。
物种多样性低的地区是水冠、
冻土带和北方森林。
分布与多样性
据估计,2000年来约有 110多种兽类和 130
多种鸟类从地球上消失，其中 1/3是 19世纪前消失的,1/3是 19世纪灭绝．另 1/3是近 50年来灭绝的。近 50年来我国仅动物就绝灭了数十种，另外尚有数百种面临濒危绝灭的境地。我国植物中的珍稀和特有种也有数十种绝灭。据联合国估计，到 2000
年地球上特有 10％ -20％的植物消失。在中国国家重点保护野生动物名录中，受保护的濒危野生动物达 400多种。植物红皮书中记述的濒危植物高达 l019种。
2 生态系统及其组成
生态系统是指特定地段中的全部生物 (即生物群落 )
和物理环境相互作用的任何统一体。
生态系统
生态系统就是一个相互进行物质和能量交换的生物与非生物部分构成的相对稳定的系统。
它是生物与环境之间构成的一个功能整体，是生物圈能量和物质循环的一个功能单位。
生态系统的组成生态系统生物部分分解（还原）者生产者绿色植物光能合成细菌、化能合成细菌消费者一级消费者 —— 草食动物二级消费者 —— 肉食动物三级消费者 —— 大型肉食动物四级消费者 —— 顶级肉食动物有机营养微生物微型动物非生物部分物质代谢原料阳光
CO2
H2O,O2
无机营养盐分非生命的有机物质基质 岩石、砂、泥等煤质 水、空气、土壤等食物网生态系统
(一 )生物部分
Ⅰ,初级生产者初级生产者指全部绿色植物或某些能进行光合作用或化能合成作用的细菌，又称为自养有机体。
绿色植物通过光合作用把 CO2,H2O
和无机盐类转化成有机物质．把太阳能以化学能的形式圈定在有机物质中。因此，绿色植物是整个生态系统的物质生产者。
光能合成细菌和化能合成细菌也能把无机物合成为有机物。如硝化细菌能将 NH3氧化为 HNO2和 HNO3，并利用氧化过程中释放的能量，把 CO2、
H2O合成为有机物。这类细菌虽然合成的有机物质不多，但它们对某些营养物质的循环却有重要意义。
Ⅱ,消费者
消费者指直接或间接利用绿色植物所制造的有机物质作为食物来源的异养生物．又称为异养有机体。主要是各种动物，也包括某些腐生和寄生的菌类。
Ⅱ,消费者
(1)草食动物 它们以植物的叶、枝、
果实、种子为食．如牛、羊、免、
鹿、蝗虫和许多鱼类等。在生态系统中，绿色植物所制造的有机物质首先作为这类动物的食物，所以草食动物又称为初级消费者或第一级消费者。
Ⅱ,消费者
(2)肉食动物 它们以草食动物或其他弱小动物为食，包括次级消费者和三级消费者等。初级消费者、次级消费者等之间并没有严格的界限，
许多杂食性动物，既是初级消费者．又是次级消费者或三级消费者。
因而构成复杂的食物链和食物网。
Ⅱ,消费者
(3)寄生动物 寄生于其他动、
植物内，靠吸取宿主营养为主。
(4)腐食动物 以腐烂的动植物残体为食。
Ⅲ,分解者分解者主要是指各种微生物，
也包括某些以有机碎屑为食物的动物，又叫做还原者。
它们以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物来源，并把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境，
供生产者再度吸收利用．从而构成生态系统中营养物质的循环。
微生物（真菌）
橙盖伞分解者
(二 )非生物部分
非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所．
(二 )非生物部分
原料部分：主要是阳光,O2,CO2、
H2O、无机盐及非生命的有机物质；
媒质部分：指水、土壤、空气等；
基质：指岩石、砂、泥。
生态系统的类型
1．陆地生态系统陆地生态系统包括整个陆地上的各类生物群落。
陆地生态系统
根据地球纬度及水、热等环境条件，按植被的优势类型可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等。
森林生态系统，又可再分为热带林、亚热带林、温带林、寒带林等生态系统，以下还可再分。
森林生态系统各种类型的森林,占陆地面积的 28.5%
草原生态系统各种大草原,占陆地面积的 25%
农田生态系统所有耕地，
占陆地面积的 10%
荒漠生态系统指气候干旱、
降水稀少、
植被贫乏的自然地带陆地生态系统水生生态系统包括海洋和陆地上的江、河、湖、沼等水域．其面积占地球表面的 2/3。它又可以分为海洋生态系统和淡水生态系统。淡水生态系统又可再分为流水生态系统 (河、
溪 )和静水生态系统 (湖泊、水库 )。
2．水生生态系统淡水生态系统如湖泊、池塘等，其水量不足全球水量的 1%
海洋生态系统面积辽阔，约占地球总面积的 71%
生态系统基本特征
(一 )开放性在生态系统中．能量是单向流动，即从绿色植物接收太阳光能开始，到生产者、消费者、分解者以各种形式的热能消耗、散失为止，
不能再被利用形成循环。
生态系统基本特征
(二 )运动性在相互适应调节状态下，生态系统呈现出一种有节奏的相对稳定状态．并对外界环境条件的变化表现出一定的弹性。这种稳定状态，
即是生态平衡。
生态系统基本特征
(三 )自我调节性在不断与外界进行能量和物质交换过程中，通过自身的运动而不断调整其内在的组成和结构，
并表现出一种自我调节的能力，
以不断增强对外界条件变化的适应性、忍耐性。维持系统的动态平衡。
生态系统基本特征
(四 )相关性与演化性对一个具体的生态系统而言，
它总是随着一定的内外条件的变化而不断地自我更新、发展和演化。
表现为一种产生、发展、消亡的历史过程，呈现出一定的周期性。
3、生态系统中的能量流动
3.1能量源泉 （太阳）
热核聚变（氢原子聚变成氦，
并以电磁波形式向空间释放出能量）
太阳辐射能的分配
3、生态系统中的能量流动
3.2能量流动方式消费者 4生产者 消费者 1 消费者 2 消费者 3BB B B
R R R R R
分解者
R
D
D+n D+n
D+n D+n
太阳光
S
生态系统中的能量流动和转换，
也服从热力学的第一、第二定律。
能量流动的特点（ 5个）
自然条件下,能量固定率为 1％ 。
生态系统的能量流动为 单向流动 。
流动中能量急剧减少,从一个营养级到另一个营养级都有大量的能量以 热的形式 散失掉。
在生态系统中，当其生产的能量与消耗的能量保持一定的相对平衡时，该生态系统的结构和动能才能保持动态平衡，
也就是 生态平衡。
在生态系统中，各级消费者之间的能量利用率不高，为 10
％左右。也就是 生态金字塔 。
能量流动的特点（ 5个）
1000
100
10
1
浮游动物鱼水域生态系统的生态金字塔浮游植物
4、生态系统中的物质循环
物质循环组成生物体的 C,H,O,N,P,S等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程，这就是生态系统的 物质循环 。
生物圈是地球上最大的生态系统，其中的物质循环带有全球性，这种物质循环又叫生物地球化学循环 。
物质循环伴随能量流动，
能量流动孕于物质循环之中
能量流动是单向的，不可逆；物质循环是循环流动的
4.1 水循环在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。
水循环水循环
水是物质循环的必要介质，其他物质循环都结合水循环进行。
地球上淡水资源中只有不到 1％
的部分是人类可以利用的液态水
太阳能是水循环的驱动力水的年平均循环量表
(百万立方米／年 )
海洋降水 3.24× 108
海洋蒸发 3.60× 108
陆地降水 0.98× 108
陆地蒸发 0.62× 108
4.2碳循环碳元素约占生物体干重的
49％，碳是有机化合物的
,骨架,,没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是以 CO2的形式进行循环的。
碳循环大气中 CO2含量变化对气候变化产生严重影响
4.3氮循环硝酸盐氨或铵盐大气中的氮细菌分解
NOX
人类经济活动对氮循环的影响
氮氧化物大量输入大气，造成空气污染
向环境输入大量硝酸盐，与磷一起造成水体富营养化。
4.4磷循环化石磷矿床磷酸盐岩石鸟粪层食物链天然侵蚀人工开采海鸟和鱼散失在深海沉积层中浅海沉积层原生质合成 磷酸盐化细菌溶解的磷酸盐磷循环
小部分进行生物地球化学循环，
大部分单向流失，是不可更新资源。
造成水体富营养化
5.生态系统中的信息联系
生态系统中各成分之间存在着信息联系（或信息传递、
信息流），这些信息把生态系统联系成为一个有机的整体。
一、物理信息以光、声音、颜色等构成了生态系统的物理信息。
二、化学信息生物代谢活动中分泌的一些物质（维生素、生长素、抗菌素和性激素等），作为信息传递，使生物种群间、类发生联系或变化。
6、生态平衡
在一定时间和相对稳定的条件下，生态系统的 生产者,消费者 和 分解者 之间，不断地进行 能量流动,物质循环 和 信息联系,并保持一种动态平衡，
这便是生态系统的动态平衡，
简称生态平衡。
生态平衡的失调
当外界干扰超过生态系统的自我调节能力时，即超过生态平衡的阈值时，将造成生态系统的结构破坏、功能受阻、生态功能紊乱以及反馈自控能力下降，称为～。
生态平衡的失调
自然原因：火山喷发、海陆变迁、
雷击火灾、海啸地震、洪水与泥石流以及地壳变动
人为原因：大量排放有毒有害污染物、大面积毁坏森林、过度放牧、滥杀动物等生态平衡的调节
当生态系统的生产者、消费者和分解者在不断地进行能量流动、
物质循环和信息联系过程中，受到自然因素和人类活动的影响时，
系统保持其自身稳定的能力。
这种能力实际上是指生态系统的一种适应能力。
建立生态系统的最佳平衡
从 整体 和 全局 出发考虑对自然环境的影响，使生态系统建立更佳的动态平衡。
7,城市生态系统
城市生态系统的研究，是城市生态学的一个主要内容，目的是寻求高度集中的人口及所从事的各种社会活动与自然环境的良好合作途径，以促进经济有序发展和生态系统的良性循环。
城市的含义及特征城市是指具有 10万以上人口，住房、
工商业、行政、文化等建筑物占 50％以上面积，具有较为发达的交通网络和车辆往来频繁的人类集居区域。
城市的主要特征为：
1.是非农业人口集中区域；
2.是一定区域的政治、经济或文化中心；
3.是由多种建筑物组成的物质设施综合体。
城市的发展
1950年，世界上人口超过 100万的大城市有 71个,800万人口以上的特大城市仅有伦敦。但是到了 1970年，大城市增至
157个，特大城市增至 11个。 2000年，大城市有 400个，特大城市达 30个以上。
一,概述
1,城市生态系统概念城市生态系统是一个以人类生活和生产活动为中心的，由居民和城市环境组成的自然、社会
、经济复合生态系统。
2,城市生态系统特点相对于自然生态系统来说，有许多不同的特点：
⑴ 城市生态系统是人工生态系统人工控制 对城市生态系统的存在和发展起着决定作用。但是，人工控制是在 自然控制 的大背景下起作用的，必然受到太阳辐射、
气温、气候、风、水源状况等自然因素控制。
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
东京 北京 伦敦人口生存量A
植物生存量B
A/B
⑵ 城市生态系统是以人为主体的生态系统城市生态系统是以人为主体的生态系统
城市生态系统中，人口高度集中，其他生物的种类和数量都很少。动物群落基本上是家养动物群落，其生存除部分受气候与疾病等的影响外，基本不受天敌的威胁，而主要受人的支配。人是城市生态系统中主要的消费者。
在城市生态系统中，生产者、消费者所占的比例，
与其在自然生态系统中的比例正好相反，是以消费者为主的倒三角形营养结构。
城市生态系统中的营养结构人类动物植物人类动物植物
⑶ 城市生态系统是不完全的生态系统
城市中的植物，其主要作用已变为美化环境、
消除污染和净化空气。
由于植物产量远远不能满足当地消费者的粮食需要，必须从城市以外输入。
需要异地分解废弃物（垃圾厂、化粪池、垃圾场等）
⑷ 城市生态系统是高度开放的系统大量、高速的输入输出流、能量、物质和信息在系统中高度浓集，高速转化，其能量转化功率为每平方米每年（ 42 ~126）× 107焦耳。
生物（人）
---
自然（环境）
系统工业
---
经济系统文化
---
社会系统只考虑人的生物性活动。
只考虑人的经济活动。
只考虑人的社会活动和文化活动
⑸ 城市生态系统是多层次的复杂系统二,城市生态系统的结构与功能
1、城市生态系统的结构它着重反映系统的空间因素及其相互作用，由于不同专业的研究角度和出发点不同，所以城市生态系统的划分也各异。
以下是几种不同的城市生态系统。
社会学家划分的城市生态系统城市生态系统城市空间城市社会城市居民城市组织人口结构劳动结构智力结构政治组织经济组织文化组织群众组织家庭组织人工环境人工设施
（建成区环境）
施工环境基础设施生产设施生活服务设施自然环境自然资源土地、空气、淡水、
食物、能源、原料地域环境 地质、地貌、气候水文、土壤、生物环境生态学家提出的城市生态系统结构图城市生态系统生物系统城市居民家养生物野生生物非生物系统人工物质系统住宅与公共建筑物道路设施工厂交通运输通讯设施市政管网设施环境资源系统气域水域土地矿产能源系统生物能（食物等）
自然能化石燃料城市中各子系统的特点、环境问题和解决措施
2,城市生态系统的功能
(1) 物质流
城市外区域的大量工业原料和农副产品输入
工业产品与废弃物的输出输入生产库存输出废弃物累积如 建筑道路如五金产品、
建筑材料消耗城市系统中货物流的流程途径空气流这种资源流的流动速率和强度，直接影响着城市的大气环境质量。
输入 输出 生产 消费空气 28.39× 104 28.39× 104
氧 65580.9 65542.7 3.34 41.5
CO2 130.59 182.64 57.06 5.01
由该表能得出什么结论呢?
北京的空气流 位,万吨该表可以出：
北京市由于氧的消耗量过大,使 O2---CO2
的平衡被严重破坏,从而看到北京环境质量确有待改善,也可推断出北京的绿地面积太少了,离要求太远,
这都是规划上失误的证明,
CONCLUSION:
热原生能源次生能源有用能源最终能源传输率损 耗 热损耗热损耗热损耗热利用 率损 耗热传 输率转 化率 利 用率
（ 2）能量流城市生态系统能量流的基本过程
原生能源（一次能源）：从自然界直接获取的能量形式，主要包括：煤、石油、
天然气、油页岩、油沙、太阳能、风能、
水能、潮流能、波浪能、核能、地热能等。
次生能源：经过加工或转化，便于输送、
贮存和使用的能量形式。如电力、柴油、
液化气
有用能源：使用者为了达到使用目的，
将次生能源转化为特殊的使用形式。如机械能，热能等。
最终能源：能量使用的最终目的，它是存在于产品中或投入到所创造的环境中的能量形式。如抽水机把机械能转变为水的势能。
城市生态系统与自然生态系统能量流动的相同点
遵守热力学第一、第二定律，在流动中不断有损耗，不能构成循环
除部分热损耗是同辐射传输外，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。但是能量每流过一个能级时，并不服从所谓的,10%定律,
在城市的生态系统中，存在着强大的能流、物流，
必然对环境产生不可估量的影响。
Eg,北京市 2000年预计输入 6000万吨标准煤，
暂不考虑其燃烧释放的 SOX,NOX,粉尘等对环境的污染，仅就燃烧一项，燃烧热达 1.76× 1018 焦耳。
我国能源利用率按 30%计,则进入城市环境的余热,
1.76× 1018× (1－ 30%) = 1.23× 1018 焦耳这些热量进入城市环境是十分惊人的。
目前北京市的,热岛,效应已很严重，
,热岛,
强度已达 5℃
⑶ 信息流
自然信息：水文、气候、地质、
生物、环境等
社会经济信息：人口、科教、人才、新技术、市场、金融、价格、
贸易等信息流信息流的功能：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。
同时信息流也附于物质流中，如报纸广告和电视、书刊等都是信息的载体。
信息的流量反映了城市的发展水平和现代化程度。
城市人口流动在时间上和空间上的变化。
劳力流 是特殊的人口流。（人口在时间上的空间上的变化）
智力流 则是特殊的劳力流。 （智力在时间上的变化，反映着城市智力结构的改变过程，而智力在空间上的变化则反映智力在不同部门中的改变。）
（ 4）人口流
（ 5）价值流
物质流的表现，是物质流以计量形式的体现。
包括投资、产值、利润、商品流通和货币流通等，反映城市经济的活跃程度。
生态城市的概念按生态学原理建立起来的一类社会、经济、自然协调发展，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的人类聚居地。所以，生态城市必然是一个绿化非常好的城市，而绿化非常好的城市不一定是生态城市。
生态城市的概念
（一）市民素质高 是指在该城市中人口增长得到有效控制，人们受着良好的教育，科技事业比较发达并且能够有力、持续地推动经济、社会和环境事业的发展。
生态城市的概念
（二）天蓝地绿水清 在生态城市里，
善待自然、保护环境成为社会公德和人们的自觉行为准则；到处是绿荫草地、青山绿水的城市景观，人的行为与大自然有机结合、相互协调。
生态城市的概念
（三）资源高度利用 生态城市是一个真正意义上的可持续发展的社会。
所有的原材料和能源得到最合理、
相对最高效率的利用；在生产和消费的源头就严格控制废物的产生，
废物一旦产生就必须按设定的方案进行回收、再生和再利用。
生态城市的概念
（四）产业结构优化 在生态城市中发展的产业都必须以不破坏生态平衡为前提，大力发展高新技术产业，
利用新技术改造传统产业。生态城市的产业中必定有三个共同点：一是应用先进技术发展生态农业和都市园林，其二是旅游业以生态旅游为特色，三是环保产业发达并有一定的带动性。
生态城市的概念
（五）城市规划科学 生态城市的建设和管理必须重视以下几点：建筑布局合理；严格控制建筑密度；大力提高建筑物的传统个性和文化艺术品位；城市配套设施和基础设施充足而且先进；城市管理纳入法治轨道。
