【文章內(nèi)容簡介】 向結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 能量最優(yōu)利用 、 生產(chǎn)力最高的方向的演化稱為；反之稱為逆向演替 （ retrogressive succession） 。 （ 4） 演替方向 : 當(dāng)城市活動(dòng)強(qiáng)度小于環(huán)境承載力時(shí) ， 城市生態(tài)系統(tǒng)可表現(xiàn)為正向演替；反之 ， 則相反 。 正向演替 逆向演替 植物占優(yōu)勢 著高級(jí)大型植物發(fā)展 5. 窄生態(tài)幅種增加 10. 群落生境的優(yōu)化 城市生態(tài)學(xué) 研究思路 系統(tǒng)思想 系統(tǒng) （ system） : 相互聯(lián)系 、 依存 、 制約 、作用的各事物及其過程所形成的統(tǒng)一體 . 體現(xiàn)這種整體性和相互聯(lián)系性的思想 ， 就是系統(tǒng)思想 。 系統(tǒng)思想要求：全面地 、 連貫地 、 靈活地看問題 。 系統(tǒng)的特征 整體性 ：由許多元素按一定方式組合起來的，元素雖各具不同的性能，但根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求構(gòu)成整體。 關(guān)聯(lián)性 ：各個(gè)組分之間相互聯(lián)系、制約、有機(jī)地結(jié)合在一起。 目的性 ：具有一定的功能，達(dá)到一定的目的。 環(huán)境適應(yīng)性 ：系統(tǒng)與其所處的環(huán)境不斷進(jìn)行能量、物質(zhì)與信息的交換，系統(tǒng)必須適應(yīng)它的環(huán)境。 反饋機(jī)制 ：系統(tǒng)是一個(gè)信息反饋 (feedback)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部都有反饋機(jī)制。 系統(tǒng)研究思路 系統(tǒng)輸入：系統(tǒng)在邊界確定以后 ， 所有跨越邊界進(jìn)入系統(tǒng)的流動(dòng)； 系統(tǒng)輸出：跨越邊界離開系統(tǒng)的流動(dòng) 。 （ 1）黑箱理論（ Black box theory） : 完全忽略系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只通過輸入和輸出的信息來研究系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化特性和反應(yīng)特性的系統(tǒng)研究思路。 由于技術(shù)原因?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部難以了解，或僅對(duì)系統(tǒng)整體功能感興趣時(shí)，都采用黑箱研究思路。 （ 2） 白箱理論 (White box theory)： 對(duì)系統(tǒng)的組分構(gòu)成及其相互聯(lián)系有透徹的了解 ， 揭示系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)輸入與輸出在內(nèi)的整體特性 。 如生物的形態(tài)解剖研究 、 各種電器設(shè)計(jì)等常采用白箱研究思路 。 （ 3） 灰箱理論 (Grey box theory)： 兼用黑箱和白箱的研究思路 。 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能只有部分已知 ， 其余部分則是未知的 。在這種情況下 ， 采用灰箱研究思路來認(rèn)識(shí)分析系統(tǒng) 。 2. 生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 1935年 坦斯利 （ A． Tansley） 提出了 生態(tài)系統(tǒng) （ ecology system） 的概念 ， 經(jīng) 林德曼 （ R ． Lindeman ） 和 奧 德 姆（ E． P． Odum） 等的發(fā)展 ， 生態(tài)學(xué)從生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 、 能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán) 、 生態(tài)因子及其作用和生態(tài)系統(tǒng)平衡 等方面開展研究 。 生態(tài)系統(tǒng)：在一定時(shí)間和空間內(nèi) ， 生物的非生物的成分之間 ，通過不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)而相互依存的統(tǒng)一整體 。 生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 無生命類： （ 1） 太陽輻射能 (solar energy). （ 2） 無機(jī)物質(zhì) (inanic matter)， 如O N CO H2O， Fe等 。 （ 3） 有機(jī)物質(zhì) (anic matter)， 如碳水化合物 、 蛋白質(zhì) 、 脂類和核酸等 。 有生命類： （ 1） 生產(chǎn)者 （ producer） ： 主要綠色植物 ， 能用簡單的無機(jī)物質(zhì)合成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)的自養(yǎng)生物（ autophyte） ， 也包括一些光合細(xì)菌 。 其作用是進(jìn)行初級(jí)生產(chǎn) ， 即光合作用 。太陽能只有通過生產(chǎn)者 ， 才能輸入生態(tài)系統(tǒng) ， 成為消費(fèi)者和還原者唯一的能源 。 （ 2） 消費(fèi)者 （ consumers） ： 以其他生物或有機(jī)物為食的動(dòng)物 ， 是異養(yǎng)生物 （ heterophyte） 。 據(jù)其食性區(qū)分為 草食動(dòng)物（ herbivores), 肉食動(dòng)物 （ carnivores）兩類 。 寄生者 （ parasite） 是特殊的消費(fèi)者 ，另外還有 雜食者 （ omnivores ） ， 介于草食動(dòng)物與肉食動(dòng)物之間的消費(fèi)者 。 (3) 還原者 （ deposers） : 主要是細(xì)菌和真菌 ， 也包括某些原生動(dòng)物及腐食性動(dòng)物 ,屬于異養(yǎng)生物 。 把復(fù)雜的動(dòng)植物有機(jī)殘?bào)w最終分解為無機(jī)物 ， 歸還到環(huán)境中 ， 被生產(chǎn)者再次利用 ， 又稱為分解者 。 生態(tài)系統(tǒng)還可以根據(jù)物質(zhì)和能量的活動(dòng)性，分為： (1)貯存庫（ reservoir pool） (2)交換庫（循環(huán)庫）（ exchange of cycling pool） 兩大類。 （ 1）貯存庫： 生態(tài)系統(tǒng)中，除運(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)和能量外，有一部分屬于貯存的物質(zhì)和能量。 包括生產(chǎn)者自身的一部分碳素，經(jīng)過長期礦化作用形成為泥炭，如化石，珊瑚礁等；有的則轉(zhuǎn)化成為化石燃料，例如石油和煤等；有的則流入大海形成沉積物，它們都暫時(shí)或長期地離開了生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)而貯存起來。 （ 2）交換庫或循環(huán)庫： 生物體與大氣圈、水圈和生物圈之間的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。 與貯存庫相反，它們之間的交換是迅速的，但容量小，而且很活躍。 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)中生物種類 、 種群數(shù)量 、種的 空間配置 （ 水平的和垂直的分布 ） ， 時(shí)間變化 （ 發(fā)育 、 演替和季節(jié)性變化 ） 是生態(tài)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)特征 ， 這些特征與植物群落的結(jié)構(gòu)特征相一致 。 城市生態(tài)系統(tǒng) ， 不同階層的人 ，或不同經(jīng)濟(jì)收入的人 ， 同樣具有不同的空間分布格局 。 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：以營養(yǎng)為紐帶和鏈條 ， 把生物與非生物緊密的結(jié)合起來 ， 構(gòu)成以生產(chǎn)者 、消費(fèi)者 、 還原者為中心的三大功能類群 。 (1)物質(zhì)循環(huán)：環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)被生產(chǎn)者吸收，經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，通過消費(fèi)者的取食，再經(jīng)還原者分解成無機(jī)物質(zhì)歸還給環(huán)境，供生產(chǎn)者再吸收，使物質(zhì)發(fā)生循環(huán)傳遞。 (2)能量流動(dòng)：太陽能輸入生態(tài)系統(tǒng)后，能量不斷地沿著生產(chǎn)者、消費(fèi)者和還原者等逐級(jí)流動(dòng)。能量流動(dòng)是單方向的，它不會(huì)循環(huán)，只有消耗（轉(zhuǎn)變成其它的形式）。 物質(zhì)循環(huán)與能量的單向流動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)的基本規(guī)律。 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán) 能量 （ energy） 來源于太陽 。 （ 1） 熱能 ， 它溫暖大地 ， 推動(dòng)水分循環(huán) ， 產(chǎn)生空氣和水的環(huán)流； （ 2） 光化學(xué)能 ， 為植物光合作用所利用和固定 ， 而形成有機(jī)化合物 ，成為生命活動(dòng)的能源 。 能量的流動(dòng)和轉(zhuǎn)化 ， 服從于熱力學(xué)第一定律和第二定律的 。 熱力學(xué)第一定律 : “在自然界的一切現(xiàn)象中 ，能量既不能創(chuàng)造 ， 也不能消滅 ， 而只能以嚴(yán)格的當(dāng)量比例 ， 由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式 。 ” △ E=Q—W， 其中 ， △ E是系統(tǒng)內(nèi)能的改變； Q是系統(tǒng)從外界吸收的熱量； W是系統(tǒng)對(duì)外界所作的功 。 熱力學(xué)第二定律：非生命的自然界發(fā)生的變化 ， 都不必借助于外力的幫助而能自動(dòng)實(shí)現(xiàn) ， 即自發(fā)過程或自動(dòng)過程 。 熱自發(fā)的從高溫物體傳到低溫物體 ， 直到兩者溫度相等 。 當(dāng)頂級(jí)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí) ， 即自由能最小或等于零 ， 熵值最大 。 系統(tǒng)能夠自發(fā)地向頂級(jí)方向發(fā)展 ， 到自由能最小和熵值最大時(shí)為限度 。 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)規(guī)律 (1)初級(jí)生產(chǎn)（ primary production）：生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用進(jìn)行能量積累的過程。 初級(jí)生產(chǎn)力（ primary productivity）：初級(jí)生產(chǎn)積累能量的速率。 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，都以初級(jí)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，它又是生態(tài)系統(tǒng)能源的基礎(chǔ)。 初級(jí)生產(chǎn)就是植物光合作用過程 。 6CO2+12H2O——— C6H12O6+6O2+6H2O 能量轉(zhuǎn)變?yōu)?112 kcal/mol. (2) 總 初 級(jí) 生 產(chǎn) （ gross primary production） :植物光合作用中固定的總太陽能 . 凈初級(jí)生產(chǎn) ( primary production)， 總初級(jí)生產(chǎn)減去植物呼吸所消耗的能量 . 總初級(jí)生產(chǎn)僅僅能利用總太陽能的 %，減去呼吸作用所消耗的能量 ， 僅有 %的總太陽能用于凈生產(chǎn)力 ， 絕大部分太陽能不為植物利用而被丟失 。 能量輸入 能量丟失 百分率 總太陽能 5000 100 植物色素不吸收 2780 植物色素吸收 2200 植物表面反射 185 非活性吸收 220 光合作用的有效能 1815 能量不穩(wěn)定狀態(tài) 1633 總生產(chǎn)力 （ Pg） 182 呼吸作用 （ R） 61 凈生產(chǎn)力 （ Pn） 121 水生生態(tài)系統(tǒng) 的有效能量利用，能提供給凈生產(chǎn)的不過 %。荒地 能量的估算指出，最后用于生產(chǎn)力的只有 %。 各種生態(tài)系統(tǒng)類型總生產(chǎn)力（ Pn）的估算 生態(tài)系統(tǒng)類型 Pg（ 千卡 /米 2*日 ） 沙 漠 2 海 洋 4 大 陸 架 草 地 212 冷氣侯森林 一般的森林 農(nóng) 業(yè) 1240 濕 地 沼 澤 珊 瑚 礁 40100 熱帶農(nóng)業(yè) 系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力隨發(fā)育年齡而改變 020406080100葉面積指數(shù)最大總光合量（%）總初級(jí)生產(chǎn)凈初級(jí)生產(chǎn)（ (2) 次級(jí)生產(chǎn)（ secondary production） ：除初級(jí)生產(chǎn)之外的其他有機(jī)體的生產(chǎn)，即消費(fèi)者和還原者利用初級(jí)生產(chǎn)量進(jìn)行同化作用（ assimilation）。 消費(fèi)者的次級(jí)生產(chǎn)僅僅利用初級(jí)生產(chǎn)能量的很小部分。這樣便產(chǎn)生了生態(tài)效率（ ecology efficiency。 生態(tài)效率 ：在一個(gè)營養(yǎng)級(jí)內(nèi)，同化作用的能量和可利用的能量之間的關(guān)系；一個(gè)食物鏈營養(yǎng)級(jí)上，有多少能量供給下一營養(yǎng)級(jí)。 能量流動(dòng)分析 Linderman 的 “ 百分之十定 律 ” ： 從一個(gè)營養(yǎng)級(jí)到另一個(gè)營養(yǎng)級(jí)的能量轉(zhuǎn)化效率為 10%，則生產(chǎn)效率順營養(yǎng)級(jí)逐級(jí)遞減，也就是說能量流動(dòng)過程中有 90%的能量是損失了，這就是營養(yǎng)級(jí)不超過 VI級(jí)的原因。 物質(zhì)循環(huán) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)就是生物地球化學(xué)循環(huán)（ biogeochemical cycles） . 生物循環(huán)（ biological circulation）：生命必要元素在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的循環(huán)，稱為閉路循環(huán)（ closed cycle）。 地球化學(xué)循環(huán)（ geochemical circulation）：元素在生態(tài)系統(tǒng)外部