生态与可持续建筑
第一章 背景 概念 理论和方法
如无尘车间、温室、密封舱、高压氧舱、人工气候室、各种建筑以及人工园林等。
从广义上说，人工环境是指由于人类活动而形成的环境要素，它包括由人工形成的物质、能量和精神产品以及人类活动过程中所形成的人与人之间的关系(或称上层建筑)。
• 环境要素 又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。
• 环境要素组成环境结构单元，环境结构单元又组成环境整体或环境系统 。
• 环境要素属性，可概括如下: – 最差(小)因子限制律; – 等值性; – 整体性大于各个体之和或者说环境的整体性大于环境诸要素之和。
– 互相联系及互相依赖。
• 环境的功能指以相对稳定的有序结构构成的环境系统为人类和其他生命体的生存发展所提供的有益用途和相应的价值。
– 空间功能，(场所) – 营养功能，(资源、能源) – 调节功能. (自净能力的有限性) • 环境的特性: 环境系统是一个复杂的，有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。
系统内外存在着物质和能量的变化和交换。
• 环境特性: – 整体性 – 有限性 – 不可限性 – 隐显性 – 持续反应性 – 灾害放大性 • 环境问题: – 臭氧层耗损 – 温室效应及全球变暖 – 酸沉降危害加剧 – 生态系统简化 – 森林锐减 – 土壤退化 – 淡水资源危机 – 海洋环境污染 – 固体废料污染 – 有毒化学品污染
• 生物生存环境 • 生物的生存环境包含两个方面，其一是生物栖息地周围与之相关的理化因素的总和，即物理环境(又称非生物环境);其二是生物环境，指包含活有机体的环境，由影响动植物生存和繁衍的其他生物所组成。
对物理环境，可以将其概括归纳为能量环境和物质环境两部分，它们是生物生存环境的重要基础。
• 生物的能量环境 光 . 温度 • 生物的物质环境 大气圈 水圈岩石圈和土壤圈 生物圈
• 大气圈 包围地球的空气层，是由多种气体组成的。
它是生物物质环境的重要组成之一，其质量的好坏关系到人类和生物的健康及生存。
• 水圈 是地球表面各种形态的水的总称。
水是人类与其他生物生存必不可少的、最重要的物质，在地球上分布最广。
地球上的热量输送和气候调节要靠水的作用，水是自然环境中最活跃的因素，也是参与地表物质能量转化的重要因素。
• 岩石圈和土壤圈 岩石圈是指地球表面30-40km厚的坚硬地壳层，是大气圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基础，也是土壤形成的物质基础。
土壤圈在地球陆地表面，由岩石圈表面物理风化而成的疏松层作母质，加上水和有机物质通过化学变化以及土壤母质的生物作用，经过相当长的时间才形成，它是有机界和无机界相互联系、相互作用的产物。
• 生物圈是由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈这几个圈层的交接的界面所组成的。
• 关于生物圈，如下几点结论是值得重视的: • (l)生物圈在太阳系中是唯一的，或许在太阳系中从来就没有存在过第二个，以后也不会存在，它是人类唯一的居住地。
• (2)生物圈中所蕴藏的能量不是生物圈自身内部产生的，而是来自太阳和其他的宇宙射线(辐射)，对于这些辐射，生物圈能起过滤和选择的作用，可以接受养育生命的射线，排斥导致死亡的射线。
• (3)从生物圈的物质构造来说，它存在着三大类成分:第一类是已经获得有机结构但始终不曾具有生命的物质，第二类是有机的生命物质，第三类是曾经一度有生命而现在仍然保留着某些有机性质和能力的无生命物质。
生物圈这三类丰富的物质相互联系和相互作用，形成了一种巧妙地借助物质循环和能量转化产生自我调节和自我维持的力量，维持着生物圈的生存和进化，而生物圈的进化导致了一系列上升着的物种的出现。
• (4)在人类诞生之前，植物、动物是生物圈中相对主要的物质，它们的关系体现在两个方面:一方面植物是被剥削的主人,动物是寄生食客 ;
• 另一方面两者又是伙伴，保证了氧和二氧化碳的分布与循环呈现有节奏的运动循环，使生命的长期存在成为可能。
• (5)人类之前的生物物种，没有哪一种能够获得推翻生物圈具有的自我协调、平衡的力量，而人类则由于其所掌握的威力强大的科技力量，在一定程度上具有这种能力。
• (6)人类诞生于生物圈，又适应于生物圈，参与生物圈的物质平衡，而且逐渐成为生物圈的主宰者，二十世纪的人类活动已开始大范围地按照人类的需要改造着生物圈，从而使生物圈发生了很大的变化。
• (7)人类是生物圈的特殊居民:虽然他与所有物种一样，也必须服从自然法则;但他具有控制生物圈的能力和意识;因此可以说，人类既然具有控制生物圈的能力，对于生物圈的维持就具有一种道德责任。
• 生态学基本知识 • 生态学概念: 生态学(ecology)是由德国生物学家赫克尔(Emst Heinrich Haeckel)于1869年首次提出的，他并于1886年创立了生态学这门学科。
ecology来自希腊 语 “ oikos” 与 “ logos”。
前 考 意为 house 或household(居住地、隐蔽所、家庭)，后者意为学科研究。
他指出:"我们可以把生态学理解为关于有机体与周围外部世界的关系的一般学科，外部世界是广义的生存条件。”• 生态因子 生境是一个综合体，是由各种因素组成的 ，组成生境的因素称生态因子。
• 生态因子作用的规律: 1限制因子规律 2最低量(最小因子)定律 3耐受性定律 • 生态系统(ecosystem)一词由英国生态学家(植物群落学家)A.G.坦斯利(A.G.Tansley)于1935年首先提出。
• 绿色植物 • 生产者 光合细菌等其他自养生物 • 生物成分 初级消费者:草食动物 • (生物群落)大型消费者 次级消费者:肉食动物 • (动物)三级消费者:大型肉食动物 • 生态 小型消费者 : 微生物、小型动物 • 系统 (分解者) • 温度、光 • 非生物成分 土壤 • (自然环境) 水、二氧化碳、氧 • 有机物等
• 生态系统组成成分的功能: • 生产者(producers) 指生物成分中能利用太阳能等能源，将简单无机物合成为复杂有机物的自养生物。
包括陆生的各种植物、水生的高等植物和藻类以及一些光能细菌和化能细菌，生产者中最主要的是绿色植物。
生产者是生态系统的必要成分，它们的作用是将光能转化为化学能，以简单的无机物质为原料制造各种有机物质，不仅供给自身生长发育的需要，也是其他生物类群及人类食物和能量的来源，并且是生态系统所需一切能量的基础。
生产者在生态系统中处于最重要的地位。
• 消费者(consumers) 指靠自养生物或其他生物为食物而获得生存能量的异养生物，主要是各类动物。
它们不能利用太阳能生产有机物，只能直接或间接从植物所制造的现成的有机物质中获得营养和能量。
它们虽然不是有机物的最初生产者，但可将初级产品作为原料，制造各种次级产品，因此它们也是生态系统生命力构成中十分更要的环节。
消费者包括的范围很广。
• 还原者(reducers) 分解者(decomposers)，主要是指细菌、真菌、放线菌和原生动物，它们也属异养生物，故又有小型消费者之称。
它们具有把复杂的有机物分解还原为简单的无机物(化合物和元素)、释放归还到环境中去，供生产者再利用的能力与作用。
如果没有分解者的作用，生态系统中物质循环就停止了。
还原者体型微小，数量惊人，分布广泛，存在生物圈每个部分。
其一为气候因子，如光照、热量、水分、空气等;其二为无机物质如碳、氢、氧气、氮气及矿质盐分等;其三为有机物质，如碳水化合物、蛋白质、脂肪类及腐殖质等。
• 生态系统的结构: • 空间结构 物种结构 • 营养结构<食物链(food chain), 食物网>• 生态系统的基本特征: • 生态系统是动态功能系统 • 生态系统具有一定的区城特征 • 生态系统是开放的"自持系统” • 生态系统具有自动调节的功能 • 生态系统的基本功能: • 生物生产<初级 次级>• 能量流动<过程 渠道 特点>• 物质循环 • 生态系统物质循环的层次及类型 • 生态系统能量流动与物质循环的关系 • 信息传递 • 信息传递的概念及类型 • 信息传递与物流、能流的关系
• 生态平衡的概念: 从生态学角度看，平衡就是某个主体与其环境的综合协调。
从这一意义上说，生命的各个层次都涉及到生态平衡的问题。
如种群的稳定不只受自身调节机制的制约，同时也与其他种群及许多其他因素有关。
狭义的生态平衡就是指生态系统的平衡，简称生态平衡。