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实验教学 EXPERIMENTAL TEACHING

城市生态学

实习一 空气负离子测定

一 空气离子概述

在自然界中,当空气分子受到外界条件如电离剂的作用后,获得足够的能量,而使原子

核外围的价电子之一脱离原子核的束缚而跃出轨道变成自由电子, 使失去电子的中性分子或

原子变成带正电荷的离子,中性分子或原子捕获逃逸出来的自由电子时,则变成带负电荷的

离子。空气负离子就是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称。

大气中空气负离子和空气正离子总是同时存在的, 大气离子一般只带有一个单位的正电

荷或负电荷,其电量等于一个电子所带的电量,即 1.6×10 -9 库仑。大气离子按其体积的大

小可分为小离子和大离子。具有分子尺度大小的离子,叫小离子或轻离子,其直径大约 10 -8

cm-10 -7 cm。大气气溶胶粒子吸附了小离子后,带上了正电荷或负电荷,成为大离子或重离

子,其体积比小离子大成千上万倍。

二 空气负离子的来源

空气负离子的自然来源主要有三个,一是大气中存在着许多电离剂,如地壳中的放射性

物质、大气中的放射性物质和宇宙射线与紫外线可使空气分子发生电离形成空气负离子。二

是水分子的裂解,如在瀑布产生的喷筒电效应、海浪的推卷效应、暴雨的跌失效应等自然过

程中水由上而下,由于重力的作用使其高速运动,促使水分子分解,便会形成空气负离子。

三是森林树冠、树叶的尖端放电以及绿色植物的光和作用产生的光电效应,也会使空气电离

产生空气负离子。此外,大气中的很多物理过程,像火山爆发、森林火灾、闪电、雷暴、尘

暴、雪暴以及其它形式的放电现象等等,也能使空气分子发生电离,形成空气负离子。

空气负离子除自然因素作用下产生外,采用人工方法也可以产生空气负离子。人工产生

空气负离子的方式主要有电晕放电、水发生、和放射方式。人工生成空气负离子方法上尚存

在缺陷。如电晕放电在产生负离子的同时,会生成大量的臭氧;水发生方式往往需要结构复

杂、成本较高的设备,还导致环境中的湿度增加。放射发生负离子方式在产生空气负离子的

同时会产生很强的辐射,因此,在使用时需要配备防辐射设备如使用不当会给人体造成极大

的危害。

三 空气负离子的测量技术

空气负离子的浓度以 1 ㎝ 3 空气中含有的空气离子的数量来表示,单位为“个/㎝ 3 ” 。

目前,可用于测量空气负离子的仪器主要有美国 DEV 公司生产的 BECKETT 型、Moody 便携

式型空气离子测定仪;日本生产的 KEC—8002型空气离子测定仪以及 ITC-201A 型空气离子

测量仪。国内生产的空气离子测定仪主要有上海申发检测仪器厂生产的 SD-8003 型大气离

子浓度检测仪,漳州连腾电子有限公司生产的 DLY 系列大气离子测量仪,以及石家庄无线

电四厂生产的 CNF-I 型空气离子测量仪等。

四 空气负离子评价方法

通常采用的主要有:单极系数、空气离子舒适带(英国)、重离子与轻离子的比; 安培

空气离子评价系数(日本),空气离子相对密度(德国)。

其中,单极系数(q)是指空气中正、负离子的比值,即 q=n + /n - 。当 q《1 时,才能给

人以舒服感觉。安培空气离子评价系数(日本)(CI),CI= n - /1000 q,n - 为空气负离子,CI

值要大于或等于 0.7,空气才属清洁。

五 空气负离子分布规律的研究

在城市不同功能区中空气负离子浓度由高到低依次为:公园游览区、生活居住区、商业

交通区、工业区;室内环境中空气负离子浓度低于室外,特别是在密闭安装空调或吸烟的室

内环境中其数量将会大为减少;有植被地区高于无植被区;高海拔地区高于低海拔地区,在

瀑布、水体附近具有很高的空气负离子浓度。

空气负离子浓度具有明显的年、日变化特征。在年变化中,夏季最高,春、秋次之,冬

季最低。

在一天中,空气负离子浓度白天平均值要高于夜间,空气负离子日变化中,最高浓度值出现

在清晨和午夜。最小浓度出现在午前几个小时,以及黄昏低值。

六 调查内容及方法

对城市不同功能区空气负离子进行测定。

空气离子测定时,在每个观测点的相互垂直的四个方向上分别观测,待稳定后,取五

个波峰值,取平均值进行分析。空气离子测定时,多数测点上采用同步测量方法,对于因

观测点较多观测时不能同时进行的,为使各点数据具有可比性,对观测点在短时间内进行

循环重复观测,将所得的数据取其平均值,进行分析。

(一)评价指标

本次实验以空气正、负离子浓度为基本观测参数,单极系数(q)和空气离子评价系

数(CI)为主要评价指标。空气质量的评价标准采用单极系数和安培空气质量评价指数进

行评价。

(二) 空气负离子浓度

单位体积空气中负离子的个数称之为空气负离子浓度,以“个/cm 3 ”表示。世界卫生

组织(WHO)规定,清新空气负离子的标准浓度为每立方厘米空气中不能低于 1000 个/cm 3

至 1500 /cm 3 个。上国内学者的调查研究认为空气负离子达到 700 /cm 3 以上时有益于人体

健康,当浓度达到 10000 个/cm 3 以上时对疾病有治疗效果,同时建议我国城镇居民区空气

负离子最低浓度达到 250 个/cm 3 。

(三)单极系数(q)

单极系数(q)指空气中正离子与负离子的比值,计算公式为:q=n + /n - ,n - 为空气

中负离子数;n + 为空气中正离子数。在通常的陆地上,q 值为 1.2 左右,大多数学者认为

q 应等于或小于 1,才能给人以舒适感。

(四)空气离子评价系数(CI)

空气离子评价系数(CI)指空气中离子浓度接近自然界空气离子化水平的程度,计算

公式为:CI =n - /1000q,CI 为空气质量评价指数;q为单极系数。该指标把空气负

离子作为评价指标,同时又考虑了正、负离子的构成比,比较全面,其评价标准见表 1。

表 1 空气质量等级划分

等级 空气质量 空气质量评价指数(CI)

A 最清洁 >1

B 清洁 1~0.7

C 清洁 0.69~0.50

D 允许 0.49~0.30

E 临界值 0.29

七 结果分析

对城市不同功能区空气负离子进行比较分析。并对城市不同功功能区生态建设提出建

实习二 滞尘能力的测定

一 概述

滞尘能力是指一定时期单位叶面积灰尘的滞留量。一般认为, 15mm 的雨量就可以冲掉

植物叶片上的降尘,然后重新滞尘。 每隔 1周进行一次采样,连续 3周,每种植物选 3株,从树

冠四周及上、中、下各部位均匀采集样叶,一般乔木树种采 25-30 片叶,灌木树种采 30-50

片叶。对样叶用蒸馏水浸泡 2h、浸洗下叶片上的附着物。用镊子将叶片夹出,浸洗液用已烘

干称重(w1)的滤纸过滤,将滤纸于 60℃下烘 24h,再以万分之一天平称重(w2)。 两次重量之差,

即为采集样叶上所附着的灰尘重量,夹出的叶片晾干后用 LAI-3000 叶面积仪测定其叶面积

A, (w2-w1) /A 即可得到各测定树种的滞尘能力。

二 适生树种滞尘能力的研究方法

(一)树木叶面积计算方法

用打孔称重法测定。采集每种树种的叶片 10-20 片。在实验室用打孔器打孔,打孔器是

圆形,直径固定,打下叶片的小圆片即面积是定值。将 10-20 个小圆片称重,再将10-20

片全部叶称量, 用小圆处的重量和面积与全部的重量与面积的比例关系, 计算出全部叶面积。

求出单叶面积,单叶面积乘以全株叶量为单株叶面积。

(二)全株叶量计算

调查叶量采用分层取样法,先用目测法将所调查的植株进行分区、分层。其中可先按

枝划分,也可把几个大枝归为几等分,按着再对各主枝或一等分进行等分分级,一直到可以

容易计数叶片的标准小枝为止,标准小枝一般阔叶树30 ㎝长当调查记数出标准小枝的叶片

数量后,再计算全株叶量。

(三)叶片滞尘量测定

树木叶片滞尘量的分析目前尚无统一的标准方法, 常用称重法进行叶片滞尘的分析测

定。本研究将采取树叶用硫酸纸包装好,带会实验室用万分之一天平称重。第一次称重包括

树叶、尘及包装纸,然后用毛刷轻轻刷掉包装与叶子上吸附的尘,将干净的包装纸与树叶进

行第二次称重, 再次重量之差为叶子吸附的尘重。 对于一些吸附力较强, 不易脱落尘的叶子,

可放置一段时间,待叶子自然干燥失水后,尘会自然落下,将落下的尘进行第三次称量,称

量值与前两次称量之差值相加为最终叶子吸附尘重。 经过换算计算出树木叶片单位面积滞尘

量与整株树滞尘量。

三、调查内容

对保定市污染区和校园分别选择 20 种树木,进行滞尘能力的测定。

四、结果与分析

对 20 株树木全株滞尘量和滞尘能力进行分析。

五、结论与建议

对城市绿化树种选择提出建议。

实习三 城市植被类型及多样性的调查

一、概述

从城市植被类型及多样性的调查入手研究城市植被,便于理解城市植被与自然植被在性

质和特性上的差异。为城市植被建设提供依据。

二、仪器和用具

照相机、测绳、钢卷尺、植物标本夹、枝剪、小刀、植物采集记录本、标签、调查表格

等。

三、调查内容和方法

(一)调查内容

调查群落的植物种类数目、种的多度和密度、盖度、频度、优势度、垂直结构和水平结

构等。

(二)调查方法

在调查范围选择不同地段,按不同的植物群落设置样地,在样地内作细致的调查。如果

样地是成片状的,如庭院、公园等,可设置是按不同的环境拉上工作线,在工作线上每隔一

定距离(一般是每隔 30m 设一个点)设置样地,一般草本植物为 1~4m 2 ,灌木为 4~50m 2 ,

乔木为 100~400m 2 ,,记录样方内的绿化乔木、灌木和地被植物种类、冠幅、高度、胸径等;

如果是样地是行道绿化实体,就以一条街为记录单位。

表1森林群落调查表

种名 树高 枝下高 胸径 株数 树冠

表2灌木调查表

种名 株数 覆盖率 最大胸径 优势胸径 平均高度

表3地被植物调查表

种名 株数(丛数) 覆盖率 平均高度

表4藤本植物调查表

种名 蔓数 覆盖率 平均高度

表5城市绿化植物生态型和生活型分析

喜光植

物 中性植

物 耐荫植

物 常绿植

物 落叶植

物 乡土植

物 外来种 阔叶植

物 针叶植

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

四、结果统计与分析

1.城市植物群落的组成与特征分析

2.城市植物多样性分析

五、结论与建议

根据调查调查结果,提出城市更加合理的绿化建议。

实习三 城市植被类型及多样性的调查

一、概述

从城市植被类型及多样性的调查入手研究城市植被,便于理解城市植被与自然植被在性

质和特性上的差异。为城市植被建设提供依据。

二、仪器和用具

照相机、测绳、钢卷尺、植物标本夹、枝剪、小刀、植物采集记录本、标签、调查表格

等。

三、调查内容和方法

(一)调查内容

调查群落的植物种类数目、种的多度和密度、盖度、频度、优势度、垂直结构和水平结

构等。

(二)调查方法

在调查范围选择不同地段,按不同的植物群落设置样地,在样地内作细致的调查。如果

样地是成片状的,如庭院、公园等,可设置是按不同的环境拉上工作线,在工作线上每隔一

定距离(一般是每隔 30m 设一个点)设置样地,一般草本植物为 1~4m 2 ,灌木为 4~50m 2 ,

乔木为 100~400m 2 ,,记录样方内的绿化乔木、灌木和地被植物种类、冠幅、高度、胸径等;

如果是样地是行道绿化实体,就以一条街为记录单位。

表1森林群落调查表

种名 树高 枝下高 胸径 株数 树冠

表2灌木调查表

种名 株数 覆盖率 最大胸径 优势胸径 平均高度

表3地被植物调查表

种名 株数(丛数) 覆盖率 平均高度

表4藤本植物调查表

种名 蔓数 覆盖率 平均高度

表5城市绿化植物生态型和生活型分析

喜光植

物 中性植

物 耐荫植

物 常绿植

物 落叶植

物 乡土植

物 外来种 阔叶植

物 针叶植

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

) 种

数 比

(%

四、结果统计与分析

1.城市植物群落的组成与特征分析

2.城市植物多样性分析

五、结论与建议

根据调查调查结果,提出城市更加合理的绿化建议。

实习五 城市道路建设满意度调查

一、概述

城市的交通道路是城市重要的通道,在联系城市不同功能区及行人通行方面具有重要的

作用,通过调查城市道路的司机和城市居民,通过他们的感受来初步评价城市道路的作用和

价值。

二、内容及方法

(一)调查内容

1.城市道路对两种使用对象的影响

2.分析城市道路建设的合理性。

(二)调查方法

1.确定调研的城市道路。

(1)驾车通行的司机调查

表1通行的司机调查表

驾车通行方便程度 交叉路口数量及方式满意程度

人群特征 方便(%) 不方便(%) 高(%) 低(%)

年龄

性别

文化层次

收入水平

开车年限

(2)城市居民调查

表2通行城市居民调查表

两侧通行方便程度 两侧通行路口数量及方式满意程度

人群特征 方便(%) 不方便(%) 满意(%) 不满意(%)

年龄

性别

文化层次

收入水平

居住年限

三、结果与分析

依据调查结果分析某一城市道路使用现状及道路建设的合理性。

四、结论与建议

提出道路改造建议。

实习六 城市人口调查

一、概述

城市的发展与人口移动有着密切的关系,人口移动对生态环境也将产生直接的影响。通

过对一个区域人口与环境质量的调查与讨论, 有助于了解人口这一因子在城市生态环境建设

中的重要性,为城市人口容量的规划提供参考。

二、仪器和用具

调查问卷表、采访记录本、实地采集调查记录本等。

三、内容与方法

(一)调查内容

1.满意度调查

(1)工作与生活空间的满意程度;(2)绿化面积与质量的满意程度;(3)休闲空间

的满意程度;(4)空气等其它生态因子的满意程度等

2.居民属性特征调查

(1)经济属性特征: (2)家庭结构特征;(3)职业结构特征; (4)教育水平特征;

(二)调查方法

采用问卷的方法调查。设计表格如下:

1.满意度调查

表1小区居民满意度调查表

绿化面积与质量的

满意程度 休闲空间的满意

程度 生态因子的满意

程度等 公共设施的满意

程度 工作与生活空间的

满意程度

调查

小区 不满

意 一

般 满

意 不满

意 一

般 满

意 不满

意 一

般 满

意 不满

意 一

般 满

意 不满

意 一

般 满

2.迁居者的属性与类型特征调查

表2小区居民的属性特征调查表

居民住户家庭月均收入

调查小区 1000元以下 1000~2000元 2000~5000元 5000~10000元 10000元以上

总计

表3小区居民属性特征调查表表

职业结构特征 教育水平特征

调查

小区 工

厂 公司和商

店类单位 科研、 文教、

卫生类单 机关

单位 小学 初、高中 高等教育

总计

四、结果与分析

迁移原因的分析分析

五、结论与建议

对城市人口的更加合理迁移和分布提出一些建议。

实习七 城市生态评价

一 、概述

城市生态评价是城市生态规划、城市生态建设和管理的基础。

二、 评价内容

从城市生态系统的结构、功能和协调度三个方面进行评价。

三 、评价方法

采用层次分析法进行评价。

表 1 城市生态评价指标体系

一级指标 二级指标 三级指标项目 单位 标准值

人口密度 人/km 2 3500

人均期望寿命 岁 78

人口结构

万人中高等学历人数 人/万人 1180

人均道路面积 m 2 28

人均住房面积 m 2 16

基础设施

万人中病床数 床/万人 90

污染控制得分 50为满分 50

空气质量 Ug/L 15

城市环境

空气噪声 DB 50

人均公共绿地面积 m 2 /人 16

城市绿地覆盖率 % 45

结构

城市绿化

自然保留地面积率 % 12

固体废弃物处理率 % 100

废水处理率 % 100

物质还原

工业废气处理率 % 100

百人电话数 部/百人 76

人均生活用电 L/d 455

资源配置

人均生活用水 Kwh/d 80

人均GDP 元 400000

万元产值能耗 吨标煤/万元 0.5

功能

生产效率

土地生产率 % 70000

人均保险费 元 2100

失业率 % 1.2

社会保障

劳动福利占工资比例 % 50

万人藏书量 册/万人 34000

城市卫生达标率 % 100

城市文明

刑事案件发生率 % 0.5

城乡收入比 0-1 2.5

科教投入占比例 % 1

协调度

可持续性

科教投入占比例 % 1

四、计算

1.三级指标指数的计算

Qi=1-(Si-Ci)/(Si-minS)

Qi=1-(Ci-Si)/(maxS- Si)

Qi 为三级指标的指数值;

Si 为三级指标的标准值;

maxS 为所选相关城市的最大值乘以 1.05;

minS 为所选相关城市的最小值除以 1.05;

2. 二级指标的计算

Vi=

Qi/m

Vi 为二级指标的指数值;

Qi 为三级指标的指数值;

m为二级指标所属的三级指标的项数;

3. 一级指标的计算

Ui=

WiVi

Ui 为一级指标的指数值;

Vi 为二级指标的指数值;

Wi 为一级指标所属的二级指标的权重;

4. 综合指标的计算

ECI=

WiUi

Ui 为综合指标;

Ui 为一级指标的指数值;

Wi 为一级指标的权重;

表 2 城市生态评价权重及生态化程度

权重 权重 权重 生态化程度 生态化程度

结构 0.372 功能 0.325 协调度 0.303 ECI≥0.75 很高

人口结构 0.260 物质还原 0.310 社会保障 0.320 0.5≤ECI<0.75 较高

基础设施 0.230 资源配置 0.360 城市文明 0.310 0.35 ≤ECI<0.5 一般

城市环境 0.270 生产效率 0.330 可持续性 0.370 0.20≤ECI<0.35 较低

城市绿化 0.240 <0.2 很差

五 、结果与分析

对保定市进行城市生态评价,根据评价为保定城市生态规划、建设提供参考。

实习八 污水处理厂、垃圾处理厂、植物园、公园、生态脆弱区

等参观考察

一、概述

污水处理厂、垃圾处理厂、植物园和公园是城市建设和发展必不可少的建设内容之一,在一定

程度上能反映城市的发展程度。

二、实习方法

以参观学习为主。

三、实习内容

1、保定城市污水的来源、收集、处理过程及出口等进行参观学习;

2、保定城市垃圾的来源、收集和处理能力、运行情况等进行参观学习;

3、保定植物园建设情况调查;

4、保定城市公园建设情况调查;

5、生态脆弱区保护情况调查

四、结果与分析

对保定市污水和垃圾处理的现状、处理能力、处理水平和运行情况进行分析;对保定市植物园

和公园建设情况进行分析;

五、结论和建议

对保定市污水、垃圾处理、植物园、公园及其生态脆弱区建设提出建议;

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