景观环境生态学(课程教材).ppt

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1、景观生态学理论与人类对生态系统的利用,第一节 景观生态学中的基本概念,景观及景观生态学概念 景观生态学研究对象和内容 景观生态学基本术语,1.1 景观（landscape),19世纪初,德国近代地理学创始人洪堡德(A.V.Humboldt) 将其作为“自然地域综合体”代名词. 此后，生态学家对“景观”一词提出各种各样的定义。,代表性定义,Z.Naveh(以色列):景观是自然、生态、地理综合体。 R. T.T.orman (美国)和.odron (法国)(1986)相互作用的生态系统空间镶嵌组成的异质区域. 肖笃宁（1997）：由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体，生态系统之上，大

2、地理区域之下的中间尺度具经济、生态、文化多重价值。,人类与自然共同作用影响下的不同景观,1.2 景观生态学（Landscape Ecology),德国地理学家Troll特洛尔，1939年，创立景观生态学一词，定义为：研究某一景观中生物群落之间错综负责的因果反馈关系的科学。 强调航空摄影测量学、地理学、与植被生态学结合在一起综合性研究。,其他定义：,1984年，Z.Naveh和Lieberman 基于系统论，控制论和生态系统学之上的跨学科生态地理学，是整体人类生态系统科学一分支。 Weins(1993) 景观生态学主要研究一系列生态现象中镶嵌体空间格局的效应。 2000，邬建国 研究景观单元的类

3、型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科；,二、 景观生态学研究内容,1.景观结构 不同景观要素之间的空间关系。 2.景观功能 各种景观要素之间的相互作用，不同生态系统之间的能量流、物质流和物种流。 3.景观变化 景观的结构和功能上随时间的变化。 4.景观管理 通过分析景观特征，提出景观利用管理最优化方案。,三 景观生态学中常用的基本术语,结构 连接度 廊道 边缘 异质化、破碎化 斑块、基质 尺度,（1）尺度（scale）,一般用粒度（grain）和幅度（extent）表示 粒度 空间粒度：最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积； 时间粒度：某一现象或事件发生的频率或时间间隔。

4、 幅度 空间幅度：研究区域的总面积 时间幅度：研究项目持续的时间 又与地理学中的比例尺不同 大尺度尺往往对应于小比例尺和低分辨率，或反之； 尺度推绎（scaling）：利用某一尺度的信息推测其他尺度的特征，并可以上推或下推，也可以进行数学建模和计算机模拟。,（3）空间异质性和缀块性,空间异质性（spatial） 生态学过程和格局在空间分布上的不均匀性及其复杂性； 也可理解为空间缀块性和梯度的总和； 空间异质性在缀块性的基础上强调了梯度因素 缀块性（patchness） 缀块：连接和组合的意思 缀块性：种类组成的特征及其空间分布与配置的关系 缀块性在异质性的基础上更加具体化,空间格局、异质性与缀

5、块性的比较,格局：仅考虑分布与配置； 异质性：考虑了分布与配置的不均匀性及变化规律（梯度）； 缀块性：更具体考虑了种类组成对变化规律的影响 共同点在于：都强调非均质性以及对尺度的依赖性,（5）景观连接度,定义：景观空间结构单元相互之间连续性的度量。 结构连接度（structural connectivity） 空间上直接表现出来的连续性，可采用视觉器官或手段确定； 功能连接度（functional connectivity） 所研究的生态学对象或过程的特征尺度，如种子传播距离等；,景观结构的基本组成元素：,1 斑块(patch）：在性质或外貌上不同于周围单元的块状区域； 2 廊道(corrid

6、or)：与其两侧相邻区域有差异的相对狭长形的一种特殊景观类型； 3 基质(matrix)：在景观中的本底覆盖类型，通常具有高覆盖率和高连接度；并不是所有的景观中都可以划分出确定的基质。,3.1 斑块(patch),定义：斑块是一个在外观上与周围环境明显不同的非线性地表区域。 是构成景观的基本结构和功能单位。 例：天空的云、嵌花路面的石子。,3.1.1 起源与类型,1 干扰斑块(disturbance patch) 原因：由于局部干扰而产生的。 举例：风、火、冰雹、山崩、虫害等自然变化引起。 采伐后的森林，草原烧荒，地表煤矿等人类活动引起的。 干扰斑块通常具有高的周转率、持续时间短的特征。,2

7、残存斑块(remant patch),原 因: 由大范围干扰活动，如森林砍伐、城市化等造成局部范围内幸存或残存的自然与半自然生态系统片段包围着一小块未受干扰地区的大范围干扰造成的.,3 环境资源斑块,原因：由于环境条件如气候、地形、土壤、养分等在空间上分布不均匀形成的斑块。 例如：长白山植物垂直分布、森林中的沼泽、沙漠绿洲 特点：存留时间长、周转率低。,东北山地森林沼泽,4 引进斑块(introduced patch),原因：人类引入植物或动物，或人类自身活动形成的斑块。 （1）种植斑块(planted patch) 原因：由人种植植物而产生的特点：人维护、存留时间长 （2）聚居地(homes

8、 habitation) 特点：受人干扰的景观中最显著并无处不在的景观成分之一。 物种：人、引进的动植物、不慎引入的害虫、从异地移入的本地 种。,3.1.2 斑块的大小及生态学意义,1 斑块大小与生物多样性 理论上，斑块中物种丰富度与斑块面积成正比，也有不同，现实中，各种大小斑块往往同时存在。比如，一个小斑块（麦田）从边缘到内部我们会发现边缘产生的产量高于内部。 动物的分布也会因边缘内部的喜爱程度而有所不同。许多野兔、野鸡等喜欢在边缘地带活动。,3.1.3 斑块的形状的生态学意义,斑块形状多种多样，可以用长宽比、周界面积比及分维数描述。 例如，斑块长度比或周界比越接近方形或圆形的值，其形状越紧

9、。 形状分析可了解物种动态； 斑块的形状对生物的散布和觅食具有重要作用。 斑块的形状与环境变化及更新过程有关。 园林设计，采取不同斑块形状，收到不同的艺术效果。,3.1.4 边缘与边缘效应,边缘是指两个不同的生态系统相交而形成的狭窄地区。 斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成和过渡，这就是通常所说的边缘效应。 许多研究表明，斑块周界部分常常具有较高的物种丰富度和初级生产力。,3.2 廊 道 (corridor),与本底有所区别的一条带状土地,可以看作是一个线状或带状的斑块. 简单的说是指线形的景观单元。 例如:树篱、公路,3.2.1 廊道的结构特征,弯曲度或通直度，其生态意义与生物沿廊道的移动

10、有关。 连通性：廊道如何连接或在空间上怎么连续的量度。 例如：农田树篱。 作用：一个廊道连通性高低决定了廊道的通道和屏障功能。,廊道的内部特点,1) 从边缘到中心的物种组成发生急剧变化 例如：公路、河流、林带 2) 环境条件与外部有所不同 例如：林荫路冬暖夏凉 3) 水平上延伸一段距离，水平梯度也会发生变化。,3.2.2 廊道的功能,生境 传输通道 过滤和阻抑作用 作为能量、物质和生物的源或汇,3.2.3 廊道的分类（根据结构特点）,1 线状廊道 廊道是一条很窄的带，植被类型基本上是边缘占优势。 一般有7种：道路、铁路、堤堰、沟渠、输电线、草本或灌丝带、树篱,2 带状廊道 廊道是一条很窄的带，

11、其宽度是可以造成一个内部环境，含有内部种，每个侧面都存在边缘效应。 河流廊道 是指由于河流分布而不同于周围基质的植被带，通常包括河流边缘、河漫滩、河堤和部分高地。,3.3 基质,景观是由多种类型的景观要素构成的异质性地域，其中面积最大、连接度最高、对景观的功能的控制作用最强的景观要素称为本底。又称基质、模地或者背景。 基质与斑块和廊道在概念上有很大的区别，但在实际景观中却要根据景观要素在景观中的数量化特征或功能性特征来区分。,3.3.1 基质的判定,相对面积最大 连通性最高 动态控制作用最强,3.3.2 孔隙度(porosity),斑块在本底中称为孔。 单位面积的斑块数目称为孔隙度。它是本底中

12、斑块密度的量度。与斑块大小无关。,孔隙度的生态意义：,1）它提供了一个了解物种隔离程度和植物种群遗传变异的线索。 2）孔隙度是边缘效应总量的指标，是一个对野生生物管理、对能流物流指导意义的因素。 孔隙度低表明景观中有边远地区存在，这对需要边缘生境的动物很重要。,第二节 景观生态学中的几个重要理论,岛屿生物地理学理论 复合种群理论 渗透理论 等级理论,（1）岛屿生物地理学理论,种面积关系 S=cAz 式中：S物种数量； A生境面积； C、z常数； 应用该式有两个重要前提 物种迁移与绝灭之间达到了生态平衡； 物种的数量只与面积有关，其他因素相对稳定。,岛屿生物地理学理论 该理论将缀块的空间特征与物

13、种数量综合在一起考虑 数学表达式： dS/dt= S为物种数，t为时间，迁居速率（是种源与斑块间距离D的函数），绝灭速率（是斑块面积A的函数）),（2）Meta-种群理论,Meta-种群的定义 由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所组成的种群。（或是在空间上隔离，但具有功能联系的二个或以上的亚种群组成的种群缀块系统）。 Meta-种群理论 亚种群频繁地从生境缀块中消失（局部性绝灭）； 亚种群之间存在的生物繁殖体或个体的交流使它们在景观水平上表现出复合稳定性。 该理论可以反映出种群在景观缀块复合体中的运动和消长； 也是关于空间格局和种群生态学过程相互作用的理论。,（3）渗透理论,渗透理论（

14、percolation theory） 要点：媒介的密度达到一临界值时，渗透物能够突然从媒介的一端到达另一端； 景观连接度临界值（临界阈限） 某一因素的影响能否产生突变作用。,（4）等级理论（hierarchy theory）,是一种关于复杂系统的结构、功能和动态的理论，以用于简化复杂系统，并对其进行理解和预测。 根据等级理论 复杂系统均具有离散性等级层次； 高层次的行为或动态具有小尺度，低频率和慢速度的特征，并对低层次有制约作用，且制约作用接近常数； 低层次的行为或动态具有大尺度，高频率和快速度的特征，并为高层次提供机制和功能，且可以平均值的形式表达；,第三节 景观变化,景观变化包括景观的结

15、构和功能随时间而变化。变化既有自然的因素，也有人为的因素，变化有快有慢。 比如：1976年唐山的大地震，一夜间。1978年的大兴安岭大火，435万公顷。荷兰的围海造田、沙漠化、滥伐森林等。,景观异质性,景观异质性包括空间异质性、时间异质性和功能异质性三个方面，但一般谈到景观异质性主要是指景观的空间异质性。 景观的异质性是指景观中景观要素在属性、结构、形态和空间关系等方面的变异程度。 景观的异质性是由景观要素类型的数量、景观要素构型、景观要素的分布和空间相互关系等决定的。,景观稳定性,景观变化曲线,Forman & Godron 用3个独立参数表征所有变化曲线： 变化的总趋势（上升、下降和水平趋

16、势）； 围绕总趋势的相对波动幅度（大范围和小范围）； 波动的韵律（规则和不规则）,景观变化的作用力,1）作用力的种类 人力 比如：采伐、造林、灌溉等 自然力 物理力（比如：地震、洪水、台风） 生物力（比如：病害、虫害）,影响景观变化的自然过程,1 气候 1 ）气候的意义 它影响到有机体的生命过程 气候影响土壤过程 气候控制地形、地貌的形成过程,地貌,地貌的意义 地貌影响整个生态环境 地貌影响物质的流动和生物的移动 地貌影响各种干扰发生的频率、强度和空间格局,我国的地貌 由三大阶梯组成 青藏高原 青藏高原的外缘到大兴安岭、太行山、巫山和雪峰山之间。 我国东部宽广的平原和丘陵,黄土沟谷地貌,土壤,

17、土壤的意义 土壤具有一定肥力，可生长植物。 它提供给植物水、营养是物质交换的场所。 它也是独立的生态系统 是建筑上的基础材料,第四 节 干扰与干扰生态学,干扰是使生态系统、群落或种群的结构遭到破坏和使资源、基质的有效性或物理环境发生变化的任何相对离散的事件。比如：火灾、洪水、地震 干扰状况指的是某个地区或某种特定立地上，某种干扰因素各种参数的综合，可以从时间和空间的分布格局来说明干扰状况。 空间上：干扰斑块的大小、形状、分散程度等 时间上：干扰重现期、干扰频率、干扰轮回期等,干扰特性,干扰频率：是重现间隔期的倒数。 干扰强度：是从干扰因素本身来看，在一定时期，一定面积上，该事件的物理力。比如：火灾时，单位面积单位时间释放的热量。 干扰范围,干扰类型,自然干扰 人为干扰,景观 热岛效应 斑块 基质 残留斑块 干扰斑块 边界 景观格局 诱导边缘 尺度 恢复力 积温 1、景观概念的内涵？ 2、廊道的功能？ 3、斑块的类型及特点？,