景观生态学原理及应用课件.ppt
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1、景观生态学原理及其应用本讲主要内容l 景观生态学的概念及发展l 景观生态学的理论基础l 景观的基本结构l 干扰与干扰生态学l 景观规划与设计景观生态学的概念与发展l 景观一般理解:景色风景景致景象 scenery landschaft 没有明确的空间界限突出综合直观的视觉感受景观生态学的概念与发展l 景观Humboldt形成“自然地域综合体”概念,强调景观地域整体性与景观综合性,各种要素组合在一定地带内;伊萨钦科从类型和区域方向提出对景观的理解,如地貌、气候、土壤;地带性同质异质;Troll提出景观生态概念,其后形成了景观生态学;提出了景观的结构特征概念;Vink提出基于系统控制论观点,指出景
2、观是生态系统的一部分,可以通过控制进行管理;Forman,Godron将景观定义为相互作用的生态系统镶嵌构成,具有高度空间异质性的区域。景观生态学的概念与发展l 景观肖笃宁:景观是一个由不同土地单元镶嵌组成,具有明显视觉特征,具有一定尺度,有经济、生态和美学价值;景贵和:景观单元的组合及其相以作用的整体景观和科学含义:由相互作用的生态系统镶嵌构成,并以类似形式重复出现,具有高度空间异质性的区域,其主要特征是可辨识性、空间重复性和异质性。景观由不同空间单元镶嵌组成,具有异质性;具有明显形态特征与功能的地理实体;是生物的栖息地和人类生存的环境;具有一定的尺度;有经济、生态和文化的多重价值。景观生态
3、学的概念与发展l 景观生态学Buchwald景观生态学的主要任务是克服经济生活发展和自然土地潜力的紧张状态,研究相关景观系统的相互作用、空间组织和相互关系;Forman应探讨各类生态系统的异质性组合、相互作用和变化,如分布格局、物质的循环和能量流动、动态变化等;应以整体景观为对象,运用生态系统原理和系统方法研究景观结构和功能、景观动态变化及相互作用机理、景观美化结构、优化结构、合理利用与保护。景观生态学的概念与发展景观生态学的概念与发展l 景观生态学个体种群群落生态系统景观区域区别景观生态学生态系统生态学(1)空间异质性的发展与维持相对同质(2)景观镶嵌体的格局能量、物质的分配与运动(3)景观
4、中所有生态系统分散的岛状系统(4)包括经营管理状态一个部分(5)尺度大,全面某一具体对象(6)重视空间格局的形成和发展生态系统的演变景观生态学的概念与发展l 景观生态学几个重要概念:(1)斑块廊道基质模式是描述景观空间格局的基本模式斑块在景观的空间尺度上最小的异质性单元,即一个具体的生态系统廊道不同于两侧基质的狭长地带,线状或带状斑块包括连接度、结点及中断等指标基质范围相对广阔、相对同质且连通性最强的背景地域,决定着景观的性质起主导作用景观生态学的概念与发展景观生态学的概念与发展l 景观生态学几个重要概念:(2)景观结构与格局指景观的组分及其空间分布形式景观结构包括空间特征景观元素大小形状空间
5、组合和非空间特征景观元素类型、面积比例景观格局组分的空间分布和组合与尺度有关(3)异质性指一个景观区域中,景观元素类型、组合及属性在空间或时间上的变异程度,是景观区别于其他生命层次的最显著特征。(4)尺度时间空间景观生态学的概念与发展l 景观综合思想的萌芽(19世纪初至20世纪30年代):主要表现为洪堡德和帕萨格的综合景观概念的形成和发展以及海克尔的生态学和坦斯利生态系统概念与思想的形成。l 景观生态学学科思想的巩固(20世纪30年代后期至60年代中期):主要表现为Troll景观生态学概念的正式提出以及苏卡乔夫的生物地理群落学说的提出。l 景观生态学的学科初创(20世纪60年代后期至80年代初
6、):主要表现为中西欧国家结合自然和环境保护、土地利用及规划等应用实践开展景观生态学理论与应用研究。l 景观生态学的全面发展(20世纪80年代至今)景观生态学的理论基础l 系统论是一门运用逻辑学和数学方法研究一般系统运动规律的理论,从系统的角度揭示客观事物和现象之间相互联系、相互作用的共同本质和同在规律。包括系统、层次、结构、功能、反馈、信息等概念。系统论强调整体性、关联性、开放性和动态性原则。其基本步骤:系统地提出问题;明确系统各要素之间的想到关系;构建逻辑和数学模型;根据问题性质和目标、系统特点,明确研究方法;选择最佳方案;确定系统结构组成和相互关系。景观生态学的理论基础l 系统论(1)综合
7、整体性包括三个层次数学、系统生态学和经济学等系统方法地貌学、土壤学、水文学等传统学科构成景观生态学相关的技术方法(2)关联性系统内各因素之间存在有机联系(3)动态性(4)有序性(5)目的性景观生态学的理论基础l 自然等级理论等级理论认为任何系统均属于一定的等级,并具有一定的时间和空间尺度。生态系统可以分解为不同的等级层次,不同等级层次上的系统具有不同的特征。ONeill等较早的时候就出版了专著生态系统的等级概念,阐述了生态系统的结构和功能的双重等级性质,并强调时间和空间尺度以及系统约束的重要性。整个生物圈是一个多重等级层次系统的有序整体。高级层次受低级层次约束生物约束低级层次受高级层次约束环境
8、约束限制因素低速度低频率大尺度高速度高频率小尺度环境制约生物制约上一层次核心层次下一层次等级系统中相邻层次之间的关系景观生态学的理论基础景观生态学的理论基础l 尺度时间和空间包含于任何景观的生态过程之中,景观格局和景观异质性都依我们所测定的时间和空间尺度变化而异,这,在一种尺度下空间变异中的噪声成分,可在另一较小尺度下表现为结构性成分。所以,景观必须要在一定的尺度范围内进行研究。主要包括面积和时间间隔两个方面。不同的景观结构和功能,其物质循环、有机体分布和运动、能量流动均不同,从而影响物种多样性、种群分布等。景观生态学的理论基础l 尺度尺度(Scale):在研究某一对象或现象时所采用的空间或时
9、间单位,或指某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率,包括空间尺度和时间尺度。常用粒度(Grain)和幅度(Extent)来表达。空间粒度是指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或时间间隔。时间粒度是指某一现象或事件发生的频率或时间间隔。幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。景观生态学的理论基础术语 内涵尺度所研究客体或过程的时间维和空间维,可用分辨率和范围来描述组织水平 生物等级中的位置比 例 尺 对空间距离的缩减程度分 辨 率 空间上可能分辨的最小水平,又称粒度范围 研究区域的大小和需要考虑的时间长短外推据已知进行推测,把信息从一个尺度转移到另一尺度,或从一个系
10、统转移到另一个系统临界阈值 在性质、属性或现象上产生突变的点绝对尺度 真实距离、方向、外形相对尺度 根据生物的功能联系用作两点间的相对描述尺度分析将小尺度上的斑块格局重新组合为较大尺度上空间格局的过程,通常斑块形状由不规则趋向规则尺度效应景观最小斑块随尺度的增大而发生类型转化与面积增大,景观多样性指数相应减小景观生态学的理论基础l 岛屿生物地理学理论假设生境中物种迁移和灭绝过程之间达到生态平衡态,除面积外,其它环境因素都相似,则物种数量与生境面积之间的关系可用下式表示:S=cAz或lgS=lgc+zlgA式中,S为生物物种数目,A为生物物种存在的空间面积,C为物种分布密度,Z为某个统计指数。岛
11、屿生物地理学理论模型:dS/dt=I-E式中,I为迁入率,与隔离程度有关;负相关E为灭绝率,与岛屿面积有关,正相关景观生态学的理论基础l 异质种群由经常局部性绝灭,但又重新定居而再生的种群所组成的种群。异质种群动态的数学模型(R.Levin):dP/dt=mP(1-P)-eP=(m-e)P1-P/(1-e/m)此方程的平衡值为:P=1-e/m式中,P为未灭绝的亚种群比例,即已被一个种所占据的斑块的数量与总斑块数量的比值,m为物种定居能力常数,e为物种灭绝速率常数景观生态学的理论基础l 异质种群与岛屿生物地理学异质种群的理论涉及到岛屿生物地理学中的平衡理论,因为在这两个理论体系中都有一个共同的基
12、本过程,即个体迁入并建立新的局部种群以及局部种群的灭绝过程。岛屿生物地理学模型可改写为:dP/dtm(1-P)-eP此时方程中的P表示在任意时刻t已被占据的岛屿比例,其平稳值为Pm/(m+e)。“源”种群指在条件较好的斑块生境中生存并具有较高增长率的局部种群。“汇”种群指在条件较差的斑块生境中生存并具有负的局部种群增长率的局部种群。景观生态学的理论基础l 渗透理论渗透理论是用于研究多孔介质中流体的运动规律的。渗透过程一般存在一个临界值(渗透概率),当多孔介质所构成的有限单元中渗透概率PPC0.5928时,流体就保留其中;而当PPC,流体就会穿越有限单元网格发生渗透。渗透理论已广泛用于疾病流行、
13、干扰、森林火灾和害虫爆发以及动物运动和资源利用方面的研究。在大网络中簇数量和大小是一个单元被目标对象(一个植被类型中一种动物的分布)占据的概率P的一个函数。景观生态学的理论基础l 渗透理论当一种物种进入P值大于或等于0.5928的生境时,可以穿越整个景观,假设有机体向景观的n个单元运动时,至少能够发现一种资源,发现0资源的概率为(1-P)n,至少发现一种资源的概率为R=1(1-P)n,根据渗透理论,如果R=0.5928,则有n0.89845/ln(1-P)。景观生态学的理论基础l 地域分异规律景观在地球表层按一定的层次发生分化并按一定的方向发生有规律分布的现象称为景观的地域分异规律。分地带性和
14、非地带性两种,原因是日照的非均匀分布。地带性分异规律:其成因是太阳能在地球表层的非均匀分布,表现为地球表层自然景观以及许多自然现象和过程由赤道向两极呈有规律的变化。非地带性分异规律:其成因是地球内能对地表作用的非均衡性,表现为干湿带性、垂直地带性等景观的基本结构l 景观三个方面的特征结构不同生态系统或景观单元的空间关系功能景观单元之间的相互作用动态斑块镶嵌结构与功能随时间的变化景观结构的基本组成要素包括斑块、廊道和基质,其发育历史如何?具有何种结构特征?有什么生态意义?l 景观发育景观的发育受生物和环境两个方面的作用,其中气候是最重要的影响因子,此外,人类活动也对景观产生了深远的影响,主要表现
15、在:1.改变了景观中植物的优势度移样性;2.扩大或缩小了一些动植物物种的分布区;3.人类改变景观的同时,为物种入侵创造了机会;4.改变了土壤的营养结构;5.改变了景观镶嵌格局。景观的基本结构l 斑块(缀块)是指依赖于尺度的,与周围环境在性质上或外观上不同的,但又具有同质性的非线性空间实体。按其起源不同,可将其分为如下几类:环境资源斑块干扰斑块残存斑块引进斑块种植斑块聚居地景观的基本结构l 斑块(缀块)l 对物质和能量的影响由于两者的边缘比例不同,因此小斑块内单位面积上的能量和物质含量比大斑块少。l 对物种的影响 岛屿小岛的物种初始增长较快,大岛的物种增长较慢,但较持久;山地岛屿的物种较同样大小
16、的平原岛屿为多;人类活动干扰较大的岛屿,其物种往往比未受人类干扰的岛屿少。Sf(生境多样性,干扰,面积,隔离,年龄)陆地斑块(生境岛屿)Sf(生境多样性,()干扰,面积,年龄,基质异质性,隔离,边界的不连续性)景观的基本结构l 斑块(缀块)斑块在生态学中具有什么意义呢?斑块大小会影响物种丰富度;斑块形状对生物分布、营养分配具有重要作用;斑块的边缘效应景观的基本结构l 廊道景观中与相邻两边的环境不同的线状或带状结构。作用:通道(运输)的作用和阻隔(资源保护)的作用。类型:l按起源分:干扰廊道、残存廊道、环境资源廊道、种植廊道、再生廊道l按宽窄分:线状廊道、带状廊道、河流廊道l按高矮分:低位廊道、
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- 景观生态学 原理 应用 课件
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