景觀生態(tài)學(xué)生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)的新途徑PPT課件

1、什么是景觀？什么是景觀？第1頁(yè)/共58頁(yè)Niagara Falls第2頁(yè)/共58頁(yè) 景 觀 l a n d s c a p e 意 為 風(fēng) 景 ， 源 于 德 語(yǔ)landcraft，指一種直觀的視覺(jué)感受。 19世紀(jì)初，現(xiàn)代地植物學(xué)和自然地理學(xué)先驅(qū)洪堡（A. Von. Humboldt）提出景觀由氣候、水文、土壤、植被等自然要素以及文化現(xiàn)象組成的地理綜合體。 由地圈、生物圈和智慧圈組成。第3頁(yè)/共58頁(yè) Forman和Godron（1986）：由相互作用的生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌構(gòu)成，并以類(lèi)似形式重復(fù)出現(xiàn)，具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域。 Forman（1995）：空間上鑲嵌出現(xiàn)和緊密聯(lián)系的生態(tài)系統(tǒng)的組合，在更大

2、尺度的區(qū)域中，景觀是互不重復(fù)且對(duì)比性強(qiáng)的基本結(jié)構(gòu)單元，它的主要特征是可辨識(shí)性、空間重復(fù)性和異質(zhì)性。 肖篤寧（肖篤寧（1997）：一個(gè)由不同土地單元鑲嵌組成，具有明顯視覺(jué)特征的地理實(shí)體；它處于生態(tài)系統(tǒng)之上，大地理區(qū)域之下的中間尺度；兼具經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和美學(xué)價(jià)值。第4頁(yè)/共58頁(yè)Moss（1999）總結(jié)了景觀特征： 相互作用的生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性鑲嵌； 地貌、植被、土地利用和人類(lèi)居住格局的特別結(jié)構(gòu)； 生態(tài)系統(tǒng)以上區(qū)域以下的組織層次； 綜合人類(lèi)活動(dòng)與土地的區(qū)域系統(tǒng)； 一種風(fēng)景，其美學(xué)價(jià)值由文化所決定； 遙感圖像中的像元排列。第5頁(yè)/共58頁(yè)什么是景觀生態(tài)學(xué)？什么是景觀生態(tài)學(xué)？第6頁(yè)/共58頁(yè) 1939年德國(guó)

3、生物地理學(xué)家特羅爾Troll提出景觀生態(tài)學(xué)landscape ecology 研究大尺度空間格局與生態(tài)功能過(guò)程的關(guān)系及其發(fā)展動(dòng)態(tài)的科學(xué)，著重于大尺度時(shí)空異質(zhì)性，并關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)的影響。 結(jié)合了地理學(xué)研究自然現(xiàn)象空間關(guān)系的“橫向”方法和生態(tài)學(xué)研究生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的“縱向”方法。第7頁(yè)/共58頁(yè)學(xué)科地位尺度角度個(gè)體生態(tài)學(xué)種群生態(tài)學(xué)群落生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)區(qū)域生態(tài)學(xué)全球生態(tài)學(xué)第8頁(yè)/共58頁(yè)內(nèi)容： 景觀格局 格局與過(guò)程關(guān)系 景觀動(dòng)態(tài) 景觀管理工具： RS 、GIS 、GPS 技術(shù) 模型方法強(qiáng)調(diào)： 時(shí)空異質(zhì)性 尺度變化 等級(jí)層次性第9頁(yè)/共58頁(yè)格局格局-過(guò)程過(guò)程-尺度尺度-等級(jí)等級(jí)

4、（From Wu, J.）第10頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)學(xué)理論景觀生態(tài)學(xué)理論第11頁(yè)/共58頁(yè)斑塊廊道基質(zhì)模式 斑塊patch最小的異質(zhì)性單元，即一個(gè)具體的生態(tài)系統(tǒng)。 廊道corridor不同于兩側(cè)基質(zhì)的狹長(zhǎng)地帶。 基質(zhì)matrix 是景觀中范圍廣闊、相對(duì)同質(zhì)且連通性最強(qiáng)的背景地域，很大程度上決定著景觀的性質(zhì)。第12頁(yè)/共58頁(yè)岷江干旱河谷第13頁(yè)/共58頁(yè)景觀格局landscape pattern 景觀的構(gòu)成組分及其空間分布形式。 不同的景觀格局是不同動(dòng)力學(xué)機(jī)制的產(chǎn)物，也是不同景觀功能的基礎(chǔ)。 在缺乏景觀發(fā)生發(fā)展歷史資料的情況下，從現(xiàn)有景觀格局出發(fā)，可以對(duì)景觀格局與功能過(guò)程之間的關(guān)系進(jìn)行描述。第

5、14頁(yè)/共58頁(yè)景觀異質(zhì)性heterogeneity 區(qū)域中，景觀要素類(lèi)型、組合及屬性在空間或時(shí)間上的變異程度。 源于環(huán)境變異、植被內(nèi)源演替和干擾。 時(shí)空異質(zhì)性交互作用導(dǎo)致了景觀的演化和發(fā)展，景觀格局和功能過(guò)程取決于其時(shí)空異質(zhì)性。第15頁(yè)/共58頁(yè)尺度scale 任何自然現(xiàn)象和生態(tài)過(guò)程均具有明顯的時(shí)空特征尺度。 確定合適的研究尺度以及相適應(yīng)的研究方法，是取得合理研究成果的必要保證。 RS和GIS為尺度效應(yīng)分析提供了技術(shù)基礎(chǔ)。第16頁(yè)/共58頁(yè)河流分支結(jié)構(gòu)的生物體型分河流分支結(jié)構(gòu)的生物體型分布布第17頁(yè)/共58頁(yè)森林動(dòng)態(tài)的時(shí)空尺森林動(dòng)態(tài)的時(shí)空尺度度第18頁(yè)/共58頁(yè)環(huán)境環(huán)境-生物生物-植被的時(shí)空

6、尺度植被的時(shí)空尺度第19頁(yè)/共58頁(yè)景觀格局對(duì)生態(tài)過(guò)程的影響 物種分布與遷徙 地表徑流與侵蝕 元素分布與遷移 能量交換與轉(zhuǎn)化 生物地球化學(xué)循環(huán)第20頁(yè)/共58頁(yè)物種分布與遷物種分布與遷徙徙第21頁(yè)/共58頁(yè)物質(zhì)和養(yǎng)分在景觀中的流動(dòng)物質(zhì)和養(yǎng)分在景觀中的流動(dòng)(MacDowell and Likens, 1988) 第22頁(yè)/共58頁(yè)土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的影響（傅伯杰等，土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的影響（傅伯杰等，1998）黃土高原地區(qū)坡面上不同土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的影響。a,b,c表示了三種15年以上不同土地利用結(jié)構(gòu)(自上至下)，研究發(fā)現(xiàn)，b是一種較好的保持土壤水分和養(yǎng)分的土地利

7、用結(jié)構(gòu)。第23頁(yè)/共58頁(yè)城市景觀的物流能流城市景觀的物流能流(H T Odum 藍(lán)盛芳譯，藍(lán)盛芳譯，1992)第24頁(yè)/共58頁(yè)格局與過(guò)程相互作用 景觀單元的空間配置影響其內(nèi)部的生態(tài)過(guò)程 景觀格局是由于鑲嵌體上的其它過(guò)程產(chǎn)生 景觀格局與生態(tài)過(guò)程相互影響協(xié)同進(jìn)化第25頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)學(xué)的任務(wù) 描述景觀 解釋和理解其中的生態(tài)過(guò)程 跟蹤景觀動(dòng)態(tài) 分析不同文化背景下的景觀格局, ,以便更好地理解景觀本身的格局動(dòng)態(tài)，并實(shí)施管理。第26頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)學(xué)數(shù)量方法景觀生態(tài)學(xué)數(shù)量方法第27頁(yè)/共58頁(yè)目的（Turner & Gardner, 1991） 景觀組成和結(jié)構(gòu)景觀空間異質(zhì)性 景觀斑塊

8、的性質(zhì)和參數(shù)的空間相關(guān)性空間相互作用 景觀格局的趨向性空間規(guī)律性或梯度 景觀格局在不同尺度上變化等級(jí)結(jié)構(gòu) 景觀格局與生態(tài)過(guò)程的相互關(guān)系第28頁(yè)/共58頁(yè)為什么需要新方法？ 經(jīng)典生態(tài)學(xué)研究并不十分重視的大時(shí)空尺度特征，以往的數(shù)量化模型不能完全適用； 研究多變量和復(fù)雜過(guò)程，一般的數(shù)量化方法無(wú)法滿足需要； 大尺度的景觀生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)困難，跟蹤調(diào)查時(shí)間長(zhǎng)花費(fèi)大。 RS、GIS和模型方法的進(jìn)步，使得景觀生態(tài)學(xué)可以通過(guò)景觀數(shù)量方法來(lái)描述和預(yù)測(cè)景觀格局和過(guò)程。第29頁(yè)/共58頁(yè)FRAGSTATS景觀結(jié)構(gòu)數(shù)量化軟件包 (McGarigal Marks, 1995)例如 多樣性指數(shù)Diversity Index 鑲

9、嵌度指數(shù)Patchiness Index 距離指數(shù)Distance Index 生境破碎化指數(shù)Fragmentation Index第30頁(yè)/共58頁(yè)景觀模型（傅伯杰等，2001） 空間自相關(guān)(Spatial Autocorrelation)：地統(tǒng)計(jì)學(xué)(Goestatistics) 格局周期性：譜分析(Spectral analysis) 尺度變化：聚塊樣方方差分析(Blocked Quadrat Variance Analysis)、分形幾何學(xué)(Fractal geometry) 和小波分析(Wavelet analysis) 景觀局域相互作用、局部因果關(guān)系的多體系統(tǒng)所表現(xiàn) 出 的 集 體

10、行 為 及 其 時(shí) 間 演 化 ： 細(xì) 胞 自 動(dòng) 機(jī)(Cellular Automata) 格 局 梯 度 特 征 ： 趨 面 分 析 ( Tr e n d S u r f a c e Analysis)和親合度分析(Affinity analysis)第31頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)學(xué)與生物保景觀生態(tài)學(xué)與生物保護(hù)護(hù)第32頁(yè)/共58頁(yè)生態(tài)保護(hù)起因： 生物多樣性喪失 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低：穩(wěn)定性和生產(chǎn)力 生態(tài)環(huán)境惡化：水、土、氣必須及時(shí)采取措施阻止退化、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)保護(hù)對(duì)策： 首先，保護(hù)殘存生境 其次，生態(tài)系統(tǒng)管理 第三，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)第33頁(yè)/共58頁(yè)長(zhǎng)期保存一個(gè)物種： 遺傳學(xué)及其種群生態(tài)學(xué)特性

11、 所在的生態(tài)系統(tǒng)及相關(guān)生態(tài)過(guò)程兩種保護(hù)途徑： 以物種為中心的傳統(tǒng)保護(hù)途徑 以生態(tài)系統(tǒng)為中心的景觀保護(hù)途徑第34頁(yè)/共58頁(yè)斑塊對(duì)生物多樣性的影響 斑塊大小s=f(+生境多樣性-(+)干擾+面積+年齡+異質(zhì)性-隔離-邊界不連續(xù)性)。 斑塊形狀斑塊形狀通過(guò)邊緣效應(yīng)的形成間接的對(duì)生物多樣性產(chǎn)生巨大的影響。第35頁(yè)/共58頁(yè)廊道對(duì)生物多樣性的影響 功能: 通道、屏障、源匯、棲息地 影響著斑塊間物質(zhì)、能量和物種交流 能夠減少甚至抵消景觀破碎化對(duì)生物多樣性的負(fù)面影響 能夠加速疾病、外來(lái)物種和其他干擾的擴(kuò)散 有效性依賴(lài)于許多因素：廊道內(nèi)部生境結(jié)構(gòu)、廊道的寬度長(zhǎng)度和連接度、目標(biāo)種習(xí)性等。第36頁(yè)/共58頁(yè)生態(tài)

12、交錯(cuò)帶Ecotone對(duì)生物多樣性的影響特點(diǎn)： 過(guò)渡性 動(dòng)態(tài)性 宏觀性 傳統(tǒng)觀點(diǎn)：邊緣效應(yīng)提高了生物多樣性 目前觀點(diǎn)：生境破碎化導(dǎo)致物種消失 第37頁(yè)/共58頁(yè)干擾對(duì)生物多樣性的影響干擾disturbance是一種自然現(xiàn)象主要影響： 景觀異質(zhì)性 景觀穩(wěn)定性 景觀破碎化 適度干擾會(huì)增加物種多樣性 人類(lèi)對(duì)自然干擾的人為再干擾，不僅導(dǎo)致生物多樣性降低，也會(huì)傷害人文景觀多樣性第38頁(yè)/共58頁(yè)干擾與生物多樣性的關(guān)系干擾與生物多樣性的關(guān)系第39頁(yè)/共58頁(yè)中度干擾假說(shuō) Connell(1978)：Intermediate Disturbance Hypothesis中度干擾導(dǎo)致最大的多樣性/支持、反對(duì)三個(gè)

13、條件促使物種多樣性提高： 如果干擾減少的只是由普遍種組成的群落的面積，但不減少普遍種和稀有種的群落類(lèi)型時(shí) 如果普遍種組成的群落面積減少時(shí)，新的潛在的生物區(qū)系(biotopes)能夠占據(jù)這些面積時(shí) 如果在新的可供生境中能建立新群落的物種包含在當(dāng)?shù)氐闹参飬^(qū)系中或存在于附近地區(qū)時(shí)第40頁(yè)/共58頁(yè)景觀破碎化landscape fragmentation 一種棲息地不斷變成碎片的過(guò)程 一種破碎化過(guò)程的結(jié)果即格局狀態(tài)導(dǎo)致生物多樣性喪失： 它縮小了某一類(lèi)型生境的總面積和每一斑塊的面積，影響到種群的大小和滅絕速率 在不連續(xù)的片斷中，殘留面積的再分配影響物種散布和遷移的速率第41頁(yè)/共58頁(yè)島嶼生物地理學(xué)is

14、land biogeographyMacArthurWilson（1967）s=f(+生境多樣性-干擾+面積-隔離程度+年齡) 揭示了種面積關(guān)系 島嶼的物種豐富度取決于物種的遷入率和滅絕率，而遷入率和滅絕率與島嶼的面積及隔離程度有關(guān)。 SLOSS-single large or several small第42頁(yè)/共58頁(yè)理想的自然保護(hù)區(qū)的功能分區(qū)理想的自然保護(hù)區(qū)的功能分區(qū)(Noss(Noss等，等，1994)1994)實(shí)驗(yàn)區(qū)緩沖區(qū)核心區(qū)第43頁(yè)/共58頁(yè)異質(zhì)種群理論Metapopulation theoryLevins(1969)：斑塊生境中同種局部種群集合體四種類(lèi)型：1）大陸和島嶼型(ma

15、inland and island)2）斑塊型(patchy population)3）衛(wèi)星型(satellite population)4）完全隔絕型(非平衡型 non-equilibrium) 局部種群空間上隔離，通過(guò)個(gè)體擴(kuò)散聯(lián)系 局部種群不斷滅絕，又不斷遷入重建 遷入重建率大于滅絕率時(shí)，異質(zhì)種群才能續(xù)存第44頁(yè)/共58頁(yè)生物保護(hù)研究的發(fā)展 保護(hù)生物學(xué)：物種 保護(hù)生態(tài)學(xué)：生態(tài)系統(tǒng)和景觀保護(hù) 保護(hù)經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、倫理學(xué)、哲學(xué)。第45頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)恢景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)恢復(fù)復(fù)第46頁(yè)/共58頁(yè)生態(tài)恢復(fù)Ecological restoration恢復(fù)完全受損生態(tài)系統(tǒng)和退化生態(tài)系統(tǒng)。 R

16、ecoveryRestorationRehabilitationRebuiltRegenerationReconstruction 多數(shù)生態(tài)恢復(fù)是局域性的。以點(diǎn)為基礎(chǔ)的生態(tài)恢復(fù)對(duì)解決大尺度的生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題是不夠的。 區(qū)域生態(tài)恢復(fù)需要在特殊地點(diǎn)和景觀尺度上同時(shí)進(jìn)行。第47頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)： 使退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)某種外形 使之具有保護(hù)性、生產(chǎn)性和美學(xué)效應(yīng) 進(jìn)一步發(fā)展成為一種可持續(xù)性生態(tài)系統(tǒng)景觀生態(tài)恢復(fù)原則： 首先，保護(hù)狀態(tài)良好的組分 其次，促進(jìn)景觀要素的恢復(fù) 最后，對(duì)片段化和殘存景觀進(jìn)行重建第48頁(yè)/共58頁(yè)需要考慮的生態(tài)系統(tǒng)特征 組分：當(dāng)前物種和它們的相對(duì)豐富度 結(jié)構(gòu)：土壤和植物組分的垂

17、直配置 格局：生態(tài)系統(tǒng)組分的水平配置 異質(zhì)性：特征1-31-3的復(fù)雜變化 功能：基本生態(tài)過(guò)程的表現(xiàn)（能量、水分、和養(yǎng)分輸運(yùn)） 種間作用：包括授粉，種子散布等 動(dòng)力學(xué)和恢復(fù)力：演替規(guī)律、恢復(fù)力第49頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)恢復(fù)步驟：I I發(fā)現(xiàn)問(wèn)題： 生物分布變化：物種消失、生物入侵 景觀流的變化：物種運(yùn)動(dòng)、水分和養(yǎng)分運(yùn)動(dòng) 美學(xué)價(jià)值變化：宜人景觀類(lèi)型的減少第50頁(yè)/共58頁(yè)景觀生態(tài)恢復(fù)步驟：IIII尋找原因： 本地植被的消失和破碎化 景觀的格局和多樣性變化 是否存在人工管理的影響第51頁(yè)/共58頁(yè) 景觀生態(tài)恢復(fù)步驟：IIIIII目的物種： 物種數(shù)量受棲息地面積限制 物種遷移受棲息地連接度限制 物種數(shù)量

18、受生態(tài)過(guò)程限制（捕食、干擾和火）第52頁(yè)/共58頁(yè) 景觀生態(tài)恢復(fù)步驟：IVIV明確目的： 增加現(xiàn)存生物的存活力和抗干擾的恢復(fù)力 減少或轉(zhuǎn)變土地或水質(zhì)退化過(guò)程 保持或提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力 整合以上目標(biāo)第53頁(yè)/共58頁(yè) 景觀生態(tài)恢復(fù)步驟：V V具體實(shí)施： 從何處開(kāi)始？ 哪里優(yōu)先保護(hù)？ 應(yīng)該提供走廊嗎？ 恢復(fù)何種植被結(jié)構(gòu)？ 投入何種和多少資源？第54頁(yè)/共58頁(yè)區(qū)域生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)流區(qū)域生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)流程程(黎曉亞和馬克明等，黎曉亞和馬克明等，2004) NO YES NO YES YES NO 景觀格局與功能評(píng)價(jià) 生態(tài)環(huán)境問(wèn)題 干擾分析 區(qū)域生態(tài)分析 生態(tài)系統(tǒng) 綜合評(píng)價(jià) 生物多樣性 狀況評(píng)價(jià) 生態(tài)功能恢復(fù)對(duì)策 區(qū)域景觀 生態(tài)系統(tǒng) 重要物種 干擾特征