第十四章景觀生態(tài)學

第十四章景觀生態(tài)學演示文稿目前一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點第十四章景觀生態(tài)學目前二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點第一節(jié)

景觀和景觀生態(tài)學

Landscapeandlandscapeecology

一、景觀生態(tài)學的研究內容

Themaincontentsoflandscapeecology

1、景觀的定義（有多種表述）：

一般概念：

反映地形地貌景色的圖像，如草原、森林；

某一地理區(qū)域的綜合地形特征；

人們放眼所映獲的自然景色。3目前三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點狹義景觀：幾十km2至幾百km2范圍內，由不同生態(tài)系統(tǒng)類型所組成的異質性地理單元。區(qū)域：反映氣候、地理、生物、經(jīng)濟、社會和文化綜合特征的景觀復合體。狹義景觀和區(qū)域可統(tǒng)稱為宏觀景觀。廣義景觀：各種不同尺度的具有異質性或斑塊性的空間單元。1、生態(tài)學中景觀的概念：4目前四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖1-25目前五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點研究景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態(tài)學過程相互作用的綜合性學科?？臻g格局、生態(tài)學過程與尺度之間的相互作用是景觀生態(tài)學研究的核心問題。2、景觀生態(tài)學的概念6目前六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點①景觀結構：景觀單元的類型、多樣性及其空間關系；②景觀功能：景觀結構與生態(tài)學過程的相互作用或景觀結構單元之間的相互作用；③景觀動態(tài)：即指景觀在結構和功能方面隨時間推移發(fā)生的變化。景觀結構、功能、動態(tài)是相互依賴、相互作用的。景觀生態(tài)學的研究對象和內容7目前七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點8目前八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點景觀生態(tài)學的應用十分廣泛，如生境破碎化與生物多樣性、自然資源管理與保護、城市與區(qū)域規(guī)劃、自然保護區(qū)設計等。景觀生態(tài)學研究的重點主要集中在：空間異質性或格局的形成及動態(tài)；景觀異質性（或多樣性）的維持和管理；景觀的等級結構與尺度推繹；格局-過程-尺度間的相互關系；人類活動與景觀結構、功能的關系；9目前九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點景觀生態(tài)學強調空間異質性、等級結構和尺度在研究生態(tài)學格局和過程中的重要性。景觀生態(tài)學大尺度研究中，人類活動對生態(tài)學系統(tǒng)的影響是一個重要方面。景觀生態(tài)學突出空間結構和生態(tài)學過程多尺度的相互作用(圖)。所涉及到的尺度都比其他學科更廣。景觀生態(tài)學與其他生態(tài)學科的區(qū)別10目前十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點11目前十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點Thedevelopmenthistoryoflandscapeecology

1939年，Troll首次提出定義：

研究景觀內生物群落之間反饋關系的學科。

景觀生態(tài)學是將航空攝影測量學、地理學和植被生態(tài)學結合在一起的綜合性研究。

前蘇聯(lián)的生物地理群落學(biogeocoenology)與歐洲早期的景觀生態(tài)學相似。

70‘s年代以來,荷蘭Zonneveld和以色列Naveh對歐洲景觀生態(tài)學主要論點，起源、背景、歷史等作了系統(tǒng)總結。

二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述12目前十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點1984Naveh和Lieberma出版第一部有影響的景觀生態(tài)學英文教科書，繼承發(fā)展了歐洲景觀生態(tài)學概念?！熬坝^生態(tài)學是基于系統(tǒng)論、控制論和生態(tài)系統(tǒng)學之上的跨學科的生態(tài)地理科學，是整體人類生態(tài)系統(tǒng)科學的一個分支”。二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述13目前十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點歐洲景觀生態(tài)學的重要特點：強調整體論(holism)生物控制論(biocybenetics)，以人類活動頻繁的景觀系統(tǒng)為主要研究對象。與土地和景觀的規(guī)劃管理、保護和恢復聯(lián)系密切。二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述14目前十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點在北美，景觀生態(tài)學興起于20世紀80年代初。美國生態(tài)學家Forman：介紹歐洲景觀生態(tài)學的概念；提出了“斑塊-走廊-本底”模式。Burgess&Sharpe(1981)：ForestIslandDynamicsinMan-DominatedLandscapes，北美最早的景觀生態(tài)學專著之一：突出島嶼生物學理論在研究景觀鑲嵌體中的作用。二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述15目前十五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點1983，景觀生態(tài)學研討會(Illinois，Allerton公園)召開。北美里程碑，推動作用(發(fā)展方向和進程)。會議分析了發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題；提出景觀生態(tài)學定義(強調異質性和尺度);系統(tǒng)闡述了景觀生態(tài)學的研究內容和方法。二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述16目前十六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點17目前十七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點景觀生態(tài)學在我國起步較晚缺乏系統(tǒng)的、跨尺度的理論和實際研究;發(fā)表了介紹景觀生態(tài)學概念和方法的文章、書籍；發(fā)表了城市、農業(yè)景觀、景觀模型方面的論文。二、景觀生態(tài)學發(fā)展歷史簡述18目前十八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點第二節(jié)景觀生態(tài)學中的一般概念和理論

Thegeneralconceptandtheoryinlandscapeecology

一、尺度及有關概念

scaleandotherconcepts

尺度(scale)：一般是指對某一研究對象或現(xiàn)象在空間上或時間上的量度，分別稱為空間尺度和時間尺度。

組織尺度(organizationalscale)：即在由生態(tài)學組織層次(如個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀)組成的等級系統(tǒng)中的位置。

19目前十九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點粒度(grain)：空間粒度：景觀中最小可辨識單元的面積或體積。 例如，同一森林景觀的最小可辨識單元隨著觀察高度的改變而發(fā)生變化。 對于空間數(shù)據(jù)或圖像資料而言，其粒度對應于最大分辨，或像元(pixel)大小。時間粒度：指某一現(xiàn)象或事件發(fā)生的頻率或時期間隔。例如，某一生態(tài)演替研究中的取樣時間間隔或某一干擾事件發(fā)生的頻率，都是時間粒度。幅度(extent)： 研究對象空間或時間上的持續(xù)范圍。研究區(qū)域的總面積決定該研究的空間幅度；研究項目持續(xù)時間則確定其時間幅度。20目前二十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點粒度和幅度的關系： 粒度和幅度相互聯(lián)系，但又不相同。為此，在討論尺度問題時，經(jīng)常有必要將粒度和幅度加以區(qū)分。 隨著尺度的增加，粒度和幅度均趨于增加21目前二十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點大尺度(或粗尺度，coarsescale)：指較大空間范圍的景觀，它對應的是小比例尺和低分辨率；小尺度(或細尺度，finescale)：指小空間范圍的景觀，它對應的是大比例尺、高分辯率。尺度與比例尺的關系：22目前二十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點 利用某一特定尺度上獲得的信息或知識來推測其他尺度上的特征，這一過程叫做尺度推繹(scaling)。 尺度推繹包括：尺度上推(scalingup)尺度下推(scalingdown)。數(shù)學模型和計算機模擬是尺度推繹的重要工具。尺度推繹23目前二十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點二、格局與過程

patternandprocess

1、格局：

景觀單元的類型、數(shù)目以及空間分布與配置狀況。即空間格局。

空間格局可劃分為：

隨機型；

規(guī)則型；

聚集型。24目前二十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點2、過程事件或現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的動態(tài)特征。景觀生態(tài)學中主要的生態(tài)學過程有：種群動態(tài)種子或生物體的傳播捕食者和獵物的相互作用群落演潛干擾擴散養(yǎng)分循環(huán)等。25目前二十五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖1-5美國原始森林由于人為活動從1620年到1990年銳減的情況26目前二十六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖1-5美國亞利桑那州鳳凰城地區(qū)1912-95年城市擴張的情況。27目前二十七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-428目前二十八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點三、空間異質性和斑塊性

(spatialheterogeneity&patchness)

空間異質性:

生態(tài)學過程和格局空間分布的不均勻性及復雜性。這一名詞在生態(tài)學領域應用廣泛，涵義和用法有多種。

空間異質性一般可理解為空間斑塊性和梯度(gradient)的總和。

29目前二十九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點

主要強調斑塊的種類組成特征及其空間分布與配置關系，比異質性在概念上更為具體化。 空間格局、異質性和斑塊性的共同點在于它們都強調非均質性以及對尺度的依賴性。斑塊性30目前三十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖1-831目前三十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-1自然界的空間斑塊性32目前三十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-333目前三十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-234目前三十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點五、斑塊-廊道-基底模式

(patch-corridor-matrixmodel)

Forman&Godron：景觀的結構單元有3種：斑塊、廊道和基底。

1、斑塊(或綴塊patch)：

與周圍環(huán)境在外貌或性質上不同，但又具有一定內部均質性的空間部分。

植物群落、湖泊、草原、農田、居民區(qū)等都是斑塊。不同的斑塊在大小、類型、形狀、邊界以及內部均質性等方面都有很大不同。

35目前三十五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點

I、殘留斑塊（remnantpatch）： 因大面積干擾所造成的、局部范圍內幸存的自然或半自然生態(tài)系統(tǒng)或其片斷。

II、干擾斑塊(disturbancepatch):

因局部干擾造成的小面積斑塊。

III、環(huán)境資源斑塊(environmentresourcepatch)

因環(huán)境資源條件在空間分布的不均勻性造成的斑塊。

IV、人為引入斑塊(introducedpatch)

由于人們有意或無意地將動植物引入某些地區(qū)而形成的局部性生態(tài)系統(tǒng)。36目前三十六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點2、廊道corridor景觀中與相鄰環(huán)境不同的線性或帶狀結構。如農田防風林帶、河流、道路、峽谷和輸電線路等。廊道類型的多樣性，導致結構和功能的多樣化。廊道的結構特征包括寬度、組成內容、內部環(huán)境、形狀、連續(xù)性以及與周圍斑塊或基底的作用關系。3、基底matrix景觀中分布最廣、連續(xù)性最大的背景結構。如森林、草原、農田、城市用地等等。許多景觀的動態(tài)常常受基底所支配。37目前三十七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點在實際研究中，要確切地區(qū)分斑塊、走廊和本底有時是很困難的，也是不必要的。本底也可以看作是景觀中占絕對主導地位的斑塊。某一尺度上的斑塊可能成為較小尺度上的本底，或許又是較大尺度上廊道的一部分。斑塊-廊道-基底模式的應用38目前三十八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點六、邊緣效應(edgeeffect)1、概念斑塊周界部分常常具有較高的物種豐富度和初級生產(chǎn)力。這種現(xiàn)象叫做邊緣效應。斑塊邊緣部分由于受外圍影響而表現(xiàn)出與斑塊中心部分不同的生態(tài)學特征的現(xiàn)象。斑塊邊緣部分在氣象條件(如光、溫度、濕度、風速)、物種組成以及生物地球化學循環(huán)方面都可能與不同于斑塊中心部分。39目前三十九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點內部種(interiorspecies)： 有些物種需要較穩(wěn)定的生物條件，往往集中分布在斑塊中心部分，故稱為內部種。邊緣種(edgespecies)： 一些適應多變環(huán)境條件的物種，主要分布在斑塊邊緣部分，稱為邊緣種(edgespecies)。許多物種的分布介于內部種和邊緣種之間。 當斑塊面積很小時，內部-邊緣無環(huán)境差異，整個斑塊便全部為邊緣種或對生境不敏感的物種占據(jù)。2、邊緣效應與斑塊大小的關系：40目前四十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點斑塊的大小對生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)、水土流失等過程都有重要影響。斑塊大小不同，其生物量的空間分布不同。由于邊緣效應，生態(tài)系統(tǒng)光合作用效率以及養(yǎng)分循環(huán)和收支平衡特點，都會受到斑塊大小及有關結構特征的影響。斑塊邊緣常常是風蝕或水土流失的起始或程度嚴重之處。一般而言，斑塊越小，越易受到外圍環(huán)境的各種影響。這些影響的大小既與斑塊面積有關，也與斑塊形狀及邊界特征有關。41目前四十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-7斑塊邊緣與內部的比例關系42目前四十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-5鳥類種數(shù)與斑塊面積的關系43目前四十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點自然界中，斑塊的形狀是多種多樣的。自然過程形成的斑塊常為不規(guī)則形狀；人為斑塊常為規(guī)則的幾何形狀。3、斑塊形狀的影響：44目前四十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點斑塊形狀的特點可以用長寬比、周長-面積比來描述。長寬比或周長-面積比越接近圓形和方形，其形狀就越“緊密”，即邊緣在斑塊中的比例越小?！熬o密”形狀有利于能量、養(yǎng)分和生物的保存；松散型形狀(如邊界彎延曲折)有利于斑塊內部和外圍環(huán)境的相互作用，促進能量、物質和物種交流。斑塊的邊界特征(如形狀、寬度、可透性等)對生態(tài)學過程的影響極為復雜，是景觀生態(tài)學研究的重點和難點之一。3、斑塊形狀的影響：45目前四十五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖2-6斑塊大小和形狀對物種多樣性的影響46目前四十六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點七、復合種群理論

metapopulationtheory1、定義 由經(jīng)常局部性絕滅，但又重新定居而再生的種群所組成的種群叫做復合種群。 它是空間上相互隔離，功能上相互聯(lián)系(繁殖體或個體交流)的數(shù)個亞種群(subpopulation)組成的種群斑塊系統(tǒng)。47目前四十七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點亞種群頻繁地從生境斑塊中消失(斑塊水平的局部絕滅)；亞種群間存在生物繁殖體或個體的交流(斑塊間和區(qū)域性定居過程)，從而使復合種群在景觀水平上表現(xiàn)出復合穩(wěn)定性。2、復合種群理論的基本要點：48目前四十八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點經(jīng)典型復合種群(classicmetapopulation)

由許多大小和生態(tài)特征相似的生境斑塊組成。又叫Levins復合種群。 其特點是，每個亞種群具有同樣的絕滅概率，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定必須來自斑塊間的生物個體或繁殖體交流，并且隨生境斑塊數(shù)量增加而增加。2、復合種群的類型49目前四十九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點大陸-島嶼型復合種群(mainland-islandmetapopulation)由少數(shù)大斑塊和許多小斑塊組成。大斑塊起“大陸庫”的作用，小斑塊則是島嶼的作用。又叫Boorman-Levitt復合種群。匯-源類型的復合種群系統(tǒng)均屬于此類。2、復合種群的類型50目前五十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點斑塊性復合種群(patchymetapopulation)由許多相互之間有頻繁交流（個體或繁殖體）的斑塊組成的種群系統(tǒng)。種群滅絕現(xiàn)象十分罕見。非平衡態(tài)種群(nonequilibriummetapopulation)在生境的空間結構上可能與經(jīng)典型或斑塊型種群相似，但再定居過程不明顯或沒有，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。2、復合種群的類型51目前五十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點中間型或混合型復合種群（intermediatetypeormixedtype）在不同空間范圍內，這些復合種群表現(xiàn)出不同的結構特征。2、復合種群的類型52目前五十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖3-253目前五十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖3-354目前五十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖3-555目前五十五頁\總數(shù)六十八頁\編于八點①斑塊尺度（或亞種群尺度）： 生物個體間相互作用，形成斑塊的亞種群單元。②復合種群或景觀尺度： 亞種群間通過植物繁殖體的傳播和動物的運動發(fā)生頻繁的交換作用。③地理區(qū)域尺度： 物種的整個地理分布范圍，即生物生長、繁殖活動不可能超越的空間范圍。在這一區(qū)域內，可能存在若干個復合種群，但它們很少相互作用。2、復合種群動態(tài)涉及3個空間尺度56目前五十六頁\總數(shù)六十八頁\編于八點八、景觀連接度、滲透理論

landscapeconnectivityandpercolationtheory

57目前五十七頁\總數(shù)六十八頁\編于八點1、景觀連接度(landscapeconnectivity)：景觀空間結構單元間的連續(xù)程度，包括結構和功能連接度。結構連接度(structuralconnectivity)：景觀在空間上直接表現(xiàn)出的連續(xù)性，可通過衛(wèi)片、航片或視覺器官觀察來確定。功能連接度(functionalconnectivity)：以研究對象或過程的特征尺度來確定的景觀連續(xù)性。如火、種子傳播距離、動物取食和繁殖活動的范圍以及養(yǎng)分循環(huán)的空間幅度等。景觀連接度58目前五十八頁\總數(shù)六十八頁\編于八點 2、景觀連接度與尺度的關系 景觀連接度依賴于觀察尺度和研究對象的特征尺度。 例如，對種子傳播而言，傳播距離大的種子，景觀連接度就高于傳播距離小的種子。景觀連接度59目前五十九頁\總數(shù)六十八頁\編于八點 當媒介的密度達到一臨界值時，滲透物突然能夠從媒介的一端到達另一端。物理學家應用滲透理論來理解和預測非導體媒介中加入金屬材料(如黃金等貴重金屬)而變?yōu)閷w的臨界值。 景觀鑲嵌體中的能量、物質和生物運動等生態(tài)學過程類似于滲透理論中的滲透物在媒介中的傳遞。滲透理論（percolationtheory）60目前六十頁\總數(shù)六十八頁\編于八點圖3-661目前六十一頁\總數(shù)六十八頁\編于八點

景觀連接度對生態(tài)學過程的影響，也應具有類似于滲透作用的臨界閾限。例如，流動沙丘固定時植被的臨界覆蓋度、某物種幸免滅絕時的生境面積占整個景觀面積的臨界比例等。 生態(tài)學中確實存在不少臨界閾限現(xiàn)象。例如，大火蔓延與森林中燃燒物質積累量及空間連續(xù)性之間的關系；生物多樣性的衰減與生境破碎化(habitatfragmentation)之間的變化，都在不同程度上表現(xiàn)出臨界閡限特征；害蟲種群爆發(fā)和外來種侵入過程也表現(xiàn)出類似特征， 因此，滲透理論對于研究景觀結構(特別是連接度)和功能之間的關系，頗具啟發(fā)性和指導意義。62目前六十二頁\總數(shù)六十八頁\編于八點九、等級理論

hierarchytheory63目前六十三頁\總數(shù)六十八頁\編于八點等級理論是關于復雜系統(tǒng)的結構、功能和動態(tài)的系統(tǒng)理論。一個復雜的系由相互關聯(lián)的亞系統(tǒng)組成，亞系統(tǒng)又由各自的亞系統(tǒng)組成，以此類推，直到最低的層次。每一個層次由若干個亞系統(tǒng)組成。在等級系統(tǒng)中，處于高層次的行為或過程常表現(xiàn)出大尺度、低頻率、慢速度的特征。處于低層次的行為或過程則表現(xiàn)出小尺度、高頻率、快速度的特征。高層次對低層次有制約作用(constraint)。由于其低頻率、慢速度的特點，這些制約作用在模型中往往表達為常數(shù)。低層次為高層次提供機制和功能。由于其速度快、頻率高，低層次信息常以平均值的形式來表達。64目前六十四頁\總數(shù)六十八頁\編于八點等級系統(tǒng)的垂直結構(即等級層次)：