生态学4.docx
《生态学4.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生态学4.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
生态学4
第十四章
景观生态学
第一节景观与景观生态学
一、景观生态学的研究内容
1.景观（landscape）的定义
A.狭义：
指几十km2至几百km2范围内，由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元。
B.广义：
指出现在从微观到宏观不同尺度上的，具有异质性或缀块性的空间单元。
2.景观生态学的研究内容
1）景观结构：
即景观组成单元的类型，多样性及其空间结构。
2）景观功能：
即景观结构与生态学过程的相互作用或景观结构单元之间的相互作用。
3）景观动态：
即景观在结构和功能方面随着时间推移发生的变化。
二、景观生态学发展历史
1.C.Troll于1939年首次采用“景观生态学”一词
2.二战后，德、荷等国成为研究的中心
3.82年成立国际景观生态学协会
4.70年代末，在北美开始逐渐兴起
5.在我国起步较晚（80s初）。
89年10月召开首届全国学术研讨会。
三、景观生态学中的重要流派
1.美国的景观格局和景观功能研究
2.荷兰和德国的土地生态设计
3.东欧的景观综合研究和景观生态规划
4.加拿大和澳大利亚的土地生态分类
5.前苏联的景观地球化学研究
第二节一般概念和理论
一、尺度及其有关概念
1.尺度：
对某一研究对象或现象在空间上和时间上的量度，分别称为空间尺度和时间尺度。
2.组织尺度：
在由生态学组织层次（如个体、种群、群落、生态系统、景观）组成的等级系统中的位置
二、格局与过程
1.格局：
缀块和其他组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。
2.过程：
强调事件或现象发生、发展的程序和动态特征。
三、空间异质性和缀块性
1.空间异质性：
指生态学过程和格局在空间分布上的不均匀性及其复杂性。
一般可理解为是空间缀块性和梯度的总和。
2.缀块性：
缀块的种类组成特征及其空间分布与配置关系。
四、种-面积关系和岛屿生物地理学理论
1.种-面积关系：
S=cAz
前提：
a.所研究生境中物种迁移与绝灭过程之间达到生态平衡态。
b.除面积外，所研究生境的其他环境因素都相似。
2.岛屿生物地理学理论：
dS/dt=I-E
五、缀块-廊道-基底模式
美国生态学家R.Forman和法国生态学家M.Godron认为，组成景观的结构单元是：
缀块、廊道和基底。
缀块：
包括植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等。
廊道：
指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构。
如防风林带、河流、道路等。
基底：
景观中分布最广、连续性最大的背景结构。
六、边缘效应
1.边缘效应：
缀块边缘部分由于受外围影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象。
2.缀块的结构特征对生态系统的生产力、养分循环和水土流失等过程都有重要影响。
3.缀块的形状是多种多样的，其特点可用长宽比、周界-面积比及分维数等方法来描述。
七、Meta-种群理论
1.Meta-种群：
由经常局部性绝灭，但又重新定居而生的种群所组成的种群。
2.Meta-种群理论要点：
A、亚种群频繁地从生境缀块中消失；
B、亚种群之间存在生物繁殖体或个体的交流，从而使Meta-种群在景观水平上表现出复合稳定性。
八、景观连接度、渗透理论和中性模型
九、等级理论
十、缀块动态理论
第三节景观生态学的研究方法
一、遥感和地理信息系统在景观生态学中的应用
1、遥感
2、地理信息系统
二、景观结构分析的数量方法
景观指数：
相对丰富度指数、多样性指数、聚集度指数
三、景观模型
1.景观格局变化的概率模型
Nt+1=pNt
2.景观格局—过程动态模型
dYij/dt=fij（Yij，Xij）+Zk+Q
第四节景观生态学的应用
1.与土地规划、管理和恢复等实际问题密切联系。
2.和保育生物学互为补充。
3.在自然资源管理中受到广泛重视。
4.与景观和城市规划及设计有密切关系。
第十五章
环境保护与可持续发展
应用生态学（appliedecology）：
研究如何利用生态学的理论和原理来解释、指导、解决社会实践中所存在的问题。
第一节全球气候变化
一、全球变化概述
1、科学和技术的发展改变了生存环境。
2、人类的生态环境包括土壤圈、水圈、大气圈和生物圈。
3、研究的重点
二、全球的环境问题
（一）温室效应与气候变暖：
CO2和悬浮粒子的增加，是造成温室效应和气候变暖的主要原因。
CO2是影响地球热量平衡的主要因素。
温室效应：
自工业革命以来，越来越多的CO2进入大气，使大气中的CO2浓度逐渐升高，使得热外流受阻，地球温度升高的现象。
目前，世界所排放的CO2的一半以上被海洋吸收，但海洋的吸收容量是有限的，今后海洋吸收CO2的比例将逐渐减少。
另外，植被吸收CO2的能力也是非常大的
2001年6月22日，美国权威的《科学》杂志发表了北京大学方精云教授等学者的一份研究报告说：
“中国20世纪70年代以来倡导的植树造林工程，初衷本是防止水土流失和干旱，却出人意料地延缓了大气CO2浓度的上升速度。
据统计，中国人工林累计面积目前以居世界第一位，森林覆盖率也上升到16.55%。
在被固定的碳中，人工林占了80%。
在20世纪70年代中期到90年代中期这20年里，中国的地面植被共吸收了4.95亿吨CO2，占每年工业排放量的5%～8%。
...”
美国科罗拉多大学的研究小组在《科学》杂志网络版上发表论文称，小组依靠人造卫星的重力观测研究表明，南极冰层从2002到2005年，在以年均150立方公里的速度减少。
不同的声音
1）俄罗斯科学院副院士的间冰期说。
2）2001年瑞典的2位气候学家。
他们认为全球变暖的真凶是水蒸汽。
海平面上升对人类社会的影响
（1）部分沿海城市将内迁，沿海的水利设施、堤防受到破坏。
（2）影响沿海的耕地面积，特别是河流三角洲和沿海平原，使土地盐碱化和沼泽化。
（3）气候带北移，湿润区和干旱区将重新配制。
减少CO2排放的途径有二条：
A.改进能源结构；
B.提高能源效率。
（三）烟雾事件
随着工业和交通运输的发展，由工厂和汽车排放的有害气体，在一定条件下形成烟雾，对人类和生物造成危害，称为烟雾事件。
NOX包括NO、NO2和硝酸雾，主要是NO2。
其来源主要是煤、石油和天然气等燃烧时排放的气体，尤其是汽车排放的尾气。
它与碳氢化合物及臭氧等发生光化学反应，生成光化学烟雾。
所以，NOx也是化学烟雾的重要组成成分。
过氧乙酰硝酸酯（PAN）：
是在形成光化学烟雾的过程中产生的二次污染物。
它是一种剧毒物质，浓度为ppb级，即可引起植物受害。
（四）酸雨
1.酸雨一般是指pH＜5.6的降雨或降雪。
2.酸雨中含有大量H+、SO42-和NO3-等。
3.来源主要是电厂、冶炼厂和各种机动车辆在燃烧时排放的NOX和SO2，再经光化学反应和催化反应而产生的。
4.各地酸雨的酸度和离子组成及比例，由于各地排放状况的不同，而具有明显的差异。
5、酸雨可直接作用于陆生植物，也可以通过土壤的酸化等间接作用于陆生植物。
6、同一种植物的不同发育时期，对酸雨的敏感程度不同，一般以开花授粉期最易受害。
7、酸雨能破坏植物的叶绿体，使叶绿素含量降低。
8、酸雨作用于植物叶片，严重时会使保护细胞的功能丧失，最后导致蒸发和蒸腾作用失调。
9、使植物更易遭受干旱的危害，并对空气中的气态污染物更加敏感。
10、淡水水体受酸雨的影响，会使鱼类的生长受到抑制，甚至消失。
鱼类生长的最适pH值为6～9。
当pH值下降到5.5以下时，鱼类生活受阻，产量降低。
pH值降至5以下时，鱼类的生殖功能失调，繁殖停止，甚至不能生存
我国情况
在上个世纪90年代，有四分之一的城市每年至少有60%的雨天下酸雨；目前，有四分之一的中国地区受到酸雨影响，使中国进入世界上受酸雨影响最严重的国家之列。
第二节生物多样性保护
1、生物多样性的概念和涵义
2、生物多样性的价值
3、生物多样性的丧失及其原因
4、生物多样性的保护目标和对策
1.1.生物多样性的定义
生物多样性：
生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（variety）和变异性（variability）.
或者说生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和。
1.2.生物多样性的层次
生物多样性应该包括四个层次：
1、遗传多样性
2、物种多样性
3、生态系统多样性
4、景观多样性
1.3.遗传多样性
广义的定义：
是指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。
狭义的定义：
主要是指种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变异总和，是指存在于生物个体内、单个物种内以及物种之间的基因多样性。
在现代农业中，家养动物和栽培植物内部的基因多样性具有特殊的价值。
1.4.物种多样性
物种多样性：
是指动物、植物和微生物种类的多样性，它代表物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性。
地球上的生物种类约有200万种，为人类提供了生活所必需的资源，如材、薪、果、蔬、肉、皮、药和工业原料等。
是农、林、牧、副、渔各业经营的主要对象，具有重要的经济价值。
1.5.生态系统多样性
是指生物圈内生境、生物群落和生态系统的多样性，以及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。
在保护遗传多样性、物种多样性、生态环境等方面具有重要作用。
1.6、景观多样性
景观是指以一组重复出现的、具有相互影响的生态系统组成的异质性陆地区域。
地球表面的景观多样性是人类与自然相互作用的结果。
如农业景观、森林景观、草地景观、荒漠景观、城市景观、果园景观等。
1.7、为什么生物多样性会成为热点
1992年联合国“环境与发展大会”上多国首脑签署《生物多样性公约》。
中国政府制定了一系列有关生物多样性保护的重要文件，如《中国21世纪议程》、《中国生物多样性保护行动计划》、《中国湿地保护行动计划》、《中国农业生物多样性保护行动计划》、《中国海洋生物多样性保护行动计划》、《中国环境保护21世纪议程》、《中国海洋21世纪议程》等。
2、生物多样性的价值
生物多样性也就是生物资源，有的已被人们作为资源利用，而更多的还未被利用，是一种潜在的资源。
现在越来越多的人已经认识到全部生物多样性层次对于物种和自然群落的永续利用是必需的。
生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础，是一个国家和地区国民经济和社会发展、实施可持续性发展战略的重要基础。
2.1.生物多样性的经济价值
（1）消耗性使用价值---直接价值
提供薪柴、猎物等。
人们常从他们的周围环境中获得薪柴、蔬菜、水果、肉类、医药、建筑材料等生活必需品。
（2）生产使用价值---直接价值
产品从野外获得，并拿到市场上销售。
从野外采集的物种具有巨大的使用价值，它们能为家养物种以及农作物的基因改良提供新的基础材料。
（3）娱乐与生态旅游
特点是非消耗性地享受自然美----休闲价值
（4）环境监测
对环境污染敏感的物种可作为“预警系统”。
（5）选择价值
生物多样性潜在的、将来能为人类提供的经济价值。
（6）教育和科学活动
既有经济效益，又能拓宽人们的知识、强化教育、提供环境知识、丰富人类的经验。
2.2.生物多样性的生态价值
（1）生态系统生产力：
植物的光合作用为整个地球生命系统提供物质、能量和有氧环境，
因此，生物多样性为地球上的生命提供了维持系统。
（2）保护水资源：
生物群落在保护集水区、生态系统抵御特大山洪和干旱的缓冲能力及保持良好的水质方面起着极其重要的作用。
（3）保护土壤：
生物群落能保护和保持土壤，防止水土流失。
（4）调节气候：
植物群落在调节地方、区域甚至全球的气候都有十分重要的作用。
（5）对污染物的吸收和分解：
生物群落能分解和固定重金属、农药、污水等污染物。
（6）物种关系：
农作物需要依赖其他野生生物才能延续生命。
上游越穷越垦越垦越穷，下游越险越加越加越险；
上游人把生态义务扔进长江，长江把下游人的生存权利冲进大海。
3.生物多样性的丧失及其原因
1、生物多样性受威胁的现状
2、生物多样性丧失的原因
3、物种受威胁等级的划分
3.1.生物多样性受威胁的现状
人类生产活动导致物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1000倍，世界生物多样性丧失的现象正在加剧。
全球热带雨林在20世纪80年代初每年被毁1140万hm2；温带森林1/3已被砍伐，而成为濒危生态系统。
中国植物种中处于濒危的占总数的15%-20%，即4000--5000种。
热带、亚热带由于森林被毁，使水土流失面积达150多万hm2。
由于各种原因引起的土地沙化面积达1.26亿hm2。
3.2.生物多样性丧失的原因
生物进化史上的6次物种大灭绝事件：
1、5亿年前的寒武纪末期
2、3.5亿年前的泥盆纪
3、2.5亿年前的二叠纪末---95%以上的海洋物种灭绝
4、1.85亿年前的三叠纪
5、6500万年前的白垩纪------恐龙灭绝
6、1万年前的晚更新世开始---以岛屿型物种、大型哺乳类、鸟类灭绝为标志
每次大的灭绝均导致大约30-50%的动物科消亡。
另一份“辛德勒名单”
1781年：
渡渡鸟灭绝，原生活于印度洋。
1799年：
蓝马羚灭绝，原生活于南非。
1844年；大海雀灭绝，原生活于大西洋北部岛屿。
1876年：
欧洲野马灭绝，原生活于欧洲。
1883年：
斑驴灭绝，野生灭绝在1860年，原生活于南非。
1893年：
白臀叶猴在中国境内灭绝，原生活于亚洲。
1914年：
旅鸽灭绝，野生灭绝在1900年，原生活于北美。
1917年：
佛罗里达狼灭绝，原生活于北美。
1918年：
卡罗来纳鹦鹉灭绝，野外灭绝在1904年，是北美唯一的特产鹦鹉。
1922年：
犀牛中国境内灭绝。
1925年：
高加索野牛灭绝，原生活于欧洲。
1937年：
巴厘虎灭绝，原生活于印度巴厘岛。
1942年：
红鸭灭绝，原生活于印度。
1947年：
普氏野马在中国境内野生灭绝。
1948年：
袋狼灭绝，原生活于澳洲。
1964年：
冠麻鸭灭绝，原生活于亚洲。
1972年：
爪哇虎灭绝。
麋鹿：
1900年野生灭绝，全世界不超过3000头，因为是18头麋鹿的后裔而存在遗传缺陷。
华南虎：
仅余50只在动物园中，因90%是6只虎的后代而有遗传缺陷。
雪豹：
野外生存有1000～2000只。
白鳍豚：
不超过100只。
扬子鳄：
不超过1500只。
大熊猫：
野外生存有1000只左右。
黑犀牛：
从1970年的6万头锐减至3500头。
指猴：
1966年曾有9只，后来命运不详。
绒毛蛛猴：
仅余100只左右。
滇金丝猴：
野外仅存1000只左右。
黔金丝猴：
现存700只。
白眉长臂猿：
中国野生量仅50～70只。
人类活动导致生物多样性丧失的几个方面
A.栖息地的丧失和片段化
天然林砍伐后形成片段化，如熊猫
B.掠夺式的过度利用
过度采伐、滥捕乱猎，是造成物种受威胁的原因。
C.环境污染
生产和生活引起的水体、大气和土壤的污染。
D.农业和林业品种单一化
E.外来种入侵
外来种的盲目引入也会导致物种的灭绝。
美国目前每年要为“生物入侵”付出1370亿美元。
我国造成的经济损失，平均每年也达574亿人民币之巨。
1845年，爱尔兰从南美引进的马铃薯带有晚疫病，导致境内马铃薯全部枯死，饿死150万人，成为人类史上"生物入侵"造成的最大悲剧。
仅深圳市受薇甘菊危害的林地面积已达4万多亩，其中4000多亩受害森林已奄奄一息。
目前我国每年因水葫芦造成的经济损失接近100亿元，光是打捞费用就高达5至10亿元。
昆明滇池之所以被列入国家环保治理重点，水葫芦“功不可没”。
3.3.物种受威胁等级的划分
1、灭绝种：
一个物种在野外已肯定有50年没有被发现。
2、濒危种：
生物类群（种或亚种）面临灭绝危险，如致危因素存在，就可能灭绝。
3、易危种：
如致危因素继续存在，很快就会成为濒危种。
4、稀有种：
在全球范围内数量很少的类群，但目前尚不属于濒危种。
5、未定种：
无充分资料说明究竟属于上述那一类。
4.1.生物多样性的保护目标目标：
通过不减少基因和生物多样性，不毁坏重要的生境和生态系统的方式，来保护和利用生物资源，以保证生物多样性的持续发展。
保护过程的三个部分
1、挽救生物多样性。
2、研究生物多样性。
3、明智地持续利用生物多样性。
4.2.生物多样性保护的主要观点
人类中心论：
认为人类是地球的统治者，生物多样性应为人类服务；把生物多样性分为直接有用、间接有用和无用三类。
生物中心论：
认为除人类外，全部的生物个体从伦理上说都是重要的生命。
人类不能以伤害其他物种的利益来获得人类自身的利益。
生态中心论：
认为生物与生物、生物与非生物之间存在着复杂的相互作用的关系，保护的根本目的就是要保护整个生态系统和地球生命维持系统。
4.3.保护生物多样性的法律法规
1963，国务院《森林保护条例》
1964，国务院《水产资源繁殖保护条例草案》
1984，国务院《关于严格保护珍贵稀有野生动物的通知》
1984，全国人大《中华人民共和国森林法》
1985，全国人大《中华人民共和国草原法》
1986，全国人大《中华人民共和国渔业法》
1986，全国人大《中华人民共和国土地管理法》
1987，国务院《关于坚决制止乱捕滥猎和倒卖走私野生动物的紧急通知》
1988，全国人大《中华人民共和国野生动物保护法》
1989，全国人大《中华人民共和国环境保护法》
4.4.生物多样性的就地保护
自然保护区的合理布局：
我国地域广阔、气候多样、地形复杂，应在森林区、草原区、荒漠区、内陆湿地、海岸带、海洋和农业区进行自然保护区的合理布局。
自然保护区建立的原则和方法：
要选择具有代表性和科学意义或实践意义的地段建立自然保护区。
加强保护区外的就地保护：
建立自然保护区需大量的人、财、物力，故保护区的数量终究有限，而且不是每种生物（个体或类群）都能生活在保护区内，只能就地保护
4.5.具体保护措施
1、减少并最终停止对生物多样性的胁迫
2、逐步扩大和恢复自然生态系统
3、就地保护，建立自然保护区和国家公园
4、迁地保护，动物园、水族馆和植物园
5、建立种子库和基因资源库
6、在非保护区，对生物多样性进行有序、合理和科学的利用
7、积极开展保护生物学的科学研究，特别是濒危物种生态学与保护生物学的研究
4.6.发挥生物技术的作用
1、生物技术为生物多样性的迁地保护，特别是遗传资源的保存提供了技术保证
2、动植物组织、器官等超低温保存
3、DNA指纹技术可用来进行新生子代的鉴定和繁殖行为的研究
4、分子标记技术在遗传多样性研究中的应用
5、RFLP、RAPD等在遗传多样性研究中的应用
4.7.中国生物多样性保护重大工程简介
国家林业总局与2001.6制定《全国野生动植物保护及自然保护区建设工程总体规划》，在2001-2030年期间投资600亿元。
重点有：
1、国家重点野生动植物保护主要用于保护大熊猫、虎、金丝猴、藏羚羊、扬子鳄、亚洲象、兰科、苏铁等，152亿元
2、国家重点生态系统保护454亿元
3、国家重点科研与监测网络建设35亿元
4、野生动植物救护、种源繁育基地和产业化基地等建设22亿元
4.9.我省的国家级自然保护区
天目山：
1956，保护野生银杏
南麂列岛：
1990，保护贝藻类资源
凤阳山：
1992，保护中亚热带森林生态
百山祖：
1992，保护百山祖冷杉
乌岩岭：
1975，保护中亚热带森林生态
清凉峰：
1997，保护北亚热带森林生态
大盘山：
2001，保护野生中草药植物
第三节生态环境的恶化
（一）水土流失
水资源和土壤资源都是人类和生物界生存所不可缺少的基本环境条件，但由于人口增加过快，加之不合理的开发利用自然资源，特别是植被的破坏，引起了水土流失。
（1）巴比伦的衰落和玛雅文化的消亡；
（2）30年代美国的黑风暴；
（3）水土流失是我国生态环境最突出的问题之一。
我国的水土流失情况
①最严重的黄土高原，水土流失占全区总面积的90%；
②长江流域的水土流失也在加剧，长江流域和南方的12个省区，水土流失面积达69万km2，占土地总面积的28%；四川省现有18万km2的水土流失面积尚未治理。
③90年代的北京沙尘暴；
④我国每年注入海域的泥沙量约为20亿吨，占世界总量的13.3%，其中黄河占60%。
目前黄河每年输沙16亿吨，居世界之首；
长江每年是7.2亿吨，是1958年的1.8倍。
黄河是世界上著名的多泥沙河流，平均每年输沙量多达16亿吨；平均含沙量为35公斤每立方米，均居世界大江大河的首位。
黄河泥沙主要来自中游黄土高原地区。
年平均来沙量超过1亿吨的支流有3条，即：
无定河、渭河和窟野河。
流域内以陕西省来沙量最多，约占全河来沙量的42％，甘肃省次之，山西省居第三位。
（二）沙漠化
全国荒漠化土地面积262.2万km2，占国土面积27.3%；
分布于西北、东北和华北的18个省区的470个县；
每年损失540亿元，粮食30亿公斤，60%的贫困县集中在这里。
据《经济参考报》（2001.9.21）报道：
目前我国沙化土地面积达168.9万km2，约占国土面积的17.6%；
而且仍以2460km2/年的速度扩展，相当于损失一个中等县的国土面积，治理速度赶不上沙化的速度。
中国荒漠化状况
根据《中国环境报》（2002.6.7）报道：
到1999年底，全国荒漠化土地总面积267.4万km2。
主要分布在：
大兴安岭西麓、锡林郭勒草原北部、阴山、黄土高原北部、兰州南部、祁连山、柴达木盆地东部以及青藏高原西南部一线以北地区。
荒漠化归类
1、风蚀荒漠化：
187.3万km2
2、水蚀荒漠化：
26.5万km2
3、冻融荒漠化：
36.33万km2
4、土壤盐渍化：
17.3万km2
土地荒漠化和沙灾问题
目前，中国国土上的荒漠化土地已占国土陆地总面积的27.3%，而且，荒漠化面积还以每年2460km2的速度增长。
中国每年遭受的强沙尘暴天气由50年代的5次增加到了90年代的23次。
土地沙化造成了内蒙古一些地区的居民被迫迁移他乡。
沙化危害的主要表现
1、蚕食可利用土地，导致土壤贫瘠、生产力下降。
（1）建国以来，全国已有66.7万hm2耕地、235万hm2草地和639万hm2林地变为流沙。
（2）出现“生态难民”。
2、沙暴迭起，埋压村舍，沙进人退，损失严重。
仅1993年5月5日发生在西北地区的一次特大沙尘暴，就使116人死亡或失踪、264人受伤，机场关闭、兰新线和乌吉线中断31小时和96小时，直接经济损失5.5亿元。
3、加剧贫困化，加大了东西差距，影响了国家总体战略的实现。
经济损失估计
我国荒漠化危害的直接经济损失约642亿元/年，平均每天损失1.76亿元。
其中：
水力侵蚀400亿元，风力侵蚀36亿元，盐渍化及有机质丢失造成的损失约186亿元。
每年因沙尘暴造成的损失超过13亿元。
荒漠化及其衍生危害造成的间接经济损失约2889亿元/年。
（三）地面沉降
1、危害性：
（1）使河流泻洪不畅，造成洪涝灾害；
升级会员 