第二章 景观生态学基本理论和原理 景观生态 教案Word格式.docx

1、 气候调节,海岸保护与防洪,保持水土、防止侵蚀,固定生物能,人体废物的储存与循环,提供生物控制,移栖生境和动物繁殖场所,生物多样性保护.（2）. 载体功能: 水产养殖,自然保护.（3）. 生产功能: 食物或营养（食用植物和动物）,建筑原材料,生物化学机质,能源（燃料、太阳能等）,观赏资源（如黑珊瑚）（4）. 信息功能: 美学信息,精神或伦理信息,历史信息,文化或艺术激励,科学或教育信息3. 景观动态（landscape dynamic）景观在各种内外部驱动因素作用下其结构和功能的时间变化过程与特征。v 景观过程指各种景观成分发生发展的变化程序及其动态特征。包括各种生态流、种群和群落变化、干扰扩

2、散等。景观过程是景观功能的具体体现。景观结构的镶嵌性一个系统的组分在空间结构上互相拼接而构成整体，这一性质称为镶嵌性。景观和区域的空间异质性表现为梯度和镶嵌，镶嵌的特征是对象被聚集，形成清楚的边界，连续空间发生中断和突变。景观镶嵌的测定包括多样性、边缘、中心斑块和斑块总体格局测定等方面。其测定指标有多样性、优势度、相对均匀度、边缘数、分维数、斑块隔离度、易达性、斑块分散度、蔓延度等指标。景观过程强调事件或现象产生、发展的程序和动态特征。v 景观过程： 种群动态 种子或生物体的传播 捕食者和猎物的相互作用 群落演替 干扰扩散 养分循环 4.景观要素（landscape elements）构成景观

3、的不同生态系统类型被称为景观要素 按自然环境或立地条件划分的单元称之为景观成分； 按人类活动的影响（如土地利用方式）划分的单元称之为景观要素 景观和景观单元或景观要素的关系是相对的。村庄、农田、牧场、森林、道路和城市的异质性地域称之为景观，它们每一类即为景观要素， 景观强调的是异质镶嵌体，而景观要素强调的是均质同一的单元。5. 斑块廊道基底模式（patch-corridor-matrix model） 此模式是描述和构成景观空间格局的基本模式。斑块、廊道和基底是构成景观的基本单元或要素。5.1 斑块：指在外貌上与周围环境明显不同的块状地域单元。如农田围绕的村庄；森林中的采伐迹地；湖中的小岛。5

4、.2 廊道：指在外貌上与两侧环境明显不同的线性地域单元。 廊道是呈带状的特殊斑块。如河流、道路、铁路、峡谷、防护林带等。5.3 基底：指景观中面积最大、连通性最好的均质背景地域。如围绕村庄的农田；广阔的草原、森林、水域等。 一个生态系统可视为组成景观的一个斑块、廊道或基底。v 斑块-廊道-基底的联系、区别 从概念看，斑块、廊道在形状和功能上有所区别，但也有一致的地方，可以说廊道即是带状斑块。 斑块和廊道是与基底相对应的。也可以说，斑块和廊道都是本地所包围的。5. 斑块-廊道-基底模式（patch-corridor-matrix model）美国生态学家R. Forman和法国的M. Godro

5、n认为：组成景观的结构单元不外乎3种：斑块（patch）、廊道（corridor）和基底斑块（matrix）。廊道和基底是构成景观的基本单元或要素。5.1 斑块（patch）：一个与周围环境在外貌或性质不同，但又相对均质性非线性区域。湖中的小岛、植物群落、居民区、草原等斑块的起源v 干扰斑块（disturbance patch）：源于小面积干扰活动而形成的斑块类型；v 残遗斑块（remnant patch）：景观中一个小面积区域逃逸出周围地区干扰而形成的斑块；v 环境资源斑块（environmental patch）：由于环境条件的局部差异性而形成的斑块类型；v 更新斑块（regenerate

6、d patch）：在大面积受干扰地区通过植被恢复而的斑块类型；v 引入斑块（introduced patch）：由于人类的种植和建筑活动而形成的斑块类型。 斑块除起源方面表现出显著差异外，其它重要形状特征还包括斑块面积、边界和形状等，这些性状均具有重要的理论和应用价值。种-面积关系 S=CAZ S-多样性 A-面积 C-比例常数 Z-一般为0.180.35 岛上物种数与面积大小的关系的三种解释：v 大岛屿物种多生境具有多样性v 稀有种多生殖隔离v 小岛近亲繁殖面积小，近亲繁殖，易遭灭绝 “物种-面积”关系纯粹是一种经验统计关系，只能说明静态的宏观模式斑块面积对能量和养分的影响v 一般的情况总是

7、大斑块比小斑块含的能量和养分丰富。也有不同，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。v 原因：充分利用光、温度、水、且竞争少。v 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，食草与食肉动物也经常在边缘地带活动，边缘单位的生物量也高于内部。斑块的规模效应 大斑块：保护水质、发育河流网络、内部生境、核心生境、种源、小生境、保持自然干扰、缓冲能力强。 小斑块：中继站、边缘生境、降低捕食几率、提供特定小生境、保护小型物种与生境我们可以推断，一个优化的景观，应当有一些大的斑块，周围还有一些小的斑块，一同散布在基质中。 斑块大小还将影响景

8、观中的许多生态过程的空间分异，主要包括： 侵蚀和营养元素流动 生产率和生物量分布 水分流动和循环等在涉及为了物种生存和自然保护目的而考虑斑块面积的时候，通常需要关注以下几个参数：v 斑块内的基因流；v 最小生存种群；v 大斑块的安全数量。Ds/dt=I-E S为物种数，t为时间；I为迁居速率（是种源与缀块间距离的函数）；E为绝灭速率（是缀块面积A的函数）v 岛屿生物地理学理论的最大贡献之一： 把缀块的空间特征与物种数量巧妙地用一个理论公式联系在一起，这为后来的许多生态学概念和理论奠定了基础岛屿生物地理学理论v macarthur和 wilson（1963,1967）在研究岛屿物种数量和岛屿面积

9、时证明，岛屿上的物种数量是定居（colonization）和灭绝的动态平衡。 它们还进一步证明，侵移和灭绝的速率是岛屿上现存物种数量的简单函数。新物种迁入岛屿的速率随着岛屿定居（established）物种的数量增加而减少（因为岛屿上的潜在的侵入者越多，岛屿上新的物种组成就越少）。灭绝的速率是随岛屿物种数量的增加而增加，这个关于岛屿物种数量与岛屿关系的意义在于说明：灭绝的速率是岛屿面积大小的函数以及岛屿上物种数量（大岛屿的物种数量少）的函数。v 群落发育或生物多样性的增加是其不断的定居与灭绝的函数，而且定居大于灭绝。在一个岛屿上，新种的迁入速率随岛屿上物种数量增加而下降，即在岛屿上我们发现大陆

10、上迁入的物种数量越多，新种迁入岛屿的可能性越小。灭绝速率同样随岛屿物种数量增加而增加。另外，侵入的速率还是岛屿与大陆之间距离的函数，而灭绝的速率是岛屿大小的一个函数。可见一个群落形成后，新物种的侵入和定居必然受到群落自身的选择，受原有物种的控制，而不完全决定于侵入种本身。v 由于某一岛屿生物相对数量可以由侵入与灭绝过程之间的平衡来表示，那么，岛屿上的物种数量可以由岛屿面积、距离大陆的远近，以及侵移-灭绝过程产生的不同平衡点所决定v 虽然生物群落不是真正的岛屿，由大海包围的岛屿，但从原理上可比喻成岛屿，甚至整个地球上的大陆都可看作是“生态岛”。这个“岛屿”是由一个特定的地理区域和一定的面积所组成

11、，周围由不同类型的介质或不同系统的“大海”所包围。而且，我们还可以进一步定义其面积，距离“大陆”的距离等。这个“岛屿”上的物种“侵移”和“灭绝”速率随“岛屿”面积大小或距“大陆”的距离而变化。同时，生物多样性也可以由这个侵移灭绝过程的相对平衡所决定.5.2 廊道（corridor）：景观中与两侧相邻土地不同的一种特殊的带状或线状要素类型。 农田间的防风林带、河流、道路、绿化带等 网络（network）：是指一个相互交叉连接的廊道系统。 廊道是斑块的一种特殊形式，高速公路、传输电缆、河流、树篱等廊道形式较为常见，目前尚没有一个公认的定量标淮去区别廊道与斑快，一般来说，长宽比至少在10-20以上的

12、斑块，且分割景观，又为斑块相连的可认为是廊道。 廊道是景观中重要的线形要素，它能把景观内部各组分间的物质、能量和信息等有效地相互输送。跨越景观的廊道，还能把地域范围内的空间联系和功能联系以各种方式渗透到每一个景观中去。 如：河流灌溉两岸的土地，并提供舟揖之便，高速公路连接城镇。大大方便了各地物资与人口的流动，电话线为人类架起信息传输的桥梁。人们可在任何地方了解国际上发生的事情随社会的发展，人类文明的进步，廊道在现代社会中的意义将愈益显现出来。廊道的功能（1）保护功能：建造防护林带、各种人工渠道、道路、绿篱和田埂等；（2）传输功能：物质传输、能量传输、物种传输；（3）资源功能：生物能源、食物、其

13、他生物资源（木材）等；走廊地带野生动物丰富、植物种类较多（4）美学功能:古代曲径通幽、颐和园的长廊、西湖的苏堤、长城、高速公路的景观设计v 几乎所有景观都为廊道所分割，同时又被廊道联系在一起，这种双重反向作用决定了廊道在景观内的独特功能位置。双重作用:将景观分离、将景观连接廊道的起源（1）干扰廊道：是由各种带状干扰所形成的廊道，例如线性采伐作业、道路的修建以及某些断层区域；（2）残遗廊道：一般是由基质内干扰所形成的带状区域，如森林砍伐后留下的带状林带，穿越农牧交错带大片农田两侧所形成的特殊植被带均是残遗的植被群落；（3）环境资源廊道：是由环境资源的空间线性异质性特征所形成的廊道，如河流廊道或山

14、脊线等；（4）种植廊道：由人类特殊目的的种植活动而形成的廊道，如农田防护林和道路两边的植被带等；（5）再生廊道：是指受到干扰地区再生的植被所形成的廊道，例如沿着一些栅栏或铁丝网形成的特殊廊道类型。廊道的类型1. 线状廊道2. 带状廊道由于带状廊道结构相对复杂，故存在着显著的边缘效应。3. 河流廊道河流廊道是景观中最重要的廊道类型，特别是在矿物养分的输送和某些生物种类迁移方面具有其它廊道类型所无法替代的作用。林带宽度与物种多样性 林带宽度与物种多样性林带宽度增加，环境异质性增加，进而造成物种多样性增加。林带很窄时，边缘、内部种都很少，随宽度增加边缘、内部种均增加，但边缘种在宽度略增加时即迅速增加

15、，而内部种则要在宽度达到一定值时才能增加，阈值一般为7-12米。河流廊道的主要特点A河流廊道的跨度大，形状条件复杂，如果一侧的高地有连续的森林分布，则往往形成有效的生物迁移通道；B河流廊道的发育受地形影响较大，因而常形成复杂的侵蚀和沉积格局，对景观内生态流产生不同的影响；C河流廊道通常具有层次性的结构发育，这种层次结构因河流廊道所处的地形条件不同而具有不同的特征（如树枝状水系、扇型水系和平行水系等），对景观内的生态流产生不同影响；D河流廊道与人类的社会生产实践关系密切，人工改造活动（修建渠道、水坝、引水、限制河流泛滥等）通常可以极大地影响河流廊道结构和功能特征，并产生一些潜在的生态问题（不利于

16、生物迁移和养分输送、土壤盐化等）。v 各种廊道的持久性与其成因有密切关系。环境资源廊道一般具有相对的持久性。干扰廊道和残余廊道变化较快，它要受因干扰所发生的植被演替过程所控制。种植廊道的持久性完全决定于人类的经营管理活动，一旦这种活动停止，种植廊道不可能继续存在。 林带宽度增加，环境异质性增加，进而造成物种多样性增加。基底（本底） 范围广、连接度最高，并且在景观功能上起着优势作用的景观要素类型。景观中的背景地域。5.3 基底（matrix）：景观镶嵌内的背景生态系统或土地利用类型。它是景观中分布最广、连续性最大的背景结构。如森林基底、农田基底、草原基底、海洋基底等。 在自然特色比较鲜明的景观中

17、，基底往往具有种源的功能，它可以通过向斑块输送物种而控制整个景观的动态过程。 5.3.1 本底的判定标准 （1）相对面积v 一般来说，本底的面积超过现存其他类型景观元素的面积总和。假如一种景观元素类型覆盖50%以上的面积，就可以认为是本底。但相对面积不是唯一标准。 （2）连通性（连接度指标）v 当某一种景观要素连接度较其它现存的景观要素类型高，甚至完全连接并环绕其它景观要素类型，那么这种景观要素很可能是基底。5.3.2 基底的一般特征 基底通常指景观中面积大，连接度好，在景观功能和动态上起着重要作用的组分类型。基底往往呈凹陷型边界将斑块包围起来，当斑块密度比较大时，基底的连接可能是很窄的条带状

18、区域。v 目前在人为活动占优势的景观研究中，由于景观碎裂化程度较大，斑块类型多，加上景观结构、功能和动态变化过程受到人类活动强烈干扰甚至左右，所以很难判断那种景观要素是基底。5.33 结构特征（1） 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。它是本底中斑块密度的量度。与斑块大小无关。孔隙度的生态意义v （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。v （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。v （3）孔隙度与动物觅食密切相关，适宜的孔隙对

19、觅食及育后复原v 新疆内陆河流下游景观基质的变化最有力地说明，在一个地区正确地判定基质的重要性。v 初始，以绿地为主，仅有少量荒地，农业生产未受影响。随着干旱季节沙荒地的扩大，沙荒地斑块成凸状向外扩展，但不能相联形成网络。到雨季时沙荒地收缩，虽对农业生产有一定的影响，由于沙荒地与绿地的面积几乎相当、哪一种景观要素对景观动态起控制作用难以辨识。当荒漠化的土地面积扩大，沙荒地斑块凸出向外扩展，逐渐相联形成网络，即便是在雨季也不能收缩时，这时沙荒地己对整个景观的动态起控制作用，实际上已由绿地景观转化为沙地景观。为此，当沙荒地与绿地景观要素在面积基本相当时，就应准确地判别出景观基质，并积极采取相应有效

20、措施。治理沙荒地，扩大绿地，防止景观基质的转化，这对一个地区预防荒漠化的发生极为重要。5. 斑块-廊道-基底模式（patch-corridor-matrix model）的意义这一模式为我们提供了一种描述生态学系统的空间语言，使得对景观结构、功能和动态之间的表述更加具体、形象。而且，该模式还有利于考虑景观结构与功能之间的相互关系，比较他们在时间上的变化。城市景观要素特征（1）斑块 城市景观中的斑块，主要指各呈连续岛状镶嵌分布的不同功能分区。最明显的斑块如残存的森林植被、公园等，由于植被覆盖好，外观、结构和功能明显不同于周围建筑物密集的其他区域。学校、机关单位、医院、工厂、农贸市场等，也可视为不

21、同规模的功能斑块体。v （2）廊道 城市廊道可以分为两大类：人工廊道和自然廊道。前者是以交通为目的的铁路、公路和街道等，后者有以交通为主的河流以及环境效益为主的城市自然植被带等。v （3）基底（本底） 城市景观中，占主体的组成部分是建筑群体。城市的本底是由街道和街区构成的。城市景观异质性（heterogeneity）v 异质性是景观的根本属性，任何景观都是异质的。 城市景观的异质性首先表现为二维平面的空间异质性，公园、绿地、水面、建筑物、街道性质各异，功能各不相同。 城市景观的异质性同时还表现为垂直的空间异质性。垂直的异质性导致了水平的异质性，如高楼两侧接受太阳辐射的多少，气温高低不同，植物开

22、花，放叶时间早晚。 一般而言，异质性是指景观要素的空间分布的不均匀性，而把时间异质性用动态变化来表述，异质性的表现形式为空间格局。（景观植物的搭配，落叶，常绿，针叶，阔叶）城市廊道效应 城市廊道的经济，社会，生态效益结合 街道（廊道）在城建中不可或缺，须合理规划 理由：街道主要职能是交通运输。 城市街道是线形污染源，汽车排放的尾气、噪声、尘埃、垃圾等污染物沿街道分布于扩散，街道的长度、宽度、方向与污染的扩散有密切关系。 城市的街道直接起人流导向作用。 城市的社区组织或居民委员会等城市小区都靠街道分隔划界与彼此联系，有利于城市社区的管理。城市景观的物流能流（H. T. Odum 蓝盛芳译,199

23、2）城市景观的演变v （一）、城市自然景观的演变 自然景观遭受外力干扰失去本身稳定状态的可能性，就是该景观的脆弱性（fragility）。 对景观的干扰，可导致景观结构与功能的深刻和完全的毁灭。 城市的建设与发展，就是人类对该地域自然景观的深刻的、强有力的干扰，而使之发生不同程度的变异。二、城市人为景观 按自然景观的被改造程度可以把景观划分：v （1）轻微改变的景观。如保存下来的自然森林植被以及城市中较大的湖泊等。v （2）较小改变的景观。人类活动触动了一个或几个景观组成要素，但是自然要素之间的基本联系未被破坏，仍然保留着自然调节能力，景观的变化通常是可逆的。例如污染的过境河流、城市大气、公园

24、中的土壤等。v （3） 强烈改变的景观 人类活动强烈影响景观的多个组成要素，使其结构与功能发生本质的变化。如，高楼林立，形成局部地区的小气候；农田坡地变为布有厂房车间的工业区；湖面被改为居住区等。6.干扰v 6.1 干扰（disturbance）的定义： 简单的定义：一种明显改变景观结构、功能和动态变化过程的事件。v 较普遍和典型的定义是：群落外部不连续存在、间断发生的因子的突然作用或连续存在因子超“正常”范围的波动，这种作用或波动能引起有机体、种群或群落发生全部或部分明显变化，使其结构和功能受到损害或发生改变。6.1 干扰的特点 干扰具有以下特点： 干扰是一种突发性非连续事件； 干扰一般对景

25、观格局具有强烈改造作用； 干扰可能会中断景观中一些甚至全部生态过程； 干扰具有强烈尺度效应； 干扰可以是自然的，也可以是人工的。2、干扰的特性v （1）干扰范围 干扰范围是指干扰体作用的空间范围的分布特点。v （2）频率和周期 干扰频率和周期是指同一空间范围或同一组织水平内，单位时间某一干扰发生的次数。其倒数称为干扰周期，即某一干扰两次发生的的时间间隔。（3）干扰强度v 干扰强度是指干扰发生时，干扰因素所表达出的能力值。如草原火烧强度是指单位时间每增大1m火烧所释放出的能量。在实际研究工作中，常把干扰强度分为轻度干扰、中度干扰和重度干扰。（4）时间尺度v 时间尺度是指干扰发生的具体时刻及其持续

26、的时间跨度干扰的类型（1）按干扰动因划分为自然干扰和人为干扰v 自然干扰是指来自不可抗拒的自然力的干扰作用，包括大气干扰、地质干扰和生物干扰等等。如火灾、冰雹、洪水冲积、雪压、异常的霜冻、酸雨、地震、泥石流、滑坡、病虫害侵袭和干旱等等。v 人为干扰是区别自然干扰的另一种主要干扰方式，是指由于人类生产、生活和其他社会活动形成的干扰体对自然环境和生态系统施加的各种影响。v 从某种角度看，人类对生态系统干扰的作用力和影响范围，远远超过了自然干扰。 如农业生产为主的区域，主要人为干扰是对森林植被的开垦和对土壤微生物区系的影响；草原区则是超载放牧和由此造成的“三化”使生态环境出现恶性循环；林区是过量采伐

27、及对生物多样性的破坏；水域是过度捕捞及对水生生物资源的危害v 在这两种类型的干扰中，人为干扰无论从伤害强度、作用范围、持续时间还是发生频率、潜在危害、诱发性等方面，都常常高于自然干扰。 因此，研究人类对生态系统干扰作用的方式、机理和变化规律等，意义重大，且具有很强的现实性和紧迫性。（2） 按干扰来源划分为内源干扰和外源干扰v 内源干扰是指由内源因子对系统发生的作用。如森林生态系统中，内源干扰主要包括树木的倾倒、机械摩擦、种间竞争和生物相克作用等。v 外源干扰的动因源于系统外部。强烈的火灾、风暴、沙暴、霜冰、洪水、雪压、干旱和人为砍伐、放牧等等都属于生态系统的外源干扰。（3）按干扰性质划分为破坏

28、性干扰和增益性干扰v 多数自然干扰和人为干扰会导致生态系统正常结构的破坏、生态平衡的失调和生态功能的退化，有时候甚至是毁灭性的，如各种地质、气候灾害、森林的采伐和长期的过度放牧等掠夺式经营。v 干扰并不总是对生态系统的一种破坏行为。 例如对森林生态系统来说，人类经营利用森林，如合理采伐、修枝、人工更新和低产、低效林份改造等一些人为干扰，就可以促进森林的发育和繁衍、提高森林生态系统服务功能的效率。适度的干扰可以增加生态系统的生物多样性，而生物多样性的增加往往又有益于生态系统稳定性的提高。人为干扰的主要形式 v 人类对生态系统的干扰主要有以下几种方式：v 1、对森林和对草原植被的砍伐与开垦v 人类的这种干扰并对自然环境构成危害，始于大约10000多年前的早期农业并持续到现在。这种干扰导致