景观生态学(课件)

景景观生生态学理学理论与人与人类对生生态系系统的利用的利用-6-22024/6/28第一第一节 景景观生生态学中的基本概念学中的基本概念l景景观及景及景观生生态学概念学概念l景景观生生态学研究学研究对象和内容象和内容l景景观生生态学基本学基本术语-6-32024/6/281.1 景景观（landscape)1.1.1919世世纪初初,德国近代地理学德国近代地理学创始人始人洪堡德洪堡德(A.V.Humboldt)(A.V.Humboldt)将其作将其作为“自然地域自然地域综合合体体”代名代名词.2.2.此后，生此后，生态学家学家对“景景观”一一词提出各种提出各种各各样的定的定义。-6-42024/6/28代表性定代表性定义lZ.Naveh(Z.Naveh(以色列以色列):):景景观是是自然、生自然、生态、地理、地理综合体。合体。lR.T.T.R.T.T.orman(orman(美国美国)和和.odron(odron(法国法国)(1986)(1986)相互作用的生相互作用的生态系系统空空间镶嵌嵌组成的成的异异质区域区域.l肖肖笃宁（宁（19971997）：）：由不同土地由不同土地单元元镶嵌嵌组成，成，具有明具有明显视觉特征的地理特征的地理实体，生体，生态系系统之上，之上，大地理区域之下的中大地理区域之下的中间尺度尺度具具经济、生、生态、文化多重价文化多重价值。-6-52024/6/28人人类与自然共同作用影响下的不同景与自然共同作用影响下的不同景观-6-62024/6/281.2 景景观生生态学（学（Landscape Ecology)v 德国地理学家德国地理学家Troll特洛特洛尔，1939年，年，创立景立景观生生态学一学一词，定定义为：研究某一景研究某一景观中生物中生物群落之群落之间错综负责的因果反的因果反馈关系的科学。关系的科学。v强调航空航空摄影影测量学、地理学、与植被生量学、地理学、与植被生态学学结合在一起合在一起综合性研究。合性研究。-6-72024/6/28其他定其他定义：l1984年，年，Z.Naveh和和Lieberman 基于系基于系统论，控制控制论和生和生态系系统学之上的跨学科生学之上的跨学科生态地理学地理学，是整体人是整体人类生生态系系统科学一分支。科学一分支。lWeins(1993)景景观生生态学主要研究一系列生学主要研究一系列生态现象中象中镶嵌体空嵌体空间格局的效格局的效应。l2000，邬建国建国 研究景研究景观单元的元的类型型组成、空成、空间格局及其与生格局及其与生态学学过程相互作用的程相互作用的综合性学科；合性学科；-6-82024/6/28二、二、景景观生生态学研究内容学研究内容1.1.景景观结构构 不同景观要素之间的空间关系。2.2.景景观功能功能 各种景观要素之间的相互作用，不同生态系统之间的能量流、物质流和物种流。3.3.景景观变化化 景观的结构和功能上随时间的变化。4.4.景景观管理管理 通过分析景观特征，提出景观利用管理最优化方案。-6-92024/6/28-6-102024/6/28三三 景景观生生态学中常用的基本学中常用的基本术语l结构构l连接度接度l廊道廊道l边缘l异异质化化、破碎化破碎化l斑斑块、基、基质l尺度-6-112024/6/28（1）尺度（scale）一般用粒度（一般用粒度（grain）和幅度（和幅度（extent）表示表示v粒度粒度空空间粒度：最小可辨粒度：最小可辨识单元所代表的特征元所代表的特征长度、面度、面积或体或体积；时间粒度：某一粒度：某一现象或事件象或事件发生的生的频率或率或时间间隔。隔。v幅度幅度空空间幅度：研究区域的幅度：研究区域的总面面积时间幅度：研究幅度：研究项目持目持续的的时间又与地理学中的比例尺不同又与地理学中的比例尺不同v大尺度尺往往大尺度尺往往对应于小比例尺和低分辨率，或反之；于小比例尺和低分辨率，或反之；v尺度推尺度推绎（scaling）：）：利用某一尺度的信息推利用某一尺度的信息推测其他尺度的特其他尺度的特征，并可以上推或下推，也可以征，并可以上推或下推，也可以进行数学建模和行数学建模和计算机模算机模拟。-6-122024/6/28（3）空间异质性和缀块性l空空间异异质性（性（spatial）生生态学学过程和格局在空程和格局在空间分布上的不均匀性及分布上的不均匀性及其复其复杂性；性；也可理解也可理解为空空间缀块性和梯度的性和梯度的总和；和；空空间异异质性在性在缀块性的基性的基础上上强调了梯度因素了梯度因素l缀块性（性（patchness）缀块：连接和接和组合的意思合的意思缀块性：种性：种类组成的特征及其空成的特征及其空间分布与配置分布与配置的关系的关系缀块性在异性在异质性的基性的基础上更加具体化上更加具体化-6-132024/6/28空间格局、异质性与缀块性的比较格局：格局：仅考考虑分布与配置；分布与配置；异异质性：考性：考虑了分布与配置的不均匀性及了分布与配置的不均匀性及变化化规律（梯度）；律（梯度）；缀块性：更具体考性：更具体考虑了种了种类组成成对变化化规律的律的影响影响共同点在于：都共同点在于：都强调非均非均质性以及性以及对尺度的依尺度的依赖性性-6-142024/6/28-6-152024/6/28（5）景观连接度定定义：景：景观空空间结构构单元相互之元相互之间连续性的度性的度量。量。结构构连接度（接度（structural connectivity）v空空间上直接表上直接表现出来的出来的连续性，可采用性，可采用视觉器官或手段确定；器官或手段确定；功能功能连接度（接度（functional connectivity）v所研究的生所研究的生态学学对象或象或过程的特征尺度，程的特征尺度，如种子如种子传播距离等；播距离等；-6-162024/6/28景景观结构的基本构的基本组成元素：成元素：1 1 斑斑块(patchpatch）：）：在性在性质或外貌上不同于周或外貌上不同于周围单元的元的块状区域；状区域；2 2 廊道廊道(corridor)corridor)：与其两与其两侧相相邻区域有差异的区域有差异的相相对狭狭长形的一种特殊景形的一种特殊景观类型；型；3 3 基基质(matrix)matrix)：在景在景观中的本底覆盖中的本底覆盖类型型，通，通常具有高覆盖率和高常具有高覆盖率和高连接度；并不是所有的景接度；并不是所有的景观中都可以划分出确定的基中都可以划分出确定的基质。-6-172024/6/283.1 斑块(patch)l定定义：斑：斑块是一个在外是一个在外观上与周上与周围环境明境明显不同的不同的非非线性地表区域性地表区域。l是构成景是构成景观的的基本基本结构和功能构和功能单位位。l例：例：天空的云天空的云、嵌花路面的石子嵌花路面的石子。-6-182024/6/28-6-192024/6/28-6-202024/6/283.1.1 3.1.1 起源与起源与类型型1 干干扰斑斑块(disturbance patch)l原因：由于原因：由于局部干局部干扰而而产生的。生的。l举例：例：风、火、冰雹、山崩、虫害等、火、冰雹、山崩、虫害等自然自然变化引起。化引起。l采伐后的森林，草原采伐后的森林，草原烧荒，地表煤荒，地表煤矿等等人人类活活动引起的引起的。l干干扰斑斑块通常具有通常具有高的周高的周转率、持率、持续时间短短的特征。的特征。-6-212024/6/28-6-222024/6/282 2 残存斑残存斑块(remant patch)remant patch)l原原 因因:由由大范大范围干干扰活活动，如森林砍伐、，如森林砍伐、城市化等城市化等造成局部范造成局部范围内幸存或残存内幸存或残存的自的自然与半自然生然与半自然生态系系统片段包片段包围着一着一小小块未未受干受干扰地区地区的大范的大范围干干扰造成的造成的.-6-232024/6/283 3 环境境资源斑源斑块l原因：由于原因：由于环境条件如气候、地形、土壤、境条件如气候、地形、土壤、养分等在养分等在空空间上分布不均匀上分布不均匀形成的斑形成的斑块。l例如：例如：长白山植物垂直分布白山植物垂直分布、森林中的沼森林中的沼泽、沙漠沙漠绿洲洲l特点：特点：存留存留时间长、周、周转率低。率低。-6-252024/6/28东北山地森林沼北山地森林沼泽-6-262024/6/28-6-272024/6/28-6-282024/6/284 4 引引进斑斑块(introduced patch)introduced patch)l原因：原因：人人类引入植物或引入植物或动物，或人物，或人类自身活自身活动形形成的斑成的斑块。（1）种植斑种植斑块(planted patch)l 原因：由人种植植物而原因：由人种植植物而产生的特点：人生的特点：人维护、存留存留时间长（2）聚居地聚居地(homes habitation)l 特点：受人干特点：受人干扰的景的景观中最中最显著并无著并无处不在的不在的景景观成分之一。成分之一。l 物种：人、引物种：人、引进的的动植物、不慎引入的害虫、植物、不慎引入的害虫、从异地移入的本地从异地移入的本地 种。种。-6-292024/6/28-6-302024/6/28-6-312024/6/28-6-322024/6/28-6-332024/6/283.1.2 3.1.2 斑斑块的大小及生的大小及生态学意学意义1 1 斑斑块大小与生物多大小与生物多样性性l理理论上，斑上，斑块中物种丰富度与斑中物种丰富度与斑块面面积成成正比正比，也，也有不同，有不同，现实中，各种大小斑中，各种大小斑块往往同往往同时存在。比存在。比如，如，一个小斑一个小斑块（麦田）从（麦田）从边缘到内部我到内部我们会会发现边缘产生的生的产量高于内部量高于内部。l动物的分布也会因物的分布也会因边缘内部的喜内部的喜爱程度而有所不同。程度而有所不同。许多野兔、野多野兔、野鸡等喜等喜欢在在边缘地地带活活动。-6-342024/6/283.1.3 斑斑块的形状的生的形状的生态学意学意义斑斑块形状多种多形状多种多样，可以用，可以用长宽比、周界面比、周界面积比及分比及分维数数描述。描述。例如，斑例如，斑块长度比或周界比越接近方形或度比或周界比越接近方形或圆形的形的值，其形状越其形状越紧。形状分析可了解形状分析可了解物种物种动态；l斑斑块的形状的形状对生物的散布和生物的散布和觅食食具有重要作用。具有重要作用。l斑斑块的形状与的形状与环境境变化及更新化及更新过程有关程有关。l园林园林设计，采取不同斑，采取不同斑块形状，收到不同的形状，收到不同的艺术效果。效果。-6-352024/6/28-6-362024/6/28-6-372024/6/28-6-382024/6/28-6-392024/6/283.1.4 边缘与边缘效应l边缘是是指两个不同的生指两个不同的生态系系统相交而形成相交而形成的狭窄地区。的狭窄地区。l斑斑块的的边缘部分有不同于内部的物种部分有不同于内部的物种组成成和和过渡渡，这就是通常所就是通常所说的的边缘效效应。l许多研究表明，多研究表明，斑斑块周界部分常常具有周界部分常常具有较高的物种丰富度和初高的物种丰富度和初级生生产力。力。-6-402024/6/28-6-412024/6/28-6-422024/6/28-6-432024/6/283.2 廊 道(corridor)l与本底有所区与本底有所区别的一条的一条带状土地状土地,可以看作可以看作是一个是一个线状或状或带状状的斑的斑块.l简单的的说是指是指线形的景形的景观单元。元。l例如例如:树篱、公路公路-6-442024/6/28-6-452024/6/28-6-462024/6/283.2.1 廊道的结构特征l弯曲度或通直度，其生态意义与生物沿廊道的移动有关。l连通性：廊道如何连接或在空间上怎么连续的量度。l例如：农田树篱。l作用：一个廊道连通性高低决定了廊道的通道和屏障功能。-6-472024/6/28-6-482024/6/28廊道的内部特点廊道的内部特点 1)1)从从边缘到中心的物种到中心的物种组成成发生急生急剧变化化 例如：公路、河流、林例如：公路、河流、林带 2)2)环境条件与外部有所不同境条件与外部有所不同 例如：林例如：林荫路冬暖夏凉路冬暖夏凉 3)3)水平上延伸一段距离，水平梯度也会水平上延伸一段距离，水平梯度也会发生生变化。化。-6-492024/6/283.2.2 廊道的功能l生境生境l传输传输通道通道l过滤过滤和阻抑作用和阻抑作用l作作为为能量、物能量、物质质和生物的源或和生物的源或汇汇-6-502024/6/28-6-512024/6/283.2.3 廊道的分类（根据结构特点）1 1 线状廊道状廊道v廊道是一条很窄的廊道是一条很窄的带，植被，植被类型基本上是型基本上是边缘占占优势。v一般有一般有7 7种：道路、种：道路、铁路、堤堰、沟渠、路、堤堰、沟渠、输电线、草本或灌草本或灌丝带、树篱-6-522024/6/28-6-532024/6/282 2 带状廊道状廊道廊道是一条很窄的廊道是一条很窄的带，其，其宽度是可以造成一个度是可以造成一个内部内部环境境，含有内部种，每个，含有内部种，每个侧面都存在面都存在边缘效效应。3 3河流廊道河流廊道是指由于河流分布而不同于周是指由于河流分布而不同于周围基基质的植被的植被带，通常包括河流通常包括河流边缘、河漫、河漫滩、河堤和部分高地。、河堤和部分高地。-6-542024/6/28-6-552024/6/28-6-562024/6/283.3 基质l景景观是由多种是由多种类型的景型的景观要素构成的要素构成的异异质性地域，性地域，其中其中面面积最大、最大、连接度最高、接度最高、对景景观的功能的控的功能的控制作用最制作用最强的景的景观要素要素称称为本底本底。又称。又称基基质、模、模地或者背景地或者背景。l基基质与斑与斑块和廊道和廊道在概念上有很大的区在概念上有很大的区别，但在，但在实际景景观中却要中却要根据景根据景观要素在景要素在景观中的数量化中的数量化特征或功能性特征特征或功能性特征来区分。来区分。-6-572024/6/28-6-582024/6/283.3.1 基质的判定l相相对面面积最大最大l连通性最高通性最高l动态控制作用最控制作用最强-6-592024/6/283.3.2 孔隙度(porosity)l斑块在本底中称为孔。l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。-6-602024/6/28孔隙度的生孔隙度的生态意意义：l1）它提供了一个了解物种隔离程度和植物）它提供了一个了解物种隔离程度和植物种群种群遗传变异的异的线索。索。l2）孔隙度是）孔隙度是边缘效效应总量的指量的指标，是一个，是一个对野生生物管理、野生生物管理、对能流物流指能流物流指导意意义的的因素。因素。l孔隙度低表明景孔隙度低表明景观中有中有边远地区存在，地区存在，这对需要需要边缘生境的生境的动物很重要。物很重要。-6-612024/6/28第二第二节 景景观生生态学中的几个重要理学中的几个重要理论v岛屿生物地理学理生物地理学理论v复合种群理复合种群理论v渗透理渗透理论v等等级理理论-6-622024/6/28（1）岛屿生物地理学理论l种种面面积关系关系S=cAz式中：式中：S物种数量；物种数量；A生境面生境面积；C、z常数；常数；应用用该式有两个重要前提式有两个重要前提v物种迁移与物种迁移与绝灭之之间达到了生达到了生态平衡；平衡；v物种的数量只与面物种的数量只与面积有关，其他因素相有关，其他因素相对稳定。定。S=CAZ种的丰富度面积-6-632024/6/28-6-642024/6/28 l岛屿生物地理学理生物地理学理论该理理论将将缀块的空的空间特征与物种数量特征与物种数量综合在一合在一起考起考虑数学表达式：数学表达式：dS/dt=S S为物种数，物种数，t t为时间，迁居速率（是种源与斑，迁居速率（是种源与斑块间距离距离D D的函数），的函数），绝灭速率（是斑速率（是斑块面面积A A的函数）的函数）)-6-652024/6/28（2）Meta-种群理论lMeta-种群的定种群的定义由由经常局部性常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所，但又重新定居而再生的种群所组成的种群。（或是在空成的种群。（或是在空间上隔离，但具有功能上隔离，但具有功能联系的二个或以上的系的二个或以上的亚种群种群组成的种群成的种群缀块系系统）。）。lMeta-种群理种群理论亚种群种群频繁地从生境繁地从生境缀块中消失（局部性中消失（局部性绝灭）；）；亚种群之种群之间存在的生物繁殖体或个体的交流使它存在的生物繁殖体或个体的交流使它们在景在景观水平上表水平上表现出复合出复合稳定性。定性。该理理论可以反映出种群在景可以反映出种群在景观缀块复合体中的运复合体中的运动和消和消长；也是关于空也是关于空间格局和种群生格局和种群生态学学过程相互作用的理程相互作用的理论。-6-662024/6/28（3）渗透理论l渗透理渗透理论（percolation theory）要点：媒介的密度达到一要点：媒介的密度达到一临界界值时，渗透物，渗透物能能够突然从媒介的一端到达另一端；突然从媒介的一端到达另一端；景景观连接度接度临界界值（临界界阈限）限）v某一因素的影响能否某一因素的影响能否产生突生突变作用。作用。-6-672024/6/28（4）等级理论（hierarchy theory）l是一种关于复是一种关于复杂系系统的的结构、功能和构、功能和动态的理的理论，以，以用于用于简化复化复杂系系统，并，并对其其进行理解和行理解和预测。l根据等根据等级理理论复复杂系系统均具有离散性等均具有离散性等级层次；次；高高层次的行次的行为或或动态具有小尺度，低具有小尺度，低频率和慢速度的特征，率和慢速度的特征，并并对低低层次有制次有制约作用，且制作用，且制约作用接近常数；作用接近常数；低低层次的行次的行为或或动态具有大尺度，高具有大尺度，高频率和快速度的特征，率和快速度的特征，并并为高高层次提供机制和功能，且可以平均次提供机制和功能，且可以平均值的形式表达；的形式表达；-6-682024/6/28第三第三节 景景观变化化 景景观变化包括化包括景景观的的结构和功能随构和功能随时间而而变化。化。变化既有化既有自然自然的因素，也有的因素，也有人人为的的因素，因素，变化有快有慢。化有快有慢。比如：比如：19761976年唐山的大地震，一夜年唐山的大地震，一夜间。19781978年的大年的大兴安岭大火，安岭大火，435435万公万公顷。荷。荷兰的的围海造田、沙漠化、海造田、沙漠化、滥伐森林等。伐森林等。-6-692024/6/28-6-702024/6/28景观异质性景景观异异质性包括空性包括空间异异质性、性、时间异异质性和功性和功能异能异质性三个方面，但一般性三个方面，但一般谈到景到景观异异质性主性主要是指要是指景景观的空的空间异异质性。性。景景观的异的异质性是指景性是指景观中景中景观要素在要素在属性、属性、结构、形构、形态和空和空间关系等方面的关系等方面的变异程度异程度。景景观的异的异质性是由性是由景景观要素要素类型的数量、景型的数量、景观要素构型、景要素构型、景观要素的分布和空要素的分布和空间相互关系相互关系等等决定的。决定的。-6-712024/6/28景观稳定性-6-722024/6/28景景观变化曲化曲线Forman&Godron Forman&Godron 用用3 3个独立参数表征所有个独立参数表征所有变化曲化曲线：变化的化的总趋势（上升、下降和水平（上升、下降和水平趋势）；围绕总趋势的相的相对波波动幅度（大范幅度（大范围和和小范小范围）；）；波波动的韵律（的韵律（规则和不和不规则）-6-732024/6/28-6-742024/6/28景观变化的作用力l1）作用力的种类 人力 比如：采伐、造林、灌溉等 自然力v物理力（比如：地震、洪水、台风）v 生物力（比如：病害、虫害）-6-752024/6/28影响景观变化的自然过程1 1 气候气候 1 1）气候的意）气候的意义它影响到有机体的生命它影响到有机体的生命过程程气候影响土壤气候影响土壤过程程气候控制地形、地貌的形成气候控制地形、地貌的形成过程程 -6-762024/6/28地貌1)1)地貌的意地貌的意义地貌影响整个生地貌影响整个生态环境境地貌影响物地貌影响物质的流的流动和生物的移和生物的移动地貌影响各种干地貌影响各种干扰发生的生的频率、率、强度和度和空空间格局格局-6-772024/6/28我国的地貌我国的地貌 由三大由三大阶梯梯组成成青藏高原青藏高原青藏高原的外青藏高原的外缘到大到大兴安岭、太行山、巫山和安岭、太行山、巫山和雪峰山之雪峰山之间。我国我国东部部宽广的平原和丘陵广的平原和丘陵 -6-782024/6/28黄土沟谷地貌-6-792024/6/28土壤l土壤的意义 土壤具有一定肥力，可生长植物。它提供给植物水、营养是物质交换的场所。它也是独立的生态系统 是建筑上的基础材料-6-802024/6/28第四 节 干扰与干扰生态学l干干扰是使生是使生态系系统、群落或种群的、群落或种群的结构遭到破坏构遭到破坏和使和使资源、基源、基质的有效性或物理的有效性或物理环境境发生生变化的化的任何相任何相对离散的事件。比如：火灾、洪水、地震离散的事件。比如：火灾、洪水、地震l干干扰状况状况指的是某个地区或某种特定立地上，某指的是某个地区或某种特定立地上，某种干种干扰因素各种参数的因素各种参数的综合，可以从合，可以从时间和空和空间的分布格局来的分布格局来说明干明干扰状况。状况。l空空间上：干上：干扰斑斑块的大小、形状、分散程度等的大小、形状、分散程度等l时间上：干上：干扰重重现期、干期、干扰频率、干率、干扰轮回期等回期等-6-812024/6/28干扰特性l干扰频率：是重现间隔期的倒数。l干扰强度：是从干扰因素本身来看，在一定时期，一定面积上，该事件的物理力。比如：火灾时，单位面积单位时间释放的热量。l干扰范围-6-822024/6/28干扰类型l自然干自然干扰扰l人人为为干干扰扰-6-832024/6/28l景景观观 热岛热岛效效应应 斑斑块块 基基质质 残留斑残留斑块块 干干扰扰斑斑块块 边边界界 景景观观格局格局 诱导边缘诱导边缘 尺度尺度 恢复恢复力力 积积温温l1、景、景观观概念的内涵？概念的内涵？l2、廊道的功能？、廊道的功能？l3、斑、斑块块的的类类型及特点？型及特点？-