第7章-森林景观原理课件

第7章森林景观原理A.桂林山水景观B.美国亚利桑那洲大峡谷景观C.美国威斯康星大学Curtis草地景观D.内蒙古草原景观E.北美的Sonoran荒漠景观F.亚洲温带荒漠景观一角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7.1.2 景观及景观生态学的定义景观的定义景观的定义：景观是以类似方式重复出现的、相互作用的若干生态系统的聚合所组成的异质性土地地域。（1986，Forman&Godron)例：“秦岭、黄土高原”景观生态学的定义：景观生态学是研究相关景观系统的相互作用、空间组织和相互关系的一门学科，即研究由相互作用的生态系统组成的异质地表的结构、功能和动态。其他定义：Troll(1983)德国 景观是控制某一地区不同空间单元的自然与生物的关系。Zonneveld 荷兰 景观是地球表面空间的一部分，是由岩石、水、空气、植物、动物以及人类活动所形成的系统的复合体，并通过其外貌构成一个可识别的实体。Vink 荷兰 景观是连同其所有现象（地形、土壤、植被、人为影响）的陆地表面；是具有特有的地形、土壤、植被的陆地表面的一个区域；是相互有关的几片土地的天然配置。景观是具有一定自然和文化特征的地域空间实体 景观与土地的关系：景观是指土地的具体一部分，与土地不仅有着外延上的从属关系，而且景观更代表了一种较为精细的尺度涵义，强调景观供人类观赏的美学价值和景观作为复杂生命组织整体的生态价值及其带给人类的长期效益，具有更大的内涵；土地则侧重于社会经济属性，主要关注土地的肥力、土地的产权关系、土地的经济价值等。景观与环境的关系：环境是指环绕人类周围的客观事物的整体，包括自然因素和社会因素，它们既可以实体形式存在，也可以非实体的形式存在；而景观则指构成我们周围环境的实体部分，它不是环境中所有要素的全部，也不是它们简单相加而组成的整体，而是它们综合作用的产物。景观是异质生态系统的镶嵌体 景观是人类活动和生存的基本空间 景观概念中蕴涵着三个层次不同的追求以及与景观概念中蕴涵着三个层次不同的追求以及与之相对应的理论：之相对应的理论：一、是文化历史与艺术层，包括蕴涵于景观环境中的历史文化、风土民情、风俗习惯等与人们精神生活世界息息相关的文化因素，直接决定着一个地区、城市、街道的风貌。二、是环境生态层，包括土地利用、地形、水体、动植物、气候、光照等人文与自然因素在内的从资源到环境的分析。三、是景观感受层，指对基于视觉的所有自然与人工形体及其感受的分析，即狭义的景观。7.1.3 景观生态学的特点 整体观和系统观 景观生态学强调研究对象的整体特征和系统属性，避免采用还原论的观点将景观分解为不同的组成部分，然后通过研究其组成部分的性质和特点去推断整体的属性。异质性和尺度性 景观的空间异质性是指景观系统的空间复杂性和变异性。由于景观异质性对景观稳定性、景观生产力和干扰在景观中的传播速率、方向和方式等都有显著影响，因此景观生态学对空间异质性更为重视。尺度是研究对象的时间和空间维度，一般用空间分辨率和空间范围来描述，表明对细节的把握能力和对整体的概括能力。综合性和宏观性 景观生态学重点研究宏观尺度问题，其重要特点和优势之一就是高度的空间综合能力，特别是在利用遥感技术、地理信息系统技术、数学模型技术、空间分析技术等高新技术研究和解决宏观综合问题方面具有明显的优势。目的性与实践性 景观生态学的另一个显著特点是目的性和实践性。由于景观生态学中的问题直接来源于现实景观管理中的实际问题，其研究成果必须通过景观规划途径在景观建设和管理实践得到应用，其应用效果反过来成为进一步深入研究的基础。7.2 景观要素 7.2.1景观要素的概念 景观要素是由异质生态系统组成的陆地空间镶嵌体，这些相互作用的、性质不同的生态系统称为景观要素。景观要素一般可根据其生态学或自然地理学性质分为不同的类型，如城市景观中的商业区、工厂、公园、公共绿地、河流、水体、农田、道路等。7.2.2景观要素的类型 在福尔曼提出的斑块一廊道一本底模型中（Forman 1995），将景观要素按其空间形态特征分为斑块、廊道和本底三类成分，用来描述和分析景观的结构和景观要素的功能性特征。斑块是外貌和属性与周围景观要素有明显区别的、空间可分辨的非线性景观要素。廊道是景观中外貌和属性与周围景观要素有明显区别的、空间可分辨的带状景观要素，也可以说廊道就是带状斑块，如城市道路、河流、渠道等。本底是景观中分布范围最广、连接度最高、优势度最大，从而对景观结构、功能和动态变化特征起主要作用的景观要素，也就是具有上述特点的一类斑块。7.2.3 斑块的起源 景观中的斑块按照起源可分为环境资源斑块、干扰斑块、残存斑块和引入斑块四类。环境资源斑块(environmental resource patch)：是由于景观中环境资源的异质性而形成的斑块，即景观中由于局部环境条件的差异形成的斑块。如林区景观中局部低洼地段出现的沼泽，荒漠景观中由于局部水分条件优越而出现的绿洲，湿地景观中局部高地出现的森林等。特点：斑块中的生物不同于周围的基质；由于自然环境资源的空间分布格局具有相对稳定性，斑块寿命较长，周转速率很低，斑块与基质间的生态交错区可能很宽。干扰斑块(disturbance patch)：指由于基质内局部干 扰而形成的斑块。特点：通常消失得最快，平均年龄最短，周转速率(turnover rates)最高。引入斑块(introduced patch)：指由人类有意或无意将生物引进一个地区而形成的，或完全由人工建立和维护的斑块。如种植园、作物地、高尔大球场、居民区绿地等人工生态系统。种植斑块(planted patch):属引入斑块的一类。指自然植被景观中由人类种 植活动形成的斑块。种植斑块内物种动态和斑块周转速率主要取决于人类的管理活动。如果不进行管理，基质中的物种将侵入引发演替导 致斑块与基质融合。聚居地：指由人为建筑活动造成的建筑物和其他设施组成的斑块。包括房屋、院落和毗邻的周围环境。聚居地含4种不同类型的生物：人主动引入的动植物、不慎引入的有害生物和从异地移入的本地种。残存斑块(remnant patch):指大面积干扰后残存下来的局部未受干扰的自然或半自然斑块。如火烧、虫害、水淹等可能产生残余斑块，典型例子为火烧后残留下的小片植被。特点：成因来自天然或人为干 扰；周转率较高；基质物种迁 入残余斑块，之后物种增加时 期被物种灭绝时期所替代，最 终与基质融合。7.2.4 斑块的形态特征 斑块大小和形状是斑块的基本形态特征，对于特定类型的斑块，斑块大小对该类型景观要素的内部组成结构、功能、动态变化特征都会产生显著影响。因此，在景观规划中，斑块的大小和形状是特定景观要素在斑块水平上的设计所考虑的主要因素。斑块大小 斑块大小是指斑块的面积。对于同一类型景观要素斑块来说，可以用斑块的平均面积、斑块面积结构和斑块面积的各种统计量加以描述和分析。斑块越大，斑块的内部面积越大，斑块的结构和功能稳定性越高，斑块内部与周围斑块或本底之间的物质、能量和信息的相对交换率越低，斑块内部受周围的影响越小。斑块形状 实际景观中的斑块形状是丰富多彩的，甚至千奇百怪。对斑块形状的分析和描述除了实际描述个别斑块的形状特征外，对于景观中某一类型景观要素的大量斑块，常以圆形或者方形为标准，通过构造一些统计指标以确定斑块偏离标准形状的程度，如近圆率指数、方形指数或简单的周长面积比。斑块大小的生态效应 对物质和能量的影响 由于两者的边缘比例不同，因此小斑块内单位面积上的能量和物质含量比大斑块少。对物种的影响岛屿小岛的物种初始增长较快，大岛的物种增长较慢，但较持久；山地岛屿的物种较同样大小的平原岛屿为多；人类活动干扰较大的岛屿，其物种往往比未受人类干扰的岛屿少。Sf（生境多样性，干扰，面积，隔离，年龄）陆地斑块（生境岛屿）Sf（生境多样性，（）干扰，面积，年龄，基质异质性，隔离，边界的不连续性）斑块形状的生态效应 圆形和扁长形斑块 圆形斑块（内缘比率较高）有利于保蓄能量、养分和物种；而扁长形斑块则易于促进斑块内部与外围环境的相互作用。环状斑块内缘比率较低，易于促进斑块内部与外围环境的能量、养分和物种的交换。半岛呈狭长状或凸状外延，半岛顶端动物路径密度较大，起到物种迁移通道的作用；相反半岛对其两侧斑块则起到一种屏障作用。7.2.5 斑块的功能 同一景观中包含不同类型的斑块，也就是具有不同性质的景观要素，因此，斑块的功能主要取决于斑块作为景观要素的属性。如城市景观中的林地、公园、广场、公共绿地、水域、住宅区、工厂等，都具有不同的功能。林地能提供重要的生物栖息地、改善小气候、除尘降噪和游憩观赏等；广场是市民重要的休息、娱乐、集会的场所等。7.3 廊道 7.3.1 廊道的概念 景观中的廊道也称为廊带，廊道是斑块的一种特殊形式，是指与两边的景观要素或本底有显著区别的带状地段。廊道既可以是孤立的，也可以与某种类型斑块相连接；既可以是天然的，也可以是人工的。如防护林带、不同绿化程度的道路、具有不同水文特征和河岸植被的河流等。7.3.2 廊道的起源 廊道的起源和形成机制与斑块类似，可以分为干扰廊道、残余廊道、环境资源廊道和种植廊道等。其中，典型的环境资源廊道如河流及其两岸植被带；典型的种植廊道如行道树、农田防护林带；干扰廊道如林区景观中为采伐和森林经营开设的林道、洪水泛滥造成的临时河道等。7.3.3廊道的特征和意义 廊道的类型 同斑块一样，景观中常常同时有不同类型和性质的廊道，决定着它们的基本功能和特征。按起源分为人工廊道和自然廊道；按功能分为河流廊道、输水廊道(渠道)、物流廊道、能流廊道等；按廊道宽度分为线状廊道和带状廊道等。在城市景观的园林绿化建设中，道路廊道、树篱或绿化带廊道、河流廊道、防护林带廊道通常是主要的廊道类型，对这些廊道的数量、宽度、结构模式、总体空间布局等的设计是廊道设计的主要内容。廊道的功能 廊道的功能可概括为纵向的通道功能、横向的屏障和过滤功能三个方面，同时，廊道本身也有观赏美学功能和其他社会经济功能。廊道在纵向上的通道功能可以表现在多个方面，如道路是重要的人流、物流通道，河流是地表径流和城市废水的通道，树篱、绿化带和防护林带常常是许多生物种在景观中迁移、扩散的通道等。廊道的结构 对于景观中同一类型的廊道，不同的廊道结构也会影响廊道的功能及其动态变化特征。廊道的宽度、断面结构、连接度或连通性是景观规划设计中人们通常关心的主要廊道结构特征，它们决定着廊道的性质、功能和动态特征。7.4 本底 7.4.1 本底的概念 景观是由多种类型的景观要素构成的异质性地域，其中面积最大、连接度最高、对景观的功能的控制作用最强的景观要素称为本底。7.4.2 本底的特征和意义 相对面积最大 在景观中，所占面积比例最大的某种景观要素类型可以考虑是否为景观的本底。一般来说，本底面积应超过所有其他景观要素类型的总和，如果其面积占总面积的比例大不到50，就应考虑其他指标。连通性最高 连通性和连接度是同一问题的两个角度。连通性是从生态功能的角度出发，而连接度是从外在形态结构的角度出发，都是用来反映景观要素斑块在景观中相互关系密切程度的指标。连通性高的景观类型往往对景观整体的控制作用较强。动态控制作用最强 当上述指标还不足以可靠地把握景观本底时，需要分析景观要素对景观动态的控制作用，将景观动态变化中起控制作用的景观要素类型作为该景观的本底。7.5 网络一结点 在某些景观中，或者在研究某些景观的特定问题时可以发现，相互连通交接的廊道形成网络，对景观的结构、功能、动态变化起着关键性控制作用，或者对景观中所要研究的特定景观过程和功能起关键作用。对于这类景观，用网络一结点模型来描述和分析更加方便，也更容易抓住关键问题，如道路、沟渠、防护林带、树篱等均可形成网络。网络在结构上的特点通过结点和网格大小反映，可以应用系统工程中网络分析的方法进行研究。7.5.1 网络的起源 人工网络：防护林网、道路网、灌溉渠网等；自然网络：河流、动物通道等。7.5.2 结点 结点是景观中廊道之间的连接点。结点处及附近的环境条件与网络上的其他部位有所不同。如：农业景观中的农田防护林或树篱网络，结点附近往往风速较低，光照较弱，土壤和空气湿度较大，土壤有机质含量较高，温度变化较小。这些环境条件的优越性使树篱结点处的生物多样性明显增高，成为重要的物种栖息地。7.5.3 网络的特征与意义 网络特征主要表现在：网络格局、网络连通性、网眼大小、结点特征和网带结构等方面。网络格局与网络连通性 网络格局：方格状网络(农田防护林、排灌渠道、城市道路等)、树枝状网络（沟系）、不规则网络（动物通道）、放射状网络（内陆湖集水河流系统）、环圈网络（山地和台地）。连通性：是反映网络连接关系和网络复杂度的指标。景观中所有接点被廊道连接起来的程度即网络连通性，通常用r指数表示。r指数是一个网络中已知接点之间的现实连接廊道数与最大可能连接廊道数只比。网眼大小 网带间的平均距离或网格所包围的景观要素的平均面积即网眼大小。网眼大小与物种间的关系较复杂，物种对网眼大小相当敏感，不同网眼大小会形成不同性质的生境，可满足更多物种的生存。如：城市景观中的道路密度与城市总体功能的发挥关系极为密切。道路密度不足，城市交通无法满足城市生产生活的需要；道路密度过高，会占用大量土地，影响土地利用效率。相应城市的道路绿化网络，也需要根据不同城市功能区的环境状况和污染防治要求，确定适当的网格大小，以保证绿化美化效果，控制合理的土地利用结构。结点特征和网带结构 结点特征和网带结构属于特定类型的生态系统所具有的组成结构、垂直结构、发育阶段等特点。结点斑块的大小和形状、网带的宽度和横向纵向结构都对整个网络的结构和功能有显著影响。如：防护林带的宽度、树种搭配和高度等，城市网路结点的绿地性质和类型、斑块大小和形状等。7.6 景观结构与格局 7.6.1景观异质性和格局 异质性是指系统和系统属性在时间维和空间维上的变异程度，多指空间异质性（spatial heterogeneity）。是指生态学过程和格局在空间分布上的不均匀性和复杂性。7.6.1.1景观异质性 景观异质性指景观尺度上景观要素组成和空间结构上的变异性和复杂性。景观空间异质性包括：景观空间构成（生态系统类型、种类、数量和面积等）；空间构型（生态系统空间分布、斑块形状和大小、景观对比度和连通性等）；空间关系（生态系统空间关联度、空间梯度和趋势等）7.6.1.2景观异质性的来源和意义 景观异质性主要来源于环境资源异质性（如地形、地质、土壤和气候等）、生态演替（群落演替、土壤和小气候形成等）和干扰（自然和人为干扰）。景观异质性对景观的功能及动态过程有重要影响和控制作用，决定着景观的整体生产力、承载力、抗干扰能力、恢复能力以及生物多样性的丰富度。7.6.1.3景观异质性测度 景观构成类型数量及生态属性的差异性：数量类型越多，异质性越高；景观多样性指数：反映景观总体属性；景观要素的优势度：反映某种景观要素的重要性；斑块密度、斑块边缘密度、镶嵌度：反映景观整体异质性，也可表征某类景观要素斑块在景观整体异质性中的表现。7.6.1.2景观格局 景观格局的概念 景观格局：指景观的空间分布模式。景观异质性强调景观所具有的内部属性，景观格局重点说明景观属性的表现形式。景观格局类型：斑块镶嵌格局、网状格局、指状交错格局和棋盘状格局。景观格局分析：趋势面分析法、空间相关分析法、地统计分析法、空间关联度分析法和梯度分析法。7.6.2 森林景观结构 7.6.2.1森林景观结构指标 森林景观结构指标包括：森林景观异质性和多样性、森林类型多样性、森林生产力、森林年龄、林分结构、板块特征、斑块隔离度、火状况、林区道路、敏感物种等。7.6.2.2 森林景观结构特点 森林景观是以森林生态系统为主体，与相互联系的其他景观要素一起构成的一类景观。包括各种类型的天然林和人工林、灌木林、疏林、草地、湿地、河流、农田、道路、居民点、矿区等景观要素类型。森林类型、林分年龄和林分斑块大小是森林景观的主要结构成分。林分类型结构 森林景观的树种结构，通常取决于自然立地条件、自然干扰和人为经营管理措施。林分年龄结构 森林景观年龄结构通常取决于自然干扰的种类和特点。森林景观粒级结构 森林景观粒级结构 指森林斑块大小的结构，在原始天然林中，环境资源的异质性、自然干扰类型和景观的植被演替共同决定着森林景观的粒级结构。7.7景观过程与景观功能 7.7.1 景观生态过程 7.7.1.1生态过程的概念 生态系统由生物和非生物组成，其内部各要素间的相互作用包括结构与功能之间、各功能之间及各要素之间的相互作用。结构是系统中可以直接感知的物理因素，可以是生物或非生物。功能（过程）是由结构所表现出来的活动合作用。生态过程强调事件或现象的发生、发展的动态特征。生态系统的功能一般有五类主要过程：输入、生产、循环、储存和输出。7.7.1.2景观流的基本原理 景观流的动力 扩散：溶质或悬浮物通过溶剂或介质又高浓度向低浓度的移动。景观的异质性是物质扩散的基础。重力：物质沿着重力梯度的方向运动，是景观流的重要驱动力，并导致物质在景观中形成聚集格局。运动：是物体消耗自身能量从一处向另一处的移动，是导致高度聚集的景观格局，是景观生态异质性的重要来源。景观流的媒介景观流的媒介包括：气流：携带热能、水分、尘埃、种子、孢子等；水流：运输能量、矿物质、种子、昆虫、肥料等；飞翔动物和爬行动物：自身运动、携带种子、孢子等；地面动物和人：自身运动和传播活动等。景观流模型渗透模型、汇源模型7.7.2 景观功能 生产功能：提供食品、燃料、各种野生动植物等；服务功能：维持自然环境健康、生态系统完整性和生态安全保障等；文化功能：教学科研、宗教艺术等；空间功能：人类生存、生物栖息等。7.8 景观动态 7.8.1景观稳定性 景观稳定性：抗性、持久性、脆弱性、韧性、弹性、振幅等；干扰与景观稳定性：自然干扰、人为干扰；7.8.2 景观变化的动力 地貌过程、气候变化、生物定居和群落演替、土壤发育、自然干扰。The EndThe End