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第十四章景观生态学

花匠小妙招
2024-11-07 08:26

1、第十四章景观生态学 Landscape Ecology第一节景观和景观生态学 Landscape and landscape ecology第二节景观生态学中的一般概念和理论 General concept and theory in landscape ecology第三节景观生态学的研究方法和应用The techniques and application of landscape ecology,1,第一节景观和景观生态学 Landscape and landscape ecology一、景观生态学的研究内容The main contents of landscape ecology 1、景观的定义（有多种表述）：一般概念：反映地形地貌景色的图像，如草原、森林；某一地理区域的综合地形特征；人们放眼所映获的自然景色。,2,狭义景观：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。区域：反映气候、地理、生物、经济、社会和文化综合特征的景观复合体。狭义景观和区域可统称为宏观景观。广义景观：各种不同尺度的具有异质性或斑块性的空间单元。,1、生态学中景观的

2、概念：,3,图1-2,4,研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心问题。,2、景观生态学的概念,5,景观结构：景观单元的类型、多样性及其空间关系；景观功能：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；景观动态：即指景观在结构和功能方面随时间推移发生的变化。景观结构、功能、动态是相互依赖、相互作用的。,景观生态学的研究对象和内容,6,7,景观生态学的应用十分广泛，如生境破碎化与生物多样性、自然资源管理与保护、城市与区域规划、自然保护区设计等。景观生态学研究的重点主要集中在：空间异质性或格局的形成及动态；景观异质性（或多样性）的维持和管理；景观的等级结构与尺度推绎；格局-过程-尺度间的相互关系；人类活动与景观结构、功能的关系；,8,景观生态学强调空间异质性、等级结构和尺度在研究生态学格局和过程中的重要性。景观生态学大尺度研究中，人类活动对生态学系统的影响是一个重要方面。景观生态学突出空间结构和生态学过程多尺度的相互作用(图)。所涉及到的尺度都比其他学科更广。,景

3、观生态学与其他生态学科的区别,9,10,The development history of landscape ecology1939年，Troll首次提出定义：研究景观内生物群落之间反馈关系的学科。景观生态学是将航空摄影测量学、地理学和植被生态学结合在一起的综合性研究。前苏联的生物地理群落学(biogeocoenology)与欧洲早期的景观生态学相似。70s年代以来,荷兰Zonneveld和以色列Naveh对欧洲景观生态学主要论点，起源、背景、历史等作了系统总结。,二、景观生态学发展历史简述,11,1984 Naveh和Lieberma出版第一部有影响的景观生态学英文教科书，继承发展了欧洲景观生态学概念。 “景观生态学是基于系统论、控制论和生态系统学之上的跨学科的生态地理科学，是整体人类生态系统科学的一个分支”。,二、景观生态学发展历史简述,12,欧洲景观生态学的重要特点：强调整体论(holism) 生物控制论(biocybenetics)，以人类活动频繁的景观系统为主要研究对象。与土地和景观的规划管理、保护和恢复联系密切。,二、景观生态学发展历史简述,13,在北美，景观生态

4、学兴起于20世纪80年代初。美国生态学家Forman：介绍欧洲景观生态学的概念；提出了“斑块-走廊-本底”模式。 Burgess 系统阐述了景观生态学的研究内容和方法。,二、景观生态学发展历史简述,15,16,景观生态学在我国起步较晚缺乏系统的、跨尺度的理论和实际研究; 发表了介绍景观生态学概念和方法的文章、书籍；发表了城市、农业景观、景观模型方面的论文。,二、景观生态学发展历史简述,17,第二节景观生态学中的一般概念和理论 The general concept and theory in landscape ecology一、尺度及有关概念 scale and other concepts尺度(scale)：一般是指对某一研究对象或现象在空间上或时间上的量度，分别称为空间尺度和时间尺度。组织尺度(organizational scale)：即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。,18,粒度(grain)：空间粒度：景观中最小可辨识单元的面积或体积。例如，同一森林景观的最小可辨识单元随着观察高度的改变而发生变化。对于空间数

5、据或图像资料而言，其粒度对应于最大分辨，或像元(pixel)大小。时间粒度：指某一现象或事件发生的频率或时期间隔。例如，某一生态演替研究中的取样时间间隔或某一干扰事件发生的频率，都是时间粒度。幅度(extent)：研究对象空间或时间上的持续范围。研究区域的总面积决定该研究的空间幅度；研究项目持续时间则确定其时间幅度。,19,粒度和幅度的关系：粒度和幅度相互联系，但又不相同。为此，在讨论尺度问题时，经常有必要将粒度和幅度加以区分。随着尺度的增加，粒度和幅度均趋于增加,20,大尺度(或粗尺度，coarse scale)：指较大空间范围的景观，它对应的是小比例尺和低分辨率；小尺度(或细尺度，fine scale)：指小空间范围的景观，它对应的是大比例尺、高分辩率。,尺度与比例尺的关系：,21,利用某一特定尺度上获得的信息或知识来推测其他尺度上的特征，这一过程叫做尺度推绎(scaling)。尺度推绎包括：尺度上推(scaling up) 尺度下推(scaling down)。数学模型和计算机模拟是尺度推绎的重要工具。,尺度推绎,22,二、格局与过程pattern and p

6、rocess1、格局：景观单元的类型、数目以及空间分布与配置状况。即空间格局。空间格局可划分为：随机型；规则型；聚集型。,23,2、过程事件或现象发生、发展的动态特征。景观生态学中主要的生态学过程有：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潜干扰扩散养分循环等。,24,图1-5,美国原始森林由于人为活动从1620年到1990年锐减的情况,25,图1-5,美国亚利桑那州凤凰城地区1912-95年城市扩张的情况。,26,图2-4,27,三、空间异质性和斑块性(spatial heterogeneity & patchness)空间异质性:生态学过程和格局空间分布的不均匀性及复杂性。这一名词在生态学领域应用广泛，涵义和用法有多种。空间异质性一般可理解为空间斑块性和梯度(gradient)的总和。,28,主要强调斑块的种类组成特征及其空间分布与配置关系，比异质性在概念上更为具体化。空间格局、异质性和斑块性的共同点在于它们都强调非均质性以及对尺度的依赖性。,斑块性,29,图1-8,30,图2-1,自然界的空间斑块性,31,图2-3,32,图2-2,33,五、斑块

7、-廊道-基底模式(patch-corridor-matrix model)Forman & Godron：景观的结构单元有3种：斑块、廊道和基底。1、斑块 (或缀块patch)：与周围环境在外貌或性质上不同，但又具有一定内部均质性的空间部分。植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等都是斑块。不同的斑块在大小、类型、形状、边界以及内部均质性等方面都有很大不同。,34,I、残留斑块（remnant patch）：因大面积干扰所造成的、局部范围内幸存的自然或半自然生态系统或其片断。 II、干扰斑块(disturbance patch): 因局部干扰造成的小面积斑块。 III、环境资源斑块(environment resource patch) 因环境资源条件在空间分布的不均匀性造成的斑块。 IV、人为引入斑块(introduced patch) 由于人们有意或无意地将动植物引入某些地区而形成的局部性生态系统。,35,2、廊道corridor 景观中与相邻环境不同的线性或带状结构。如农田防风林带、河流、道路、峡谷和输电线路等。廊道类型的多样性，导致结构和功能的多样化。廊道的结构特征包括宽度、

8、组成内容、内部环境、形状、连续性以及与周围斑块或基底的作用关系。 3、基底matrix 景观中分布最广、连续性最大的背景结构。如森林、草原、农田、城市用地等等。许多景观的动态常常受基底所支配。,36,在实际研究中，要确切地区分斑块、走廊和本底有时是很困难的，也是不必要的。本底也可以看作是景观中占绝对主导地位的斑块。某一尺度上的斑块可能成为较小尺度上的本底，或许又是较大尺度上廊道的一部分。,斑块-廊道-基底模式的应用,37,六、边缘效应 (edge effect),1、概念斑块周界部分常常具有较高的物种丰富度和初级生产力。这种现象叫做边缘效应。斑块边缘部分由于受外围影响而表现出与斑块中心部分不同的生态学特征的现象。斑块边缘部分在气象条件(如光、温度、湿度、风速)、物种组成以及生物地球化学循环方面都可能与不同于斑块中心部分。,38,内部种(interior species)：有些物种需要较稳定的生物条件，往往集中分布在斑块中心部分，故称为内部种。边缘种(edge species)：一些适应多变环境条件的物种，主要分布在斑块边缘部分，称为边缘种(edge species)。

9、许多物种的分布介于内部种和边缘种之间。当斑块面积很小时，内部-边缘无环境差异，整个斑块便全部为边缘种或对生境不敏感的物种占据。,2、边缘效应与斑块大小的关系：,39,斑块的大小对生产力、养分循环、水土流失等过程都有重要影响。斑块大小不同，其生物量的空间分布不同。由于边缘效应，生态系统光合作用效率以及养分循环和收支平衡特点，都会受到斑块大小及有关结构特征的影响。斑块边缘常常是风蚀或水土流失的起始或程度严重之处。一般而言，斑块越小，越易受到外围环境的各种影响。这些影响的大小既与斑块面积有关，也与斑块形状及边界特征有关。,40,图2-7,斑块边缘与内部的比例关系,41,图2-5,鸟类种数与斑块面积的关系,42,自然界中，斑块的形状是多种多样的。自然过程形成的斑块常为不规则形状；人为斑块常为规则的几何形状。,3、斑块形状的影响：,43,斑块形状的特点可以用长宽比、周长-面积比来描述。长宽比或周长-面积比越接近圆形和方形，其形状就越“紧密”，即边缘在斑块中的比例越小。 “紧密”形状有利于能量、养分和生物的保存；松散型形状(如边界弯延曲折)有利于斑块内部和外围环境的相互作用，促进能量、物质和物种交流。斑块的边界特征(如形状、宽度、可透性等)对生态学过程的影响极为复杂，是景观生态学研究的重点和难点之一。,3、斑块形状的影响：,44,图2-6,斑块大小和形状对物种多样性的影响,45,七、复合种群理论 metapopulation theory,1、定义由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所组成的种群叫做复合种群。它是空间上相互隔离，功能上相互联系(繁殖体或个体交流)的数个亚种群(subpopulation)组成的种群斑块系统。,46,亚种群频繁地从生境斑块中消失(斑块水平的局部绝灭)；亚种群间存在生物繁殖体或个体的交流(斑块间和区域性定居过程)，从而使复合种群在景观水平上表现出复合稳定性。,2、复合种群理论的基本要点：,47,经典型复合种群(classic metapopulation) 由许多大小和生态特征相似的生境斑块组成。又叫Levins复合种群。其特点是，每个亚种群具有同样的绝灭概率，整个系统的稳定必须来自斑块间的生物个体或繁殖体交流，并且随生境斑块数量增加而增加。,2、复合种群的类型,48,大陆-岛屿型复合种群(mainla

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