景观生态学基本原理与应用

景观生态学基本原理与应用参考教材FormanRTT等，景观生态学，肖笃宁等译，科学出版社，1990傅伯杰等编注，景观生态学原理及应用，科学出版社，2001邬建国，景观生态学—格局、过程、尺度与等级ZevNaveh等，景观生态学—理论与应用，李团胜等译，西安地图出版社，2001景观的概念Forman:景观是指一组以相似方式重复出现的相互作用的生态系统所组成的异质性地表区域。Naveh:景观是地理圈与生物圈和人类圈综合为一体，是人类生存空间内可见的客体。Wiens：从微观到宏观不同尺度上具有异质性或镶嵌性的空间单元。2.景观生态学(LandscapeEcology)*Forman:景观生态学是以景观结构、功能和动态特征为主要研究对象的一门新兴宏观生态学分支学科。Naveh:景观生态学是地理学与生态学之间的一门中间学科，是对人类生态系统进行整体论研究的新兴学科。景观生态学的相关名词*景观结构(landscapestructure)：景观组分的数量构成及空间组合与分布特征，其中景观组分的空间结构特征又被称为景观格局（landscapepattern）*景观功能(landscapefunction)：景观对自身内部及其他相关生命系统生存和发展所能提供的支撑作用；*景观动态(landscapedynamic)：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。*景观组分(landscapeelements)：构成景观的不同生态系统类型被称为景观组分3.景观生态学的学科特点1）宏观研究个体→种群→群落→生态系统→景观→区域→生物圈（全球）景观生态学研究的主要层次包括生态系统、景观和区域。2）异质性*异质性(heterogeneity)：景观内部事物或者其属性在时间或空间分布上的不均匀性或非随机性特征。与异质性相反的景观特征被称为均质性（homogeneity）Risser甚至认为景观生态学主要研究景观的空间异质性：1）景观空间异质性的发展和动态；2）异质性景观的相互作用和变化；3）空间异质性对生物和非生物过程的影响；4）空间异质性的管理。3）强调空间分异景观生态学是生态学学科群中唯一将空间分异特征作为自身研究重点的分支学科，涉及的重点研究领域包括：异质性、等级特征、景观格局、尺度效应、干扰扩散等。*尺度(scale)：在观察景观现象或过程时一个特定的空间分辨率或标准时间单元。*尺度效应(scaleeffect)：优势景观现象或过程特征随尺度变化而变化的现象。4）注重人为活动景观的宏观性特征使其成为很容易与人为活动研究进行衔接的生态学分支学科（城市景观、人为景观、干扰等），Naveh认为景观生态学是生态学和人类生态学研究的桥梁的桥梁。景观生态学研究的一般领域1）研究和规划的方法论（地域尺度上的应用研究）2）土地利用格局对景观功能的影响3）生态理论及其管理涵义4）景观生态学中的联结度5）海岸沙丘管理6）城市生态问题7）景观的空间格局和功能关系8）景观利用的生态原则9）景观生态学和空间信息系统10）景观结构和生态过程之关系11）自然保护：廊道的作用12）气候变化的景观生态评价一、景观生态学发展简史1.景观生态学最初起源与上世纪三十年代的中欧地区，1939年德国学者特罗尔（C.Troll）提出景观生态学这一研究方向。2.70年代末到80年代初，欧美生态学家们同时意识到了景观这一重要研究层次的重要性。景观生态学进入快速发展时期。3.中国的景观生态学研究始于1980’s年代初期。二、景观生态学的发展现状以实际应用问题为导向进行生态学研究的整和IALE第五次年会研讨专题主题：科学与行动碎裂化效应：概念、实验设计及一般结论生态网络和绿色通道：自然与人文规划的新理念不同农业系统的景观效应空间分析的理论与方法流域与河岸过程从人类的综合行为了解景观水平的生态过程景观生态学用于景观规划与设计的障碍、机会、策略及模型空间格局与生态过程变化景观政策和规划工具的案例研究生物多样性保护的工具景观保护规划的地区性途径景观生态学用于森林管理的进展与问题景观生态学的实验模型系统景观异质性：模型及区域化的尺度及层次性问题可持续河流管理的恢复与规划城市景观与城市梯度景观的长时限动力学与历史变化自然干扰效应农业景观问题自然与农业景观中的生物多样性土地利用规划遥感数据应用1.方法论问题2.格局与过程3.生物多样性保护4.规划与设计5.景观管理景观组分构成景观的不同生态系统类型被称为景观组分*斑块（patch）：一个与周围环境不同的相对均质性非线性区域。*廊道（corridor）：不同与两侧相邻土地的一种特殊的带状要素类型。*基质（matrix）：景观镶嵌内的背景生态系统或土地利用类型*网络（network）：是指一个相互连接的廊道系统。二、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。此外斑块大小还将影响景观中的许多生态过程的空间分异，主要包括：三、斑块的边界与边缘*边界（boundary）：构成相邻生态系统边界的区域。*边缘（edge）：一个生态系统周边的附近地区，该区域将缓解环境对生态系统内部的影响。景观中的边界具有不同的功能（生态流障碍、管理界限、环境变化的急变区等）人类是边缘种，并且经常通过各种活动创造更多的边界（景观碎裂化）。边界问题研究通常包括：边界结构、调控机制、边界功能以及边界动态。斑块的边界功能类似于细胞膜的功能（小分子传输、大分子选择性传输以及能量损耗性传输等），景观斑块边界的功能大致可以物化成五个部分：生境功能、滤网功能、通道功能、物种源功能以及汇的功能，这里重点探讨生境功能和滤网功能。★边界的尺度差异：精尺度边界：道路和相邻局部生态系统之间的边界；中尺度边界：中尺度地形及长期土地利用方式之间的边界（如流域边界或大面积农田及果园之间的边界）；粗尺度边界：景观、气候区、生物区边界。边界结构的表征1）边界的宽度边界的宽度一般受自然和人为作用的双重影响，并与边界的发育时间和计量标准有直接联系。A．作用力的方向；B．发育时间；C．计量方式和研究目的2）边界的曲度边界的曲度何以利用两点之间的实际边界长度与两点之间的直线距离之间的比值来衡量。自然起源斑块边界的曲度一般应大于人类起源的斑块类型，所以直线型边界一般与人类的城市化过程密切相关。不同边界曲度与宽度对景观生态系统的影响？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生态应力有效地从主体传授到受体上去。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。一、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、其他生物资源（木材）等；4）美学功能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。二、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。三、廊道的稳态维护1）廊道内外部环境的稳定性；2）廊道内部生物类群的稳定性；3）廊道外部斑块的稳定性；4）人工维护性管理投入；5）两侧人类活动特征。四、廊道的结构主要廊道结构参数包括宽度、内部异质性分异、曲度、结点和间断区等。分析廊道的结构特征可以从空间和内部两个角度来观察。1.廊道的空间特征空间特征描述参数主要有曲度、结点和间断区特征。1）廊道的曲度：就是指廊道在空间的蜿蜒程度。★生态客体在廊道内运动时，对廊道曲度有不同需求，主要包括安全型和效益型两种。决定廊道曲度的因素通常有以下几种：A．地形地貌的控制作用，对资源廊道的约束作用较强；B．区域人文活动特征及空间分布格局，对道路廊道的影响明显；C．生态保护和美化方面的考虑；对防护林和城市带状绿地系统的影响比较突出；D．经济效益方面的考虑，道路建设成本方面的考虑使道路建设一般遵循最短距离法。2）廊道的结点：廊道中的局部膨大部分被称为结点。A．廊道中的结点对于内部的生态流而言通常具有中继站的功能；B．两条廊道交叉地区通常形成结点；C，河流的突起部分往往因新河滩的不断形成，而形成结点，有时会发育串珠状节点。3）廊道的间断区：廊道的间断区是指廊道的生物部分在空间的不连续地段。A．廊道间断区形成达原因可以是自然的，也可以是人工的。B．廊道间断区可以利用数量、累积长度、风险权重或连接度等概念进行评价。2.廊道的内部特征1）多数廊道都包含一个中心带，两侧各有一条边缘带。2）廊道的高度与基质高度的差异对于廊道边缘效应的宽度有显著影响。3）廊道内部的结构差异还可以显著地表现在小气候差异上。4）由于廊道通常可以在景观内延伸很长一段距离，所以其生物组成沿着廊道的走向会显示出一定的差异来。五、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。★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（不利于生物迁移和养分输送、土壤盐化等）。