景观生态学基础知识及前沿概况

景观生态学基础知识及前沿概况一、相关背景知识二、景观生态原理与空间规划三、学科前沿一、相关背景知识1、地球知识补课2、生态学知识补课3、景观生态学的发源地球知识补课地球知识补课地球知识补课地球知识补课地球知识补课生态学知识补课•生态学的概念：生态学是研究生物之间、生物与环境之间的相互关系的科学。——以生物为主体（源于生物学）•种群的概念：指在一定时空中同种个体的总和，是特定的时间和一定的空间中生活和繁殖的同种个体组成的群体。•群落的概念：是指一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的复合，它包括植物、动物和微生物等各个物种的种群，共同组成生态系统中有生命的部分。•生态系统的概念：是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。生态学知识补课•生态因子的概念：指生态环境中，对人类及生物的生长与发育具有直接或间接影响的外界环境要素，例如：光、温、热、地形地貌、海拔高度、土壤、气候条件等。•生态因子的分类：两类法：生物因子：同种生物、异种生物有机体非生物因子：温度、湿度、大气条件、光等物理化学因子五类法：气候因子：光能、温度、空气、水分、雷电等。土壤因子：土壤的结构、有机物无机物数量、理化性能等。地理因子：海洋陆地、平原高原、坡度坡向等等。生物因子：动植物、微生物对环境的作用及生物之间的相互影响。人为因子：资源利用、环境污染等。景观生态学的发源●景观生态学主要来源于地理学的景观理论和生物学的生态理论。●景观生态基本元素的确定发源于地理学中的景观理论●景观过程研究发源于生物学中的生态理论●景观生态主要研究景观（几公里到十几公里，即几平方公里至几百平方公里）及景观以上尺度的宏观景观。景观生态学的发源基本概念●景观格局景观格局是景观元素的空间布局，这些元素一般是指相对均相的生态系统和水体，森林斑块，农田斑块，建成区等。●景观过程景观过程包括物种和人的空间运动，物质(水、土、营养)和能量的流动，干扰过程(如火灾、虫害)的空间扩散等。●景观生态学无论景观的格局或是过程，都随时间的推移而变化，景观生态学是研究景观格局和景观过程及其变化的科学。景观生态学的发源●景观生态基本元素为什么这样界定？微观尺度景观景观生态学的发源●景观生态基本元素为什么这样界定？中观尺度景观景观生态学的发源●景观生态基本元素为什么这样界定？宏观尺度景观景观生态学的发源●景观生态基本元素为什么这样界定？●景观生态规划主要研究景观（几公里到十几公里，即几平方公里至几百平方公里）及景观以上尺度的宏观景观。●微观尺度：交往、感受、立体及空间形态;中观尺度：大型公共空间，肉眼可辨识的风景；肉眼辨识物体的最大视距为390m左右，具“领域感”的上限；宏观尺度，景物的具象形态已不可辨识，只有鸟瞰或平面上的点、线、面状的辨识；景观生态学的发源总结：源于地理学的景观研究，针对大尺度大地景观，以一种斑块、廊道、本底为基本元素的土地镶嵌体的观念来理解大地景观，并研究其空间布局。源于生物学的生态研究从生物种群的繁衍、迁徙、进化中，观察到一种动态的景观过程，并记录研究，总结出一些规律。以此为源头，产生了研究景观格局和景观过程及其变化的科学——景观生态学。●景观生态规划景观生态规划就是对景观的格局和过程进行规划调控，使得特定的景观格局更加健康和可持续。二、景观生态学原理与空间规划1、景观生态学的尺度问题2、对空间规划有指导意义的景观生态学原理3、相关案例景观生态学研究的基本尺度层次：区域尺度：指由大量景观单元组成，其空间尺度一般至少为100Km2,可大至几个GCM的网格单元（每个网格单元为500Km2）。景观尺度：是由一系列具有不同生物和非生物结构的不连续的斑块所组成（Pickett&Candenasso,1995），是一些异质性土地类型、植被类型以及土地利用系统的镶嵌体（Urbanetal.,1987）,其地理跨度从几公里到十几公里（即几平方公里至几百平方公里）；肉眼可鸟瞰斑块尺度：可作同质处理的土地单位，具有生态系统的特性，空间尺度为十几米到上百米（几百平方米至几公顷）；肉眼平视可观全貌。景观生态学的尺度问题景观生态学的尺度问题对空间规划有指导意义的景观生态学原理景观生态学眼里的城乡空间对空间规划有指导意义的景观生态学原理以景观生态学原理来指导城乡景观的空间规划的思路与途径：基于景观生态学上述原理，景观格局规划就是对景观中的斑块、廊道以及由它们构成的整体格局进行人为的调控，以实现一种较为理想，有利生态健康的景观格局，调控的途径可以针对景观元素，也可以是对整体布局，具体来说，途径有以下三种方式：1、斑块形态控制：通过人为调控斑块的大小、形状、位置等等，控制斑块形态；2、廊道形态控制：通过人为调控廊道的弯曲度、宽度、连接度等等，控制廊道形态；3、网络形态（镶嵌体）控制：通过人为调控景观网络的网眼、节点、孔隙度、边界、环通性等等，控制景观网络形态；对空间规划有指导意义的景观生态学原理以景观生态学原理来指导城乡景观的空间规划的思路与途径：另一种观点：调控的途径有以下四种方式：1、斑块形态控制：调控斑块的大小、形状、位置、数量等等，控制斑块形态；2、边缘和边界控制：调控边缘结构、形态（包括斑块形态）、边界的曲直；3、廊道与连接度控制：物种迁徙廊道、踏脚石、道路和防护林、溪流和河流廊道；4、镶嵌体控制：通过人为调控景观网络的网眼、节点、孔隙度、边界、环通性等等，控制景观网络形态；关于斑块形状、大小、位置控制的原理关于斑块形状、大小、位置控制的原理关于斑块形状、大小、位置控制的原理关于斑块形状、大小、位置控制的原理关于斑块形状、大小、位置控制的原理D-形状系数L-斑块固边长度A-斑块面积D值说明某一斑块周边长度与面积同该斑块相等的圆的圆周长之比，比值为1为圆形，比值越大说明该斑块周边越发达●斑块形状描述公式ALD2●边界形状原理景观元素间的边界像一个半透膜，边界的形状对本底与斑块间的相互关系极为重要，具备最小的周长与面积之比的形状不利于能量与物质交换，具节省资源的特征；相反，周长与面积之比大的形状利于与周围环境进行大量的能量与物质交流。关于斑块形状、大小、位置控制的原理关于边缘与边界控制的原理关于边缘与边界控制的原理关于廊道与连接度控制的原理关于廊道与连接度控制的原理关于廊道与连接度控制的原理1弯曲度(curvilinearity)廊道中两点间的实际距离与它们之间的直线距离之比，与沿廊道的移动有关。越弯曲，生物沿廊道的移动越困难。2连通性(connectivety)定义：单位长度廊道中中断数量来度量。例如：农田树篱作用：一个廊道连通性高低决定了廊道的通道和屏障功能。3狭点(narrow)定义：廊道中的狭窄处，“瓶颈”作用：影响运动例如：河流峡口4节点(nodes)定义：两个廊道的连接处或一个廊道与斑块的连接处。作用：缓冲、联接、过渡，往往是生态格局规划的关键点，提供了许多相联系的物种源，当物种在斑块中消失时，有利于物种重新迁入。关于廊道与连接度控制的原理关于廊道与连接度控制的原理关于廊道与连接度控制的原理关于镶嵌体控制的原理关于镶嵌体控制的原理关于镶嵌体控制的原理基于景观生态学原理提出的景观格局理想模式福尔曼（Forman)最优景观格局模式1、在规划区域内保留生态学上具有不可替代意义的大型自然植被斑块用以涵养水源，保护稀有植物。2、有足够宽的廊道以保护水系和满足物种、能源的流动。3、在开发区或建成区保有小的自然资源斑块和廊道以保证景观的异质性。可概括为：集聚间有离析的景观格局。保留主要山林、水系作为基础框架，由廊道和踏石（小斑块）连接几个大斑块和多个自然分布在城市中的更小斑块。基于景观生态学原理提出的景观格局理想模式基于景观生态学原理提出的景观格局理想模式俞孔坚景观安全格局的基本模式：一个典型的生态安全格局包括：源(source)、缓冲区(bufferzone)、源间联接(inter-sourcelinkage)、辐射道(radiationroutes)战略点(strategicpoints)5个部分。构筑安全格局意味着选择、维护和在某些潜在的战略部位引入斑块,使他们成为“跳板”,建立源间联系廊道和辐射道。基于景观生态学原理提出的景观格局理想模式三、景观生态学的新进展•重点研究方向——景观生态评价、规划和模拟一直占居主导地位,其次是景观格局、景观过程和尺度、景观生态保护与生态恢复等。•新的学科生长点——水域景观生态学、景观遗传学、多功能景观研究、景观综合模拟、景观生态与可持续性科学。三、景观生态学的新进展90年代中期以来•重点研究方向——景观生态评价、规划和模拟一直占居主导地位,其次是景观格局、景观过程和尺度、景观生态保护与生态恢复、景观生态学的理论探讨。•新的学科生长点——水域景观生态学、景观遗传学、多功能景观研究、景观综合模拟、景观生态与可持续性科学。三、景观生态学的新进展景观生态评价、规划和模拟研究的进展特征：1、在景观生态评价中越来越多地考虑人类活动和社会经济因素的作用；2、景观规划和设计的科学基础日益得到重视，开始倡导有效地构建基础研究与规划设计之间的桥梁，使科学研究的成果能够更多地应用于实践、发挥其社会价值，同时，使景观规划和设计中能够更多地考虑景观格局与生态过程和景观生态功能的关系，增强规划和设计成果的科学性;3、景观模拟的研究越来越注重格局与过程的综合。三、景观生态学的新进展景观格局、景观过程和尺度研究的进展：1、从景观格局的简单量化描述逐渐过渡到以景观格局变化的定量识别为基础，并进一步追溯格局变化的复杂驱动机制和综合评价格局发生变化后的生态效应；2、对格局分析的主要手段“景观指数”的研究进入新的阶段，其尺度变异行为、生态学意义等已经引起了高度关注，在已有指数的选择和新指数的构建过程中，学者们更加理性和谨慎；3、景观格局与生态过程相互作用关系及其尺度效应的研究得到普遍重视，并在不断发展和深化之中。三、景观生态学的新进展新生长点——水域景观生态学研究：1、河流有其自身结构,包括深槽、浅滩、支流、牛轭湖等,这种异质性的空间格局就构成了独特的河流景观,而且河流景观斑块组成随着水文情势的变化呈现动态性特征。而水域景观生态学定量地描述水域景观中结构与功能的关系,比如异质性、等级性、方向性或不同空间尺度上的过程反馈。2、作为生态学、地理学、水文学的结合点,水域景观生态学成功地将斑块格局、等级理论与水域生态系统联系起来。3、水域景观生态学研究切入点举例：水域景观格局对过程的影响,如河道结构和水流特征对鱼类洄游和繁殖的影响、对污染物迁移转化的影响。