第六章-景观生态学理论与人类对生态系统的利用

第六章景观生态学理论与人类对生态系统的利用《环境生态学导论》（第二版）盛连喜主编普通高等教育“十一五”国家级规划教材目录第一节景观生态学中的基本概念一、景观及景观生态学二、景观生态学研究的对象及内容三、景观生态学中的基本术语及常用概念四、斑块五、基质六、廊道第二节景观生态学中的几个重要理论一、岛屿生物地理学理论二、复合种群理论三、渗透理论四、等级理论第三节自然景观变化特征及人类对生态系统的利用一、景观异质性和稳定性二、人类对生态系统的利用及影响三、景观变化的驱动因子第四节干扰与干扰生态学一、干扰及其特征二、人为干扰的主要形式三、干扰的生态学意义第一节景观生态学中的基本概念第一节景观生态学中的基本概念•一、景观及景观生态学•二、景观生态学研究的对象和内容•三、景观生态学中常用基本术语及定义•四、斑块五、廊道六、基质引言生态系统生态学更多关注的是相对同质的生态系统内部的能流和物流。但生态系统本身是复杂多样的，人类活动的方式、强度也各有不同，这就意味着对环境问题的思考应着眼于更大尺度，更复杂的系统水平上——区域复合生态系统，即景观生态学的研究范畴。不同学科的景观含义“景观”的三种理解：1.视觉美学在欧洲，“景观”一词最早来源于《圣经》中，用来描述耶路撒冷城美丽的景画。与“风景”同意。例“黄山”、“泰山”、“苏州园林”。2.地理学景观作为地球表面气候、土壤、地貌、生物各种成分的综合体，类似于生态系统。3.景观生态学空间上相邻、功能上相关、发生上有一定特点的生态系统的聚合。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景观生态学的发展历史国外1.萌芽(19世纪初~20世纪30年代)首先生态学的出现，19世纪中期Haeckel，把研究生物和环境关系的科学称之为生态学。其后，从个体生态学发展到群落生态学。1935年，英国生态学家坦斯利提出了生态系统的术语。2.巩固(20世纪30年代后期~60年代中期)1939年，德国著名的地植物学家特罗尔，在利用航片研究东非土地利用问题时提出了景观生态学一词。随后，一些科学家将景观生态学作为生态学一分支进行研究。二战爆发过程中，景观生态学研究几乎处于停滞状态，二战后，由于人口、粮食、环境问题，景观生态学得到蓬勃发展，中欧成为景观生态学研究的主要地区。（例德国、荷兰、捷克等）美国从70年代开始景观生态学研究，发展很快。3.发展(20世纪60年代后期~80年代初，初步发展；20世纪80年代，全面发展)80年代进入景观生态学研究热潮。1981年，在荷兰召开“第一届景观生态学大会”。1982年，国际景观生态学协会成立。（IALE）1984年，Narch.Z和Lieberman（美国）出版《景观生态学的理论和应用》，第一本景观生态学专著。1986年，Forman.R&Godron出版《景观生态学》教材，标志景观生态学发展进入了一个全新阶段。1987年，国际性杂志《景观生态学》出版。4.提高(20世纪90年代，学科的全面提高时期)90年代，景观生态学全球化普遍提高，技术、手段更为先进。（例GIS、遥感等）国内从80年代初开始，1989年10月在沈阳召开首届景观生态学学术讨论会。1998年在沈阳举行“亚洲及太平洋地区景观生态学国际会议”。80年代：起步阶段，侧重于国外文献的介绍•1981年，黄锡畴在《地理科学》上发表了《德意志联帮共和国生态环境现状及保护》一文。同期还发表了刘安国的《捷克斯洛伐克的景观生态研究》。这是国内首次介绍景观生态学的文献。•1983年，林超在《地理译报》上发表了两篇译文，一篇是Troll的《景观生态学》，一篇是E.纳夫的《景观生态学发展阶段》。•1985年，陈昌笃在《植物生态学与地植物学丛刊》发表《评介Z.纳维等著的景观生态学》一文，这是国内首次对景观生态学理论问题的探讨。•1986年，景贵和在《地理学报》发表了《土地生态评价与土地生态设计》，这是国内景观生态规划与设计的第一篇文献。•1988年，李哈滨在《生态学进展》发表了《景观生态学——生态学领域里的新概念构架》一文。同年的《生态学杂志》分别发表了金维根的《土地资源研究与景观生态学》和肖笃宁等的《景观生态学的发展与应用》。•1990年肖笃宁主持翻译了R.T.T.Forman和M.Godron的《景观生态学》一书。90年代迅速发展，大量论文书籍出现•1990年，肖笃宁等在《应用生态学报》发表了《沈阳西郊景观结构变化的研究》一文，该文是我国学者参照北美学派的研究方法而开展的景观格局研究的典范著作。同年景贵和出版了《吉林省中西部沙化土地景观生态建设》论文集。•伍业钢和李哈滨的《景观生态学的理论发展》（1992）和《景观生态学的数量研究方法》（1992）；•傅伯杰的《黄土区农业景观空间格局分析》(1995)、《景观多样性分析及其制图研究》(1995)、《景观多样性的类型及其生态意义》(1996)；一、景观及景观生态学美国著名景观生态学家Forman和Godron(1986)将景观定义为：由相互作用的生态系统镶嵌构成，并以类似形式重复出现，具有高度空间异质性的区域。肖笃宁（1997）将景观概念表述为：景观是一个由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体；它处于生态系统之上，大地理区域之下的中间尺度；兼具经济、生态和美学价值。景观傅伯杰等（2001）在综合国内外有关景观的概念的基础上，总结了对景观的五个方面的理解：一、景观及景观生态学景观由不同空间单元镶嵌组成，具有异质性。景观是具有明显形态特征与功能联系的地理实体，其结构与功能具有相关性和地域性。景观既是生物的栖息地，更是人类的生存环境。景观是处于生态系统之上，区域之下的中间尺度，具有尺度性。景观具有经济、生态和文化的多重价值，表现为综合性.一、景观及景观生态学景观生态学景观生态学（LandscapeEcology)一词由德国区域地理学家Troll于1939年首次提出，他将景观生态学定义为：研究某一景观中生物群落之间错综复杂的因果反馈关系的科学。Forman(1983)指出，景观生态学集中于以下三方面的研究：①景观单元或生态系统间空间关系的研究。②景观单元间的能量流、物质流和物种流。③景观镶嵌体随时间而变化的生态动态（Turner,etal,2001）。景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科（邬建国，2000）二、景观生态学研究的对象和内容景观生态学主要是研究景观的结构、功能和动态变化以及景观的规划与管理。景观生态学研究的主要对象、内容及一些基本概念和理论（邬建国，2000）格局、过程、尺度景观生态学景观结构景观功能景观动态斑块-廊道-基底模式岛屿生物地理学理论空间异质性和斑块性复合种群理论景观连接度临界阈现象和渗透理论斑块动态等级理论人类活动和影响景观生态学的研究内容景观结构斑块间的空间关系斑块大小、形状、类型生态过渡带异质性连接性动物移动水分移动破碎种群动态斑快动态生物驱动气候变化破碎化干扰状况景观功能空间要素间的相互作用景观变化结构和功能随时间的改变三、景观生态学中常用基本术语及定义结构（configuration）：即指空间单元的特殊配置，通常与空间结构或斑块结构同义。连接度（connectivity)：一个景观内一种生境或覆盖类型的空间连续性。该术语强调景观中各要素在功能上和生态过程上的联系（傅伯杰，等，2001）。廊道（corridor）：指与其两侧相邻区域有差异的相对呈狭长形的一种特殊景观类型。覆盖类型（covertype）：在一个景观中，根据不同的分类标准划分出的某些生境、生态系统或植被类型中的一类。边缘（edge）：一般指一个生态系统或覆盖类型的周边部分，其内部的环境条件可能与该生态系统的内部区域有一定差异；有时也用于表示在一个景观中不同覆盖类型间邻接宽度的计量。三、景观生态学中常用基本术语及定义破碎化（fragmentation）：一个生境或覆盖类型破碎为更小的，不相连的小块。异质性（heterogeneity)：景观中包含的不同景观要素的性质或状态，如一个景观中包含的各种生境类型或覆盖类型。与同质性相对。基质（matrix）：景观中的本底覆盖类型，通常具有高覆盖率和高连接度；并不是所有的景观中都可以划分出确定的基质。斑块（patch）：在性质和外貌上不同于周围单元的块状区域。尺度（scale）：对象或过程的时空维度，具有粒度（分辨率）和幅度（范围）的特征。landsat5的TM的一景宽185公里，图像覆盖185*185km2，除了tm6的空间分辨率是120m，其余波段的分辨率为30m；spot5一景宽60公里，覆盖面积为60*60km2,由于搭载两个高分辨率成像装置，多光谱波段的空间分辨率达10m，全色波段影像的空间分辨率达2.5m。破碎化（fragmentation）：一个生境或覆盖类型破碎为更小的，不相连的小块。异质性（heterogeneity）：包含不同景观要素的性质或状态，如一个景观中包含的各种生境类型或覆盖类型，与同质性相对，同质性是指一个景观内的要素是相同的。基质（matrix）：在景观中的本底覆盖类型，通常具有高覆盖率和高连接度；并不是所有的景观中都可以划分出确定的基质。斑块（patch）：在性质或外貌上不同于周围单元的块状区域。尺度（scale）：对象或过程的时空维度，具有粒度（分辨率）和幅度（范围）的特征。三、景观生态学中常用基本术语及定义空间动态预测——尺度上推样点（Plot)样带（Transect)建立植被类型与气候土壤等环境因子的数量关系植被类型=f(气候、土壤…)尺度上推（Scalingup)GIS空间数据植被分布尺度转化与空间过程气候变暖的影响叶片生理生化过程土壤微生物过程单株树木累积效应景观尺度自然干扰物种迁移物种传播经营采伐空间过程反馈空间过程小尺度四、斑块（一）斑块的起源按照起源，可将斑块分为四类：环境资源斑块、干扰斑块、残余斑块和引入斑块。环境资源斑块环境异质性导致环境资源斑块产生。特点：存留时间长、周转率低。干扰斑块基质内的各种局部干扰都可形成干扰斑块。原因：由于局部干扰而产生的。采伐后的森林，草原烧荒，地表煤矿干扰是引起生态系统格局显著偏离其常态的事件。举例：风、火、冰雹、山崩、虫害等。干扰内、外因（如火灾）短期、长期短期特点：具有最高的周转率、持续时间最短、消失最快的斑块类型。残余斑块残余斑块的成因与干扰斑块刚好相反，它是生物群落在受干扰基质内的残留部分。如火灾大火过后残留的一片森林种群大小、迁入和灭绝等在初期变化剧烈，而后进入平稳演替阶段。引进斑块当人们把生物引进某一地区时，就随之产生了引进斑块。如种植斑块、聚居地等斑块持久性时间未干扰基质中局部干扰基质干扰残存长期干扰单一干扰（短期）环境资源斑块干扰斑块残存斑块引进斑块斑块的持久性与稳定性（二）斑块大小和形状的生态学意义斑块大小的生态学意义物种丰富度（或种数）＝f（生境多样性，干扰，斑块面积，演替阶段，基质特征，斑块隔离程度）物种多样性与景观斑块的大小密切相关。在进行自然保护区设计时应考虑如何保持：①较高的当地物种多样性。②稀有种和濒危种。③稳定的生态系统。自然保护区面积是要考虑的主要因素。主要保护的是物种多样性或稀有物种，而不仅仅是斑块数量。斑块形状的生态学意义一般来讲，自然过程造成的斑块（如自然生态系统）常表现出不规则的复杂形状，而人为斑块（如农田、居民区、城市等）往往表现出较规则的几何形状。由圆形斑块到细长斑块，周长-面积比从最小变到最大，物种多样性、斑块中觅食效率也从最大变到最小。（二）斑块大小和形状的生态学意义形状指标内部/边缘边缘长度与本底作用斑块内障碍物生境异质性物种多样性走廊价值寻食效应圆形高小小少小大小大长条形低大大多大小大小斑块的边缘效应边缘效应是指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。斑块中心部分在