景观干扰

1第七章景观干扰与景观尺度2第一节景观干扰的概念和类型第二节干扰状况第三节景观尺度3概述干扰是自然界常见的现象，它直接影响生态系统和景观的演变过程。赵奕（2001）：干扰既是破坏因素，也是建设因素；干扰倾向于对优势种竞争力的有效破坏和对弱势竞争力物种生存机会的创造。干扰存在于自然界的各个方面，研究不同尺度干扰所产生的生态效应十分重要。4景观演变史一个十分复杂的过程，在这个过程中，有自然和人为干扰两方面的因子共同作用，景观生态学的研究尺度是以人类活动的尺度为核心，而人类活动又是形成景观、构建由自然和人工管理斑块组成镶嵌体的主要动力，并且随着经济发展和人口增长，人为干扰因素在景观演变过程中起着越来越大的作用。目前人类互动渗透到地球每一个角落，从而不可避免地出现了全球性的生态环境问题，因而研究景观干扰在景观生态学中的意义重大。5第一节景观干扰的概念和类型一、干扰的概念由于研究人员的研究背景和侧重点不同，干扰也有不同的定义。Sousa(1984)认为：干扰是一种突发性事件，对个体或群体产生破坏或毁灭性作用。Pickett和White(1985)将干扰定义为：相对来说非连续的事件，它破坏生态系统、群落或种群的结构，改变资源、养分的有效性；或者改变物理环境。Turner(1993)认为：干扰是破坏生态系统、群落、种群的结构，并改变资源、基质的适应性；或者物理环境的任何时间上发生的相对不连续事件。6邬建国（2000）：生态学干扰是发生在一定地理位置上，对生态系统结构造成直接损伤的、非连续性的物理作用或事件。本书作者的理解：剧烈影响生态系统、群落或种群结构，并能改变资源和物理环境的相对离散事件。适用于各种生物系统的一般化定义：干扰是阻断原有生物系统生态过程的非连续性事件，它改变或破坏生态系统、群落或种群的组成和结构，改变生物系统的资源基础和环境状况。7二、干扰类型干扰的来源、规模和后果等方面差异很大，系统地对干扰进行分类是困难的，但可以根据不同的目的从需要的角度对干扰进行适当的划分。1、按干扰发生的范围分类小规模干扰：0.1hm2以下的干扰；树冠空隙干扰大规模干扰：0.1hm2以上的干扰。大面积的森林火灾81987年5月6日至6月2日在黑龙江省大兴安岭地区发生，是新中国成立以来最严重的一次森林火灾。该大火不但使得中国境内的1800万英亩（相当于苏格兰大小）的面积受到不同程度的火灾损害，还波及了苏联境内的1200万英亩森林；这次火灾在大兴安岭地区的西林吉(漠河县）、图强（图强镇）、阿木尔（劲涛镇）和塔河4个林业局所属的几处林场同时发生。起火最初原因是一位林场工人启动割灌机引燃了地上的汽油造成的，灭火时只熄灭明火，却没有打净残火余火，致使火势失控。9从现象上讲一、面积特大：整个火灾过火面积达133万公顷，外加1个县城、4个林业局镇、5个贮木场等。二、时间特长:林区大范围降雨，才全部不见明火，而后续战斗则到最后才结束，以防复燃。三、损失巨大:这场大火直接损失达4.5亿元人民币，间接损失达80多亿元，还未包括重建费用和林木再生资源的损失，以及多年后林木减产，林区人员重新安置的费用，如果算上环境恶化的因素，这些损失几乎可以超过200亿。四、死亡人数多:仅有户籍之人死亡即达210人，烧伤者达266人、1万余户、5万余人流离失所；这还不算失踪人员和林区大量的外来流动人口。10从本质上讲：这起大火暴露出中国林区开发、建设中的一系列诸多问题。包括指导思想、环保意识、防火措施、灭火装备，以及官僚体制方面的种种弊端。一场大火过后，紧接而来的是趁火打劫、乱砍乱伐、文过饰非、推过揽功。官场中借机洗了一次牌筹，老百姓无奈经历了一次劫难。许多事情至今仍说不清、道不白，或者干脆说揭不开、捂得紧。不该免职的免职了，不该判刑的判刑了，不该上去的上去了、不该立功的立功了。当然，从客观上讲，国家也从中汲取了深刻的教训，不然也就不会有20世纪90年代的“天保”(天然林保护)工程，也不会下决心从林区逐年疏散人口。11“5.6”火灾过后，大兴安岭林区建立了一整套恢复、更新工作体系，采取人工造林、人工促进更新、天然更新和封山育林等多种方式，全面立体地进行火烧迹地更新和生态系统恢复。“天保”工程实施后，生态建设被提到了更为重要的位置，为森林资源和生态系统的加快恢复创造了有利条件。在位于西林吉林业局施业区内的“5.6”大火起火处，100多公顷人工林已经拔地而起，平均树高达6米。营林专家介绍说，目前大兴安岭北部4个林业局火烧迹地上的落叶松、云杉、樟子松等更新林最高的已超过20米，林冠下各种野生植物枝繁叶茂。由于森林资源总量增加，森林植被、林分结构、生物多样性明显改善，森林涵养水源、防风固沙、净化空气、改善气候等方面的功能也基本得到了恢复。122、按干扰来源分类（1）自然干扰：无人为活动介入的，在自然环境条件下发生的干扰。自然干扰因素分为生物和非生物的（风、火、火山爆发、病虫害等）2005年8月25日，飓风“卡特里娜”在美国佛罗里达州登陆，给美国带来了重创：上万人死亡，著名工业城市新奥尔良几乎浸泡在海水中，城市瘫痪，百万人流离失所，经济损失超过干亿美元…这是美国历史上罕见的灾难，有人把它称作为“天灾9·11”。13（2）人为干扰：在人类有目的的行为指导下，对自然进行的改造、破坏或生态建设。如烧荒种地、森林砍伐、方木、病虫害防治等。3、按干扰的功能分类内部干扰：在相对静止的长时间内发生的小规模干扰，对生态系统演替起到重要作用。如林间空隙干扰外部干扰：短期内的大规模干扰，打破了自然生态系统的演替过程。如火灾、风暴、砍伐等。144、按干扰的性质来分类物理干扰：如森林退化引起的局部气候变化、土地覆被减少引起的土壤侵蚀、土地沙漠化等。化学干扰：土地污染、水体污染以及大气污染引起的酸雨等。生物干扰：病虫害爆发、外来物种入侵等引起的生态平衡失调和破坏。5、按干扰的传播特征分类局部干扰：土地翻耕、平整跨界干扰：跨越生态系统边界扩散到其它类型的斑块。森林火灾的蔓延、病虫害的大面积迁移（蝗灾）。156、按干扰的作用强度分类（1）轻度干扰（弱度干扰）：低强度的作用力，会使景观发生波动，即较小的环境变化可能导致景观特性发生变化，但仅仅是围绕中心位置波动而已。只要干扰力消除，景观即可迅速恢复到原状态。如一条小河的干枯（2）适度干扰（中度干扰）：当作用力达到一定值时，外力起到一种干扰力的作用，不过只是适度干扰，景观系统超出其波动平衡范围内的变化，已进入非稳定状态。如连续多年的干旱造成大量草地斑块枯死。但是如果气候正常，景观还可以恢复到原来的平衡状态。16（3）严重干扰（强度干扰）：当作用力大于某一阈值N时，景观不能再恢复到原来的平衡状态。在这种情况下，外力产生严重的干扰，使景观产生新的平衡。如多年干旱，人口迁移（4）极度干扰（突变型干扰）：可导致景观替代，当作用力超过R时，原有的景观消失，被新的景观所替代。如乡村变为城市、草原变沙漠17第二节干扰特征一、干扰状况概念：指的是某个地区或某种特定立地上，某种干扰因素各种参数（如干扰发生的规模、强度、频率、分布和周期等）的综合表现。干扰状态的一般特征及含义1、干扰分布指干扰在不同空间的分配与组合规律。包括与地理、地形、环境以及群落梯度的关系。如干扰斑块的大小、形状、分散程度等指标均可表明干扰空间分布的特点。182、干扰的频率指单位时间内发生干扰事件的次数。包括干扰的重现间隔期和干扰的持续期。3、干扰强度从干扰因素本身来看，在一定时间内，一定面积上，该事件的物理力(干扰程度)。如草原火烧强度是指单位时间没前进1m所释放的能量。4、预测性根据以往重发干扰的时间间隔，推测下次发生的可能性及其状况。（只是可能性，干扰一般不可测）5、协同效应一种干扰引发其他干扰产生的协同力的大小。如干旱可增加林火的作用强度，虫害可增加受风暴危害的可能性。19二、干扰的性质1、干扰具有多重性，对生态系统影响表现为多方面：干扰的分布、频率、尺度、强度等。2、干扰的影响具有较大的相对性：自然界发生的同样的事件，在某种条件下可能对生态系统形成干扰，在另一环境条件下可能是生态系统的正常波动。*3、干扰的影响具有明显的尺度性：病虫害的发生。204、干扰可以看作是对生态系统演替过程的再调节：通常情况下，生态系统沿着自然演替的轨道发展，在干扰的作用下，生态系统的演替过程发生加速或倒退。如森林火灾、土地沙化（自然情况、人为干扰）5、干扰的结果多数情况下具有不协调性：干扰扩散的结果可能导致景观内部异质性提高，不能与原有景观格局形成一个协调的整体6、干扰在时空尺度上具有广泛性（有不同组织层次的干扰）211、干扰与景观异质性一方面，干扰对景观异质性的影响决定于干扰的性质。一般认为，低、中强度的干扰可以增加景观的异质性，但在高强度干扰下，将会导致更低的景观异质性。（森林大火、小火）另一方面，干扰对景观的影响在较大程度上还与景观的性质有关。对干扰敏感的景观结构，在受到干扰时，受到的影响较大，而对干扰不敏感的景观结构，受到的影响较小。（针叶林、阔叶林）三、干扰的生态学意义22另外，景观异质性变化同样也会影响干扰在空间上的传播与扩散。如单一作物的大面积种植。东北的玉米海232、干扰与景观破碎化（1）一些规模较小的干扰可以导致景观破碎化：如山区森林火灾强度较小时，将在基质中形成小的火烧迹地斑块，导致景观结构破碎化（2）一般情况下，大规模的干扰可能导致景观的均质化，而不是进一步的破碎化；如火灾足够大时，景观中的各种异质性斑块将会遭到毁灭，整个区域形成一片荒芜，火灾过后的景观会称为一个较大的均质性基质。但也可能导致更强的破碎化（小面积的皆伐）。24景观破碎化对景观的影响：（1）景观破碎化导致斑块局部小气候发生变化；木材收获导致上层林冠水平的变化和景观水平的破碎化，从而改变了森林的光照、风速和湿度（2）景观破碎化改变种群动态和群落结构：边缘效应（3）破碎化造成动植物栖息地被破坏，导致生物多样性下降：破碎化的斑块越小，种群密度降低程度越大，灭绝的速度越快，生境丧失和破碎是生物多样性降低的主要原因25（4）景观破碎化损害生态系统的健康和完整性，导致生态系统服务功能发生变化。如使局部的水文循环、营养循环、碳截留能力和物种组成受到影响，造成生态系统服务功能退化。（5）景观破碎化为病原体入侵提供机会。如修路和采伐导致林木受伤给病原体提供了感染的场地。263、干扰与物种多样性（1）干扰对物种多样性生物影响：干扰本身的性质、不同物种对各种干扰的反应。适度干扰下生态系统具有较高的物种多样性，在较低和较高频率的干扰作用下，生态系统中的物种多样性均趋于下降。（2）中度干扰假说：从生物意义来讲，中度干扰可以增加生态系统的生物多样性，有益于生态系统稳定性的提高。如火干扰消除了地表集聚的枯枝落叶层，改变了区域小气候、土壤结构与养分，进而促进或保持较高的第一生产力。27干扰频率假说：干扰发生的时间间隔比竞争排斥所需时间短时，才能维持种的丰富度。高斯竞争排斥假说（在稳定的环境中，为相同资源竞争的两个物种不能长期共同生存，最后其中的一个占优势）28高斯认为，由于竞争的结果，两个相似的物种不能占有相似的生态位，而是以某种方式彼此取代，使每一物种具有食性或其他生活方式上的特点，从而在生态位上发生分离。高斯的这一思想是在他的开创性实验工作基础上形成的。高斯首次用实验的方法观察了两个物种的竞争现象。他将在分类和生态上极相近的两种草履虫——双小核草履虫（Parameciumaurelia）和大草履虫（P．caudatum）作为实验材料，以一种杆菌为饲料，进行培养。当单独培养时，两种草履虫都出现典型的逻辑斯蒂增长，当混合在一起时，开始两个种群都有增长，但双小核草履虫增长快些。2916天后，只有双小核草覆虫生存，大草履虫完全消亡。由实验条件可以保证，两种草履虫之间只有食物竞争而无其他关系。高斯的解释是，大草履虫的消亡是由于其增长速度（内禀增长率）比双小核草履虫慢。因为竞争食物，增长快的种排挤了增长慢的种。这就是当两个物种利用同一食物资源时