9第十章 景观动态变化

第十章景观动态变化亚马逊河流域大片森林被毁灭，现代社会一座座高楼拔地而起，洪水顷刻间淹没了农田，落荒地逐渐演变成与当地气候相适应的顶极群落，等等。我们周围的景观无时无刻不在发生着变化。其结果不仅改变了人类的自然环境，而且影响着人类的社会制度、经济制度甚至文化思想。景观变化（景观动态）：景观在各种内外部驱动因素作用下其结构和功能随时间推移发生的变化过程，表现出的特征与规律。变化形式：有规律的变化（演替、物种进化、地貌形成）和非规律变化（自然灾害、人为干扰）。变化时间：长时间尺度（几百年、上千年）和短时间尺度（瞬间、几年、几十年）。第一节景观稳定性第二节景观变化第一节景观稳定性景观稳定性只是相对于一定时段和空间的稳定性；景观组分稳定性的不同影响着景观整体的稳定性；景观要素的空间组合方式也影响着景观的稳定性；稳定性最大威胁来自于人类活动的干扰，因而人类同自然的有机结合是保证景观稳定性的决定因素。一、景观稳定性的概念1、景观参数的变化曲线若不考虑时间尺度，景观参数随时间变化曲线的特点可以由3个独立参数来描述：•变化的总趋势（上升、下降和水平趋势）；•围绕总趋势的相对波动幅度（大范围和小范围）；•波动的韵律（规则和不规则）。波动韵律变化趋势波动幅度景观变化的12条变化曲线不同的稳定态势（a）美国田纳西洲阿巴拉契亚硬木林在1000年内预测的生物量变化（b）英国剑桥附近罗金厄姆林地面积400年来的变化（c）夏威夷冒纳罗亚山上空22年间大气中CO2含量的变化2、景观稳定性的概念：Forman(1986)：表达为抗性、惰性、弹性等多种理解。Neef（1974）：认为是景观的某种惯性。本书作者：景观保持原有状态及其受干扰后回归该状态的能力。对景观稳定性概念的理解（两个方面）1）从景观变化的趋势来认识：持久性：表示系统或某些成分的生存时间。恒定性：表示系统某些特征的波动频率和幅度。2）从景观对干扰的反应来认识：恢复性或弹性：表示系统发生变化后恢复到原来状态的能力。（可用系统回到原状态所需的时间来度量。）抗性阻力：表示系统抵抗外界变化的能力。3、对稳定性、亚稳定性和非稳定性三种状态的理解1)稳定性(stability)：是相对的，景观参数的长期变化成水平状态，并且在其水平线上下波动，波动幅度和周期具有统计特征的，我们认为是稳定的。从四个方面来分析P162.2)亚稳定性(meta-stability)：景观处于动态平衡之中。说它是动态的，是因为它还在变化；说它是平衡的，因为从较长的尺度来说，它又是不变的。亦即相对稳定状态，是景观自组织的一种表现，具有可预测的波动状态。3)非稳定性(instability）：是指波动方式经常发生变化或不可预测。非稳定性可能以两种类型存在：(1)系统发生变化后，达到新的可预测波动状态，形成一种新的亚稳定平衡。(2)在统计学意义上没有新的可预测波动状态出现。非稳定性既可以是暂时的，也可以是长期的。4、稳定性的其他相关概念（特征）稳定性概念很多，使用频繁，人们从不同角度(刘增文等，1997；蔡晓明，2000；傅伯杰等，2001)形成了许多有区别的概念。恒定性指生态系统的物种数量、群落生活型或环境的物理特征等参数不发生变化。是一种绝对稳定的概念，这种稳定在自然界中几乎不存在。持久性指生态系统在一定边界范围内保持恒定或维持某一特定状态的历时长度。这是一种相对稳定的概念，且根据研究对象不同，稳定水平也不同。惯性指在风、火、病虫害及食草动物数量剧增等扰动因子出现时生态系统保持恒定或持久的能力。弹性或称恢复性指生态系统缓冲干扰并仍保持在一定阈限之内的能力。抗性或称抵抗力，描述生态系统在受到扰动后产生变化的大小，也就是衡量生态系统对敏感性的大小。变异性描述系统受到扰动后种群密度随时间变化的大小。变幅指生态系统可被改变并能迅速恢复原来状态的程度。二、景观形成要素的稳定性景观是由气候、地貌、岩石和土壤、植被、水文五大要素组成。景观整体的稳定性是由其各形成要素的稳定性所决定的，景观各形成要素的稳定性千差万别，为此在对景观稳定性做总体评价时，应考虑到各要素在景观稳定性中的作用及其相互联系。1、气候气候具有两种变化：周期性变化、异常变化，具有不稳定性。2、地貌通常在研究景观的动态时认为地貌要素是稳定的。3、岩石和土壤对多数地区来说，岩石和土壤属稳定的景观要素，通常很少考虑。4、植被在景观稳定性中起主要作用。具有周期性和异常变化两种情况。对多数景观来说，植被的稳定性实际上代表了景观的稳定性。一般地说，在实际评价景观稳定性时，主要考虑的是植被要素的变化。5、水文水既是景观中较为活跃的组成要素，又是对景观的变化最具影响力的干扰因素。水的稳定性最差，其变化又很难预测。三、景观稳定性的尺度问题我们以上所谈到的景观稳定性，实际上都没有考虑景观稳定性的尺度问题，或者下意识地根据自己假定的一个尺度来评判景观是否稳定。景观稳定性的尺度问题包括：景观稳定性的时间尺度问题和景观稳定性的空间尺度问题。景观的稳定性取决于观察景观时所选择的时空尺度。景观稳定性的时间尺度景观稳定性是一个相对的概念，任何景观都是连续变化的瞬息状态，这些状态可以看作是时间的函数，我们评价景观是否稳定首先根据自己假定的一个时间尺度。（或者变化速率）。景观稳定性的时间尺度以人一生的生命周期为好。景观稳定性的空间尺度指景观的异质稳定性，即在立地水平上不断变化和大尺度上相对静止的统一。大尺度上景观结构和要素组成的变化需要很长的时间才发生，而小尺度上景观的变化在短期就可以发生。四、干扰与景观稳定性景观可以看作是干扰的产物。稳定性是系统两种特征——恢复性和抗性的产物。一般地说，1）景观抗性越强，景观越稳定；2）景观恢复性越强，景观越稳定；3）终级景观的抗干扰能力比初始景观强；4）受到干扰之后，初始景观的恢复能力又比终级景观强。景观对干扰的抵抗能力被限定在一定的阈值之内。在稳定性研究中，最好用不同稳定性的组分来量度和表示抗性和恢复性。干扰的强度和频率常常相互作用影响景观稳定性：（1）若干扰的强度很低，而且干扰是规则的，景观能够建立起与干扰相适应的机制，从而保持景观的稳定性。（2）若干扰的强度比较严重，但干扰经常发生，并且可以预测,景观也可以逐渐适应干扰的机制来维持稳定性。（3）若干扰不规则，而且发生的频率很低，则景观的稳定性最差。（4）理论上讲，在干扰经常发生，而且没有一定干扰规律下形成的景观，其稳定性最高。五、景观稳定性测度自然景观中自然植被的自发演替过程是由非均匀化逐渐向均匀化转变，不同物种逐渐聚集形成一定结构，其内部有序性发生改变。熵就是一个衡量系统内部有序性或者混沌程度的量。经修正后用于景观稳定性的计算。P163-164.结论：自然植被无序度高，熵值大，景观就越稳定；相反，有序性强，熵值愈低，景观越不稳定。第二节景观变化一、景观变化的基本规律性及其判断标准1、基本模式恒定式：周期循环式：定向式：分段模式灾变模式2、判断标准1）基质是否发生了改变；2）若基质未发生改变，那么景观要素类型所占比例是否发生了变化；3）是否有占有一定比例的新景观要素类型出现。案例：P167浦东新区景观类型面积变化。二、景观变化的驱动因子傅伯杰（2001）：自然和人文两大类。张秋菊（2003）：大尺度上是地貌、气候自然因子和人口、文化、社会经济等人文因子占主导作用；小尺度上是植被、土壤和技术革新等因子起主导作用。肖笃宁、王宪礼等对湿地景观变化的研究证明了人为和自然不同性质的驱动因子的主导和叠加影响。土地利用/土地覆盖变化是研究驱动因子的切入点。分析方法：典型相关分析法和逐步回归分析法。三、景观变化的空间过程与模式穿孔分割破碎化缩小消失空间过程影响单个斑块或廊道影响整个区域或斑块分析图10-4，空间过程？空间变化方式或者组合成五个阶段？1、怎样穿孔及孔的大小变化可以是过程。可仅仅说这种现象就可以理解为方式。2、纵向变化可以看作过程，可图10-5又说的是五种空间过程。3、破碎化一般要在穿孔或者分割到一定程度后产生，所以破碎化的前提是否该是穿孔或者分割。空间模式：原因不一，格局各异