第五讲-景观的动态发育与变化

园林学习网〓〓1第五讲景观的动态发育(Landscapedynamicanddevelopment)与变化（Landscapechange）一、景观的动态发育(Landscapedynamicanddevelopment)1景观发育的自然过程（NaturalProcessesinLandscapeDevelopment）我们也许会问什么是最为永久的、最为原始的控制景观发育过程的特点，现在认为气候、地形是长期的景观的特点，而气候与地形有着密切的相关性。构成景观发育的自然过程主要是以下5个方面，既地形、气候、动植物的建立、土壤发生发育及自然的干扰1）地貌Geomorphology4个过程造成了地貌：造山过程（Platetectonics）；侵蚀（erosion）；沉积作用（depositionofmaterials）；冰川侵蚀作用（glaciation）。这些过程形成了景观的不同特性如：景观的深度效应（deepeffect）:我们对景观的感觉是受到地形及地貌的影响，如果站在山脚会感到景观的狭小和紧密、但如果站在同样山区的顶峰在，则感到景观十分的开阔。景观的开阔性（Openness）景观的粗糙度（ruggedness）是山坡、山谷、山峰、等等的集合。河流系统Riversystem河流系统是以其纵向断面的均衡性比较，此为景观生态学者提供2个重要景观特点，第一是河流纵向方向上的平均高度递减。第二是，景观内若干条河流之间平均高度降低的变化。山地几条河流之间的坡度变化高，而平原基本相似。河流系统的均衡性（Equilibriumprofiles）受河床岩石的影响、2）基岩、气候和Stasic过程（Bedrock,Climate,Stasicprocesses）基岩与气候之间的关系用Erhart(1967)的Stasy模型来表明，其说明了形成景观的两个过程。他把地球的历史划分为两个阶段：a、激烈变化决定性的阶段（crisisperiod）,即气候的急剧变化或造山运动发生，另外主要是机械性的侵蚀，从山地侵蚀的物质沉积在低地，这个过程具有陡峭的山体、湍急的河流系统，称为rhexistasy，例如现在的喜马拉雅山就是处于典型的Rhexistasy阶段。B、平静阶段（calmperiod），植被保护着山坡免受侵蚀、溪水清清、河流平静，该过程并非没有景观的发育过程，景观的变化依然存在，在植被与动物的作用下发生各种物质的转化，最终造成土壤层，成为生物过程（biostasy）),是在地质年代的中生代发生。3）不同气候条件下的地质过程(Geomorphicprocessesunderdifferentclimates)赤道地貌(EquatorialGeomorphology)热带气候地貌（Geomorphologyintropicalclimate）；荒漠地貌（DesertGeomorphologies）,大多荒漠具有盐湖，风造成希奇古怪的沙漠地貌，特别的是园林学习网〓〓2具有绿州在景观上通常有廊道连接地中海气候地貌（GeomorphologyintheMediterraneanClimate）,例如南加洲，澳大利亚的西南部，南非等，是地球上唯一的在最热的季节最干旱，冬季潮湿多雨。植被不能完全覆盖土地的表面，地表的流失严重，突然发育缓慢、土层很薄。温带的地貌（Geomorphologyoftemperatezone）海洋性海洋性气候与大陆性气候，这里改变地貌的主要是生物过程，因此十分缓慢，必须很好的了解这里的地形与地貌。寒冷地带（Coldregions）指北极极地，高山的冻原。3）生物的形成Establishmentoflifeform植物：有花植物的出现以及生态意义，有花植物与动物的合作进化（1）主要的植物类群出现在古生代和中生代（2）今天地球上的植物的大部分属主要出现在第三纪（3）今天地球山上植物的大多数种类出现在第三纪末期（4）在地球上出现冰期是植物迁移的主要时期（5）今天地球上的主要原生植被类型是在冰期后形成，约12000年前。动物：具有3个方面的特点：（1）动物的形成要比植物快，特别是那些迁移性的动物如候鸟，他们只是在最适宜的环境中栖息，环境发生变化他们的居住地也发生变化，因此动物的存在与否与景观中环境的波动及形成的饿历史有关。（2）动物与环境有密切的关系，自然选择对动物来讲起着十分重要的作用，大多数动物在新的环境会迅速的失去变异。因此，脊椎动物的平均遗传变异率7%，无脊椎动物为13%，植物在则为17%。（3）动物种群的形成在景观系统总中导致重要的反馈回路。所以：（1）气候直接作用与植被，侵蚀，各类的沉积以及地形地貌。（2）植被受气候的直接作用但植被同时对土壤的形成起重要的作用（3）土壤反过来也影响植被，因此植被与土壤是一个循环反馈的作用过程（4）气候、植被和土壤为动物群的形成提供了环境条件，但在这个作用圈中动物同样也影响到植物和土壤，如通过授粉、啮食、种子的散布等作用改变植物。动物群是景观质量的最好指标。4）景观中种的发生（Speciationinlandscape）speciation的过程是指种的变化、适应、迁移、生存或形成新的物种的过程。园林学习网〓〓3举麋鹿为例，Moose(Alcesamericana)是西半球最大的动物之一主要在寒冷地带，夏季以水生植物为食料、冬季则以幼幼嫩的树枝为主要食物，在冰川之前只有一个种主要在阿拉斯加到加拿大的广大地区，冰川向南移动、麋鹿成为隔离的4个种群分别分布在现在的美国中北部州，五大湖南及落矶山、阿拉斯加。在整个冰川期间只能在一个种群内繁殖，大约1万年前冰川时期结束麋鹿重新分布到其原来的分布范围但4个亚种仍然存在至今。在一个景观种化的两个极端的例子：图2森林生物量的垂直分布图1麋鹿的分布变迁非洲的马达加斯加，有十分丰富的物种，因为这个面积巨大的岛与大陆的隔离已经有几千万年的历史，而且一直处于相对稳定的热带气候条件下、所有的动植物种群都是在几乎没有受到很大干扰的环境下发育，景观空间上的同质性以及长期的稳定性有利与物种的种化与形成。另外的情况是高山被雪覆盖的山坡，由于周期性的雪化与雪盖，使得该地的植物不能与周围的植物发生基因的交融，加强了种化的过程。植被高度的增加(increaseinvegetationstature)植被分布类型与气候关系密切，Whittaker指出，当气温达到-60C，降水达到500mm就出现木本植被，（图2）森林生物量的分布具有垂直与水平分布的特点。d土壤发育e自然的干扰作用火灾，洪水，火山，台风等早成对景观的灾害作用，灾害点（Catastrophepoint）,威胁生态系统使其达到明显改变的程度即为灾害点（灾害）阈值2景观动态发育的人为作用1）改变自然的平衡韵律（Modificationofrhythms）如果一个景观保持长时间的不受干扰，最终是朝向同质性发育，一定程度的干扰迅速增加异质性的程度，园林学习网〓〓4激烈的干扰或增加或减小异质性的程度。因此，景观是处于相对动态的平衡状态。人类活动改变了自然的韵律，如温室的营造改变了植物依赖昼夜交替的生长节律，3景观梯度：目前地球上主要有5种景观（1）自然景观，基本没有受到人为活动的影响，因此自然的斑块及廊道的密度很低，边界不十分明显，绝大多数的斑块是由于空间上的物理分布变异造成的环境资源斑块，但是干扰斑块同时存在。廊道一般都是溪流廊道，同时生物量的积累总是最高，但净生物生产低，因为系统支持大量的消费者，生物多样性也保持在高水平。图1图2图3景观变化梯度的斑块特征的变异图4景观变化梯度的廊道和其他要素的特征变化（2）经营管理的景观(managedlandscape)，如草原、森林，人类经营或采收部分的植物。受人为活动的经营，因此具广大面积的基质，只是少数的种类、主要用于生产。一般有小的村庄（Hamlets指没有教堂的小村庄），线形的廊道连接、物质的循环由于收获等受到阻隔，物种的多样性有可能增加或减少。（3）栽培的景观，具有村庄或人工与自然的斑块散布在栽培的景观之中。是人为活动影响自然景观及经营景观的主要方面，从栽培性的斑块到几乎全部的景观是栽培性的。包括了以下的过程：农业栽培的发展，乡村的发展，南斯拉夫公元前6000年前就有乡村，中东公元前５000年前有乡村，埃及公元前4000年。乡村是景观的斑块增加，导致廊道与网络的增加，相反使基质的连接度下降。有些物种几乎总是伴随乡村而出现。特点：农业景观的发展有以下3个阶段a传统农业阶段，景观的基质主要是许多小块分散的农地园林学习网〓〓5b传统农业与现代农业的结合，在上述景观构成中出现较大面积的同质性大斑块（农地，）c现代农业但仍保留有传统农业。主要是大面积同质性的现代农业斑块，同时有一些传统农业栽培的小面积斑块。最主要的特点是几何形，线条与各种形状的块结合。与上述的经营景观相比，斑块的密度增加、而斑块的尺度变化减小，斑块的起源主要是引进斑块而干扰斑块减少，净生产力提高、营养物质的输入在农田十分高因此能维持高产，同样营养物质的输出及流失同样也很高；物种的多样性地、一般只是1-2种栽培的植物，分散的残留自然生态系统同样具有很低的生物多样性。（4）郊区景观，城镇、乡村、农田等的组合，郊区是最最异质性的景观类型，而且对他的了解也比较少。（5）城市景观，密集的人工建筑中分散了一些植物的组群如公园等。图3、图4表明沿景观变化梯度景观要素的特征变化。二、景观的变化（landscapechange）造成景观变化的因素是多种多样的，例如战争、地震、火灾、洪水，台风等可以在短时间内完全的改变景观，历史上这样的事件举不胜举、而且很容易被人们所了解；另外一些因素造成的景观变化，例如病虫害、或者逐渐的影响景观变化很容易被人们所忽略，1937年荷兰榆树病传到美国时并非引起注意，但不久美国榆树大量的死亡几乎改变了美国城市的景观才引起人们的注意。植被演替的过程一般经历数十年或几百年，而地质过程则是以百万年计，因此影响景观改变的因素具有时间、空间上的差异。1、景观的变化曲线（Variationcurves）取决于3个参数（1）变化的总趋势，如增加、降低或保持恒定。（2）围绕变化总趋势的相对变化幅度（amplitudeofoscillation），振幅的大小。（3）变化的韵律rhythmofoscillation，规则性的或不规则性的。图5生态系统的12种变化曲线园林学习网〓〓6这3个参数是综合的，表现为以下的12种基本曲线类型（图5）景观变化的重要特点，如斑块的形状、廊道的宽度、背景、景观网络发育、生产力、N的水平、生物多样性、稀有物种、演替速度、景观单元之间的水流动、动物（昆虫）的迁移、生物量等等。例如北美Appalachia山地的阔叶森林1000年来的生物量变化，采用数学模型模拟而得，表明是不规则的变化。英国剑桥附近的森林，在过去400年的面积变化表明具有较小波动的逐渐降低的变化趋势。2、稳定性与不稳定性（Stabilityandinstability）1）稳定性：稳定的景观：（1）长期的变化可用直线来表示（2）变化的幅度及振动的周期性具有统计上的特点。意为具有水平的变化趋势以及不同程度的规律性的变化幅度的才是稳定的景观。这个稳定的定义是广泛性的，但对于生物生态系统来说没有绝对稳定的。生态系统的稳定性应该用亚稳定或准稳定性这个术语（metastability）这表明系统是平衡的（Equilibrium）长期中是围绕着中心振动。2）不稳定性：系统如果发生干扰系统偏离平衡点，系统出现新的轨道使系统进入另一个新的中心点。不稳定的系统其变化的趋势、振幅大小以及振动规律都发生变化。不稳定的系统一般有两种情况：（1）系统在受到干扰后不断的变化达到新的相对平衡点（2）