第四章-景观生态过程与功能

第四章景观生态过程与功能概述景观生态过程是景观生态流的表现形式，景观生态流是景观生态过程和景观功能的载体。景观生态过程与景观功能关系密切，景观生态过程决定景观功能，同时也影响景观格局以及景观功能的动态变化，而景观功能是景观生态过程所引起的景观要素之间的空间相互作用及其效应，通过了解景观生态流、景观过程的动力与运动机制、景观中动植物的运动、景观要素的过程与功能以及景观破碎化及连接度，把握景观格局与景观生态过程之间的关系，实现认识景观生态过程本质的目的。主要内容一．景观间的生态流及其基本观点二．景观破碎化三．景观连接度与连通性的关系四．景观要素的过程与功能思考题1.什么是景观生态流？它有哪些类型？2.景观生态过程的基本动力包括哪些？3.景观生态过程的媒介物是什么？4.什么是景观破碎化？什么是景观破碎化过程？景观破碎化的空间过程包括哪几种？景观破碎化的生态学意义？5.什么是景观连接度？什么是结构连接度？什么是功能连接度？6.景观连接度与连通性的关系如何？7.廊道对景观生态流的影响如何？屏障、断开和结点如何影响景观生态流？一、景观间的生态流及其基本观点1.景观中的生态流空气流水流养分流2.关于流的基本观点和基本机制媒介物力1.景观中的生态流（1）空气流：风（层流、湍流）（2）水流：地表水流地下水流潮汐和海流（3）养分流：水流携带土壤侵蚀引起对流雨发生的条件：地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，上层温度较低的空气则下沉补充。下层较暖的空气在上升到温度较低的高空后发生冷却，所含的水汽凝结成云，形成降雨。发生的特点：a.对流雨是在大气不稳定的条件下产生的，多发生在夏季酷热的午后；b.其水平尺度很小(0.1～50公里)，降雨历时较短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。c.降水强度的变化很大。对流性降水常伴有闪电和雷声，称为雷阵雨。地形雨发生条件：暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，发生冷却，所含的水汽凝结形成降雨。特点：地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少，其特征因空气本身的温湿特性、运行速度以及地形特点而异，差别较大。锋面雨由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。气团：物理属性在水平方向差异很小的空气质点群体。锋面：温度或密度差异很大的两个气团相遇，接触区形成的过渡带称为锋面。锋面是倾斜的，坡度很小；冷气团在下，暖气团在上；锋面的厚度约1公里，水平宽度在近地面约数十公里，其高度可达400公里以上（延伸到对流层顶）。2.关于流的基本观点和基本机制（1）媒介物：——风、水、飞行动物、地面动物、人（2）力扩散（异质性）重力（水流、滑坡、种子落地等）运动（高度聚集分布格局）二、景观破碎化1.景观破碎化过程穿孔（perforation）分割（dissection）破碎化（fragmentation）收缩（shrinkage）磨蚀（attrition）2.景观破碎化的生态意义1.景观破碎化过程（1）穿孔穿孔是在大面积景观要素单元中在外力作用下形成小面积斑块的过程，是景观破碎化的最普遍的方式。如一大片林地由于伐木而产生的空地，大面积森林中小面积强度火烧形成的火烧迹地等。1.景观破碎化过程（2）分割分割是用宽度相等的带来划分一个区域，形成几个较小斑块的空间过程。如我国三北地区的防护林网格，大面积人工林中开设的防火生土隔离带等。1.景观破碎化过程（3）破碎化破碎化是将一个生境或土地类型分成小块生境或小块地的过程（狭义）。广义的破碎化把这5个过程全包括在内。分割和破碎化的生态效应既可以类似，也可以不同，主要依赖于分割廊道是否是物种运动或考虑过程的障碍。1.景观破碎化过程（4）收缩收缩或缩小在景观变化中是很普遍的过程，它意味着研究对象（如斑块）规模的减小。如林地的一部分被用于耕种或建房，那么残余的林地就会缩小。1.景观破碎化过程（5）磨蚀磨蚀或消失是景观中破碎化形成的斑块被重复破坏而消失的过程。1.景观破碎化过程开始阶段，穿孔和分割过程其重要作用，而破碎化和缩小过程在景观变化的中间阶段更显重要，磨蚀过程是景观变化的最后阶段。这5种景观破碎化的过程对生物多样性、侵蚀和水化等生态特征均具有重要的影响，但景观变化过程中，这5种过程的重要性不同。1.景观破碎化过程穿孔、分割和破碎化既可以影响整个区域，也可以影响区域中的一个斑块。而缩小和磨蚀过程主要影响单个斑块或廊道。景观中斑块的数量随分割过程和破碎化过程而增加，随磨蚀过程而减少。内部生境的总数量随着这5种过程而减少，整个区域的连接性随着分割过程和破碎化过程而降低。2.景观破碎化的生态意义①景观的破碎化过程是降低生物多样性最重要的过程之一。②植被的破碎化能形成不同的景观格局，给景观生态过程带来不同的影响。③景观的破碎化使斑块对外部干扰表现得更加脆弱。④破碎化对许多生物物种和生态过程具有负面影响。2.景观破碎化的生态意义景观破碎化的程度与干扰的强度关系密切。景观破碎化的程度还与人类的活动范围和时间长短有关。景观破碎化是一种动态过程，在一定程度上是一个可逆过程。三、景观连接度与连通性的关系景观连通性测定景观的结构特征，景观连接度测定景观的功能特征，反映了景观特征的2个不同方面。景观连通性可从下述几个方面得到反映：斑块的大小、形状，同类斑块之间的距离，廊道存在与否，不同类型树篱之间相互交的频率和由树篱组成的网络单元的大小。而景观连接度要通过斑块之间生物种迁徒或其他生态过程进展的顺利程度来反映。景观连接度是描述景观功能的特征的一个指标，是一个抽象的、相对的测定指标。景观连通性是描述景观结构特征的一个指标，是一个客观存在的、可以定量化的测定指标。四、景观要素的过程与功能1.廊道的过程与功能2.基质的过程与功能3.网络的过程与功能4.几种典型的景观生态过程与功能1.廊道的过程与功能廊道的4种较为重要的功能：①作为某些物种的栖息地；②作为物种沿廊道迁移的通道；③对其两侧的景观要素间的流起屏障或过滤器的作用；④影响周围基质的环境和生物源。（1）通道动植物是沿廊道迁移的主要物流火灾、虫害爆发等沿廊道蔓延廊道也可起“隘道”或“瓶颈”的作用合理利用可有效控制干扰的传播（2）屏障和过滤器廊道对横穿景观的生态功能流有一定的屏障作用景观中廊道具有“半渗透性”（3）断开断开一般可阻止物种沿廊道的迁移，而且其长度是决定哪些物种受到影响的主导决定因素。断开可以促进一些物种穿越通常对物种迁移起屏障作用的廊道。2.基质的过程和基本功能基质连接度景观阻力孔隙度和斑块间的相互作用影响范围生态交错区距离（1）基质连接度基质连接度较高是指物体穿越基质时几乎不受屏障的阻拦。为了保护那些不能穿越狭窄廊道的内部物种，有时又必须提高或增大基质或嵌块体的连接度。基质连接度对物种多样性保护的影响。如果生境面积足够大，不同生境斑块间的相对隔离可能更有利于保护物种的遗传多样性。（2）景观阻力影响物体流动速度的所有景观结构特征可统称为景观对运动的阻力。景观阻力来源于2个边界特性：界面通过频率和界面的不连续性；以及2个景观要素特性：适宜性和各要素的长度。（2）景观阻力在一些地方，沿迁移路线的基质相对狭窄，以至于物体的运动受到基质宽度的影响，这种基质内的狭谷可以加大或降低物体流动的速度。在景观规划和管理中，狭窄地带具有特殊的意义，应首先予以明确指出。（3）孔隙度和斑块间的相互作用高孔隙度基质对穿越基质的动物或物体可能产生或大或小的影响，这主要取决于斑块和基质间流的性质。相似斑块间的相互作用取决于二者之间距离的大小。对某些类型的流来说，斑块的面积也相当重要，面积大小直接决定了可能的动物资源的总量。（4）影响范围地理学家常用影响范围或作用场概念表示受一个特定结点或斑块影响的地区，这种影响的强弱随距离斑块的远近而又所不同。一个斑块对不同的流动可以有不同的影响范围，因此，可区分出高、中、低级流，这涉及运动物体产生明显影响的距离。将不同流按等级分类，反映在图上就是景观等级空间结构。（5）生态交错区（6）距离景观中往往用从一点到另一点的难易程度作为景观距离的量度。常用的景观距离包括空间距离、时间距离、拓扑距离等距离表示方式。时间距离是指从景观中一点到另一点的通过时间。拓扑距离相对抽象与简略，有利于从总体上把握景观要素间的内在联系。3.网络的过程与功能在多数景观中，网络分布较为广泛，而且相互重叠，类型繁多。景观生态学对能流、物流、物种流的研究似乎与交通运输地理学原理及其相似。其中的一些原理可被景观生态学利用或者改进。（1）结点与廊道结点对流有2种作用，即作为廊道的交接区和流动物体的源或汇。结点类型不同，大小也存在差异，其时间上具有“离散性”。景观中的结点通常可起中续点（站）的作用，而不是迁移的最终目的地，中续点上常出现对物流的控制。（1）结点与廊道一般来说，运输网络的形状可反映使两点间廊道时距减至低程度所作的努力。环线或选择路线可通过传输景观断面周围的物流和减少运动对这些断面的利用来增加迁移效率。廊道网络的主要功用在于结点的可接近性，即孤立结点和相邻地区更易到达。通过对景观中生态客体流的路径、流量的研究，人们可识别出物流的主要线路（干线），大多数物种可沿这些路线迁移，支线或廊道可将边远地区和这些干线连接在一起。干线往往要通过某一景观或局部景观中的主要进出口（门口）。门口可起穿越景观的物流的主要控制点的作用。（1）结点与廊道（2）网络连接度、环通度（3）重力模型当结点差别明显时，其本身性质成为主要因素，并与连接的复杂程度一起控制流量。两个结点本身尺度越大，相互作用也越大；间距越大，相互作用越小。可描述城市间的空运、客流量、电话通话量等。（4）空间扩散过程扩散即向外传播的过程，有狭义和广义之分。等级扩散理论扩张扩散和移位扩散的差异研究扩散过程要用到各种数学模型。（5）最优化最优化过程是对系统内某一事物或几个事物尽量放大，忽略其他组分，将大部分组分或因素减少到最低程度。景观设计中关于网络的最优化的另一命题是如何设计便利环路，经常要求不重复地一次走遍所有街区，并最终回到起点。4.几种典型的景观生态过程与功能I.森林与河流的相互作用II.树篱与毗邻景观要素的相互关系III.动物的运动IV.植物的运动（1）森林与河流的相互作用a.河流对河岸森林的作用河流创造了一种特殊生境，它使河岸植物成为一种特殊的类型。首先，它代表水分充足，植被能吸收地下水层的水分。其次，这里空气也较湿润。由于对养分的截持和拦阻，这里土壤养分也较高，甚至成为生产力最高的林地。不过大的河流经常有洪水泛滥成灾，所以河岸植被还要有一定的耐淹能力。沿岸植物宽窄不一。发育好的地方可以见到河岸植被的呈带变化。这是从河流干扰强烈到逐渐稳定的梯度，某种意义上，它也代表着一种湿生演替系列。河岸植被从上游到下游的梯度变化也是极端明显的。当河谷较宽，出现泛滥平原时，这种变化就更加明显。河流缓冲区域断面图b.森林对河流的作用①维持景观稳定性和保持水土；②维持河流生物的能量和生存环境；③维持河流良好的水文状况；④维持河流的良好水质。不同地面（裸露地、林地）承接降水情况示意图（1）裸露地（2）林地（2）树篱与毗邻景观要素的相互作用a.林带对农田的影响树篱：农田周围天然生长的带状树木。农田防护林的3种形式：林带（农田防护林网）、林农间作、林岛。树篱与林带起源不同，作用相同。林带的影响：小气候土壤湿度动植物作物产量b.农田、林地和居民区对林带的影响农田影响林带及其附近的物种和物质的空间格局。一个树篱或林带的物种组成，常与它是否与林地相连有关。居民区附近的林带或片林一般更受居民重视。（3）动物的运动a.巢域、疏散和迁徙动物的巢域（homerange）：取食和日常活动的区域。领地（territory）：抵御外来其他物种入侵的地域。动物疏散（dispersal）：动物个体