景觀生態(tài)學理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用

關于景觀生態(tài)學理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用1Z.Naveh(以色列)：景觀是自然、生態(tài)、地理綜合體。美國景觀生態(tài)學家Forman和Godron(1986)：景觀是由相互作用的生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌構成，并以類似形式重復出現(xiàn)，具有高度空間異質性的區(qū)域。肖篤寧(1997)將景觀概念表述為：景觀是一個由不同土地單元鑲嵌組成，具有明顯視覺特征的地理實體；它處于生態(tài)系統(tǒng)之上，大地理區(qū)域之下的中間尺度；兼具經(jīng)濟、生態(tài)和美學價值。代表性定義第2頁,共47頁，2024年2月25日，星期天傅伯杰等（2001）在綜合國內(nèi)外有關景觀的概念的基礎上，總結了對景觀的五個方面的理解：第3頁,共47頁，2024年2月25日，星期天景觀生態(tài)學一詞由德國學者Troll于1939年首次提出，他將景觀生態(tài)學定義為：研究某一景觀中生物群落之間錯綜復雜的因果反饋關系的科學。Weins(1993)：景觀生態(tài)學主要研究一系列生態(tài)現(xiàn)象中鑲嵌體空間格局的效應。Forman(1983)指出，景觀生態(tài)學集中于以下三方面的研究：①景觀單元或生態(tài)系統(tǒng)間空間關系的研究。②景觀單元間的能量流、物質流和物種流。③景觀鑲嵌體隨時間而變化的生態(tài)動態(tài)。景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學是研究景觀單元的類型組成、空間配置及其與生態(tài)學過程相互作用的綜合性學科（鄔建國，2000）第4頁,共47頁，2024年2月25日，星期天二、景觀生態(tài)學研究的對象和內(nèi)容主要是研究景觀的結構、功能和動態(tài)變化以及景觀的規(guī)劃與管理。1.景觀結構不同景觀要素之間的空間關系。2.景觀功能各種景觀要素之間的相互作用，不同生態(tài)系統(tǒng)之間的能量流、物質流和物種流。3.景觀變化景觀的結構和功能上隨時間的變化。4.景觀管理通過分析景觀特征，提出景觀利用管理最優(yōu)化方案。第5頁,共47頁，2024年2月25日，星期天三、景觀生態(tài)學中常用基本術語及定義結構：即指空間單元的特殊配置，通常與空間結構或斑塊結構同義。連接度：一個景觀內(nèi)一種生境或覆蓋類型的空間連續(xù)性。強調(diào)景觀中各要素在功能上和生態(tài)過程上的聯(lián)系。廊道：指與其兩側相鄰區(qū)域有差異的相對呈狹長形的一種特殊景觀類型。覆蓋類型：在一個景觀中，根據(jù)不同的分類標準劃分出的某些生境、生態(tài)系統(tǒng)或植被類型中的一類。邊緣：一般指一個生態(tài)系統(tǒng)或覆蓋類型的周邊部分，其內(nèi)部的環(huán)境條件可能與該生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部區(qū)域有一定差異；有時也用于表示在一個景觀中不同覆蓋類型間鄰接寬度的計量。第6頁,共47頁，2024年2月25日，星期天破碎化：一個生境或覆蓋類型破碎為更小的，不相連的小塊。異質性：包含不同景觀要素的性質或狀態(tài)，如一個景觀中包含的各種生境類型或覆蓋類型，與同質性相對，同質性是指一個景觀內(nèi)的要素是相同的?；|：在景觀中的本底覆蓋類型，通常具有高覆蓋率和高連接度；并不是所有的景觀中都可以劃分出確定的基質。斑塊：在性質或外貌上不同于周圍單元的塊狀區(qū)域。尺度：對象或過程的時空維度，具有粒度（分辨率）和幅度（范圍）的特征。三、景觀生態(tài)學中常用基本術語及定義第7頁,共47頁，2024年2月25日，星期天四、斑塊（一）斑塊的起源按照起源，可將斑塊分為四類：環(huán)境資源斑塊、干擾斑塊、殘余斑塊和引入斑塊。環(huán)境資源斑塊環(huán)境異質性導致環(huán)境資源斑塊產(chǎn)生。特點：存留時間長、周轉率低。第8頁,共47頁，2024年2月25日，星期天干擾斑塊基質內(nèi)的各種局部干擾都可形成干擾斑塊。

原因：由于局部干擾而產(chǎn)生的。采伐后的森林，草原燒荒，地表煤礦干擾是引起生態(tài)系統(tǒng)格局顯著偏離其常態(tài)的事件。舉例：風、火、冰雹、山崩、蟲害等。干擾內(nèi)、外因（如火災）短期、長期短期特點：具有最高的周轉率、持續(xù)時間最短、消失最快的斑塊類型。第9頁,共47頁，2024年2月25日，星期天殘余斑塊成因與干擾斑塊剛好相反，它是生物群落在受干擾基質內(nèi)的殘留部分。如火災大火過后殘留的一片森林。原因:由大范圍干擾活動，如森林砍伐、城市化等造成局部范圍內(nèi)幸存或殘存的自然與半自然生態(tài)系統(tǒng)片段包圍著一小塊未受干擾地區(qū)的大范圍干擾造成的。引進斑塊當人們把生物引進某一地區(qū)時，就隨之產(chǎn)生了引進斑塊。如種植斑塊、聚居地、高爾夫球場等。第10頁,共47頁，2024年2月25日，星期天不同斑塊的大小、形狀、邊界以及內(nèi)部均質程度都會表現(xiàn)出很大的不同。斑塊的的結構特征對生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)和水土流失等過程都有重要影響。如大型植被斑塊具有多種重要的生態(tài)功能；小的植被斑塊可以作為物種遷徙的歇腳地，保護分散的稀有種類和小生境有利于提高景觀的異質性。景觀中不同類型和大小的斑塊可導致其生物量在數(shù)量和空間分布上的不同。一般來說，斑塊越小，越易受到外圍環(huán)境或基質中各種干擾的影響。對斑塊的影響的大小不僅與斑塊的面積有關，同時也與斑塊的形狀及其邊界特征有關。（二）斑塊大小和形狀的生態(tài)學意義第11頁,共47頁，2024年2月25日，星期天斑塊大小的生態(tài)學意義物種豐富度（或種數(shù)）＝f（生境多樣性，干擾，斑塊面積，演替階段，基質特征，斑塊隔離程度）物種多樣性與景觀斑塊的大小密切相關。理論上，斑塊中物種豐富度與斑塊面積成正比。在進行自然保護區(qū)設計時應考慮如何保持：①較高的當?shù)匚锓N多樣性。②稀有種和瀕危種。③穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。自然保護區(qū)面積是要考慮的主要因素。第12頁,共47頁，2024年2月25日，星期天斑塊形狀的生態(tài)學意義斑塊形狀多種多樣，一般來講，自然過程造成的斑塊（如自然生態(tài)系統(tǒng)）常表現(xiàn)出不規(guī)則的復雜形狀，而人為斑塊（如農(nóng)田、居民區(qū)、城市等）往往表現(xiàn)出較規(guī)則的幾何形狀。形狀分析可了解物種動態(tài)；斑塊的形狀對生物的散布和覓食具有重要作用。斑塊的形狀與環(huán)境變化及更新過程有關。園林設計，采取不同斑塊形狀，收到不同的藝術效果。第13頁,共47頁，2024年2月25日，星期天斑塊的邊緣效應邊緣是指兩個不同的生態(tài)系統(tǒng)相交而形成的狹窄地區(qū)。斑塊的邊緣部分有不同于內(nèi)部的物種組成和過渡，這就是通常所說的邊緣效應。換言之，邊緣效應是指斑塊邊緣部分由于受外圍影響而表現(xiàn)出與斑塊中心部分不同的生態(tài)學特征的現(xiàn)象。許多研究表明，斑塊周界部分常常具有較高的物種豐富度和初級生產(chǎn)力。第14頁,共47頁，2024年2月25日，星期天五、廊道與本底有所區(qū)別的一條帶狀土地，可以看作是一個線狀或帶狀的斑塊。簡單的說是指線形的景觀單元。例如:樹籬、公路景觀中的廊道是指與其兩側相鄰區(qū)域有差異的相對呈狹長形的一種特殊景觀類型。第15頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（一）廊道結構特征彎曲度或通直度：其生態(tài)意義與生物沿廊道的移動有關。連通性：廊道如何連接或在空間上怎么連續(xù)的量度。連通性高低決定了廊道的通道和屏障功能。第16頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（二）廊道的功能生境如河邊生態(tài)系統(tǒng)、植被條帶傳輸通道如植物傳播體、動物以及其他物質隨植被或河流廊道在景觀中運動過濾和阻抑作用如道路、防風林道及其他植物廊道對能量、物質和生物（個體）流在穿越時的阻截作用作為能量、物質和生物的源或匯如農(nóng)田中的森林廊道，一方面具有較高的生物量和若干野生動植物種群，為景觀中其他組分起到源的作用，而另一方面也可阻截和吸收來自周圍農(nóng)田水土流失的養(yǎng)分與其他物質，從而起到匯的作用。第17頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（三）廊道的分類三種類型：線狀廊道、帶狀(窄帶)廊道和河流(寬帶)廊道1.線狀廊道廊道是一條很窄的帶，植被類型基本上是邊緣占優(yōu)勢。一般有7種：道路、鐵路、堤堰、溝渠、輸電線、草本或灌絲帶、樹籬2.帶狀廊道廊道是一條很窄的帶，其寬度是可以造成一個內(nèi)部環(huán)境，含有內(nèi)部種，每個側面都存在邊緣效應。3.河流廊道是指由于河流分布而不同于周圍基質的植被帶，通常包括河流邊緣、河漫灘、河堤和部分高地。第18頁,共47頁，2024年2月25日，星期天六、基質（一）基質的判定相對面積的大小、連通性和對景觀動態(tài)的控制作用是判定基質的三個基本標準。相對面積基質面積在景觀中最大，超過現(xiàn)存的任何其他景觀要素類型的總面積，基質中的優(yōu)勢種也是景觀中的主要種。連通性基質的連通性較其他景觀要素高。控制程度基質對景觀動態(tài)的控制較其他景觀要素大?；|是面積最大、連通性最好、在景觀功能上起控制作用的景觀要素第19頁,共47頁，2024年2月25日，星期天斑塊在本底中稱為孔。單位面積的斑塊數(shù)目稱為孔隙度。它是本底中斑塊密度的量度。與斑塊大小無關。（二）基質的孔隙度第20頁,共47頁，2024年2月25日，星期天孔隙度的生態(tài)意義1）它提供了一個了解物種隔離程度和植物種群遺傳變異的線索。2）孔隙度是邊緣效應總量的指標，是一個對野生生物管理、對能流物流指導意義的因素?？紫抖鹊捅砻骶坝^中有邊遠地區(qū)存在，這對需要邊緣生境的動物很重要。第21頁,共47頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)第22頁,共47頁，2024年2月25日，星期天島嶼生物地理學的核心是研究物種豐富度與棲息地面積及島嶼與外界隔離程度的關系。MacArthur和Wilson的島嶼生物地理理論首次從動態(tài)方面闡述了物種豐富度與面積及隔離距離之間的關系。該理論認為，島嶼的物種豐富度決定于物種的遷入率和滅絕率。因此，島嶼生物地理學廣泛應用于島狀生境的研究，成為自然保護區(qū)規(guī)劃、設計的理論基礎。一、島嶼生物地理學理論第23頁,共47頁，2024年2月25日，星期天物種數(shù)量與島嶼面積的關系(種-面積曲線)在氣候條件相對一致的一定區(qū)域內(nèi)，島嶼上物種數(shù)目會隨著島嶼面積的增加而增加，開始增加迅速，當物種接近該生境所能承受的最大數(shù)量時，增加逐漸停止。隨著面積的增加，物種多樣性增加的效果在島嶼要比連續(xù)生境內(nèi)明顯。Preston(1962)提出著名的種－面積方程：S＝cAzLogS=zLogA+logc式中，S是種豐富度，A是面積，c和z常數(shù)。c為物種的分布密度，即單位面積內(nèi)的物種數(shù)目；z為某個統(tǒng)計指數(shù)，理論值為0.263，實際通常在0.18與0.35之間。c和z值常采用統(tǒng)計回歸方法獲得。物種數(shù)目的對數(shù)與面積對數(shù)呈線性關系第24頁,共47頁，2024年2月25日，星期天物種

數(shù)

島嶼的面積

空間面積每增加10倍，物種數(shù)目平均增加1倍。這里，十分重要的是c的數(shù)值。大量研究證明，c的取值從0.05~0.37，最大值約為最小值的7~8倍,其變幅之大是驚人的。就全球陸地植物而言，c的平均值為0.22,它決定著物種數(shù)目的基礎動態(tài)變化狀況。z值的生物學意義：當z=0.5時，只需要將島嶼面積增加4倍，物種數(shù)即可加倍。第25頁,共47頁，2024年2月25日，星期天平衡理論平衡理論認為，島嶼生物種類的豐富程度取決于新物種的遷入和原有物種的滅絕，當物種的遷入率和滅絕率相等時，島嶼物種的數(shù)目達到動態(tài)平衡。理論要點：①每個島嶼的物種數(shù)都有一個平衡密度,島嶼越大，物種平衡密度越高；②不管目前物種數(shù)多于平衡密度還是少于平衡密度，島嶼上的物種數(shù)總是不斷地趨向于平衡密度；③任何島嶼上的物種數(shù)都處于一種動態(tài)的平衡之中，這種動態(tài)平衡是由于新物種不斷遷入和原有物種不斷消失所維持的；④島嶼上的物種數(shù)在年與年之間是相對穩(wěn)定的，但是他的組成成分是不斷變化的。第26頁,共47頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)第27頁,共47頁，2024年2月25日，星期天一、景觀異質性與穩(wěn)定性（一）景觀異質性和景觀破碎化景觀異質性Li(1995)：系統(tǒng)或系統(tǒng)屬性在空間上的復雜性惡化變異性，是產(chǎn)生空間格局的主要原因。Risser等(1984)認為，景觀生態(tài)學的具體研究內(nèi)容包括：①景觀空間異質性的發(fā)展和動態(tài)。②異質性景觀的相互作用和變化。③空間異質性對生物和非生物過程的影響。④空間異質性的管理。景觀異質性的研究，側重于空間異質性、時間異質性和功能異質性（研究景觀結構的功能指標，如物質、能量和物種流等空間分布的差異性）三個方面。第28頁,共47頁，2024年2月25日，星期天景觀異質性重點用于描述景觀組分的空間分布差異。景觀組分大致有三種比較典型的空間分布格局：聚集分布：導致景觀組分出現(xiàn)的內(nèi)在驅動因素在空間分布上是不均勻的，某種景觀結構特征（或組分類型）只在一些特殊地段出現(xiàn)。隨機分布：導致景觀組分出現(xiàn)的內(nèi)在驅動因素在空間分布上是非常均勻的，無顯著的空間作用力類型和強度差異。規(guī)則分布：導致景觀組分出現(xiàn)的內(nèi)在驅動因素在空間分布遵循一定的規(guī)則，最后組分也呈顯著的規(guī)則分布。第29頁,共47頁，2024年2月25日，星期天景觀異質性的意義：1.有利于保持物種多樣性2.有利于提高景觀的多樣性和復雜性3.對景觀設計、規(guī)劃與管理具有重要意義第30頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（一）景觀異質性和景觀破碎化景觀破碎化主要表現(xiàn)為斑塊數(shù)量增加而面積減少，斑塊的形狀趨于不規(guī)則，景觀內(nèi)部生境面積縮小，作為物質、能量和物種交流的廊道被切斷，景觀斑塊彼此被隔離，形成島嶼狀。第31頁,共47頁，2024年2月25日，星期天景觀異質性與景觀破碎化是具有顯著區(qū)別但又有一定聯(lián)系的兩個概念。景觀異質性的形成與自然干擾有關，輕度的人為干擾也可能會增加景觀異質性；人為干擾尤其是強度大、頻度較高的干擾會加劇景觀的破碎化，景觀破碎化的結果會使景觀的異質性下降，不利于生態(tài)系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定以及各種生態(tài)功能的維持。（一）景觀異質性和景觀破碎化第32頁,共47頁，2024年2月25日，星期天可從兩個方面理解，一是依據(jù)景觀變化的趨勢來分析和判定其穩(wěn)定性，二是從景觀對干擾的反應來認識其穩(wěn)定性。Forman和Godron按照下述三個參數(shù)來研究景觀變化曲線的特點：①曲線總趨勢：分為水平趨勢、上升趨勢和下降趨勢三種類型。②圍繞總趨勢的相對波動大小，分為波動較小和波動較大兩類。③波動的節(jié)律：分規(guī)則和不規(guī)則兩類。景觀穩(wěn)定性還可以從景觀對干擾的不同反應來描述。抵抗力恢復力（二）景觀穩(wěn)定性第33頁,共47頁，2024年2月25日，星期天二、人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用及影響第34頁,共47頁，2024年2月25日，星期天 三、景觀變化的驅動因子（一）自然驅動因子景觀變化的自然驅動因子包括地貌因子、氣候因子、生命的定居、土壤因素以及自然干擾等。（二）人為驅動因子景觀變化的人為驅動因子包括人口因素、技術因素、政經(jīng)體制及決策因素、文化因素等。第35頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（三）景觀變化對生態(tài)和環(huán)境影響對區(qū)域氣候的影響主要是由于地表土地利用／土地覆被改變后引起了太陽輻射能在地表分配的變化。對土壤的影響主要體現(xiàn)在土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流動方面。對水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對區(qū)域水文過程和水循環(huán)的影響上，由于城市聚居區(qū)的擴大及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要等增加的大量用水，另外還包括對水質的影響。第36頁,共47頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)第37頁,共47頁，2024年2月25日，星期天一、干擾及其特征（一）干擾的定義（1）“顯著地改變系統(tǒng)正常格局的事件”Forman和Godron（2）“景觀基本表現(xiàn)單元的突然變化，并通過種群反映的明顯改變而表述出來”。Bazzaz（3）“相對來說非連續(xù)的事件，它破壞生態(tài)系統(tǒng)、群落或種群的結構，改變資源、養(yǎng)分的有效性或者改變物理環(huán)境?！盤ickett和White從生態(tài)學角度考慮，干擾的定義是：群落外部不連續(xù)存在、間斷發(fā)生的因子的突然作用或連續(xù)存在因子的超“正?！狈秶牟▌?，這種作用或波動能引起有機體、種群或群落發(fā)生全部或部分明顯變化，使其結構和功能受到損害或發(fā)生改變。第38頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（二）干擾的特性干擾體干擾類型、作用頻率和強度等特性在某一時間過程的總和被稱為干擾體。(1)干擾范圍指干擾體作用的空間范圍的分布特點，它常與地理、地形和環(huán)境梯度有關系。(2)頻率和周期指同一空間范圍或同一組織水平內(nèi)，單位時間某一干擾發(fā)生的次數(shù)。其倒數(shù)稱為干擾周期，即某一干擾兩次發(fā)生的時間間隔。(3)干擾強度干擾發(fā)生時，干擾因素所表達出的能量值。由于干擾因素的差異，這一特性的定量分析要視具體干擾類型來確定強度衡量的具體單位。(4)時間尺度指干擾發(fā)生的具體時刻及其時間跨度，不同時間的干擾作用，會產(chǎn)生不同的干擾效果。第39頁,共47頁，2024年2月25日，星期天是指由于人類生產(chǎn)、生活和其他社會活動形成的干擾體對自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)施加的各種影響。自然干擾人為干擾人為干擾從傷害強度、作用范圍、持續(xù)時間、發(fā)生頻率、潛在危害、誘發(fā)性等都高于自然干擾。（1）按干擾動因劃分（三）干擾的類型不可抗拒的自然力的干擾作用，包括大氣干擾、地質干擾和生物干擾等。第40頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（2）按干擾來源劃分外源干擾的動因源于系統(tǒng)外部，它的影響與生態(tài)系統(tǒng)自身特點有關，干擾作用的利害也是多方面的。指由內(nèi)源因子對系統(tǒng)發(fā)生的作用。如森林生態(tài)系統(tǒng)中，內(nèi)