第六章-景觀生態(tài)學理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用-環(huán)境生態(tài)學盛連喜

1、第六章 景觀生態(tài)學理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用,《環(huán)境生態(tài)學導論》（第二版）盛連喜　主編,普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,目 錄,第一節(jié) 景觀生態(tài)學中的基本概念,一、景觀及景觀生態(tài)學,美國著名景觀生態(tài)學家Forman和Godron(1986)將景觀定義為：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(zhì)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

2、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。,景觀,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：①景觀由不同空間單元鑲嵌組成，具有異質(zhì)性。②景觀是具有明顯形態(tài)特征與功能聯(lián)系的地理實體，其結構與功能具有相關性和地域性。③景觀既是生物的棲息地，更是人類的生存環(huán)境。④景觀是處于生態(tài)系統(tǒng)之上，區(qū)域之下的中間尺度，具有尺度性。⑤景觀具有經(jīng)濟、生態(tài)和文化的多重價值，

3、表現(xiàn)為綜合性.,一、景觀及景觀生態(tài)學,一、景觀及景觀生態(tài)學,景觀生態(tài)學,景觀生態(tài)學”（Landscape Ecology)一詞由德國區(qū)域地理學家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。,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(zhì)流和物種流。③景觀鑲嵌體隨時間而變化的生態(tài)動態(tài)（Tur

4、ner, et al 2001）。,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）,二、景觀生態(tài)學研究的對象和內(nèi)容,景觀生態(tài)學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.,景觀生態(tài)學研究的主要對象、內(nèi)容及一些基本概念和理論（鄔建國，2000）,三、景觀生態(tài)學中常用基本術語及定義,結構（configuration）：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

5、。連接度（connectivity)：一個景觀內(nèi)一種生境或覆蓋類型的空間連續(xù)性。該術語強調(diào)景觀中各要素在功能上和生態(tài)過程上的聯(lián)系（傅伯杰，等，2001）。廊道（corridor）：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（cover type）：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（edge）：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

6、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。,破碎化（fragmentation）：一個生境或覆蓋類型破碎為更小的，不相連的小塊。異質(zhì)性（heterogeneity）：包含不同景觀要素的性質(zhì)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(zhì)性相對，同質(zhì)性是指一個景觀內(nèi)的要素是相同的?；|(zhì)（matrix）：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

7、確定的基質(zhì)。斑塊（patch）：在性質(zhì)或外貌上不同于周圍單元的塊狀區(qū)域。尺度（scale）：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,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?！　…h(huán)境資源斑塊 環(huán)境異質(zhì)性導致環(huán)境資源斑塊產(chǎn)生。干擾斑塊 基質(zhì)內(nèi)的各種局部干擾都可形成干擾斑塊。殘余斑塊 殘余斑塊的

8、成因與干擾斑塊剛好相反，它是動物群落在受干擾基質(zhì)內(nèi)的殘留部分。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。,（二） 斑塊大小和形狀的生態(tài)學意義,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(zhì)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。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)。,斑塊形狀的生態(tài)學意

9、義一般來講，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。斑塊的形狀對于生物的散布和覓食具有重要作用。,（二） 斑塊大小和形狀的生態(tài)學意義,斑塊的邊緣效應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。斑塊中心部分在氣象條件（如光、溫度、濕度、風速），物種組成以及生物地球化學循環(huán)方面，都可能與其邊緣部分不同。,（二）

10、 斑塊大小和形狀的生態(tài)學意義,五、廊道,（一） 廊道結構特征廊道最重要的特征之一是它的彎曲度或通直度，其生態(tài)意義與生物沿廊道的移動有關。一般說來，廊道愈直，距離愈短，生物在景觀中兩點間的移動速度就越快，反之，則需要較長時間。廊道的另一個重要特征是其連通性。,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。,（二） 廊道的功能,廊道的主要功能，可以歸納為下列四類：①生境（如河邊生態(tài)系統(tǒng)、植被條帶）。②傳輸通

11、道（如植物傳播體、動物以及其他物質(zhì)隨植被或河流廊道在景觀中運動）。③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(zhì)和生物（個體）流在穿越時的阻截作用）。④作為能量、物質(zhì)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(zhì)，從而起到匯的作用）。,（三） 廊道的分類,廊道有三種基本類型：線狀廊道、帶狀（窄帶）

12、廊道和河流（寬帶）廊道。,線狀廊道 帶狀廊道 河流廊道,六、基質(zhì),（一） 基質(zhì)的判定相對面積連通性控制程度 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(zhì)的三個基本標準。,基質(zhì)是面積最大、連通性最好的景觀要素類型,（二） 基質(zhì)的孔隙度,孔隙度這個指標的生態(tài)意義在于：①它在一定程度上表明本底中不同斑塊的隔離程度，而隔離程度影響動物、植物種的基因交換，并

13、進一步影響它們的遺傳分化。②它還可說明邊緣效應，而邊緣多少與動物、植物的分布和生存有一定關系。,第二節(jié),一、島嶼生物地理學理論,島嶼生物地理學理論主要闡述島嶼的面積與物種豐富度的關系，并從物種的遷入和滅絕兩個方面來解釋其機制。,島嶼生物地理學理論的正確性，要遵從以下條件：① 在一個物種集合中，凡“相對豐度”呈對數(shù)正態(tài)分布時，即“分布相符參數(shù)（物種分布函數(shù)與對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)一致）”γ＝１ 時，物種數(shù)目n 與個體總數(shù)N呈規(guī)律關系，這對于

14、島嶼生物地理規(guī)律的表達有利。　?、?物種個體總數(shù)N 與“隔離區(qū)”（島嶼區(qū)）的面積A，有一個相對近似的線性關系。符合此條件時，對島嶼生物地理學理論表達有利。③ 物種的動態(tài)遷移方式，在自然界是很不相同的。當遷移方式與傳布距離同“島嶼”空間分布格局具有某種可比關系時，對島嶼生物地理學理論表達有利?！　、?在目標區(qū)“匯區(qū)”的物種動態(tài)演化，是該物種“遷入－保持－遷出（或消失）”關系的平衡結果。,二、復合種群理論,復合種群可分為經(jīng)典型、大陸

15、－島嶼型、斑塊型、非平衡態(tài)型與混合型五類。,島嶼生物地理學理論和復合種群理論既有聯(lián)系又有區(qū)別。其共同的基本過程是生物個體遷入并建立新的局部種群，以及局部種群的滅絕過程，但島嶼生物地理學更注重格局研究，它是從群落水平上研究物種的變化規(guī)律，對物種多樣性的保護更有意義。而復合種群理論強調(diào)過程研究，是從種群水平上研究物種的消亡規(guī)律，側重遺傳多樣性，因而對瀕危物種的保護更有意義。,三、滲透理論,滲透理論在景觀生態(tài)學中主要被用以研究景觀格局對景觀過

16、程影響的臨界閾值問題。,滲透理論的基本概念（Green,1994）,Ａ表示一個10 ×10的隨機柵格景觀，其中灰色柵格代表生境，白色柵格代表非生境；Ｂ 和Ｃ暢分別表示連接斑塊的平均面積及標準差隨生境面積增加的變化趨勢。,四、等級理論,等級理論的主要概念（鄔建國，１９９９）,第三節(jié),一、景觀異質(zhì)性與穩(wěn)定性,（一） 景觀異質(zhì)性和景觀破碎化 景觀異質(zhì)性Risser 等（1984）認為，景觀生態(tài)學的具體研究內(nèi)容包括：①景觀

17、空間異質(zhì)性的發(fā)展和動態(tài)。②異質(zhì)性景觀的相互作用和變化。③空間異質(zhì)性對生物和非生物過程的影響。④空間異質(zhì)性的管理。景觀異質(zhì)性的研究，側重于空間異質(zhì)性、時間異質(zhì)性和功能異質(zhì)性（研究景觀結構的功能指標，如物質(zhì)、能量和物種流等空間分布的差異性）三個方面。,（一） 景觀異質(zhì)性和景觀破碎化,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(zhì)、能量和物種交流的廊道被切斷，景觀斑塊彼此被隔離，

18、形成島嶼狀。,（二） 景觀穩(wěn)定性,景觀穩(wěn)定性可以從兩個方面來理解，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(1986) 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。,二、人類

19、對生態(tài)系統(tǒng)的利用及影響,,農(nóng)業(yè)革命對環(huán)境的利用和影響,古代狩獵采集社會人類對環(huán)境的利用和影響,工業(yè)革命對環(huán)境的影響,三、景觀變化的驅(qū)動因子,（一） 自然驅(qū)動因子景觀變化的自然驅(qū)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(qū)動因子,景觀變化的人為驅(qū)動因子包括人口因素、技術因素、政經(jīng)體制及政策因素、文化因素等。,（三） 景觀變化對生態(tài)和環(huán)境影響,對區(qū)域氣候的影響景觀變化對區(qū)域氣候的影響，主要是由于地表

20、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。 對土壤的影響景觀變化對土壤的影響，主要體現(xiàn)在土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流動方面。 對水環(huán)境的影響景觀變化對水環(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(zhì)的影響。,第四節(jié),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（1986） （2

21、）“一個對個體或個體群產(chǎn)生的不連續(xù)的、間斷的斬殺、位移或損害” Sousa (1984)（3） “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（4）“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?！?Pickett和White（1985）,,,從生態(tài)因子角度考慮，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)存在因子超“正?！?/p>

22、范圍的波動，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。,干擾的定義,(二) 干擾的特性,,,干擾體,干擾的強度、作用頻率、范圍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。,,

23、,,,,(3)干擾強度,干擾發(fā)生時，干擾因素所表達出的能力值。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。,,(二) 干擾的特性,,不可抗拒的自然力的干擾作用，包括大氣干擾、地質(zhì)干擾和生物干擾等。,區(qū)別于自然干擾的另一種主要干擾方式，是由于人類生產(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

24、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）按干擾動因劃分為自然干擾和人為干擾,(三) 干擾的類型,（2）按干擾來源劃分為內(nèi)源干擾和外源干擾,外援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)源干擾主要包括樹木的傾倒、機械摩擦、種間競爭和生物相克作用等。,內(nèi)源干擾,外

25、源干擾,,,,(三) 干擾的類型,（3）按干擾性質(zhì)劃分為破壞性干擾和增益性干擾,適度干擾可增加生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，而生物多樣性的增加往往又有益于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高。,破壞性干擾,增益性干擾,,,,多數(shù)自然干擾和人為干擾回導致生態(tài)系統(tǒng)正常結構的破壞、生態(tài)平衡的失調(diào)和生態(tài)功能的退化，有時侯甚至是毀滅的，如各種地質(zhì)、氣候災害、森林的皆伐和長期的過度放牧等掠奪式經(jīng)營。,(三) 干擾的類型,二、人為干擾的主要形式,,人為干擾具有廣泛性、多變性

26、、潛在性、協(xié)同性、累積和放大性等特征和性質(zhì),1．對森林和對草原植被的砍伐與開墾,2．污染,3．采集,4．采樵,5．狩獵和捕撈,三、干擾的生態(tài)學意義,1．干擾有利于促進系統(tǒng)的演化,2．干擾是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定的因子,干擾往往始于系統(tǒng)的局部，其作用是影響生態(tài)系統(tǒng)的時空異質(zhì)性。環(huán)境異質(zhì)性可增加物種的多樣性，有利于系統(tǒng)的自然演化規(guī)律。,經(jīng)常處于變化環(huán)境中的物種要比穩(wěn)定環(huán)境中生存的物種更可能忍受環(huán)境壓力。不穩(wěn)定生物群落常常具有較強的恢復力。