第六章-景觀生態(tài)學(xué)理論與人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用-環(huán)境生態(tài)學(xué)盛連喜_第1頁(yè)
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1、第六章 景觀生態(tài)學(xué)理論與人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用,《環(huán)境生態(tài)學(xué)導(dǎo)論》(第二版)盛連喜 主編,普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,目 錄,第一節(jié) 景觀生態(tài)學(xué)中的基本概念,一、景觀及景觀生態(tài)學(xué),美國(guó)著名景觀生態(tài)學(xué)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(gòu)成,并以類(lèi)似形式重復(fù)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(gè)由不同土地單元鑲嵌組成,具有明顯視覺(jué)特征的地理實(shí)

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(jì)、生態(tài)和美學(xué)價(jià)值。,景觀,傅伯杰等(2001)在綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)景觀的概念的基礎(chǔ)上,總結(jié)了對(duì)景觀的五個(gè)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(shí)體,其結(jié)構(gòu)與功能具有相關(guān)性和地域性。③景觀既是生物的棲息地,更是人類(lèi)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(jì)、生態(tài)和文化的多重價(jià)值,

3、表現(xiàn)為綜合性.,一、景觀及景觀生態(tài)學(xué),一、景觀及景觀生態(tài)學(xué),景觀生態(tài)學(xué),景觀生態(tài)學(xué)”(Landscape Ecology)一詞由德國(guó)區(qū)域地理學(xué)家Troll于1939年首次提出,他將景觀生態(tài)學(xué)定義為:研究某一景觀中生物群落之間錯(cuò)綜復(fù)雜的因果反饋關(guān)系的科學(xué)。,Forman (1983)指出,景觀生態(tài)學(xué)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(guān)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(shí)間而變化的生態(tài)動(dòng)態(tài)(Tur

4、ner, et al 2001)。,景觀生態(tài)學(xué)是研究景觀單元的類(lèi)型組成、空間配置及其與生態(tài)學(xué)過(guò)程相互作用的綜合性學(xué)科( 鄔建國(guó),2000),二、景觀生態(tài)學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容,景觀生態(tài)學(xué)主要是研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)變化以及景觀的規(guī)劃與管理.,景觀生態(tài)學(xué)研究的主要對(duì)象、內(nèi)容及一些基本概念和理論(鄔建國(guó),2000),三、景觀生態(tài)學(xué)中常用基本術(shù)語(yǔ)及定義,結(jié)構(gòu)(configuration):即指空間單元的特殊配置,通常與空間結(jié)構(gòu)或斑塊結(jié)構(gòu)同義

5、。連接度(connectivity):一個(gè)景觀內(nèi)一種生境或覆蓋類(lèi)型的空間連續(xù)性。該術(shù)語(yǔ)強(qiáng)調(diào)景觀中各要素在功能上和生態(tài)過(guò)程上的聯(lián)系(傅伯杰,等,2001)。廊道(corridor):指與其兩側(cè)相鄰區(qū)域有差異的相對(duì)呈狹長(zhǎng)形的一種特殊景觀類(lèi)型。覆蓋類(lèi)型(cover type):在一個(gè)景觀中,根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)劃分出的某些生境、生態(tài)系統(tǒng)或植被類(lèi)型中的一類(lèi)。邊緣(edge):一般指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)或覆蓋類(lèi)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(shí)也用于表示在一個(gè)景觀中不同覆蓋類(lèi)型間鄰接寬度的計(jì)量。,破碎化(fragmentation):一個(gè)生境或覆蓋類(lèi)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(gè)景觀中包含的各種生境類(lèi)型或覆蓋類(lèi)型,與同質(zhì)性相對(duì),同質(zhì)性是指一個(gè)景觀內(nèi)的要素是相同的?;|(zhì)(matrix):在景觀中的本底覆蓋類(lèi)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?chē)鷨卧膲K狀區(qū)域。尺度(scale):對(duì)象或過(guò)程的時(shí)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(xué)中常用基本術(shù)語(yǔ)及定義,四、斑塊,(一) 斑塊的起源 按照起源,可將斑塊分為四類(lèi):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(dǎo)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(dòng)物群落在受干擾基質(zhì)內(nèi)的殘留部分。引進(jìn)斑塊 當(dāng)人們把生物引進(jìn)某一地區(qū)時(shí),就隨之產(chǎn)生了引進(jìn)斑塊。,(二) 斑塊大小和形狀的生態(tài)學(xué)意義,斑塊大小的生態(tài)學(xué)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(guān)。在進(jìn)行自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如何保持:①較高的當(dāng)?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(xué)意

9、義一般來(lái)講,自然過(guò)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(fù)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(duì)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(xué)意義,斑塊的邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)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(xué)特征的現(xiàn)象。斑塊中心部分在氣象條件(如光、溫度、濕度、風(fēng)速),物種組成以及生物地球化學(xué)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(xué)意義,五、廊道,(一) 廊道結(jié)構(gòu)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(dòng)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái),廊道愈直,距離愈短,生物在景觀中兩點(diǎn)間的移動(dòng)速度就越快,反之,則需要較長(zhǎng)時(shí)間。廊道的另一個(gè)重要特征是其連通性。,景觀中的廊道是指與其兩側(cè)相鄰區(qū)域有差異的相對(duì)呈狹長(zhǎng)形的一種特殊景觀類(lèi)型。,(二) 廊道的功能,廊道的主要功能,可以歸納為下列四類(lèi):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(dòng)物以及其他物質(zhì)隨植被或河流廊道在景觀中運(yùn)動(dòng))。③過(guò)濾和阻抑作用(如道路、防風(fēng)林道及其他植物廊道對(duì)能量、物質(zhì)和生物(個(gè)體)流在穿越時(shí)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(dòng)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(lái)自周?chē)r(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(lèi),廊道有三種基本類(lèi)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(duì)面積連通性控制程度 相對(duì)面積的大小、連通性和對(duì)景觀動(dòng)態(tài)的控制作用是判定基質(zhì)的三個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)。,基質(zhì)是面積最大、連通性最好的景觀要素類(lèi)型,(二) 基質(zhì)的孔隙度,孔隙度這個(gè)指標(biāo)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(dòng)物、植物種的基因交換,并

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

14、島嶼生物地理規(guī)律的表達(dá)有利?! 、?物種個(gè)體總數(shù)N 與“隔離區(qū)”(島嶼區(qū))的面積A,有一個(gè)相對(duì)近似的線性關(guān)系。符合此條件時(shí),對(duì)島嶼生物地理學(xué)理論表達(dá)有利。③ 物種的動(dòng)態(tài)遷移方式,在自然界是很不相同的。當(dāng)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(guān)系時(shí),對(duì)島嶼生物地理學(xué)理論表達(dá)有利?! 、?在目標(biāo)區(qū)“匯區(qū)”的物種動(dòng)態(tài)演化,是該物種“遷入-保持-遷出(或消失)”關(guān)系的平衡結(jié)果。,二、復(fù)合種群理論,復(fù)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(lèi)。,島嶼生物地理學(xué)理論和復(fù)合種群理論既有聯(lián)系又有區(qū)別。其共同的基本過(guò)程是生物個(gè)體遷入并建立新的局部種群,以及局部種群的滅絕過(guò)程,但島嶼生物地理學(xué)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(duì)物種多樣性的保護(hù)更有意義。而復(fù)合種群理論強(qiáng)調(diào)過(guò)程研究,是從種群水平上研究物種的消亡規(guī)律,側(cè)重遺傳多樣性,因而對(duì)瀕危物種的保護(hù)更有意義。,三、滲透理論,滲透理論在景觀生態(tài)學(xué)中主要被用以研究景觀格局對(duì)景觀過(guò)

16、程影響的臨界閾值問(wèn)題。,滲透理論的基本概念(Green,1994),A表示一個(gè)10 ×10的隨機(jī)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(biāo)準(zhǔn)差隨生境面積增加的變化趨勢(shì)。,四、等級(jí)理論,等級(jí)理論的主要概念(鄔建國(guó),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(rèn)為,景觀生態(tài)學(xué)的具體研究?jī)?nèi)容包括:①景觀

17、空間異質(zhì)性的發(fā)展和動(dòng)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(duì)生物和非生物過(guò)程的影響。④空間異質(zhì)性的管理。景觀異質(zhì)性的研究,側(cè)重于空間異質(zhì)性、時(shí)間異質(zhì)性和功能異質(zhì)性(研究景觀結(jié)構(gòu)的功能指標(biāo),如物質(zhì)、能量和物種流等空間分布的差異性)三個(gè)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(gè)方面來(lái)理解,一是依據(jù)景觀變化的趨勢(shì)來(lái)分析和判定其穩(wěn)定性,二是從景觀對(duì)干擾的反應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)其穩(wěn)定性。Forman 和 Godron(1986) 按照下述三個(gè)參數(shù)來(lái)研究景觀變化曲線的特點(diǎn):①曲線總趨勢(shì):分為水平趨勢(shì)、上升趨勢(shì)和下降趨勢(shì)三種類(lèi)型。②圍繞總趨勢(shì)的相對(duì)波動(dòng)大小,分為波動(dòng)較小和波動(dòng)較大兩類(lèi)。③波動(dòng)的節(jié)律:分規(guī)則和不規(guī)則兩類(lèi)。景觀穩(wěn)定性還可以從景觀對(duì)干擾的不同反應(yīng)來(lái)描述。,二、人類(lèi)

19、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用及影響,,農(nóng)業(yè)革命對(duì)環(huán)境的利用和影響,古代狩獵采集社會(huì)人類(lèi)對(duì)環(huán)境的利用和影響,工業(yè)革命對(duì)環(huán)境的影響,三、景觀變化的驅(qū)動(dòng)因子,(一) 自然驅(qū)動(dòng)因子景觀變化的自然驅(qū)動(dòng)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(dòng)因子,景觀變化的人為驅(qū)動(dòng)因子包括人口因素、技術(shù)因素、政經(jīng)體制及政策因素、文化因素等。,(三) 景觀變化對(duì)生態(tài)和環(huán)境影響,對(duì)區(qū)域氣候的影響景觀變化對(duì)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(yáng)輻射能在地表分配的變化。 對(duì)土壤的影響景觀變化對(duì)土壤的影響,主要體現(xiàn)在土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流動(dòng)方面。 對(duì)水環(huán)境的影響景觀變化對(duì)水環(huán)境的影響,主要體現(xiàn)在對(duì)區(qū)域水文過(guò)程和水循環(huán)的影響上,由于城市聚居區(qū)的擴(kuò)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(duì)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(gè)對(duì)個(gè)體或個(gè)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(guò)種群反映的明顯改變而表述出來(lái)”。 Bazzaz(4)“相對(duì)來(lái)說(shuō)非連續(xù)的事件,它破壞生態(tài)系統(tǒng)、群落或種群的結(jié)構(gòu),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“正常”

22、范圍的波動(dòng),這種作用或波動(dòng)能引起有機(jī)體、種群或群落發(fā)生全部或部分明顯變化,使其結(jié)構(gòu)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(qiáng)度、作用頻率、范圍等特性在某一時(shí)間過(guò)程的總和被稱(chēng)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(diǎn),它常與地理、地形和環(huán)境梯度有關(guān)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(shí)間某一干擾發(fā)生的次數(shù)。其倒數(shù)稱(chēng)為干擾周期,即某一干擾兩次發(fā)生的時(shí)間間隔。,,

23、,,,,(3)干擾強(qiáng)度,干擾發(fā)生時(shí),干擾因素所表達(dá)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(lèi)型來(lái)確定強(qiáng)度衡量的具體單位。,(4)時(shí)間尺度,指干擾發(fā)生的具體時(shí)刻及其時(shí)間跨度,不同時(shí)間的干擾作用,會(huì)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(lèi)生產(chǎn)、生活和其他社會(huì)活動(dòng)形成的干擾體對(duì)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(qiáng)度、作用范圍、持續(xù)時(shí)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(dòng)因劃分為自然干擾和人為干擾,(三) 干擾的類(lèi)型,(2)按干擾來(lái)源劃分為內(nèi)源干擾和外源干擾,外援干擾的動(dòng)因源于系統(tǒng)外部,它的影響與生態(tài)系統(tǒng)自身特點(diǎn)有關(guān),干擾作用的利害也是多方面的。,指由內(nèi)源因子對(duì)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(shù)木的傾倒、機(jī)械摩擦、種間競(jìng)爭(zhēng)和生物相克作用等。,內(nèi)源干擾,外

25、源干擾,,,,(三) 干擾的類(lèi)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(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)的破壞、生態(tài)平衡的失調(diào)和生態(tài)功能的退化,有時(shí)侯甚至是毀滅的,如各種地質(zhì)、氣候?yàn)?zāi)害、森林的皆伐和長(zhǎng)期的過(guò)度放牧等掠奪式經(jīng)營(yíng)。,(三) 干擾的類(lèi)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(duì)森林和對(duì)草原植被的砍伐與開(kāi)墾,2.污染,3.采集,4.采樵,5.狩獵和捕撈,三、干擾的生態(tài)學(xué)意義,1.干擾有利于促進(jìn)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(shí)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(qiáng)的恢復(fù)力。

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