景觀生態(tài)工程

1、生 態(tài) 工 程,Ecological engineering,景觀生態(tài)工程,第一節(jié) 景觀生態(tài)學基本原理,1 景觀生態(tài)學的核心概念1.1 景觀及景觀生態(tài)學1.1.1 景觀的概念美學上的意義地理學上的理解生態(tài)學對景觀的理解,美學上的意義景觀(Landscape)一詞的使用最早見于希伯來語“圣經(jīng)”舊約全書，原意是自然風光、地表形態(tài)和風景畫面。用來描述耶路撒冷城美麗的景畫。漢語中的“景觀”一詞涵義豐富，反映“風景、景色、景致

2、”之意。與“風景”同意。例“黃山”、“泰山”、“蘇州園林”。,景觀的一般理解常見的宏觀景觀舉例 A.桂林山水景觀； B.位于美國亞利桑那洲

3、 大峽谷景觀； C.美國威斯康辛大學

4、 Curtis草地景觀； D.內(nèi)蒙古草原景觀； E.北美的Sonoran

5、 荒漠景觀； F.亞洲溫帶 荒漠景觀一角,地理學上的理解,景觀作為科學名詞被引入地理學，具有地表可見景象的綜合與某個限定性區(qū)域的雙重含義。,“自然地域綜合

6、體”的代名詞,景觀是由地球表面氣候、土壤、地貌、生物各種自然要素以及文化現(xiàn)象組成的地理綜合體。,生態(tài)學對景觀的理解20世紀30年代, C.Troll 將景觀的概念引入生態(tài)學，是希望將地理學家采用的表示空間的“水平”分析方法，和生態(tài)學家使用的表示功能的“垂直”分析方法結合起來，研究景觀整體的結構、功能和變化。自然-生物綜合體?？臻g上相鄰、功能上相關、發(fā)生上有一定特點的生態(tài)系統(tǒng)的聚合。,,特征1 生態(tài)系統(tǒng)的聚合。2 各生態(tài)系統(tǒng)之間

7、的物質能量流動和相互影響。3 具有一定的氣候和地貌特征。4 與一定的干擾狀況的聚合相對應。,人類與自然共同作用影響下的不同景觀,過度利用造成嚴重退化的草地景觀,黃土高原梁峁梯田景觀,1.1.2 景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學（Landscape Ecology）是研究景觀的結構、功能和變化，以及景觀的科學規(guī)劃和有效管理的一門生態(tài)學新分支（屬于宏觀生態(tài)科學）。,學科地位－尺度角度個體生態(tài)學種群生態(tài)學群落生態(tài)學生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學景觀生

8、態(tài)學區(qū)域生態(tài)學全球生態(tài)學,,第一階段從19世紀初到20世紀30年代，是學科綜合思想的萌芽期。生態(tài)學的出現(xiàn)，19世紀中期Haeckel，把研究生物和環(huán)境關系的科學稱之為生態(tài)學。其后，從個體生態(tài)學發(fā)展到群落生態(tài)學。1935年，英國生態(tài)學家坦斯利提出了生態(tài)系統(tǒng)的術語。為景觀生態(tài)學的誕生奠定了基礎。,第二階段由20世紀30年代后期到60年代中期，是學科思想的鞏固階段。 1939年，德國地植物學家特羅爾（Troll）通過航空相片研究

9、東非土地利用問題時，首次提出景觀生態(tài)學的概念。景觀生態(tài)學是一種綜合研究的新觀點。,,第三階段由20世紀60年代后期到80年代初，是學科的初創(chuàng)時期。1968年在德國召開了 “首屆景觀生態(tài)學國際學術討論會”。荷蘭景觀生態(tài)協(xié)會捷克斯洛伐克景觀生態(tài)學協(xié)會,第四階段開始于20世紀80年代初的國際景觀生態(tài)聯(lián)合會成立之后，是學科的全面發(fā)展時期。 1982年10月在捷克斯洛伐克召開的”第六次景觀生態(tài)學國際學術討論會”上，正式成立了“國際景觀生態(tài)

10、學協(xié)會”。協(xié)會成立后，景觀生態(tài)學的發(fā)展顯示出三個特點：一是研究和教學活動普遍化，二是國際學術活動頻繁，三是出版物大量涌現(xiàn)。,,,1.2 格局、過程、尺度格局：指空間格局，廣義地講，它包括景觀組成單元的類型、數(shù)目以及空間分布與配置。過程：強調事件或現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展的動態(tài)特征。景觀生態(tài)學常常涉及多種生態(tài)學過程，其中包括：種群動態(tài)，種子或生物體的傳播，捕食者—獵物相互作用，群落演替，干擾傳播，物質循環(huán)，能量流動等。,各生態(tài)系統(tǒng)或亞系統(tǒng)、

11、土地利用類型,尺度：指在觀察或研究某一物體或現(xiàn)象時所采用的空間或時間單位，同時又可指某一現(xiàn)象或過程在空間和時間上所涉及到的范圍和發(fā)生的頻率。尺度可分為空間尺度和時間尺度。,尺度往往以粒度(grain)和幅度(extent) 來表達?？臻g粒度指景觀中最小可辯識單元所代表的特征長度、面積或體積。 時間粒度指某一現(xiàn)象或某一干擾事件發(fā)生的頻率或時間間隔?？臻g幅度：所研究區(qū)域的總面積。時間幅度：研究項目持續(xù)的時間。,空間粒度和空間幅度,

12、A、C、D、E具有同樣的空間粒度。A、B、E具有同樣的空間幅度。,在生態(tài)學中，尺度的用法往往不同于地理學或地圖學中的比例尺（Scale），并且表現(xiàn)為相反的含義。在生態(tài)學中，大尺度 (或粗尺度)是指大空間范圍或時間幅度，對應于小比例尺、低分辨率；而小尺度(或細尺度)則常指小空間范圍或短時間，對應于大比例尺、高分辨率。景觀生態(tài)學的研究基本對應著中尺度范圍，即從幾十公里到幾百公里，從幾年到幾百年。,森林動態(tài)的時空尺度,1.3 空間異質

13、性和斑塊性異質性：景觀內(nèi)部事物或者其屬性在時間或空間分布上的不均勻性。斑塊：泛指與周圍環(huán)境在外貌或性質上不同，并具有一定內(nèi)部均質性的空間單元。斑塊性：強調斑塊的種類組成特征及其空間分布與配置關系。,空間異質性：某種生態(tài)學變量在空間分布上的不均勻性及復雜程度。時間異質性：景觀空間結構在不同時段的差異性，景觀動態(tài)變化。功能異質性：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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

14、深圳市景觀變化,1.4 生態(tài)學干擾干擾（disturbance）：是一個偶然發(fā)生的不可預知的事件，是發(fā)生在一定地理位置上，對生態(tài)系統(tǒng)結構造成直接損傷的、非連續(xù)性的物理作用或事件。,常見的干擾現(xiàn)象：火干擾放牧土壤物理干擾土壤施肥踐踏外來物種入侵,干擾的生態(tài)學意義干擾與景觀異質性一方面，干擾對景觀的影響決定于干擾的性質。低強度的干擾可以增加景觀的異質性，但在極強干擾下，將會導致更低的景觀異質性。另一方面，干擾對景觀的影響

15、在較大程度上還與景觀的性質有關。對干擾敏感的景觀結構，在受到干擾時，受到的影響較大，而對干擾不敏感的景觀結構，可能受到的影響較小。,干擾與生物多樣性適度干擾下生態(tài)系統(tǒng)具有較高的物種多樣性，在較低和較高頻率的干擾作用下，生態(tài)系統(tǒng)中的物種多樣性均趨于下降。,1.5 斑塊—廊道—基質模式組成景觀的結構單元：斑塊(patch)廊道(corridor)基質(matrix),,,1.5.1 斑塊依賴于尺度的，外觀上不同于周圍環(huán)境（基質）

16、的非線性地表區(qū)域，具有一定內(nèi)部均質性的空間實體。,主要成因機制或起源包括：自然干擾環(huán)境異質性人類種植,,,,,,,,,1.5.2 廊道又稱走廊，指景觀中與相鄰兩邊環(huán)境不同的線性或帶狀結構?？梢钥醋魇蔷€狀或帶狀的斑塊。常見的廊道包括農(nóng)田間的防風林帶、河流、道路、峽谷、輸電線路等。,廊道的作用雙重作用：將景觀分離、將景觀連接1.傳輸通道功能：公路、鐵路、運河、輸電線等2.過濾和屏障功能：長城、圍墻、林帶等3.生境功能：野生

17、動物豐富、植物種類較多4.資源或產(chǎn)品功能5.美學觀賞功能：長城、頤和園的長廊、西湖的蘇堤、,廊道類型線狀廊道：是一條很窄的，主要由邊緣物種組成的狹長條帶。如小道、樹籬、排水溝、道路、鐵路、輸電線。帶狀廊道：景觀中與相鄰兩邊環(huán)境不同的帶狀結構。包含一個內(nèi)部環(huán)境；除有邊緣種外，內(nèi)環(huán)境中還含有較豐富的內(nèi)部種。寬林帶河流廊道：沿河流分布而不同于周圍基質的植被帶，包括河床邊緣、河漫灘、堤壩和部分高地。,線狀廊道與帶狀廊道的對比,帶狀廊道

18、與線狀廊道的基本生態(tài)差異主要在于寬度，具有重要的功能意義。,,,1.5.3 基質景觀中分布最廣、連續(xù)性最大的景觀要素類型。如：森林基質、草原基質、農(nóng)田基質,范圍廣、連接度最高，并且在景觀功能上起著優(yōu)勢作用的景觀要素類型。景觀中的背景地域。,通?；|的面積超過現(xiàn)存的任何其它景觀要素類型的總面積。如果某種景觀要素占景觀面積的50%以上，那么它很可能就是基質?；|是景觀中連接最好的景觀要素，并包圍其它景觀要素。但基質通常并不完全連接在

19、一起，而是被分成幾塊地段。,1.5.4 網(wǎng)絡,景觀要素之間的空間聯(lián)系有兩種方式： 廊道網(wǎng)絡，斑塊網(wǎng)絡。,由廊道相互連接形成,由同質和（或）異質性景觀斑塊通過廊道的空間聯(lián)系形成,農(nóng)田防護林網(wǎng),城市綠地網(wǎng)絡系統(tǒng),生態(tài)交錯帶不同景觀斑塊空間鄰接會產(chǎn)生與斑塊特征不同的邊緣帶。河岸帶農(nóng)牧交錯帶城鄉(xiāng)交錯帶森林邊際帶,,,（1）通道或廊道：景觀中的許多流(物流、能流、信息流、物種流等)是沿生態(tài)交錯帶流動的，此時交

20、錯帶相當于廊道。（2）過濾或屏障：穿越生態(tài)交錯帶的流在質、量和速度上大都會受到不同程度的影響，此時的交錯帶相當于—個半透膜。（3）生境：生態(tài)交錯帶有其持有的物種和環(huán)境特征，因此也成為一種棲息地類型。,第二節(jié) 景觀生態(tài)工程建設,1 景觀生態(tài)規(guī)劃1.1 概念根據(jù)景觀生態(tài)學的原理及其它相關學科的知識，以區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)整體優(yōu)化為基本目標，通過研究景觀格局與生態(tài)過程以及人類活動與景觀的相互作用，建立區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化利用的空間結構和模

21、式，維持景觀的異質性。,1.2 原則自然優(yōu)先原則可持續(xù)發(fā)展原則因地制宜原則整體性原則動態(tài)性原則經(jīng)濟性原則,景觀生態(tài)規(guī)劃,確定規(guī)劃范圍與目標,實地考察、收集有關資料,景觀生態(tài)分析、綜合和評價,景觀格局與生態(tài)過程分析,景觀生態(tài)分類與制圖,景觀生態(tài)適宜性分析,景觀結構功能劃分,規(guī)劃方案評價、實施,規(guī)劃方案調整,景觀生態(tài)調查,規(guī)劃方案分析,景觀生態(tài)分析與綜合,,,,,,,,,,,,,1.3 步驟,1.4 目標為保護生物多樣性而進

22、行的自然保護區(qū)規(guī)劃與設計為自然（景觀）資源的合理開發(fā)而進行的規(guī)劃為當前不合理的景觀格局（土地利用）而進行的景觀結構調整,1.5 應用在美國華盛頓州進行的城市規(guī)劃中，就充分利用了景觀規(guī)劃的原理，通過廊道將城市中的零散分布的動植物園與野外的天然作物群落區(qū)直接聯(lián)系起來，使野生的鴨及其他水禽可以進入城市公園區(qū)，同時也可以使公園內(nèi)的水生生物進入野外的自然棲息地，有效地促進了自然物種的保護。,,,,,2 景觀生態(tài)設計2.1 概念以生態(tài)學原

23、理為基礎，建立在生物工藝、物理工藝及其它工藝基礎上，使人類投入系統(tǒng)內(nèi)較少的能量與物質，通過系統(tǒng)內(nèi)部物質循環(huán)，能量轉換獲得較大的生產(chǎn)量、生態(tài)效益和社會效益，它是設計具有人工特征的景觀來改造、治理以及協(xié)調生態(tài)環(huán)境。,,,道路景觀設計,從較大尺度上對原有景觀要素的優(yōu)化組合以及重新配置或引入新的成分，調整或構建新的景觀格局及功能趨于，使整體功能優(yōu)化,景觀生態(tài)規(guī)劃,景觀生態(tài)設計,從具體的工程或具體的生態(tài)技術配置景觀生態(tài)系統(tǒng)，著眼的范圍較小，往往是

24、一個居住小區(qū)、一個小流域，各類公園等的設計,具有地理科學中區(qū)劃研究的性質，通過景觀結構的區(qū)別，構建不同的功能區(qū)域,強調對功能區(qū)域的具體設計，由生態(tài)性質入手，選擇其理想的利用方式和方向,2.2 與景觀生態(tài)規(guī)劃的關系,景觀生態(tài)規(guī)劃景觀生態(tài)設計景觀生態(tài)管理,景觀生態(tài)建設,,,景觀設計特點： 大量使用水稻和當?shù)剞r(nóng)作物，和鄉(xiāng)土野生植物（如蓼，楊樹）為景觀的基底，顯現(xiàn)場地特色。不但投資少，易于管理，而且形成獨特的、經(jīng)濟而高產(chǎn)的校園田園景觀。

25、收獲的稻米——“建大金米”被作為學校的禮品，贈送給到訪者。,,,,,,美、日、德景觀設計特色,美國景觀設計——自由的天性自由新天地 　　美國的先民們從遙遠的歐洲來到這塊新天地，為了逃避歐洲的腐敗墮落，在沒有歐洲封建的宗教和制度的種種束縛下，去開拓一片嶄新的世界。他們在這片廣闊的天地間獲得了最大的自由釋放。面對整片荒野，他們感受到原始自然的神秘博大，心靈受到強烈的震憾。自然的純真、樸實、充滿活力的個性產(chǎn)生了深遠的影響力，造就美國充滿了

26、自由、奔放的天性。,神奇大自然 美國人對景觀的專注常常只集中在沒有人類觸動過的自然上，面對廣袤無際的大自然，人們無法觸及其全部，但更渴望認識了解它。所以美國會有黃石國家公園、大峽谷、佩恩蒂德沙漠、佛羅里達大沼澤地等等，大自然的鬼斧神工，創(chuàng)造了無限魅力。美國人對自然的渴求，已經(jīng)融入了他們的生活和審美之中，他們也追求自然的這份樸實、親切、神奇而充滿活力。,世界自然遺產(chǎn)：美國黃石國家公園,世界自然遺產(chǎn)：美國黃石國家公園,世界自然遺產(chǎn)：

27、美國黃石國家公園,,世界自然遺產(chǎn)：美國黃石國家公園,世界自然遺產(chǎn)：美國黃石國家公園,,佩恩蒂德彩繪沙漠,,,佩恩蒂德彩繪沙漠,日本景觀設計——提煉的自然,日本是形成了它獨特的自然景觀，較為單純和凝煉。島國的自然資源有限，對有限景觀的認識理解表達上，透過重重表象，挖掘和提煉了自然精髓，對于景物深刻感悟，加上文化的情結，化平淡為神奇，提煉了自然景觀，創(chuàng)造了自然的境界。,,,,,,,日本六本木山莊景觀設計,德國景觀設計——理性的光芒,在德意志

28、民族的性格里好象有種大森林的氣質：深沉、內(nèi)向、穩(wěn)重和靜穆。 德國的景觀設計充滿了理性主義的色彩，從二次大戰(zhàn)后的城市重建到上世紀末的新柏林的建設，理性的光芒一直照耀在德國的上空。,理性的光芒、簡約的韻味——走近德國景觀建筑,波茨坦統(tǒng)一廣場,3 景觀生態(tài)與生物多樣性保護生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性四個層次。景觀多樣性是指景觀結構、功能和時間變化方面的多樣性，是景觀水平上生物組成多樣化程度的表征。,3

29、.1 斑塊與生物多樣性根據(jù)斑塊的起源或成因機制將常見的景觀斑塊類型分為4種：干擾斑塊殘存斑塊環(huán)境資源斑塊引進斑塊,,干擾斑塊：自然干擾和人類干擾。一般由短期局部性干擾形成；也可由長期持續(xù)干擾形成，主要是由人類干擾引起的；有時，長期自然干擾也能夠形成干擾斑塊。殘存斑塊：基質受到大面積自然干擾和人類干擾的影響，在其局部范圍內(nèi)幸存的自然或半自然生態(tài)系統(tǒng)或其片斷，其成因機制與干擾斑塊相同。,環(huán)境資源斑塊：根本原因是景觀內(nèi)環(huán)境資源分布

30、的空間異質性。引進斑塊：人們有意或無意地活動在某些地區(qū)而形成的局部生態(tài)系統(tǒng)。,景觀中斑塊面積的大小、形狀以及數(shù)目對生物多樣性和各種生態(tài)學過程都會有影響。主要通過影響斑塊與基質或其他斑塊間的物質和能量的交換而影響斑塊內(nèi)的物種多樣性。一般地說，物種多樣性隨斑塊面積的增加而增加。,斑塊形狀,3.2 廊道與生物多樣性環(huán)境資源廊道：由環(huán)境資源在空間上的異質性線性分布形成。如河流廊道。干擾廊道：由帶狀干擾所致。殘存廊道：是周圍基質受到干

31、擾后的結果。種植廊道：由于人類種植形成。,3.3 基質與生物多樣性基質至少在三個力面對生物多樣性保護起著關鍵作用：①為某些物種提供小尺度的生境。②作為背景，控制、影響與生境斑塊之間的物質、能量交換，強化或緩沖生境斑塊的“島嶼化”效應。③控制整個景觀的連接度，從而影響斑塊間物種的遷移。,第三節(jié) 景觀退化與景觀安全,1 景觀退化與恢復重建1.1 景觀結構退化景觀破碎化景觀結構退化主要表現(xiàn)為景觀破碎化，它是指景觀中各生態(tài)系統(tǒng)之

32、間的各種功能聯(lián)系斷裂或連接性減少的現(xiàn)象。,,,,,,景觀破碎化產(chǎn)生斑塊數(shù)目、形狀和內(nèi)部生境等三個方面的影響，它不僅會引起外來種的入侵、改變生態(tài)系統(tǒng)結構、影響物質循環(huán)、降低生物多樣性，還會影響景觀的穩(wěn)定性。,景觀聚集化景觀聚集與景觀破碎化過程相反，但在很多情況下同樣具有造成景觀退化的負面效應。它主要發(fā)生在干擾引起的景觀破碎化之后的植被恢復過程中，這種現(xiàn)象在自然景觀中普遍存在，但人們往往卻只注意到破碎化引起的景觀資源破壞，而事實上，聚集而

33、成的景觀中異質性和(區(qū)域)多樣性都會降低。,,,,,1.2 景觀功能退化景觀功能退化是因景觀異質性的改變而導致景觀穩(wěn)定性和景規(guī)服務功能的衰退，如土地荒漠化景觀，富養(yǎng)化湖泊景觀等。研究表明，干擾對景觀異質性的改變決定于景觀的初始狀態(tài)，若景觀初始狀態(tài)是異質的，則干擾降低其異質性；若景觀初始狀態(tài)是同質的，則隨干擾的繼續(xù)，景觀異質性變化呈現(xiàn)正態(tài)曲線，即先增加后降低。,1.3 景觀生態(tài)恢復恢復完全受損生態(tài)系統(tǒng)和退化生態(tài)系統(tǒng)。多數(shù)生態(tài)恢

34、復是局域性的。以點為基礎的生態(tài)恢復對解決大尺度的生態(tài)恢復問題是不夠的。區(qū)域生態(tài)恢復需要在特殊地點和景觀尺度上同時進行。,景觀生態(tài)恢復目標：使退化生態(tài)系統(tǒng)恢復某種外形使之具有保護性、生產(chǎn)性和美學效應進一步發(fā)展成為一種可持續(xù)性生態(tài)系統(tǒng)景觀生態(tài)恢復原則：首先，保護狀態(tài)良好的組分其次，促進景觀要素的恢復 最后，對片段化和殘存景觀進行重建,,景觀生態(tài)恢復步驟：I發(fā)現(xiàn)問題：生物分布變化：物種消失、生物入侵景觀流的變化：物種

35、運動、水分和養(yǎng)分運動美學價值變化：宜人景觀類型的減少,,景觀生態(tài)恢復步驟：II尋找原因：本地植被的消失和破碎化景觀的格局和多樣性變化是否存在人工管理的影響,,景觀生態(tài)恢復步驟：III目的物種：物種數(shù)量受棲息地面積限制物種遷移受棲息地連接度限制物種數(shù)量受生態(tài)過程限制（捕食、干擾和火）,,景觀生態(tài)恢復步驟：IV明確目的：增加現(xiàn)存生物的存活力和抗干擾的恢復力減少或轉變土地或水質退化過程保持或提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力

36、,景觀生態(tài)恢復步驟：V具體實施：從何處開始？哪里優(yōu)先保護？應該提供走廊嗎？恢復何種植被結構？投入何種和多少資源？,2 生物入侵及控制外來物種：指在一定區(qū)域內(nèi)歷史上沒有自然發(fā)生分布而被人類活動直接或間接引入的物種。生物入侵：一種不屬于本地特定的生態(tài)系統(tǒng)的生物物種，由于人為原因或其他方式傳入原產(chǎn)地之外的地點，在那里定植、定居，并建立起自然種群，并且威脅入侵地的生物多樣性，破壞生態(tài)平衡，嚴重影響社會經(jīng)濟安全和人類的健康的現(xiàn)象

37、。,鳳眼蓮（水葫蘆）,紫莖澤蘭,薇甘菊,食人魚,福壽螺,,,,,亞洲天牛,,我國外來入侵種的傳入途徑有意引種：作為牧草或飼料；作為觀賞植物；作為藥用植物；作為改善環(huán)境植物無意引種：隨人類交通工具帶入；船只攜帶；海洋垃圾；隨進口農(nóng)產(chǎn)品和貨物帶入；野化的家養(yǎng)動物；旅游者帶入；通過周邊地區(qū)自然傳入；隨人類的建設過程傳入,,對外來生物入侵的控制：人工防治；機械防治；替代控制；化學防治；生物防治；綜合治理完善相關立法與加強組織管理；廣泛