《景觀生態(tài)學》ppt課件

1、第十四章第十四章 景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學n第一節(jié) 景觀和景觀生態(tài)學n第二節(jié) 景觀生態(tài)學中的普通概念和實際n第三節(jié) 景觀生態(tài)學的研討方法n第四節(jié) 景觀生態(tài)學的運用n普通意義上的“景觀n即陸地風光，包含著畫面和美的含義。n常用的詞匯如：草地景觀、荒漠景觀、森林景觀等。n與之相關的詞 Seascape 海景也有類似的含義。第一節(jié)第一節(jié) 景觀和景觀生態(tài)學景觀和景觀生態(tài)學n科學意義上的景觀n 科學中的術語需求嚴厲定義其內涵和外延。n 但景觀生態(tài)學的中心概念“景觀還沒有一致公認的定義。這反映出作為一門新興學科，它還處于開展時期，各種學術思想并存，定義也隨著研討內容的演化而演化。nVon Humboldt(1

2、9世紀初)首先把“景觀一詞引入地理植被科學中，定義為“自然地理綜合體n貝爾格1931：一定區(qū)域上物體和景象的組合，是地形、氣候、水文、土壤、植物、動物、人類活動的一致的、協調的整體，典型地反復在一定地域內。Zonneveld(1979): 地球外表的一部分，由空氣、水、植物、動物和人組成的系統的復合體，并可經過外貌特征進展辨識。Naveh(1984): 自然、生態(tài)、地理之綜合體Haber(1990)： 生物或者人類綜合感知的土地。Forman(1986)：以類似方式反復出現的相互作用的假設干生態(tài)系統簇構成的異質性土地地域。并建議將其空間范圍限定在幾公里到幾百公里。Forman (1995)：空

3、間上鑲嵌出現的嚴密聯絡的生態(tài)系統組合。它具有可辨識性、空間反復性和異質性。鄔建國(2000)：狹義景觀和廣義景觀 狹義景觀：將空間范圍限定在幾公里到幾百公里的景觀。 廣義景觀：沒有空間范圍限制的，只強調空間異質性的景觀。 從近幾年的文獻看，景觀生態(tài)學突破了空間范圍的限制，廣義景觀為多數生態(tài)學家所接受。景觀與景觀生態(tài)學定義景觀與景觀生態(tài)學定義景觀景觀: 由假設干生態(tài)系統組成的異質區(qū)域由假設干生態(tài)系統組成的異質區(qū)域(或由不或由不同生態(tài)系統所組成的異質性地理單元同生態(tài)系統所組成的異質性地理單元)。 這這些生態(tài)系統構成景觀中明顯的斑塊，些生態(tài)系統構成景觀中明顯的斑塊， 這些這些斑塊稱景觀要素。斑塊稱景

4、觀要素。景觀生態(tài)學：景觀生態(tài)學： 研討景觀單元的類型組成、空間格局及其研討景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態(tài)學過程相互作用的綜合性學科。與生態(tài)學過程相互作用的綜合性學科。景觀生態(tài)學研討對象和內容可概括為3個方面，即景觀構造、景觀功能和景觀動態(tài)。景觀構造：景觀組成單元的類型、多樣性及其空間關系；景觀功能：景觀構造與生態(tài)學過程的相互作用或景觀構造單元之間的相互作用；景觀動態(tài)：景觀構造和功能方面隨時間推移發(fā)生的變化。景觀生態(tài)學的根本概念和實際景觀生態(tài)學的根本概念和實際空間異質性空間異質性景觀構造景觀構造景觀動態(tài)景觀動態(tài)景觀功能景觀功能島嶼生物地理學實際島嶼生物地理學實際生物控制論觀念生物控制論觀

5、念景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學景觀銜接度景觀銜接度生態(tài)過渡帶實際生態(tài)過渡帶實際浸透實際與閾限景象浸透實際與閾限景象尺度尺度等級實際等級實際格局與過程格局與過程斑塊廊道基底方式斑塊廊道基底方式斑塊動態(tài)實際斑塊動態(tài)實際復合種群實際復合種群實際景觀生態(tài)學開展簡史景觀生態(tài)學開展簡史n景觀生態(tài)學來源于中歐和東歐n200年前，著名德國地理學家von Humboldt提出了科學上的景觀概念，為景觀生態(tài)學產生作了預備。n1939年，德國地理學家Carl Troll 初次將景觀與生態(tài)學聯絡在一同，提出了景觀生態(tài)學，標志著景觀生態(tài)學的誕生。n同時，前蘇聯生態(tài)學家開展了生物地理群落學，其研討內容與歐洲早期的景觀生態(tài)學類似，

6、對歐洲景觀生態(tài)學開展產生了重要影響。荷蘭生態(tài)學家Zonneveld和以色列生態(tài)學家Naveh在上個世紀七十年代發(fā)表了一系列的論文論著，將歐洲景觀生態(tài)學在二戰(zhàn)后的開展作了系統性的總結和開展，標志歐洲景觀生態(tài)學的構成。代表人物還有：Buchwald, Tuxen, Vink, Ruzika. Naveh在其很有影響的教科書中提出：“景觀生態(tài)學是基于系統論、控制論和生態(tài)系統學之上的跨學科的生態(tài)地理學，是整體人類生態(tài)系統科學。 歐洲景觀生態(tài)學強調整體論的思想，以及人類影響方面。1982年10月，捷克召開的六屆景觀生態(tài)學國際研討會上，國際景觀生態(tài)學會成立IALE), 景觀生態(tài)學成為一個國際性的學科。美國

7、后來逐漸成為景觀生態(tài)學的主流1981-1983年間，美國生態(tài)學家Forman經過一系列文章引見了歐洲景觀生態(tài)學的概念，將景觀生態(tài)學的思想引進到美國。并提出了“斑塊-廊道-本底方式，為北美景觀生態(tài)學奠定了根底。1983年在美國Allerton公園召開的景觀生態(tài)學討論是北美景觀生態(tài)學開展的里程碑。會議參與人都是美國著名生態(tài)學家，會議對當時景觀生態(tài)學開展現狀和存在的問題進展了分析，提出強調空間異質性和尺度的重要性。為北美景觀生態(tài)學開展指明了方向。后來也成為了國際景觀生態(tài)學的主流。1986年，Forman出版了非常有影響的“景觀生態(tài)學專著，成為景觀生態(tài)學的經典教科書。n1987年，國際“景觀生態(tài)學雜志

8、在美國創(chuàng)刊，成為景觀生態(tài)學的主要論壇。n之后，北美涌現了一大批著名景觀生態(tài)學家，在等級實際、尺度觀、中性實際、景觀格局數量化、景觀模型等方面獲得了重要成果，使景觀生態(tài)學成為生態(tài)學的新生長點和前沿領域。v尺度及其有關的概念v格局與過程v空間異質性和斑塊性v種面積關系和島嶼生物地理學實際v斑塊廊道基底方式v邊緣效應vMeta-種群實際v景觀銜接度、浸透實際和中性模型v等級實際v斑塊動態(tài)實際第二節(jié)第二節(jié) 景觀生態(tài)學的普通概念和實際景觀生態(tài)學的普通概念和實際一、尺度及其有關的概念一、尺度及其有關的概念n尺度：普通指對某一研討對象或景象在空間或時間上的量度，分別稱為空間尺度和時間尺度。n粒度和幅度：尺度

9、往往以粒度和幅度來表達。n空間粒度指景觀中最小可辨識單元所代表的特征長度、面積或體積。時間粒度指某一景象或某一干擾事件發(fā)生的頻率。n幅度是指研討對象在空間或時間上的繼續(xù)范圍，研討區(qū)域的總面積決議該研討的空間幅度；研討工程繼續(xù)多久那么確定其時間幅度。n尺度和比例尺：大尺度指較大空間范圍內的景觀特征，往往對應于小比例尺、低分辯率；小尺度指較小空間范圍內的景觀特征，往往對應于大比例尺、高分辯率。二、格局與過程二、格局與過程n格局：往往指空間格局，即斑塊和其他組成單格局：往往指空間格局，即斑塊和其他組成單元的類型、數目以及空間分布與配置等。元的類型、數目以及空間分布與配置等。n過程：過程那么強調事件或

10、景象發(fā)生、開展的過程：過程那么強調事件或景象發(fā)生、開展的程序和動態(tài)特征。程序和動態(tài)特征。n 景觀生態(tài)學經常涉及到的生態(tài)過程包括種群景觀生態(tài)學經常涉及到的生態(tài)過程包括種群動態(tài)、種子或生物體的傳播、捕物和捕食者的動態(tài)、種子或生物體的傳播、捕物和捕食者的相互作用、群落演替、干擾分散、營養(yǎng)循環(huán)等。相互作用、群落演替、干擾分散、營養(yǎng)循環(huán)等。三、空間異質性和斑塊性三、空間異質性和斑塊性n空間異質性普通可了解為空間斑塊性和梯度的總和。n空間異質性表現對尺度的依懶性。空間異質性是指生態(tài)過程和格局在空間分布上的不均空間異質性是指生態(tài)過程和格局在空間分布上的不均勻性及其復雜性。勻性及其復雜性。四、種面積關系和島嶼

11、生物地理學實際四、種面積關系和島嶼生物地理學實際n景觀中斑塊面積的大小、外形以及數目對生物多樣性和各種生態(tài)學過程都會有影響。n思索景觀斑塊的不同特征，種-面積關系普通為：n 物種豐富度f(生境多樣性、干擾、斑塊面積、演替階段、基底特征、斑塊隔離程度)n普通來說，斑塊數量的添加常伴隨著物種的添加。n島嶼生物地理學實際將生境斑塊的面積和隔離程度與物種多樣性聯絡在一同，對斑塊動態(tài)實際及景觀生態(tài)學開展起了重要的啟發(fā)作用。n島嶼生物地理學實際的普通數學表達式為：n dS/dt=I-EnS為物種數，t為時間，I遷居速率是種源與斑塊間間隔D的函數，E絕滅速率是斑塊面積A的函數五、斑塊廊道基底方式五、斑塊廊道

12、基底方式n美國生態(tài)家R.Forman和法國生態(tài)學家M.Godron (1986) 以為，組成景觀的構造單元不外有三種：斑塊、廊道和基底。n斑塊泛指與周圍環(huán)境在外貌或性質上不同，但又具有一定內部均質性的空間部分，詳細包括植物群落、湖泊、草原、農田、居民區(qū)等。n廊道指景觀中與相鄰兩邊環(huán)境不同的線性或帶狀構造，如農田間的防風林、河流、道路、峽谷等。n基底指景觀中分布最廣、延續(xù)性最大的背景構造，常見的基底指景觀中分布最廣、延續(xù)性最大的背景構造，常見的有森林基底、草原基底、農田基底、城市用地基底等等。有森林基底、草原基底、農田基底、城市用地基底等等。n斑塊、廊道、基底的劃分是相對，與察看的尺度相聯絡，斑

13、塊、廊道、基底的劃分是相對，與察看的尺度相聯絡，實踐劃分是非常困難的。實踐劃分是非常困難的。n近年來，斑塊、廊道、基底為中心的一系列概念、實際和近年來，斑塊、廊道、基底為中心的一系列概念、實際和方法已逐漸構成了現代景觀生態(tài)學的一個重要方面。方法已逐漸構成了現代景觀生態(tài)學的一個重要方面。 R.Forman1995稱之為斑塊廊道基底方式。稱之為斑塊廊道基底方式。六、邊緣效應六、邊緣效應n邊緣效應指斑塊邊緣部分由于受外圍影響而表現與斑塊中心部分不同的生態(tài)學特征的景象。斑塊中心部分在氣候條件、物種組成以及生物地球化學循環(huán)方面都能夠與其邊緣部分不同。n許多研討闡明，斑塊周界部分經常具有較高的物種豐富度和

14、初級消費力。n有些物種需求較穩(wěn)定的生物條件，往往集中分布在斑塊的中心部分，稱內部種；而另一些物種順應多變的環(huán)境條件，主要分布在斑塊邊緣部分，那么稱為邊緣種。n斑塊的構造特征對系統的消費力、營養(yǎng)循環(huán)和水土流失等過程都有重要的影響n斑塊的外形多種多樣，其特點可用長寬比、周界面積比等來描畫。七、七、Meta-種群實際種群實際nMeta-種群(metapopulation) :美國生態(tài)學家R.Levins(1970)采用了metapopulation一詞，并定義為“由經常部分性絕滅，但又重新定居而再生的種群所組成的種群。換言之，它是由空間上相互隔離，但又有功能聯絡的二個或二個以上的亞種種組成的種群斑塊

15、系統。nMeta-種群實際的兩個根本要點：n 亞種群頻繁地從生境斑塊中消逝斑塊程度的部分性滅絕；n 亞種群之間存在生物繁衍體或個體的交流斑塊間和區(qū)域性定居過程，從而使Meta-種群在景觀程度上表現復合穩(wěn)定性。nMeta-種群動態(tài)模型斑塊動態(tài)模型：n dP/dt = mP(1-P)-ePn 其中，P-被某一物種個體占據的斑塊比例，t-時間，m-與所研討物種的定居才干有關的常數，e-與所研討物種的滅絕速率有關的常數。Meta-種群實際的意義種群實際的意義nMeta-種群實際的意義：生境片斷化之后，構成隔離的生境斑塊，種群個體在不同的斑塊之間分散，個體在亞種群之間遷移，影響種群耐久性和穩(wěn)定性。在維護

16、生物學上具非常重要的意義。八、景觀銜接度、浸透實際和中性模型八、景觀銜接度、浸透實際和中性模型n景觀銜接度景觀銜接度:是對景觀空間構造單元相互之間延續(xù)性是對景觀空間構造單元相互之間延續(xù)性的量度，它包括構造銜接度和功能銜接度。的量度，它包括構造銜接度和功能銜接度。n前者指在空間上直接表現出的延續(xù)性，可經過衛(wèi)前者指在空間上直接表現出的延續(xù)性，可經過衛(wèi)片、航片、或視學器官察看來確定；片、航片、或視學器官察看來確定；n后者是以所研討的對象或過程的特征尺度來確定。后者是以所研討的對象或過程的特征尺度來確定。n浸透實際浸透實際:當媒介的密度到達一臨界值時，浸透物忽當媒介的密度到達一臨界值時，浸透物忽然可以

17、從媒介一端到達另一端。在生態(tài)學中，有許然可以從媒介一端到達另一端。在生態(tài)學中，有許多臨界閾值景象，如植被覆蓋度到達多少時流動沙多臨界閾值景象，如植被覆蓋度到達多少時流動沙丘得以固定？生境面積占整個景觀面積多少時，某丘得以固定？生境面積占整個景觀面積多少時，某一物種才干幸免于生境破碎化作用而長期生存？一物種才干幸免于生境破碎化作用而長期生存？n中性模型中性模型:指不包含任何詳細生態(tài)學過程或機理，只指不包含任何詳細生態(tài)學過程或機理，只產生數學或統計學上所期望的時間或空間格局的模產生數學或統計學上所期望的時間或空間格局的模型。浸透實際基于簡單的隨機過程，并有顯著的而型。浸透實際基于簡單的隨機過程，并

18、有顯著的而且可預測的閾限特征，因此是非常理想的景觀中性且可預測的閾限特征，因此是非常理想的景觀中性模型。模型。九、等級實際九、等級實際n等級實際是20世紀60年代以來逐漸開展構成的、關于復雜系統的構造、功能和動態(tài)的系統實際。根據等級實際，復雜系統具有離散性等級層次。n普通來說，處于等級系統中高層次的行為或動態(tài)常表現現大尺度、低頻率、慢速度特征；而低層次行為或過程常表現出小尺度、高頻率、快速度的特征。n許多復雜系統包括景觀系統可視為等級構造，可將繁雜的相互作用的組分按照某一規(guī)范進展組合，賦之于層次構造。如不同等級植被類型分布的溫度和濕度范圍。n研討復雜系統時普通到少需求同時思索3個相鄰的層次，即

19、中心層次、其上一層次和下一層次。十、斑塊動態(tài)實際十、斑塊動態(tài)實際J.Wu和Loucks(1995)在總結前人研討任務根底上，提出了斑塊動態(tài)范式。其要點包括：(1)生態(tài)系統是由斑塊鑲嵌體組織的等級系統；(2)生態(tài)系統的動態(tài)是斑塊個體行為和相互作用的總體反映；(3)格局過程尺度觀念，即過程產生格局，格局作用于過程，而二者又依賴于尺度；(4)非平衡觀念，即非平衡景象在生態(tài)學系統中普遍存在，部分尺度上的非平衡態(tài)和隨機過程往往是系統穩(wěn)定性的組成部分；(5)兼容機制和復合穩(wěn)定性，兼容是指小尺度上、高頻率、快速度的非平衡態(tài)過程被整合到較大尺度上穩(wěn)定過程的景象。而這種在較大尺度上表現出來的“準穩(wěn)定性往往是斑塊

20、復合體的特征，因此稱之為“復合穩(wěn)定性。第三節(jié)第三節(jié) 景觀生態(tài)學的研討方法景觀生態(tài)學的研討方法一、遙感和地理信息系統在景觀生態(tài)學中的運用二、景觀構造分析的數量方法三、景觀模型遙感遙感n遙感指不直接觸目的而搜集信息的過程和方遙感指不直接觸目的而搜集信息的過程和方法，主要是和處置目的發(fā)射和反射的電磁波。法，主要是和處置目的發(fā)射和反射的電磁波。n遙感衛(wèi)星經過光電傳感器將描畫多個波段的遙感衛(wèi)星經過光電傳感器將描畫多個波段的電磁波信號轉變成電信號，再轉變?yōu)閿底中烹姶挪ㄐ盘栟D變成電信號，再轉變?yōu)閿底中盘?，用這些數字來構建圖像。號，用這些數字來構建圖像。n將這些圖像給景觀生態(tài)學家，并為其提供了極其有價值的信息

21、(如植被類型及其分布，植被類型內部斑塊的空間分布、土地利用類型及其面積、生物量分布、土壤類型、水分特征、蒸發(fā)蒸騰、葉面積指數等)。n遙感在景觀生態(tài)學中的運用價值：n植被和土地利用分類n生態(tài)系統和景觀特征定量化n景觀動態(tài)及生態(tài)系統管理方面的研討地理信息系統地理信息系統(GIS)(GIS)nGIS是一個用于對地理數據進展采集、管理、查詢、計算、分析與可視表現的計算機技術系統。nGIS的根本功能：n地圖數字化和數據可視化n數據查詢n空間分析(根本圖形運算、緩沖區(qū)分析、空間疊加、網絡分析、柵格數據的空間分析)nGIS在景觀生態(tài)學中的運用價值：n 分析景觀空間變化；確定不同環(huán)境和生物學特征相關性；確定斑

22、塊大小、外形、毗鄰性和銜接度；分析景觀中能量、物質和生物流的方向和通量；景觀變量的圖象輸出等。二、景觀構造分析的數量方法二、景觀構造分析的數量方法(一)景觀指數1、景觀相對豐富度指數 R=N/NmaxN-景觀中斑塊類型數目Nmax-景觀中能夠出現的斑塊類型總數的最大值1(ln)nkkkHpp 2、景觀多樣性指數pk- 斑塊k在景觀中出現的概率n- 景觀中斑塊類型的總數3、景觀聚集度指數max11(ln)nnijijijCCppn同上，Pij-斑塊類型i與j相鄰的概率，Cmax=2ln(n)C小、景觀由許多小斑塊組成，具有較大的隨機特性，C大、斑塊聚集而構成少數大斑塊(二)其他分析方法地統計學分

23、析、波譜分析、趨勢面分析、分形分析等三、景觀模型(一)景觀格局變化的概率模型(馬爾柯夫隨機模型)(二) 景觀格局-過程動態(tài)模型1(,)mijijijijkkdYfYXZQdt景觀格局-過程動態(tài)模型：主要用于描畫景觀的空間格局、動態(tài)變化與生態(tài)學過程之間相互關系景觀過程模型是把景觀按空間異質性(生態(tài)系統類型)分成許多空間單元，然后將構造上完全一樣或類似的單元模型 “移植到這些空間單元中。其簡化數學公式如下：t- 時間；Yij-對應于空間單元ij的，由假設干形狀變量組成的形狀向量Xij-對應于空間單元ij的參數向量；Zk-空間單元ij與相鄰單元k的凈交換作用；m-相鄰單元數；Q-空間單元ij與系統中相鄰單元以外的遠間隔作用。第四節(jié)第四節(jié) 景觀生態(tài)學