《環(huán)境生態(tài)學》第六章 景觀生態(tài)學

1、第六章 景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學內容結構圖第四節(jié)景觀的生態(tài)過程干擾與景觀格局的演變景觀連接度與連通性景觀中物種的運動影響中的水分和養(yǎng)分運動景觀中的人文與文化過程一、干擾與景觀格局演變干擾的類型按干擾產生的來源分自然干擾：無人為活動介入的在自然環(huán)境條件下發(fā)生的干擾人為干擾：在人類有目的的行為指導下，對自然進行的改造或生態(tài)建設按干擾的功能分內部干擾：在相對靜止的長時間內發(fā)生的小規(guī)模干擾外部干擾：短期內的大規(guī)模干擾，打破了自然生態(tài)系統(tǒng)的演替過程按干擾的形成機制分物理干擾化學干擾生物干擾按干擾的傳播特征分局部干擾跨邊界干擾常見的干擾現(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人類干擾干擾的性質：干

2、擾具有多重性干擾具有較大的相對性干擾具有明顯的尺度性干擾是對生態(tài)演替過程的再調節(jié)干擾具有不協(xié)調性干擾在時空尺度上具有廣泛性干擾的生態(tài)學意義：改變景觀異質性：低強度的干擾可以增加景觀異質性，而中、高強度的干擾則會降低景觀的異質性。改變景觀破碎化，從而影響物種的生存。影響景觀的穩(wěn)定性改變景觀中的物種多樣性：適度干擾下生態(tài)系統(tǒng)具有較高的物種多樣性，而在較低和較高頻率的干擾作用下，生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性均趨于下降。（中度干擾假說）物種多樣性與干擾強度的相互關系二、景觀連接度與連通性景觀連接度（Landscape Connectivity）：對景觀空間結構單元相互之間連續(xù)性的量度，表示景觀中各元素在功能和

3、生態(tài)過程上的聯(lián)系。景觀連通性（Landscape Connectedness）：表示景觀元素在空間結構上的聯(lián)系。abcd從a到b連通懷依次降低景觀連接度與連通性的關系：景觀連通性是測定景觀的結構特征；而景觀連接度則是測定景觀的功能特征，反映了景觀特征的兩個不同方面。景觀連通性可以從景觀元素的空間分布得到反映，包括斑塊大小、形狀、同類斑塊間的距離、廊道存在與否、不同類型樹籬間相交的頻率和由樹籬組成的網絡單元的大小等；而景觀連接度的水平一方面取決于景觀元素的空間分布特征，另一方面還取決于生物群體的生態(tài)行為或研究的生態(tài)過程和研究目的，要通過斑塊之間生物種的遷移或其他生態(tài)過程進展的順序程度來反映。景觀

4、連接度的影響因子：組成景觀的元素和空間分布格局研究的生態(tài)過程研究的對象和目的景觀連接度與連通性的生態(tài)學意義：景觀連接度與生物多樣性保護通過研究不同生物棲息地之間的景觀連接度水平，分析生物群體之間的相互作用和聯(lián)系，進而通過增減廊道的數(shù)量或改進廊道的質量，以促進生物多樣性的保護。景觀連接度與景觀規(guī)劃設計和管理景觀規(guī)劃和管理的目的不僅僅是提高景觀中各元素之間的連通性，關鍵是增強景觀元素相互間的連接度。對景觀結構影響最明顯的三種方式是：土地利用的調整、道路建設和城市規(guī)劃，這三種方式都顯著的改變著景觀的生態(tài)功能。三、景觀中的物種運動景觀中物種運動的方式與類型主動運動：物種通過本身有目的的行為，從一個地方

5、遷徙至另外一個地方。被動運動：物種借助外界的作用物來達到遷移的目的。景觀中動物的運動：景觀中動物運動的主要方式：巢域范圍內的運動疏散運動遷徙運動影響動物運動的因素：景觀阻力斑塊的大小和形狀景觀異質性景觀格局廊道景觀中植物的運動：植物傳播的主要方式：風播植物水播植物動物傳播植物景觀結構對植物物種傳播的影響景觀結構的變化導致傳播植物物種的動力機制發(fā)生變化景觀結構的變化可以改變區(qū)域小氣候，導致局域環(huán)境對植物的適應性發(fā)生變化四、景觀中的水分和養(yǎng)分運動運動的形式與特征水平運動主要表現(xiàn)為地表徑流和地下徑流垂直運動主要表現(xiàn)為土壤中的水分和養(yǎng)分被植物吸收，經過蒸騰作用揮發(fā)至大氣中，又經過降水或降塵進入土壤，或

6、經過人類活動的影響將養(yǎng)分帶入土壤中。不同景觀元素對降雨和物質流失過程的影響物質和養(yǎng)分在景觀中的垂直循環(huán)過程不同景觀要素對水分和養(yǎng)分運動的影響：生態(tài)交錯帶對各種物質和生物體起到擴散和滯緩作用農業(yè)景觀中的籬笆、溝渠網絡可起到截留作用，調節(jié)水分和養(yǎng)分在農田景觀中的流動。岸邊植被緩沖帶對地表徑流可起到滯緩作用，調節(jié)入河洪峰量降低徑流中污染物的含量，截留徑流中的有機污染物微景觀結構不同的景觀格局對徑流、侵蝕和元素的遷移影響差異較大。農田景觀中不同樹籬和溪溝在物質、養(yǎng)分流失中的作用不同土地利用結構對土壤水分和養(yǎng)分的影響a：林地坡耕地草地；b：林地草地坡耕地；c：草地林地坡耕地五、景觀中的人文與文化過程由于

7、人類活動的干擾，景觀已不完全是自然演替過程的產物，人類活動和人類文明的發(fā)展，一方面對自然景觀產生了巨大的破壞作用另一方面人類活動對自然景觀進行有目的的改造和修飾，將自然景觀改造為有利于人類生存的格局，景觀被人類注入了不同的文化色彩，從而強烈的影響著景觀中的各種生態(tài)過程。農業(yè)系統(tǒng)中的物流和能流特征城市景觀系統(tǒng)中物質和能量的輸入和輸出北方農村庭院系統(tǒng)的物質、能量循環(huán)圖第五節(jié)景觀動態(tài)變化景觀穩(wěn)定性景觀變化的驅動因子景觀變化的生態(tài)環(huán)境影響一、景觀穩(wěn)定性穩(wěn)定性概念解釋恒定性生態(tài)系統(tǒng)的物種數(shù)量、群落的生活型或環(huán)境的物理特征等參數(shù)不發(fā)生變化。這是一種絕對穩(wěn)定的概念，幾乎不存在。持久性生態(tài)系統(tǒng)在一定邊界范圍內

8、保持恒定或維持某一特定狀態(tài)的歷時長度。這是相對穩(wěn)定的概念，且隨研究對象不同而不同。慣性生態(tài)系統(tǒng)在風、火、病蟲害以及食草動物數(shù)量劇增等擾動因子出現(xiàn)時保持恒定或持久的能力。彈性生態(tài)系統(tǒng)緩沖干擾并保持在一定閾界之內的能力?；謴托耘c彈性同義抗性描述系統(tǒng)在外界干擾后產生變化的大小，即衡量其對干擾的敏感性。變異性描述系統(tǒng)在給予攪動后種群密度隨時間變化的大小。變幅生態(tài)系統(tǒng)可被改變并能迅速恢復原來狀態(tài)的程度。景觀變化與景觀穩(wěn)定性：干擾與景觀穩(wěn)定性：景觀穩(wěn)定性是系統(tǒng)的恢復和抗性兩特征的產物，一般來說，景觀的抗性越強，則景觀就越穩(wěn)定；景觀的恢復性越強，景觀也越穩(wěn)定。景觀穩(wěn)定性也可看作是干擾的產物。景觀之所以穩(wěn)定，

9、是因為建立了與干擾相適應的機制。不同的干擾頻度和規(guī)律下形成的景觀穩(wěn)定性不同。二、景觀變化的驅動因子自然驅動因子地貌形成氣候變化生命定居土壤發(fā)育自然干擾人為驅動因子人口因素技術因素政經體制及決策因素文化因素對土地利用的直接影響對土地利用的間接影響國際貿易體系國際財政體系官方發(fā)展機構市場擴展人口變化財產技術革新國家市場非官方組織個人當?shù)貐^(qū)域國家景觀（土地）調整破碎化改變國際體制干預途徑影響因子管理實體變化結果同景觀變化相聯(lián)系的政經體制三、景觀變化對生態(tài)環(huán)境影響景觀變化對區(qū)域氣候的影響影響土地表面性質改變地表的反射率影響溫室氣體和痕量氣體的排放景觀變化對土壤的影響影響土壤中的有關生態(tài)過程影響土壤養(yǎng)分

10、的流動景觀變化對水環(huán)境的影響對水量的影響對水質的影響溫室氣體CO2CH4N2OCFC工業(yè)化前的濃度（l/L）2800.80.2881990年的濃度（l/L）3531.720.310.0002-0.0003年均增加（%）0.50.90.254滯留時間（a）1001015065-130吸收輻射能力（相對于CO2全球溫暖化的貢獻率（%）6015-30512主要溫室氣體的變化特點景觀變化帶來的生態(tài)環(huán)境問題：大氣質量下降土壤侵蝕和土地沙化濕地減少水資源短缺非點源污染第六節(jié)景觀生態(tài)學與生物多樣性保護生物多樣性景觀多樣性景觀結構與生物多樣性保護景觀破碎化與異質種群動態(tài)景觀生態(tài)學與自

11、然保護區(qū)設計一、生物多樣性生物多樣性（Biodiversity）：生命有機體及其賴以生存的生態(tài)綜合體的多樣化和變異性。生物多樣性可分為四個層次：遺傳多樣性：生物體內決定性狀的遺傳因子及其組合的多樣性。物種多樣性：生命有機體的多樣性。生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生物圈內生境、生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)內生境差異、生態(tài)過程變化的多樣性。 景觀多樣性：由不同類型的景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構成的景觀在空間結構、功能機制和時間動態(tài)方面的多樣性或變異性。生物多樣性的價值：總經濟價值使用價值直接使用價值間接使用價值選擇價值 遺傳價值 存在價值 可直接消費的產品功能效益食物生物量娛樂健康生態(tài)功能防洪風暴防護將來的直

12、接或間接使用價值為保留使用價值和非使用價值的價值認識到繼續(xù)存在的價值生物多樣性保護生境生境不可逆轉的改變生境瀕危物種非使用價值二、景觀多樣性景觀多樣性的類型：斑塊多樣性：景觀中斑塊的數(shù)量、大小和形狀的多樣性和復雜性。類型多樣性：景觀中不同景觀類型的豐富度和復雜度。格局多樣性：景觀類型空間分布的多樣性及各類型之間以及斑塊與斑塊之間的空間關系和功能關系。斑塊多樣性及其生態(tài)意義：景觀中斑塊的總數(shù)景觀破碎化影響種群的大小和滅絕的速率景觀破碎化影響物種的散布和遷移的速率景觀中斑塊的面積和形狀影響物種的分布和生產力影響能量和養(yǎng)分的分布和轉移類型多樣性及其生態(tài)意義：影響物種多樣性在一景觀中，類型多樣性與物種

13、多樣性呈正態(tài)分布，即類型多樣性過高或過低，物種多樣性都低，只有當景觀類型、斑塊數(shù)目與邊緣生境達到最佳比率時，物種多樣性最高。影響徑流、侵蝕等生態(tài)過程格局多樣性及其生態(tài)意義：景觀類型的空間結構影響景觀中的能流、物流和物種流相鄰斑塊間的聚集和分散影響斑塊中的物種豐富度三、景觀結構與生物多樣性保護生物多樣性保護的途徑：遷地保護就地保護斑塊與生物多樣性廊道與生物多樣性四、景觀破碎化與異質種群動態(tài)景觀破碎化可作兩種理解：作為一種過程，棲息地的破壞使得剩下的斑塊碎片散布在整個景觀中，對于那些只局限于原始棲息地類型的物種，破碎化意味著其原來完整的種群被那些不適合于棲息的地塊分割為隔離的小種群。作為一種格局，

14、是破碎化過程的結果。具有一定的大小、形狀、空間配置關系和能對特定物種運動形成阻力的一群斑塊在空間中分配的集合。異質種群的類型（Harrison）：大陸和島嶼型（mainland and island）斑塊型（patchy population）衛(wèi)星型（satellite population）完全隔絕型（非平衡型 Non-equilibrium）異質種群理論的要點：異質種群是指由一組空間相隔，相互有聯(lián)系的局部種群所組成。一個異質種群要長期生存，各組成的局部種群之間的遷入率必須大于各自的滅絕率。異質種群越大，種群能生存的時間越長。異質種群的穩(wěn)定性由局部種群之間的遷移率來維持，遷移率越高，則動態(tài)穩(wěn)

15、定性越高。不同棲息地局部種群因環(huán)境的不同會導致遺傳結構的不同，當這些個體相互遷移時，能增加局部種群的遺傳多樣性，從而提高種群的生存力。組成異質種群的局部種群之間的距離、動物的擴散能力對異質種群的維持有重要作用。有一個大種群和許多小的衛(wèi)星種群所組成的異質種群，若大種群的數(shù)量足夠大或相互之間有一定的擴散率，則對物種的保護十分有利。五、景觀生態(tài)學與自然保護區(qū)設計自然保護區(qū)設計中景觀生態(tài)學原理景觀結構與功能原理景觀異質性理論景觀格局理論景觀等級尺度理論干擾理論景觀穩(wěn)定性原理島嶼生物地理學理論自然保護區(qū)的選址原則：典型性或代表性稀有性脆弱性多樣性面積因素天然性感染力潛在的保護價值科研潛力自然保護區(qū)的功能

16、分區(qū)：核心區(qū)緩沖區(qū)過渡區(qū)第七節(jié)景觀生態(tài)學與全球變化全球環(huán)境變化景觀變化對全球氣候變化的影響景觀對全球氣候變化的響應一、全球環(huán)境變化全球環(huán)境變化（簡稱全球變化，Global Change）是指由于人類活動直接或間接造成的，出現(xiàn)在全球范圍內的，異乎尋常的人類生態(tài)環(huán)境的變化。全球變化的研究是以氣候變化為核心展開的，目前國際公認的全球變化研究，是由三個相互獨立、相互依存的科學計劃組成：以研究氣候系統(tǒng)中物理方面問題為主的世界氣候研究計劃（WCRP）；以研究地球系統(tǒng)中的生物地球化學循環(huán)及過程為主的國際地圈生物圈計劃（IGBP）；以了解導致全球環(huán)境變化的人類因素為主的全球環(huán)境變化的人類因素計劃（IHDP）。

17、全球變化生態(tài)學是研究全球變化的生態(tài)過程、生態(tài)關系、生態(tài)機制、生態(tài)后果及生態(tài)對策的科學。目前的全球變化生態(tài)研究是關于區(qū)域及全球變化趨勢、原因、機制和效應的研究，其目的在于探索由于人類活動所引起的全球變化對人類賴以生存與持續(xù)發(fā)展的陸地生態(tài)系統(tǒng)與人類生存環(huán)境的作用及其反應，以期找出應對的策略，最大限度地減小全球變化的不利影響，使地球朝著有利于人類生存與持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。人口增長土地利用和覆蓋的變化大氣成分的變化生物多樣性的變化土地荒漠化氣候變化全球變化的主要內容及其關系引起全球變化的根本原因在于全球性人口的增長，人類活動主要從三個方面引起全球變化：（1）N 循環(huán)的改變；（2）土地利用和土地覆蓋的改

18、變；（3）大氣CO2濃度的改變。主要的全球變化：人口增長：巨大的人口壓力是全球變化的主要驅動因子，有效地控制世界人口增長已成為解決地球環(huán)境問題的關鍵。大氣成分變化：在與全球氣候變化關系密切的大氣成分中，最受人們關注的是CO2、CH4、N2O、CFCs、O3。土地利用和土地覆蓋的變化：最重要的土地覆蓋變化是森林轉變?yōu)檗r田；最顯著的土地利用變化是農業(yè)對土地的集約管理。主要的全球變化：全球氣候變化：全球溫暖化：其理論解釋是溫室效應；降雨格局發(fā)生變化：中緯度地區(qū)降雨量增大，北半球亞熱帶地區(qū)的降雨量下降，而南半球的降雨量增大。全球云量分布的變化海平面上升氣候災害事件增加厄爾尼諾（El-Nino）和拉尼娜

19、（La-Nina）溫室效應主要的全球變化：生物多樣性變化：現(xiàn)在物種滅絕的速度是人類社會出現(xiàn)之前自然速度的100-1000倍以上，并且未來物種滅絕的速度將以目前10倍的速度增加?；哪河捎诓磺‘?shù)娜藶榛顒?，導致的干旱、半干旱和半濕潤地帶的土地退化現(xiàn)象。二、景觀變化對全球氣候變化的影響景觀變化景觀結構變化景觀功能變化景觀元素循環(huán)的改變大氣中痕量氣體濃度變化景觀中能量變化全球氣候變化水分循環(huán)改變水分重新分配大氣中水汽含量變化景觀變化與全球氣候變化的關系景觀變化在全球氣候變化中的作用：森林景觀的變化對全球氣候變化的影響森林景觀的破壞森林植被中的碳直接釋放到大氣中造成土壤碳庫的大量損失而進入大氣中引起

20、洪水泛濫，增加濕地景觀，從而增加了甲烷的排放源改變全球水循環(huán)及地表反射率等，直接引起氣候變化森林景觀的重建景觀變化在全球氣候變化中的作用：濕地景觀的變化對全球氣候變化的影響濕地的萎縮，減少了甲烷的排放源。濕地的減少，改變了土壤性質，加速了土壤有機碳的分解，使土壤中的有機碳以二氧化碳的形式大量釋放到大氣中。景觀變化在全球氣候變化中的作用：農業(yè)景觀的變化對全球氣候變化的影響農業(yè)景觀的增加，導致原景觀中的碳庫大量損失，并以CO2、CH4等形式排放到大氣中。農業(yè)生產中大量使用化肥和有機肥，使大量CO2、CH4、N2O等溫室氣體排放到大氣中。人工濕地的增加，也增加了溫室氣體的排放。種植園、草地和農業(yè)撂荒

21、地等景觀類型的增加，可減緩CO2等溫室氣體的排放。農業(yè)用水的增加，改變了陸地水循環(huán)模式，從而影響陸地水分的分布狀況。農業(yè)景觀的變化，改變了地表反射率而影響能量的分配景觀變化在全球氣候變化中的作用：荒漠景觀的變化對全球氣候變化的影響荒漠景觀的增加，使原有景觀類型中的大量碳庫喪失，并以CO2等形式排放到大氣中?；哪坝^的擴展改變了地表反射率，導致大氣中能量的重新分配。荒漠化的發(fā)展，增強了土壤蒸散作用，從而影響大氣含水量和水循環(huán)?；哪陌l(fā)展，使大氣中塵埃等固體微粒的含量增加，減少了到達地面的太陽輻射。景觀變化在全球氣候變化中的作用：城市景觀的發(fā)展對全球氣候變化的影響城市的發(fā)展不斷侵吞周邊的土地，使耕地資源不斷減少。城市的道路和建筑物，增加