第六章景观生态学PPT课件

1、第一节 景观和景观生态学 景观的定义有多种表述，一般的讲，是指反映地形地貌景色的图像，常用的词汇如：草地景观、荒漠景观、森林景观等。第1页/共54页第2页/共54页 或是人们放眼所映获的自然景色。 景观生态学的核心概念“景观”还没有一致公认的定义。这反映出作为一门新兴学科，它还处于发展时期，各种学术思想并存，定义也随着研究内容的演变而演变。第3页/共54页也可定义为狭义景观和广义景观 狭义景观：将空间范围限定在几公里到几百公里范围内，由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元。 广义景观：没有空间范围限制的，具有异质性或缀块性的空间单元。强调空间异质性的景观。 广义景观为多数生态学家所接受。第4

2、页/共54页一、景观与景观生态学定义景观: 由若干生态系统组成的异质区域。 这些生态系统构成景观中明显的斑块， 这些斑块称景观要素。景观生态学： 研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。第5页/共54页二、景观生态学发展简史 景观生态学起源于中欧和东欧 200年前，著名德国地理学家von Humboldt提出了科学上的景观概念，为景观生态学产生作了准备。 1939年，德国地理学家Carl Troll 首次将景观与生态学联系在一起，提出了景观生态学，标志着景观生态学的诞生。 同时，前苏联生态学家发展了生物地理群落学，其研究内容与欧洲早期的景观生态学相似，对欧洲景观生

3、态学发展产生了重要影响。第6页/共54页 荷兰生态学家Zonneveld和以色列生态学家Naveh在上个世纪七十年代发表了一系列的论文论著，将欧洲景观生态学在二战后的发展作了系统性的总结和发展，标志欧洲景观生态学的形成。 Naveh在其很有影响的教科书中提出：“景观生态学是基于系统论、控制论和生态系统学之上的跨学科的生态地理学，是整体人类生态系统科学”。 欧洲景观生态学强调整体论的思想，以及人类影响方面。第7页/共54页 美国后来逐渐成为景观生态学的主流 1981-1983年间，美国生态学家Forman通过一系列文章介绍了欧洲景观生态学的概念，将景观生态学的思想引进到美国。并提出了“斑块-廊道

4、-本底”模式，为北美景观生态学奠定了基础。第8页/共54页第9页/共54页 1983年在美国Allerton公园召开的景观生态学讨论是北美景观生态学发展的里程碑。会议参加人都是美国著名生态学家，会议对当时景观生态学发展现状和存在的问题进行了分析，提出强调空间异质性和尺度的重要性。为北美景观生态学发展指明了方向。后来也成为了国际景观生态学的主流。 1986年，Forman出版了非常有影响的“景观生态学”专著，成为景观生态学的经典教科书。第10页/共54页 1987年，国际“景观生态学”杂志在美国创刊，成为景观生态学的主要论坛。 之后，北美涌现了一大批著名景观生态学家，在等级理论、尺度观、中性理论

5、、景观格局数量化、景观模型等方面取得了重要成果，使景观生态学成为生态学的新生长点和前沿领域。第11页/共54页三、景观生态学研究对象和内容 景观结构：景观组成单元的类型，多样性及其空间关系。 景观功能：景观结构与生态学过程的相互作用或景观结构单元之间的相互作用。 景观动态：景观在景观和功能方面随时间的变化。第12页/共54页1、尺度及其有关的概念2、格局与过程3、空间异质性和斑块性4、种面积关系和岛屿生物地理学理论5、斑块廊道基底模式6、边缘效应7、Meta-种群理论8、等级理论第二节 景观生态学一般概念和理论第13页/共54页一、尺度及其有关的概念 尺度：一般指对某一研究对象或现象在空间或时

6、间上的量度，分别称为空间尺度和时间尺度。 研究尺度的目的在于通过适宜的测量以揭示和把握自然界的特征和规律。第14页/共54页 尺度往往以粒度和幅度来表达。 空间粒度指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积。 最小可辨识单元会随着观察高度而发生变化。在某一观察距离上的最小可辨识景观单元则代表了该景观的空间粒度。 时间粒度指某一现象或某一干扰事件发生的频率。第15页/共54页 幅度是指研究区域的大小或需要考虑的时间长度。研究区域的总面积决定该研究的空间幅度；研究项目持续多久则确定其时间幅度。 一般来说，从个体、种群、群落、生态系统、景观到全球生态系统，粒度和幅度趋于增加。第16页/共54

7、页 尺度和比例尺：大尺度指较大空间范围内的景观特征，往往对应于小比例尺、低分辩率；小尺度指 在景观生态学研究中，人们往往需要利用某一尺度上所获得的信息或知识来推测其他尺度上的特征。第17页/共54页二、格局与过程 格局：往往指空间格局，即斑块和其他组成单元的类型、数目以及空间分布与配置等。空间格局可描述为随机型、规则型、聚集型。 过程：过程则强调事件或现象发生、发展的程序和动态特征。如种群动态、种子或生物体的传播、捕物和捕食者的相互作用、群落演替、干扰扩散、养分循环等。第18页/共54页三、空间异质性和斑块性 空间异质性是指生态过程和格局在空间分布上的不均匀性及其复杂性。 空间异质性一般可理解

8、为空间斑块性和梯度的总和。 空间异质性表现对尺度的依懒性。第19页/共54页 斑块性主要强调斑块的种类组成特征及其空间分布与配置关系。第20页/共54页不同尺度上的森林格局-中国森林分布示中国森林分布第21页/共54页不同尺度上的森林格局-安徽森林分布安徽省森林分布第22页/共54页不同尺度上的森林格局-合肥市森林分布示合肥市森林分布第23页/共54页 空间格局、异质性、斑块性都强调非均质性及对尺度的依赖性。第24页/共54页四、种面积关系和岛屿生物地理学理论 景观中斑块面积的大小、形状以及数目对生物多样性和各种生态学过程都会有影响。 种-面积关系一般为：S=cAZ 物种丰富度f(生境多样性、

9、干扰、斑块面积、演替阶段、基底特征、斑块隔离程度) 一般来说，斑块数量的增加常伴随着物种的增加。第25页/共54页 岛屿生物地理学理论的一般数学表达式为： dS/dt=I-E S为物种数，t为时间，I迁居速率（是种源与斑块间距D的函数），E绝灭速率（是斑块面积A的函数） 岛屿生物地理学理论将斑块的面积和隔离程度与物种多样性联系在一起，成为早期北美景观生态学研究的理论基础。第26页/共54页五、斑块廊道基底模式 美国生态家R.Forman和法国生态学家M.Godron (1986) 认为，组成景观的结构单元不外有三种：斑块、廊道和基底。 斑块泛指与周围环境在外貌或性质上不同，但又具有一定内部均质

10、性的空间部分，具体包括植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等。第27页/共54页第28页/共54页 廊道指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构，如农田间的防风林、河流、道路、峡谷等。 基底指景观中分布最广、连续性最大的背景结构，常见的有森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等等。第29页/共54页 斑块、廊道、基底的划分是相对，与观察的尺度相联系，实际划分是十分困难的。如某一尺度上的斑块可能成为较小尺度上的基底，或又是较大尺度上的廊道的一部分。 近年来，斑块、廊道、基底为核心的一系列概念、理论和方法已逐渐形成了现代景观生态学的一个重要方面。 R.Forman（1995）称之为斑块廊道基底

11、模式。第30页/共54页六、边缘效应 边缘效应指斑块边缘部分由于受外围影响而表现与斑块中心部分不同的生态学特征的现象。斑块中心部分在气象条件、物种组成以及生物地球化学循环方面都可能与其边缘部分不同。 许多研究表明，斑块周界部分常常具有较高的物种丰富度和初级生产力。第31页/共54页七、Meta-种群理论（复合种群理论） 美国生态学家R.Levins(1970)采用了Meta-种群一词，并定义为“由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所组成的种群”。换言之，它是由空间上相互隔离，但又有功能联系的二个或二个以上的亚种群组成的种群斑块系统。p238第32页/共54页第33页/共54页 Meta-

12、种群理论（复合种群理论）的两个基本要点： 亚种群频繁地从生境斑块中消失（斑块水平的局部性灭绝）； 亚种群之间存在生物繁殖体或个体的交流（斑块间和区域性定居过程），从而使Meta-种群在景观水平上表现复合稳定性。第34页/共54页 Meta-种群理论的意义：生境片断化之后，形成隔离的生境斑块，种群个体在不同的斑块之间扩散，个体在亚种群之间迁移，可以保持种群长期生存，而且种群间个体交流，还能提高种群遗传多样性。因此，在保护生物学上具十分重要的意义。第35页/共54页八、等级理论 等级理论是20世纪60年代以来逐渐发展形成的、关于复杂系统的结构、功能和动态的系统理论。根据等级理论，复杂系统具有离散性

13、等级层次，据此，复杂系统的研究可简化，以便达到对其结构、功能和行为的理解和预测。 研究复杂系统时一般至少需要同时考虑3个相邻的层次，即核心层次、其上一层次和下一层次。（图）第36页/共54页第37页/共54页 一般来说，处于等级系统中高层次的行为或动态常表现现大尺度、低频率、慢速度特征；而低层次行为或过程常表现出小尺度、高频率、快速度的特征。第38页/共54页 许多复杂系统包括景观系统可视为等级结构，可将繁杂的相互作用的组分按照某一标准进行组合，赋之于层次结构。 近年来，等级系统理论对景观生态学的兴起和发展起了重大作用。尤其是大大增强了生态学家的“尺度感”，为深入认识和理解尺度的重要性以及发展

14、多尺度景观研究方法起了显著的促进与指导作用。第39页/共54页第三节 “3S”研究技术 全球定位系统(global positioning system,GPS) 遥感(remote sensing,RS) 地理信息系统(geographic information system,GIS)3S技术广泛应用于景观生态学的研究第40页/共54页 GPS系统包括3部分：GPS卫星星座、地面监控系统、GPS信号接收机。第41页/共54页 GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道面上有4颗卫星 (GPS)第42页/共54页全球定

15、位系统(global positioning system,GPS)21,000km卫星1卫星4卫星2卫星3GPS用卫星作为参照点，确定地球表面的位置，包括经度、纬度和高度。空中的卫星不断地向发送其位置和时间的信息，GPS接收卫星信号，根据信号到达接收器的时间，可以计算两者间的距离。根据四颗卫星的距离的测量，GPS可以精确测得地球上任意点的经纬度和高度GPS第43页/共54页遥感 遥感(remote sensing)指不直接触目标而收集信息的过程和方法，包括航空照片、卫星影像、热红外图像。 近年来，卫星和飞机遥感技术迅速发展和广泛应用，很大程度上促进了景观生态学兴起和成熟。否则，很难想象如何有

16、效研究大尺度和跨尺度上的景观现象。 遥感怎样获取信息？可为景观生态学提供哪些信息？第44页/共54页 遥感卫星通常佩有光电传感器，可以描述多个波段的电磁波，传感器将电磁辐射转变成电信号，接着由计算机转变为数字信号，用这些数字可以构建图像。 将这些图像给景观生态学家，并为其提供了极其有价值的信息(如植被类型及其分布，植被类型内部斑块的空间分布、土地利用类型及其面积、生物量分布、土壤类型、水分特征、蒸发蒸腾、叶面积指数等)。第45页/共54页遥感在景观生态学中的应用价值：(1)植被和土地利用分类(2)生态系统和景观特征定量化(3)景观动态及生态系统管理方面的研究第46页/共54页地理信息系统(GI

17、S)(GIS) GIS是一个用于对地理数据进行采集、管理、查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。 GIS在景观生态学中的应用包括：第47页/共54页 GIS在景观生态学中的应用包括： 分析景观空间变化； 确定不同环境和生物学特征相关性； 确定斑块的大小、现状、毗邻性和连接度； 分析景观中能量、物质和生物流的方向和通量； 地图数字化和数据可视化、数据查询 空间分析(基本图形运算、缓冲区分析、空间叠加、网络分析、栅格数据的空间分析)第48页/共54页第四节 景观生态学的应用主要应用于保育生物学、自然资源管理、景观规划。传统生态学思想强调生态学系统的平衡态、稳定性、均质性、确定性以及可预测性，

18、但生态学系统并非处于“均衡”状态，时空上的缀块性或异质性才是普遍特征，而且不断增加的人为干扰使这些特征愈为突出。因此，强调多尺度上空间格局和生态学过程相互作用以及等级结构和功能的景观生态学观点，为解决实际中环境和生态学问题提供了一个更合理、更有效的概念框架。第49页/共54页(1) 生物保育方面 景观生态学的发展为保育生物学提供了新的理论基础，保育生物学为景观生态学理论和方法的发展提出新的目标。 传统的以物种为中心的自然保护途径缺乏考虑多重尺度上生物多样性的格局和过程及其相互关系，物种的保护还需要依赖生态系统和景观的多样性和完整性。第50页/共54页(2) 自然资源管理方面 生态系统管理的目的是保护异质景观中的物种和自然生态系统，维持正常的生态学和进化过程，合理利用自然资源，保证生态系统的可持续性。 近年来，许多学者认为区域景观尺度是考虑自然资源的宏观永续利用和对付全球气候变化带来的生态学后果的最合理的尺度，因为区域景观是能够反映自然生态系统和人类活动的种类、变异和空间格局特征的最小空间单位。可以实现生态系统管理的目的