第14章景观生态学ppt课件

1、Page1/45第十四章第十四章 景观生态学景观生态学n第一节 景观和景观生态学n第二节 景观生态学中的普通概念和实际n第三节 景观生态学的研讨方法n第四节 景观生态学的运用Page2/45n普通意义上的“景观n即陆地风光，包含着画面和美的含义。n常用的词汇如：草地景观、荒漠景观、森林景观等。n与之相关的词 Seascape 海景也有类似的含义。第一节第一节 景观和景观生态学景观和景观生态学Page3/45Page4/45n科学意义上的景观n 科学中的术语需求严厉定义其内涵和外延。n 但景观生态学的中心概念“景观还没有一致公认的定义。这反映出作为一门新兴学科，它还处于开展时期，各种学术思想并存

2、，定义也随着研讨内容的演化而演化。nVon Humboldt(19世纪初)首先把“景观一词引入地理植被科学中，定义为“自然地理综合体n贝尔格1931：一定区域上物体和景象的组合，是地形、气候、水文、土壤、植物、动物、人类活动的一致的、协调的整体，典型地反复在一定地域内。Page5/45Zonneveld(1979): 地球外表的一部分，由空气、水、植物、动物和人组成的系统的复合体，并可经过外貌特征进展辨识。Naveh(1984): 自然、生态、地理之综合体Haber(1990)： 生物或者人类综合感知的土地。Forman(1986)：以类似方式反复出现的相互作用的假设干生态系统簇构成的异质性土

3、地地域。并建议将其空间范围限定在几公里到几百公里。Forman (2019)：空间上镶嵌出现的严密联络的生态系统组合。它具有可辨识性、空间反复性和异质性。Page6/45邬建国(2000)：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的景观。 广义景观：没有空间范围限制的，只强调空间异质性的景观。 从近几年的文献看，景观生态学突破了空间范围的限制，广义景观为多数生态学家所接受。Page7/45景观与景观生态学定义景观与景观生态学定义景观景观: 由假设干生态系统组成的异质区域由假设干生态系统组成的异质区域(或由不或由不同生态系统所组成的异质性地理单元同生态系统所组成的异质性地理

4、单元)。 这这些生态系统构成景观中明显的斑块，些生态系统构成景观中明显的斑块， 这些这些斑块称景观要素。斑块称景观要素。景观生态学：景观生态学： 研讨景观单元的类型组成、空间格局及其研讨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。与生态学过程相互作用的综合性学科。Page8/45景观生态学研讨对象和内容可概括为3个方面，即景观构造、景观功能和景观动态。景观构造：景观组成单元的类型、多样性及其空间关系；景观功能：景观构造与生态学过程的相互作用或景观构造单元之间的相互作用；景观动态：景观构造和功能方面随时间推移发生的变化。Page9/45景观生态学的根本概念和实际景观生态学的

5、根本概念和实际空间异质性空间异质性景观构造景观构造景观动态景观动态景观功能景观功能岛屿生物地理学实际岛屿生物地理学实际生物控制论观念生物控制论观念景观生态学景观生态学景观衔接度景观衔接度生态过渡带实际生态过渡带实际浸透实际与阈限景象浸透实际与阈限景象尺度尺度等级实际等级实际格局与过程格局与过程斑块廊道基底方式斑块廊道基底方式斑块动态实际斑块动态实际复合种群实际复合种群实际Page10/45景观生态学开展简史景观生态学开展简史n景观生态学来源于中欧和东欧n200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预备。n1939年，德国地理学家Carl Tr

6、oll 初次将景观与生态学联络在一同，提出了景观生态学，标志着景观生态学的诞生。n同时，前苏联生态学家开展了生物地理群落学，其研讨内容与欧洲早期的景观生态学类似，对欧洲景观生态学开展产生了重要影响。Page11/45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开展作了系统性的总结和开展，标志欧洲景观生态学的构成。代表人物还有：Buchwald, Tuxen, Vink, Ruzika. 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

7、。 欧洲景观生态学强调整体论的思想，以及人类影响方面。Page12/451982年10月，捷克召开的六届景观生态学国际研讨会上，国际景观生态学会成立IALE), 景观生态学成为一个国际性的学科。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经过一系列文章引见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-本底方式，为北美景观生态学奠定了根底。Page13/451983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开展的里程碑。会议参与人都是美国著名生态学家，会议对当时景观生态学开展现状和存在的问题进展了分析，提出强

8、调空间异质性和尺度的重要性。为北美景观生态学开展指明了方向。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。Page14/45n1987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。n之后，北美涌现了一大批著名景观生态学家，在等级实际、尺度观、中性实际、景观格局数量化、景观模型等方面获得了重要成果，使景观生态学成为生态学的新生长点和前沿领域。Page15/45n尺度及其有关的概念n格局与过程n空间异质性和斑块性n种面积关系和岛屿生物地理学实际n斑块廊道基底方式n边缘效应nMeta-种群实际n景观衔接度、浸

9、透实际和中性模型n等级实际n斑块动态实际第二节第二节 景观生态学的普通概念和实际景观生态学的普通概念和实际Page16/45一、尺度及其有关的概念一、尺度及其有关的概念n尺度：普通指对某一研讨对象或景象在空间或时间上的量度，分别称为空间尺度和时间尺度。n粒度和幅度：尺度往往以粒度和幅度来表达。n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。时间粒度指某一景象或某一干扰事件发生的频率。n幅度是指研讨对象在空间或时间上的继续范围，研讨区域的总面积决议该研讨的空间幅度；研讨工程继续多久那么确定其时间幅度。n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

10、尺度指较小空间范围内的景观特征，往往对应于大比例尺、高分辩率。Page17/45二、格局与过程二、格局与过程n格局：往往指空间格局，即斑块和其他组成单格局：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。元的类型、数目以及空间分布与配置等。n过程：过程那么强调事件或景象发生、开展的过程：过程那么强调事件或景象发生、开展的程序和动态特征。程序和动态特征。n 景观生态学经常涉及到的生态过程包括种群景观生态学经常涉及到的生态过程包括种群动态、种子或生物体的传播、捕物和捕食者的动态、种子或生物体的传播、捕物和捕食者的相互作用、群落演替、干扰分散、营养循环等。相互作用、群落演替、干

11、扰分散、营养循环等。Page18/45三、空间异质性和斑块性三、空间异质性和斑块性n空间异质性普通可了解为空间斑块性和梯度的总和。n空间异质性表现对尺度的依懒性。空间异质性是指生态过程和格局在空间分布上的不均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。匀性及其复杂性。Page19/45四、种面积关系和岛屿生物地理学实际四、种面积关系和岛屿生物地理学实际n景观中斑块面积的大小、外形以及数目对生物多样性和各种生态学过程都会有影响。n思索景观斑块的不同特征，种-面积关系普通为：n 物种丰富度f(生境多样性、干扰、斑块面积、演替阶段、基底特征、斑块隔离程度)n普通来说，斑块数量的添加

12、常伴随着物种的添加。Page20/45n岛屿生物地理学实际将生境斑块的面积和隔离程度与物种多样性联络在一同，对斑块动态实际及景观生态学开展起了重要的启发作用。n岛屿生物地理学实际的普通数学表达式为：n dS/dt=I-EnS为物种数，t为时间，I迁居速率是种源与斑块间间隔D的函数，E绝灭速率是斑块面积A的函数Page21/45五、斑块廊道基底方式五、斑块廊道基底方式n美国生态家R.Forman和法国生态学家M.Godron (1986) 以为，组成景观的构造单元不外有三种：斑块、廊道和基底。n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性的空间部分，详细包括植物群落、湖泊、草原、

13、农田、居民区等。n廊道指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状构造，如农田间的防风林、河流、道路、峡谷等。Page22/45n基底指景观中分布最广、延续性最大的背景构造，常见的基底指景观中分布最广、延续性最大的背景构造，常见的有森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等等。有森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等等。n斑块、廊道、基底的划分是相对，与察看的尺度相联络，斑块、廊道、基底的划分是相对，与察看的尺度相联络，实践划分是非常困难的。实践划分是非常困难的。n近年来，斑块、廊道、基底为中心的一系列概念、实际和近年来，斑块、廊道、基底为中心的一系列概念、实际和方法已逐渐构成了现代景观生态

14、学的一个重要方面。方法已逐渐构成了现代景观生态学的一个重要方面。 R.Forman2019称之为斑块廊道基底方式。称之为斑块廊道基底方式。Page23/45六、边缘效应六、边缘效应n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景象。斑块中心部分在气候条件、物种组成以及生物地球化学循环方面都能够与其边缘部分不同。n许多研讨阐明，斑块周界部分经常具有较高的物种丰富度和初级消费力。n有些物种需求较稳定的生物条件，往往集中分布在斑块的中心部分，称内部种；而另一些物种顺应多变的环境条件，主要分布在斑块边缘部分，那么称为边缘种。n斑块的构造特征对系统的消费力、营养循环和水土流

15、失等过程都有重要的影响n斑块的外形多种多样，其特点可用长宽比、周界面积比等来描画。Page24/45七、七、Meta-种群实际种群实际nMeta-种群(metapopulation) :美国生态学家R.Levins(1970)采用了metapopulation一词，并定义为“由经常部分性绝灭，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，但又有功能联络的二个或二个以上的亚种种组成的种群斑块系统。Page25/45Page26/45nMeta-种群实际的两个根本要点：n 亚种群频繁地从生境斑块中消逝斑块程度的部分性灭绝；n 亚种群之间存在生物繁衍体或个体的交流斑块间和区域性

16、定居过程，从而使Meta-种群在景观程度上表现复合稳定性。nMeta-种群动态模型斑块动态模型：n dP/dt = mP(1-P)-ePn 其中，P-被某一物种个体占据的斑块比例，t-时间，m-与所研讨物种的定居才干有关的常数，e-与所研讨物种的灭绝速率有关的常数。Page27/45Meta-种群实际的意义种群实际的意义nMeta-种群实际的意义：生境片断化之后，构成隔离的生境斑块，种群个体在不同的斑块之间分散，个体在亚种群之间迁移，影响种群耐久性和稳定性。在维护生物学上具非常重要的意义。Page28/45八、景观衔接度、浸透实际和中性模型八、景观衔接度、浸透实际和中性模型n景观衔接度景观衔接

17、度:是对景观空间构造单元相互之间延续性是对景观空间构造单元相互之间延续性的量度，它包括构造衔接度和功能衔接度。的量度，它包括构造衔接度和功能衔接度。n前者指在空间上直接表现出的延续性，可经过卫前者指在空间上直接表现出的延续性，可经过卫片、航片、或视学器官察看来确定；片、航片、或视学器官察看来确定；n后者是以所研讨的对象或过程的特征尺度来确定。后者是以所研讨的对象或过程的特征尺度来确定。Page29/45n浸透实际浸透实际:当媒介的密度到达一临界值时，浸透物忽当媒介的密度到达一临界值时，浸透物忽然可以从媒介一端到达另一端。在生态学中，有许然可以从媒介一端到达另一端。在生态学中，有许多临界阈值景象

18、，如植被覆盖度到达多少时流动沙多临界阈值景象，如植被覆盖度到达多少时流动沙丘得以固定？生境面积占整个景观面积多少时，某丘得以固定？生境面积占整个景观面积多少时，某一物种才干幸免于生境破碎化作用而长期生存？一物种才干幸免于生境破碎化作用而长期生存？n中性模型中性模型:指不包含任何详细生态学过程或机理，只指不包含任何详细生态学过程或机理，只产生数学或统计学上所期望的时间或空间格局的模产生数学或统计学上所期望的时间或空间格局的模型。浸透实际基于简单的随机过程，并有显著的而型。浸透实际基于简单的随机过程，并有显著的而且可预测的阈限特征，因此是非常理想的景观中性且可预测的阈限特征，因此是非常理想的景观中

19、性模型。模型。Page30/45九、等级实际九、等级实际n等级实际是20世纪60年代以来逐渐开展构成的、关于复杂系统的构造、功能和动态的系统实际。根据等级实际，复杂系统具有离散性等级层次。n普通来说，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。Page31/45n许多复杂系统包括景观系统可视为等级构造，可将繁杂的相互作用的组分按照某一规范进展组合，赋之于层次构造。如不同等级植被类型分布的温度和湿度范围。n研讨复杂系统时普通到少需求同时思索3个相邻的层次，即中心层次、其上一层次和下一层次。Page32/45十、斑块动

20、态实际十、斑块动态实际J.Wu和Loucks(2019)在总结前人研讨任务根底上，提出了斑块动态范式。其要点包括：(1)生态系统是由斑块镶嵌体组织的等级系统；(2)生态系统的动态是斑块个体行为和相互作用的总体反映；(3)格局过程尺度观念，即过程产生格局，格局作用于过程，而二者又依赖于尺度；Page33/45(4)非平衡观念，即非平衡景象在生态学系统中普遍存在，部分尺度上的非平衡态和随机过程往往是系统稳定性的组成部分；(5)兼容机制和复合稳定性，兼容是指小尺度上、高频率、快速度的非平衡态过程被整合到较大尺度上稳定过程的景象。而这种在较大尺度上表现出来的“准稳定性往往是斑块复合体的特征，因此称之为

21、“复合稳定性。Page34/45第三节第三节 景观生态学的研讨方法景观生态学的研讨方法一、遥感和地理信息系统在景观生态学中的运用二、景观构造分析的数量方法三、景观模型Page35/45遥感遥感n遥感指不直接触目的而搜集信息的过程和方遥感指不直接触目的而搜集信息的过程和方法，主要是和处置目的发射和反射的电磁波。法，主要是和处置目的发射和反射的电磁波。n遥感卫星经过光电传感器将描画多个波段的遥感卫星经过光电传感器将描画多个波段的电磁波信号转变成电信号，再转变为数字信电磁波信号转变成电信号，再转变为数字信号，用这些数字来构建图像。号，用这些数字来构建图像。Page36/45n将这些图像给景观生态学家

22、，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)。n遥感在景观生态学中的运用价值：n植被和土地利用分类n生态系统和景观特征定量化n景观动态及生态系统管理方面的研讨Page37/45地理信息系统地理信息系统(GIS)(GIS)nGIS是一个用于对地理数据进展采集、管理、查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。nGIS的根本功能：n地图数字化和数据可视化n数据查询n空间分析(根本图形运算、缓冲区分析、空间叠加、网络分析、栅格数据的空间分析)nGIS在景观生态学中的运用价值：n 分析景观

23、空间变化；确定不同环境和生物学特征相关性；确定斑块大小、外形、毗邻性和衔接度；分析景观中能量、物质和生物流的方向和通量；景观变量的图象输出等。Page38/45二、景观构造分析的数量方法二、景观构造分析的数量方法(一)景观指数1、景观相对丰富度指数 R=N/NmaxN-景观中斑块类型数目Nmax-景观中能够出现的斑块类型总数的最大值1(ln)nkkkHpp 2、景观多样性指数pk- 斑块k在景观中出现的概率n- 景观中斑块类型的总数Page39/453、景观聚集度指数max11(ln)nnijijijCCppn同上，Pij-斑块类型i与j相邻的概率，Cmax=2ln(n)C小、景观由许多小斑块

24、组成，具有较大的随机特性，C大、斑块聚集而构成少数大斑块(二)其他分析方法地统计学分析、波谱分析、趋势面分析、分形分析等Page40/45三、景观模型(一)景观格局变化的概率模型(马尔柯夫随机模型)Page41/45Page42/45(二) 景观格局-过程动态模型1(,)mijijijijkkdYfYXZQdt景观格局-过程动态模型：主要用于描画景观的空间格局、动态变化与生态学过程之间相互关系景观过程模型是把景观按空间异质性(生态系统类型)分成许多空间单元，然后将构造上完全一样或类似的单元模型 “移植到这些空间单元中。其简化数学公式如下：t- 时间；Yij-对应于空间单元ij的，由假设干形状变量组成的形状向量Xij-对应于空间单元ij的参数向量；Zk-空间单元ij与相邻单元k的净交换作用；m-相邻单元数；Q-空间单元ij与系统中相邻单元以外的远间