景观生态学原理及应用课件

景观生态学原理及其应用本讲主要内容景观生态学的概念及发展景观生态学的理论基础景观的基本结构干扰与干扰生态学景观规划与设计景观生态学的概念与发展景观一般理解：景色风景景致景象

scenerylandschaft

没有明确的空间界限突出综合直观的视觉感受景观生态学的概念与发展景观

Humboldt形成“自然地域综合体”概念，强调景观地域整体性与景观综合性，各种要素组合在一定地带内；

伊萨钦科从类型和区域方向提出对景观的理解，如地貌、气候、土壤；地带性同质异质；

Troll提出景观生态概念，其后形成了景观生态学；提出了景观的结构特征概念；

Vink提出基于系统控制论观点，指出景观是生态系统的一部分，可以通过控制进行管理；

Forman,Godron将景观定义为相互作用的生态系统镶嵌构成，具有高度空间异质性的区域。景观生态学的概念与发展景观肖笃宁：景观是一个由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征，具有一定尺度，有经济、生态和美学价值；景贵和：景观单元的组合及其相以作用的整体景观和科学含义：由相互作用的生态系统镶嵌构成，并以类似形式重复出现，具有高度空间异质性的区域，其主要特征是可辨识性、空间重复性和异质性。景观由不同空间单元镶嵌组成，具有异质性；具有明显形态特征与功能的地理实体；是生物的栖息地和人类生存的环境；具有一定的尺度；有经济、生态和文化的多重价值。景观生态学的概念与发展景观生态学

Buchwald景观生态学的主要任务是克服经济生活发展和自然土地潜力的紧张状态，研究相关景观系统的相互作用、空间组织和相互关系；

Forman应探讨各类生态系统的异质性组合、相互作用和变化，如分布格局、物质的循环和能量流动、动态变化等；应以整体景观为对象，运用生态系统原理和系统方法研究景观结构和功能、景观动态变化及相互作用机理、景观美化结构、优化结构、合理利用与保护。景观生态学的概念与发展景观生态学的概念与发展景观生态学

个体－种群－群落－生态系统－景观－区域…区别景观生态学生态系统生态学(1)空间异质性的发展与维持相对同质(2)景观镶嵌体的格局能量、物质的分配与运动(3)景观中所有生态系统分散的岛状系统(4)包括经营管理状态一个部分(5)尺度大，全面某一具体对象(6)重视空间格局的形成和发展生态系统的演变景观生态学的概念与发展景观生态学

几个重要概念：

(1)斑块－廊道－基质模式是描述景观空间格局的基本模式

斑块在景观的空间尺度上最小的异质性单元，即一个具体的生态系统

廊道不同于两侧基质的狭长地带，线状或带状斑块包括连接度、结点及中断等指标

基质范围相对广阔、相对同质且连通性最强的背景地域，决定着景观的性质起主导作用景观生态学的概念与发展景观生态学的概念与发展景观生态学

几个重要概念：

(2)景观结构与格局指景观的组分及其空间分布形式景观结构包括空间特征景观元素大小形状空间组合和非空间特征景观元素类型、面积比例…景观格局组分的空间分布和组合与尺度有关

(3)异质性指一个景观区域中，景观元素类型、组合及属性在空间或时间上的变异程度，是景观区别于其他生命层次的最显著特征。

(4)尺度时间空间景观生态学的概念与发展景观综合思想的萌芽（19世纪初至20世纪30年代）：主要表现为洪堡德和帕萨格的综合景观概念的形成和发展以及海克尔的生态学和坦斯利生态系统概念与思想的形成。景观生态学学科思想的巩固（20世纪30年代后期至60年代中期）：主要表现为Troll景观生态学概念的正式提出以及苏卡乔夫的生物地理群落学说的提出。景观生态学的学科初创（20世纪60年代后期至80年代初）：主要表现为中西欧国家结合自然和环境保护、土地利用及规划等应用实践开展景观生态学理论与应用研究。景观生态学的全面发展（20世纪80年代至今）景观生态学的理论基础系统论是一门运用逻辑学和数学方法研究一般系统运动规律的理论，从系统的角度揭示客观事物和现象之间相互联系、相互作用的共同本质和同在规律。包括系统、层次、结构、功能、反馈、信息等概念。系统论强调整体性、关联性、开放性和动态性原则。其基本步骤：系统地提出问题；明确系统各要素之间的想到关系；构建逻辑和数学模型；根据问题性质和目标、系统特点，明确研究方法；选择最佳方案；确定系统结构组成和相互关系。景观生态学的理论基础系统论

(1)综合整体性包括三个层次①数学、系统生态学和经济学等系统方法②地貌学、土壤学、水文学等传统学科构成③景观生态学相关的技术方法

(2)关联性系统内各因素之间存在有机联系

(3)动态性

(4)有序性

(5)目的性景观生态学的理论基础自然等级理论等级理论认为任何系统均属于一定的等级，并具有一定的时间和空间尺度。生态系统可以分解为不同的等级层次，不同等级层次上的系统具有不同的特征。

O’Neill等较早的时候就出版了专著《生态系统的等级概念》，阐述了生态系统的结构和功能的双重等级性质，并强调时间和空间尺度以及系统约束的重要性。整个生物圈是一个多重等级层次系统的有序整体。高级层次受低级层次约束－生物约束低级层次受高级层次约束－环境约束限制因素低速度低频率大尺度高速度高频率小尺度环境制约生物制约上一层次核心层次下一层次等级系统中相邻层次之间的关系景观生态学的理论基础景观生态学的理论基础尺度时间和空间包含于任何景观的生态过程之中，景观格局和景观异质性都依我们所测定的时间和空间尺度变化而异，这，在一种尺度下空间变异中的噪声成分，可在另一较小尺度下表现为结构性成分。所以，景观必须要在一定的尺度范围内进行研究。主要包括面积和时间间隔两个方面。不同的景观结构和功能，其物质循环、有机体分布和运动、能量流动均不同，从而影响物种多样性、种群分布等。景观生态学的理论基础尺度

尺度（Scale）：在研究某一对象或现象时所采用的空间或时间单位，或指某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率，包括空间尺度和时间尺度。常用粒度（Grain）和幅度（Extent）来表达。空间粒度是指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或时间间隔。时间粒度是指某一现象或事件发生的频率或时间间隔。幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。景观生态学的理论基础术语内涵尺度所研究客体或过程的时间维和空间维，可用分辨率和范围来描述组织水平生物等级中的位置比例尺对空间距离的缩减程度分辨率空间上可能分辨的最小水平，又称粒度范围研究区域的大小和需要考虑的时间长短外推据已知进行推测，把信息从一个尺度转移到另一尺度，或从一个系统转移到另一个系统临界阈值在性质、属性或现象上产生突变的点绝对尺度真实距离、方向、外形相对尺度根据生物的功能联系用作两点间的相对描述尺度分析将小尺度上的斑块格局重新组合为较大尺度上空间格局的过程，通常斑块形状由不规则趋向规则尺度效应景观最小斑块随尺度的增大而发生类型转化与面积增大，景观多样性指数相应减小景观生态学的理论基础岛屿生物地理学理论

假设生境中物种迁移和灭绝过程之间达到生态平衡态，除面积外，其它环境因素都相似，则物种数量与生境面积之间的关系可用下式表示：

S=cAz

或lgS=lgc+zlgA

式中，S为生物物种数目，A为生物物种存在的空间面积，C为物种分布密度，Z为某个统计指数。岛屿生物地理学理论模型：

dS/dt=I-E式中，I为迁入率，与隔离程度有关；负相关

E为灭绝率，与岛屿面积有关，正相关景观生态学的理论基础异质种群由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种群所组成的种群。异质种群动态的数学模型（R.Levin）：

dP/dt=mP(1-P)-eP

=(m-e)P［1-P/(1-e/m)］此方程的平衡值为：

P=1-e/m式中，P为未灭绝的亚种群比例，即已被一个种所占据的斑块的数量与总斑块数量的比值，m为物种定居能力常数，e为物种灭绝速率常数景观生态学的理论基础异质种群与岛屿生物地理学异质种群的理论涉及到岛屿生物地理学中的平衡理论，因为在这两个理论体系中都有一个共同的基本过程，即个体迁入并建立新的局部种群以及局部种群的灭绝过程。岛屿生物地理学模型可改写为：

dP/dt＝m(1-P)-eP此时方程中的P表示在任意时刻t已被占据的岛屿比例，其平稳值为P＝m/(m+e)。

“源”种群指在条件较好的斑块生境中生存并具有较高增长率的局部种群。

“汇”种群指在条件较差的斑块生境中生存并具有负的局部种群增长率的局部种群。景观生态学的理论基础渗透理论渗透理论是用于研究多孔介质中流体的运动规律的。渗透过程一般存在一个临界值（渗透概率），当多孔介质所构成的有限单元中渗透概率P＜PC＝0.5928时，流体就保留其中；而当P＞PC，流体就会穿越有限单元网格发生渗透。渗透理论已广泛用于疾病流行、干扰、森林火灾和害虫爆发以及动物运动和资源利用方面的研究。在大网络中簇数量和大小是一个单元被目标对象（一个植被类型中一种动物的分布）占据的概率P的一个函数。景观生态学的理论基础渗透理论当一种物种进入P值大于或等于0.5928的生境时，可以穿越整个景观，假设有机体向景观的n个单元运动时，至少能够发现一种资源，发现0资源的概率为(1-P)n，至少发现一种资源的概率为R=1－(1-P)n，根据渗透理论，如果R=0.5928,则有n＝－0.89845/ln(1-P)。景观生态学的理论基础地域分异规律景观在地球表层按一定的层次发生分化并按一定的方向发生有规律分布的现象称为景观的地域分异规律。分地带性和非地带性两种，原因是日照的非均匀分布。地带性分异规律：其成因是太阳能在地球表层的非均匀分布，表现为地球表层自然景观以及许多自然现象和过程由赤道向两极呈有规律的变化。非地带性分异规律：其成因是地球内能对地表作用的非均衡性，表现为干湿带性、垂直地带性等景观的基本结构景观三个方面的特征结构－不同生态系统或景观单元的空间关系功能－景观单元之间的相互作用动态－斑块镶嵌结构与功能随时间的变化景观结构的基本组成要素包括斑块、廊道和基质，其发育历史如何？具有何种结构特征？有什么生态意义？景观发育景观的发育受生物和环境两个方面的作用，其中气候是最重要的影响因子，此外，人类活动也对景观产生了深远的影响，主要表现在：

1.改变了景观中植物的优势度移样性；

2.扩大或缩小了一些动植物物种的分布区；

3.人类改变景观的同时，为物种入侵创造了机会；

4.改变了土壤的营养结构；

5.改变了景观镶嵌格局。景观的基本结构斑块(缀块)

是指依赖于尺度的，与周围环境在性质上或外观上不同的，但又具有同质性的非线性空间实体。按其起源不同，可将其分为如下几类：环境资源斑块干扰斑块残存斑块引进斑块种植斑块聚居地景观的基本结构斑块(缀块)对物质和能量的影响由于两者的边缘比例不同，因此小斑块内单位面积上的能量和物质含量比大斑块少。对物种的影响岛屿小岛的物种初始增长较快，大岛的物种增长较慢，但较持久；山地岛屿的物种较同样大小的平原岛屿为多；人类活动干扰较大的岛屿，其物种往往比未受人类干扰的岛屿少。

S＝f（＋生境多样性，－干扰，＋面积，－隔离，＋年龄）陆地斑块（生境岛屿）

S＝f（＋生境多样性，－（＋）干扰，＋面积，＋年龄，＋基质异质性，－隔离，－边界的不连续性）景观的基本结构斑块(缀块)斑块在生态学中具有什么意义呢？斑块大小会影响物种丰富度；斑块形状对生物分布、营养分配具有重要作用；斑块的边缘效应景观的基本结构廊道

景观中与相邻两边的环境不同的线状或带状结构。作用：通道（运输）的作用和阻隔（资源保护）的作用。类型：按起源分：干扰廊道、残存廊道、环境资源廊道、种植廊道、再生廊道按宽窄分：线状廊道、带状廊道、河流廊道按高矮分：低位廊道、高位廊道景观的基本结构廊道

曲度：与生物沿廊道的移动有关宽度：影响物种沿廊道或穿越廊道的迁移连通性：廊道如何连接或在空间上怎样连续的量度内环境：廊道内部的环境变化景观的基本结构基质

范围最广、连通性最高并且在景观功能上起着优势作用的景观要素。基底的判定方法：在一个景观中占的相对面积最大；连通性最大，并把其它景观要素包围；对景观动态有显著的控制作用；相对面积、连通性、控制程度三者结合景观的基本结构基质

孔隙度：指单位面积基质上某一特定类型斑块的数目的多少，是某种特定类型斑块密度的量度，与斑块大小无关。孔隙度的生态意义在于影响能流、物流和物种流在景观斑块间的流动。

镶嵌度：所有类型斑块密度的量度。

景观要素的边界形状可分为三种：周长与面积比很小（圆形）周长与面积比较大树枝状景观的基本结构景观异质性景观异质性与多样性：异质性是描述斑块空间镶嵌的复杂性；而多样性是描述斑块性质的多样化。景观异质性的主要来源有自然干扰、人类活动、植被的内源演替及其特定发展历史。景观异质性研究主要侧重于三个方面：空间异质性：景观结构在空间分布的复杂性时间异质性：景观空间结构在不同时段的差异性功能异质性：景观结构的功能指标空间分布的差异性景观生态学强调空间异质性的绝对性和空间同质性的尺度性。在某一尺度上的异质空间，而在比其低一层次上的空间单元则可视为相对同质的。景观的基本结构景观的空间格局指大小和形状不一的景观斑块在空间上的配置。它是景观异质性的具体体现，同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观的空间格局可分为以下几类：均匀分布格局聚集型分布格局线状分布格局平行分布格局特定组合或空间联结景观的基本结构景观的基本结构景观演变是一个复杂的过程，受自然和人为两方面的因素共同作用，景观格局的形成反映了不同的生态过程，景观格局也在一定程度上影响着景观的演变过程，主要表现在四个方面：

1.景观格局的空间分布状况

2.景观结构将影响景观中的物质循环和能量流动

3.景观格局同样影响由非地貌因子引起的干扰在空间上的分布、扩散和发生频率

4.景观结构将改变各种生态过程的演变及其在空间上的分布规律景观的生态过程－干扰干扰类型按干扰产生的来源分自然干扰：无人为活动介入的在自然环境条件下发生的干扰人为干扰：在人类有目的的行为指导下，对自然进行的改造或生态建设按干扰的功能分内部干扰：在相对静止的长时间内发生的小规模干扰外部干扰：短期内的大规模干扰，打破了自然生态系统的演替过程按干扰的形成机制分物理干扰化学干扰生物干扰按干扰的传播特征分局部干扰跨边界干扰景观的生态过程－干扰干扰类型

火干扰放牧土壤物理干扰土壤施肥践踏外来物种入侵人类干扰景观的生态过程－干扰景观的生态过程－干扰干扰的性质

干扰具有多重性干扰具有较大的相对性干扰具有明显的尺度性－时空尺度干扰是对生态演替过程的再调节干扰具有不协调性干扰在时空尺度上具有广泛性景观的生态过程－干扰干扰的生态学意义改变景观异质性：低强度的干扰可以增加景观异质性，而中、高强度的干扰则会降低景观的异质性。改变景观破碎化，从而影响物种的生存。影响景观的稳定性改变景观中的物种多样性：适度干扰下生态系统具有较高的物种多样性，而在较低和较高频率的干扰作用下，生态系统的物种多样性均趋于下降。景观的生态过程－干扰景观动态变化对生态系统的影响景观稳定性稳定性概念解释恒定性生态系统的物种数量、群落的生活型或环境的物理特征等参数不发生变化。这是一种绝对稳定的概念，几乎不存在。持久性生态系统在一定边界范围内保持恒定或维持某一特定状态的历时长度。这是相对稳定的概念，且随研究对象不同而不同。惯性生态系统在风、火、病虫害以及食草动物数量剧增等扰动因子出现时保持恒定或持久的能力。弹性生态系统缓冲干扰并保持在一定阈界之内的能力。恢复性与弹性同义抗性描述系统在外界干扰后产生变化的大小，即衡量其对干扰的敏感性。变异性描述系统在给予搅动后种群密度随时间变化的大小。变幅生态系统可被改变并能迅速恢复原来状态的程度。景观稳定性与干扰景观稳定性是系统的恢复和抗性两特征的产物，一般来说，景观的抗性越强，则景观就越稳定；景观的恢复性越强，景观也越稳定。景观稳定性也可看作是干扰的产物。景观之所以稳定，是因为建立了与干扰相适应的机制。不同的干扰频度和规律下形成的景观稳定性不同。景观动态变化对生态系统的影响景观变化驱动因子景观动态变化对生态系统的影响自然驱动因子地貌形成气候变化生命定居土壤发育自然干扰人为驱动因子人口因素技术因素政经体制及决策因素文化因素对土地利用的直接影响对土地利用的间接影响景观变化驱动因子景观动态变化对生态系统的影响国际贸易体系国际财政体系官方发展机构市场扩展人口变化财产技术革新国家市场非官方组织个人当地区域国家景观（土地）调整破碎化改变国际体制干预途径影响因子管理实体变化结果景观变化的生态影响景观变化对区域气候的影响影响土地表面性质改变地表的反射率影响温室气体和痕量气体的排放景观变化对土壤的影响影响土壤中的有关生态过程影响土壤养分的流动景观变化对水环境的影响对水量的影响对水质的影响景观动态变化对生态系统的影响景观变化的生态问题－大气质量下降景观变化可以改变大气中气体的组成和含量，从而影响大气质量，如景观变化影响氮氧化物释放量，而氮氧化物可以破坏臭氧层引起地表辐射增加…土地利用变化可能导致空气中S2-的增加，造成酸雨危害。造成农业和林业经济损失，甚至生态环境的严重破坏。景观动态变化对生态系统的影响景观变化的生态问题－土壤侵蚀和沙化不合理的开发利用，导致土壤侵蚀和土地沙化。景观动态变化对生态系统的影响景观变化的生态问题－湿地减少景观变化的生态问题－水资源短缺景观变化的生态问题－非点源污染

景观动态变化对生态系统的影响发展历程景观生态规划与设计是在风景园林学、地理学和生态学等学科基础上孕育和发展起来的，和土地规划与设计、自然保护、资源环境管理及旅游发展等实践活动密切相关，并深深扎根于景观生态学，从中不断汲取营养，成为景观生态学的有机构成，属于景观生态学的应用部分，它的发展过程伴随着景观生态学的发展而发展。景观生态学与景观规划设计景观生态学与景观规划设计风景园林学地理学生态学景观生态规划与设计发展趋势

1.将可持续发展融于景观生态规划与设计中首先，持续发展应能与自然和谐共存维护生态功能的完整性，而不是以掠夺自然和损害自然来满足人类发展的需要；其次，持续发展应能协调当前与未来世代发展要求的关系，这就要求在发展过程中合理利用自然资源，维护资源的再生能力；第三，持续发展还应能不断满足人类的生存、生活及发展的需求，使整个人类公平地得到发展，逐渐达到健康、富有的生活目标。景观生态学与景观规划发展趋势

2.

预测预报功能加强景观生态规划与设计具有动态特性，把景观状态作为时间的函数，预测预报规划后景观变化的结果，并提出相应的管理对策。

3.

生态合理性与实效性更强生态合理性是一个合理规范人类生态行为的科学时间概念。实效性指研究成果能直接或间接取得的经济效益、社会效益和生态效益。

4.定性向定量模拟发展，方法与技术更新遥感、地理信息系统的应用等。景观生态学与景观规划概念与内涵

概念：景观生态规划是应用景观生态学原理及其他相关学科的知识，通过研究景观格局与生态过程以及人类活动与景观的相互作用，在景观生态分析、综合及评价的基础上，提出景观最优利用方案和对策及建议。具有高度的综合性；它建立在充分理解景观与自然环境的特性、生态过程及其与人类活动的关系基础之上；其目的是协调景观内部结构和生态过程及人与自然的关系，进而改善景观生态系统的整体功能，达到和谐；景观生态学与景观规划一般原则

自然优先原则持续性原则针对性原则多样性原则综合性原则两个含义：其一，景观生态规划决策的作出需要多学科专家协同合作；其二，景观生态规划是在全面和综合分析人口、环境、社会、经济等各种条件下对景观进行的有目的的干预。景观生态学与景观规划步骤

1.确定规划范围与规则目标规划目标可分为3类：一类是为保护生物多样性而进行的自然保护区规划与设计，第二类是为自然资源的合理开发而进行的规划，第三类是为当前不合理的景观格局而进行的景观结构调整。

2.景观生态调查景观调查的主要目标是收集区域的资料与数据。获取资料的手段：历史资料、实地调查、社会调查和遥感及计算机数据库。景观生态学与景观规划步骤

3.景观空间格局与生态过程分析景观格局与过程分析对景观生态规划有重要的意义，成功的规划与设计在于我们对规划区景观的理解程度，因为景观生态规划的中心任务是通过组合或引入新的景观要素而调整或构建新的景观结构，以增加景观异质性和稳定性，而对景观格局和生态过程的分析有助于我们做到这一点。

4.

景观生态分类和制图景观生态分类和制图是景观生态规划及管理的基础。根据景观生态分类的结果，客观而概括地反映规划区景观生态类型的空间分布模式和面积比例关系，就是景观生态图。可作为景观生态规划的基础图件。景观生态学与景观规划步骤

5.景观生态适宜性分析景观生态适宜性分析是景观生态规划的核心，其目标以景观生态类型为评价单元，根据区域景观资源与环境特征、发展需求与资源利用要求，选择有代表性的生态特性，从景观的独特性，景观的多样性，景观的功效性，景观的宜人性或景观的美学价值入手，分析某一景观类型内在的资源质量以及与相邻景观类型的关系，确定景观类型对某一用途的适宜性和限制性，划分景观类型的适宜性等级。适宜性分析的方法有整体法、因子叠合法、数学组合法、因子分析法和逻辑组合法五类。景观生态学与景观规划步骤

6.景观功能区划分功能区的划分从景观空间结构产生，以满足景观生态系统的环境服务、生物生产及文化支持三大基础功能为目的，并与周围地区景观的空间格局相联系，形成规划区合理的景观空间格局，实现生态环境条件的改善、社会经济的发展以及规划区可持续能力的增强。

7.景观生态规划方案评价及实施成本效益分析对区域持续发展能力的分析景观生态学与景观规划合理的景观规划应：

考虑规划区域较广阔的空间背景；考虑保护区较长的历史背景包括生物地理史、人文历史和自然干扰；规划中要考虑对未来变化的灵活性；规划方案应有选择余地，其中最优方案应基于规划者明智的判断，而不涉及政策约束，这样可供选择的折衷方案才清晰、明确。景观规划中5个必需要素：时空背景、整体背景、景观中的关键点、规划区域的生态特性和空间特性景观生态学与景观规划景观生态设计原理

景观生态设计与景观生态规划既有密切的联系，又有一定的区别。如果说景观生态规划是从较大尺度上对原有景观要素的优化组合以及重新配置或引入新的成分，调整或构建新的景观格局及功能区域，那么景观生态设计就是在小尺度上对景观生态规划中划分的功能区域特定功能的实现过程，一般都与具体的工程相联系，以具体的生态技术应用为特征。景观生态学与景观规划多层利用的桑基鱼塘系统和谐共生的农林复合经营综合利用的农、草、林立体景观设计循环利用的庭院景观生态设计类型景观惟美的园林风景设计共生原理循环再生原理多重利用原理局部控制、整体调节因地制宜、远近结合景观生态学与景观规划景观生态规划景观生态设计从具体的工程或具体的生态技术配置景观生态系统，着眼的范围较小，往往是一个居住小区、一个小流域，各类公园等的设计从较大尺度上对原有景观要素的优化组合以及重新配置或引入新的成分，调整或构建新的景观格局及功能趋于，使整体功能优化具有地理科学中区划研究的性质，通过景观结构的区别，构建不同的功能区域强调对功能区域的具体设计，由生态性质入手，选择其理想的利用方式和方向案例一

某大学新区景观规划景观生态学与景观规划评价设计框架结构分明，但是太生硬，填充物缺少亲近感乡村的气息太浓人造，不自然、不协调问题生态理念？生态因子？景观生态学与