景觀生態(tài)學(xué)理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用環(huán)境生態(tài)學(xué)盛連喜

第六章景觀生態(tài)學(xué)理論與人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用《環(huán)境生態(tài)學(xué)導(dǎo)論》（第二版）盛連喜主編普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材當(dāng)前第1頁\共有47頁\編于星期三\6點目錄當(dāng)前第2頁\共有47頁\編于星期三\6點第一節(jié)

景觀生態(tài)學(xué)中的基本概念當(dāng)前第3頁\共有47頁\編于星期三\6點一、景觀及景觀生態(tài)學(xué)美國著名景觀生態(tài)學(xué)家Forman和Godron(1986)將景觀定義為：由相互作用的生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌構(gòu)成，并以類似形式重復(fù)出現(xiàn)，具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域。肖篤寧（1997）將景觀概念表述為：景觀是一個由不同土地單元鑲嵌組成，具有明顯視覺特征的地理實體；它處于生態(tài)系統(tǒng)之上，大地理區(qū)域之下的中間尺度；兼具經(jīng)濟、生態(tài)和美學(xué)價值。景觀當(dāng)前第4頁\共有47頁\編于星期三\6點傅伯杰等（2001）在綜合國內(nèi)外有關(guān)景觀的概念的基礎(chǔ)上，總結(jié)了對景觀的五個方面的理解：①景觀由不同空間單元鑲嵌組成，具有異質(zhì)性。②景觀是具有明顯形態(tài)特征與功能聯(lián)系的地理實體，其結(jié)構(gòu)與功能具有相關(guān)性和地域性。③景觀既是生物的棲息地，更是人類的生存環(huán)境。④景觀是處于生態(tài)系統(tǒng)之上，區(qū)域之下的中間尺度，具有尺度性。⑤景觀具有經(jīng)濟、生態(tài)和文化的多重價值，表現(xiàn)為綜合性.一、景觀及景觀生態(tài)學(xué)當(dāng)前第5頁\共有47頁\編于星期三\6點一、景觀及景觀生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)”（LandscapeEcology)一詞由德國區(qū)域地理學(xué)家Troll于1939年首次提出，他將景觀生態(tài)學(xué)定義為：研究某一景觀中生物群落之間錯綜復(fù)雜的因果反饋關(guān)系的科學(xué)。Forman(1983)指出，景觀生態(tài)學(xué)集中于以下三方面的研究：①景觀單元或生態(tài)系統(tǒng)間空間關(guān)系的研究。②景觀單元間的能量流、物質(zhì)流和物種流。③景觀鑲嵌體隨時間而變化的生態(tài)動態(tài)（Turner,etal2001）。景觀生態(tài)學(xué)是研究景觀單元的類型組成、空間配置及其與生態(tài)學(xué)過程相互作用的綜合性學(xué)科（鄔建國，2000）當(dāng)前第6頁\共有47頁\編于星期三\6點二、景觀生態(tài)學(xué)研究的對象和內(nèi)容景觀生態(tài)學(xué)主要是研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)變化以及景觀的規(guī)劃與管理.景觀生態(tài)學(xué)研究的主要對象、內(nèi)容及一些基本概念和理論（鄔建國，2000）當(dāng)前第7頁\共有47頁\編于星期三\6點三、景觀生態(tài)學(xué)中常用基本術(shù)語及定義結(jié)構(gòu)（configuration）：即指空間單元的特殊配置，通常與空間結(jié)構(gòu)或斑塊結(jié)構(gòu)同義。連接度（connectivity)：一個景觀內(nèi)一種生境或覆蓋類型的空間連續(xù)性。該術(shù)語強調(diào)景觀中各要素在功能上和生態(tài)過程上的聯(lián)系（傅伯杰，等，2001）。廊道（corridor）：指與其兩側(cè)相鄰區(qū)域有差異的相對呈狹長形的一種特殊景觀類型。覆蓋類型（covertype）：在一個景觀中，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)劃分出的某些生境、生態(tài)系統(tǒng)或植被類型中的一類。邊緣（edge）：一般指一個生態(tài)系統(tǒng)或覆蓋類型的周邊部分，其內(nèi)部的環(huán)境條件可能與該生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部區(qū)域有一定差異；有時也用于表示在一個景觀中不同覆蓋類型間鄰接寬度的計量。當(dāng)前第8頁\共有47頁\編于星期三\6點破碎化（fragmentation）：一個生境或覆蓋類型破碎為更小的，不相連的小塊。異質(zhì)性（heterogeneity）：包含不同景觀要素的性質(zhì)或狀態(tài)，如一個景觀中包含的各種生境類型或覆蓋類型，與同質(zhì)性相對，同質(zhì)性是指一個景觀內(nèi)的要素是相同的?；|(zhì)（matrix）：在景觀中的本底覆蓋類型，通常具有高覆蓋率和高連接度；并不是所有的景觀中都可以劃分出確定的基質(zhì)。斑塊（patch）：在性質(zhì)或外貌上不同于周圍單元的塊狀區(qū)域。尺度（scale）：對象或過程的時空維度，具有粒度（分辨率）和幅度（范圍）的特征。

三、景觀生態(tài)學(xué)中常用基本術(shù)語及定義當(dāng)前第9頁\共有47頁\編于星期三\6點四、斑塊（一）斑塊的起源按照起源，可將斑塊分為四類：環(huán)境資源斑塊、干擾斑塊、殘余斑塊和引入斑塊。環(huán)境資源斑塊環(huán)境異質(zhì)性導(dǎo)致環(huán)境資源斑塊產(chǎn)生。干擾斑塊基質(zhì)內(nèi)的各種局部干擾都可形成干擾斑塊。殘余斑塊殘余斑塊的成因與干擾斑塊剛好相反，它是動物群落在受干擾基質(zhì)內(nèi)的殘留部分。引進斑塊當(dāng)人們把生物引進某一地區(qū)時，就隨之產(chǎn)生了引進斑塊。當(dāng)前第10頁\共有47頁\編于星期三\6點（二）斑塊大小和形狀的生態(tài)學(xué)意義斑塊大小的生態(tài)學(xué)意義物種豐富度（或種數(shù)）＝f（生境多樣性，干擾，斑塊面積，演替階段，基質(zhì)特征，斑塊隔離程度）物種多樣性與景觀斑塊的大小密切相關(guān)。在進行自然保護區(qū)設(shè)計時應(yīng)考慮如何保持：①較高的當(dāng)?shù)匚锓N多樣性。②稀有種和瀕危種。③穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)前第11頁\共有47頁\編于星期三\6點斑塊形狀的生態(tài)學(xué)意義一般來講，自然過程造成的斑塊（如自然生態(tài)系統(tǒng)）常表現(xiàn)出不規(guī)則的復(fù)雜形狀，而人為斑塊（如農(nóng)田、居民區(qū)、城市等）往往表現(xiàn)出較規(guī)則的幾何形狀。斑塊的形狀對于生物的散布和覓食具有重要作用。（二）斑塊大小和形狀的生態(tài)學(xué)意義當(dāng)前第12頁\共有47頁\編于星期三\6點斑塊的邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)是指斑塊邊緣部分由于受外圍影響而表現(xiàn)出與斑塊中心部分不同的生態(tài)學(xué)特征的現(xiàn)象。斑塊中心部分在氣象條件（如光、溫度、濕度、風(fēng)速），物種組成以及生物地球化學(xué)循環(huán)方面，都可能與其邊緣部分不同。（二）斑塊大小和形狀的生態(tài)學(xué)意義當(dāng)前第13頁\共有47頁\編于星期三\6點五、廊道（一）廊道結(jié)構(gòu)特征廊道最重要的特征之一是它的彎曲度或通直度，其生態(tài)意義與生物沿廊道的移動有關(guān)。一般說來，廊道愈直，距離愈短，生物在景觀中兩點間的移動速度就越快，反之，則需要較長時間。廊道的另一個重要特征是其連通性。景觀中的廊道是指與其兩側(cè)相鄰區(qū)域有差異的相對呈狹長形的一種特殊景觀類型。當(dāng)前第14頁\共有47頁\編于星期三\6點（二）廊道的功能

廊道的主要功能，可以歸納為下列四類：①生境（如河邊生態(tài)系統(tǒng)、植被條帶）。②傳輸通道（如植物傳播體、動物以及其他物質(zhì)隨植被或河流廊道在景觀中運動）。③過濾和阻抑作用（如道路、防風(fēng)林道及其他植物廊道對能量、物質(zhì)和生物（個體）流在穿越時的阻截作用）。④作為能量、物質(zhì)和生物的源或匯（如農(nóng)田中的森林廊道，一方面具有較高的生物量和若干野生動植物種群，為景觀中其他組分起到源的作用，而另一方面也可阻截和吸收來自周圍農(nóng)田水土流失的養(yǎng)分與其他物質(zhì)，從而起到匯的作用）。當(dāng)前第15頁\共有47頁\編于星期三\6點（三）廊道的分類

廊道有三種基本類型：線狀廊道、帶狀（窄帶）廊道和河流（寬帶）廊道。線狀廊道帶狀廊道河流廊道當(dāng)前第16頁\共有47頁\編于星期三\6點六、基質(zhì)（一）基質(zhì)的判定相對面積連通性控制程度相對面積的大小、連通性和對景觀動態(tài)的控制作用是判定基質(zhì)的三個基本標(biāo)準(zhǔn)?；|(zhì)是面積最大、連通性最好的景觀要素類型當(dāng)前第17頁\共有47頁\編于星期三\6點（二）基質(zhì)的孔隙度

孔隙度這個指標(biāo)的生態(tài)意義在于：①它在一定程度上表明本底中不同斑塊的隔離程度，而隔離程度影響動物、植物種的基因交換，并進一步影響它們的遺傳分化。②它還可說明邊緣效應(yīng)，而邊緣多少與動物、植物的分布和生存有一定關(guān)系。當(dāng)前第18頁\共有47頁\編于星期三\6點第二節(jié)當(dāng)前第19頁\共有47頁\編于星期三\6點一、島嶼生物地理學(xué)理論島嶼生物地理學(xué)理論主要闡述島嶼的面積與物種豐富度的關(guān)系，并從物種的遷入和滅絕兩個方面來解釋其機制。島嶼生物地理學(xué)理論的正確性，要遵從以下條件：①在一個物種集合中，凡“相對豐度”呈對數(shù)正態(tài)分布時，即“分布相符參數(shù)（物種分布函數(shù)與對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)一致）”γ＝１時，物種數(shù)目n與個體總數(shù)N呈規(guī)律關(guān)系，這對于島嶼生物地理規(guī)律的表達有利。②物種個體總數(shù)N與“隔離區(qū)”（島嶼區(qū)）的面積A，有一個相對近似的線性關(guān)系。符合此條件時，對島嶼生物地理學(xué)理論表達有利。③物種的動態(tài)遷移方式，在自然界是很不相同的。當(dāng)遷移方式與傳布距離同“島嶼”空間分布格局具有某種可比關(guān)系時，對島嶼生物地理學(xué)理論表達有利。④在目標(biāo)區(qū)“匯區(qū)”的物種動態(tài)演化，是該物種“遷入－保持－遷出（或消失）”關(guān)系的平衡結(jié)果。當(dāng)前第20頁\共有47頁\編于星期三\6點二、復(fù)合種群理論復(fù)合種群可分為經(jīng)典型、大陸－島嶼型、斑塊型、非平衡態(tài)型與混合型五類。島嶼生物地理學(xué)理論和復(fù)合種群理論既有聯(lián)系又有區(qū)別。其共同的基本過程是生物個體遷入并建立新的局部種群，以及局部種群的滅絕過程，但島嶼生物地理學(xué)更注重格局研究，它是從群落水平上研究物種的變化規(guī)律，對物種多樣性的保護更有意義。而復(fù)合種群理論強調(diào)過程研究，是從種群水平上研究物種的消亡規(guī)律，側(cè)重遺傳多樣性，因而對瀕危物種的保護更有意義。當(dāng)前第21頁\共有47頁\編于星期三\6點三、滲透理論滲透理論在景觀生態(tài)學(xué)中主要被用以研究景觀格局對景觀過程影響的臨界閾值問題。滲透理論的基本概念（Green,1994）Ａ表示一個10×10的隨機柵格景觀，其中灰色柵格代表生境，白色柵格代表非生境；Ｂ和Ｃ暢分別表示連接斑塊的平均面積及標(biāo)準(zhǔn)差隨生境面積增加的變化趨勢。當(dāng)前第22頁\共有47頁\編于星期三\6點四、等級理論等級理論的主要概念（鄔建國，１９９９）當(dāng)前第23頁\共有47頁\編于星期三\6點第三節(jié)當(dāng)前第24頁\共有47頁\編于星期三\6點一、景觀異質(zhì)性與穩(wěn)定性（一）景觀異質(zhì)性和景觀破碎化景觀異質(zhì)性Risser等（1984）認為，景觀生態(tài)學(xué)的具體研究內(nèi)容包括：①景觀空間異質(zhì)性的發(fā)展和動態(tài)。②異質(zhì)性景觀的相互作用和變化。③空間異質(zhì)性對生物和非生物過程的影響。④空間異質(zhì)性的管理。景觀異質(zhì)性的研究，側(cè)重于空間異質(zhì)性、時間異質(zhì)性和功能異質(zhì)性（研究景觀結(jié)構(gòu)的功能指標(biāo)，如物質(zhì)、能量和物種流等空間分布的差異性）三個方面。當(dāng)前第25頁\共有47頁\編于星期三\6點（一）景觀異質(zhì)性和景觀破碎化

景觀破碎化景觀破碎化主要表現(xiàn)為斑塊數(shù)量增加而面積減少，斑塊的形狀趨于不規(guī)則，景觀內(nèi)部生境面積縮小，作為物質(zhì)、能量和物種交流的廊道被切斷，景觀斑塊彼此被隔離，形成島嶼狀。當(dāng)前第26頁\共有47頁\編于星期三\6點（二）景觀穩(wěn)定性

景觀穩(wěn)定性可以從兩個方面來理解，一是依據(jù)景觀變化的趨勢來分析和判定其穩(wěn)定性，二是從景觀對干擾的反應(yīng)來認識其穩(wěn)定性。Forman和Godron(1986)按照下述三個參數(shù)來研究景觀變化曲線的特點：①曲線總趨勢：分為水平趨勢、上升趨勢和下降趨勢三種類型。②圍繞總趨勢的相對波動大小，分為波動較小和波動較大兩類。③波動的節(jié)律：分規(guī)則和不規(guī)則兩類。景觀穩(wěn)定性還可以從景觀對干擾的不同反應(yīng)來描述。當(dāng)前第27頁\共有47頁\編于星期三\6點二、人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用及影響農(nóng)業(yè)革命對環(huán)境的利用和影響古代狩獵采集社會人類對環(huán)境的利用和影響工業(yè)革命對環(huán)境的影響當(dāng)前第28頁\共有47頁\編于星期三\6點 三、景觀變化的驅(qū)動因子（一）自然驅(qū)動因子景觀變化的自然驅(qū)動因子包括地貌因子、氣候因子、生命的定居、土壤因素以及自然干擾等。當(dāng)前第29頁\共有47頁\編于星期三\6點（二）人為驅(qū)動因子

景觀變化的人為驅(qū)動因子包括人口因素、技術(shù)因素、政經(jīng)體制及政策因素、文化因素等。當(dāng)前第30頁\共有47頁\編于星期三\6點（三）景觀變化對生態(tài)和環(huán)境影響

對區(qū)域氣候的影響景觀變化對區(qū)域氣候的影響，主要是由于地表土地利用／土地覆被改變后引起了太陽輻射能在地表分配的變化。對土壤的影響景觀變化對土壤的影響，主要體現(xiàn)在土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流動方面。對水環(huán)境的影響景觀變化對水環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在對區(qū)域水文過程和水循環(huán)的影響上，由于城市聚居區(qū)的擴大及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要等增加的大量用水，另外還包括對水質(zhì)的影響。當(dāng)前第31頁\共有47頁\編于星期三\6點第四節(jié)當(dāng)前第32頁\共有47頁\編于星期三\6點一、干擾及其特征（一）干擾的定義（1）“顯著地改變系統(tǒng)正常格局的事件”Forman和Godron（1986）（2）“一個對個體或個體群產(chǎn)生的不連續(xù)的、間斷的斬殺、位移或損害”Sousa(1984)（3）“景觀基本表現(xiàn)單元的突然變化，并通過種群反映的明顯改變而表述出來”。Bazzaz（4）“相對來說非連續(xù)的事件，它破壞生態(tài)系統(tǒng)、群落或種群的結(jié)構(gòu)，改變資源、養(yǎng)分的有效性或者改變物理環(huán)境?！?/p>

Pickett和White（1985）當(dāng)前第33頁\共有47頁\編于星期三\6點從生態(tài)因子角度考慮，干擾的定義是：群落外部不連續(xù)存在、間斷發(fā)生的因子的突然作用或連續(xù)存在因子超“正?！狈秶牟▌?，這種作用或波動能引起有機體、種群或群落發(fā)生全部或部分明顯變化，使其結(jié)構(gòu)和功能受到損害或發(fā)生改變。干擾的定義當(dāng)前第34頁\共有47頁\編于星期三\6點(二)干擾的特性

干擾體干擾的強度、作用頻率、范圍等特性在某一時間過程的總和被稱為干擾體。(1)干擾范圍指干擾體作用的空間范圍的分布特點，它常與地理、地形和環(huán)境梯度有關(guān)系。(2)頻率和周期指同一空間范圍或同一組織水平內(nèi)，單位時間某一干擾發(fā)生的次數(shù)。其倒數(shù)稱為干擾周期，即某一干擾兩次發(fā)生的時間間隔。當(dāng)前第35頁\共有47頁\編于星期三\6點(3)干擾強度干擾發(fā)生時，干擾因素所表達出的能力值。由于干擾因素的差異，這一特性的定量分析要視具體干擾類型來確定強度衡量的具體單位。(4)時間尺度指干擾發(fā)生的具體時刻及其時間跨度，不同時間的干擾作用，會產(chǎn)生不同的干擾效果。(二)干擾的特性

當(dāng)前第36頁\共有47頁\編于星期三\6點不可抗拒的自然力的干擾作用，包括大氣干擾、地質(zhì)干擾和生物干擾等。區(qū)別于自然干擾的另一種主要干擾方式，是由于人類生產(chǎn)、生活和其他社會活動形成的干擾體對自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)施加的各種影響。自然干擾人為干擾人為干擾從傷害強度、作用范圍、持續(xù)時間、發(fā)生頻率、潛在危害、誘發(fā)性等都高于自然干擾。（1）按干擾動因劃分為自然干擾和人為干擾(三)干擾的類型

當(dāng)前第37頁\共有47頁\編于星期三\6點（2）按干擾來源劃分為內(nèi)源干擾和外源干擾外援干擾的動因源于系統(tǒng)外部，它的影響與生態(tài)系統(tǒng)自身特點有關(guān)，干擾作用的利害也是多方面的。指由內(nèi)源因子對系統(tǒng)發(fā)生的作用。如森林生態(tài)系統(tǒng)中，內(nèi)源干擾主要包括樹木的傾倒、機械摩擦、種間競爭和生物相克作用等。內(nèi)源干擾外源干擾(三)干擾的類型

當(dāng)前第38頁\共有47頁\編于星期三\6點（3）按干擾性質(zhì)劃分為破壞性干擾和增益性干擾適度干擾可增加生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，而生物多樣性