第十四章 景观生态学.ppt

第14章景观生态学第1节景观和景观生态学第2节景观生态学的一般概念和理论第3节景观生态学的研究方法和应用第3节景观生态学的技术和应用第1节景观和景观生态学景观和景观生态学第1节景观生态学主题的研究内容第1节景观生态学主题的研究内容第1节景观定义(有许多表述):一般概念：反映地形和地貌景观的图像，如草地和森林；某一地理区域的综合地形特征；人们看着倒映的自然风景。2、狭义景观：由数十平方公里至数百平方公里范围内的不同生态系统类型组成的异质地理单元。地域：反映气候、地理、生物、经济、社会和文化综合特征的景观综合体。狭义的景观和地域可以统称为宏观景观。广义景观：具有不同尺度的异质性或斑块的空间单位。1.生态学中的景观概念。图1-2和图4是研究景观单元的类型组成、空间模式和与生态过程的相互作用的综合学科。空间格局、生态过程和尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心问题。(2)景观生态学的概念，(5)景观结构：景观单元的类型、多样性和空间关系；(2)景观功能：景观结构与生态过程的相互作用或景观结构单元之间的相互作用；(3)景观动态：指景观结构和功能随时间的变化。景观结构、功能和动态是相互依存、相互作用的。6、景观生态学的研究对象和内容，7、景观生态学的广泛应用，如生境破碎化与生物多样性、自然资源管理与保护、城市与区域规划、自然保护区设计等。景观生态学研究的重点主要是：空间异质性或格局的形成和动态；景观异质性(或多样性)的维护和管理；景观的等级结构和尺度演绎；模式、过程和规模之间的关系；人类活动与景观结构和功能的关系；景观生态学强调空间异质性、层次结构和尺度在生态模式和过程研究中的重要性。在大规模的景观生态学研究中，人类活动对生态系统的影响是一个重要方面。景观生态学强调空间结构和生态过程的多尺度相互作用(图)。涉及的范围比其他学科更广。景观生态学和其他生态学学科的区别，9，10，发展历史景观生态学在1939年，巨魔首次提出了一个定义：一个研究景观中生物群落之间反馈关系的学科。景观生态学是航空摄影测量、地理学和植被生态学相结合的综合性研究。前苏联的生物地理学与早期欧洲的景观生态学相似。70年代以来，荷兰松内维尔德和伊斯雷尔纳韦系统地总结了欧洲景观生态学的主要观点、起源、背景和历史。纳维和利伯曼出版的第一本有影响的景观生态学英语教科书继承并发展了欧洲景观生态学的概念。景观生态学是一门以系统论、控制论和生态系统科学为基础的跨学科生态地理学，是整个人类生态系统科学的一个分支景观生态学发展史简介。欧洲景观生态学的重要特征：强调整体主义和生物基因，关注人类活动频繁的景观系统。它与土地和景观的规划、管理、保护和恢复密切相关。景观生态学简史。在北美，景观生态学出现于20世纪80年代初。美国生态学家福尔曼介绍了欧洲景观生态学的概念。提出了“斑块-廊道-背景”模型。伯吉斯系统地阐述了景观生态学的研究内容和方法。景观生态学发展史简介，15，16。景观生态学在我国起步较晚，缺乏系统的、跨尺度的理论和实践研究。出版了张文和介绍景观生态学概念和方法的书籍。发表了关于城市、农业景观和景观模型的论文。景观生态学历史简介。第二节景观生态学的一般概念和理论概述和理论展望1。尺度和相关概念尺度和其他概念尺度：一般指研究对象或现象的空间或时间尺度，分别称为空间尺度和时间尺度。组织尺度：即在由生态组织层次(如个人、群体、社区、生态系统、景观)组成的等级系统中的位置。18、颗粒：空间颗粒：景观中最小可识别单元的面积或体积。例如，同一森林景观的最小可识别单元随着观测高度的变化而变化。对于空间数据或图像数据，其粒度对应于最大分辨率或像素大小。时间粒度：指某一现象或事件发生的频率或间隔。例如，生态演替研究中的采样间隔或干扰事件的频率都是时间粒度。范围：研究对象的空间或时间范围。研究区域的总面积决定了研究的空间范围；研究项目的持续时间决定了它的时间范围。粒度和振幅的关系：粒度和振幅是相互关联但又不同的。因此，在讨论规模问题时，通常需要区分粒度和幅度。随着尺度的增大，晶粒尺寸和振幅都有增大的趋势。20.大尺度(或粗尺度):指较大空间范围内的景观，对应于小尺度和低分辨率。小尺度(或细尺度、细尺度):指小空间范围内的景观，对应大尺度、高分辨率。规模与规模的关系：21。利用在特定尺度上获得的信息或知识来推断其他尺度上的特征被称为标度。缩放包括缩放和缩放下降。数学模型和计算机模拟是尺度推断的重要工具。2.模式和流程模式和流程1。格局：景观单元的类型、数量、空间分布和配置。空间模式。空间格局可分为：随机型；常规类型；聚合类型。过程事件或现象发生和发展的动态特征。景观生态学中的主要生态过程包括：种群动态、种子或生物的传播、捕食者与猎物的相互作用、群落的潜在干扰、营养循环的扩散等。24，图1-5，由于人类活动，美国原始森林从1620年到1990年急剧减少，图25，图1-5，1912-95年美国亚利桑那州凤凰城扩张。26，图2-4，27，3，空间异质性斑块空间异质性33，360生态过程和格局空间分布异质性和复杂性。这个术语在生态学领域被广泛使用，有许多含义和用法。空间异质性通常可以理解为空间斑块和梯度的总和。28，主要强调斑块的类型和组成特征及其空间分布和分配关系，在概念上比异质性更具体。空间格局、异质性和斑块的共同点是它们都强调异质性和尺度依赖性。斑块，29，图1-8，30，图2-1，自然的空间斑块，31，图2-3，32，图2-2，33，5，斑块-廊道-基质模型共振峰：景观有三个结构单元：斑块，廊道和基底。1.补丁：在外观或性质上与周围环境不同，但内部有一定同质性的空间部分。植物群落、湖泊、草原、农田和住宅区都是斑块。不同的斑块在大小、类型、形状、边界和内部同质性方面有很大不同。残留斑块：由于大规模干扰而在当地生存的自然或半自然生态系统或其碎片。二。disturbancepatch):由局部扰动引起的小斑块。三。环境资源斑块是由环境资源条件的不均匀空间分布引起的。四.人工引种地是由人们有意或无意地将动物和植物引入某些地区而形成的一种当地生态系统。35，2。不同于邻近环境的走廊景观中的线形或带状结构。如农田防风林、河流、道路、峡谷和输电线。廊道类型的多样性导致结构和功能的多样性。走廊的结构特征包括宽度、组成、内部环境、形状、连续性以及与周围斑块或基底的相互作用。3.基础矩阵景观中分布最广且连续的背景结构。如森林、草原、农田、城市土地等。许多景观的动态往往由地下室控制。在实际研究中，准确区分斑块、走廊和背景有时是困难和不必要的。背景也可以被视为风景中的绝对优势。特定尺度上的斑块可能在较小尺度上成为背景，或者在较大尺度上成为走廊的一部分。应用斑块-廊道-基底模型，37，6，边缘效应，1，概念斑块周长往往具有较高的物种丰富度和初级生产力。这种现象被称为边缘效应。由于周围环境的影响，斑块的边缘部分显示出与斑块中心部分不同的生态特征。在气象条件(如光、温度、湿度、风速)、物种组成和生物地球化学循环等方面，斑块的边缘部分可能不同于斑块的中心部分。38、内部物种：一些物种需要更稳定的生物条件，并且通常集中在斑块的中央部分，因此它们被称为内部物种。边缘种：一些适应各种环境条件的种主要分布在斑块边缘，称为边缘种。许多种分布在内部种和边缘种之间。当斑块面积很小时，内部和边缘之间没有环境差异，整个斑块被边缘物种或对生境不敏感的物种占据。边缘效应与斑块大小的关系：39。斑块大小对生产力、养分循环、土壤侵蚀和其他过程有重要影响。不同斑块大小有不同的生物量空间分布。由于边缘效应，生态系统的光合效率、养分循环和收支平衡都受到斑块大小和相关结构特征的影响。斑块边缘通常是风蚀或土壤侵蚀的开始或严重程度。一般来说，斑块越小，就越容易受到周围环境的各种影响。这些影响的大小不仅与斑块面积有关，还与斑块形状和边界特征有关。40，图2-7，斑块边缘和内部的比率，41，图2-5，鸟类和斑块面积的关系，42，实际上，斑块形状是多种多样的。由自然过程形成的斑块通常形状不规则。人造斑块通常是规则的几何形状。斑块形状的特征可以用长宽比和周长面积比来描述。长宽比或周长面积比越接近圆形和正方形，形状就越“紧密”，即斑块边缘的比例越小。“紧凑”的形状有利于保存能量、营养和有机体。松散的形状(如弯曲和曲折的边界)有利于斑块内外环境的相互作用，促进能量、物质和物种的交换。斑块的边界特征(如形状、宽度、渗透性等。)对生态过程有极其复杂的影响，这是景观生态学研究的重点和难点之一。斑块形状的影响：44，图2-6，斑块大小和形状对物种多样性的影响，45，7，复合种群理论集合种群理论，1，定义由经常局部灭绝但被重新定居和再生的种群组成的种群称为复合种群。它是一个群体斑块系统，由几个在空间上相互隔离、功能上相互联系(繁殖体或个体通讯)的亚群体组成。，46，亚种群经常从栖息地斑块中消失(在斑块水平上局部灭绝)；在亚种群之间存在生物繁殖体或个体的相互作用(斑块间和区域定居过程)，这使得复合种群在景观水平上表现出复合稳定性。2、复合种群理论的基本观点：47、经典复合种群由许多大小和生态特征相似的生境斑块组成。也叫李维斯情结。其特点是每个亚种群都有相同的灭绝概率，整个系统的稳定性必须来自生物个体或繁殖体在斑块间的交流，并随着栖息地斑块数量的增加而增加。2。综合人口类型，48。大陆-岛屿复合种群由几个大斑块和许多小斑块组成。大斑块充当“大陆水库”，而小斑块充当岛屿。也被称为布尔曼-莱维特复杂人口。汇源型复合种群系统都属于这一类。复合种群的类型。patchymetapopulation是一个由许多斑块组成的种群系统，这些斑块经常相互通信(个体或繁殖体)。种群灭绝是非常罕见的。非平衡种群(非平衡种群)在栖息地的空间结构上可能类似于经典种群或斑块种群，但其重新定居的过程并不明显或根本没有，系统处于不稳定状态。2。综合人口类型，50。中间或混合复合种群(intermediatetypeormixedtype)在不同的空间范围内表现出不同的结构特征。2。复合种群的类型，51，图3-2，52，图3-3，53，图3-5，54，斑块尺度(或亚种群尺度):生物个体相互作用形成斑块的亚种单位。(2)复合种群或景观尺度：通过植物繁殖体的繁殖和动物的移动，在亚种群之间发生频繁的交换。(3)地理区域范围：物种的整个地理分布范围，即生物生长和繁殖活动不能超出的空间范围。在这个地区，可能有几个复合种群，但它们很少相互作用。复合种群的动态涉及三个空间尺度，55，8，景观连通性，渗透理论景观连通性，56，1，景观连通性：景观空间结构单元之间的连续性程度，包括结构和功能的连通性。结构连接性：空间景观的直接连续性可以通过观察卫星图像、航空图像或视觉器官来确定。功能连通性：由研究对象或过程的特征尺度决定的景观连续性。例如火、种子传播的距离、动物饲养和繁殖活动的范围以及营养循环的空间范围。57、2、景观连通性与尺度景观连通性的关系取决于观测尺度和研究对象的特征尺度。例如，对于种子繁殖，大繁殖距离的种子