第五章景观生态流与景观功能.ppt

第五章景观生态流与景观功能,知识准备：,生态过程涉及内容：如种子或生物体传播、种群动态、捕食者猎物互作、群落演替、能量流动、物质循环、自然与人为干扰过程、景观空间格局和生物多样性的变化过程等。,一个景观过程往往伴随许多种流的发生。,景观生态流与景观功能解析,a.景观生态流是指物质、能量和物种在景观要素间的流动过程，即空气流、水流、养分流、动物流和植物流。,在景观层面，需关注生态流的动力、媒介物、运动方向和距离以及运动格局；具体的，如植物繁殖体传播散布方式及其分布区变化,动物的运动方式及其分布格局。,b.景观功能：景观内能量和物质的流动所引起景观,要素间的空间相互作用及其表现的生态效应。,引出问题,a.应该怎样认识景观的过程？,b.景观要素相互作用的基本特点？c.景观的总体功能及其构成？,本章主要内容,一.景观过程,二.景观要素的相互作用,三.景观的一般功能,第一节景观过程,景观过程本质即景观流的发生发展及其相关影响因素的,作用。,一.景观过程的动力与运动机制1.景观过程的基本动力,驱动力影响物质、能量在景观中的运动方向和距离，,主要有：扩散、重力和运动。,1）扩散（diffusion）,扩散是溶质或空气中的悬浮物质由高浓度区向低浓度区的移动，物质通过自身的布朗运动作不规则运动。如香水的气味、水体中的污水等；,随机运动：低能耗过程，与异质性相关联；,扩散作用主要取决于不同景观斑块间的温度或密度差,3),2)物质流（massflow）,物质流是物质沿能量梯度的移动。如地表水和地下水的流动；空气中的污染物质、植物繁殖体、叶片、昆虫、尘埃和沙砾随空气的流动产生的物质流。重力；气压差,水流和风的生态学效应输送热量；溶解和夹带其他物质一起流动。,运动（locomotion）,运动是指物体通过消耗自身能量从一处向一处的移动。如：动物、人、交通工具。运动最重要的生态特征是高度聚集性格局。能量源于自身。具有方向性,4）.重力作用,重力作用为地心引力所致。在陡坡地段，重力搬运的作用相,当大；水流影响景观中无机物的传输和再分配过程。,（1）.崩塌：斜坡上的块体在重力作用下快速向下移动，如山崩、塌岸等；,（2）.滑坡：由于水和重力的影响，斜坡上大块土体沿坡面的滑动；,（3）.土层蠕动：指重力驱动下，斜坡上土壤颗粒缓慢的移,动；,（4）.融冻土溜：由于下层冻结，上层解冻形成的土层移动。,结论：扩散形成的聚集格局最少，重力作用居中，而动物运动在景观中形成最显著的聚集格局。,2.媒介物,景观中能量、物质和物种的输送、传播和迁移或散布取决于5种媒介物：风、水、飞行动物、地面动物和人。,如借助风输送热能、水汽、尘埃、烟、污染物、,雪、种子、孢子和小昆虫；水输送矿质养分、种子、昆虫、污泥、肥料和有毒物质；鸟类、蝙蝠、蜜蜂等动物，通过体表和体内携带种子、孢子、昆虫等。,3.运动格局,景观格局与物种运动：,与景观组成要素有关；,与物种的生态行为有关。,Q:两种景观格局对于物种运动模式的影响,1）连续运动和间歇运动,（1）.动植物在景观中的运动模式：连续运动和间歇运动。前者包括加速、减速和匀速运动；后者包括一次或几次的停歇。,（2）.近于同质景观利于物种进行相对匀速运动；当动物穿行异质性景观，其运动速度将发生变化。,（3）.物种在景观中运动模式更多属于间歇运动，如动物在运动时的停歇、觅食，植物种子在风或水流作用下的跳跃式传播等。,（4）.连续穿越景观的动物对景观影响较小，而间歇停留会啃食嫩草、践踏场地、排泄、修筑巢穴或被捕食。,2）扩张散布,扩张散布是指物体在继续占据原位置的基础上扩大其分布面积。,晴天大型停车场的热能向周围地区的散布，萌生树种在母树周围的扩张性散布等；而移位散布则是物种离开某一地区移到另一地区，如暴雨雨水从雨林流向平原，一对袋鼠从一块草地斑块到另一块草地斑块。,4.运动方向与距离,1)运动方向,斑块对于物流影响在于其空间方向与物流方向关系：即相互作用角。具体以斑块长轴与物流方向的交角（平行或垂直，如盛行风向、种子传播方向）。,斑块形状与物流方向,生态意义重要。,2）运动距离,两点间的最短距离是直线距离。研究两点间的物流,时，往往关注运动速度最快的路径。,一般直线距离属最快路径，但沿途常障碍，物流需绕道而行。,两点间运动速度最快路径所需的最短运动时间称为,时间距离。,由一地到另一地间最短时距与反向行进的最短路线往往不一致。如城市单行道，及鸟类顺风与逆风飞行路径，均具方向特性。,直线距离与时间距离图示,二.景观生态流,概述,生态流包括空气流、水流、养分流、动物流和植物流。其中，水流、养分流和空气流属无机流，而水流又分为地下水流和地表水流，二者都影响养分流动过程。,研究表明施用化肥、使用农药、采伐森林、开发矿山,以及城市发展均可导致水体中悬移物质和化学物质的增加。,全球范围的水土流失、土壤盐渍化等在一定程度上均,与区域景观结构失调相关。,1.空气流,风系指不同地段或区域气压差驱动下的空气流动。,风的格局：a.层流；b.湍流：气流运动不规则。,在一定范围内，由于地貌形态和下垫面性质差异，会出现局地环流，如山风、谷风、海岸带的海陆风和热岛环流等。,空气环流的功能：输送水分和热量，传播花粉、孢子、小昆虫、种子，输送空气成分、烟尘、沙尘和各种气态污染物质等。,2.水流,地表径流在景观中既属物质运动，又属地质营力，具侵蚀、搬运和沉积功能。所以，地表径流是景观要素间极重要的联系方式。,水流方向向下，流速取决于地形地势变化特点。,相邻景观要素间水流速度受以下因素影响：,a.水输入量及其时间；b.土壤结构；,c.土壤对水携带物质的过滤作用，包括土粒对物,质的吸附。,水流携带的物质包括颗粒物质和溶解质。,水流中颗粒物质输出量与雨量呈指数关系。雨量增加1倍，颗粒流增加4倍。暴雨出现后，会形成大量颗粒物质流，甚至山体滑坡。,溶解物质的流动方式,浓度与水流速度之间呈线性关系，总搬运量与水流量,呈正比。,水蚀即通过流水冲走土壤表面颗粒物质的过程。侵蚀严重时可冲走全部土壤，同时可溶性物质随径流输出景观要素。此外，侵蚀导致土壤种子库消失。结果侵蚀过程将沉积物堆积在坡下，覆盖汇景观要素。,侵蚀易发生的区域：,a.耕作类和过量使用除草剂的农田；b.践踏区和过牧区；,c.采伐、筑路等干扰方式影响的陡坡；,原因在于植被稀疏或消失，枯枝落叶层和腐殖质被清除，植物根系枯死。所以土壤流失量（A）受下列侵蚀因素影响：,A=f(R,K,L,S,C),3.养分流,养分流主要以溶解质的形式随水流而迁移，属,土流的一部分。,养分来源：岩石分化、土壤无机物分化与溶解、,有机质分解。,相邻景观要素如河流与陆地之间的相互作用，就是通过无机流而实现，在景观中最为活跃。,河流质量与陆地状况关系密切。河水水质受流域植被和人为活动强度与方式的影响。如河水滋养植被的生长，影响植被分布格局；河流廊道植被通过遮荫、枯落物和种子的输入、固持河岸，减缓无机物的输入进程，起到缓冲过滤作用。,高地输入河流廊道的矿质养分的途径：,a.直接穿越廊道进入河流；,.,b.养分被机械阻挡，淤积在谷地；,c.养分被河流廊道植被吸收，成为生物量的一部分。,景观中水分和养分的移动与景观空间格局关系密切，改变景观格局可调节水分、养分在空间上的分布。,图5-3,农田景观中不同树篱和溪沟在物质、养分流失中的作用(Bureletal.，1993),4.动物流,1)巢域活动,巢域指动物进行繁殖、取食及其,他日常活动的场所，一般以“家”（如巢、窝）为活动中心。随季节更替动物巢域扩大、缩小或改变形状、位置。,2)疏散,疏散指接近成年的动物个体从其出生,地向新巢域扩散的单向运动,可扩大物种的分布范围，属于物种扩散的重要方式。,3)迁徙,迁徙指动物于不同季节在相隔地区间,进行的周期性运动，如水平迁徙，跨越若干个景观，适应气候的季节变化；高山动物在高低海拔间的垂直迁徙。,4）.动物生存与景观结构的关系,动物生存需要异质景观，要求异质景观要素的组合分布且具有一定的面积。,如草食动物需在森林斑块中育雏，到草地斑块觅食、去湖泊斑块或溪流廊道饮水；更高营养级的异养动物则需要更为复杂的、面积更大的异质景观。,5.植物流,植物通过繁殖体散布完成扩散过程。植物常见的繁殖体类型有种子、果实、孢子或幼苗等。,植物繁殖体的传播过程需借助于外界的物质流和运动力等而完成。,1)植物运动的方式(1).基于媒介传播方式，将植物分为：,风播植物水播植物,以风力作用作为传播的动力；以水流作为传播动力的植物类型；,动物传播植物构；重力传播植物势能较大。自传播植物,多具浆果、肉质果或带有可黏附的结主要是坚果类植物。坡度较陡，重力例果实成熟后爆裂将种子弹出，某些植,物依靠根茎在土壤中延伸生长而向前扩散。,2).传播距离,植物传播机制的不同，引起物种传播距离上的差异。,（1）短距离传播,植物果实或果肉传播的距离较短；,（2）长距离传播,植物孢粉传播距离很远。（3）动物对植物的传播距离,动物传播植物的距离，取决于动物活动的空间,范围，一般限制在动物活动的领域之内。,（4）人类对植物的传播距离,人类对植物的传播，在空间上不受限制。人类将植物,种携带至太空。,3).下列植物运动形式基本不受传播机制影响,其一植物种的分布边界在短期发生波动（即周期性环境变化），如草原地区年际降水量的差异，引起植物分布范围在局部扩张或收缩。,其二由于长期的环境变化导致植物种类趋向灭绝、适应或迁移，如我国北方史前广泛分布的一些热带物种在冰期后大部分消失。,其三当一物种到达一个新的地区，便广泛传播扩散，结果出现生物入侵，对本土种形成生态胁迫。,第二节景观要素的相互作用,表现：景观要素影响景观生态流，借助景观流景观要素之间相互作用。,一.景观要素对流的影响,1.廊道对流的影响,1)廊道是某些物种的栖息地,在树丛很少的景观中，树篱常常是许多林地,物种生存和传播的“庇护所”。,2）廊道是物种迁移的通道,各种类型廊道都可成为物种迁移的通道。,道路除供人类通行，还可作为其他物种穿越旷野的通道；小哺乳动物可沿高速公路边缘迁移；植物主要沿堤坝迁移。树篱亦是动、植物在农业景观中迁移的重要通道；一些鸟类和大、中型哺乳动物却经常利用树篱穿越景观。,3）廊道是景观中的屏障和过滤器,遇到屏障时，物流通过景观的速度减缓，所携带物质便出现堆积。,如山地沿等,高线种植的水土保持林、农田防护林、高速公路和河流等功能。,断开是物种沿廊道迁移的障碍。一般，廊道的宽度和断开长度共同影响物种沿廊道的迁移状况。,4）廊道影响基质环境和生物源,（1）廊道影响周围基质的景观流。如树篱网络在湿润季节阻止地面水流和洪流，而旱季开阔景观中风速较大会加速蒸发蒸腾。,（2）与廊道相连的大斑块或结点可作为廊道的重要物种源。,2.斑块对流的影响,1)斑块对廊道流的影响,通常斑块位于廊道交会点或附近，属廊道的结点。结,点对流的作用：即作为廊道的交接区和流动物体的源或汇。,结点：生态流的中继站,而不是迁移的最终目的地。中继站常出现对物流的某种控制：a.扩大或加速物流；b.降低流中的“噪声”或“不相关性”；c.提供临时贮存地。,孤立湖泊作为水鸟在景观迁移的重要中继站,可提供食物(扩大)、淘汰弱鸟(降低噪声)和使鸟类聚集以等待有利天气的到来(临时贮存地)。,结点彼此相对位置对物流或结点的利用至关重要。,2)重力模型,景观中网络的结点均具差异性。基于物理学万有引力定律的重力模型，提出测量两结点间相互作用的修正式：,Iij=KPi*Pj/d2,式中：Iij-结点i和j之间相互作用的大小；,Pi结点i的种群大小或物体量；,Pj-结点j的种群大小或物体量；,d-两结点间的距离；,k一联系方程与特定研究对象(如热能、水分子)的常,数。,3.基质对流的影响,1).基质连接度,基质连接度较高意味物体穿过基质几乎没有受到屏障的阻碍。如热量、尘埃和风播种子借助层流在基质上空运动，动物、害虫或火在某种景观要素的广大空间中蔓延。,2).狭窄地带,在一些地方，迁移路线相当狭窄，以致物体的运动受到基质宽度的影响。如基质内的峡谷可加大或降低物体运动的速度。,3）网络连通性与环通度,网络连通性系指廊道与景观内所有结点的连接程,度。现介绍网络复杂程度的计算方法。,a.连通度：节点数一定时，实际连接（link）数与最大可能连接数的比率（）。,=L/Lmax=L/3*(V-2)(V3,VN),式中:L为连接线数，V为结点数，指数变化于0,1之间。,连通性对网络传输功能具有重要意义。,b.环度(Circuitry):即连接网络中现有结点的环路存在程度。节点数一定时，网络中实际环路(circuit)数与最大可能环路数的比率。实际环路数/最大可能环路数,(L-V+1)/(2V-5),(V3,VN),式中:L为连接线数，V为结点数，指数变化于01之间。指数对网络传输可选择性特别重要，表示能流、物流和物种迁移路线的可选择程度。比如环度对动物迁徙过程中逃避捕食非常重要。,4）网络与流的空间扩散,网络系指由结点和廊道形成的结构形式，且在实际,景观中广泛分布、互相重叠、类型繁多。,网络主要功能：实现结点的可接近性，使物种流能迅速从源到汇，使相邻地区或孤立的结点更易到达，减少输送途中能量的消耗，降低被捕食的概率。,结点：为廊道的交接点或运动物体的源和汇，起物,种运动的中继站（steppingstone）,以实现对物流的某种控制。,二.景观要素的相互作用,1.斑块基质的相互作用,人工林斑块与农田基质的相互作用主要通,过能量流、物种流和养分流来表征。,不同形式的流在景观要素中多呈双向流动。如动物、果实和花粉的双向流动，水平热流从基质流向人工林斑块。,2.斑块斑块的相互作用,空间分离、特征相似的斑块之间，物种迁移的动力主要为扩散和散布。如动物从一个斑块到另一个斑块觅食；当斑块中物种发生局部灭绝，可从相邻斑块得到迅速补充。,3.廊道基质的相互作用,廊道类型：线状、带状、河流和枝状廊道等类型，其结构与功能不同，与围绕基质的相互作用亦不同。,基质气候对线状廊道具有主导影响；作用方向：从廊道到基质，如灰尘、车辆污染从公路输入农田；水从基质流向河流廊道。,4.斑块廊道的相互作用,类似斑块间的相互作用。斑块内部种局部灭绝后，廊道利于其再迁居，而斑块是廊道的物种源。,山地森林对河流的影响,1）维持景观稳定性和水土保持：山地、山坡森林对于维,持山坡和河谷地貌的稳定性极为重要。,2）维持河流生物的能量和生存环境：森林溪流99的有机物质来自相邻景观要素。如树叶、枝条和其他残体为各种无脊椎动物提供食物和庇护；倒木落在溪流形成特有生境；林冠层对溪流水温的调节；对矿质营养和固体颗粒的过滤和调节。,3）维持河流良好的水文状况：通过地表径流、土中径流和地下径流，坡地降水输入河流。,4）维持河流的良好水质：山地森林可保持河水良好的水质。a.河水中泥沙含量低，b.河水中的营养物质处于低水平状态。,第三节景观的一般功能,景观过程基本功能：景观要素间能量、物质流动及景观要素的相互作用。,景观生态过程发挥景观基本功能，同时表现出总体景观的一般功能：景观的生产功能、生态功能、美学功能和文化功能。,一.景观的生产功能,景观生产功能：指景观为人类社会和生态系统提供物,质产品和生物生产的功能。,1.自然景观的生产功能,指自然植被的净第一性生产(NPP)，为绿色植物在单位时间、面积上所累积的有机物质。,2.农业景观的生产功能,主要体现为农业土地利用的产品生产。农业景观的生产功能可用生产潜力表示。假设农作物品种和田间管理处于处于最佳状态，由光、热、水、肥4个因子所决定的作物产量的理论值，形成相应的农业景观生产潜力系列，即光合潜力、光温潜力和气候潜力。,3.城市景观的生产功能,城市景观依赖化石能源，生产各类物质性及精神性产,品，完全改变自然景观的结构、格局与功能。1）生物生产,（1）生物初级生产：城市以第二产业、第三产业为主，城市生物生产粮食、蔬菜和水果等所用空间占城市空间比例较小，其绿色植物生产居于从属地位。但生物初级生产过程净化空气功能对维持城市生态环境质量至关重要。（2）生物次级生产：指城市消费者对初级生产物质的利用和再生产过程，即城市居民维持生命、繁衍后代的过程。,2）非生物生产,城市景观生态系统是人类生态系统，具特殊的功能，能创造物质与精神财富。（1）物质生产,a.正向物质生产：指满足人类物质生活所需的各类有形产品及服务。包括工业、手工艺、文化艺术等产品；基础设施产品和服务性产品。,b.负向物质生产：指城市景观生态系统向周围环境排出“三废”物质，对环境产生严重的危害。如工业、交通运输、生活污染等。,（2）非物质生产：指生产满足人们的精神文化生活所需的各种文化、艺术产品及相关的服务。,二.景观的生态功能,景观的生态功能主要表现为公益价值，如保护物,种和遗传资源，固定太阳能和C02，调节区域气候，维,持水及营养物质循环，土壤的形成与保护，吸收与降解污染物，创造物种赖以生存与繁育的条件，维护整个大气化学组分的平衡与稳定，保育生物多样性等。据测定，树木每产生lkg干物质，会过滤311m3空气，森林提供木材产品的价值只占其全部价值的15，而生态价值则占45；1972年日本调查全国森林认为，该年度全日本森林公益效能经济评价值约为128200亿日元，为当年林业经济总价值的20多倍。,三.景观的美学功能,景观给人以美的享受。当人与自然和谐相处融合于自然景,观，人的感情、精神、思想、道德会得到进一步的升华，达到更高的境界。