4 土地生态过程与功能

1、4.1 土地生态过程 4.2 土地生态功能 4.3 土地利用与土地生态过程 第四章 土地生态过程与功能 4.1 土地生态过程 4.1.1 能量流动 p 生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为生态系 统的能量流动,能量流动主要通过食物链逐渐传递下去， 能量流动具有单向流动、逐级递减的规律。 p 流与土地生态过程 土地生态过程往往伴随着多种流的发生，对流的大小和方向都会产生 影响。 4.1 土地生态过程 4.1.1 能量流动 p 土地单元与能量流动 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 生态系统的物质循环是无机化合物和单质通 过生态系统的循环运动，可以分为三大类型，即 水循环，气体型循

2、环和沉积型循环。 土地生态系统作为生态系统的一种类型，其 物质循环与全球变化具有紧密联系。 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 p 生物多样性与生态过程土地生物多样性变化 生物多样性是所有生物种类、种内遗传变异和他们的生存 环境的总称，包括所有不同种类的动物、植物和微生物， 以及他们拥有的基因，它们与生存环境所组成的生态系统。 生物多样性 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 景观多样性 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 p 生物多样性与生态过程动物运动 动物流 巢域活动 疏散 迁徙 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 p 生物多样性与生态过程植物运动 植物通过繁殖

3、体散布完成扩散过程。这一过程需要借 助外界的物质流和运动力等完成。 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 p 土地系统中的养分和水分运动 4.1 土地生态过程 4.1.2 物质循环 p 土地系统中的养分和水分运动 4.1 土地生态过程 4.1.3 景观过程 p 土地景观过程 穿孔 分割 破碎化 缩小 消失 4.1 土地生态过程 4.1.3 景观过程 p 土地景观过程驱动因子 土地景观过 程驱动因子 自然属性 驱动因子 社会属性 驱动因子 地貌 气候 生物 土壤 社会经济 发展 政策文化 自然干扰 4.2 土地生态功能 4.2.1 自组织与自我调节功能 u组织是系统内有序结构或这种有序结构

4、的形成过 程。土地生态系统的自组织性主要表现在土地生 态系统具有较强的自我调节和代偿作用。 u土地生态系统具有自我调节和自我修复的能力， 在受到外来干扰之后，能通过自身的调节而维持 其相对稳定的状态。 4.2 土地生态功能 4.2.2 稳定性 p从内涵和外延来看，土地生态系统的稳定性包括 两方面内容，一是抗干扰能力抗干扰能力，即土地生态系统 发生变动以后，系统的承受能力；另外一个是受 干扰后的恢复能力恢复能力，即系统遭受外部干扰出现不 同程度损坏后，系统自行恢复的能力。 4.2 土地生态功能 4.2.2 稳定性 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 p土地的生产功能主要指土地生态系统为人

5、类提供 食物、药材等生活必需品。 p土地生产力是指作为劳动对象的土地与劳动和劳 动工具在不同结合方式和方法下所形成的生产能 力和生产效果，是鉴别土地质量的重要依据。 p土地生产力可以分为自然生产力和人工生产力。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地生产力估算模型 光合生产潜力模型 其他因素（温度、水分、土壤肥力及农牧生产措施等）处 于最佳状况时，完全由光和有效辐射决定的生产潜力。 光温生产潜力模型 作物群体在其他自然条件适宜的条件下，以光能和温度作 为作物产量的决定因素时，所产生的干物质的能力。 水分生产潜力模型 对光温产生潜力进行水分修正。 土地生产潜力 依据作物能量转化及产量形

6、成过程，逐步“衰减”计算农 业气候生产潜力。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 土地生态系统中，生产者将固定的太阳能转 化为自身组织的化学能的过程，称为初级生产过 程。 初级生产量可以分为总初级生产量和净初级 生产量两部分。注意总初级生产量和净初级生产 量的区别。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 净第一性生产力（NPP）是绿色植物在单位面积、 单位时间内所累积的有机物数量，是由光合作用产生 的有机质总量（GPP）中扣除自养呼吸后的剩余部分。 植被NPP是表征植被活动的关键变量，是陆地生 态系统中物质与能量运转研究的基础，除了供给植物 本身外

7、，还为所有有机体生命提供能量和物质，为合 理开发、利用自然资源提供科学依据。 植被NPP是大气成分改变地球上物质的重要中介， 尤其是作为温室气体的二氧化碳浓度的变化。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 NPP估算方法 基于站点的实测数据估算基于站点的实测数据估算：通过直接收获法 来获得NPP。站点实测法简单易行、精度高，但 费时、费力，具有破坏性，仅能用于小面积调查。 气象相关统计模型：气象相关统计模型：该模型认为植被NPP 与 气候存在一定的相关性,将气候因子如温度、 降水 量等引入模型中, 建立 NPP 与气候因子之间的简单 统计回归模型。 4.2 土地生态功能

8、4.2.3 生产功能 土地初级生产量 NPP估算方法 光能利用率模型：光能利用率模型：建立在植物光合作用过程 和光能利用率的概念上，认为任何对植物生长起 限制作用的资源(如水、氮、光照等)均可用于NPP 的估算。这些因子之间通过一个转换因子联系起 来，这一转换因子是一个复杂的调节模型，或是 一个简单的比率常数。 典型模型：CASA模型、GLO-PEM模型和 BEAMS模型等。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 NPP估算方法 生态系统过程模型：生态系统过程模型：根据植物生长和发育的 基本生理过程,通过模拟植被的光合作用，呼吸作 用以及蒸腾蒸散等过程，结合气候及土壤数据

9、估 算NPP。 典型模型：BIOME-BGC模型、TEM模型和 CENTURY模型等。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 NPP估算方法 国内应用较多的模型是根据水热平衡联系方程以及植 物的生理特点建立的自然植被的净第一性生产力模型（周 广胜和张新时，1995）。 4.2 土地生态功能 4.2.3 生产功能 土地初级生产量 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 生态系统服务是指自然生态系统及其物种所 提供的能够满足和维持人类生活需要的条件和过 程。 即人类直接或间接从生态系统获得的收益， 主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量、 接受

10、和转化来自经济社会系统的废弃物，以及直 接向人类社会成员提供服务。 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 Costanza等（1997）将生态系统提供的产品 和服务统称为生态系统服务（ecosystem services）。 在总结过去几十年生态系统公益价值评价研 究的基础上，将生态系统的服务功能归纳为17种 系类，分别按10种不同生物群区用货币形式进行 了测算，并根据生物群区的总面积推算出所有生 物群区的总服务价值。 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 生态服务生态功能举例 气体调节大气化学成分的调节如CO2/O2平衡、氮氧化

11、物吸收等， 减少温室效应 气候调节温室气体调节，Oceanic Dinethylsulfide(DMS)影响云层 的形成等 干扰调节对环境波动的响应如洪水控制等 水调节水文调节以及提供水资源等 水供应通过集水区等水资源贮存和维持 水土保持防止土壤水蚀、风蚀，淤泥沉积贮存等 土壤形成土壤有机质形成等 营养循环如氮固定及其他营养物质循环等 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 生态服务生态功能举例 废物处理通过分解等功能污染控制、脱毒等 授粉为植物提供授粉者以保障种群繁衍 生物控制通过捕食和被捕食维持平衡 栖息、避难所为候鸟等生命提供栖息地和避难所 食物生产提供鱼类

12、、水果、猎物等 提供原材料如木材、薪柴等 遗传资源如医药、花卉植物等 娱乐生态旅游、垂钓等户外活动 文化美学、教育、科学等 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 生态系统的生产 生态系统的基本功能 生态系统的环境效益 生态系统的娱乐价值 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 生态系统服务的定义和内涵 4.2 土地生态功能 4.2.4 服务功能 土地生态系统服务类型 栖息地功能（湿地生境、林地生境、农田生境、城镇生境） 承载功能（植物生长、动物以及人类活动） 环境功能（水土保持、涵养水源、改良土壤、调节气候） 文化和社会功能（农业景观、乡村景观、工业景观和城

13、 市景观；资源性与资产性两方面功能） 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.1 土地利用方式与土地生态过程 土地利用：指人类通过一定的活动，以土地为劳动对象或 手段，利用土地的特性来满足自身需要的过程。 土地利用方式是在土地利用活动中，人们所确定的土地用 途、利用类型与采取的具体经营管理措施。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.1 土地利用方式与土地生态过程 土地利用类型转换与生态过程 对土壤水分和土壤元素的迁移转化过程产生影响，对 土壤性质和土壤生物产生影响。植被恢复，森林采伐，荒 漠化，水土流失，土壤养分流失。 城市扩展与土地生态过程 区域土地利用演化的主导过程，引起地表景观格局变

14、 化，是引起地表各种物理过程变化的主要原因。 土地集约利用与生态过程 加大土地投入强度，提高土地利用系统的自组织能力， 协调好土地利用系统的关系，增加外部生态环境对土地利 用系统的正外部效用，提高土地利用系统的可持续生产能 力。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.2 土地利用格局与土地生态过程 土地利用格局对生态过程的影响 不同土地利用方式的组合形成不同的土地利用格局，土地 利用格局变化对土壤、水文和侵蚀特征产生影响。 傅伯杰等选择黄土丘陵沟壑区的羊圈沟流域为研究区,通 过航空像片解释和野外实际调查, 将流域内土地利用分为坝地、 梯田农地、坡耕地、荒草地、人工草地、乔木林地、幼年林地、

15、灌木林地、水域和居住用地11个类型，选择3种已持续15年左右 具代表性的土地利用结构, 从坡底到坡顶的组合分别为: 草 地坡耕地林地、坡耕地 草地 林地和坡耕地林地 草地进行土壤有机质测定。 从小流域、坡面和单一土地利用类小流域、坡面和单一土地利用类 型型三个尺度层次研究土地利用变化对流域土壤侵蚀、土壤养分 和土壤水分的影响（黄土丘陵区小流域土地利用变化对生态 环境的影响 以延安市羊圈沟流域为例1999年）。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.2 土地利用格局与土地生态过程 土地利用格局对生态过程的影响 研究结果发现: 1996年比1984年该流域坡耕地减少了 43% , 林地增加了42

16、% , 草地增加了5% , 土壤侵蚀量减 少了24%。坡耕地草地林地和梯田-草地-林地土地利 用结构具有较好的土壤养分保持能力和水土保持效果，是 黄土丘陵区梁峁坡地上较好的土地利用结构类型。该流域 土壤养分含量林地草地坡耕地, 土壤水分含量林地草 地坡耕地。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.2 土地利用格局与土地生态过程 城市土地利用格局与生态过程 分析驱动因子； 分析影响城市景观的各 方社会力量的相互关系； 土地单元之间的动力因 子综合比较； 分析流的运动方式。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.2 土地利用格局与土地生态过程 土地利用规划与生态过程 通过土地利用规划，改变土地利用数量、结构和空间 格局，当前大多数规划中主要表现出居民点、工矿用地及 交通用地面积增加，而耕地数量减少最快的特点。 土地利用规划引起的土地利用格局变化对水文生态过 程、非点源污染和土壤环境的影响主要表现在土地利用格 局变化改变了地表反射率并影响大气温度和湿度改变了地表反射率并影响大气温度和湿度。 土地利用规划与土地利用生态过程之间是一种复杂的 相辅相成的关系。 4.3 土地利用与土地生态过程 4.3.3 土地利用工程与土地生态过程 土地利用工程的概念和分类 土地利用工程是有关土地开发利用、治理改造、保护