环境景观生态学

环境景观生态学第1页/共51页2景观生态学第2页/共51页3景观生态学1.使用教材

《景观生态学》徐化成.北京.中国林业出版社.19952.参考书籍

《景观生态学》刘茂松等.北京.化学工业出版社.2004《景观生态学原理及应用》傅伯杰等.科学出版社.2001《实用景观生态学》赵羿等.北京.科学出版社.2001《景观生态学》邬建国.北京.高等教育出版社.2000《景观生态学》肖笃宁等.科学出版社.研究生教学丛书.2003《景观生态学理论方法及应用》肖笃宁.中国林业出版社.19913.参考期刊

《生态学报》《地理学报》《环境科学进展》《生态学杂志》《环境科学》《城市规划》《自然资源学报》第3页/共51页4引言1.生态学主要研究生物与环境的关系，是一门多分支的学科地球上生物和人的生存与发展是所处的环境密切相联系的。研究对象包括个体、种群、群落、生态系统、景观等层次。发展动力来自20世纪60年代后出现的人口资源环境等问题。

2.可持续发展成为世界关注的课题，人们广泛追求“生态的”重要问题：如何解决经济发展与环境保护的矛盾？观点1：加大环境保护力度会影响当地经济发展观点2：协调发展，既要金山银山又要绿水青山建立和谐社会既要人之间的和谐，基础是人与自然的和谐。

第4页/共51页5引言3.景观生态学是一门应用性很强的生态学分支学科景观生态学研究大尺度地域内各种生态系统之间的相互关系。

景观的组成、结构、功能、动态、分类、评价、规划、管理。其原理方法对促进景观的优化和可持续发展有直接指导作用，是人们从宏观方面认识自然并调节人与自然关系的有力手段。应用领域：农业、林业、城市规划、园林设计、自然保护、旅游景区规划设计、环境治理、资源开发利用等。4.景观生态学是一门发展历史不足百年的年轻学科产生和发展来自人们对大尺度生态环境问题的日益重视；其理论和方法主要来源于现代生态学和地理科学的发展。景观生态学中的一些概念和理论还不成熟有争议待完善。第5页/共51页6景观生态学的主要内容1.景观生态学概述2.景观要素的类型3.景观的空间结构4.景观的形成因素5.人类对景观影响6.景观的基本功能7.景观的变化动态8.景观分类与评价9.景观生态学应用第6页/共51页7第1章景观生态学概述景观的有关概念景观生态学原理景观生态学发展第7页/共51页8第1节

景观的有关概念一、景观的直观理解

英语中：景观的原意表示自然风光、地面形态和风景画面。

用于描述乡村自然风光和美丽的景色。(Landscape)

汉语中：景～反映了风景、景象、景色、景致。(等同scenery)

观～表达了观察者的直观感受。二、不同学科对景观的理解

1.美学中景观是人们对各种地表景象的综合直观的视觉感受。

这是最朴素最直观的理解；我国东晋以来兴起山水风景画，景观作为风景的同义语成为艺术家和文学家等的描绘对象。美学上关注的是景观的视觉特性和文化价值。

景观作为审美对象是文学、艺术和风景园林学科的重要问题。第8页/共51页9第1节

景观的有关概念2.地理学中

①景观是地球表面可见景象的综合。（近于地形）

②景观是由各个最简单的地域单元组成的复杂地域系统。

③景观是地球表面由地貌、土壤、气候、水文、生物等自然要素以及人文因子组成的地理综合体。

18世纪后景观概念引入地理学，成为地理学中研究的重要问题。关注的是景观要素（地貌/气候/土壤/植被等）特征和景观形成过程；无空间尺度限制；也不强调景观的异质性。

3.生态学中（后详述）空间上相邻功能上相关发生上有一定特点的生态系统的聚合。第9页/共51页10第1节

景观的有关概念

美学、地理和生态等不同学科的研究者，从不同立足点和角度对景观有不同的理解，定义各不相同。景观生态学中侧重强调景观的异质性，不同生态系统的空间格局及其相互关系。不同学科对景观的理解和主要关注点学科含义侧重点美学风景。如由草地、树木、村庄河流组成的风景画美学价值地理地形。是地貌土壤气候生物等的综合体，类似生物群落形态形成生态空间上的若干生态系统聚合而构成的异质性区域生态关系第10页/共51页11桂林山水景观山区地貌景观第11页/共51页12第12页/共51页13第1节

景观的有关概念三、景观的概念

1.景观定义概览①A.C.Troll—德国植物学家1939年：

景观是一个区域不同地域单元的自然－生物综合体。景观生态学研究控制某一地区不同空间单元的自然与生物的水平关系。②Zonneveld—荷兰学者1979年提出：

景观是地球表面空间的一部分，由岩石,水,空气,动植物以及人类活动所形成的系统的复合体并通过其外貌构成一个可识别的实体。③Vink—荷兰学者

景观是具有特有的地形、土壤、植被的陆地表面的一个区域；是相互有关的几片土地的天然配置。

第13页/共51页14第1节

景观的有关概念④Forman&Godron—1986所著的景观生态学中提出:

景观是以类似方式重复出现的、相互作用的若干生态系统的聚合所组成的异质性土地地域。

如农业景观，都是由农田、沟渠、村落、道路、小片树林水面等以类似方式重复出现的组合体。一个景观应具备四个特征：

A.景观是若干生态系统聚合而构成的复合生态系统。

B.景观中各生态系统之间存在物质、能量流动和相互影响。

C.景观区域范围内具有一定的气候和地貌特征。

D.其组成结构及功能特征与一定的干扰状况的聚合相对应。第14页/共51页15第1节

景观的有关概念2.景观的综合定义景观：是由若干相互作用的生态系统镶嵌组成的异质性区域。狭义

是由不同空间单元镶嵌组成的具有明显视觉特性的地理实体。广义

是由地貌、植被、土地和人类居住地等组成的地域综合体。是人类生活环境中视觉所触及到的地域空间。

空间单元(即生态系统)：包括森林、村庄、道路和河流等。可把包括农田、村庄和城市等的异质性地域称为一个景观。

狭义景观的范围：为几至几百公里；处于生态系统之上。广义景观的范围：从微观至宏观任意；随研究对象和目的而变。已越来越多地被接受和采用。第15页/共51页16第1节

景观的有关概念景观可分为：1.自然景观：如高山、荒漠、草原、森林、极地等。

包括原始景观、半自然景观即受轻度人类干扰。2.经营景观：如农田、果园、人工林、牧场。3.人工景观：完全由人类所创建。

主要体现经济、文化和视觉特性和价值的景观。

如城市景观、旅游地风景园林景观、工程景观（工厂、矿山、水利工程、交通系统、军事工程）等。第16页/共51页17第1节

景观的有关概念3.景观概念的内涵①具有异质性：由不同空间单元（生态系统）镶嵌组成。

景观由林地,草原,农田,村庄,河流等异质空间单元组成。②具有地域性：是具有明显形态结构特征的地理实体。景观是占据一定地域的客观实体。③具有尺度性：空间尺度处于生态系统和大地理区域之间。区域：综合反映气候、地理、生物、经济、社会和文化等特征的景观复合地理单元。④具有综合性：景观具有美学、生态和经济的多重价值。美学～视觉特性，供人观赏。经济～生物生产力、土地资源开发。生态～生物与环境的和谐关系、环境改善的功能、生物多样性。第17页/共51页18第1节

景观的有关概念4.景观的特征①结构特征：一个景观由若干异质性的生态系统镶嵌组成。

如山区景观，由林地、农田、村庄、河流和公路等组成。②功能特征：景观成分间有物质和能量的交换而相互作用。如水流、气流、热流、养分流；种子花粉扩散、动物迁移等。③形成特征：景观是气候地貌因素和干扰因素等影响的产物。景观的形成和变化受两类因素的影响：

A.气候地貌因素：对其他自然条件有决定性影响；

B.干扰：指能引起景观结构等发生重大变化的离散性事件。

自然干扰如火灾、洪水、地震、火山爆发、病虫灾等。

人为干扰如森林采伐、草原放牧、农业耕作和城建等。

城市景观就是人类干扰产生的特殊景观。第18页/共51页19第1节

景观的有关概念5.景观要素

景观是由若干相互作用的生态系统镶嵌组成的异质性区域。①景观要素：是指组成景观的基本空间单元（各生态系统）景观要素分为3种类型：斑块、廊道和基质②景观成分：是指组成景观的各种自然成分。包括动植物、地形、水体、气流以及人等。

③景观与景观要素的相对性景观和景观要素可以相互转换，取决于观察尺度的变化。

当把森林、农田和村庄等看作一个景观时：森林等是景观要素。

当把森林看作一个景观时：组成森林的各种林分是景观要素。景观强调异质性；景观要素强调均质性。第19页/共51页20第1节

景观的有关概念6.景观与土地、环境的区别和联系①共有含义：一定空间范围的地域综合体②不同之处：如表。景观土地环境基本含义可视异质区域动植物生存之地环绕人类的所有事物组分性质异质性均质性不强调侧重强调美学生态价值经济、肥力、产权环境对人的影响存在形式实体实体实体和非实体③联系：景观是广义土地的具体一部分；景观中也包括了土地。景观是构成我们周围环境的实体部分。不包括社会环境。第20页/共51页21第1节

景观的有关概念

四、几个基本概念

1.斑块－廊道－基质模式此模式是描述和构成景观空间格局的基本模式。斑块、廊道和基质是构成景观的基本单元或要素。斑块：指在外貌上与周围环境明显不同的块状地域单元。如农田围绕的村庄；森林中的采伐迹地；湖中的小岛。廊道：指在外貌上与两侧环境明显不同的线性地域单元。廊道是呈带状的特殊斑块。

如河流、道路、铁路、峡谷、防护林带等。基质：指景观中面积最大、连通性最好的均质背景地域。

如围绕村庄的农田；广阔的草原、森林、水域等。

一个生态系统可视为组成景观的一个斑块、廊道或基质。第21页/共51页22浙江宁绍平原的水乡廊道景观第22页/共51页23北京城区街道景观第23页/共51页24英国伦敦城市景观第24页/共51页25江南水田斑块河流廊道景观第25页/共51页26四川丘陵农业景观松嫩平原湿地景观第26页/共51页27第1节

景观的有关概念2.尺度（效应）尺度：是指研究对象的空间范围和时间变化间隔。(对象特征上)

是研究某对象时所采用的空间和时间单位。(研究者角度)

尺度常用范围或分辨率表示，尺度反映对事物细节的了解水平。大尺度意味着低分辨率。研究大尺度对象时必须忽略细微差异。即在小尺度上可辨的异质性结构，在大尺度上作为细节被忽视。

空间尺度：指研究对象的空间范围大小或面积大小。景观的空间尺度越大，分辨率越低，测量上的比例尺越小。

同一景观，随观察高度增加,分辨率降低,最小可辨单元增大，物体细微的差异逐渐难以分辩，最终异质性物体变为均质性。时间尺度：指研究对象动态变化的时间间隔长度。宏观时空尺度：生物进化、群落演替；微观：植物生长、种群爆发。

请看图第27页/共51页28景观的空间尺度越大，其分辨率越低同一景观，随观察高度增加，其分辨率降低，最小可辨单元增大第28页/共51页29不同等级系统的时空尺度万年千年世纪10年年月日秒时间尺度微米毫米米公里千公里万公里空间尺度叶片生理树木生理斑块动态林窗动态树木生长森林演替景观动态区域动态事物或过程的时空尺度是相互联系的：

在时间上属于宏观尺度的事件，在空间上也属宏观尺度。

如气候变迁的时空尺度都较大；而火干扰事件的时空尺度都小。第29页/共51页30不同时间尺度的生物和物理现象十万年万年千年世纪十年年月日小时研究尺度物理现象生物现象古生态学大陆冰河期生物进化古湖沼学湿地演替气候变化森林群落迁移森林火灾森林演替CO2使全球变暖文明兴起长期生态研究太阳黑子野兔种群厄尔尼诺草原演替草原火灾一年生植物湖水更替浮游动物演替多数生态研究洋流更替风暴昼夜循环藻类爆发潮汐第30页/共51页31第1节

景观的有关概念3.异质性与均质性异质性：由不相关或不相似的组分构成的系统。(绝对)

均质性：由相关或性质相同的组分构成的系统。(相对).空间异质性的维持和发展是景观生态学研究的核心内容。

地球上多姿多彩的景观源于空间的异质性；均质空间构不成风景某事物是异质的还是同质的，取决于考察尺度的大小。

说某系统为均质时，仅指该系统在给定观察尺度上，系统组分间的差异可以忽略不计。如：某一景观由森林、农田、村庄等不同的生态系统组成。是把森林本身看成是均质的；森林与农田之间是异质的。若把森林作为一个景观，森林是异质的，而组成森林的杨树林、桦树林等是均质的。第31页/共51页32第1节

景观的有关概念4.镶嵌性镶嵌性：指各种景观要素在空间上相互拚接形成的结构方式。镶嵌的特征：景观要素间形成边界,连续空间被中断。

5.空间格局空间格局：是指各种景观要素在空间的排列组合及配置方式。

如各种斑块在景观中可呈随机、均匀、聚集和线状等分布。更详细的景观结构特征和空间关系可通过景观指数等表示。

格局与结构的概念相似，但结构含义较广，格局特指空间配置。

6.生态过程生态过程：各种景观成分发生发展的变化程序及其动态特征。如种群动态、群落演替、干扰扩散、养分循环、种子传播、气流、水流、动物运动、捕食者和猎物的相互作用等。第32页/共51页33第2节景观生态学原理

一、景观生态学的概念

1.定义景观生态学是研究景观的结构、功能和动态以及管理的科学。是地理学中的景观学与生物学中的生态学相结合的产物。其核心是景观的空间格局及其相互关系。

2.相关学科

景观生态学是以地理学和生态学为基础的多学科的交叉学科。涉及生物、气象、农林、美学文化、系统论、控制论等。

3.层次地位

景观生态学是研究景观这一生物层次的生态学。个体→种群→群落→生态系统→景观生态学→区域→全球。

研究对象的空间尺度在生态系统之上，采用较低分辨率，忽略景观成分内部差异，大局着眼，研究较宏观的景观规律。第33页/共51页34自然等级系统的层次与尺度的关系

空间尺度增加空间分辨率降低过程速率减慢事件频率变低动态功能结构尺度域个体种群群落生统景观区域国家全球生物为主的生态系统生态和生物为主的生态系统以经济社会生态为综合体的生态系统第34页/共51页35第2节景观生态学原理

二、景观生态学的内容

研究对象和内容主要包括4个方面。

1.景观结构

指不同景观要素之间的空间关系。

要素的类型,面积,形状,数量,空间分布方式；能流物质分配等。

2.景观功能

指景观要素间的相互作用和联系。(即生态过程)

体现在景观中能量,物质的流动转化和物种的扩散等生态过程。

3.景观动态

指景观结构和功能随时间的变化。要素的类型,形状,数量和空间格局以及物质能量物种的变化。景观的结构、功能和动态是相互依赖和相互作用的；结构在一定程度上决定功能；功能也影响结构的形成和发展。

如房屋结构决定使用功能；农村人口流向城市引起城乡结构变化。第35页/共51页36第2节景观生态学原理4.景观管理

景观管理：是把景观生态学原理应用于景观规划设计的实践。

景观生态学为土地管理、自然保护和区域规划提供生态学基础。有助于自然资源的合理利用、有效保护、持续发展和科学管理。

①景观生态分类：据景观要素的组成结构和功能特点划分景观类型。②景观生态评价：利用方式的适用性；景观生产力；生态经济效益。③景观生态规划：按照一定原则对土地等资源的利用方式进行规划。

④景观生态设计：按照宏观的规划框架，进行具体的景观生态设计。

应用领域：涉及国土整治、资源开发、土地利用、自然保护、环境治理、区域规划、城乡建设、生态旅游等方面。如城市,工矿区和自然保护区的景观生态规划；城市居民小区或公园的景观生态设计。

第36页/共51页37景观结构、功能和动态以及景观生态学的基本概念和理论景观结构景观要素的空间格局景观功能景观成分的相互作用景观动态景观结构功能的时间变化斑块－廊道－基质模式格局、过程、尺度空间异质性景观连接度渗透理论与阈限现象岛屿生物地理学理论复合种群理论缀块动态理论人类活动和影响等级理论生态过渡带理论景观生态学景观规划与设计第37页/共51页38景观生态学核心概念框架系统整体性景观异质性格局尺度性自然性人文性镶嵌结构生态流经济多重价值判断演化不可逆人类主导性美学生态景观结构景观功能景观演化景观管理第38页/共51页39第2节景观生态学原理

三、景观生态学的理论基础内容和方法上涉及众多学科，从中吸取丰富的营养。

1.系统论

系统论是从系统的角度来揭示事物内在联系和变化规律的科学。①基本概念

系统、层次,结构,功能,反馈,信息,平衡、涨落,突变等。

②基本原则

整体性原则、关联性原则、开放性原则、动态性原则等。

③研究方法

系统地提出问题→明确系统要素间的相互关系→构建逻辑和数学模型→根据研究目标、分析系统的特点，确定研究方法→根据要求选择最佳方案→确定系统的结构组成和相互关系。第39页/共51页40第2节景观生态学原理2.等级理论

等级理论是关于复杂系统的结构、功能和动态的系统理论。①基本观点

A.复杂系统都是具有层次的等级系统。如界门纲目科属种。

B.高层次事物具有大尺度、低频率和慢速度特点；低～相反。

C.高层次对低层次有制约作用；低层次为高层次提供功能。②根本作用将复杂系统分解为多层次和多组分的等级系统;(垂直和水平结构)

简化复杂系统，以便对复杂系统的结构和功能等进行研究。③关键环节

A.分析系统的可分解性，合理确定分解标准，分解出系统的组分；

B.复杂系统至少分解为3个相邻层次。即核心层、高层和低层；请看图第40页/共51页41等级系统中相邻层次之间的关系高层次核心层低层次大尺度低频率低速度小尺度高频率高速度背景制约控制包含组分功能机制条件水平结构垂直结构如森林火灾，小面积的火灾发生频率高，而大面积的发生频率低。第41页/共51页42第2节景观生态学原理

四、景观生态学的基本原理

1.景观整体性原理

功能整体：景观是由不同景观要素通过生态过程联系而构成。

从景观的整体性出发来研究景观的结构、功能及其演变过程。如农业产业结构调整，目的是使农业整体社经生态效益最佳。

2.景观异质性原理

景观异质性：指各景观要素在属性上和空间分布上的变异程度。体现方面：景观要素多样性；空间格局复杂性；空间相关动态性。表现形式：镶嵌(生物或环境镶嵌,中断)和梯度(环境因子渐变)

如华北平原，基质农田中镶嵌有村庄,城市,河流等异质要素。

3.景观等级性原理

景观等级系统：景观是由各种景观要素构成的层次等级系统。此原理决定了：研究对象是①景观整体的性质和动态规律；②各景观要素之间的空间关系和功能关系。第42页/共51页43第2节景观生态学原理4.景观尺度性原理

景观尺度效应：景观的空间格局和生态过程随研究尺度而变化。如景观中的村庄是一个斑块，但在小尺度下是一个异质性景观。

原理表明：同一事物在不同研究尺度下表现出不同的属性；确定适当的研究尺度才能了解该尺度下的对象性质。调整研究尺度就是调整眼界(工作范围)。

5.景观动态性原理

景观动态：景观要素和空间格局及生态过程都随时间而变化。各景观要素随时间变化的速度和程度各不相同.如公路和农田

6.景观稳定性原理

稳定性：是指景观对干扰的抵抗力以及受干扰后的恢复能力。

景观稳定性与景观异质性(或生物多样性)有关。异质性程度高→生物多样性高→抵抗力恢复力强→景观稳定。第43页/共51页44黄河三角洲的景观动态变化第44页/共51页45第2节景观生态学原理7.景观生态流原理

生态流：景观中的物质、能量和物种在景观要素之间的流动。生态流是生态过程的具体表现，包括物流、能流和物种流。生态流的表现：扩散和聚积，使物质能量实现空间再分配。流的源：是指迁出能流物流和物种流的场所.（扩散源）流的汇：是指接纳能流物流和物种流的场所.（聚积地）流源汇：共同组成了物质迁移系统.（使结构与功能关联）流的媒介：风、水、飞行动物、地面动物和人。流的动力：扩散(与异质性相关；如种群迁移)

传输(物质流。如水流的侵蚀、搬运和沉积作用)

运动(动物和人对各种物质的传播)源汇流（联系）第45页/共51页46第2节景观生态学原理8.景观格局和过程的关系原理

景观格局是指形状和大小各异的景观要素在空间的排列组合。包括景观组成单元的类型、数量及空间分布和配置等。格局是景观结构在空间上的表现形式和异质性的具体体现。景观过程指各种景观成分发生发展的变化程序及其动态特征。包括各种生态流、种群和群落变化、干扰扩散等。景观过程是景观功能的具体体现。

格局与过程的关系格局控制过程的进行：如水域可阻隔火干扰的蔓延；渠塘灌溉景观对营养元素的转移和分配的控制作用；山区不合理的土地利用方式对水土流失的影响；农林间作对养分元素的循环和分配的影响。

过程影响格局的形成：如林火干扰可形成新的景观格局。结构与功能的关联：集中表现在流的延伸将源和汇联系起来。第46页/共51页47第2节景观生态学原理9.景观演化的人类主导性原理

景观演化：指景观受自然或人类干扰而发生的宏观定向演变。自然干扰使景观按自然的固有规律演化，宏观上是不可逆的。

人类主导演化：通过调控其方向和速度实现景观的定向演变。人类对景观的干扰有建设和破坏两个侧面：

景观生态建设：合理调整或构建景观单元的空间结构，提高景观的生产力和稳定性，使人类对景观演化的影响步入良性循环。

如北方风沙干旱区的农林间作景观；北方山区的小流域治理景观。而毁林开荒、城市扩张等将使景观的稳定性和生物多样性降低。

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