第四章 景观结构和空间格局 景观生态 教案

第四章景观结构和空间格局教学目的和要求掌握阐述景观结构特征的景观结构模型，景观多样性和景观异质性及其环境生态意义和影响因素。教学重点和难点掌握景观的结构模型。第一节景观结构模型主要掌握景观结构模型：斑块-廊道-基底模型一、斑块(patch)斑块(patch)的定义：外观上与周围环境明显不同的非线性地表区域。景观的基本结构和功能单元相对同质性（取决于观察的尺度）同质性或异质性取决于观察的尺度同一个斑块在不同的尺度下表现出不同的特征如从一张1/50万比例尺的航片上看新乡，它表现为均匀的斑块。因为其内部的街道、林带、公园及各种建筑物等，从航片上是无法辨识的。若从1/2000比例尺的航片来观察新乡市、便可以凭借肉眼从航片上分辨出林荫道、公园、市区大型建筑、广场等更多的细节。原比例尺下的斑块变得不均匀、可以进一步细分为更小的斑块。1.1斑块的起源和类型环境资源斑块(environmentalresourcepatch)干扰斑块(disturbancepatch)残存斑块(remnantpatch)引入斑块(introducedpatch)种植斑块(plantedpatch)聚居地斑块(residentialpatch)如：村落、城镇、城市、城市群1.2斑块的大小(patchsize)1.2.1斑块面积对能量和养分的影响大斑块比小斑块含的能量和养分丰富。1.2.2斑块大小与物种多样性岛屿生物地理学理论：物种数目随着斑块面积的增加而增加，初期增加的速度很快，当接近斑块最大承载量时逐渐停止。1.2斑块的大小(patchsize)1.2.3斑块大小与生境适应性有些物种需要大的同质斑块有些物种需要较小的异质斑块大斑块比小斑块承载更多的物种1.2斑块的大小(patchsize)1.2.4斑块大小与边缘效应一个小斑块（麦田）边缘的产量高于内部的。原因：充分利用光、温度、水、且竞争少。动物的分布会因边缘或内部的喜爱程度而有所不同。许多野兔、野鸡等喜欢在边缘地带活动，食草与食肉动物也经常在边缘地带活动，边缘单位的生物量也高于内部。1.3斑块的形状(patchsize)1.3.1对生物多样性的影响

斑块形状通过边缘效应的形成间接的对生物多样性产生巨大的影响。缀块边缘部分受外围影响表现出与缀块中心部分不同生态学特征的现象。缀块中心部分气象条件(如光、温度、湿度、风速)、物种组成以及生物地球化学循环方面都与其边缘部分不同。1.3斑块的形状(patchsize)1.3.2斑块形状对动物的散步和觅食具有重要的作用例如：通过林地迁移的昆虫或脊椎动物更容易发现与他们迁移方向呈垂直的狭长的采伐迹地，而对圆形的采伐迹地会与它们行进方向平行的采伐迹地，容易忽视。1.4斑块的尺度性和相对性斑块与尺度紧密联系在一起。同质斑块和异质斑块依赖于尺度尺度（scale）概念是景观的一个重要特征，景观的每一层次都具有相应的尺度。由于景观尺度是一个时空上的概念，因此景观的结构功能和变化都是受尺度制约的。一个景观在某一尺度上是异质的，而在另一尺度上又可十分均质。二、廊道廊道(corridor)：景观中与两侧相邻土地不同的一种特殊的带状或线状要素类型。廊道影响景观的连通性，如物种、物质、能流，运输、保护、观赏等问题。

1.廊道的功能(1)保护功能：建造防护林带、各种人工渠道、道路、绿篱和田埂等；(2)传输功能：物质传输、能量传输、物种传输；1.廊道的功能(3)资源功能：生物能源、食物、其他生物资源(木材)等；走廊地带野生动物丰富、植物种类较多(4)美学功能:古代曲径通幽、颐和园的长廊、西湖的苏堤、长城、高速公路的景观设计在美学上有曲径通幽之效而在生态学上却阻碍各种流的进行。

2.廊道的结构特点2.1弯曲度(curvilinear)廊道中两点间的实际距离与它们之间的直线距离之比，与沿廊道的移动有关。目的不同，线路不同。运输---直。旅游—趣。2.2连通性(connectivity)定义：单位长度廊道中断（裂口数）数量来度量。例如：农田树篱。作用：一个廊道连通性高低决定了廊道的连道和屏障功能。有的廊道不允许有裂口，如河流；有的裂口是必须的---农田防护林带/车辆的通行；开口的必要性：园路要不要开口，开多少个口？2.3狭点(narrow)定义：廊道中的狭窄处作用：影响运动和流通例如：河流峡口；道路的瓶颈；生活中太多的瓶颈（个性、能力、机遇、人际协调）狭点的作用：廊道的连通性就是取决于狭点。2.4结点(nodes)定义：两个廊道的连接处或一个廊道与斑块的连接处。河流入海口；入口广场；门厅；作用：有利于物种在各种生境斑块之间相互迁移；对于景观规划管理作用很大狭点形成障碍而结点有利于物种在各种生境斑块之间相互迁移2.5廊道宽度宽度对廊道生态功能的发挥有着重要的影响，太窄的廊道会对敏感物种不利，同时降低廊道过滤污染物等功能。此外，廊道宽度还会在很大程度上影响产生边缘效应(edgeeffect)的地区，进而影响廊道中物种的分布和迁移。宽度效应有明显的阈值对宽为3-20m的30个树篱的研究表明，宽度与森林草本植物呈显著的线性相关。3-12m的物种多样性无明显差别，大于12m的物种多样性为窄的数倍以上。多样性和丰度较高，内部种明显上升，边缘种影响不大。行道树、农田周围的防护林多宽效果为最好？当河岸植被宽度大于30m时，能够有效的降低温度、增加河流生物食物供应、有效过滤污染物。当宽度大于80~100m时，能较好地控制沉积物及土壤元素流失。美国各级政府和组织规定的河岸缓冲带宽度值变化较大，从20m到200m不等。在实际中，确定一个河流廊道宽度应遵循三个步骤：弄清所研究河流廊道的关键生态过程及功能；基于廊道的空间结构，将河流从源头到出口划分为不同的类型；将最敏感的生态过程与空间结构相联系，确定每种河流类型所需的廊道宽度。生态廊道(ecologicalcorridor)主要有生物栖息地、生物迁移通道、防风固沙、隔离（如控制城市扩张的绿带）等功能。不同的功能对应的廊道宽度随着物种、廊道结构、连接度、廊道所处基质的不同而不同。例如，防风林的宽度通常为几米到几十米不等，而绿带(greenbelt)性质的生态廊道却可达数百米甚至几十公里。在生态廊道的诸多功能中，生物多样性保护通常是首要考虑的功能。对于鸟类而言，十米或数十米的宽度即可满足迁徙要求。对于较大型的哺乳动物而言，其正常迁徙所需要的廊道宽度则需要几公里甚至是几十公里。根据对北美地区的矮蠓、白尾鹿、短尾猫、美洲狮、黑熊和狼的行为研究表明，它们所需要的迁徙廊道宽度从0.6km到22km不等。有时即使对于同一物种，由于季节和环境的不同，所需要的廊道宽度也有较大的差别。当设计师问到多宽的廊道对于保护生物多样性合适时，保护生物学家的回答往往是越宽越好。然而，也有学者反对这一说法。他们认为，过宽的廊道会不可避免的促使生物在两侧间的运动，从而减慢了生物到达目的地的运动速度。但一般来讲，廊道越宽越好。随着宽度的增加，环境的异质性增加，进而造成物种多样性的增加。三、基底1.定义：范围广、连接度最高，并且在景观功能上起着优势作用的景观要素类型。景观中背景地域范围广阔，在很大程度上决定着景观的性质，对动态起主导作用。相对同质的景观元素具有自己的特征。面积最大则连通性最强。

2.基底的结构特点2.1孔隙度(porosity)斑块在本底中称为孔。单位面积的斑块数目称为孔隙度。它是本底中斑块密度的量度。孔隙度与斑块大小无关。孔隙度的生态意义它提供了一个了解物种隔离程度和植物种群遗传变异的线索。孔隙度是边缘效应总量的指标，是一个对野生生物管理、对能流物流指导意义的因素。孔隙度低表明景观中有边远地区存在，这对需要边缘生境的动物很重要。孔隙度与动物觅食密切相关，适宜的孔隙对觅食及育后复原。采伐对野生动物的影响。2.2边界形状景观元素间的边界像一个半透膜，边界的形状对本底与斑块间的相互关系极为重要，具备最小的周长与面积之比的形状不利于能量与物质交换，具节省资源的特征；相反，周长与面积之比大的形状利于与周围环境进行大量的能量与物质交流。地球日第一个“地球日”的诞生是在1970年4月22日，由美国哈佛大学法学院的一个刚满25岁的学生——丹尼斯·海斯在校园发起和组织的。那天，美国各地大约有2000万人参加了游行示威和演讲会。后来，海斯毅然办理了停学手续，专心致力于地球的环保。他在今天被誉为“地球日之父”。关爱地球:天天都是“地球日”我国参与“世界地球日”的活动是在1990年4月22日，“地球日”20周年之际。从此，我国每年都进行“地球日”的纪念、宣传活动。“世界地球日”的总主题始终是“只有一个地球”，今年的分主题是“善待地球——从身边的小事做起”。目前，全球面临的十大环境问题包括：1.全球气候变暖；2.臭氧层的耗损与破坏；3.生物多样性减少；4.酸雨蔓延；5.森林锐减；6.土地荒漠化；7.大气污染；8.水污染；9.海洋污染；10.危险性废物越境转移。面对日益恶化的地球生态环境，我们每个人都有义务行动起来，用自己的行动来保护我们共同生存的家园。每年随着“世界地球日”的来临，全人类都自发地敲响了保护家园的警钟，举行着各项对地球有益的活动。然而，我们仅在一天大张旗鼓地关爱地球是远远不够的，只有把每一天都当成“地球日”看待，才能尽快改善地球的环境，延缓它的衰老。你能为地球做的50件小事1.使用布袋，减少塑料袋的使用2.少开车，尽量乘坐公共汽车3.不要让电视机长时间处于待机状态4.认识环保标志5.提倡步行、骑单车6.不使用非降解塑料餐盒7.不燃或少燃放烟花爆竹8.双面使用纸张9.节约粮食10.拒绝使用一次性用品11.消费肉类要适度12.随手关闭水龙头13.一水多用14.使用可充电电池15.随手关灯，节约用电16.拒绝过分包装17.领养一棵树18.做一天环保志愿者19.拒绝使用一次性筷子20.尽量利用太阳能21.尽量使用可再生物品22.使用节能灯23.优先购买绿色产品24.自己不吸烟，奉劝别人少吸烟25.提倡观鸟，反对关鸟26.少用洗涤剂27.少使用发胶28.简化房屋装修29.不用圣诞树30.少吃口香糖31.不吃田鸡，保蛙护农32.使用无铅汽油33.反对奢侈，简朴生活34.拒食野生动物35.拒绝使用气球36.减少使用纸质贺卡37.不穿野兽毛皮制作的服装38.参与环保宣传39.阅读和传阅环保书籍、报刊40.不进入自然保护核心区41.节省纸张，回收废纸42.不购买野生动物制品43.不乱扔烟头44.垃圾分类回收45.回收废电池46.不鼓励制作、购买动植物标本47.选购天然棉、麻等质地的衣服48.避免旅游污染49.及时举报破坏环境和生态的行为50.在室内、院内养花种草四、网络1.网络定义：是由相互连接的廊道或者通过廊道在空间上联系起来的斑块构成的网格状结构孔隙度较高时基质表现为网络。廊道交叉时为廊道网络。树篱、道路、防护林等2.网眼大小2.1网眼大小：指组成网络的线之间的平均距离或者线所环绕的景观元素平均面积。它影响物种的粒度。它的作用在于：具有重要的生态和经济学意义。2.网眼大小动物的觅食、保护领地等活动对网络线间的距离很敏感。在法国布列塔尼地区，小甲虫>４ha即消失，猫头鹰>７ha时即消失反映社会、经济、生态因素的变化。如大家庭的土地包产到户网眼就小，机械化程度高则大3.网络的结构特征3.1连接性(connectivity)是自然体系的本质特征，也是保证物种的适宜生存环境的基本条件第二节生态交错带1.定义：是相邻生态系统之间的过渡带，其特征是由相邻生态系统相互作用的时空尺度及强度所决定。群落交错区、生态交错区或生态过度带20世纪初，美国的Clements首先提出生态交错带第二节生态交错带如森林和草原之间有森林-草原过度带，两个不同森林类型之间或两个草本群落之间也都存在交错带。此外，像城乡交错带、干湿交错带、水陆交错带、农牧交错带、沙漠边缘带等也都属于生态交错带。生态交错带有的宽，有的窄；有的是逐渐过渡的，有的变化突然。交错带的边缘有的是持久性的，有的在不断变化。2.生态交错带的基本特征2.1生态交错带是一个应力带两种群落成分处在激烈竞争的动态平衡中，对外界环境条件十分敏感2.2边缘效应生态交错带物种的数目及一些物种的密度有增大的趋势，这种现象称为边缘效应（edgeeffect）。这是因为生态交错带的环境条件比较复杂，能为不同生态类型的植物定居提供条件，从而为更多的动物提供食物、营巢和隐蔽条件。2.3阻碍物种的分布适合边缘种生存阻碍内部物种的扩散2.4具有空间异质性高度的异质性：相邻生态系统或景观元素通过交错带相互渗透、连接、区分，体现出多个生态系统共存的多宜性生境复杂、物种丰富、特有成分多、种间关系复杂生态交错带具有3个基本特征宏观性动态性过渡性。它不仅是生态结构和功能在时间尺度、空间尺度上变化较快的区域,具有高度的异质性,而且是生物多样性出现区、全球变化敏感区、边缘效应表达区。3.生态交错带的功能(1)通道作用:生态交错带作为相邻生态系统间生态流的通道,影响生态流的流向以及流速;(2)过滤器作用:生态系统的某些组分能通过生态交错带在相邻生态系统之间流动,而另一些组分则受到阻碍;(3)源的作用:生态交错带为相邻生态系统提供物质、能量和生物来源;(4)库的作用:生态交错带能吸收积累某些组分;(5)栖息地作用:生态交错带为许多边缘物种提供了栖息地。4.生态交错带的结构4.1生态交错带的等级结构特征4.2空间格局空间格局变化的动力：内源和外源的干扰及强度的影响受廊道缓冲能力的影响5.主要的生态交错带5.1河岸带：是水陆交错带的一种景观类型，即岸边陆地与河水发生相互作用的区域，是介于河水和高地之间的生态过度带。河岸带环境的特点：水分多、空气湿度大、土壤肥力比较高、季节性河水泛滥河岸带植被的特点：耐一定程度水淹的生态适应、需水量一般比较高河岸带的生态功能：降低温度防止水土流失过滤污染物增加河流水生生物食物供应5.2农牧交错带是从干旱地区向湿润地区，从高原地区向丘陵、平原地区的过度地带，也是将农业区与草原牧区区分开来的半农半牧、时农时牧区。5.2.1农牧交错带的基本特点最大的特点是生态环境脆弱和破坏后恢复非常困难稳定性小，变化幅度大敏感性强，抗干扰能力弱对气候变化和人类活动响应十分敏感自我恢复与调节能力差，环境退化和沙漠化严重，生态系统严重失衡。5.2.2农牧交错带的生态意义农业：粮食生产生态防线牧业产品基地主要资源产地保护生态和发展生产面临的突出问题5.2.3农牧交错带面临的问题改革开放以来，我国正处在经济高速发展阶段。特别是随着中国北方地区的不断开发和发展，给环境带来的巨大压力是不言而喻的。如何能有机地结合经济发展与有效控制环境负荷，进而为环境保护和制定合理的环保护制度提供科学的决策依据，已是诸多研究机构和研究人员所肩负的重要使命。农牧交错带目前面临的主要问题是生态环境恶化，而且已对我国生态安全和农区的农业可持续发展构成威胁。由于人口的压力和对自然植被的过度干扰，加之落后的“弃耕撂荒”土地利用方式，使该地区土地严重退化和沙化，已成为重要的沙尘源。解决措施退耕还林;退耕还草;风沙源治理工程启动“已垦草原退耕还草”工程。通过退耕还牧还草，建立人工草地，恢复退化天然草地植被，因地制宜地建立一定规模的防风固沙林、水土保持林，逐步扭转该区生态环境恶化局面，从而真正发挥其对我国农区的生态屏障作用。压缩粮食种植面积、建植优质人工草地、推进草食动物的发展，恢复草地畜牧业的主产业地位，实现农牧耦合，是农牧交错带调整产业结构的重要途径。其它重要的生态交错带城乡交错带森林-草地交错带红树林交错带第三节景观异质性异质性是景观的根本属性。任何景观都是异质的,异质性是形成不同景观结构和功能的基础。城市景观的异质性首先表现为二维平面的空间异质性，公园、绿地、水面、建筑物、街道性质各异，功能各不相同。景观的异质性同时还表现为垂直的空间异质性。垂直的异质性导致了水平的异质性，如高楼两侧接受太阳辐射的多少，气温高低不同，植物萌芽和开花时间的早晚。一般而言，异质性是指景观要素的空间分布的不均匀性，而把时间异质性用动态变化来表述，异质性的表现形式为空间格局。一、景观多样性的概念1.生物多样性(biodiversity)1.1生物多样性的概念指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化(variety)和变异性(variability)。1.2生物多样性的意义是全球生态环境稳定的基础是地球演化的独特产物，是人类赖以生存和发展的基础生物多样性的价值1.3生物多样性的层次遗传多样性(geneticdiversity)：物种多样性(speciesdiversity)物种总数:特定区域内所拥有的特定类群的物种数目物种密度:指单位面积内的特定类群的物种数目特有种比例:指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区物种总数的比例。生态系统多样性(ecosystemdiversity)主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性景观多样性(landscapediversity)指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化程度1.4生物多样性的丧失世界面临着有史以来最严重的物种灭绝的危机：地球上的物种正以比人们所估计的自然灭绝速度高100倍到1000倍的速度丧失。现在,世界上只有一种物种可以承担起阻止这种灭绝的责任,那就是人类。全球物种的命运就掌握在人类的手中。各国政府承诺,在2010年前明显遏制生物多样性丧失势头。世界自然保护联盟(IUCN)在第八届全球生物多样性公约缔约国大会(CBD

COP8)上呼吁,各国政府积极行动起来,实现在2010年明显遏制生物多样性丧失势头的承诺。

资料：生物多样性公约生物多样性公约（ConventiononBiologicalDiversity）是国际社会所达成的有关自然保护方面的最重要公约之一。该公约于1992年6月5日在联合国所召开的里约热内卢世界环境与发展大会上通过的正式通过，并于1993年12月29日起生效(因此每年的12月29日被定为国际生物多样性日)。到目前为止，已有100多个国家加入了这个公约。该公约的秘书处设在瑞士的日内瓦，最高管理机构为缔约方会议(COP)。COP由各国政府代表组成。其职责为：按照公约所规定的程序通过生物多样性公约的修正案、附件及议定书等。资料：生物多样性公约生物多样性公约的目标是：保护生物多样性及对资源的持续利用；促进公平合理地分中国的生物多样性作为一个人口最多的发展中农业大国，中国比世界上任何其他国家都更有赖于生物多样性资源。然而，巨大的人口压力、高速经济发展、对资源需求的日益增加和利用不当，使我国的生物多样性和生态系统功能受到极为严重的威胁。生物多样性丧失的危害减少生态系统的生产力，因而减少自然界向人类提供物质和服务的能力；动摇了生态系统，弱化了生态系统抵御洪水，旱灾和暴风雨等自然灾害及污染、气候改变等人为压力的能力；人类已经花费了大量的金钱抗御由于采伐森林加剧的洪水和暴风雨，这些损失被认为并将随着全球变暖而增加。生物多样性的下降也在其他方面损害了人类。要明白人类生命的支持系统正在逐步地瓦解要明白把其他的生命推向灭绝的边缘是不道德的，也剥夺了当代人和子孙的生存和发展。生态系统正在碎化或消失，无数的物种数量正在减少或已经灭绝，我们正在制造自6500万年前灭绝恐龙的自然灾难以来最大的灭绝危机，这种灭绝是不可逆转的，并且正降临在粮食作物、药品和其它生物资源上，给人类健康带来威胁。生物多样性保护的途径就地保护异地保护2.景观多样性2.1景观多样性的定义：景观要素类型、结构特征、空间格局、景观功能过程的丰富程度或变异程度2.2景观多样性的基础：立地条件的异质性干扰景观多样性的类型：斑块多样性：景观中斑块的数量、大小和形状的多样性和复杂性类型多样性：景观中不同景观类型的丰富度和复杂度格局多样性：景观类型空间分布的多样性及各类型之间以及斑块与斑块之间的空间关系和功能关系。2.3景观多样性的意义是生物多样性的组成部分是生物多样性存在的场所保障景观功能正常发挥，保证景观稳定性的前提2.4景观多样性的表现和测度斑块类型多样性斑块形态多样性斑块镶嵌格局多样性二、景观异质性(heterogeneity)的概念1.概念是指各景观要素在属性上和空间分布上的变异程度。组成要素的异质性空间分布的异质性：景观要素空间分布的相互关系。2.景观异质性是景观的基本属性景观正是由于其异质性的存在形成了内部的物质流、能量流、信息流及价值流等,从而使景观生机勃勃，趋于稳定。人类和动物都需要两种以上景观要素的事实证明了异质性在生物圈的重要性。3.景观异质性依赖于尺度异质性是绝对的，无条件的同质性是相对的，有条件的4.景观异质性形成的机制4.1资源环境的空间分异4.2生态演替4.3干扰自然干扰:人为干扰:深度,广度,无明显规律,难以预测二、景观异质性和生物多样性景观异质性导致生物多样性；或者说景观异质性包含景观多样性，并对其他水平的生物多样性产生影响景观异质性与生物多样性相互促进第四节景观空间格局一、景观空间格局(Landscapepattern)的概念景观要素在景观空间内的配置和组合形式。广义上讲，它包括景观组成单元的类型，数目以及空间分布与配置。景观生态规划中的格局是指空间格局。二、景观格局的成因景观是在气候、地貌、土壤、植被、水文、生物等自然因素和人为干扰作用下形成的有机体。景观格局则是景观形成因素与景观生态过程长期共同作用的结果三、景观格局的类型1.规则或均匀分布格局2.聚集（团聚）型分布格局3.线状格局4.平行格局5.特定的组合或空间联结格局1.规则或均匀分布格局：指某一特定类型景观要素间的距离相对一致的一种景观。如我国北方农村，由于人均占有土地相对平均，形成的村落格局多是均匀地分布于农田间．各村的距离基本相等．是人为干扰活动形成的斑块最为典型的均匀型分布格局。

2.聚集（团聚）型分布格局同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起，同类景观要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再散布在整个景观中。如：在丘陵农业景观中，农田多聚集在村