景观设计的生态问题课件.ppt

景观设计,一.景观设计的生态问题 景观生态学是一门新兴的多学科之间交叉的学科，它的主体是地理学与生态学之间的交叉。景观生态学以整个景观为对象，通过物质流、能量流、信息流与价值流在地球表层的传输和交换，通过生物与非生物一级人类之间的相互作用与转化，运用生态系统原理和系统方法研究景观结构和功能、景观动态变化以及相互作用机理、研究景观的美化格局、优化结构、合理利用和保护。景观生态学作为一门正在发展中的综合性交叉学科，其理论的直接来源是生态学与地理学，同时从现在科学的诸多相关理论中也汲取了丰富的营养。景观生态学的理论基础为开放系统的自然等级有序理论，以及综合性和组织性理论；它的自然生态系统与人类系统之间生物控制共生理论是以控制论为基础的。因果反馈耦合关系建立不仅与系统论、控制论有关，还涉及到信息论的有关问题。景观生态学的自组织理论及稳定性概念又和耗散结构理论有关。,1.环境问题与生态学城市环境恶化的突出问题是环境污染，即“三废”的排放。就一般情况而言，只要加强管理并结合一定的技术措施，环境恶化的表象是可以控制的。但环境恶化的一个潜在因素是生态系统的破坏，其导致的后果却是深远的。生态学家告诉我们：人类生活的自然环境是一个各物种相互依存，并与空气、土壤、气候、水等相互联系的大系统。这个大系统又是由若干子系统或小系统组成，他们之间相互影响、相互制约。在达尔文的物种起源中，通过讲述猫与三叶草的关系这一事例，从而精僻地阐述了生态系统中各物种的相互关系。即三叶草需蜜蜂为其授粉。而蜂巢是田鼠的佳肴，田鼠又是猫的美食，从而构成一个吃与被吃的食物链。若其中任何一方发生变化，则系统内其它各方亦发生相应变化。当然这是一个简单的例子，更复杂的关联大量存在。生态学家把这样的关联称为生物群落系统。同时生物与环境之间也存在着一个相互关联的系统，称之为环境系统。,由此可见，生态系统把生物与环境紧密地结合为一体，并按一定规律相互作用、相互联系，表现出结构和功能的协调，构成自然界巧妙的平衡，就是生态平衡。人作为生物的一种，自然也是该系统的一员。但是人类无节制的行为，常常导致环境系统的失调，其恶果自然作用于包括人在内的生物界。这就是我们所面临的“生态危机”。由上述所知，生态学有两个显著特点：一是整体性，二是关联性。同时也正是由于此两特点，生态学已广泛地渗透到其它学科领域。涌现出许许多多与生态学相关联的学科，如“资源生态学”、“农业生态学”、“宇宙航行生态学”人类生态学”、“城市生态学”等等。从研究对象来看，生态学的研究对象正由生物界逐步发展到以人类社会为主体，从主要研究自然生态系统过渡到研究人类生态系统上来，这已成为现代生态学发展的一大趋势。,2生态学与人类的环境生态学本来是生物科学的一个基础分支学科，它研究生物与其生活环境之间的相互关系，以往，它与生物科学的其它分支一样，只有生物学工作者才熟知它，研究它。近年来，由于人类面临着环境、人口、资源、粮食、能源等关系到人类生存本身的许多重大问题，而这些重大问题的解决，必须依赖于生态学的原理，因此，生态学一跃而为世人瞩目的科学。从生态学观点来看待今日的环境、人口、资源等问题，以下几点是我们应该认识到的：1、虽然宇宙是无限的，但地球是有限的，地球上适合于人类和生物生存的空间和物质资源也是有限的，有的科学家将地球比喻为“一个小小的宇宙飞船”，而把人类比作在这个飞船中的乘客。2、虽然人类是地球上生物圈的主人，人类能改变和控制自然，但人类毕竟是生物圈这个地球上最大生态系统的一个组成成员，人类并不能凭自己意志为所欲为，而必须服从和运用生态学规律。,3、地球是脆弱的，虽然人类能按照自己需求，改变地球环境，但地球环境是脆弱的，经不起人类的盲目滥改滥用。,3生态这的定义和研究对象生态学（ecology）这个名词出现在19世纪下半叶，索瑞（Henry Thoreau，1858）在书信中使用此词，但未对其下具体定义。1869年，赫克尔（Ernst Haeckel）首先对生态学作了如下定义：生态学是研究动物对有机和无机环境的全部关系的科学。Ecology 一词来源于希腊文，就字面而言，Eco-表示住所或栖息地，Logos表示学问。其研究对象包括如下几个方面：1、生态学是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的一门生物学基础分支学科。2、生态学是研究以种群、群落、生态系统为中心的宏观生物学。3、生态学研究重点在于生态系统和生物圈中各组成成分之间，尤其是生物与环境，生物与生物之间的相互作用和相互关系。4、现代生态学研究范畴扩大，包括经济、社会人文等领域。,4现代生态学的特点生态学迅速发展的原因，主要有以下几方面：1、工业高速度发展过程中产生的三废，污染了人类赖以生存的环境，直接损害了人类的健康，于是，生态学工作者就面临着改善环境的任务。2、对土地、森林、草场、水域等的不合理利用和对动植物生物资源的过度索取，引起某些资源枯竭，也破坏了适宜于人类生存的自然环境，迫使自然科学家和社会科学家认识到研究生态系统的结构、功能的重要性和迫切性。3、系统科学与生态学的相互渗透，电子计算机、遥感、超微量物质分析技术在生态学研究中的广泛应用，为研究复杂大系统（如生态系统）及种群、群落组成成分的物质关系提供了条件，从而为揭露生物与生物、生物与环境相互间的实际联系提供了可能性。与过去相比较、近代生态学具有下列特点：1、从描述性科学走向实验科学。2、生态学的研究重点，从个体水平转移到种群和群落，进而发展到以生态系统研究为中心。3、生态学原理与人类的各个实验领域结合得更加密切。4、数学模型在生态学中得到广泛应用。5、近年与微观领域联系增强。,世界生态学发展特点 1）由中观水平向宏观与微观两个方向、两个深度发展。2）生态学除了生态学自身规律的研究外，由于生态学研究将与重大社会问题更加密切地结合，向人类及其生存的星球的持续发展的目标迈进，生态学将渗透到与这个主题有关的任何方面，单独依赖某一门科学来解决上述问题是不可能的。3）现代生态学由于上述原因，将会产生一些新的分支学科。4）现代生态学在哲学观念上、方法论上也面临着深刻的讨论,二景观生态学在景观设计中的应用 景观生态学的发展从一开始就与土地规划、管理、森林经营、农业生产实践、自然保护等实际问题联系。20世纪80年代以来，景观生态学的应用愈来愈广，最突出的是在自然保护、土地利用规划、自然资源管理等方面。传统的生态学强调生态系统的平衡态、稳定性、确定性及可预测性，反映“自然均衡”balance of nature 的观点在自然保护与资源管理中长期占主要地位。但，生态系统并非在均衡状态，时间与空间上的异质性才是普遍特性，因此强调多尺度上空间格局和生态学过程相互作用以及斑块动态的景观生态学观点，为解决实际的环境和生态问题提供了更合理、更有效的概念。,1景观生态学应用原理 在应用中的特点表现在：强调空间异质性的重要性；强调尺度的重要性；强调空间格局与生态学过程的相互作用；强调生态系统的等级特征；强调斑块的动态观点，明确将干扰作为系统的一个组成部分来考虑强调社会、经济等人为因素与生态过程的密切联系。1986年Forman 提出7条原理，即景观结构与功能原理生物多样性理论物种流原理营养再分配原理能量流动原理景观变化原理景观稳定性原理,1995年Forman 进一步归纳为4类12条（1）景观和区域1）景观和区域性原理2）斑块、廊道和基底原理（2）斑块和廊道 3）大面积自然植被斑块原理 4）斑块形状原理 5）生态系统间相互作用原理 6）复合种群动态原理（3）镶嵌体 7）景观抵抗性原理 8）粒度粗细原理 9）景观变化原理 10)镶嵌体序列原理(4)应用 11)聚集零散格局原理 12）关键性格局原理,(4)应用 11)聚集零散格局原理 12）关键性格局原理在此基础上Dramstad 1996年将这些原理具体化，总结出了55个原理。1、有关斑块的原理（1）斑块大小1）边缘生境和边缘种原理，将一个大斑块分割成两个小斑块时边缘生境增加，边缘种或常见种丰富度也增加。2）内部生境和内部中原理，将一个大斑块分割成两个小斑块时，内部生境减少，减小内部种的种群和丰富度。3）大斑块物种率原理，大斑块中的种群比小斑块中的大，因此物种灭绝概率较小4）小斑块物种灭绝原理，面积小、质量差的生境斑块中的物种灭绝概率较高5）生境多样性原理，斑块愈大、生境多样性愈大，大斑块可能比小斑块包含更多的物种6）干扰障碍原理，把一个大斑块分割成两个小斑块时会阻碍某些干扰的扩散7）大斑块效益原理，大面积自然植被斑块可保护水体和溪流网络，维持大多数内部种的存活，容许自然干扰体系正常进行。,8）小斑块效益原理，小斑块可作为物种迁移的踏脚石，并可能拥有大斑块中缺乏或不宜生长的种。（2）斑块的数目9)生境损失原理，生境斑块的消失会导致生存在该生境中的种群减小，生境多样性的减小、导致物种数量减少。10）复合种群动态原理，生境斑块消失会减小复合种群，从而增加局部斑块内物种的灭绝概率，减缓再定居过程，导致复合种群的稳定性降低。11）大斑块数量原理，在景观中，若一个大斑块包含同类斑块中出现的大多数物种，那么至少需要两个这样的大斑块才能维持其物种丰富度，为了维持景观中的物种丰富度，最好有45个大斑块作为保护区。12）斑块种群生境原理，在缺乏大斑块的情况下，广布种（Generalist species）可在一些相邻的小斑块中存活,这些小斑块虽然是离散的,但作为整体还能为这些广布种提供适宜的,足够的生境。（3）斑块的位置13）斑块位置物种灭绝率原理，在其他条件相同的情况下，孤立的斑块红物种灭绝概率比连接度高的斑块中的要大。14）物种再定居原理，在一定时间范围内，与其他生境斑块或种源紧邻的斑块的再定居率要高于相距较远的斑块15）斑块选择原理，在自然保护中，生境斑块的选择应基于斑块在整个景观中的重要性。,2、有关边界的原理（4）边缘结构16）边缘结构多样性原理，在一个结构多样性高的植被边缘，边缘动物种的丰富度也高17）边缘宽度原理，斑块的边缘宽度是不同的，面对主风方向和太阳辐射方向的边缘更宽18）行政边界与自然边界原理，当保护区的自然边界与行政边界不一致时，可将两条边界间的区域当作缓冲区。19）边缘过滤原理，斑块边缘具有过滤功能，可减缓外界对斑块内部的影响。20）边缘陡度原理，斑块边缘陡然时可增加沿着边缘方向的生物物质流动，而过渡较缓的边缘有利于穿边缘的流动。（5）边界形状 21）自然和人工边缘原理，大多数自然边缘是曲折、复杂、和缓的，而人工边缘是硬直、简单。22）平直边界与弯曲边界原理，生物对平直边界的反应多位沿着边界方向运动，而弯曲边界促使生物穿越边界的运动。23）和缓与僵硬边界原理，弯曲边界比平直边界的生态效益更高。24）边缘曲折度和宽度原理，共同决定景观中边缘生境的总量。25）凹陷与突出的原理，凹陷与突出边缘生境多样性高于平直边缘，因而其,生物多样性也高。26）边缘种与内部种原理，弯曲边界增加边缘生境，从而增加边缘种。27）斑块与基底相互作用原理，斑块的形状与曲折，把斑块与基底间的作用强烈。28）最佳斑块形状原理，最佳形状把斑块，具有多种生态效益，通常具有近圆形的核心区，弯曲的边界和有利于物种传播的边缘指状突出/29）斑块形状与方位原理，斑块的长轴与生物传播的路线平行时，其再定居的概率较低，垂直时在定居概率较高。3、有关廊道和连接度的原理（6）廊道与物种运动30）廊道功能的控制原理，宽度和连接度是控制廊道的生境、传导、过滤、源汇5种功能的主要因素。31）廊道空隙影响原理，对物种运动的影响取决于空隙的长度和物种运动的空间尺度，以及廊道与空隙之间的对比度。32）结构与区系相似性原理，多数情况下，只要和斑块的植被结构相似就可以满足内部种在斑块建运动的要求；但如能使廊道与斑块间在植物区系方面也相似，其效果会更好。,（7）踏脚石33）踏脚石连接度原理，在廊道间或没有廊道的地方，加设一行踏脚石，可增加景观连接度，并可增加内部种在斑块间的运动。34）踏脚石间距原理，具视力的动物在踏脚石间移动时，其有效移动距离往往是由对相邻踏脚石的视觉能力来决定。35）踏脚石消失原理，作为踏脚石的小斑块消失后会抑制物种在斑块间的运动，并增加斑块隔离距离。36）踏脚石群原理，在大斑块间的踏脚石斑块最佳分布格局是，所有踏脚石作为群体形成连接生境斑块的多条相互联系的直通道。(8)道路与防风林带37)道路及另外的槽型廊道原理,道路等通常把种群分割成复合种群。38）风蚀及其控制原理，如控制风蚀应减少主风方向农田的裸露面积，保护植被（9）河流廊道 39）河流廊道与溶解物原理，具有宽而浓密植被的河流廊道，能更好的减少来自周围景观的各种溶解物污染，保证水质。40）和留主干道河流宽度原理，河流主干道两旁应保持足够宽的植被带，以控制来自景观基底的溶解物质，为两岸的内部种提供足够的生境和通道。,41）河流廊道宽度原理，维持两岸高地的植被，提供内部种生境，要保证延河流方向至少有非连续性植被覆盖，以减缓洪水影响，并为水生食物链提供有机质。42）河流廊道连接度原则，河流两侧植被带的宽度和长度共同决定河流的生态学过程，不间断的河流植被能维持，水温低、含氧高的水生条件，有利鱼类生存。4、有关镶嵌体的原理（10）网络43）网络连接度和环回度（Circuitry）原理，可表示网络的复杂程度，并可作为对物种连接度的指标。44）环路和多选择路线原理，在廊道网络中，多选择路线或环路可减少廊道内空隙、干扰，从而促进动物的运动。45）廊道密度和网孔大小原理，随着廊道网络网孔的减小，受廊道抑制的物种的存活力显著下降。46）连接点效应原理，在自然植被的廊道交接点上，常有一些内部种出现，而且其种的丰富度高于网络的其他地方。47）相连小斑块原理，连接在廊道网络上的小斑块或节点可能比面积相同但远离网络的板块有较高的种丰富度和较低物种灭绝率。48）生物传播和相连小斑块原理，网络上的小斑块或节点可为某些生物提供暂栖地或临时繁殖地。,（11）破碎化与格局 49）总生境和内部生境损失原理，景观破碎化降低总的生境面积，但内部生境面积比边缘生境面积降低得更快。50）分形斑块原理，分形是对过度变化的自然反应，彼此隔离的斑块常常对干扰做出相应的反应。51）市郊化、外来种和保护区原理，应建立外来种的缓冲区，以保护生物多样性与自然保护区。(12)尺度粗细52)镶嵌体粒度粗细原理,一个由粗粒度和细粒度地段相间组成的景观可为内部种、多生境种，提供最佳生态效益，及一系列环境资源条件。53）动物对破碎化尺度的感观原理，粗粒度破碎化生境对于绝大多数动物来说是不连续的。54）确限种specialist 和广布种generalist 原理，细粒度生境破碎化对确限种的不利影响要比广布种更大。55）多生境种的镶嵌格局原理，多种生境汇合处或不同类型生境相同排列的景观 有利于多生境物种的存活。,2应用1 森林景观 森林采伐、自然保护、游憩等多种活动，都应保持林地的完整性，或尽可能构成合理的景观镶嵌以最大程度的降低生态的负面影响。林地中的道路最可能导致直接或间接的负面影响，减少道路的密度有利于多数大型哺乳动物。水土流失是森林景观中应着重考虑的问题，筑路几道路的养护造成林地的水土流失。采伐方式，如皆伐、择伐等造成不同程度的水土流失，因此伐区设计要充分考虑，迹地斑块的空间格局，如与已有道路的关系，减少修筑道路的可能性，水土流失对水系的影响等。2 农业景观 发达国家在农业景观生态规划中，比较注重景观生态保护及美学价值，如加强农业景观多样性与土地覆被空间异质性，农田树篱结构变化与动物多样性与利于动物迁徙、移动与水土流失的关系，树篱、防风林带和林带廊道分割农田，控制农田斑块的尺度，道路两侧保留自然的植被带；在土壤贫瘠的农业区规划保留不同尺度的小块自然斑块。我国的情况不同，地少人多的基本格局决定必须充分的利用土地，因此景观生态规划所要解决的问题是在保证土地产出的同时，又要保护生态环境。一般提出农田景观生态规划的原则是：建设高效人工生态系统，实行土地集约经营，保护集中的农田斑块；控制建筑斑块的盲目扩展，规划建设农村的人居聚落；重建植被斑块，增加森林廊道、分散的自然斑块；恢复河道与水域的边岸植被。,3 城市景观 主要集中在环境敏感区的保护，生态绿地空间规划和城市外貌与建筑景观规划。环境敏感区包括，生态敏感区、文化敏感区、资源生产敏感区、天然灾害敏感区。,