景观和景观生态学.ppt

景观生态学,郑景明：林学院生态学科电话：62338100(o)办公室：林业楼402室,教学安排,学习本课程的目的：掌握景观生态学基本原理学会常用软件基本功能学时：32学时授课；8学时实习（上机）考核方式：平时提问（20分）；课堂小组讲座（20分）；实验报告（30分）；开卷考试（30分）。,参考书：建议教材：周志翔.2007。景观生态学基础。中国农业出版社。为“十一五”国家级规划教材，面向21世纪课程教材。建议教学参考书：1.傅伯杰等.2001.景观生态学原理及应用.北京:科学出版社.2.邬建国.2000.景观生态学格局、过程、尺度与等级.北京:高等教育出版社（学术性强，认真学）3.肖笃宁等。2003.景观生态学.北京:科学出版社,引论：森林经营的景观思想起源,Watts unit pattern（1925,1947，森林循环理论），真正从林窗变化中总结出了森林景观从时间动态转换为空间格局的范式，景观生态理论更为学界认可，也成为森林管理的重要理论基础。,斑点猫头鹰(Strix occidentalis),斑海燕(Branchyramphus marmoratus),Ecosystem management of forest in PNW,Ecosystem management of forest in PNW,克林顿政府组织的FEMAT(1993)森林生态系统经营报告中，中心思想之一就是景观生态学，其意在强调资源在较大时、空尺度上的整体性，各组成部分的分布、相互关系和动态，以及权衡生态、环境、经济、社会等多项因子的得失，进而制定可行的科学经营方案。1）老树和枯立木管理：作为动物生境和结构多样性来源；1）立地管理：老龄林结构保持，绿色保留地；2）流域管理：森林内的河流廊道及采伐廊道缓冲区等；3）景观生态系统管理：干扰体系近自然模拟，采伐布局和 轮伐期，边缘与网络，生物多样性保护；4）适应性管理,森林生态系统经营中不同尺度考虑的资源问题(美国俄勒冈州),Forest landscape analysis and design in Leoland,Oregon,USA.1999,第一讲：绪论,景观的概念景观生态学的特点中国景观生态学的应用领域景观生态学的发展历史景观生态研究案例,一、景观的含义,景观生态学自1939年由特罗尔提出后，发展十分迅速，到1980年代已成为生态学一重要分支，并且已形成一套自己的理论，为生态学的发展提供了一个全新的空间。,1.1 景观（landscape）一词的多义,一般意义上的“景观”即陆地景色，包含着画面和美的含义。常用的词汇如：草地景观、荒漠景观、森林景观等。与之相关的词 Seascape 海景也有类似的含义。属于视觉美学范畴。在欧洲，“景观”一词最早来源于圣经中，用来描述耶路撒冷城周围美丽的景画。与“风景”同义。绘画中的景观通常是指乡村景色。不是本学科中所指的景观。,“景观”一词最早出现在希伯来语的圣经中，在圣经题材的绘画中，也把欧洲乡村景观作为背景。,捕鱼奇迹,Konrad Witz,1444,雪地猎人，彼得勃鲁盖尔，1965,当代风景画中所表现的景观特征：1.多样性和异质性；2.空间比例；3.题材选择,科学意义上的景观洪堡(1800):首先把“景观”一词引入地理植被科学中，定义为“自然地理综合体”。地理学角度的定义：景观作为地球表面气候、土壤、地貌、生物各种成分的综合体，类似于生物群落。德国的特罗尔（1939）研究东非的土地利用，在非洲稀树草原航片中看到的草原、树木、白蚁堆等重复出现的现象，造出科学意义上的“景观”一词。,1.2 景观的定义,景观的定义Forman&Godron(1986)：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。Forman(1995)：空间上镶嵌出现的紧密联系的生态系统组合。在区域尺度上，景观是不重复的且对比性强的结构单元。它具有可辨识性、空间重复性和异质性。,邬建国(2000)：狭义景观和广义景观狭义景观：将空间范围限定在几公里到几百公里的景观。（暗含着人类视角的观点）广义景观：没有空间范围限制的，只强调空间异质性的景观。（暗含动物视角的观点）从近几年的文献看，景观生态学突破了空间范围的限制，广义景观为多数生态学家所接受。Wiens：从微观到宏观不同尺度上具有异质性或镶嵌性的空间单元。关键词：尺度，异质性，镶嵌性，空间单元,农田景观鸟瞰,有时候，景观可以被简单地表示成飞机窗外观察到的现象，这个说法至少表明景观生态学是研究空间异质性问题的。,山地景观,沿海湿地景观,欧洲乡村景观,1）景观是一组生态系统的聚合体（异质性/镶嵌性）；2）各生态系统之间通过相互之间的生态流密切联系在一起（相互影响）；3）具有特定的气候和地貌类型特征（形成模板）；4）具有特定的干扰和动态驱动机制（动态机制）。,1.3 景观的界定原则,镶嵌性：道路+森林+农田+村庄相互联系：养分+水+生物+运输模板：地形+气候驱动：采伐+开垦+修路盖房,例如：,例如：,镶嵌性：河流+高地森林+湿地相互联系：养分+水+生物模板：地形+气候+水文驱动：洪水+林火+开垦,景观构成：斑块-廊道-基质模型,二、景观生态学特点,Forman:景观生态学是以景观结构、功能和动态特征为主要研究对象的一门新兴宏观生态学分支学科。结构：明显区别的景观要素（地形、水文、气候、土壤、植被、动物）和组分（森林、草地、农田、果园、水体、道路、村庄聚落等）的种类、大小、形状、轮廓、数目和空间配置。功能：要素或组分之间的相互作用，即能量、物质和有机体在组分（主要是生态系统）之间的流动。动态：结构和功能随时间的改变。宏观生态学：大尺度生态学或大范围生态学。,景观生态学历史与现状,北美的理论欧洲的规划 现代景观生态学亚洲的工程,景观生态学在融合,景观生态学的主要研究内容,2.1 宏观学科特色,个体种群群落生态系统景观区域生物圈（全球）主要研究层次：生态系统、景观和区域。学科特色：宏观生态学研究认识论特点：整体论途径问题切入点：格局与过程问题解析角度选择：时间+空间传统学科的涉及范畴：生态学、地理学、社会学、人类学、资源学等,景观生态学与其它生态学分支的关系,2.2 强调异质性(heterogeneity),强调异质性研究是景观生态学的显著学科特色，特别是关于空间异质性研究，是所有生态学分支学科中，景观生态学所特有的。*异质性：景观内部事物或者其属性在时间或空间分布上的不均匀性或非随机性特征。Risser甚至认为景观生态学主要研究景观的空间异质性：1）景观空间异质性的发展和动态；2）异质性景观的相互作用和变化；3）空间异质性对生物和非生物过程的影响；4）空间异质性的管理。,同质性 vs.异质性垂直格局 vs.水平空间格局一个孤立系统 vs.多个系统间相互作用 自然系统为主 vs.更多管理系统,2.3 强调时空分异,景观生态学是生态学学科群中唯一将时空分异特征作为自身研究重点的分支学科，涉及的重点研究领域包括：异质性、等级特征、景观格局、尺度效应、干扰扩散等。*尺度(scale)：在观察景观现象或过程时一个特定的空间分辨率或标准时间单元。尺度效应(scale effect)：优势景观现象或过程特征随尺度变化而变化的现象。,在0.1m2的枯落物样方上昆虫的数量：10m间距和2000m间距,a b,尺度效应(scale effect),生态系统过程的主要控制随时间和空间尺度而变：1.快速的、小尺度的过程为大尺度过程提供发生机制 2.缓慢的、大尺度的过程为小尺度过程提供背景并制约,1）研究和规划的方法论 2）土地利用格局对景观功能的影响3）生态理论及其管理涵义 4）景观生态学中的联结度5）海岸沙丘管理 6）城市生态问题7）景观的空间格局和功能关系 8）景观利用的生态原则9）景观生态学和空间信息系统 10）景观结构和生态过程之关系11）自然保护：廊道的作用 12）气候变化的景观生态评价,2.4 注重人为活动,景观的宏观性特征使其成为很容易与人为活动研究进行衔接的生态学分支学科（城市景观、人为景观、干扰等）。1982年首次国际景观生态学大会的一些讨论题目,总之，景观生态学是一门新兴的多学科之间交叉的学科，它的主体是地理学和生态学之间的交叉。从学科地位上看，景观生态学兼有生态学、地理学、环境科学、资源科学、规划科学、管理科学等许多现代大学科群系的多功能优点，适宜组织协调跨学科多专业的区域生态综合研究，因此在现代生态学分类体系中处于应用基础生态学的地位。,三、景观生态学的应用,景观生态学应用的一些重要领域生物多样性保护生态恢复与生态重建生态系统管理土地利用规划城市景观生态规划与建设,中国景观生态学的应用,3.1 城市景观规划与设计提出了都市区新的二级景观生态分类方案(韩荡,2003)：第一级的分类依据是景观的内在属性(自然、半自然、人工)；第二级分类依据为主要景观功能（居住、交通、农田等）。城市绿地空间的规划与设计在城市景观研究中起重要作用。在许多大城市（如北京、南京、西安等）都已充分讨论了从物种水平上的古树名木到整个城市绿地空间的评价、规划与设计问题。,3.2 农村景观规划与设计,农村景观规划与设计中已有各种各样的模式：从南方丘陵山区的多水塘系统到黄土高原区农田-草地-林地复合景观的空间布局。规划和设计中充分考虑了质量、敏感性、可达性、兼容性和宜居性等问题空间布局的整合，如“聚散结合（aggregate-with outliers）、“生态网络”、“自上而下”以及“自下而上”等是农村景观设计的主要方法。区域生态安全格局设计的原理与方法,3.3 环境影响评价,通过对沿环境梯度（如干扰源和海拔）上的人类干扰分布或景观网络效率进行分析，评价人类发展如旅游业的环境影响对一些建设项目如公路、水坝等建设前后的区域景观格局和土地利用结构进行比较是环境影响评价的重要组成部分。景观指数和其它指标如土地综合利用和土地利用的动态变化水平等被广泛应用。,A 自然保护区规划与设计自然保护区景观设计：核心区、缓冲区、实验区及生境廊道设计为保护特殊物种如大熊猫、丹顶鹤等而开展的自然保护区网络体系设计地区及国家级保护区的区域设计GAP分析、模糊数学、最优化方法、GIS技术等被广泛应用,3.4 生物多样性保护,B 重要物种的生境适宜性评价评价中考虑的自然因子包括野生动植物生境的数量、质量、位置、时间变化等。生境的质量决定于目标物种（如大熊猫、金丝猴）的生物和非生物需求，如食物来源、庇护场所等。人类对生境适宜性有重要的积极和消极影响。这些因子包括政策、人口数量、经济或生计活动，态度和感知等。适宜的生境至少可以反映景观水平上生物多样性保护的效果。因此，野生动植物的生境适宜性评价是基于行为生态学、人类生态学和景观生态学的理论和方法的综合。,Important books for landscape ecology learning,2003,2002,四、景观生态学研究案例：洞庭湖湿地景观变化,1.双退垸景观格局研究,典型双退垸集成垸,集成垸退田还湖前后土地利用图（1993，2004）,类型等级景观指数分析,景观等级景观指数分析,研究结果表明，从1993年到2004年，集成垸的本底由农作物变为杨树，旱地面积大量减少，建筑面积减少，但成林、幼林面积大量增加多，芦苇面积增加。由于退田还湖的实施，芦苇类和旱地景观空间结构变得更复杂，而成林、幼林和建筑景观空间结构变得更简单。退田还湖后，集成垸逐渐从小斑块、多种景观要素类型共同控制的景观格局向以大斑块、类型较单一的景观格局演变。,2.双退垸景观生态安全格局设计,景观生态安全格局设计（左图为高程图）,3.洞庭湖湿地景观变化,研究选取的洞庭湖区范围包括湖南省的岳阳市、岳阳县、汨罗、华容、南县、沅江、湘阴、益阳市、汉寿、常德市、津市、安乡、临淄、淄县14个县市。行政总面积24095.6 km2。,技术路线图,实验结果图（1987-1996-2004）,景观变化转移矩阵（1987-1996）,景观变化转移矩阵（1996-2004）,研究结果表明：对比1987-1996年的湿地变化和1996-2004的湿地变化的转移矩阵，发现1987-1996年和1996-2004间洞庭湖区的湿地变化呈现出了2种不同的发展趋势。1、1987-1996年间：湖区湿地是以顺向演替为主的过程，湖区由水域转化为泥滩地，到苔草地，芦苇地，最后到林地。2、1996-2004年间：发现在湖区湿地的顺向演替中存在着各种湿地直接转变成林地的跳跃式演替过程。,Concept-1:景观生态学与森林可持续管理,