景观生态学课件.ppt

1,河北农业大学,景观生态学课件,landscape ecology Courseware,制作与主讲 贾渝彬,2,景观生态学,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.1995 2.参考书籍 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,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。,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。,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,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,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。,9,第1节 景观的有关概念,2.地理学中 景观是地球表面可见景象的综合。（近于地形）景观是由各个最简单的地域单元组成的复杂地域系统。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。,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,11,桂林山水景观,山区地貌景观,12,13,第1节 景观的有关概念,三、景观的概念 1.景观定义概览 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。Zonneveld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。Vink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。,14,第1节 景观的有关概念,Forman&Godron1986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。,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。,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。,17,第1节 景观的有关概念,3.景观概念的内涵 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。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。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。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。,18,第1节 景观的有关概念,4.景观的特征 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。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。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。,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。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 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。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。,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 共有含义：一定空间范围的地域综合体 不同之处：如表。,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。,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。,22,浙江宁绍平原的水乡廊道景观,23,北京城区街道景观,24,英国伦敦城市景观,25,江南水田斑块,河流廊道景观,26,四川丘陵农业景观,松嫩平原湿地景观,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,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,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。,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,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。,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。,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。,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,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。,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。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。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。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。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。,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,38,景观生态学核心概念框架,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。基本概念 系统、层次,结构,功能,反馈,信息,平衡、涨落,突变等。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。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。,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。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。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。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,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,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。,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：研究对象是景观整体的性质和动态规律；各景观要素之间的空间关系和功能关系。,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。,44,黄河三角洲的景观动态变化,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）,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。,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。,48,第2节 景观生态学原理,10.景观多重价值原理 景观多重价值：景观区域内的生态、经济和美学价值的统一。生态价值：体现在生物多样性高低和环境改善功能强弱等方面。经济价值：体现在生物生产力和景观资源开发利用等方面。美学价值：景观的视觉特征所决定；美学价值与审美观有关。随时代而变：如久居城市之后，人们又追求田园风光。因民族而异：我国小桥流水、亭台楼阁中追求生机和谐格调等 人们对景观的偏爱：青山、绿水和植物；神秘感和探索性。景观设计的宜人性：通达、亲和、优美、清洁、不拥挤等。重视要素的空间关系。如形状、大小、密度、连接和隔断等。景观设计要注重景观的视觉多样性。避免单一，多而不杂。,49,第3节 景观生态学的发展,产生：20世纪初从蓬勃发展的地理学中脱颖而出。发展：来自对20世纪60年代出现的生态危机的日益重视。理论和方法：来自地理学和生态学以及其他相关学科。一、景观生态学的初建（20世纪初）欧洲为发源地 1.德国地理学家Troll于1939年首次提出景观生态学一词 观点：从景观生态角度分析景观中生物与环境的关系。贡献：在于开拓了地理学与生态学交叉的新领域。发展：荷兰.以色列.前苏联生态学家不断总结发展理论。2.欧洲景观生态学是从地理学中发展起来的地理学分支 观点：强调景观的整体论.系统论.生物控制论和人类影响。贡献：重视在土地利用和管理、景观规划和保护中的应用。,50,第3节 景观生态学的发展,二、景观生态学的发展（始于20世纪80）美国后来居上 1.1980年后景观生态学受到美国生态学家的重视 引进：1981年后Forman通过文章介绍了欧洲景观生态学进展。发展：Forman提出了“斑块廊道基质”的景观模式；1983年召开美国景观生态学研讨会，成为奠基性会议；1986 Forman和Godron出版了第一本景观生态学著作。2.美国的景观生态学是从生态学中发展起来的生态学分支 观点：以系统生态学和现代科技为基础,重点研究景观要素的 格局和景观中物种.能量.物质.水分的交换及其动态。贡献：形成了景观的结构、功能、动态和管理的理论框架。3.我国景观生态学的研究起步较晚但已受到广泛关注 研究刚起步；人才待培养；相关书籍少；处于理论引进阶段。,