系统生态学研讨班 第九章 景观生态学 李颖 河南大学经济学院 密歇根大学中国信息研究中心 2015年2月27日.

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1 系统生态学研讨班 第九章 景观生态学 李颖 河南大学经济学院 密歇根大学中国信息研究中心 2015年2月27日

2 汇报内容 一、本章主要内容介绍 二、 近期研究进展 三、研究问题 四、推荐阅读文献

3 一、本章主要内容介绍

4 9.1、景观生态学的定义及其与组织水平 一、景观生态学
景观：是指由一组以类似方式重复出现的、相互作用的生态系统所组成的异质性区域，其空间尺度在数公里到数十公里范围。 景观生态学 (landscape ecology)是在1939 年由德国地理学家C. 特洛尔提出的。它是以整个景观为对象，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，通过生物与非生物以及与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、合理利用和保护的学科。 Risser等（1984）认为景观生态学研究具体包括：景观空间异质性的发展和动态；异质性景观的相互作用和变化；空间异质性对生物和非生物过程的影响；空间异质性的管理。景观生态学的理论发展突出体现其对异质景观格局和过程的关系，以及它们在不同时间和空间尺度上相互作用的研究。

5 学科地位-尺度角度 个体生态学 种群生态学 群落生态学 生态系统生态学 景观生态学 区域生态学 全球生态学

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7 9.2、景观要素 1、景观镶嵌体（landscape mosaic)由三种主要要素景观基质、景观廊道、景观斑块构成。
景观廊道landscape corridor—是具有通道或屏障功能的线状或带状的景观要素，是联系斑块的重要桥梁和纽带，是不同于两侧基质的狭长地带。 廊道在很大程度上影响着斑块间的连通性，也在很大程度上影响着斑块间物种、营养物质、能量的交流和基因交换。廊道的生态功能取决于其内部生境结构、长度和宽度及目标种的生物学特性等因素。 景观基质landscape matrix —是景观中范围广阔,相对同质且连通性最强的背景地域,很大程度上决定着景观的性质. 基质对斑块嵌体等景观要素内及景观要素之间的物质能量流动、生物迁移觅食等生态学过程有明显的控制作用，因而作为背景的基质对生物多样性保护起关键作用。 景观斑块landscape patch—是指与周围环境在外貌或性质上不同，但又具有一定内部均质性的空间部分，是最小的异质性单元,即一个具体的生态系统。 斑块面积的大小不仅影响物种的分布和生产力水平，而且影响能量和养分的分布。一般来说，斑块面积越大，物种多样性越高。斑块的形状对生态学过程和各种功能流有重要的影响，例如，紧密型斑块有利于保储能量、养分和生物。

8 按廊道形成原因划分：干扰廊道，残余廊道，环境资源廊道，种植廊道，再生廊道。
干扰廊道由带状干扰所致，例如线性采运作业、铁路和动力线通道等。 残存廊道是周围基质受到干扰后的结果，如采伐森林所留下的林带，或穿越农田的铁路两侧的天然草原带，都是以前大面积植被的残遗群落。 环境资源廊道是由环境资源在空间上的异质性线性分布形成的，例如河流廊道和沿狭窄山脊的动物路径。 种植廊道是由于人类种植形成的。如防护林带、高速公路或树篱， 再生廊道是指受干扰区内的再生带状植被，如沿栅栏长成的树篱。

9 廊道对生物多样性的影响 功能: 通道,屏障,源汇,栖息地 影响着斑块间物质,能量和物种交流 能够减少甚至抵消景观破碎化对生物多样性的负面影响 能够加速疾病,外来物种和其他干扰的扩散 有效性依赖于许多因素:廊道内部生境结构,廊道的宽度长度和连接度,目标种习性等.

10 9.3、群落和景观水平上的生物多样性

11 生态交错带——是两个或多个不同群落之间的过渡区（带）。
边缘效应——群落交接区具有较高生物多样性和种群密度的现象。 生态交错带Ecotone对生物多样性的影响 特点: 过渡性 动态性 宏观性 传统观点:边缘效应提高了生物多样性 目前观点:生境破碎化导致物种消失

12 景观破碎化landscape fragmentation
一种栖息地不断变成碎片的过程 一种破碎化过程的结果即格局状态 导致生物多样性丧失: 它缩小了某一类型生境的总面积和每一斑块的面积,影响到种群的大小和灭绝速率 在不连续的片断中,残留面积的再分配影响物种散布和迁移的速率。

13 9.4、岛屿生物地理学 island biogeography
由MacArchur 和Wilson（1967）提出，定量阐述了岛屿上物种的丰富度与面积的关系，其关系式通常用下式表示: 式中，S 代表物种丰富度, A 代表岛屿面积，C 为与生物地理区域有关的拟合参数，Z 为与到达岛屿难易程度有关的拟合参数。 岛屿生物地理学理论首次从动态方面阐述了物种丰富与面积及隔离程度的关系，认为岛屿上物种的丰富度取决于新物种的迁入和原来占据岛屿的物种的灭绝。 这两个过程的相互消长导致了岛屿上物种丰富度的动态变化。当迁入率与绝灭率相等时，岛屿物种数达到动态的平衡状态，即物种的数目相对稳定，但物种的组成却不断变化和更新。这种状态下物种的种类更新的速率在数值上等于当时的迁入率或绝灭率，通常称为种周转率( Species turnover rate) 。这就是岛屿生物地理学理论的核心内容( 图1) 。

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15 9.5、中性理论 中性理论(null model; Hubbell 1997, 2001)。它的目的是去认识和理解生态群落构建的基本规律 (community assembly rules)，即物种共存的机制。中性理论认为物种间的差别对生态群落的构建无关紧要，物种的基本种群动态参数 (demographic rates)，如出生率、死亡率和迁移机会不随物种的变化而变。 Hubbell 的中性理论 的基本假设是：(1)生态群落中每个个体具有相同的出生率、死亡率、迁移机会和形成 新物种的概率；(2) 给定群落大小（J）被假定为固定常数，这样群落中的物种分布服 从游离步(random walk) 的游戏规则，从此可以推导出物种相对多度的零和多项式分布 （zero-sum multinomial distribution，ZSM） 。 它能很准确地预测群落生物多样性格局，例如物种相 对多度的分布（relative species abundance distribution, 简称RSA）和物种的空间分布模 式等。

16 集合群落（metacommunity） 是指中性理论对种源地区优势度——多样性曲线的估计。

17 9.6、时空尺度 任何自然现象和生态过程均具有明显的时空特征尺度. 确定合适的研究尺度以及相适应的研究方法,是取得合理研究成果的必要保证.
尺度（scale）:一般指对某一研究对象或现象在空间或时间上的度量，分别称为空间尺度和时间尺度。 5类世界性资源：能量，物质，多样性，时间与空间 Connell等提出了中度干扰假说（intermediate disturbance hypothesis），即中等程度 的干扰能维持高多样性。 其理由是：（1）在一次干扰后少数先锋种入侵断层，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，使多样性较低；（2）如果干扰间隔期很长，使演替过程能发展到顶级期，多样性也不很高；（3）只有中等干扰程度使多样性维持最高水平，它允许更多的物种入侵和定居。

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20 9.7、景观几何学Landscape geometry
景观要素的几何形状和组合结构也会影响种群和群落水平上的生态过程。 景观几何学是研究景观要素的形状、格局、组合形式。

21 9.8、景观可持续性 景观可持续性sustainability是指“保持自然资本”和“对自然资源的维持”。（GoodLand,1995）
自然资本（natural capital）与经济资本的不同在于，它是自然生态系统和景观所提供给人类社会的利益。 生态系统和景观通过一系列的功能为生命提供服务（用能值度量） 人类不了解这种服务，会导致自然资本的服务功能减少。

22 9.8、人类主导的景观 农业生态系统和农业景观

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24 城市规划——自然资本与经济资本相结合

25 二、 近期研究进展 ①景观格局的数量化研宄方法得到进一步的发展。近年来，对景观格局所作的定量分析包括空间异质性、空间相关性、空间规律性（趋向性和梯度）和景观格局的等级结构等参数。 ②以“3S”技术为代表的新技术在景观格局研究中日渐成熟，智能地理信息系统(IGIS，即地理信息系统与专家系统的结合)及其三维可视化多尺度分析也受到了重视。 ③对景观的动态进行生态监测和计算机模拟。

26 ④围绕景观的空间格局与生态过程的关系为中心的景观尺度上的结构和功能的研究不断深化，对景观格局是如何产生的，如何影响生态过程，系统数量化特征空间变化之源的分析以及景观镶嵌梯度如何影响通过空间的景观流等问题的探讨，对景观生态学的理论框架和概念体系的构建将产生积极的影响。 ⑤对景观生态学与文化关系的研究。如改变人类干扰的类型和格局，广泛改变大气化学条件以及引入外来有机体。 ⑥景观格局的研究与当代生态学的热点问题（生物多样性保护、全球变化和可持续发展）紧密结合，进而探讨适合本地区发展的景观格局。

27 三、研究问题 1、景观生态学原理在产业园规划设计中的运用 2、景观生态学在城市规划与分析中的应用 （优化城市产业活动的空间配置）

28 四、推荐阅读文献 [1] 陈利顶; 李秀珍; 傅伯杰; 肖笃宁; 赵文武.中国景观生态学发展历程与未来研究重点 [J] ,生态学报 2014/12 [2]陈利顶 ;刘洋 ;吕一河; 冯晓明; 傅伯杰.景观生态学中的格局分析：现状、困境与未来[J] , 生态学报,2008/11 [3]傅伯杰; 吕一河; 陈利顶; 苏常红; 姚雪玲; 刘宇.国际景观生态学研究新进展 [J] , 生态学报 2008/02 [4]杨山; 陈升.快速城市化地区城乡结合部及其用地结构演变——以无锡市为[J] , 地理研究 2009/05 [5]蔺雪芹; 方创琳; 宋吉涛.基于生态导向的城市空间优化与功能组织——以天津市滨海新区临海新城为例 J] ,生态学报 2008/12 [6] Kent M. Biogeography and landscape ecology. Progress in Physical Geography, 2007, 31(3): ［7］ Chen J，Da M H，Masae S，Yoshimichi H，Yasuo Y，Yiruhan． Spatial heterogeneity and diversity of vegetation at the landscapelevel in Inner Mongolia，China，with special reference to waterresources． Landscape and Urban Planning，2007，82: ．

29 ［8］ Gao Q，Yu M，Yang X S，Wu J G． Scaling simulation models for
spatially heterogeneous ecosystems with diffusive transportation．Landscape Ecology，2001，16: ． ［9］ Li X Z，Hong S H，Wang X G，Bu Ｒ C，Hu Y M，Chang Y．Evaluating the effectiveness of neutral landscape models to represent a real landscape． Landscape and Urban Planning，2004，69: ［10］ Kou X J，William L B． A landscape model quantifies error in reconstructing fire history from scars． Landscape Ecology，2006．21: ． ［11］ Zhang N，Yu Z L，Yu G Ｒ，Wu J G． Scaling up ecosystem productivity from patch to landscape: a case study of Changbai Mountain Nature Ｒe serve，China． Landscape Ecology，2007，22: ［12］ Chen L D，Wang J P，Wei W，Fu B J，Wu D P． Effects of Landscape Restoration on Soil Water Storage and Water Use in the Loess Plateau Ｒegion，China． Forest Ecology and Management，2010，259( 7) : ． ［13］ Fu B J，Wang Y F，Lv Y H，He C S，Chen L D，Song C J． The effects of land use combination on soil erosion— case study in Loess Plateau of China． Progress in Physical Geography，2009，33( 6) : ． ［14］David Tilman, Peter M. Kareiva .Spatial Ecology: The Role of Space in Population Dynamics and Interspecific Interactions[M] ,Princeton University Press, 1997

30 课后练习 1. 名词解释 景观生态学； 景观基质；景观廊道；景观斑块；岛屿生物地理学；中性理论；集合群落；尺度；中度干扰理假说；景观可持续性
　景观生态学； 景观基质；景观廊道；景观斑块；岛屿生物地理学；中性理论；集合群落；尺度；中度干扰理假说；景观可持续性 2. 论述与思考题 运用景观生态学的相关理论分析如何合理规划城市（或产业园区），优化产业活动的空间配置。