《景观生态学-生态保护与恢复的新途径ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《景观生态学-生态保护与恢复的新途径ppt课件.ppt（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、景观生态学景观生态学生态保护与恢复的新途径生态保护与恢复的新途径马克明马克明中国科学院生态环境研究中心中国科学院生态环境研究中心什么是景观？什么是景观？Niagara Falls景观景观landscape意为风景，源于德语意为风景，源于德语landcraft，指一种直观的视觉感受。指一种直观的视觉感受。19世纪初，现代地植物学和自然地理学先驱洪世纪初，现代地植物学和自然地理学先驱洪堡（堡（A. Von. Humboldt）提出景观由气候、）提出景观由气候、水文、土壤、植被等自然要素以及文化现象组水文、土壤、植被等自然要素以及文化现象组成的地理综合体。成的地理综合体。由地圈、生物圈和智慧圈组成。
2、由地圈、生物圈和智慧圈组成。Forman和和Godron（1986）：由相互作用的生：由相互作用的生态系统镶嵌构成，并以类似形式重复出现，具有态系统镶嵌构成，并以类似形式重复出现，具有高度空间异质性的区域。高度空间异质性的区域。Forman（1995）：空间上镶嵌出现和紧密联系：空间上镶嵌出现和紧密联系的生态系统的组合，在更大尺度的区域中，景观的生态系统的组合，在更大尺度的区域中，景观是互不重复且对比性强的基本结构单元，它的主是互不重复且对比性强的基本结构单元，它的主要特征是可辨识性、空间重复性和异质性。要特征是可辨识性、空间重复性和异质性。肖笃宁（肖笃宁（1997）：一个由不同土地单元镶嵌组
3、成，：一个由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体；它处于生态系统具有明显视觉特征的地理实体；它处于生态系统之上，大地理区域之下的中间尺度；兼具经济、之上，大地理区域之下的中间尺度；兼具经济、生态和美学价值。生态和美学价值。Moss（1999）总结了景观特征）总结了景观特征：相互作用的生态系统的异质性镶嵌；相互作用的生态系统的异质性镶嵌；地貌、植被、土地利用和人类居住格局的特地貌、植被、土地利用和人类居住格局的特别结构；别结构；生态系统以上区域以下的组织层次；生态系统以上区域以下的组织层次；综合人类活动与土地的区域系统；综合人类活动与土地的区域系统；一种风景，其美学价值由文化所决定；
4、一种风景，其美学价值由文化所决定；遥感图像中的像元排列。遥感图像中的像元排列。什么是景观生态学？什么是景观生态学？1939年德国生物地理学家年德国生物地理学家特罗尔特罗尔Troll提出景提出景观生态学观生态学landscape ecology研究研究大尺度大尺度空间格局与生态功能过程的关系及空间格局与生态功能过程的关系及其发展动态的科学，着重于大尺度其发展动态的科学，着重于大尺度时空异质性时空异质性，并关注并关注人类活动人类活动的影响。的影响。结合了结合了地理学地理学研究自然现象空间关系的研究自然现象空间关系的“横向横向”方法和方法和生态学生态学研究生态系统功能关系的研究生态系统功能关系的“纵
5、向纵向”方法。方法。学科地位学科地位尺度角度尺度角度个体生态学个体生态学种群生态学种群生态学群落生态学群落生态学生态系统生态学生态系统生态学景观生态学景观生态学区域生态学区域生态学全球生态学全球生态学内容：内容：景观格局景观格局 格局与过程关系格局与过程关系景观动态景观动态 景观管理景观管理工具：工具：RS 、GIS 、GPS 技术技术模型方法模型方法强调：强调：时空异质性时空异质性 尺度变化尺度变化 等级层次性等级层次性格局格局-过程过程-尺度尺度-等级等级（From Wu, J.）景观生态学理论景观生态学理论斑块斑块廊道廊道基质模式基质模式斑块斑块patch最小的异质性单元，即一个具体最小
6、的异质性单元，即一个具体的生态系统。的生态系统。廊道廊道corridor不同于两侧基质的狭长地带。不同于两侧基质的狭长地带。基质基质matrix 是景观中范围广阔、相对同质且是景观中范围广阔、相对同质且连通性最强的背景地域，很大程度上决定着景连通性最强的背景地域，很大程度上决定着景观的性质。观的性质。岷江干旱河谷岷江干旱河谷景观格局景观格局landscape pattern景观的构成组分及其空间分布形式。景观的构成组分及其空间分布形式。不同的景观格局是不同动力学机制的产物，也不同的景观格局是不同动力学机制的产物，也是不同景观功能的基础。是不同景观功能的基础。在缺乏景观发生发展历史资料的情况下，
7、从现在缺乏景观发生发展历史资料的情况下，从现有景观格局出发，可以对景观格局与功能过程有景观格局出发，可以对景观格局与功能过程之间的关系进行描述。之间的关系进行描述。景观异质性景观异质性heterogeneity区域中，景观要素类型、组合及属性在空间或区域中，景观要素类型、组合及属性在空间或时间上的变异程度。时间上的变异程度。源于环境变异、植被内源演替和干扰。源于环境变异、植被内源演替和干扰。时空异质性交互作用导致了景观的演化和发展，时空异质性交互作用导致了景观的演化和发展，景观格局和功能过程取决于其时空异质性。景观格局和功能过程取决于其时空异质性。尺度尺度scale任何自然现象和生态过程均具有
8、明显的时空特任何自然现象和生态过程均具有明显的时空特征尺度。征尺度。确定合适的研究尺度以及相适应的研究方法，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。是取得合理研究成果的必要保证。RS和和GIS为尺度效应分析提供了技术基础。为尺度效应分析提供了技术基础。河流分支结构的生物体型分布河流分支结构的生物体型分布森林动态的时空尺度森林动态的时空尺度环境环境-生物生物-植被的时空尺度植被的时空尺度景观格局对生态过程的影响景观格局对生态过程的影响物种分布与迁徙物种分布与迁徙地表径流与侵蚀地表径流与侵蚀元素分布与迁移元素分布与迁移能量交换与转化能量交换与转化生物地球化学循环生物地
9、球化学循环物种分布与迁徙物种分布与迁徙物质和养分在景观中的流动物质和养分在景观中的流动(MacDowell and Likens, 1988) 土地利用结构对土壤水分和养分的影响（傅伯杰等，土地利用结构对土壤水分和养分的影响（傅伯杰等，1998）黄土高原地区坡面上不同土地利用结构对土壤养黄土高原地区坡面上不同土地利用结构对土壤养分和水分的影响。分和水分的影响。a,b,c表示了三种15年以上不同土地利用结构(自上至下)，研究发现，b是一种较好的保持土壤水分和养分的土地利用结构。城市景观的物流能流城市景观的物流能流(H T Odum 蓝盛芳译，蓝盛芳译，1992)格局与过程相互作用格局与过程相互作
10、用景观单元的空间配置影响其内部的生态过程景观单元的空间配置影响其内部的生态过程景观格局是由于镶嵌体上的其它过程产生景观格局是由于镶嵌体上的其它过程产生景观格局与生态过程相互影响协同进化景观格局与生态过程相互影响协同进化景观生态学的任务景观生态学的任务描述景观描述景观解释和理解其中的生态过程解释和理解其中的生态过程跟踪景观动态跟踪景观动态分析不同文化背景下的景观格局分析不同文化背景下的景观格局, ,以便更好地以便更好地理解景观本身的格局动态，并实施管理。理解景观本身的格局动态，并实施管理。景观生态学数量方法景观生态学数量方法目的目的（Turner & Gardner, 1991）景观组成和结构景
11、观组成和结构景观空间异质性景观空间异质性景观斑块的性质和参数的空间相关性景观斑块的性质和参数的空间相关性空间相空间相互作用互作用景观格局的趋向性景观格局的趋向性空间规律性或梯度空间规律性或梯度景观格局在不同尺度上变化景观格局在不同尺度上变化等级结构等级结构景观格局与生态过程的相互关系景观格局与生态过程的相互关系为什么需要新方法？为什么需要新方法？经典生态学研究并不十分重视的大时空尺度特经典生态学研究并不十分重视的大时空尺度特征，以往的数量化模型不能完全适用；征，以往的数量化模型不能完全适用；研究多变量和复杂过程，一般的数量化方法无研究多变量和复杂过程，一般的数量化方法无法满足需要；法满足需要；
12、大尺度的景观生态学实验困难，跟踪调查时间大尺度的景观生态学实验困难，跟踪调查时间长花费大。长花费大。 RS、GIS和模型方法的进步，使和模型方法的进步，使得景观生态学可以通过景观数量方法来描述和得景观生态学可以通过景观数量方法来描述和预测景观格局和过程。预测景观格局和过程。FRAGSTATS景观结构数量化软件包景观结构数量化软件包 (McGarigal Marks, 1995)例如例如多样性指数多样性指数Diversity Index镶嵌度指数镶嵌度指数Patchiness Index距离指数距离指数Distance Index生境破碎化指数生境破碎化指数Fragmentation Index
13、景观模型景观模型（傅伯杰等，（傅伯杰等，2001）空间自相关空间自相关(Spatial Autocorrelation)：地统计学：地统计学(Goestatistics)格局周期性：谱分析格局周期性：谱分析(Spectral analysis)尺度变化：聚块样方方差分析尺度变化：聚块样方方差分析(Blocked Quadrat Variance Analysis)、分形几何学、分形几何学(Fractal geometry) 和小波分析和小波分析(Wavelet analysis)景观局域相互作用、局部因果关系的多体系统所表现景观局域相互作用、局部因果关系的多体系统所表现出的集体行为及其时间演化
14、：细胞自动机出的集体行为及其时间演化：细胞自动机(Cellular Automata)格局梯度特征：趋面分析格局梯度特征：趋面分析(Trend Surface Analysis)和亲合度分析和亲合度分析(Affinity analysis)景观生态学与生物保护景观生态学与生物保护生态保护起因：生态保护起因：生物多样性丧失生物多样性丧失生态系统服务功能降低：稳定性和生产力生态系统服务功能降低：稳定性和生产力生态环境恶化：水、土、气生态环境恶化：水、土、气必须及时采取措施阻止退化、恢复生态系统必须及时采取措施阻止退化、恢复生态系统生态保护对策：生态保护对策：首先，保护残存生境首先，保护残存生境其次
15、，生态系统管理其次，生态系统管理第三，生态系统恢复第三，生态系统恢复长期保存一个物种：长期保存一个物种：遗传学及其种群生态学特性遗传学及其种群生态学特性所在的生态系统及相关生态过程所在的生态系统及相关生态过程两种保护途径：两种保护途径：以物种为中心的传统保护途径以物种为中心的传统保护途径以生态系统为中心的景观保护途径以生态系统为中心的景观保护途径斑块对生物多样性的影响斑块对生物多样性的影响斑块大小斑块大小s=f(+生境多样性生境多样性-(+)干扰干扰+面积面积+年龄年龄+异质性异质性-隔离隔离-边界不连续性边界不连续性)。斑块形状斑块形状斑块形状通过边缘效应的形成间接的对生物多斑块形状通过边缘
16、效应的形成间接的对生物多样性产生巨大的影响。样性产生巨大的影响。廊道对生物多样性的影响廊道对生物多样性的影响功能功能: 通道、屏障、源汇、栖息地通道、屏障、源汇、栖息地影响着斑块间物质、能量和物种交流影响着斑块间物质、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能够减少甚至抵消景观破碎化对生物多样性的负面影响负面影响能够加速疾病、外来物种和其他干扰的扩散能够加速疾病、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、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。廊道的宽度长度和连接度、目标种习性等。生态交错带生态交错带Ecotone对生
17、物多样性的影响对生物多样性的影响特点：特点：过渡性过渡性 动态性动态性宏观性宏观性传统观点：边缘效应提高了生物多样性传统观点：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目前观点：生境破碎化导致物种消失 干扰对生物多样性的影响干扰对生物多样性的影响干扰干扰disturbance是一种自然现象是一种自然现象主要影响：主要影响：景观异质性景观异质性 景观稳定性景观稳定性景观破碎化景观破碎化 适度干扰会增加物种多样性适度干扰会增加物种多样性人类对自然干扰的人为再干扰，不仅导致生物人类对自然干扰的人为再干扰，不仅导致生物多样性降低，也会伤害人文景观多样性多样性降低，也会伤害人文景观多样性干
18、扰与生物多样性的关系干扰与生物多样性的关系中度干扰假说中度干扰假说 Connell(1978)：Intermediate Disturbance Hypothesis中度干扰导致最大的多样性中度干扰导致最大的多样性/支持、反对支持、反对三个条件促使物种多样性提高：三个条件促使物种多样性提高：如果干扰减少的只是由普遍种组成的群落的如果干扰减少的只是由普遍种组成的群落的面面积积，但不减少普遍种和稀有种的群落，但不减少普遍种和稀有种的群落类型类型时时如果普遍种组成的群落面积减少时，如果普遍种组成的群落面积减少时，新的新的潜在潜在的生物区系的生物区系(biotopes)能够占据这些面积时能够占据这些面
19、积时如果在新的可供生境中能建立新群落的物种包如果在新的可供生境中能建立新群落的物种包含在含在当地当地的植物区系中或存在于附近地区时的植物区系中或存在于附近地区时景观破碎化景观破碎化landscape fragmentation一种一种栖息地不断变成碎片的栖息地不断变成碎片的过程过程 一种一种破碎化过程的结果即格局破碎化过程的结果即格局状态状态导致生物多样性丧失：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在不连续的片断中，残留面积的再分
20、配影响物种散布和迁移的速率种散布和迁移的速率岛屿生物地理学岛屿生物地理学island biogeographyMacArthurWilson（1967）s=f(+生境多样性生境多样性-干扰干扰+面积面积-隔离程度隔离程度+年龄年龄) 揭示了种面积关系揭示了种面积关系岛屿的物种丰富度取决于物种的迁入率和灭绝岛屿的物种丰富度取决于物种的迁入率和灭绝率，而迁入率和灭绝率与岛屿的面积及隔离程率，而迁入率和灭绝率与岛屿的面积及隔离程度有关。度有关。SLOSS-single large or several small理想的自然保护区的功能分区理想的自然保护区的功能分区(Noss(Noss等，等，1994
21、)1994)实验区实验区缓冲区缓冲区核心区核心区异质种群理论异质种群理论Metapopulation theoryLevins(1969)：斑块生境中同种局部种群集合体：斑块生境中同种局部种群集合体四种类型：四种类型：1）大陆和岛屿型）大陆和岛屿型(mainland and island)2）斑块型）斑块型(patchy population)3）卫星型）卫星型(satellite population)4）完全隔绝型）完全隔绝型(非平衡型非平衡型 non-equilibrium)局部种群空间上隔离，通过个体扩散联系局部种群空间上隔离，通过个体扩散联系局部种群不断灭绝，又不断迁入重建局部种群不
22、断灭绝，又不断迁入重建迁入重建率大于灭绝率时，异质种群才能续存迁入重建率大于灭绝率时，异质种群才能续存生物保护研究的发展生物保护研究的发展保护生物学：物种保护生物学：物种保护生态学：生态系统和景观保护保护生态学：生态系统和景观保护保护经济学、社会学、伦理学、哲学。保护经济学、社会学、伦理学、哲学。景观生态学与生态恢复景观生态学与生态恢复生态恢复生态恢复Ecological restoration恢复完全受损生态系统和退化生态系统。恢复完全受损生态系统和退化生态系统。 RecoveryRestorationRehabilitationRebuiltRegenerationReconstructi
23、on多数生态恢复是局域性的。以点为基础的生态多数生态恢复是局域性的。以点为基础的生态恢复对解决大尺度的生态恢复问题是不够的。恢复对解决大尺度的生态恢复问题是不够的。区域生态恢复需要在特殊地点和景观尺度上同区域生态恢复需要在特殊地点和景观尺度上同时进行。时进行。景观生态恢复目标：景观生态恢复目标：使退化生态系统恢复某种外形使退化生态系统恢复某种外形使之具有保护性、生产性和美学效应使之具有保护性、生产性和美学效应进一步发展成为一种可持续性生态系统进一步发展成为一种可持续性生态系统景观生态恢复原则：景观生态恢复原则：首先，保护状态良好的组分首先，保护状态良好的组分其次，促进景观要素的恢复其次，促进景
24、观要素的恢复 最后，对片段化和残存景观进行重建最后，对片段化和残存景观进行重建需要考虑的生态系统特征需要考虑的生态系统特征组分：当前物种和它们的相对丰富度组分：当前物种和它们的相对丰富度结构：土壤和植物组分的垂直配置结构：土壤和植物组分的垂直配置格局：生态系统组分的水平配置格局：生态系统组分的水平配置异质性：特征异质性：特征1-31-3的复杂变化的复杂变化功能：基本生态过程的表现（能量、水分、和功能：基本生态过程的表现（能量、水分、和养分输运）养分输运）种间作用：包括授粉，种子散布等种间作用：包括授粉，种子散布等动力学和恢复力：演替规律、恢复力动力学和恢复力：演替规律、恢复力景观生态恢复步骤：
25、景观生态恢复步骤：I I发现问题：发现问题：生物分布变化：物种消失、生物入侵生物分布变化：物种消失、生物入侵景观流的变化：物种运动、水分和养分运动景观流的变化：物种运动、水分和养分运动美学价值变化：宜人景观类型的减少美学价值变化：宜人景观类型的减少景观生态恢复步骤：景观生态恢复步骤：IIII寻找原因：寻找原因：本地植被的消失和破碎化本地植被的消失和破碎化景观的格局和多样性变化景观的格局和多样性变化是否存在人工管理的影响是否存在人工管理的影响 景观生态恢复步骤：景观生态恢复步骤：IIIIII目的物种：目的物种：物种数量受栖息地面积限制物种数量受栖息地面积限制物种迁移受栖息地连接度限制物种迁移受栖
26、息地连接度限制物种数量受生态过程限制（捕食、干扰和火）物种数量受生态过程限制（捕食、干扰和火） 景观生态恢复步骤：景观生态恢复步骤：IVIV明确目的：明确目的：增加现存生物的存活力和抗干扰的恢复力增加现存生物的存活力和抗干扰的恢复力减少或转变土地或水质退化过程减少或转变土地或水质退化过程保持或提高生态系统生产潜力保持或提高生态系统生产潜力整合以上目标整合以上目标 景观生态恢复步骤：景观生态恢复步骤：V V具体实施：具体实施：从何处开始？从何处开始？哪里优先保护？哪里优先保护？应该提供走廊吗？应该提供走廊吗？恢复何种植被结构？恢复何种植被结构？投入何种和多少资源？投入何种和多少资源？区域生态安全格局设计流程区域生态安全格局设计流程(黎晓亚和马克明等，黎晓亚和马克明等，2004) NO YES NO YES YES NO 景观格局与功能评价 生态环境问题 干扰分析 区域生态分析 生态系统 综合评价 生物多样性 状况评价 生态功能恢复对策 区域景观 生态系统 重要物种 干扰特征 风险评价 社会经济驱动 干扰控制对策 社会经济对策 预案研究、规划方案评价比较 确定总体规划目标和安全层次 区域生态安全格局设计 规划实施效果监测 规划实施效果评价 多样性评价 生态系统评价 景观生态评价 社会经济评价 满意 新 方 法 社会经济新需求 制订安全评价新标准 谢谢！谢谢！