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1、2013/3/91河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology第五章 景观动态变化Landscape Ecology河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology第五章 景观动态变化第五章 景观动态变化Chapter 5 Dynamic changes of landscape 河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology 景观变化:是指景观
2、的结构和功能随时间所表现出来的动态特征，景观变化又称景观动态。变化是景观的主要特征 变化的动力有两个方面:内因和外因;变化既有自然的因素，也有人为的因素，变化有快有慢 1976年唐山的大地震，一夜间 1978年的大兴安岭大火，435万hm2 围海造田、沙漠化、滥伐森林 用稳定性指标研究动态变化河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology一、景观稳定性一、景观稳定性景观的稳定性：是指景观保持原有状态及其受干扰后回归该状态的能力自20世纪50年代生态系统稳定性理论被提出以来，稳定性一直是生态学中十分复杂而又非常重
3、要的问题。景观的稳定性可以从两个方面来理解，一种是从景观变化的趋势看景观的稳定性，另一种是从景观对于扰的反应来认识景观的稳定性。（一）景观稳定性的概念（一）景观稳定性的概念河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology稳定性：指一个系统对干扰或扰动的反应能力。景观参数的长期变化呈水平状态并且在其水平线上下波动幅度和周期性具有统计特征，可以称景观是稳定的。亚稳定性：生物系统的稳定性不是绝对的，只能是相对的，即系统处于动态平衡状态-围绕中心位置上下波动，也可能进入另一种状态，只要景观系统围绕中心位置波动，他就处于亚
4、稳定平衡状态。不稳定性：指波动方式经常发生或不可预测。不稳定性可出现两种情况：一种是系统干扰后发生变化并达到新的可预测波动状态-即干扰后形成一种新的平衡；另一种是没有新的统计学意义上的可预测状态出现。也就是说，不稳定即可以是暂时的，也可以是长期的。河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology1.景观变化与景观稳定性景观参数景观参数:是指景观生产力、生物量、斑块的形状或面积、廊道的宽度、基质的空隙度、生物多样性、网络发育情况、演替速率、景观要素间的流等。景观变化判断标准景观变化判断标准景观的基质发生变化，一种新
5、的景观要素类型成为景观基质；几种景观要素类型所占景观表面百分比发生足够大的变化，引起景观内部空间格局的改变；景观内产生一种新的景观要素类型，并达到一定覆盖范围。2013/3/922.干扰与景观稳定性景观稳定性可以看作干扰条件下景观的不同反应 抗性是指系统在环境变化或潜在干扰下抗变化的能力 恢复性或弹性是指系统发生变化后恢复原来状态的能力 景观的抗性越强，也就是说景观受到外界干扰时变化较小，景观越稳定 景观的恢复性(弹性)越强，也就是说景观受到外界干扰后，恢复到原来状态的时间越短，景观越稳定 在干扰经常发生，而且没有一定干扰规律下形成的景观稳定性最高河南科技大学Henan University
6、of Science and TechnologyLandscape Ecology景观变化的景观变化的12条变化曲线条变化曲线河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology(二)景观要素的稳定性 景观整体的稳定性是由组成其各要素的稳定性所决定的 景观是由气候、地貌、岩石(土壤)、植被、水文5 大要素构成 气候：具有两种变化，一是周期性变化，另一种是不规则变化 地貌：通常大面积的高山、平原地貌的变化时间尺度相当长，地貌要素是稳定的 岩石和土壤：土壤可能会成为变化极为剧烈的要素 植物：变化同气候一样也具有周期性和
7、异常变化两种情况 水文：水既是景观的组成要素，又是强大的自然干扰力量，是景观的变化最具影响力的干扰因素。水的稳定性最差1.景观稳定性的时间尺度指人们衡量景观变化时假定的一个变化速率。景观的稳定性取决于我们观察景观时所选择的时间尺度当所观察的景观的运动速率大于假定的运动速率时，我们认为景观是变化的当所观察景观的运动速率小于假定的运动速率时，我们认为景观是稳定的(三)景观稳定性的尺度问题景观稳定性的空间尺度空间尺度主要是指景观的异质稳定性，即景观结构在立地水平上不断变化和大尺度上相对静止的统一。在景观尺度上，稳定性实际上是许多复杂结构在立地水平上不断变化和大尺度上相对静止的统一(Farina，19
8、98)大尺度上景观结构和要素组成的变化需要很长的时间才发生，而小尺度上景观的变化在短期就可以发生(四)景观稳定性的定量探讨 暖温带一块原始的裸地自然景观，与当地的气候、土壤、地貌相适应，其变化过程为草地景观、灌木草地景观、最后转化为乔一灌一草组合的景观类型，植物群落变为顶极群落，相应的景观也进入了稳定阶段，此时景观的熵值达到最大 人工建筑景观、农业景观、自然景观中，人工建筑景观熵值最低，农业景观较高，自然景观最高，量稳定。2013/3/93河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology二、景观变化的驱动因子（一
9、）自然驱动因子（一）自然驱动因子指在景观发育过程中，对景观形成起作用的自然因素。较大的时空尺度上作用于景观，它可以引起大面积的景观发生变化。较大的时空尺度上作用于景观，它可以引起大面积的景观发生变化。河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology1、地貌的形成2、气候的影响(1)赤道景观(2)热带气候下的景观(3)荒漠景观(4)温带景观(5)寒冷地区景观3、生命的定居4、土壤的发育5、自然干扰河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ec
10、ology（二）人为驱动因子在人口、技术、政治经济体制、政策以及不同文化的影响下，景观的变化主要表现为土地利用/土地覆被的变化1.人口因素2.技术因素3.政经体制及决策因素4.文化因素河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology四、景观变化的生态环境影响河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology(一)景观变化对区域气候的影响 土地表面性质的变化 地表反射率的变化 温室气体和痕量气体的变化景观对气候的影响是通过景观表面性质的
11、变化，反射率的变化以及随景观变化而改变的温室气体和痕量气体量实现的河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology(二)景观变化对土壤的影响对土壤有关生态过程的影响能量交换水交换侵蚀和堆积生物循环和农作物生产 对土壤养分流动的影响2013/3/94河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology不同土地利用结构对土壤水分和养分的影响（傅伯杰等，1998）不同土地利用结构对土壤水分和养分的影响（傅伯杰等，1998）a，b，c表示了黄土
12、坡地上三种15年以上不同土地利用结构。a：林地-耕地-草地；b：林地-草地-耕地；c：草地-林地-耕地。a，b，c表示了黄土坡地上三种15年以上不同土地利用结构。a：林地-耕地-草地；b：林地-草地-耕地；c：草地-林地-耕地。河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology(三)景观变化对水环境的影响 对水量的影响对水量的影响水资源短缺水资源短缺森林变化的影响草地变化的影响耕地的影响（包括灌溉和农业集水区）聚居地和其它非农用影响 对水质的影响对水质的影响非点源污染河南科技大学Henan University o
13、f Science and TechnologyLandscape Ecology（四）景观变化带来的生态环境问题大气质量下降景观变化可以改变大气中气体的组成和含量，从而影响大气的质量。土壤侵蚀和土地沙化水资源短缺河水断流：黄河断流海水入侵：我国的大渤海地区由于水资源紧缺，地下水超采，地面下沉，造成沿海地区的海水入侵。湿地减少非点源污染河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology四、景观变化的动态模拟四、景观变化的动态模拟1、景观变化动态2、景观变化模拟的步骤3、景观变化动态模型4、景观动态模拟的发展趋势河南
14、科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology景观变化动态景观变化动态是指景观变化的过去，现在和未来趋势。它包括两方面的内容：景观空间变化动态和景观过程变化动态。景观空间变化动态景观空间变化动态：斑块数量；斑块大小；斑块类型；廊道的数量和类型；影响扩散的障碍类型和数量；景观要素的配置等 景观过程变化动态景观过程变化动态：系统的输入流；流的传输率和系统的吸收率；系统的输出流；能量的分配等1、景观变化动态河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape
15、Ecology景观变化空间过程2013/3/95河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology景观变化的动态模拟需要考虑的问题 景观的初始状态 景观变化的方向：趋势 景观的变化率：过程 景观变化的可预测性：结果 景观变化的可能性和程度：机制河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology1.数据的来源2.景观分类系统的建立3.空间数据基础4.数据分析（二）景观变化模拟的步骤（二）景观变化模拟的步骤河南科技大学Henan Unive
16、rsity of Science and TechnologyLandscape Ecology(1)航空像片航空像片是景观变化中使用很广的数据来源，根据它，可以直接得到土地利用类型和景观变化率。一般为15m分辨率。1.数据的来源河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology深圳地区城市化过程示意图2003年卫星影像图（下）1988年卫星影像图（上）河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology遥感数据选择需要考虑的几个数据属性
17、1）类型：遥感平台类型、数据表达类型2）范围：地表覆盖范围、目标客体涵盖范围3）分辨率水平：目标细节的表现水平4）时段：数据获取的时间、不同时段的分布情况卫星影像数据有AVHRR数据（1.1km分辨率）、MSS数据（70m分辨率）、TM数据（30m分辨率，ETM15m分辨率）、SPOT数据（515m分辨率）、QUICKBIRD（IKNOS）（2m分辨率）等。(2)数字遥感河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology其他空间数据包括植被图、土地利用图、土壤图、地形图等，以及由此生成的一些图，如坡度图、坡向图、N
18、DVI（归一化植被指数）图。一般以矢量或栅格形式储存。2013/3/96河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology文献数据主要是与所要模拟的景观过程有关的变量数据和参数值；统计资料包括工农业统计数据、年鉴、森林资源清查数据等。(3)公开出版的数据和统计资料河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology2.景观分类系统的建立景观动态模拟要求建立景观分类系统。与不同的数据来源和技术手段相适应的分类系统是不同的，一个分类系统不应该
19、受某一特定的技术所限制3.空间数据基础景观变化的研究要求清楚地描述景观空间位置的变化。都要求转化成相同的空间数据系统4.数据分析空间统计分析、景观要素的时空转换、计算机制图河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology(三)景观变化动态模型(三)景观变化动态模型1.整体景观变化模型1.整体景观变化模型 整体景观变化模型的焦点是将景观作为一个整体，研究某一个值(如景观要素值)的变化情况。用微分方程表示:其中，x是景观整体的变化量，f(x)是变量x的函数，t 是时间用差分方程表示河南科技大学Henan Univer
20、sity of Science and TechnologyLandscape Ecology2.景观分布变化模型景观分布变化模型着眼于景观一系列变量值的分布。景观分布模型不提供景观中各要素的实际位置和构型，它所包含的信息不十分全面，但它比景观空间模型简单，易于使用和发展(1)微分方程模型(2)差分方程模型2013/3/97河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology3.景观空间模型景观空间模型是景观变化中最重要的模拟(Sklar,1990)。同分布模型相比较，空间模型不仅可以预测景观中要素变化的数量，还可以输出景观要素变化的构型(1)斑块模型(2)要素模型河南科技大学Henan University of Science and TechnologyLandscape Ecology（四）景观动态模拟的发展趋势1、从景观空间变化到景观过程变化2、从单纯景观现状模拟到通过驱动因子模拟景观变化3、从单一尺度到多尺度的景观变化4、从宏观变化到个体反应机制的模拟5、与地理信息系统结合6、与社会经济模型结合7、模型的可视化