1、Chapter 4 等级斑块等级斑块动态范式及其景观变化动态范式及其景观变化 土地资源管理系土地资源管理系主要内容：主要内容：生态学范式及其变迁生态学范式及其变迁 等级斑块动态范式等级斑块动态范式景观变化的规律性及其判断标准景观变化的规律性及其判断标准景观稳定性及其测度景观稳定性及其测度景观变化的作用力景观变化的作用力影响景观变化的自然过程影响景观变化的自然过程景观变化带来的生态环境问题景观变化带来的生态环境问题 范式范式(paradigm)：是美国著名的科学哲学家库恩是美国著名的科学哲学家库恩(T. S.Kuhn) 提出的一个概念。即它是提出的一个概念。即它是一个科学群体一个科学群体所普遍共
2、所普遍共识的，并在一个相对稳定的时期内所识的，并在一个相对稳定的时期内所广泛运用广泛运用的，由世界的，由世界观、方法论以及一系列概念、方法、规则和原理所构成的观、方法论以及一系列概念、方法、规则和原理所构成的巨大体系。巨大体系。 范式变迁范式变迁(paradigm shift)：在科学发展过程中，随着：在科学发展过程中，随着科学家对研究对象的不断深入和研究范围的不断扩展以及科学家对研究对象的不断深入和研究范围的不断扩展以及研究手段的不断提高，新问题不断涌现出来。在这样一种研究手段的不断提高，新问题不断涌现出来。在这样一种情况下，学科当中的旧范式就将被新范式所取代。情况下，学科当中的旧范式就将被
3、新范式所取代。一、生态学领域的主要范式一、生态学领域的主要范式(一一)、平衡范式、平衡范式(equilibrium paradigm)(二二) 、非平衡范式、非平衡范式(non-equilibrium paradigm)(三三) 、多平衡范式、多平衡范式(multiple equilibrium paradigm)(四四) 、种群生态范式与生态系统范式、种群生态范式与生态系统范式(五五) 、等级缀块动态范式、等级缀块动态范式(hierarchical patch dynamics paradigm)(一一)、平衡范式、平衡范式(equilibrium paradigm)平衡范式认为平衡范式认为
4、：生态系统：生态系统( (乃至整个生物圈乃至整个生物圈) )是一个封闭系统。是一个封闭系统。它的一个最重要的特征就是它可以常常趋向于达到一种稳定它的一个最重要的特征就是它可以常常趋向于达到一种稳定或平衡状态，从而使系统内的所有构成要素之间彼此相互协或平衡状态，从而使系统内的所有构成要素之间彼此相互协调。这种平衡状态产生和维持是靠着生态系统本身所具有的调。这种平衡状态产生和维持是靠着生态系统本身所具有的一种一种负反馈自我调节机制及其正常发挥负反馈自我调节机制及其正常发挥而实现的。生态系统而实现的。生态系统的这种稳定和平衡状态，我们一般称之为的这种稳定和平衡状态，我们一般称之为“生态平衡生态平衡”
5、(一一)、平衡范式、平衡范式(equilibrium paradigm)平衡范式认为平衡范式认为：生态系统生态系统( (乃至整个生物圈乃至整个生物圈) )是一个封闭系是一个封闭系统。它的一个最重要的特征就是它可以常常趋向于达到一种统。它的一个最重要的特征就是它可以常常趋向于达到一种稳定或平衡状态，从而使系统内的所有构成要素之间彼此相稳定或平衡状态，从而使系统内的所有构成要素之间彼此相互协调。这种平衡状态产生和维持是靠着生态系统本身所具互协调。这种平衡状态产生和维持是靠着生态系统本身所具有的一种有的一种负反馈自我调节机制及其正常发挥负反馈自我调节机制及其正常发挥而实现的。生态而实现的。生态系统的
6、这种稳定和平衡状态，我们一般称之为系统的这种稳定和平衡状态，我们一般称之为“生态平衡生态平衡”。但是这种平衡几乎没有人能精确地去定义它，更不能用类似但是这种平衡几乎没有人能精确地去定义它，更不能用类似于于实验实验等手来有效而严格地去检验它。等手来有效而严格地去检验它。(一一)、平衡范式、平衡范式(equilibrium paradigm) 平衡范式的思想引入生态学：人们提出了诸如：美国人平衡范式的思想引入生态学：人们提出了诸如：美国人C l e m e n t s 的 植 物 群 落 的 演 替的 植 物 群 落 的 演 替 单 元 顶 极 理 论单 元 顶 极 理 论 、 英 国 人、 英
7、国 人A.G.Tansley的的多元顶极理论多元顶极理论和美国人和美国人Whittaker的的顶极顶极-格局格局假说假说、比利时数学家、比利时数学家Pierre-Fraucois Verhulst的的逻辑斯谛克逻辑斯谛克(Logistic)方程、方程、A.lfred J.Lotka和和Vito Volterra的的竞争和捕食竞争和捕食者者-被捕食者被捕食者的数学模型的数学模型(Lotka-Volterra方程方程 此外，抗变性或阻力此外，抗变性或阻力(resistance)、恢复力、恢复力(Resilience)、持、持续力续力(Per-sistence)和变异性和变异性(Variabilit
8、y)等概念的提出等概念的提出(二二)、非平衡范式、非平衡范式(non-equilibrium paradigm)非平衡范式：非平衡范式：强调的是组成生物群落的强调的是组成生物群落的物种始终都处在不物种始终都处在不断变化断变化之中，自然界中的群落不存在全局的稳定性，有的只之中，自然界中的群落不存在全局的稳定性，有的只是群落的是群落的抵抗性抵抗性(群落抵抗外界干扰的能力群落抵抗外界干扰的能力)和和恢复性恢复性(群落在群落在受到干扰后恢复到原来状态的能力受到干扰后恢复到原来状态的能力)。 平衡范式注意的焦点平衡范式注意的焦点：相对封闭的系统内，系统处于平：相对封闭的系统内，系统处于平衡点衡点(或平衡
9、点附近或平衡点附近)时的性质，对于影响系统变化的时间和变时的性质，对于影响系统变化的时间和变异性注意不够；异性注意不够；非平衡范式非平衡范式则强调的是开放的系统内，那些则强调的是开放的系统内，那些与生态系统相关的物理环境的随机作用，也强调了时间和变与生态系统相关的物理环境的随机作用，也强调了时间和变异性在整个生态系统中的作用异性在整个生态系统中的作用(三三)、多平衡范式、多平衡范式(multiple equilibrium paradigm)多平衡生态学范式：多平衡生态学范式：作为对经典的生态学平衡范式的一种作为对经典的生态学平衡范式的一种扩展或取代，为自然界中的许多生态现象扩展或取代，为自然
10、界中的许多生态现象(尤其是在生态系统尤其是在生态系统中为什么会出现多物种共存及其相对的持续稳定性的现象中为什么会出现多物种共存及其相对的持续稳定性的现象)提提供了比较满意的解释。供了比较满意的解释。 譬如：譬如：Hoiilng指出，随机性气候变化和干扰指出，随机性气候变化和干扰(如火、虫害的如火、虫害的突发突发)可使生态学系统从一个可使生态学系统从一个平衡点转移到另一个平衡点平衡点转移到另一个平衡点。许。许多近期理论和实验研究结果似乎支持这种多平衡态观点。多近期理论和实验研究结果似乎支持这种多平衡态观点。(四四)、种群生态范式与生态系统范式、种群生态范式与生态系统范式 种群范式：种群范式：强调
11、个体行为、繁殖特征，以及竞争和其它生物强调个体行为、繁殖特征，以及竞争和其它生物间相互作用。非生物因素通常看作是影响生物个体和种群动间相互作用。非生物因素通常看作是影响生物个体和种群动态的外界环境。研究重点：生物有机体在空间和时间上的分态的外界环境。研究重点：生物有机体在空间和时间上的分布、格局及其变化的原因和机制。布、格局及其变化的原因和机制。 生态系统范式：生态系统范式：强调能量和物质运动的规律及其控制过程强调能量和物质运动的规律及其控制过程,因因此此,将生物有机体及其物理环境作为一个整体来研究。将生物有机体及其物理环境作为一个整体来研究。研究重研究重点：点：系统的输入、输出、能量转化、物
12、质库的大小以及物质系统的输入、输出、能量转化、物质库的大小以及物质和能量转移速率等。和能量转移速率等。(五五)、等级缀块动态范式、等级缀块动态范式(hierarchical patch dynamics paradigm)等级斑块动态范式斑块动态：斑块动态：斑块个体本斑块个体本身的状态变化和斑块镶身的状态变化和斑块镶嵌水平上的结构和功能嵌水平上的结构和功能的变化的变化斑块动态变化涉斑块动态变化涉及时空两个尺度及时空两个尺度斑块动态变化理论斑块动态变化理论E斑块动态变化理论的斑块动态变化理论的新观点新观点：强调事间异质性及其生态学：强调事间异质性及其生态学成因、机制和作用，不但突出了生态学系统的
13、班块组分的成因、机制和作用，不但突出了生态学系统的班块组分的动态特征，而且意味着作为班块镶嵌体的系统整体也必然动态特征，而且意味着作为班块镶嵌体的系统整体也必然要经历变化。这和生态学中根深蒂固的要经历变化。这和生态学中根深蒂固的“自然均衡自然均衡”思想思想是相悖的。是相悖的。E 斑块动态理论：是对化统的、基于组织层次斑块动态理论：是对化统的、基于组织层次( (如，个体如，个体种群种群群落群落生态系统生态系统) )途径的一个途径的一个重要补充重要补充。这是因为，。这是因为，传统的组织水平并不形成一个巢式等级系统，因而不利于传统的组织水平并不形成一个巢式等级系统，因而不利于研究时间和空间尺度对生态
14、学格局和过程的影响。研究时间和空间尺度对生态学格局和过程的影响。等级缀块动态范式等级缀块动态范式 Wu和和Loucks在在1995年提出了等级缀块动态范式，该理论把年提出了等级缀块动态范式，该理论把非平衡和随机过程非平衡和随机过程作为生态学系统稳定性的组成部分。一般作为生态学系统稳定性的组成部分。一般来讲，生态学系统中有两类非稳定机制：来讲，生态学系统中有两类非稳定机制：生物和非生物因素生物和非生物因素的随机性，以及强生物反馈作用。的随机性，以及强生物反馈作用。 一般来讲，由于小尺度现象易受一般来讲，由于小尺度现象易受随机因素随机因素干扰，或由于环干扰，或由于环境的境的同质性而受非线性生物反馈
15、作用同质性而受非线性生物反馈作用影响强烈，因此常表现影响强烈，因此常表现出非平衡特征；另一方面，若考虑特大时空尺度时，地质、出非平衡特征；另一方面，若考虑特大时空尺度时，地质、气候和进化因素则不能忽略，这时生态学系统也往往表现出气候和进化因素则不能忽略，这时生态学系统也往往表现出非衡态特征。非衡态特征。稳定平衡态稳定平衡态生物反馈作用增加生物反馈作用增加随机作用增加随机作用增加生物反馈作用非稳定性生物反馈作用非稳定性随机作用非随机作用非稳稳定性定性生态稳定性及非稳定因素的类型生态稳定性及非稳定因素的类型等级缀块动态范式等级缀块动态范式 等级缀块动态范式：等级缀块动态范式：主要包括下列几方面内容
16、：主要包括下列几方面内容： 1、生态系统是由斑块镶嵌体组成的巢式等级系统、生态系统是由斑块镶嵌体组成的巢式等级系统林隙林隙土丘土丘等级缀块动态范式等级缀块动态范式等级缀块动态范式：等级缀块动态范式： 主要包括下列几方面内容：主要包括下列几方面内容： 2、系统动态是各个尺度上斑块动态的总体反映。、系统动态是各个尺度上斑块动态的总体反映。 在具有等级结构的生态学系统中，系统的动在具有等级结构的生态学系统中，系统的动 态是小尺度斑块和大尺度镶嵌体及其与环境态是小尺度斑块和大尺度镶嵌体及其与环境 相互作用的结果。相互作用的结果。尺度推绎：即指利用某一尺度上所获得尺度推绎：即指利用某一尺度上所获得的信息
17、和知识来推测其他尺度广的现象的信息和知识来推测其他尺度广的现象等级缀块动态范式等级缀块动态范式等级缀块动态范式：等级缀块动态范式： 主要包括下列几方面内容：主要包括下列几方面内容： 3、格局、格局-过程过程-尺度观点尺度观点 湿地生态过程湿地生态过程昆虫繁育昆虫繁育等级缀块动态范式等级缀块动态范式等级缀块动态范式：等级缀块动态范式： 主要包括下列几方面内容：主要包括下列几方面内容： 4、非平衡观点、非平衡观点 5、兼容机制和复合稳定性概念、兼容机制和复合稳定性概念 兼容：兼容：是指低层次非平衡过程被整合到高层次稳定过程的是指低层次非平衡过程被整合到高层次稳定过程的现象；而系统的这种在高层次上表
18、现出的现象；而系统的这种在高层次上表现出的“准准”平衡态特性平衡态特性称为称为复合稳定性复合稳定性。这种高层次所表现出来的复合稳定性的特。这种高层次所表现出来的复合稳定性的特征与混沌理论的征与混沌理论的“有序来自无序有序来自无序”的观点非常吻合。的观点非常吻合。等级缀块动态范式等级缀块动态范式等级缀块动态范式：等级缀块动态范式：以以时、空尺度时、空尺度为其研究生态学现象为基本为其研究生态学现象为基本出发点，以出发点，以兼容兼容为为其内在的动力机制其内在的动力机制的一种非平衡的理论。的一种非平衡的理论。从结构上强调了生态系统就是由具有从结构上强调了生态系统就是由具有不同性质、不同大不同性质、不同
19、大小且可以相互包容的斑块镶嵌体小且可以相互包容的斑块镶嵌体所组成的等级系统；所组成的等级系统；从状态上强调了生态系统是一个从状态上强调了生态系统是一个不断变化的动态过程不断变化的动态过程，且这一动态的过程是由斑块镶嵌体所组成的等级系统的总且这一动态的过程是由斑块镶嵌体所组成的等级系统的总体变化所体现出来的；体变化所体现出来的；从研究方法上强调了从研究方法上强调了格局对于生态学过程研究格局对于生态学过程研究的重要性，的重要性，也就是说，不能忽略生态格局与时空尺度的关系。也就是说，不能忽略生态格局与时空尺度的关系。生态学范式和理论的发展及生态学范式和理论的发展及其相互关系其相互关系(引邬建国、引邬
20、建国、1996)二、景观变化的规律性及其判断标准二、景观变化的规律性及其判断标准1 景观随时间变化的趋势景观随时间变化的趋势按生态过程的长期性划分按生态过程的长期性划分 主要有恒定模式主要有恒定模式(constant trend)、周期循环模式、周期循环模式(cyclical trend) 、定向模式、定向模式(directional trend)、分段模式、分段模式(episodic trend)和灾变模式和灾变模式(catastrophic trend)度量的景观参数度量的景观参数 景观参数是指景观生产力、生物量、斑块的形状或面积、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
21、度、基质的空隙度生物多样性、网络发育情况、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、景观要素间的流等演替速率、景观要素间的流等二、景观变化的规律性及其判断标准二、景观变化的规律性及其判断标准2 景观变化的判断标准景观变化的判断标准 基质变化基质变化(某一非基质景观组分发展成为机制某一非基质景观组分发展成为机制)：新的：新的基质基质原来的基质原来的基质 景观景观空间格局改变空间格局改变(几种景观组分类型所占景观的百几种景观组分类型所占景观的百分比发生了足够大的变化分比发生了足够大的变化) 出现覆盖一定范围的出现覆盖一定范围的新的景观要素类型新的景观要素类型(景观内产景观内产生了
22、一种新的景观组分，并达到一定的覆盖范围生了一种新的景观组分，并达到一定的覆盖范围)如：如：植被演替、城乡变化、土地覆盖变化植被演替、城乡变化、土地覆盖变化等等(a) 美国田纳西洲阿巴拉契亚硬木林在美国田纳西洲阿巴拉契亚硬木林在1000年内预测的生物量年内预测的生物量变化变化(b) 英国剑桥附近罗金厄姆林地面积英国剑桥附近罗金厄姆林地面积400年来的变化年来的变化 (c) 夏威夷冒纳罗亚山上空夏威夷冒纳罗亚山上空22年间大气中年间大气中CO2含量的变化含量的变化景观变化的尺度问题景观变化的尺度问题 分析景观变化，要有尺度观念，离开尺度，是不分析景观变化，要有尺度观念，离开尺度，是不能讨论景观变化
23、的。景观变化的尺度问题，有空间能讨论景观变化的。景观变化的尺度问题，有空间尺度和时间尺度两层含义尺度和时间尺度两层含义 时间尺度：时间尺度：变化是在两个时间段内发生的，必须变化是在两个时间段内发生的，必须确定一个来衡量景观动态变化的时间段确定一个来衡量景观动态变化的时间段(多少时间多少时间) 空间尺度：空间尺度：景观景观(组分组分)发生了变化，在空间上就有发生了变化，在空间上就有反映，在多大空间范围内能够察觉这种变化？需要反映，在多大空间范围内能够察觉这种变化？需要确定一个空间范围确定一个空间范围(尺度尺度)例例 1 ：DNA的变化的变化 DNA总是在变化的，但大约需要一万年才能固定下来。总是
24、在变化的，但大约需要一万年才能固定下来。因此，时间尺度有利于我们理解生物多样性保护的深远意因此，时间尺度有利于我们理解生物多样性保护的深远意义义 物种的产生和消失是个自然过程，一个漫长的自然过物种的产生和消失是个自然过程，一个漫长的自然过程，而人类活动引起的物种消失却只要几年或几十年，因程，而人类活动引起的物种消失却只要几年或几十年，因而，生物多样性保护成为当今国际热点而，生物多样性保护成为当今国际热点例例2：水分与甲虫的进化：水分与甲虫的进化 在潮湿生境中生存的日本甲虫，它们的天敌也喜欢在潮在潮湿生境中生存的日本甲虫，它们的天敌也喜欢在潮湿生境中生存湿生境中生存环境良好，种群大发展环境良好，
25、种群大发展干旱生境干旱生境干旱年份，不能大量繁殖干旱年份，不能大量繁殖尺度尺度？三、景观稳定性及其测度三、景观稳定性及其测度稳定性、准稳定性和不稳定性稳定性、准稳定性和不稳定性 1) 生物系统的生物系统的稳定性稳定性(stability)是相对的，景观参数的长是相对的，景观参数的长期变化成水平状态，并且在其水平线上下波动，波动幅期变化成水平状态，并且在其水平线上下波动，波动幅度和周期具有统计特征的，我们认为是稳定的度和周期具有统计特征的，我们认为是稳定的 2) 准稳定性准稳定性(meta-stability)：因为景观变化并不是固定：因为景观变化并不是固定不变的，而是处于动态平衡之中，说它是动
26、态的，是因不变的，而是处于动态平衡之中，说它是动态的，是因为它还在变化，说它是平衡的，因为从较长的尺度来说，为它还在变化，说它是平衡的，因为从较长的尺度来说，它又是不变的它又是不变的三、景观稳定性及其测度三、景观稳定性及其测度稳定性、准稳定性和不稳定性稳定性、准稳定性和不稳定性 3) 不稳定性不稳定性是指波动方式经常发生变化或不可预测。不是指波动方式经常发生变化或不可预测。不稳定性可能出现两种情况：稳定性可能出现两种情况： 一是一是受到干扰后打破原有平衡后立刻建立新的平衡。受到干扰后打破原有平衡后立刻建立新的平衡。即以新的平衡代替原有的平衡即以新的平衡代替原有的平衡 二是二是旧的平衡被打破后，
27、新的可预测的稳定状态并旧的平衡被打破后，新的可预测的稳定状态并未出现。比如：干旱的草地一经耕垦，就会不稳定未出现。比如：干旱的草地一经耕垦，就会不稳定三、景观稳定性及其测度三、景观稳定性及其测度关于稳定性的其他重要概念：关于稳定性的其他重要概念：恒定性、恒定性、持久性持久性、惯性、惯性、恢恢复力复力(弹性弹性)、恢复性、恢复性、抗性抗性、变异性、变幅等、变异性、变幅等 P75 （1）持久性持久性(persistence) 指一个系统或它的一些分量的持续存留时间指一个系统或它的一些分量的持续存留时间 （2）抵抗力抵抗力(resistance) 指一个系统对某种干扰就地抵制的能力指一个系统对某种干
28、扰就地抵制的能力 （3）恢复力恢复力(resilience) 指一个系统在受到干扰破坏后恢复其功能的能力指一个系统在受到干扰破坏后恢复其功能的能力三、景观稳定性及其测度三、景观稳定性及其测度4 ) 关于景观特性与稳定性关系的基本原则：关于景观特性与稳定性关系的基本原则：岩石、水泥路面等无生物定居地，具有物理系统的岩石、水泥路面等无生物定居地，具有物理系统的稳定性稳定性随生物量的增加准稳定性增加随生物量的增加准稳定性增加顶级群落的准稳定最大，中间演替阶段次之，先锋顶级群落的准稳定最大，中间演替阶段次之，先锋阶段最小阶段最小从抵抗力来说，顶级群落大于先锋群落；从恢复力从抵抗力来说，顶级群落大于先锋
29、群落；从恢复力来说，先锋群落大于顶级群落来说，先锋群落大于顶级群落三、景观稳定性及其测度三、景观稳定性及其测度5) 斑块动态：斑块动态：指的是相互隔离的斑块是变化的。与斑块指的是相互隔离的斑块是变化的。与斑块动态类似的概念是动态类似的概念是“流动镶嵌体流动镶嵌体”(shifting mosaic)，强调受到干扰的斑块在空间和时间上的分布是均匀的，强调受到干扰的斑块在空间和时间上的分布是均匀的，并且在总体上是平衡的并且在总体上是平衡的 一个景观是否平衡决定于两点：一个景观是否平衡决定于两点： 群落特征和干扰事件之间存在着反馈关系群落特征和干扰事件之间存在着反馈关系 当干扰斑块相对于整个景观的面积
30、，占的比重较小时当干扰斑块相对于整个景观的面积，占的比重较小时 注：注：熵值越低，景观越不稳定，说明斑块类型越多；熵值越低，景观越不稳定，说明斑块类型越多；反之则相反：火山喷发反之则相反：火山喷发先锋植物先锋植物.顶级群落顶级群落1 作用力的种类作用力的种类v 人力人力(采集、破坏、建设采集、破坏、建设) 如：采伐、造林、灌溉、种植、文化等如：采伐、造林、灌溉、种植、文化等v 自然力自然力(气候和地貌、生命进程、自然干扰气候和地貌、生命进程、自然干扰 ) 物理力物理力(如：地震、洪水、台风如：地震、洪水、台风) 生物力生物力(如：病害、虫害如：病害、虫害)四、景观变化的作用力四、景观变化的作用
31、力2 不同强度作用力的生态反应不同强度作用力的生态反应按照作用的强度分为按照作用的强度分为四级四级：极度、强度、中度或弱度极度、强度、中度或弱度极度极度：产生新景观。比如：地震：产生新景观。比如：地震强度强度：使景观产生新的平衡。景观成分未发生绝对变：使景观产生新的平衡。景观成分未发生绝对变化，只是相对地位有所改变。比如：耕作化，只是相对地位有所改变。比如：耕作四、景观变化的作用力四、景观变化的作用力衡量某一景观变成另一景观的标准：衡量某一景观变成另一景观的标准： 1）某一景观要素成为）某一景观要素成为基质基质 2）几种景观要素所占面积的百分比发生）几种景观要素所占面积的百分比发生了非常大的变
32、化。景观内产生了一种新的了非常大的变化。景观内产生了一种新的景观要素类型景观要素类型四、景观变化的作用力四、景观变化的作用力 中度中度：使景观发生很大变化，可产生超过平衡的波动，：使景观发生很大变化，可产生超过平衡的波动，但是一旦停止干扰仍但是一旦停止干扰仍可可使景观使景观恢复恢复到原有的平衡状态到原有的平衡状态 如：连续几年干旱，河流干涸，气候正常，恢复原有景观如：连续几年干旱，河流干涸，气候正常，恢复原有景观 弱度弱度：使景观产生围绕中心点的波动：使景观产生围绕中心点的波动 如：小的森林火灾如：小的森林火灾 四种强度产生四种强度产生四种结果四种结果：波动、恢复、建立新的平衡和：波动、恢复、
33、建立新的平衡和景观替代景观替代五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程1 气候气候 1) 气候的意义气候的意义它影响到有机体的生命过程它影响到有机体的生命过程气候影响土壤过程气候影响土壤过程气候控制地形、地貌的形成过程气候控制地形、地貌的形成过程 2) 气温气温(年均温、月均温、积温、生长季长度、物候和年均温、月均温、积温、生长季长度、物候和绝对低温等绝对低温等) 年较差是年较差是1月和月和7月平均温度的差值。它随纬度而加月平均温度的差值。它随纬度而加大，陆地一般比同纬度海洋大大，陆地一般比同纬度海洋大五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程3) 降水量和干燥度降水量和
34、干燥度我国降水量分布规律：自东南沿海向西北内陆而逐渐我国降水量分布规律：自东南沿海向西北内陆而逐渐递减递减2 地貌地貌1) 地貌的意义地貌的意义地貌影响整个生态环境地貌影响整个生态环境地貌影响物质的流动和生物的移动地貌影响物质的流动和生物的移动地貌影响各种干扰发生的频率、强度和空间格局地貌影响各种干扰发生的频率、强度和空间格局2) 地貌类型地貌类型 根据地貌形成的作用力：根据地貌形成的作用力：原始地貌原始地貌(内营力内营力)、后续地、后续地貌貌(外营力外营力) 按地面高度和形态分：按地面高度和形态分：平原平原 、丘陵、丘陵 、山地、山地(极高山、极高山、高山、中山和低山高山、中山和低山)、高原
35、、高原 、盆地、盆地 五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程3) 山地地貌山地地貌 (1) 山坡地貌：坡度山坡地貌：坡度 坡度决定土地利用种类，坡度大小决定于土壤机械组成、坡度决定土地利用种类，坡度大小决定于土壤机械组成、土壤侵蚀强度、植被类型和盖度。坡度的等级：平坦地土壤侵蚀强度、植被类型和盖度。坡度的等级：平坦地(5o以以下下)、缓坡、缓坡(615o)、斜坡、斜坡(1625o)、陡坡、陡坡(2635o)、急坡、急坡(3645o)、险坡、险坡(45o以上以上) (2) 山坡的形态山坡的形态 剖面和海拔上的凸形、凹形和线形组成剖面和海拔上的凸形、凹形和线形组成12种山坡的形态种山
36、坡的形态五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程 此外，还有河谷地貌、河漫滩、洪积扇、河流阶地、黄此外，还有河谷地貌、河漫滩、洪积扇、河流阶地、黄土地貌、黄土沟谷地貌、纹沟、细沟、切沟、冲沟等土地貌、黄土沟谷地貌、纹沟、细沟、切沟、冲沟等五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程3 土壤土壤 1)土壤的意义土壤的意义 土壤具有一定肥力，可生长植物土壤具有一定肥力，可生长植物 它提供给植物水、营养是物质交换的场所它提供给植物水、营养是物质交换的场所 它也是独立的生态系统它也是独立的生态系统 是建筑上的基础材料是建筑上的基础材料 2)土壤的性质土壤的性质 (1)土壤厚度和土壤
37、物理性；土壤厚度和土壤物理性；(2)土壤化学性；土壤化学性；(3)土壤性质与土壤性质与生物的作用生物的作用 3) 土壤动物和土壤微生物土壤动物和土壤微生物五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程4 植被植被 1) 植被的意义植被的意义 生态系统的生产者生态系统的生产者 植被与气候、地形和土壤相互作用植被与气候、地形和土壤相互作用 2) 植被的结构植被的结构 (1) 生活型和层次结构；生活型和层次结构；(2) 种类组成；种类组成；(3) 周期性；周期性；(4) 叶叶子的形状、大小和组织子的形状、大小和组织 3) 主要植被类型的特点和分布主要植被类型的特点和分布五、影响景观变化的自然过
38、程五、影响景观变化的自然过程5 生命的进程生命的进程植物的定居植物的定居动物的定居动物的定居物种的形成物种的形成植被高度的变化植被高度的变化动物定居的特点：动物定居的特点： 定居速度快定居速度快 与环境变化密切相关，受自然选择更强烈与环境变化密切相关，受自然选择更强烈 动物定居的结果是在景观中形成一个反馈环动物定居的结果是在景观中形成一个反馈环五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程6 自然干扰自然干扰 1) 有关干扰的概念：有关干扰的概念：干扰是使生态系统、群落或种群的结干扰是使生态系统、群落或种群的结构遭到破坏和使资源、基质的有效性或物理环境发生变化的构遭到破坏和使资源、基质的
39、有效性或物理环境发生变化的任何相对离散的事件。如：火灾、洪水、地震任何相对离散的事件。如：火灾、洪水、地震 干扰状况干扰状况是指某个地区或某种特定立地上，某种干扰因素是指某个地区或某种特定立地上，某种干扰因素各种参数的综合，可以从时间和空间的分布格局来说明干扰各种参数的综合，可以从时间和空间的分布格局来说明干扰状况状况 空间上：空间上：干扰斑块的大小、形状、分散程度等干扰斑块的大小、形状、分散程度等 时间上：时间上：干扰重现期、干扰频率、干扰轮回期等干扰重现期、干扰频率、干扰轮回期等五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程 干扰重现间隔期：干扰重现间隔期：指的是一个地点相邻两次干扰
40、之间指的是一个地点相邻两次干扰之间相互作用的年数相互作用的年数 干扰频率：干扰频率：是重现间隔期的倒数是重现间隔期的倒数 干扰轮回期：干扰轮回期：指的是将与一个研究面积相等大小的一指的是将与一个研究面积相等大小的一块土地全部干扰一遍的时间块土地全部干扰一遍的时间 干扰强度：干扰强度：是从干扰因素本身来看，在一定时期，一是从干扰因素本身来看，在一定时期，一定面积上，该事件的物理力。比如：火灾时，单位面积定面积上，该事件的物理力。比如：火灾时，单位面积单位时间释放的热量单位时间释放的热量 干扰烈度：干扰烈度：从对有集体、群落或生态系统的影响来从对有集体、群落或生态系统的影响来表示。比如：火烧死的株
41、数表示。比如：火烧死的株数 2) 关于自然干扰的假说关于自然干扰的假说 关于干扰的生物学意义有两种假说：关于干扰的生物学意义有两种假说： 中等干扰假说：中等干扰假说：一个群落经历的干扰呈某种中等一个群落经历的干扰呈某种中等水平时，种的丰富度最大。比如森林中的干扰水平时，种的丰富度最大。比如森林中的干扰 干扰频率与种的丰富度的关系假说：干扰频率与种的丰富度的关系假说：只有干扰发只有干扰发生得比竞争排斥所需要的时间更加频繁时，才能维生得比竞争排斥所需要的时间更加频繁时，才能维持种的丰富度持种的丰富度3) 干扰发生及其后果的影响因素干扰发生及其后果的影响因素 (1) 群落结构：群落结构：不同的生活型
42、和外貌，对干扰发生及造不同的生活型和外貌，对干扰发生及造成的后果有显著的影响。比如火灾对森林和草原。成的后果有显著的影响。比如火灾对森林和草原。 对森林来说，树种、年龄与干扰有关。比如老龄林易对森林来说，树种、年龄与干扰有关。比如老龄林易发生火灾，针叶树比阔叶树易发生火灾。发生火灾，针叶树比阔叶树易发生火灾。 (2) 立地条件：立地条件：比如草原和沼泽比如草原和沼泽 (3) 生活史对策：生活史对策：指在进化过程中形成的，遗传上决定指在进化过程中形成的，遗传上决定的生长速率和光合产品的分配以及生活周期中各种事件发的生长速率和光合产品的分配以及生活周期中各种事件发生的时间。比如生的时间。比如r对策
43、和对策和k对策对策 (4) 景观特征景观特征 景观特征指的是景观要素的类型、大小、分布、隔离程景观特征指的是景观要素的类型、大小、分布、隔离程度以及构图等度以及构图等 比如林区火灾的蔓延与溪流的分布相关。但火灾频繁发比如林区火灾的蔓延与溪流的分布相关。但火灾频繁发生地区，产生了生地区，产生了“耐火植物耐火植物”，这里的火灾已经不再是干，这里的火灾已经不再是干扰而是景观的一部分扰而是景观的一部分4) 干扰对景观的影响干扰对景观的影响 中等干扰有利于形成景观的异质性。比如林中的泥石流中等干扰有利于形成景观的异质性。比如林中的泥石流 景观格局与干扰状况相对应。比如大兴安岭森林格局与景观格局与干扰状况
44、相对应。比如大兴安岭森林格局与火灾火灾五、影响景观变化的自然过程五、影响景观变化的自然过程 7 人为因素人为因素 人口因素、技术因素、政经体制、决策因素、人口因素、技术因素、政经体制、决策因素、文化因素文化因素(公众意见、思想体系、法律、知识公众意见、思想体系、法律、知识)等影等影响下，景观的变化主要表现为土地利用响下，景观的变化主要表现为土地利用/土地覆被土地覆被(LUCC)的变化的变化 因此，这些因子的作用应当十分关注因此，这些因子的作用应当十分关注人类对景观的影响人类对景观的影响1 人类活动造成的环境问题人类活动造成的环境问题 1) 全球气候变暖全球气候变暖 化工燃料，化工燃料，CO2排
45、放，工业化以前排放，工业化以前280mg/kg，1990年年353mg/kg，预计，预计2030年年450mg/kg，CO2使地表升温使地表升温24.2 ，冰山融化，海平面上升，冰山融化，海平面上升 2)大气污染和酸雨危害大气污染和酸雨危害 大气污染主要是大气污染主要是SO2，固体悬浮颗粒，氮氧化物和各，固体悬浮颗粒，氮氧化物和各类芳烃化合物。酸雨欧洲类芳烃化合物。酸雨欧洲1.41亿公顷森林，有亿公顷森林，有5000公顷公顷受酸雨危害，瑞典受酸雨危害，瑞典18000个湖泊酸化，加拿大、美国。个湖泊酸化，加拿大、美国。我国西南、华南严重我国西南、华南严重人类对景观的影响人类对景观的影响1 人类活
46、动造成的环境问题人类活动造成的环境问题 3) 森林和其它天然植被减少森林和其它天然植被减少 据据FAO公布，公布，80年代热带国家森林以年代热带国家森林以0.6%速度消失，速度消失，90年代年代1.2%，30年后不再有热带森林年后不再有热带森林 4) 土地退化土地退化 土壤侵蚀、土地沙化。我国水土流失面积土壤侵蚀、土地沙化。我国水土流失面积160万万km2,占全国面积占全国面积16.7%,严重地区，西辽河上游，黄土高原，严重地区，西辽河上游，黄土高原，长江中上游。主要东北、西北和华北，由于盲目开荒、长江中上游。主要东北、西北和华北，由于盲目开荒、超载放牧和过度樵采超载放牧和过度樵采人类对景观的
47、影响人类对景观的影响1 人类活动造成的环境问题人类活动造成的环境问题 5) 水资源短缺、水污染水资源短缺、水污染 淡水仅占地球水量的淡水仅占地球水量的1%，20世纪后，用水量剧增农世纪后，用水量剧增农用增加用增加7倍，工用增加倍，工用增加20倍倍 6) 生物多样性降低生物多样性降低 目前目前3950种濒临灭绝，种濒临灭绝，3647种濒危，种濒危，7240种成为稀种成为稀有种有种人类对景观的影响人类对景观的影响2 按照人为干扰状况将景观分为五种类型：按照人为干扰状况将景观分为五种类型：天然景观：由于天然干扰产生的天然植被，不存在人天然景观：由于天然干扰产生的天然植被，不存在人为干扰为干扰管理景观
48、：有人定居，并对天然植被进行管理管理景观：有人定居，并对天然植被进行管理农田景观：大多数是农田，也有一部分管理植被农田景观：大多数是农田，也有一部分管理植被城郊景观：由农业、城市化和管理植被组成的混合体城郊景观：由农业、城市化和管理植被组成的混合体城市景观：城市化和工业化为本底，存在少数植被城市景观：城市化和工业化为本底，存在少数植被六、景观变化带来的生态环境问题六、景观变化带来的生态环境问题大气质量下降大气质量下降土壤侵蚀和土地沙化土壤侵蚀和土地沙化湿地减少湿地减少水资源短缺水资源短缺非点源污染非点源污染思考题思考题1、何为生态学范式？主要有哪几种生态学范式？、何为生态学范式？主要有哪几种生态学范式？2、等级斑块动态范式的核心要点那些内容？、等级斑块动态范式的核心要点那些内容？3、等级缀块动态范式对应用生态学有那些重要的指、等级缀块动态范式对应用生态学有那些重要的指导意义？导意义？4、影响景观动态变化的因素是啥？、影响景观动态变化的因素是啥？5、景观发生变化后，会带来那些生态后果？、景观发生变化后，会带来那些生态后果？
