景观生态学

景观生态学是研究在一个相当大的区域内，由许多不同生态系统所组成的整体（即景观）的空间结构、相互作用、协调功能及动态变化的一门生态学新分支。下图为景观生态学相关导图笔记整理。

景观生态学

• 景观和结构生态学
  • 景观的概念
    • 生态学的景观通常具有5个方面的特征
      • 1、景观由不同空间单位镶嵌而成，具有异质性
      • 2、景观是具有明显形态特征与功能联系的地理实体
      • 3、景观既是生物的栖息地，更是人类的生存环境
      • 4、景观是处于生态系统之上、区域之下的中度尺度
      • 5、景观具有经济、生态和文化的多重属性
  • 景观生态学及其发展
    • 景观生态学：是研究景观单位的类型组成、空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科
    • 纵观景观生态学的发展历史和研究状况，其发展趋势可以概括为以下3个方面
      • 1、景观生态学基本理论与范氏研究
      • 2、新技术和新方法的应用
      • 3、面向实际问题，拓展应用领域
  • 景观生态学的研究对象和研究内容
    • 1、景观结构
    • 2、景观功能
    • 3、景观动态
  • 景观生态学研究的基本方法
    • 一、遥感（RS）
      • 1、含义
        • 遥远感知事物，也就是不直接接触目标物和现象，在距离地物数千米到数百千米、甚至上千千米的飞机、宇宙飞船、卫星上，使用光学或电子光学仪器（遥感器）接受地面物体反射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读分析和野外实地验证，最终服务于资源勘环境动态监测和有关部门的规划决策
          • 通常把这一接受、传输、处理、分析判读和应用遥感信息的全过程称为遥感技术
      • 2、特点（优点）
        • 1、由于传感器或摄像镜头与被观测物体不相接触，可以避免研究者对研究对象的直接干扰，并且允许重复性观察
        • 2、航空摄像和卫星遥感技术是生态学家目前获取大尺度是（尤其是区域或全球范围）各种生态和物理信息的主要手段
        • 3、遥感技术是大尺度格局动态的唯一监测手段
        • 4、由于航空摄影镜头和卫星传感器有一系列不同的光谱幅度和空间分辨率，而且又处于不同观察高度上，遥感可以有效地为景观生态学研究提供所必需的多尺度上的资料
        • 5、遥感数据一般都是空间数据，即所测信息与地理位置相对应，这也是研究景观的结构、功能和动态所必需的数据形式
      • 3、遥感系统的组成
        • ① 传感器
        • ② 载体
        • ③ 指挥系统
      • 4、遥感的应用
        • 是监测生态学系统在不同尺度上格局与过程变化的极为重要的工具
        • 遥感数据在景观生态学中的应用可以归纳为
          • 1、植被和土地利用分类
          • 2、生态系统和景观特征的定量化（包括不同尺度上缀块的空间格局），植被的结构特征、生境特征以及生物量，干扰的范围、严重程度及频率，生态系统中生理过程的特征（光合作用、蒸发蒸腾作用和水分含量等）
          • 3、景观动态以及生态系统管理方面的研究（包括土地利用在空间和时间上的变化），植被动态（包括群落演替），景观对人为干扰和去阿牛气候变化的反应
    • （二）地理信息系统（GIS）
      • 1、地理信息系统的含义
        • 指表征地理诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系及其变化规律的数字、文字、图像与图形特征的总称
        • 以地理空间数据库为基础，在计算机软件和硬件的支持下，对有关空间数据按地理坐标或空间位置进行预处理、输入、存储、查询、检索、运算、分析、显示、更新和提供应用及研究，并处理各种空间实体机空间关系为主的技术系统
      • 2、地理信息系统特性
        • 1. 地理信息系统具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力
        • 2. 具有空间分析、多要素综合分析和预测预报的能力，为宏观决策管理服务
        • 3. 能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究
      • 3、地理信息系统的组成
        • 由4部分组成
          • 计算机硬件系统
          • 软件系统
          • 地理空间数据
          • 管理人员
      • 4、地理信息系统应用
        • 主要包括
          • 分析景观空间格局及其变化；确定不同环境和生物学特征在空间上的相关性；确定缀块大小、形状、毗邻性和连接度；分析景观中能量、物质和生物流方向和通量；景观变量的图像输出以及与模拟模型结合在一起的使用
    • （三）全球定位系统（GOS）
      • 1、全球定位系统的组成
        • 1. 卫星
        • 2. 控制系统
        • 3. 用户设备
      • 2、全球定位系统工作原理
      • 3、全球定位系统的应用
        • 具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性和实时性等特有的优势
        • 全球定位系统对景观生态学研究有重要推动作用
          • 全球定位系统已被用于监测动物活动行踪、生境图、植被图、及其他资源图的制作，航空照片和卫星遥感图像的定位和地面校正，以及环境监测等方面
• 景观结构
  • 斑块
    • 一、斑块的概念
      • 斑块：在外貌上与周围环境有所不同的一块非线性地表区域，是构成景观的基本结构和功能单元
    • 二、斑块的类型
      • 1、环境资源斑块
        • 由于环境条件（如气候、地形、土壤、水分、养分等）在空间上分布不均匀而形成的斑块
        • 环境资源斑块与干扰无关
      • 2、干扰斑块
        • 由局部性干扰（如泥石流、风暴、雪崩、病虫害的暴发）以及人类活动干扰而形成小面积斑块
      • 3、残存斑块
        • 由大范围干扰活动（如森林砍伐、森林或草原火灾、农业活动和城市化等）造成的局部范围内幸存或残存的自然与半自然生态系统片段
      • 4、人工斑块
        • 由人类引入新的植物或动物，或人类自身活动所形成的斑块
    • 三、斑块的结构特征与生态学效应
      • 1、斑块的大小与生物多样性
        • 根据岛屿生物地理学理论
          • 斑块中的物种丰富度与斑块面积成正比
        • 大斑块有利于生境敏感种的生存，为景观中其他部分提供种源，为大型动物以及需要大生境范围的物种提供适宜的栖息地。
        • 小斑块通常是一些边缘种、稀有种的栖息地，还能作为物种传播的“踏脚石”
      • 2、斑块的形状及其生态学效应
        • 自然过程造成的斑块（如自然生态系统），常表现出不规则的复杂形状； 而人为斑块（如农田、居民区和城市等），往往表现出较规则的几何形状
      • 3、斑块的结构与生态系统过程
        • 斑块的结构特征对生态系统的生产力、养分循环和水土流失等过程都有重要影响
  • 廊道
    • 一、廊道的概念
      • 廊道：指线形的景观单元，如道路、河流、农田防护林、堤坝、水渠等
    • 二、廊道的类型
      • 1、按起源类型
        • ① 干扰廊道
          • 带状干扰造成的
        • ② 残余廊道
          • 对周围基质的干扰所引起
        • ③ 环境资源廊道
          • 由于异质性的环境资源在空间的线状分布而产生的
        • ④ 人工廊道
      • 2、按结构特点分类
        • ① 线状廊道
        • ② 带状廊道
        • ③ 河流廊道
      • 3、廊道的结构特征与生态学效应
        • 景观为廊道所分割，同时又被廊道连接，这种双重而又相反的特性决定了廊道在景观中的重要作用
        • 弯曲度是廊道最重要的特征之一
        • ① 栖息地
          • 一般这种情况下，在廊道中见不到稀有种和濒危种
        • ② 通道
        • ③ 过滤器
          • 廊道是半渗透性的过滤器
        • ④ 源或汇
          • 一方面具有较高的生物量和若干野生动植物种群，为景观中的其他组分起到源的作用； 另一方面也可阻截和吸收来自周围农田水土流失的养分与其他物质，从而起到汇的作用
  • 基质
    • 一、基质的概念
      • 基质：面积最大、连通性最好、对景观总体动态支配作用最大的景观类型
      • 基质的3条标准
        • 相对面积
        • 连接度
        • 动态控制作用
    • 二、基质的判定
      • 1、相对面积
        • 当一种景观要素类型在该景观中所占面积最大时，即应该认为它是该景观的基质
        • 基质的面积应超过所有任何其他类型的总和，或者说，应占总面积的50%以上。 如果面积在50%以下，就应考虑其他标准
      • 2、连接度
      • 3、动态控制作用
      • 相对面积最易估计 动态控制最难估计 连接度介于中间
    • 三、基质的结构特征与生态学效应
      • 1、基质连接度
      • 2、狭窄地带
      • 3、孔隙度
  • 景观格局、等级和尺度
    • 一、景观格局
      • 概念
        • 是指景观斑块在空间上的配置，是景观异质性的具体表现，同时又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果
    • 二、景观格局与等级和尺度
      • 等级理论认为：任何系统都属于一定的等级，并具有一定时间和空间尺度
      • 生态系统具有等级结构的性质，可分解为不同的等级层次，不同等级层次上的系统具有不同的特征
• 景观功能
  • 能量扩散
    • 能量扩散主要包括：热能和生物能的扩散
    • 扩散作用主要取决于不同景观斑块间的温度或密度差
    • 能量扩散是以风为主要媒介的过程
  • 物质流动
    • 景观中的物质流主要指：水流、养分流、和空气流
    • 水在重力作用下以物质流的形式流动，同时又携带一些营养物质、种子等运动，甚至冲走土壤颗粒造成水土流失和泥石流
    • 动物在景观中的迁移对养分在景观中的再分配起重要作用
      • 特别是一些大型动物，它们在富含营养物质的斑块上觅食，导致景观中养分流失，通过排泄将养分释放至它们栖息的斑块，导致景观中养分富集
    • 人类在景观的养分运动中起着重要作用，人类从自然景观中收割庄稼、割草和砍伐森林等，在带走大量物质的同时，也带走了景观中的养分
      • 频繁的收获最终将导致土壤的贫瘠化和土地退化
  • 物种运动
    • 物种在景观中的运动可分为：主动运动和被动运动
      • 主动运动：一般指物种通过本身有目的的行为，从一个地方千玺到另外一个地方
        • 通常表现较多的是动物在景观中的运动，如动物和候鸟的季节性迁徙
      • 被动运动：指借助外界的作用进行的迁移
        • 标注被动运动时物种处于被动地位，物种无法选择适合于自己的生态环境，在生态上具有较大的风险，有时会导致物种的灭绝和物种生态习性的退化
        • 植物在景观中的迁徙主要是被动运动，通过风、水和其他动物或人类将植物种从一个地方带到其他地方，这种迁移方式对景观面貌和格局的影响较大，有时甚至可以完全破坏原来的景观格局
          • 动物也存在被动的运动方式，可分为两个方面
            • 1、由于人为的干扰
            • 2、由于人类活动的加剧引起自燃栖息地面积的减少或破碎化
    • 物种运动的目的
      • 是为了适宜环境的变化或去寻找更适合于自己生存的生态环境，在一定程度上可以促进生物物种的扩散和传播，有利于生物种的保护和生态系统的自身优化
    • “廊道”再生：廊道有利于斑块内物种部分灭绝后的再生，而斑块是廊道的物种源
• 景观动态变化
  • 景观稳定性
    • 景观变化的判断标准
      • 1、景观基质发生变化，一种新的景观要素类型成为景观基质
      • 2、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
      • 3、景观内产生一种新的景观要素类型，并达到一定覆盖范围
    • 景观稳定性
      • 系统稳定性一般包括两个方面的含义
        • 1、系统保持现有状态的能力，即抗干扰的能力
        • 2、系统受干扰后回归该状态的倾向，即受干扰后的恢复能力
      • 对景观的稳定性可从下述4个方面来分析和衡量
        • 1、景观基本要素具有再生能力
        • 2、景观中的生物组分保持物质平衡
        • 3、景观空间结构的多样性和复杂性有助于保持功能的稳定性
        • 4、人类活动的干扰影响未超出景观自然稳定性的承受能力
  • 景观变化的驱动因子
    • 一、自然驱动因子
      • 1、地貌的形成
        • ① 地壳构造运动
        • ② 风和流水作用
        • ③ 重力和冰川作用
      • 2、气候的影响
      • 3、生命的定居
        • 先锋植物：一些种子在适宜的温度和湿度条件下扎根、萌发并生长起来成为先锋植物
        • 后期由于其他物种的侵入与原有物种展开竞争， 竞争结果是先锋植物又被后来的植物所代替，直到形成与当地气候相适应的顶级群落
      • 4、土壤的发育
        • 植被可以改变土壤，而土壤又可以改变植被
        • 土壤的变化有利于植被的发育，植被变化的结果加快土壤的发育
      • 5、自然干扰
        • 火烧可能是一种纯自然的干扰
        • 洪水、飓风和龙卷风等自然灾害常常导致大面积景观发生变化
    • 二、人为驱动因子
      • 1、人口因素
      • 2、技术因袭
      • 3、政治经济体制及政策因素
      • 4、文化因素
  • 景观变化的生态环境效应
• 景观生态学理论
  • 岛屿生物地理学理论
    • 生态学家早就注意到物种丰富度随岛屿面积或陆地群落的取样面积呈单调增加的趋势
    • 1、物种丰富度
      • 岛屿上物种的丰度取决于两个过程：物种迁入和灭绝
    • 2、动态平衡
      • 随着岛屿中物种丰富的增加，迁入率呈下降趋势，而灭绝率呈上升趋势
      • 当迁入率与灭绝率相等时，岛屿物种丰富度达到动态平衡状态，即虽然种的组成可不断更新，但丰富度数值保持不变
        • 在理论上，平衡状态下的物种周转率在数值上等于种的迁入率或种的灭绝率
    • 3、距离效应：由于不同种在传播能力方面的差异和岛屿隔离程度相互作用所引起的现象
    • 4、面积效应：岛屿面积越小，种群则越小，由随机因素引起的物种绝灭率将会增加，
  • 复合种群理论
    • 一、复合种群的概念
      • 复合种群：指空间上彼此隔离，功能上互相联系的两个或两个以上的亚种群或局地种群斑块系统
      • 复合种群的定义可分为狭义和广义两种
        • 狭义
          • 定义：它强调复合种群必须表现出明显的局部种群周转（即局部生境缀块中生物个体全部消失，尔后又重新定居，如此反复的过程）
          • 必须满足的两个条件
            • 1、频繁的亚种群或生境斑块水平的局部性绝灭
            • 2、亚种群或生境缀块间的生物繁殖体或个体的交流（迁移和再定居过程）
        • 广义
          • 定义：即所有占据空间上非连续生境斑块的种群集合体，只要斑块之间存在个体（对动物而言）或繁殖体（对植物而言），不管是否存在局部种群周转现象
    • 二、复合种群的类型
      • 1、经典型复合种群
      • 2、大陆 — 岛屿型复合种群
        • 由少数很大的和许多很小的生境斑块所组成
      • 3、斑块型种群
      • 4、非平衡态复合种群
      • 5、混合型复合种群
  • 边缘效应理论
    • 概念
      • 边缘效应：斑块的边缘部分由于受相邻斑块或周围环境的影响，表现出与斑块中心部分不同的生态学特征的现象
        • 斑块中心部分在气象条件（如光照、温度、湿度和风速）、物种组成及生物地球化学循环等方面都可能与其边缘部分不同
        • 斑块的周边部分通常具有较高的物种丰富度与初级生产力
      • 当斑块总面积增大时，中心区面积比边缘面积增加得快； 同样 ，当斑块总面积减小时，中心区面积则比边缘面积减小得快
  • 景观等级理论
    • 等级（系统）理论：是关于复杂系统结构、功能和动态的理论
    • 等级是一个由若干单元组成的有序系统，而复杂性常常具有等级形式，一个复杂的系统由相互关联的亚系统组成，亚系统又由各自的亚系统组成，往下类推直到最低层次
    • 高等级层次上的生态过程往往是大尺度、低频率和低速率
    • 等级系统具有垂直和水平两种结构
      • 垂直结构：是指等级系统中的层次数目、特征及其相互作用关系，水平结构则指同一层次上亚系统的数日、特征和相互作用关系
      • 由于界面对通过它的能流、物流和信息流具有过滤作用，因而也可理解成过滤器。
        • 因此等级系统的垂直结构和水平结构均具有界面，但这些界面并不一定都是有形的
    • 等级结构的特征可以用松散垂直耦连和松散水平耦连
      • “松散”意味着“可分解”，而“耦连”却意味着“抵制分解”