(园林工程)景观生态学课堂笔记(园林专业)

第一章绪论
一、景观生态学的概念与发展
在19世纪中期由Haeckel提出生态学一词，随着时间的推移，生态学已成为一个既古老而又现代的学科，它研究的主要内容就是生物或生物群体与其环境的关系，而通常我们又将它分为几个层次：个体、种群、群落和生态系统，而景观是比生态系统更高一层次的生物层次。

景观生态学自1939年由特罗尔提出后，发展十分迅速，已成为生态学一重要分支，并且已形成一套自己的理论，为生态学的发展提供了一个全新的空间。

1、景观（landscape)
“景观”的三种理解：
1.视觉美学在欧洲，“景观”一词最早来源于《圣经》中，用来描述耶路撒冷城美丽的景画。

与“风景”同意。

例“黄山”、“泰山”、“苏州园林”。

2.地理学景观作为地球表面气候、土壤、地貌、生物各种成分的综合体，类似于生物群落。

3.景观生态学空间上相邻、功能上相关、发生上有一定特点的生态系统的聚合。

2 、景观的定义和特征
景观：是以类似方式重复出现的、相互作用的若干生态系统的聚合所组成的异质性土地地域。

（1986，Forman & Godron) 例：“秦岭”
景观生态学：研究相关景观系统的相互作用、空间组织和相互关系的一门学科，即研究由相互作用的生态系统组成的异质地表的结构、功能和动态。

其他定义：
（1）Troll(1983) 德国景观是控制某一地区不同空间单元的自然与生物的关系。

（2 ）Zonneveld 荷兰景观是地球表面空间的一部分，是由岩石、水、空气、植物、动物以及人类活动所形成的系统的复合体，并通过其外貌构成一个可识别的实体。

（3 ）Vink 荷兰景观是连同其所有现象（地形、土壤、植被、人为影响）的陆地表面；是具有特有的地形、土壤、植被的陆地表面的一个区域；是相互有关的几片土地的天然配置。

特征：1 生态系统的聚合。

2 各生态系统之间的物质能量流动和相互影响。

3 具有一定的气候和地貌特征。

4 与一定的干扰状况的聚合相对应。

3、景观要素
定义：景观是由不同生态系统组成的镶嵌体，其组成单元称之为景观要素
按自然条件或立地条件划分的景观单元—景观成分。

按人类活动的影响划分的景观单元—景观要素。

景观和景观要素是相对的，景观强调异质，景观要素强调匀质。

景观现象具有尺度效应。

4、景观生态学的发展历史
国外
（1）.萌芽(19世纪初~20世纪30年代)
首先生态学的出现，19世纪中期Haeckel，把研究生物和环境关系的科学称之为生态学。

其后，从个体生态学发展到群落生态学。

1935年，英国生态学家坦斯利提出了生态系统的术语。

（2.）巩固(20世纪30年代后期~60年代中期)
1939年，德国著名的地植物学家特罗尔，在利用航片中研究东非土地利用问题时提出了景观生态学一词。

随后，一些科学家将景观生态学作为生态学一分支进行研究。

二战爆发过程中，景观生态学研究几乎处于停滞状态，二战后，由于人口、粮食、环境问题，景观生态学得到蓬勃发展，中欧成为景观生态学研究的主要地区。

（例德国、荷兰、捷克等）
美国从70年代开始景观生态学研究，发展很快。

（3.）发展(20世纪60年代后期~80年代初，初步发展；20世纪80年代，全面发展)
80年代进入景观生态学研究热潮。

1981年，在荷兰召开“第一届景观生态学大会”。

1982年，国际景观生态学协会成立。

（IALE）
1984年，Narch.Z和Lieberman（美国）出版《景观生态学的理论和应用》，第一本景观生态学专著。

1986年，Forman.R&Godron出版《景观生态学》教材，标志景观生态学发展进入了一个全新阶段。

1987年，国际性杂志《景观生态学》出版。

（4）.提高(20世纪90年代，学科的全面提高时期)
90年代，景观生态学全球化普遍提高，技术、手段更为先进。

（例GIS、遥感等）
国内
从80年代初开始，1989年10月在沈阳召开首届景观生态学学术讨论会。

1998年在沈阳举行“亚洲及太平洋地区景观生态学国际会议”。

❖80年代：起步阶段，侧重于国外文献的介绍
•1981年，黄锡畴在《地理科学》上发表了《德意志联帮共和国生态环境现状及保护》一文。

同期还发表了刘安国的《捷克斯洛伐克的景观生态研究》。

这是国内首次介绍景观生态学的文献。

•1983年，林超在《地理译报》上发表了两篇译文，一篇是Troll的《景观生态学》，一篇是E.纳夫的《景观生态学发展阶段》。

•1985年，陈昌笃在《植物生态学与地植物学丛刊》发表《评介Z.纳维等著的景观生态学》一文，这是国内首次对景观生态学理论问题的探讨。

•1986年，景贵和在《地理学报》发表了《土地生态评价与土地生态设计》，这是国内景观生态规划与设计的第一篇文献。

•1988年，李哈滨在《生态学进展》发表了《景观生态学——生态学领域里的新概念构架》一文。

同年的《生态学杂志》分别发表了金维根的《土地资源研究与景观生态学》和肖笃宁等的《景观生态学的发展与应用》。

•1990年肖笃宁主持翻译了R.T.T.Forman和M. Godron的《景观生态学》一书。

•90年代迅速发展，大量论文书籍出现
•1990年，肖笃宁等在《应用生态学报》发表了《沈阳西郊景观结构变化的研究》一文，该文是我国学者参照北美学派的研究方法而开展的景观格局研究的典范著作。

同年景贵和出版了《吉林省中西部沙化土地景观生态建设》论文集。

•伍业钢和李哈滨的《景观生态学的理论发展》（1992）和《景观生态学的数量研究方法》（1992）；
•傅伯杰的《黄土区农业景观空间格局分析》(1995)、《景观多样性分析及其制图研究》(1995)、《景观多样性的类型及其生态意义》(1996
5、景观生态学研究内容和基本原理
（1）研究内容
1.景观结构不同景观要素之间的空间关系。

2.景观功能各种景观要素之间的相互作用，不同生态系统之间的能量流、物质流和物种流(例到物活动等）。

3.景观变化景观的结构和功能上随时间的变化。

4.景观管理通过分析景观特征，提出景观利用管理最优化方案。

➢景观生态分类
➢景观生态评价
➢景观生态规划设计
➢景观规划设计的实施
（2）理论基础
1 景观结构和功能原理
2 生物多样性原理
1.整体论 3 物种流动原理
2.系统论 4 营养再分配原理
5 能量流动原理
6 景观变化原理
7 景观稳定性原理
6、景观生态学的重要学派
（1）美国的景观格局和景观功能研究(Forman, Risser,Turner)
（2）荷兰和德国的土地生态设计(Zorreveld,Haber 国家公园景观规划）
（3）东欧的景观综合研究和景观生态规划。

（Mazur, Ruzicka(捷克）最优设计）（4）加拿大和澳大利亚的土地生态分类
（5）前苏联的景观地球化学研究（波雷诺夫）
7、景观生态学的研究展望
（1）学科主要研究领域的进展
经济观念与生态学研究的融合
人地和谐的未来景观研究
在景观结构和空间格局方面
在景观生态过程研究方面
在景观格局与过程的关系研究上
在景观变化分析方面
（2）新出现的学科领域与生长点
公路和公路网的生态效应
景观毒理(landscape toxicology)研究
湿地景观生态研究
大城市的景观生态过程
（3）重点研究方法和新技术现状及动向
景观生态动态模型
景观指数(Landscape indicators)研究：
区域尺度上多因子风险评价的相对估计法
流域动态模型
遥感与地理信息系统应用
（4）景观生态的应用进展
农业与土地利用
自然资源管理
景观规划与设计
城市景观规划
第一章 3 景观结构景观是由景观元素组成，景观元素是地面上相对同质的生态要素或单元。

景观元素有三种类型：1 斑块(patch) 2 走廊(corridor) 3 基质(matrix) 3.1 斑块(patch)
定义：斑块是一个在外观上与周围环境明显不同的非线性地表区域。

例：天空的云、嵌花路面的石子。

3.1.1 起源与类型（起源原因、特点）
1 干扰斑块(disturbance patch)
原因：由于局部干扰而产生的。

采伐后的森林，草原烧荒，地表煤矿
干扰是引起生态系统格局显著偏离其常态的事件。

举例：风、火、冰雹、山崩、虫害…
↗内、外因（如火灾）
干扰
↘短期、长期短期特点：具有最高的周转率、持续时间最短、消失最快的斑块类型。

2 残存斑块(remant patch)
原因: 由包围着一小块未受干扰地区的大范围干扰造成的.
举例: 寒冷过后阳坡上留下的鸟巢、火灾大火过后残留的一片森林
松弛期：某些种群灭绝速率升高的时期。

调整期：物种变动速率增高的时期。

3 环境资源斑块(environmental patch)
原因：由于环境资源的空间异质性或镶嵌分布而引起。

例如：长白山植物垂直分布、森林中的沼泽。

特点：存留时间长、周转率低。

4 引进斑块(introduced patch)
原因：人类将生物引进一个地区，就产生了引进斑块。

（1）种植斑块(planted patch) 原因：由人种植植物而产生的特点：人维护、存留时间长。

（2）聚居地(homes habitation)
特点：受人干扰的景观中最显著并无处不在的景观成分之一。

物种：人、引进的动植物、不慎引入的害虫、从异地移入的本地种
例如：村落、城镇
斑块的持久性与稳定性
3.1.2 斑块的大小
1 面积对能量和养分的影响
一般的情况总是大斑块比小斑块含的能量和养分丰富。

也有不同，比如，一个小斑块（麦田）从边缘到内部我们会发现边缘产生的产量高于内部。

原因：充分利用光、温度、水、且竞争少。

动物的分布也会因边缘内部的喜爱程度而有所不同。

许多野兔、野鸡等喜欢在边缘地带活动，食草与食肉动物也经常在边缘地带活动，边缘单位的生物量也高于内部。

边缘地带植物密度高于内部，故营养也高于内部地带，由于小斑块的饿边缘/内部比大于大斑块，因此小斑块单位面积的能量与物质不同于大的斑块。

大斑块比小斑块有更高的营养级的动物，并且食物链也更长。

2 面积对物种的影响
（1）岛屿
在生物群落里，物种的多样性随面积的增加而增加。

岛上种数与面积大小的关系的三种解释：
➢大岛屿物种多
➢稀有种多
➢小岛近亲繁殖
S=CAZ
S-多样性A-面积C-比例常数Z-一般为0.18~0.35
S=f（+生境的多样性-干扰+面积-隔离程度+年龄）
（2）陆地景观
陆地景观与岛屿有所不同，斑块的边界并不明确，并且隔离程度的重要性降低。

S=f（+生物多样性-（+）干扰+面积+年龄+本底异质性-隔离程度-边界不连续性）
区别：
➢障碍物不同
➢海岛的隔离是与大陆相对而言
➢岛屿与陆地景观的形成时间大相径庭
➢与边缘的作用
设计保护区时，面积比较关键。

主要保护：1 较高的当地物种多样性
2 稀有种和濒危种
3 稳定的生态系统
3 森林的破碎化及其生态后果
▪物种生存环境危机
▪树木的变化
▪动物的变化
•鸟类
•昆虫
4 斑块与自然保护区
➢大的自然保护区保护物种多
➢完整比破碎要好
➢尽量减少隔离度
➢簇状比线状好
➢走廊连接
➢圆形较好
3.1.3 斑块的形状
形状与面积同等重要例如:鸟、昆虫觅食，巢域一般为长方形。

1 生态学意义
➢形状分析可了解物种动态（物种分布是稳定、扩展、收缩、还是迁移甚至以了解迁移路线）➢斑块的形状对生物的散布和觅食具有重要作用。

➢斑块的形状与环境变化及更新过程有关。

➢园林设计，采取不同斑块形状，收到不同的艺术效果。

形状系数
D-形状系数L-斑块固边长度A-斑块面积
D值说明某一斑块周边长度与面积同该斑块相等的圆的圆周长之比，比值为1为圆形，比值越大说明该斑块周边越发达
2 边缘与边缘效应
定义：边缘是指两个不同的生态系统相交而形成的狭窄地区。

斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成和过渡，这就是通常所说的边缘效应。

特点：由一种环境条件组合、过渡为另一种环境条件组合，由一类动植物组合过渡为另一类动植物组合，不仅包括两个生态系统内部的成分并且有其特有的成分。

边缘的类型：
固有边缘（inherent edge）：环境资源上的差异造成的边缘。

特点：过渡缓慢、连续性强、变化很小。

举例：森林和沼泽之间的边缘
诱导边缘（induced edge）：天然或人为干扰造成的边缘。

特点：过渡显著、存在时间短。

举例：森林与火烧迹地之间的边缘。

边缘宽度的影响因子：
a 太阳角向赤道方向超过向极地方向的宽度。

b 温带超过热带
c 主风超过其他风向
d 斑块与本底垂直结构差异越大，边缘宽度差异越大。

根据对边缘或内部的反应，将生物分为：边缘种(edge species)和内部种（interior species)
边缘种和内部种将动物分成三类：a 对两个生态系统均有要求b 对边缘的特殊生境有特殊的要求 c 主要与一种生态系统有关系，但可扩展到边缘
4 环状斑块形状很特殊的斑块
特点：内部/边缘低，内部种少
举例：环绕北极地区分布格局，高山环绕山体，绕湖周围
5 半岛（peninsula）
定义：指的是一个斑块中狭长的外延部分。

漏斗效应：人们常见的在半岛顶端，动物路径密度高的现象。

3.1.4 斑块的构型
斑块在景观中的空间排布情况，它们的空间分布对能量、物种的流动有重要影响。

例如：居住区Fragstats
斑块相关性的指标：隔离度、可及度、相互作用、总隔离度
破碎化指标：斑块密度、边缘密度、
3.2 廊道(corridor)
与本底有所区别的一条带状土地,可以看作是一个线状或带状的斑块.例如:树篱、公路
3.2.1 廊道的作用
双重作用:将景观分离、将景观连接
1.运输：公路、铁路、运河、输电线等
2.保护：长城、围墙、林带等
3.资源：走廊地带野生动物丰富、植物种类较多
4.观赏：古代曲径通幽、颐和园的长廊、西湖的苏堤
3.2.2 廊道的起源
走廊按起源可分为：干扰廊道、残余廊道、环境资源廊道、种植廊道
3.2.3 廊道的结构特点
1 弯曲度(curvilinearity)
廊道中两点间的实际距离与它们之间的直线距离之比，与沿廊道的移动有关。

动物、人更消耗体力.
2 连通性(connectivety)
定义：单位长度廊道中中断数量来度量。

例如：农田树篱
作用：一个廊道连通性高低决定了廊道的通道和屏障功能。

3 狭点(narrow)
定义：廊道中的狭窄处。

作用：影响运动。

例如：河流峡口
4 结点(nodes)
定义：两个廊道的连接处或一个廊道与斑块的连接处。

作用：结点在管理与规划中十分有用，因为它提供了许多相连系的物种源，当物种在斑块中消失时，有利于物种重新迁入。

例如：河流急转弯的凹面常出现一片泛滥平原，两条公路交叉处的重叠植被
5 廊道的内部特点
1) 从边缘到中心的物种组成发生急剧变化例如：公路、河流、林带
2) 环境条件与外部有所不同例如：林荫路冬暖夏凉
3) 水平上延伸一段距离，水平梯度也会发生变化
3.2.4 廊道的分类
1 线状廊道
廊道是一条很窄的带，植被类型基本上是边缘占优势。

一般有7种：道路、铁路、堤堰、沟渠、输电线、草本或灌丝带、树篱
2 带状廊道
廊道是一条很窄的带，其宽度是可以造成一个内部环境，含有内部种，每个侧面都存在边缘效应。

带状廊道与线状廊道的基本生态差异主要在于宽度，具有重要的功能意义。

3 河流廊道
河流廊道是沿河流分布的，与周围本底不同的植被带。

1) 结构：河床边缘、漫滩、堤坝、岸上高地。

举例：长江、黄河
2) 宽度多宽为宜：a 应具备有效地控制从高地到河流的水流和营养的功能。

b 有利于森林内部种沿河运动，宽度应超出边缘效应。

3) 河流等级：最小的河流叫一级河流。

两个一级河流合成一个二级河。

4) 功能：1 它控制着河水及周围陆地进入河流的物质流动。

2 它影响河流本身的运输。

3 侵蚀、养分流、地表径流、洪水、沉积作用、水的质量都与廊道的宽度有关。

4 它为物种的迁移和栖息提供了条件。

5 为人类运输航道、物质资源、保护作用。

3.3 本底（基质）
范围广、连接度最高，并且在景观功能上起着优势作用的景观要素类型。

景观中的背景地域。

2.3.1 本底的标准
1 相对面积
一般来说，本底的面积超过现存其他类型景观元素的面积总和。

假如一种景观元素类型覆盖50%以上的面积，就可以认为是本底。

2 连通性
如果一个空间不被两端与该空间的周界相连的边界隔开，则认为该空间是连通的。

连通性高的作用：
1) 可以作为障碍物将其他要素分开。

例如：防火带
2) 便于物种迁移与基因交换。

3) 使其他要素成为生境岛。

3 动态控制，例如：原始林采伐烧地、农田与林网
3.3.2 结构特征
1 孔隙度(porosity)：斑块在本底中称为孔。

单位面积的斑块数目称为孔隙度。

它是本底中斑块密度的量度。

与斑块大小无关。

孔隙度的生态意义：
1）它提供了一个了解物种隔离程度和植物种群遗传变异的线索。

2）孔隙度是边缘效应总量的指标，是一个对野生生物管理、对能流物流指导意义的因素。

孔隙度低表明景观中有边远地区存在，这对需要边缘生境的动物很重要。

3）孔隙度与动物觅食密切相关，适宜的孔隙对觅食及育后复原。

4）采伐对野生动物的影响。

5）人文地理中，研究住宅与村庄孔隙的分别十分重要。

2 边界形状
景观元素间的边界像一个半透膜，边界的形状对本底与斑块间的相互关系极为重要，具备最小的周长与面积之比的形状不利于能量与物质交换，具节省资源的特征；相反，周长与面积之比大的形状利于与周围环境进行大量的能量与物质交流。

看凹面边界的左边元素向右扩展更为有效。

扩展元素即它们最可能在周边的凸面上扩展。

残存元素即处于缩减过程，有凹面边界的元素。

扩展元素能迅速地以凹面边界变为凸面边界。

3 网络
景观的孔隙度高时，这种网络本底就是廊道网络。

结构特征：1）连接类型十字型、T型、L型
2）网线上有没有中断，以及中断处的长度。

3）结点的大小
4）网眼大小
组成网络的线之间的平均距离或者线所环绕的景观元素的平均面积。

对物种粒种有影响，例如：法国布列塔地区研究表明，小甲虫、土地网眼>4 ha时消失，猫头鹰在网眼为7ha 时消失。

3.4 景观的整体结构
3.4.1 景观多样性
1 生物多样性(biodiversity)
生物多样性是所有生物种类、种内遗传变异和它们的生存环境的总和。

▪遗传多样性(genetic diversity)
种内所有遗传变异信息的总和，蕴藏在动植物和微生物的个体基因里。

▪物种多样性(species diversity)
以种为单位的生命有机体的复杂多样化
▪景观多样性(landscape diversity)
生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样化，又称生态系统多样性(ecosystem diversity)。

2 生物多样性丧失的主要原因：
➢生境的丧失和破碎化
➢引入物种
➢植物和动物种的过度利用
➢土壤、水和大气污染
➢全球气候变暖
➢工业化的农业和林业
3 景观多样性的意义：
▪只有多种生态系统的共存，才能保证物种多样性和遗传多样性。

▪只有多种生态系统的共存，并与异质的立地条件相适应，才能使景观的总体生产力达到一定水平。

▪只有多种生态系统共存，才能保证景观功能的正常发挥，并使景观的稳定性达到一定水平。

4 景观多样性的描述指标
▪丰富度(richness)：指的是一个景观中生态系统类别数，以绝对值表示。

相对丰富度是指一定景观内出现的生态系统类别数占一地区全部可能出现的生态系统类别数的百分比。

▪Simpson多样性指数(diversity index)
D-Simpson多样性指数，S-生态系统总数，Pi-每一生态系统所占面积百分比。

生态系统类型越多，景观多样性指数越大。

Shannon-Weiner
H’-香农指数，S-生态系统总数，Pi-每一生态系统所占面积百分比。

根据信息论的理论而来，它的指标H’代表一个景观“信息”的不确定性，其组成成分变化越大，其不确定性也越大。

▪均匀性(evenness) E=H’/H’(max)
E-均匀性，H’-现实景观多样性，H’(max)-完全均匀情况下的景观多样性。

▪优势度(dominance) 优势度=1-均匀度
说明一个景观中某一生态系统占优势的程度。

▪相对分块性(relative patchness)
P-分块性，N-相邻生态系统边界数，Di-相邻生态系统相异性指数
5 景观多样性普遍存在的原因
▪因为立地条件不同而形成不同的生态系统
▪由于干扰作用的结果
2.4.2 森林景观异质性
景观异质性指在一个景观区域中，景观元素类型、组合及属性在空间或时间上的变异性。

1 森林年龄结构
森林景观的年龄结构指的是林分间的年龄构成状态
1）原始林的年龄结构
未受人为经营或干扰、景观年龄结构主要决定于自然干扰种类及特点。

2）经营林的年龄结构
景观的年龄结构决定于轮伐期和在整个轮伐期仲采伐时间上的分配。

法正林思想
法正林：由若干实行皆伐作业的同龄林分系列组成，它必须具备法正龄级分配、法正林分排列和法正生长量。

法正龄级分配：要具备从小到各个龄级的林分，并且各龄级分配相等。

完全调整林、广义法正林
3）老龄林的生态意义和保存
老龄林，不仅指年龄，并且指未受人为干扰或受人为干扰很小的原始林，它们多处于比较稳定的阶段。

在经营管理上，将林分划为：幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林。

按照生物学将林分发育过程分为：发生阶段、集累阶段、生物稳定阶段和衰退阶段。

老龄林保存的意义：
•形成时间长
•动植物组成复杂
•生产力及生物量高
•固氮附生植物及细菌丰富
•具有保存营养物质的巨大能力
•溪流较多
•林分异质性大
•倒木在林分中具有重要意义
Harris的花旗松经营模型：中央核心不伐，中圈长轮伐期，外圈短轮伐期
Franklin的新林业说：
▪将交互块状采伐，改为块状顺序采伐
▪采伐时每英亩保留8~15棵大树
▪保留伐区剩余物
2 森林类型结构森林类型可分为两个系列：
地境系列：随立地条件而发生的森林类型多样性。

时间系列：随干扰和演替而产生的森林类型多样性。

3 森林粒级结构
景观的粒级结构指的是景观要素的构成状态。

森林的粒级结构主要决定于更新单元的构成状态。

所谓更新单元是指一次干扰事件中老林被破坏和新林发生的一个地域单位。

林火干扰、皆伐、间伐形成粗粒级结构，倒木和择伐形成细粒级结构。

3.4.3 尺度(scale)
尺度是研究对象时间和空间的细化水平.
尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间上和时间上所涉及到的范围和发生频率.
前者是从研究者的角度来定义尺度，后者根据所研究的过程或现象的特征来定义尺度。

（空间尺度，时间尺度）尺度以粒度（grain) 和幅度（extent)来表达。

与尺度相关的另一个重要概念：
尺度择维（scaling):把某一尺度获得的信息扩展到其他长度上。

下推(scaling down) 、上推(scaling up)
例如：爬山
3.4.3 确定异质性的方法
由于尺度不同景观有产生异质性。

一般情况采用线性抽样来测定异质性，令直线通过一个景观，把这条线分成相等的线段，记录每段线段中每类景观元素出现的频率。

3.4.4 景观元素的构型（Forman & Godron，1986)
1 分散的斑块景观
特点：以一种生态系统或一种景观要素类型作为优势的本底，而以另一种或多种类型分散在其内。

例如：带绿洲的荒漠，热带稀树草原
关键特征：1)本底的相对面积2)斑块大小3)斑块间的距离
4)斑块分散性（集聚、规则或随机）。