土地生态学(大学期末复习资料

一、绪论
1. 土地生态学是应用生态学的一般原理, 研究土地生态系统的能量流、物质流和价值流等的相互作用和转化, 开展土地利用优化与调控的学科。

其任务有两点：一是应用生态学原理指导土地开发、利用、整治、保护和管理；二是揭示土地开发利用与保护管理过程中的生态规律。

2. 土地生态系统是指在一定地域范围内，土地上无生命体（环境条件）与同一地域范围内的生命体（植物、动物、微生物等）之间，形成的一个能量流动和物质循环的有机综合体。

土地生态系统与土地相比，更侧重土地单元中的物质能量流动与利用方式之间的关系；土地生态系统与生态系统相比，更侧重于立地条件与利用方式的空间异质性。

3. 土地生态学的产生背景与应用领域（了解当今面临的主要生态环境问题）
城市化、工业化、农业发展影响下的生态环境问题：环境污染、生态系统退化、能源消耗、气候变化、资源耗竭、生物多样性减少
土地生态学的应用领域：土地生态系统的应用实践是土地生态学的特色之一。

①人工生态系统的格局-过程-功能研究②土地生态学理论的应用实践（指导土地利用，总结土地利用的生态学原则、技术、方法）土地生态系统的应用领域：城乡规划、土地整治、工程选址、生态恢复、防灾减灾
补充：土地生态系统研究包括：土地生态系统形成、演替、结构的研究，土地生态系统功能(主要是生产力)的研究，土地生态系统最佳生态平衡的研究
二~五、生态学基础(一)
1. 1935年，英国植物生态学家
2. 生态系统中能量的流动是借助于食物链和食物网来实现的。

生态系统中的能量流动具有显著的特点：能量在生态系统中的流动，是沿着生产者和各级消费者的顺序逐级被减少；生态系统中能量流动是单一方向，不可逆过程。

（能量流动的特点）
3. 根据生态系统的能量流动规律，在生态系统中，食物链和食物网愈复杂，生态系统愈稳定。

（能量流动的特点）
4. 生态系统从环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收固定被其他生物重复利用，最后再回归于环境中，这种生物之间、生态系统之间物质的输入和输出及其在大气圈、水圈和岩石圈之间以及生物间的流动和交换称为物质循环或生物地球化学循环。

5. 根据物质循环路线和周期长短的不同，可将循环分为：生物小循环与地球化学大循环。

6. 生物小循环与地球化学大循环之间的差异是什么？
生物小循环是在一个具体的范围内进行，以生物为主体与环境之间进行迅速的交换，流速快、周期短。

地球化学大循环与生物小循环相比较，有范围大、周期长、影响面广等特点。

生物小循环为开放式循环，它受地球化学大循环所制约，是在生物地球化学大循环的基础上进行的。

7. 地球化学循环的类型包括水循环、气态循环和沉积型循环。

8. 碳循环的主要过程，碳源和碳汇主要包括哪些土地利用类型？
碳是生命的基本元素，碳循环具有容量小
却很活跃的气体贮存库，易受到人为干扰的
影响。

同时，碳循环的变化能够改变天气和
气候从而影响地球上的各个生态系统。

生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物
从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为
葡萄糖，并放出氧气。

自然界碳循环的基本过程如下：大气中的
二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收，然后
通过生物或地质过程以及人类活动，又以二
氧化碳的形式返回大气中。

碳循环的过程：碳的主要循环形式是从大
气中的二氧化碳库中开始，经过生产者的光
合作用，把碳固定，生成糖类，然后经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐败分解后，再回到大气蓄库中，碳被固定后始终与能量流动密切结合在一起，生态系统的生产力的高低也是以单位面积中碳的含量来衡量。

植物通过光合作用，将大气中的二氧化碳固定在有机物中，包括合成多糖、脂肪和蛋白质，而贮存在植物体内。

食草动物吃了以后经消化全盛通过一个一个营养级，再消化再合成。

在这个过程中，部分碳又通过呼吸作用回到大气中；另一部分成为动物体的组分，动物排泄物和支植物残体中的碳，则由微生物分解为二氧化碳，再回到大气中。

土地利用类型可分为林地，草地，耕地，建设用地等。

碳汇定义为从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制，将碳源定义为向大气中释放二氧化碳的过程、活动或机制。

9. 生态系统的功能通过物质循环和能量流动来体现，并与生态系统的结构紧密相连。

生态系统的功能主要包括物质生产功能、环境调节功能与文化价值。

①生物生产是生态系统服务的最基本功能，生态系统通过第一级生产与次级生产，合成与生产了人类生存所必需的有机质及其产品。

食物来源、医药的物质基础、养殖动物饲料与生物产品。

②环境调节功能。

包括生物多样性的产生与维护、调节气候、减缓灾害、维持土壤功能、控制有害生物、传粉播种、净化环境等。

③文化价值。

包括旅游娱乐、宗教价值、信仰依托和灵感来源等。

补充：生态系统的组成（结构组成）：
生态系统：非生物部分：气候因子（光、温等及其他物理因子）、无机物质（H2O、N、C、P、K等）、有机物质（糖、蛋白质、脂类、腐殖质等）
生物部分（能量传递）：生产者——自养生物（把太阳能输入生态系统）、消费者（草食动物、肉食动物、寄生者、杂食动物、腐食性动物）、还原者（分解者）
生态系统=生物群落+非生物环境
生物群落=生产者+消费者+分解者
非生物环境=阳光+大气+水+土壤+岩石等
生态系统的组成（功能组成）：生态系统=输入环境+具有界限的系统+输出环境
生态系统的基本功能：物质循环、能量转换、信息传递
生物小循环：是指在一定地域内，生物与周围环境（气、水和土壤）之间进行的物质周期性循环。

主要是通过生物对营养元素的吸收、留存和转化来实现。

其特点是：它是在一个具体的范围内进行，以生物为主体与环境之间进行迅速的交换，流速快、周期短。

生物小循环为开放式循环，它受地球化学大循环所制约，是在生物地球化学大循环的基础上进行的。

地球化学大循环：是指环境中的元素经生物吸收进入有机体，然后以排泄物和残体等形式返回到环境，进入大气圈、水圈、土壤岩石圈及生物圈的循环。

形成地球化学大循环的动力有地质、气象和生物三个方面。

地球大循环与生物小循环相比较，有范围大、周期长、影响面广等特点。

生物小循环和地球化学大循环相互联系，相互制约，小循环处于大循环中，大循环又是以小循环为基础，两者相辅相成，在矛盾的统一体中构成生物地球化学循环。

六、生态学基础(二)
1. 谢尔福德耐受性法则。

指的是生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间就是生物对这种生态因子的耐受范围。

如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都很广，那么这种生物在自然界的分布一定很广。

2. 李比希最小限制因子定律在稳定条件下，植物生长所必需的元素中，供给量最少（与需要量比相差最大）的元素决定着植物的产量。

限制因子是生态因子中最易阻扰和限制生物生长、繁殖的因子。

3. 岛屿生物地理学的基本原理，以及对自然保护区规划设计的启示。

由于相对不适宜作为栖息地的区域存在，与相似生境相隔离的生境斑块可以称为岛屿，生物体很难在它周围的基质中自由活动。

①岛屿上的物种数量取决于新迁入物种数量和现有物种灭绝数量之间的动态平衡，迁入和灭绝速度取决于岛屿的大小和到陆地的距离。

②一个大斑块优于面积相等的几个小斑块
③一个大斑块优于面积相等的几个小斑块；几个相互隔离的斑块之间有廊道连通的比没有廊道的好；圆形或方形的斑块可以使面积与周长比最大化，优于边缘较多的长条形或长方形斑块
补充：
在任何一个生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定时期内，生产者、消费者和
还原者之间都保持着一种动态的平
衡，这种平衡状态就叫生态平衡。

从整体看生产者、消费者、分解者应构成完整的营养结构；生物种类和数目要保持相对稳定；在生态系统中能量和物质的输入、输出必须相对平衡
破坏生态平衡的因素：①自然因素②人为因素
自然因素：自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物的有害因素。

如火山爆发、山崩海啸、旱涝灾害、地震、台风、流行性疾病等自然灾害，都会使生态平衡遭到破坏。

人为因素：人类对自然资源的不合理的开发利用；当代工农业生产的发展所带来的环境污染。

如工业化的兴起，人类过高地追求经济增长，略夺式地开发土地、森林、矿产、水资源、能源等自然资源；同时，工业“三废”中有毒、有害物质大量的排放，超过了自然生态系统固有的自我调节、自我平衡能力，致使全球性自然生态平衡遭到严重破坏。

七-九、土地生态系统的结构与功能
1. 土地生态系统是指在一定地域范围内，土地上无生命体(环境条件)与同一地域范围内的生命体(植物、动物、微生物等)之间，形成的一个能量流动和物质循环的有机综合体。

2. 土地生态系统的结构包括水平结构、垂直结构和营养结构。

3. 土地生态系统格局变化的驱动因子包括：自然驱动因子和人为驱动因子。

自然驱动因子：在较大的时空尺度上作用于土地生态系统，人为驱动因子包括人口因素、技术因素、政经体制及决策因素、文化因素等。

驱动因子在不同尺度上作用各有差异。

大尺度地域范围内，气候与地质构造分异能够控制土地生态系统群体空间格局。

在中等尺度地域范围内，地貌类型、水系格局及地方气候基本控制了土地生态系统空间格局。

小尺度地域范围内，地貌形态及部位、地面物质组成、人文因素等成为土地生态系统的空间分异因素。

土地生态系统空间变化的驱动因子：
①水热气候要素是土地生态系统的动力因素
来自太阳辐射的热量是气候特征的基础，也是土地生态系统的基本能源之一。

地表热量温度状况可以制约水分运动及其相态，而水分的多寡反过来又可影响热量温度变化。

水热状况及其组合的空间分异，构成不同的地理空间场。

这种地理空间场实质就成为土地生态系统组织过程的背景动力，是不同土地生态系统形成的基础。

气候同样是个综合性概念，是包括水热因素的全部气候要素相互综合影响关联的结果，它们在土地生态系统的组织过程中都直接间接地起到动力作用。

②地质地貌是土地生态系统的物质基础与空间形态基础
具有四维结构的土地生态系统相应于一定的地貌单元或地貌部分分布。

地貌特征对其组织过程和结构格局有明显的控制作用，现代地貌特征又是取决于大地构造及相应的大地貌格局，以及现代地貌过程，因而地质和地貌是土地生态系统的空间分异主要因素。

从物质和能量角度看，地貌主要是通过“分配效应”而起作用的，主要是利用其形态骨架改变各种要素过程及其空间分异，进而影响控制土地生态系统的组织过程。

坡度能直接影响坡面上物质运动速度和物质能量的贮存能力。

坡度大，重力分量大，物质运移速率快，对降水、太阳辐射等接受能力变小。

坡向不同，对光热的吸收条件就不同，能形成不同的水热气候特征。

凹形坡面，对物、能的聚集作用强，能形成较高能级的土地生态系统。

③植物与土壤是土地生态系统的功能指示物和过程调控枢纽
植被、土壤是土地生态系统重要组成要素和最显著的特征标志，是生态系统形成发育过程的产物。

植被、土壤参与土地生态系统中最重要的物质能量贮存转化机制。

④人文因素是土地生态系统的主导因素
物质文化是人类的实体物质创造，如建筑、机械、道路（铁路、公路）等。

智能文化包括科学、技术、知识等。

是可能实体化的非物质文化。

规范文化是指社会组织、制度、法律、伦理、道德、语言、教育等，是人类创造的人人必须遵守的行为准则。

精神文化指宗教、信仰、审美文学艺术等。

是社会成员个体或部分群体自赏或自约束的文化成分。

4. 土地利用/覆盖变化对土地生态系统过程的影响：
①天然植被与自然生态系统受到破坏②区域大气化学性质及过程发生改变③气候变化
④地表水和地下水水质、水量受到影响⑤土壤退化⑥生物多样性下降
5. 土地生态系统空间格局对过程的影响：
①土地生态系统要素的空间分布，影响能量与物质在景观中的分布状况；
②土地生态系统结构将影响生物迁移、扩散、物质和能量在土地单元中的流动；
③土地生态系统空间格局影响干扰在空间上的分布、扩散与发生频率；
④土地生态系统结构变化将改变各种生态过程的演变及其在空间上的分布规律。

6. 土地生态系统的功能包括哪些？
供给、支持、调节和文化四项功能。

或者回答书上的五条：①将太阳能转化为有机能的功能②承载功能③养育功能④交换功能⑤净化功能
农地生态系统、建设用地生态系统和湿地及未利用地生态系统的结构和功能特性是什么？
农地生态系统：农田（结构：空气、土壤、农作物群落、动物微生物；功能：以物质生产为主）、林地（结构：林地、生物群落、生境；功能：涵养水源、防风固沙、调节气候、净化空气、防治污染、美化环境；物质生产非常丰富）、草地（结构：土地环境、草本植物群落；功能：牧业基地、涵养水源、保持水土、改良土壤、净化空气、改善生态环境）、水域（结构：水生生物组分、水域环境；功能：水产资源；调节气候、固碳释氧）
小结：结构特征：生物生产量大于消费量；功能特性：将太阳无机能转化为生物有机能，在此过程中发挥重要的环境调节功能
建设用地生态系统：城市土地（结构：城市绿地、水域、动植物、住宅\商业等建设用地；功能：社会经济活动的承载体）、乡村聚落（结构：农村庭院土地生态系统、聚落周边环境；功能：农业物质加工活动的承载体）、交通用地（结构：道路\交通工具、自然植被\绿化带、交通配套服务设施；功能：增强人类活动的连通性；生态缓冲区；有的情况下可成为物种流动的阻碍）、独立工矿区（结构：自然植被、采矿用地、工业车间、绿化（环保）用地；功能：经济活动的承载体；人类活动主导）
小结：结构特征：生物生产量小于于消费量，人类影响的土地利用系统为主体；功能特性：社会经济活动的承载体
湿地及未利用地：湿地（包括沼泽、滩涂、低潮时水深不超过6米的浅海区、河流、湖泊、水库、稻田等；周期性以水生植物为植物优势种、底层土主要为湿土、底层有时被水淹没）、未利用地（荒草地、滩涂沙地、盐碱地、沙漠等；能量物质输入输出小、自我调控的生态系统、后备的土地资源）
7.城市土地生态系统的结构特性:人类主导性\系统的高度开放性\城镇土地生态系统格局破碎性\生态系统的脆弱性和不稳定性
十、土地生态评价
1. 联合国千年生态系统评估中对生态系统服务价值的定义是人们从生态系统中获得的效益，生态系统向人类提供各项产品与服务的效用及稀缺性，包括供给功能、调节功能、支持功能和文化功能。

2. 应用价值量评价法评估生态系统服务价值指的是从货币价值量的角度对生态系统提供的服务进行定量评价，包括直接市场法、间接市场法和假想市场法。

对于每项功能，适宜采用何种评估方法？
依据生态系统服务的市场发育程度划分：
直接市场法（实际市场评估方法）：通过直接观察到的服务的市场交易数据进行评估
间接市场法（替代市场评估方法）：通过观察相关服务的市场交易数据进行评估
假想市场法（模拟市场评估方法）：通过直接询问人们关于假想情景的支付意愿进行价值评估
供给服务—直接市场法；调解服务—间接市场法；支持服务—间接市场法；文化服务—假想市场法
3. 基于土地利用的快速评估法的评估原理：以生态系统服务功能衡量相应土地利用类型的相对生态价值，建立土地利用/土地覆被与区域生态质量的关联。

4. 生态足迹是用来度量满足一定人口需求的具有生物生产力土地的面积。

生物生产性土地包括耕地（食物生产）、草地（畜牧）、水域（水产品生产）、林地（林业产品生产）、建设用地（居住与生产）和化石燃料产地（碳汇与能源生产）。

5. 生态足迹的计算步骤包括建立消费账户、收集平均产量资料、计算各项消费的生物生产性土地面积、参照当量因子加和汇总生态足迹总面积。

补充：生态承载力则是指研究区所能提供的各种类型生物生产性土地的面积，反映了区域在当前状态下对生态足迹的供给能力。

十一、土地生态规划设计
1. 土地生态规划是以协调人－自然－土地为核心，按照土地资源可持续利用的要求，对一定区域的土地生态系统进行开发、利用、整治和保护所制定的时间安排和空间部署。

补充：生态规划的概念：土地生态规划总是在一定区域范围内进行的；土地生态规划的对象是土地生态系统；土地生态规划的主要目的是有效开发、利用、保护以土地资源为中心的生物圈资源；土地生态规划必须以土地生态区划为基础；符合生态学要求的土地利用模式设计；符合生态学要求的土地利用工程设计实施
补充：
流派：
①环境资源分析方法
Lewis在McHarg方法的基础上也提出了一个类似的生态规划方法——环境资源分析方法；对区域或区域资源进行区划，在生态区划的基础上进行适宜性分析，提出生态优化方案；其独到之处在于提出了主要因素与次要因素在优化配置中的不同作用，以避免McHarg方法中对不同重要性要素的“平等”处理。

②区域生态系统模型
Odum基于生态学中的分室模型，提出了著名的区域生态系统模型
③斑廊基格局优化模式
Forman 在他的《Land Moasic》一书中，主要针对景观格局的整体优化，系统地总结和归纳了景观格局的优化方法。

集中与分散相结合的模式：保护几个大型的自然植被斑块，有足够宽和一定数目的廊道，在开发区或建成区里有一些小的自然斑块。

④反规划
俞孔坚提出“反规划”的生态规划思路
“反规划”不是简单的“绿地优先”，更不是反对规划，而是一种应对快速城市化和城市发展不确定性条件下如何进行城市空间发展的系统途径；与通常的“人口-性质-布局”的规划方法相反，“反规划”强调生命土地的完整性和地域景观的真实性是城市发展的基础。

“反规划”是一种景观规划途径，是一种强调通过优先进行不建设区域的控制，来进行城市空间规划的方法论，是对快速城市扩张的一种应对。

十二、实习
1. Fragstats是一款计算景观格局指数的软件，可以计算斑块、类型与景观三个水平上的景观格局指数。