21_景观动态变化-稳定性

景观稳定Βιβλιοθήκη Baidu的概念
• 平衡(Equilibrium) 平衡(Equilibrium)
• 景观能够表现出一系列动态，平衡只是其中的一种特殊状 景观能够表现出一系列动态， 在该状态下所有引起变化的因子被平衡。 态，在该状态下所有引起变化的因子被平衡。 • 平衡点可能是稳定的，中性稳定的，不稳定的（图）。 平衡点可能是稳定的，中性稳定的，不稳定的（
景观稳定性的概念
• 平衡(Equilibrium) 平衡(Equilibrium)
• 动态平衡指系统总体上处于稳定的状态，但存在内部变化 动态平衡指系统总体上处于稳定的状态，但存在内部变化 总体上处于稳定的状态 内部 （图）。
The shifting mosaic steady-state concept. Upper panles show a landscape at different times in which the shadings indicate different stand ages (Y= young, M= mature, O= old) and their locations through time. The lower panles depcit the proportion of the landscape occupied by each age class, which remains constant throught time. The shifts occur in reponses to disturbance and succession.
第五章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
景观动态变化
景观稳定性 景观动态 景观变化的驱动因子 景观变化的生态环境影响 景观变化的动态模拟
景观稳定性
一、景观稳定性的概念
平衡 景观随时间变化的趋势 稳定性 非稳定性 复合稳定性
二、景观要素的稳定性 三、景观稳定性的尺度问题
景观稳定性的时间尺度 景观稳定性的空间尺度
降水量 （ mm） Precipitation
Fig.1 Seasonal variations of precipitation at Ansai in 1991 and 1997 1997
30 25 高 度 （ c m） H e ig h t 盖度（%） C o v e ra g e 20 15 10 5 0 4/10 5/19
五、稳定与非稳定机制
非稳定机制 稳定机制
六、景观稳定性的本质与定量探讨
定量表示景观稳定性 熵值与景观稳定性的关系 景观稳定性的本质 农业景观的稳定性
景观稳定性的概念
• 平衡(Equilibrium) 平衡(Equilibrium)
Pickett等（1994）识别了平衡范式在考虑生态系统时的 个 等 平衡范式在考虑生态系统时的 ）识别了平衡范式在考虑生态系统时的6个 原则： 原则：（1）本质上是封闭的；（2）可自我调控；（3）具 ）本质上是封闭的； ）可自我调控； ） 有稳定点或稳定的循环平衡； 有稳定点或稳定的循环平衡 ； （ 4） 有确定的动态 ； （ 5） ） 有确定的动态； ） 本质上无干扰； 本质上无干扰；（6）与人类影响无关。 ）与人类影响无关。 • 生态学中有关平衡的概念长期以来都是一个令人感兴趣的， 生态学中有关平衡的概念长期以来都是一个令人感兴趣的 ，
思考： 思考：
综合“景观随时间变化的趋势” 综合“景观随时间变化的趋势”和“景观稳定 性的理解” 总结如何判定景观的稳定性。 性的理解”，总结如何判定景观的稳定性。
景观稳定性的概念
• 非稳定性
如果系统由于某种原因（如受到干扰），改变原来围绕中 如果系统由于某种原因（如受到干扰），改变原来围绕中 ）， 心位置上下波动的状态，出现一条新的轨迹线， 心位置上下波动的状态，出现一条新的轨迹线，那么该系 统就表现出非稳定性 非稳定性。 统就表现出非稳定性。 非稳定性可能以两种类型存在： 非稳定性可能以两种类型存在： 系统发生变化后，达到新的可预测波动状态， 系统发生变化后，达到新的可预测波动状态，形成一种新 的复合稳定平衡。 的复合稳定平衡。 在统计学意义上没有新的可预测波动状态出现。 在统计学意义上没有新的可预测波动状态出现。 非稳定性既可以是暂时的，也可以是长期的。 非稳定性既可以是暂时的，也可以是长期的。 提问：陕北农业生产受降水量的影响年际间变化很大， 提问：陕北农业生产受降水量的影响年际间变化很大，表 现得很不稳定，这属于哪种类型的非稳定？ 现得很不稳定，这属于哪种类型的非稳定？要改变这种局 面可以采取什么措施？ 面可以采取什么措施？
地 上生物量 （ g /m 2 ) A b o v e g ro u n d b io m a ss
高度 Height
7/4 8/7 9/25 日期（月/日） Date (Month/day) 图3 白羊草群落地上部生长的季节变化 Fig.3 Seasonal variations of above-ground growth of Bothrichloa ischaemum community 盖度 Coverage 地上生物量 above-ground biomass
图4 白羊草群落地上生物量的季节变化（1991年） Fig.4 Seasonal variation of above-ground biomass of Bothrichloa ischaemum community(1991)
景观稳定性的概念
• 景观稳定性的理解
从景观对干扰的反应来认识： 从景观对干扰的反应来认识： 恢复性或弹性： 恢复性或弹性：表示系统发生变化后恢复到原来状态的能力 恢复所需时间）。 （恢复所需时间）。 抗性或阻力：表示系统抵抗外界变化的能力（变化量）。 抗性或阻力：表示系统抵抗外界变化的能力（变化量）。 从景观变化的形式认识： 从景观变化的形式认识： 持久性：表示系统或某些成分和状态的保持时间（ 持久性：表示系统或某些成分和状态的保持时间（是否存 在） 。 恒定性或变异性：表示系统某些特征的波动频率和幅度（ 恒定性或变异性：表示系统某些特征的波动频率和幅度（是 否变动） 否变动） 。 在经典生态学范式中，所谓的稳定性往往是指抗性和恢复性， 在经典生态学范式中，所谓的稳定性往往是指抗性和恢复性， 两者均基于稳定平衡点存在的假设之上； 两者均基于稳定平衡点存在的假设之上；而持久性和恒定性 的定义不依赖于平衡假设，因此其使用范围较广。 的定义不依赖于平衡假设，因此其使用范围较广。它们在判 定景观稳定性时是否可能相互矛盾？ 定景观稳定性时是否可能相互矛盾？
景观稳定性的概念
• 稳定性
自20世纪50年代生态系统稳定性理论被提出以来， 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要的 问题。有关生态学系统稳定性的概念很多，用法 问题。有关生态学系统稳定性的概念很多， 不一，十分混乱，并引起许多误解和争议，目前 不一，十分混乱，并引起许多误解和争议， 还没有一个统一的看法。在谈到景观稳定性时， 还没有一个统一的看法。在谈到景观稳定性时， 多是借用生态系统的一些概念。不同的学者对景 多是借用生态系统的一些概念。 观稳定性的理解不同，直到现在，景观稳定性的 观稳定性的理解不同，直到现在， 概念仍含糊不清。 概念仍含糊不清。
系统在很长时间内都围绕一个中心位置波动：是一种准平衡态， 系统在很长时间内都围绕一个中心位置波动 ：是一种准平衡态 ， 可能由 系统的较低时空水平的非平衡动态构成；通过兼容， 系统的较低时空水平的非平衡动态构成 ； 通过兼容 ， 较低水平上的非平 衡过程可能转变成较高水平上的准平衡态。依赖于平衡点或状态的存在。 衡过程可能转变成较高水平上的准平衡态 。 依赖于平衡点或状态的存在。 A quasi-equilibrium state that may consist of non-equilibrium dynamics at lower levels of the system organization. Through incorporation, nonequilibrium local processes at one level may translate to a quasiequilibrium state at a higher level. The concept of metastability relies on the existence of equilibrium point or state. 在一段时间内处于一种相对平衡状态，围绕一个中心位置波动； 在一段时间内处于一种相对平衡状态 ， 围绕一个中心位置波动 ； 而系统 受一定干扰后发生变化，在另一段时间内又进入另一种相对平衡状态， 受一定干扰后发生变化， 在另一段时间内又进入另一种相对平衡状态， 围绕另一个中心位置波动：不依赖于平衡点或状态的存在。 围绕另一个中心位置波动：不依赖于平衡点或状态的存在。 思考：复合稳定性与动态平衡有何区别？ 思考：复合稳定性与动态平衡有何区别？
100 80 60 40 20 0 1 图1 2 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 Month 1991 年和 1997 年安塞降水量的季节变化 3 4
150 地上生物量 ( g/m 2 ) A b ov e -g r ou nd b iom a ss 100 50 0 4 /1 5 /1 5 6 /2 9 8 /4 9 /2 2 1 1 /3 日 期 （ 月 / 日 ） D at e(M o n t h /day ) 图 2 群落地上生物量的季节变化 Fig.2 Seaso n al v ariat io n s o f abo v e-gro un d bio m ass o f co m m un it ies 铁 杆 蒿 A rt em isia gm elin ii 长 芒 草 St ip a bun gean a
并引起争议的问题。关于平衡的争议部分来自于研究者不 并引起争议的问题 。 一致的定义和标准，部分来自于在定义平衡状态的存在是 一致的定义和标准 ， 否有效的问题上的不一致。 否有效的问题上的不一致。 • 是否能在遭受干扰的景观中检测到平衡， 以及一个景观必 是否能在遭受干扰的景观中检测到平衡 ， 须要达到多大方能兼容干扰机制， 已经成为景观生态学中 须要达到多大方能兼容干扰机制 ， 的重要问题。 的重要问题。
景观稳定性的概念
• 景观随时间变化的趋势
• 若不考虑时间尺度，景观变量随时间变化曲线的特点可以由 若不考虑时间尺度， 3个独立参数来描述（图）（ 个独立参数来描述（ ）（Forman, 1990）： ）： 个独立参数来描述 变化的总趋势（上升、下降和水平趋势）； 变化的总趋势（上升、下降和水平趋势）； 围绕总趋势的相对波动幅度（大范围和小范围）； 围绕总趋势的相对波动幅度（大范围和小范围）； 波动的韵律（规则和不规则）。 波动的韵律（规则和不规则）。 • 在利用这些变化曲线研究景观稳定性时，时间尺度非常重要。 在利用这些变化曲线研究景观稳定性时，时间尺度非常重要。 在大时间尺度上研究景观的长期变化时 只有呈水平趋势， 研究景观的长期变化时， 在大时间尺度上研究景观的长期变化时，只有呈水平趋势， 小范围（或较大范围）内有波动，但波动规则的变化曲线才 小范围（或较大范围）内有波动， 是稳定的。 是稳定的。 在小时间尺度上研究景观的短期变化时 研究景观的短期变化时， 在小时间尺度上研究景观的短期变化时，通常需要事先确定 主要景观变量的最常见曲线， 主要景观变量的最常见曲线，将所测定的曲线与该常见的曲 线进行比较；或对不同景观进行比较。 线进行比较；或对不同景观进行比较。
景观稳定性的概念
• 复合稳定性（Metastability) 复合稳定性（
复合稳定性是一种人类赖以生存和所有生命现象基础的稳定 性类型。 性类型。复合稳定性并非是稳定性和非稳定性之间的中间状 而是两者的结合，并且具有新的特性。 态，而是两者的结合，并且具有新的特性。 复合稳定的表现形式： 复合稳定的表现形式：
生态系统的12条变化曲线 生态系统的 条变化曲线
（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年内预测的生物量变化 年内预测的生物量变化 （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 年间大气中CO2含量的变化 （c）夏威夷冒纳罗亚山上空 年间大气中 ）夏威夷冒纳罗亚山上空22年间大气中 含量的变化
1991
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 11/4
地 上 生 物 量 （ g /m2） A b o v e -g ro u n d b io m a ss
300 250 200 150 100 50 0 4/30 5/20 6/10 6/30 7/20 8/10 8/30 日期（月/日） Date(Month/day)