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第六章 景观生态学,第一节 景观和景观生态学 第二节 景观结构 第三节 景观功能 第四节 景观动态变化 第五节 景观生态学理论,参考书： 傅伯杰, 陈利顶, 马克明, 王仰麟等. 2001. 景观生态学原理及应用. 北京: 科学出版社 邬建国. 2000. 景观生态学格局、过程、尺度与等级. 北京: 高等教育出版社 RForman, M. Godron著, 肖笃宁等译. 1990. 北京: 科学出版社 肖笃宁. 1991. 景观生态学理论、方法及应用. 北京: 中国林业出版社，北京 赵羿，李月辉. 2001. 实用景观生态学. 北京: 科学出版社,参考书： Forman, R. T. T., Godron, M. 1986. Landscape Ecology. New York: John Wiley & Sons Farina, A. 1998. Principles and Methods in Landscape Ecology. London: Chapman & Hall Navel Z. and Lieberman AS. 1993. Landscape ecology: Theory and application (2nd edition). Now York: Springer-Verlag Turner, Gardner and O'Neill. 2001. Landsape Ecology: In Theory and Practice. New York: Springer-Verlag,第一节 景观和景观生态学,景观生态学自1939年由特罗尔(Troll)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。,“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 景观是地球表面气候、土壤、地貌、生物各种成分的综合体。 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。,A.桂林山水景观 B.美国亚利桑那洲大峡谷景观 C.美国威斯康星大学Curtis草地景观 D.内蒙古草原景观 E.北美的Sonoran荒漠景观 F.亚洲温带荒漠景观一角,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，不存在人为干扰。 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。 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。,天然景观,农田景观,管理景观,城郊景观,城市景观,第一节 景观和景观生态学,一、定义 景观(landscape) ： 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。,第一节 景观和景观生态学,由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元（狭义）。 从微观到宏观不同尺度上的，具有异质性或缀块性的空间单元（广义）。 景观生态学(landscape ecology) ：是研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。,第一节 景观和景观生态学,二、景观生态学的发展史 （一）国外 1.萌芽(19世纪初20世纪30年代) 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。 美国从70年代开始景观生态学研究，发展很快。,二、景观生态学的发展史,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。,二、景观生态学的发展史,（二）国内 从80年代初开始，1989.10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。,二、景观生态学的发展史,（二）国内 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。,二、景观生态学的发展史,（二）国内 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)；,研究对象:不同生态系统与景观要素组成的异质性景观。 研究内容 景观结构：组成单元的类型，多样性及其空间关系。 景观功能：各种景观要素之间的相互联系和相互作用。 景观动态: 景观的结构和功能上随时间的变化规律。,三、景观生态学的研究对象和研究内容,景观生态学研究的主要对象、内容及基本理论,四、 景观生态学研究的基本方法,“3S”技术在景观生态学中的应用 遥感 （ Remote Sensing RS ）信息采集 地理信息系统（Geographical Information System GIS )信息管理 全球定位系统（Global Position System GPS ）信息定位,四、 景观生态学研究的基本方法,（一）遥感 1、什么是遥感？ 遥感：是指通过任何不接触被观测物体的手段来获取信息的过程和方法，包括航片、卫星影、热红外图像等。 遥感技术：通过航空或航天设备（飞机、人造卫星等）携带各种传感器，如光谱探测仪、多波段扫描摄像仪、雷达发射接受器等，记录地物光谱特征的技术。,四、 景观生态学研究的基本方法,2、遥感技术的基本原理 不同的地面物体，其理化性质、空间结构不同，所反射、吸收和发射的电磁波的波长、强度、能量之组合特征明显不同。 对地球表面地物光谱（光谱扫描仪）或温度（红外扫描仪）特征的记录，通过计算机的数据或图像处理分析地表特征。,四、 景观生态学研究的基本方法,3、分类,可见光遥感 红外遥感 微波遥感,被动式遥感：光谱扫描仪、宽幅摄像机 主动式遥感：雷达探测仪,传感器功能不同和电磁波能量来源,航空遥感 航天遥感,飞行器的高度和速度,遥感器所接受的光谱范围,四、 景观生态学研究的基本方法,4、遥感的组成 传感器(sensor):收集目标物所反射或者发射的电磁波信息的装置。如多波段照相机、电视摄影机、多波段光谱扫描仪、电荷耦合器、红外光谱仪等。 载体(carrier)：飞机、卫星 指挥系统：计算机系统,卫星定位与定轨,遥感信息传输,目标提取与识别 (自动化、智能化),数据处理 (高光谱、高分辨率、雷达),分发,多源数据融合与集成,遥感成像机理与模型,用户,各应用部门,IKONOS(艾科 诺斯)卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。 高分辨率卫星遥感技术的发展已经到了一个前所未有的高度，法国SPOT 5和美国IKNOS、QUICKBIRD卫星影像的地面分辨率分别达到2.5m、1m、0.61m,SPOT5 全 色 波 段 图 像 （5米）,SPOT5 号假彩色合成波段图像（5米）,SPOT5 全 色 波 段 图 像 （2.5米）,美国IKONOS 卫星,IKONOS(艾科 诺斯)卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷,更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。,IKONOS是可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱影像的商业卫星，同时全色和多光谱影像可融合成1米分辨率的彩色影像。时至今日IKONOS 已采集超过2.5亿平方公里涉及每个大洲的影像，许多影像被中央和地方政府广泛用于国家防御，军队制图，海空运输等领域。从681千米高度的轨道上，IKONOS的重访周期为3天，并且可从卫星直接向全球12地面站地传输数据。,美国华盛顿（1米）,中国北京（1米）,IKONOS卫星多光谱影像（4米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍隐约可见，花坛信息没有，背景草坪不清晰）,IKONOS卫星融合影像（1米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍清晰可见，花坛和背景草坪显示出来，色调自然逼真，连纪念堂柱子的阴影都很清楚）,西班牙马德里体育场（0.61m）,QUICKBIRD卫星影像,罗马斗兽场（0.7米，真彩色）,罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色,自动制作正射影像图,三峡正射影象图：三条航带 、175张航空影像,四、 景观生态学研究的基本方法,5、遥感在景观生态学中的应用 植被和土地利用分类；幻灯片 生态系统和景观特征的定量化； 景观动态以及生态系统管理（如土地利用在空间和时间上的变化）。幻灯片 30,景观格局上森林斑块越来越破碎化（1940年和2001年电白县）,景观格局上森林斑块越来越破碎化（1940年和2001年电白县）,深圳市的土地利用变化,河北坝上土地利用变化（1987-1996）,几个世纪以来，（瑞典的）农业用地一直在增长，土地越来越开敞。在19世纪中，许多平原区域的草地变为农田。至20世纪末，平原区的农业越来越集约化，在那里凡有碍大规模农业发展的障碍土丘、渠道、泥炭沼等统统被清除。相比之下，森林区域星散分布的农田在经历了19世纪的扩张后20世纪开始退耕，并逐渐回归为森林覆被。,四、 景观生态学研究的基本方法,（二）地理信息系统（GIS） 1、何为GIS？ 地理信息系统是一系列用来收集、存贮、提取、转换和展示空间数据的计算机工具 。 2、GIS工作原理 GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层集合。,四、 景观生态学研究的基本方法,3、 GIS的组成 硬 件：计算机 软 件：提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具 人 员 数 据,四、 景观生态学研究的基本方法,4、GIS的功能 数据输入（数字化、规范化和数据编码）、存储、编辑； 操作运算：数据格式转换、多边形叠加、拼接、剪辑、数据运算等； 数据查询、检索：查找和选取所需数据； 应用分析：空间信息量测与分析、统计分析、多要素综合分析等； 数据显示、结果输出 数据更新,四、 景观生态学研究的基本方法,5、 GIS在景观生态学中的应用 景观单元数量关系分析：不同景观单元的面积、周长等数量特征。 景观空间格局分析：不同图斑在空间的分布关系。 景观生态规划：,河流谷地 缓丘顶部 干燥基岩 陡峻山坡,孤立农家 市井集镇 老工业区 新工业区,景观与聚居地布设部位,格栅状,鱼骨状,星状,混合型,四、 景观生态学研究的基本方法,（三）GPS 1、何为GPS？ 是由24颗人造卫星和地面站组成的全球无线导航与定位系统 。 具有全能性、全球性、全天候、连续性、和实时性的导航、定位、和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维位置、三维速度，并给出精确的卫星时间基准 。,四、 景观生态学研究的基本方法,2、GPS系统的组成部分 空间部分-GPS卫星星座 地面控制部分-地面监控系统 用户设备部分-GPS信号接收机,四、 景观生态学研究的基本方法,（四）景观模型,景观空间动态模型(如空间概率模型或马尔柯夫模型)：模拟植被动态和土地利用格局变化； 景观过程模型：研究某种生态过程如干扰或物质扩散在景观空间里的发生、发展和传播.,尺度及其有关概念 大尺度（coarse scale): 较大空间范围内的景观特征，对应于小比例尺、低分辨率。 小尺度（fine scale) ：小空间范围内的景观特征，对应于大比例尺、高分辨率。 尺度推绎（scaling）：利用某一尺度上所获得的信息或知识来推测其他尺度上的特征的过程。,四、 景观生态学研究的基本方法,（五）景观尺度转换,四、 景观生态学研究的基本方法,尺度转换：小尺度上的景观格局经过尺度的筛选重新组合而形成较大尺度上景观格局的过程。 尺度效应：随尺度转换而出现的一系列变化，如随着尺度增加而造成的景观格局的简单化、景观多样性的减少等。 尺度转换方法：简单聚合法、直接外推法、期望值外推法、显式积分法、云梯尺度推绎法。,（一）农业与土地利用 （二）自然资源管理 （三）景观生态规划与设计 （四）城市景观规划,五 景观生态学的应用,（一）土地利用与土地覆盖 土地利用方式：农业、工矿、居民点、保护区、其它等 时间与空间变化： 变化的驱动力 (driving force)： 自然条件本身变化 人类生产和生活活动 景观生态学对土地利用的指导意义 农、林、牧各业（空间与时间上的）的优化组合 山、水、林、田、路的合理配置,景观格局上森林斑块越来越破碎化（1940年和2001年电白县）,景观格局上森林斑块越来越破碎化（1940年和2001年电白县）,深圳市的土地利用变化,河北坝上土地利用变化（1987-1996）,（二）自然资源管理 目的：保护异质景观中的物种和自然生态系统，维持正常的生态学和进化过程，合理利用自然资源，保证生态系统的持续性。 区域景观尺度是考虑自然资源的宏观永续利用和对付全球气候变化带来的生态学后果的最合理的尺度。,生态系统综合评价的框架,（三）景观规划与设计 现代景观和城市规划与设计强调人类与自然的协调性。 景观生态学为规划和设计提供了一系列方法、工具和资料。 如流域规划和管理,景观分析应用于废水治理的生态工程等。,景观结构功能划分,规划方案调整,规划方案评价、实施,城市景观生态规划 农村景观生态规划 旅游区的景观生态规划,广州自然生态分区,广州市可持续发展生态规划,自然保护区景观结构设计流程：,