景观生态学11——景观生态过程

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1、景观生态过程 第一节 景观过程动力及运行机制 第二节 景观生态流 景观生态过程概述 景观生态过程的本质 是景观流的发生发展及相关 影响因素的作用 景观过程的复杂性体现 不仅表现为景观流的载体 和动力的不同 而且其源汇关系和运动方式既受景 观要素特性的影响 又与景观要素之间的空间关系 密切相关 与景观格局有关的景观过程 景观破碎化过程 连 通过程 地球化学过程 迁移过程 土地废弃过程 景观人文干扰过程等等 景观生态过程的概念 对景观生态过程的认识目前尚未统一 有人把干扰作为景观生态过程 Farina 1998 有人把景观格局的变化当作生态过程 赵 2001 多数学者认为景观生态过程与景观功能有着

2、密切关 系 傅伯杰 2001 本书作者认为 物质和能量在景观要素内部及其之 间的流动称为景观生态过程 第一节 景观过程的动力与运动机制 一 景观过程的基本动力 景观水平上推动景观生态流的基本动力是扩散 质量流 重力 和运动 1 扩散 diffusion 扩散是溶解物质或悬浮物质由高浓度区向低浓度区的移 动 通过无规则的布朗运动完成 扩散是与空间异质性相联系的具有普遍性的作用力 是 一种低能耗过程 基本动力之一 2 质量流 重力 质量流 物质沿能量梯度的移动过程 重力 是物质沿重力梯度移动的基本作用力 陆地水流就是重力作用下水由高处向低处的运动 过程 滑坡 山崩 塌岸 融冻土溜和土层蠕动等 都是

3、岩屑或块体在重力作用下的移动 3 运动 运动是飞行动物 地面动物和人 包括车辆 等物 体通过消耗自身能量从一处向另一处的移动 不同的景观过程动力与物体的分布格局有关 运 动易形成聚集格局景观 质量流次之 扩散很难形 成这种格局 扩散 使物体在景观扩散 使物体在景观 中的随机运动 中的随机运动 驱动力下 生态流的流 动表现出三种最基本 的形式 扩散 物质流 运动 物质流 是物质在重力和扩散力 作用影响下沿能量梯度的运动 运动 是物体消耗本身能量从一个地 方移动到另一个地方 扩散 最少的聚 集格局 物质流 居中 运动 最明显的 聚集格局 二 媒介物 vector 景观生态流在景观中的流动 主要依靠

4、风 水 地面动物 飞翔动物和人等5种媒介物 风可以携带热能 水分 尘埃 烟 污染物 雪 种子 孢子和很多小昆虫 植物种子传播的主要途径 水可以运输矿质养分 种子 昆虫 污泥 肥料和有毒 物质 飞翔动物通过体表和体内远距离携带种子 孢子 昆虫 等 地面动物也可通过体表和内脏传播种子 人对物质 能量和物种在景观中的传播作用更强 常有意 识地造成景观过程的改变 红翅槭 三 运动格局与空间扩散 动植物的运动是生命现象 水流和空气流是物理现象 运 动格局更多的是指动 植物的运动 1 连续运动和间歇运动 物质和能量在景观中的流动可概括为 连续运动和间歇运 动两种运动格局 连续运动是指某一客体在两点之间运动

5、时 尽管运动速度 有时快有时慢 但速度不降到零 间歇运动是指客体在两点之间运动时 要出现一次或几次 的停顿 连续运动 流的主体在从源到汇移动的过程中 不存 在运动速度为0的状况 既为连续运动 间歇运动 流的主体从源到汇移动的过程中 其间 出现过运动速度为0的状况 即流的主体 在某地出现过停歇 既为间歇运动 间歇运动又可以分为两种 休息站式 即该物种在某地做短暂停留后再继 续运动 暂住站式 指该物种不仅在某地停留休息 而 且在该地成功地生长和繁殖 从而为物种的进一 步扩散提供了新的种源 综合运动 流的主体在移动过程中 可以是连续的 也 可以是间歇的 出现连续运动和间歇运动的原因 景观结构的异质性

6、 景观结构的异质性作用 生态流运动由连续运动变为跳跃运动 运动中的停顿点增强 流的物质与流程环境间 的 关系越密切 流的速度降低 2 两种运动对景观的影响 连续运动的动物对景观影响较小 间歇运动的动 物在其停留点与该点环境发生显著的相互作用 3 休息点与长歇点 为间歇运动的两种停留点 休息点为短暂停留后 还将继续前进 而长歇点为长期停留 并成长和繁 殖后代 长歇点的意义 长歇点有利于物种的扩散和为进 一步扩散提供新种源和机会 4 空间扩散 空间扩散是指物体在继续占据原有位置的基础上扩大其分布面积 如 大型停车场的热能向周围地区的散布 树种在母树周围萌生 时植物物种的扩张性生长 等级扩散 物种从

7、一个结点跳跃式地迁移到周围多个结点 并在新结点周围作局部传播 当结点明晰可见时 该过程称为 等级扩散 网络结点 膨胀扩散 物质和能量在继续占据原位置的基础上扩大其分 布面积的扩散方式 移位扩散 物质和能量离开某一地区移到另一地区的扩散 景观内的斑块之间 或者景观之间 四 运动方向与距离 1 运动方向 斑块形状对景观的若干生态特征和现有物种均存在影响 这种影响与物流方向和景观空间方向有关 这种相关称为 相互作用角 物流方向与斑块长轴平行则对运动个体的阻截小 相反 则阻截大 P129图 2 距离 运动效率与距离有关 考虑效率时不仅要考虑直线距离 还要考虑时间距离 人类正日益依靠大量化石能源来使景

8、观 线性化 以缩短时间距离 第二节 景观生态流 一 概述 景观的功能就是景观元素之间的相互作用 即能量 流 养分流和物种流以一种景观元素迁移到另外一 个景观元素 通过大量的 流 一种景观元素对 另外一种景观元素施加控制作用 景观生态流的运动机制 半透膜观点 源和汇的观 点 与景观生态流有关的两个重要概念 景观边界 在特定时空尺度下 相对均质的景观之间 所存在的异质性过渡区域 类似半透膜 能对进入 和要离开景观要素的生态流进行过滤 成熟度 在相邻景观要素成熟度不同的地方 幼年期 和老年期要素 在不同的场合 可以分别起源或汇 的作用 如成熟林地可为周围空地提供种源 景观生态流的概念 是指物质 能量

9、 物种及其它信息在景观空间各 空间组分间的流 景观生态流的表现形式即为景观过 程 通过景观的流主要有三种 1 能量流 2 养分流 3 物种流 动 植物 景观流的媒介物 1 风 2 水 3 飞行动物 4 地 面动物 5 人 影响三种流运动的力 最主要的驱动力有扩散作 用 重力作用和行为作用 媒介物和力 二 景观要素间的无机流 合理的景观结构有利于流的循环 从而提高生物 的生产力和改善区域生态环境 1 空气流 温差导致气压差 气压差导致空气流 风的格局 层流 平行状态 湍流 或上或下 山风 夜晚 谷风 白天 大尺度的空气环流起到输送水分和热量的功能 最佳防护林 带 密实的防护林屏障产生严重湍流 孔

10、隙 多的防护林屏障可让大量气流通过 而防止 湍流发生 这种气流原理广泛地应用在景观 规划 设计之中 2 水流 水流是在重力作用下以物质流的形式流动 同时携带一 些物质 主要表现为水平和垂直运动 且方向是固定的 水流方式 地表水流 地下水流 潮汐和海流 水流速度主要取决于 水输入量及其时间 土壤结构 特别是土壤空隙度 土壤对水携带物质的过滤作用 包括土粒对物质的物 理吸附和化学吸附 3 养分流 景观中的养分流动通常伴随着水流和土壤侵蚀而 发生的 1 水流携带的养分流 一种 颗粒物质 如细菌 孢子 腐烂的泥沙树叶 等 二种 溶解性物质 如腐殖质 尿素 硝酸盐 可溶性盐等 雨量大小对于颗粒物质与溶解

11、性物质有很大的差异 颗粒物质流和溶解物质流还有一个不同 颗粒物质流 发生在土壤表面 而溶解物质流发生在土壤内 可溶性物质 物质浓度 雨量 颗粒性物质 2 土壤侵蚀 侵蚀发生的三个因素 1 地表失去植被覆盖 更多的雨水冲刷 2 失去腐殖质后 矿质土壤暴露在降雨中 形成冲沟 3 植物根系死亡 土壤颗粒凝聚力低 A f R K L S C P A 土壤侵蚀 R 降水程度 K 土壤侵蚀因子 L 坡长 S 坡度 C 植被覆盖 P 防止措施 养分流 土壤侵蚀的主要后果表现在3个方面 a 使土壤变薄 生产力严重下降 甚至成为毫无生产 力的不毛之地 b 在地势低洼的地方形成堆积地貌 并使这些汇区景 观要素的土

12、壤更加深厚肥沃 c 侵蚀沉积物导致河床淤积 河流水位增高 水库淤 积使水库库容减少 进而降低水库的调洪机能 增加洪水的 潜在危险 不同景观元素对养分流的影响 合理组合和设计景观结构可以起到对养 分的过滤作用 这对生态环境的保护具有重 要意义 水平 运动 三 物种流 动植物在景观中的运动 影响运动的两个因素 1 取决于廊道 障碍和斑块等结构因素 同质地区 物种流稳定 连续 物种从一景观进入另一景观时会发生变速或停顿 例 大草原上的牛羊 沙漠上的狼群 2 取决于运动方向 分析物种运动 景观元素是有利于运 动还是障碍运动 需要分析景观的异质性程度和景观中的对比度 运动方式 动物有三种运动方式 1 巢

13、区内运动 动物在窝的周围进行觅食和其他日常活动 巢区面积 形状受季节变化而变化 2 疏散运动 动物个体离开出生的巢区到达一个新的巢区的运动 新巢 区距老巢一般很远 近成年动物离开父母到新巢区筑巢 疏散 运动可扩展某一物种的分布范围 例如 鸟 1 动物流 臭鼬 3 迁徙 动物在不同季节利用的不同地域之间进行的周期性运动 典型例子 鸟类在冷暖地区的运动 避开不利环境 垂直迁徙 动物在山地高海拔和低海拔间的迁徙 例 鸟类夏季在高海拔地区繁殖 冬季到低海拔越冬 欧洲山羊 夏季在高山植被觅食 冬季到低海拔草地越冬 景观结构对动物的影响 1 臭鼬随季节变化的巢区运动 在北美分布很广的臭鼬 其巢穴多沿树篱构

14、筑 积雪期 只有极少数臭鼬的活动范围超过巢穴附近1000m 说明它们的穴区一般在1km2之内 春天繁殖季节之后 雄臭鼬跑得更远 主要吃树篱上的小 动物 夏季 在窝附近活动 可能此时食物丰富不需远行 秋季降雪之前 主要沿树篱运动 玉米地 玉米地 草地 玉 米 地 玉 米 地 玉 米 地 燕麦地 一个冬夜林地内臭鼬的活动 只有两次离开树篱 穿行在玉米地中 而避开燕麦地 草 地 由于玉米地有较高的层次和完全荫蔽的地面 可以预防 空中和地面的天敌 而且还有丰富的食物 通过树篱中臭鼬和林地内臭鼬的比较表明 它们喜欢生活 在少数树木的开阔景观地区 多是林地边缘和树篱 2 赤狐的运动 研究表明赤狐的窝几乎都

15、筑在高地生境中 如林地等 与 建筑物的距离是其巢穴分布的主要限制因素 巢区一般4km 2 4km 长方形 快成年和成年狐狸离开巢穴 原因不明 目标也不能预测 运动的平均直线距离雄性为31km 最远211km 雌性为 11km 最远为108km 赤狐的扩散为不规则扩散 分析发现 有建筑物地区是它们穿越景观的障碍 在距农家 场院92m以内极少发现这种动物 河宽成为赤狐的障碍 赤狐 的运动是跳跃的 不是连续的 动物在景观中分布格局 1 动物回避对它不利的景观元素 许多动物生存要 求一种以上的生境 2 廊道有时是障碍 有时却是通道 3 巢区的形状通常是扁长的 有时是线条状的 4 景观异质性特征有特别重

16、要的作用 植物的传播以散布为主 1 散播的媒介物 水 风 动物重力等 不同繁殖体 媒介物不同 散布的距离也不一样 比如 蒲公英靠风传播而且距离较远 杨树靠重力传播距离较近 2 靠风散布的种子一般都有种翅 比如 糖槭 飞散距离取决于种粒大小 风速 地形等因素 3 种子散布方式和距离与该种在演替中的地位和生活史对策有关 先锋树种 r对策 多靠风或水散布 距离远 比如 杨树 顶级群落种 k对策 一般种子重 多靠动物 重力散布 散布距离近例 如 红松 2 植物流 植物在景观中的散布存在三种模式 1 植物分布区边界发生变化 由于环境条件的周期性变化引起 如 降雨 2 长期环境条件变化 使物种灭绝 适应或迁移 如 自最近的冰川期以来 许多树种适应了气候变化 越过温带地 区存活下来 3 非本地种成功地移植到新的地区 广泛繁殖和传播 如 仙人掌的入侵毁灭了澳大利亚的主要地区 4 景观元素的相互作用 1 斑块 本底的相互作用 景观元素之间的相互作用是通过景观的流来实现 以农田 空地 与森林的作用为例 本底 农田 斑块 森林 人工林 A 能量 动物 花粉 果实 水平热 流 C 物种 动植物移植 觅食者 授