景观生态流与景观功能

《景观生态学》本科教学教案1第五章景观生态流与景观功能【教学目的】通过本章的学习，教学旨在让学生掌握景观过程、景观生态流以及景观功能等基本概念及区别；景观过程的基本动力和媒介物、景观生态流的基本形式和运动格局；分析景观结构对景观生态流、景观要素间相互作用的影响机制和生态效应；认识景观生产、生态、美学和文化等多维度的功能；掌握景观生态功能和生态服务价值评价的方法和技术工具。【重点难点】景观过程、景观生态流以及景观功能等基本概念辨析；景观生态功能的主要类型；景观生态服务价值的量化评价方法和模型。第一节概念辨析1、景观生态流：能量、物质、物种和其他信息在景观要素之间的流动形成景观生态流。2、景观过程：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。3、景观功能：景观内能量和物质流动所引起的景观要素之间的空间相互作用及其表现出的效果。景观过程与景观功能有着密切的联系景观过程决定景观功能，影响景观格局和功能的动态变化景观功能是景观过程所引起的景观景观要素之间的空间相互作用及其效应景观生态流是景观过程和景观功能的载体景观过程是景观生态流的表现形式第二节景观过程一、景观过程的基本动力扩散（diffusion）：扩散指溶解物质或悬浮物质由高浓度区向的浓度区的移动，物质的运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，《景观生态学》本科教学教案2是一种低能耗过程。基本动力之一。质量流/重力（massflow）:是物质沿重力梯度移动的基本作用力。携带运动（locomotion），指动物和人在景观中的活动对能量、物质与生物体在空间上的重新分配。形成高度集聚的分布格局。二、媒介物(vector)景观生态流在景观中的流动，主要依靠风、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。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，运动格局更多是指动、植物的运动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。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。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。《景观生态学》本科教学教案3空间扩散等级扩散：物种从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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。运动的距离直线距离、时间距离、拓扑空间上的距离第三节景观生态流《景观生态学》本科教学教案4一、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）。海陆风、山谷风、热力环流大尺度的空气环流起到输送水分和热量的功能。绿地对城市建筑物周围风场影响：《景观生态学》本科教学教案5二、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。三、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《景观生态学》本科教学教案62）土壤侵蚀侵蚀发生的三个因素：地表失去植被覆盖，更多的雨水冲刷失去腐殖质后，矿质土壤暴露在降雨中，形成冲沟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-防止措施土壤侵蚀的主要后果表现在3个方面：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；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壤更加深厚肥沃；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。四、动物流《景观生态学》本科教学教案71)巢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。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动物在景观中分布格局特点：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。廊道有时是障碍，有时却是通道。巢区的形状通常是扁长的，有时是线条状的。景观异质性特征有特别重要的作用。五、植物流1、植物的传播以散布为主《景观生态学》本科教学教案8散布的媒介物：水、风、动物、重力等。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。散布按距离可分为：长距离散布（景观之间）和短距离散布（景观内）。2、分布区的变化：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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。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。第四节景观的一般功能景观的一般功能包括景观的生产功能、生态功能、美学功能和文化功能。一、景观的生产功能指景观能够为人类社会和生态系统提供物质产品和生物生产的功能。《景观生态学》本科教学教案9总初级生产力(GPP)：单位时间和单位面积上,绿色植物通过光合作用所产生的全部有机物同化量,即光合总量。净初级生产力(NPP)：单位时间和单位面积上,绿色植物积累的有机干物质的总量，是从光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分陆地生态系统碳的净吸收或净排放被称为净生态系统生产力(netecosystemproduction,NEP)：NPP和土壤呼吸的差值。《景观生态学》本科教学教案10二、景观的生态功能景观的生态功能不同于生物生产过程，主要表现为公益价值。如提供保存生物进化所需要的丰富物种和遗传资源，太阳能和二氧化碳的固定，区域气候调节，维持水及营养物质的循环，土壤的形成和保护，污染物的吸收和降解，创造物种赖以生存与繁育的条件，维护整个大气化学组分的平衡和稳定，维持生物多样性等。生态系统服务功能：是指生态系统与生态过程所形成和维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。《景观生态学》本科教学教案11Costanza根据已出版的研究报告和少数原始数据进行最低估计，获得全球生态系统提供的服务总价值为：每年平均33万亿（16～54万亿）美元，与之相比，全球GNP的年总量为18万亿美元，即全球生态系统服务总价值大约为全球GNP的1.8倍。《景观生态学》本科教学教案12第五节景观生态功能评价模型一、单位面积法谢高地等参考了Costanza的理论，并针对其不足(如对耕地价值估计过低、对湿地估计偏高等)，结合我国的具体情况，建立了中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值模型。《景观生态学》本科教学教案13【举例：长治国家湿地公园生态系统价值评估】二、CITYGREEN1996年，美国林业署发行了CITYgreen模型的第1个版本，2002年发表了CITYgreen5．0版．它是一款基于ArcView3．2开发的功能模块，用于城市森林的规划管理。进行复杂的生态效益分析研究。CITYgreen模型所分析的城市森林生态效益包括C储存及C吸收、水土保持、大气污染物清除、节能以及提供野生动物生境5个方面。生态服务功能价值评估-国家湿地公园景观生态规划－不同生态系统类型价值构成评估长治国家湿地公园自然生态系统服务功能价值测算表生态系统类型单位价值（万元/公顷）总价值（万元/年）所占比例森林生态系统1.93278.411.20%湿地生态系统5.551687272.53%农田生态系统0.611227.145.27%河流生态系统4.07488421.00%总计-23261.55100%－长治湿地公园生态服务功能的不同价值构成分析01000000020000000300000004000000050000000600000007000000080000000气体调节气候调节水源涵养土壤形成与保护废物处理生物多样性保护游憩生态服务功能元/年湿地森林农田水体《景观生态学》本科教学教案14三、I-tree该工具包括城市森林效益评估（UFORE）和行道树管理分析(STRATUM)两个模块。UFORE模块主要用于对整个城市森林的结构(物种组成、密度、健康状况等)、城市森林本身价值（庇荫、固碳等）和环境效益（吸收污染物、截留雨水等）进行评价。STRATUM模块则是为了提高行道树管理水平和精确评估收支效益（BCRs，Benefits-CostRatios）的需要，而进行的诸如能源节省、改善空气质量、固定CO2、截留雨水等年度环境和审美价值的定量评估。《景观生态学》本科教学教案15【举例：行道树生态功能评估SacramentoAvenuebetweenDwight&Channing】《景观生态学》本科教学教案1648715313795717136544170151502004006008001000120014001600ScenarioAScenarioBScenarioC$/yearEnergysavingBenefits($)C02SequestrationBenefits($)TotalBenefitsEnergy(GJ)C02(kg)ScenarioA17.53439ScenarioB5.81011ScenarioC49.18224ScenarioA:Existingcondition35treeswith8speciesScenarioB:62.8%treekilledbyborerScenarioC:Redesign53treeswith7species