第五章 景观动态变化
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《景观动态变化》课件
2 人为原因
城市化、工业化、农业发展等人类活动也是造成景观变化的重要原因。
影响与风险
生态环境影响
景观变化。
人类社会影响
景观变化会对人类社会生产和生 活方式产生重大影响，引发越来 越多的社会风险。
应对措施
制订地方性的防灾减灾规划，通 过绿色基础设施建设和生态修复 等手段来降低风险。
案例分析
1
大草原的变化
草原退化、沙漠化、地下水下降，还原草原是长期性保护的重要任务。
2
旧城区的破产
人口外流、经济萎缩，旧城区破败不堪。如何保护和活化这些城市遗产？
3
茶山的保护
在城市化进程中，茶山作为独特的文化景观，如何进行保护和开发？
景观变化原因
1 自然原因
地质变化、水文地质变化、气候变化等自然因素是引起景观动态变化的主要因素之一。
《景观动态变化》PPT课 件
本次课程将引领您深入了解景观动态变化的内在机制以及对自然环境与人类 社会的影响。
什么是景观动态变化
定义
景观动态变化是指在时间和 空间上发生的景观结构、功 能、过程等方面的全面变化。
特征
非线性、复杂、持续性、不 可逆性、不确定性、非规则 性和多样性。
意义
景观动态变化是生态系统强 化自我调节和应对外部影响 的过程，是景观保护与修复 的基础。
展望
未来，景观保护和修复工作将面 临更多的挑战和机遇，需要不断 创新和提高。
未来展望
1
趋势
随着人类活动和自然环境的变化，景观
应对
2
动态变化将是未来的常态。
未来应加强应对措施，采取有效和可持
续的手段来应对风险。
3
技术
现代技术将在未来起到重要作用，例如 遥感技术和人工智能技术。
城市化、工业化、农业发展等人类活动也是造成景观变化的重要原因。
影响与风险
生态环境影响
景观变化。
人类社会影响
景观变化会对人类社会生产和生 活方式产生重大影响，引发越来 越多的社会风险。
应对措施
制订地方性的防灾减灾规划，通 过绿色基础设施建设和生态修复 等手段来降低风险。
案例分析
1
大草原的变化
草原退化、沙漠化、地下水下降，还原草原是长期性保护的重要任务。
2
旧城区的破产
人口外流、经济萎缩，旧城区破败不堪。如何保护和活化这些城市遗产？
3
茶山的保护
在城市化进程中，茶山作为独特的文化景观，如何进行保护和开发？
景观变化原因
1 自然原因
地质变化、水文地质变化、气候变化等自然因素是引起景观动态变化的主要因素之一。
《景观动态变化》PPT课 件
本次课程将引领您深入了解景观动态变化的内在机制以及对自然环境与人类 社会的影响。
什么是景观动态变化
定义
景观动态变化是指在时间和 空间上发生的景观结构、功 能、过程等方面的全面变化。
特征
非线性、复杂、持续性、不 可逆性、不确定性、非规则 性和多样性。
意义
景观动态变化是生态系统强 化自我调节和应对外部影响 的过程，是景观保护与修复 的基础。
展望
未来，景观保护和修复工作将面 临更多的挑战和机遇，需要不断 创新和提高。
未来展望
1
趋势
随着人类活动和自然环境的变化，景观
应对
2
动态变化将是未来的常态。
未来应加强应对措施，采取有效和可持
续的手段来应对风险。
3
技术
现代技术将在未来起到重要作用，例如 遥感技术和人工智能技术。
第五章 景观动态与模拟
环境可以影响人口的出生率、死亡率、迁移率。
科技
科学技术对景观的作用：
• 科学技术进步导致农业景观用地的巨大变化，科学技术和工艺的发展提高了土地生
产力，阻止了由于人口增加带来的农业用地扩张；同时使得更多的农民摆脱了土地
的束缚，可以从事其他经济活动，促进城市化发展。
2.2 人文驱动因子
经济
经济对景观变化的驱动作用：
• 由手采取的方法基本上是统计分析，统计分析的结果通常表现为一段时间的总体规律，
可能忽略了某些重要时间点的某种景观的重大变化。
• 采用统计的量化方法，只能反映出那些易于量化的指标因素对景观变化的影响。而一
些对景观变化起重要作用，但不宜量化的指标因素则难以反映。
• 当前对景观变化驱动机制的识别实质上是关于景观驱动因子识别的假设和验证，几乎
• 物种多样性：对物种多样性的影响包括影响物种分布、优势种和丰富度及种间关系
等。
• 生态系统多样性：对生态系统多样性的影响集中在影响生态系统分布、结构和组成。
存在的问题：景观变化对生物多样性影响的研究还有待进一步研究。
3.5 不合理景观变化带来的生态环境问题
大气质量降低
景观变化可以改变大气中气
重要联系。
草地变化的影响
草地对水分的影响取决于人们对草地的管理。不合理的管理和过度放牧引起植被减少
土壤板结，使得地下水供应减少，这会严重影响靠地下水补给的河流水量。
耕地变化的影响
一般而言耕地增加，需水量增大；耕地减少，需水量降低。
聚居和其他非农业土地利用的影响
随着世界人口、工业化和城市化发展。城市数量不断增多，对水的需求也越来越大。
景观稳定的原因：因为建立了与干扰相适应的机制。
科技
科学技术对景观的作用：
• 科学技术进步导致农业景观用地的巨大变化，科学技术和工艺的发展提高了土地生
产力，阻止了由于人口增加带来的农业用地扩张；同时使得更多的农民摆脱了土地
的束缚，可以从事其他经济活动，促进城市化发展。
2.2 人文驱动因子
经济
经济对景观变化的驱动作用：
• 由手采取的方法基本上是统计分析，统计分析的结果通常表现为一段时间的总体规律，
可能忽略了某些重要时间点的某种景观的重大变化。
• 采用统计的量化方法，只能反映出那些易于量化的指标因素对景观变化的影响。而一
些对景观变化起重要作用，但不宜量化的指标因素则难以反映。
• 当前对景观变化驱动机制的识别实质上是关于景观驱动因子识别的假设和验证，几乎
• 物种多样性：对物种多样性的影响包括影响物种分布、优势种和丰富度及种间关系
等。
• 生态系统多样性：对生态系统多样性的影响集中在影响生态系统分布、结构和组成。
存在的问题：景观变化对生物多样性影响的研究还有待进一步研究。
3.5 不合理景观变化带来的生态环境问题
大气质量降低
景观变化可以改变大气中气
重要联系。
草地变化的影响
草地对水分的影响取决于人们对草地的管理。不合理的管理和过度放牧引起植被减少
土壤板结，使得地下水供应减少，这会严重影响靠地下水补给的河流水量。
耕地变化的影响
一般而言耕地增加，需水量增大；耕地减少，需水量降低。
聚居和其他非农业土地利用的影响
随着世界人口、工业化和城市化发展。城市数量不断增多，对水的需求也越来越大。
景观稳定的原因：因为建立了与干扰相适应的机制。
21_景观动态变化-稳定性
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 a0 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
景观生态学第五章 土地／景观动态过程及模型
１.数据
利用遥感数据获得的土地利用／土地覆盖变 化的信息，可以监测到土地退化的发生或发 展情况。 ２０世纪８０年代中后期，以县为单位的， 遥感资料和大比例尺地形图。
２.土地资源退化过程辨析
土地退化的质变过程是生产力或生态服务功 能高的土地资源类型向难以利用或生产力极 低的沙地、裸土地、盐碱地和非农用地等类 型的转化过程，另外还包括陆地“三大”生 命支持系统——森琳、天然草地和湿地资源 的丧失过程。
３．土地退化评价指标层次结构体系
４.土地资源退化指数
单一土地利用类型的退化指数：
Ｃ ｉ Ｐ ＝ １００％ ｉ Ｓ ｉ
每种土地资源退化过程指数Bi，Bi反映某一土地 退化过程，如沙漠化的状况，计算公式为：
ｎ
Ｂ ＝ Ｐ １００％ ｉ ｉ
ｉ＝１
土地资源总体退化指数：
Ａ＝ （Ｂ －Ｋ ） １００％ ｊ ｊ
建立定量模型（或概念模型的定量化） （1）选用适当的数学方法 （2）确定变量间的函数关系 （3）估计参数值 （4）编写计算机程序 （5）确定模拟的时间步长 （6）运行模型，获得最终结果
模型检验 模型确认（model verif ication） ：仔细检查数学公式和计 算 机程序 模型验证（model validat ing） ： （1）对模型结构和变量间关系合理性的检验 （2）模型输出结果与实际值的直接比较 （3）模型的敏感性分析（sensitiv ity analys is ） （4）模型的不确定性分析（uncertainty analysis ）
第二节 土地／景观变化模型
一、模型的含义
• 模型的定义 是某种对现实系统或现象的抽Байду номын сангаас象或简化； 具体地说，模型是对真实系统 或现象最重要的组成单元及其相互 关系的表述。
景观动态变化
一、景观稳定性
景观亚稳定性（metastability）
在景观生态学中所研究的稳定性多是指有生命的景观类型的稳定，即生物稳定。生物 稳定性是一种亚稳定性，即系统处于动态平衡状态（围绕中心位置上下波动）。它可 以是在很长时间内都围绕一个中心位置；也可以是在一段时间内处于一种平衡状态， 围绕一个中心位置波动，而在另一段时间内又进入另一种平衡状态，围绕另一个中心 位置波动。
不稳定景观：景观参数的波 动是不可预测的不规则波动。
一、景观稳定性
3.干扰与景观稳定性
景观稳定性可以看作干扰条件下景观的不同反应 稳定性是系统两种特征——恢复性和抗性的产物 一般地说，景观的抗性越强，景观越稳定；景观的恢复性越强， 景观越稳定。
若干扰的强度很低，而且干扰是规则的：景观能够建立起与干 扰相适应的机制，从而保持景观的稳定性。 若干扰比较严重，但干扰经常发生，并且可以预测：景观也可 以发展起适应干扰的机制来维持稳定性。 若干扰不规则，而且发生的频率很低，则景观的稳定性最差。
土林—流水侵蚀地貌景观
宁夏贺兰山风蚀地貌景观
气候的影响
气候的影响
生命的定居
植物的进化过程：
类似苔藓、地衣或藻类 等绿色植物 —维管束植— 维管束植物发育十分完全 —大面积森林—以裸子植 物占优势的森林（第二纪） —有花的被子植物—— 被 子植物占据统治地位（第 三纪末期）。
植物对景观的作用：
二、景观变化的驱动因子
景Hale Waihona Puke 变化的驱动因子可以分为两类：一类自然驱动因子，一类是人为驱动因子。
自然驱动因子：地貌的形成、气候的影响、生命的定居、土壤的 发育、自然干扰 人为驱动因子：人口、技术、政治经济体制、政策和文化
第五章-景观动态变化
思考题
1. 2. 3.
4.
5. 6.
7.
如何理解景观的稳定性？景观亚稳定模型有何意义？ 物种共存对景观稳定性有何意义？ 试将景观变化的驱动力与物理系统变化的驱动力作一比 较。 为什么需要建立景观变化模型？ 生态学范式为什么要发生变迁？它是如何进行变迁的？ 如何理解干扰？它对景观的影响是正面还是负面的？为 什么？ 人类为什么要对景观进行改造？改造造成的影响有什么？ 如何对待人类活动对景观的作用？
Hubbell（2001）提出的生态漂变学说，以岛屿生 物学理论和复合种群理论为基础，从完全不同的 角度解释了热带雨林物种共存和多样性维持的机 制。 该学说认为，群落主要是由生物地理范围重叠的 物种组成的非平衡随机集合体；在这个集合体中， 物种可以局部共存，但物种的组合及物种的相对 丰富度会缓慢地发生漂变。
3.景观总体格局的变化
景观格局通常指的是景观的空间结构特征，包括
景观组成单元的多样性和空间配置，景观格局影 响生态学的各种过程。
因此，景观格局的变化可理解为景观组成单元的 结构变化及由此引起的景观过程的变化。
3.1 景观格局变化的驱动力
主要来源：非生物的、生物的和人为的因素。
3.2 景观格局变化的动态模型
对景观稳定性的认识多借用生态系统稳定性的概念，如
Forman（1986）把景观稳定性表达为抗性、持续性、惰 性、弹性等多种概念。 需要说明的是，表征景观稳定性的各个术语，仅能反映景 观稳定性的某一方面的特征，并不能对景观的稳定性作出
全面评价。
可以从以下4个方面来分析和考察景观变化和景观对干扰
相对稳定性，使景观在一定时间和空间尺度上表 现为特定状态。
第五章 景观动态-2
持久性：表示系统或某些成分的生存时间。 恒定性或变异性：表示系统某些特征的波动频率和 幅度。
从景观对干扰的反应来认识：
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。（恢复性可用系统回到原状态所需的时间来度
量。）
抗性阻力：表示系统抵抗外界变化的能力。
二
影响景观稳定性的基本因素—惯性
气候变化 地貌形态
1 地貌的形成
2 气候的影响
3 生命的定居
4 土壤的发育 5 自然干扰
二、人为驱动因子
包括人口、技术、政治经济体制、 政策和文化等因子，对景观的影响十分重 要。
第三节
景观变化的空间模式
一、景观变化的空间过程（五种） 穿孔（perforation） 分割（dissection） 破碎化（fragmentation） 缩小（shrinkage） 消失（atrrition）
岩石和土壤
流水和水文变化 植被变化 干扰
四
景观变化的判断标准
景观的基质发生变化，一种新的景观 要素类型成为景观基质 几种景观要素所占景观表面百分比发 生足够大的变化，引起景观内部空间 格局的改变 景观内产生一种新的景观要素类型， 并达到一定覆盖范围
五
景观稳定性的衡量标准
景观基本要素具有再生能力 景观中的生物组分保持物质平衡 景观空间结构的多样性和复杂性有助于保持功 能的稳定性 人类活动的干扰影响未超出景观自然稳定性的 承受能力
第二节
景观变化的驱动因子
一、自然驱动因子
指在景观发育过程中，对景观 形成起作用的自然因素。
较大的时空尺度上作用于景观，它可以 引起大面积的景观发生变化。
第五章
景观动态变化
从景观对干扰的反应来认识：
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。（恢复性可用系统回到原状态所需的时间来度
量。）
抗性阻力：表示系统抵抗外界变化的能力。
二
影响景观稳定性的基本因素—惯性
气候变化 地貌形态
1 地貌的形成
2 气候的影响
3 生命的定居
4 土壤的发育 5 自然干扰
二、人为驱动因子
包括人口、技术、政治经济体制、 政策和文化等因子，对景观的影响十分重 要。
第三节
景观变化的空间模式
一、景观变化的空间过程（五种） 穿孔（perforation） 分割（dissection） 破碎化（fragmentation） 缩小（shrinkage） 消失（atrrition）
岩石和土壤
流水和水文变化 植被变化 干扰
四
景观变化的判断标准
景观的基质发生变化，一种新的景观 要素类型成为景观基质 几种景观要素所占景观表面百分比发 生足够大的变化，引起景观内部空间 格局的改变 景观内产生一种新的景观要素类型， 并达到一定覆盖范围
五
景观稳定性的衡量标准
景观基本要素具有再生能力 景观中的生物组分保持物质平衡 景观空间结构的多样性和复杂性有助于保持功 能的稳定性 人类活动的干扰影响未超出景观自然稳定性的 承受能力
第二节
景观变化的驱动因子
一、自然驱动因子
指在景观发育过程中，对景观 形成起作用的自然因素。
较大的时空尺度上作用于景观，它可以 引起大面积的景观发生变化。
第五章
景观动态变化
第五章 景观动态.ppt
通过视觉观察或统计方法确定景观变化：
首先应找出景观参数的观测值是否能用一条回归 直线来表示，也就是确定景观变化的大致趋势。
然后确定波动幅度的大小及直线上下观测值的变 化是否规则。
如果景观参数的长期变化呈水平状态，且其水平 线上下波动幅度的周期性具有统计特征，则景观 是稳定的。
只有呈水平趋势、小范围(或大范围)但有规则波 动的变化曲线是稳定的。
• 廊道式是指新的廊道在开始时把原来的景 观类型一分为二，从廊道的两边向外扩张。
• 如果干扰的强度很低，而且干扰是规则的，或干 扰比较严重，但干扰经常发生且可以预测，景观 可以发展起适应干扰的机制来维持稳定性；但如 果干扰不规则，且发生频率很低，景观的稳定性 最差。
(二) 景观要素的稳定性
• 景观是由不同的景观要素组成的，景观 整体的稳定性是由组成其各要素的稳定 性所决定的。
生物量、生态系统复杂程度等
• 景观稳定性包括了两个方面的含义 –抗干扰的能力。 –受干扰后的恢复能力。
• 一般来说，景观的抗性越强，也就是说景 观受外界干扰时变化较小，景观越稳定； 景观的恢复性（弹性）越强，也就是说景 观受到外界干扰后，恢复到原来状态的时 间越短，景观越稳定。
• 事实上，景观之所以是稳定的，是因为建立起了 与干扰相适应的机制。
• 景观是由气候、地貌、岩石和土壤、植 被、水文5大要素构成的。
• 气候
–周期性变化：多用温度、降水量均值来表 示变化。
–异常变化：
• 地貌
– 通常地貌变化时间较长，以地质年代来计 算。在研究景观的动态时认为地貌要素是 稳定的。
• 岩石和土壤
– 对其它多数地区来说，岩石和土壤属稳 定的景观要素，通常很少考虑。
– 除在岩石大面积出露的戈壁、侵蚀剧烈 的黄土高原等类似地区研究景观稳定性 时，需要慎重考虑岩石和土壤要素（水 土流失严重）。
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相对稳定性，使景观在一定时间和空间尺度上表 现为特定状态。
将景观稳定性作为景观变化的一个特征加以综合 研究，掌握景观变化的规律性，保持景观的相对 稳定性是景观管理的一个重要目标。
2.1 景观稳定性概念
2.1 景观稳定性概念
生态系统稳定性包括了两方面的含义：一是系统保持其原 有状态的能力，即抗干扰的能力；二是系统受到干扰后回 归原有状态的能力，即受干扰后的恢复能力。
自然界中为何存在形态各异的物种？ 这些物种又是如何共存的？
物种多样性维持机制分类
分类因子
生 产力 生物量
生物因子
中间关系
干扰 非生物 因子
环境因子
代表机制（假说） 生产力假说（Sanders,1968;Brown,1988）； 中等生产力假说（Grime,1973；Tilman,1982）等 生物量假说（Guo and Berry,1998） 生 活 史 差 异 （ Wilson,1990 ） ； 复 杂 相 互 作 用 （ Wilson,1992 ） ； 取 食 压 力 （ Wilson,1990 ） ； Janzen-Connell 假 说 （ Janzen,1970 ； Connell,1971 ）； 主要扑食者假说（Samson等，1992）等 林窗 动态 （ Grubb,1977 ； Denslow,1987 ）；中度干 扰 (Connell,1978)等 气候稳定（变化）假说（Sanders,1968）；资源比 例假说（Ashton,1993；Tilman and Pacala,1993）； 生态位分化（Whittaker,1965； Connell,1978;Wilson,1990）等
亚稳定性并非介于稳定性和不稳定性之间的一种状态，而
是两者的结合，具有新的特性。
景观的亚稳定性增加，生态系统的抗干扰能力也随之增强。
物理系统的稳定性和亚稳定性的俄罗斯山模型
生态系统的亚稳定模型
2.3 物种共存格局（机制）
景观是一个具有异质性的地理单元，同时作为一
个耗散结构，拥有相当的生物量，包括许多不同 的物种、群落和生态系统，是一个具有生物多样 性的系统。
（nuclei pattern）、散布式（dispersed pattern）和随机
式（random pattern）。
除了这6种常见的模式之外，还有一些不常见的景观空间 变化模式，如均匀式、瞬间式、网状式和选择性的带状式。
景观变化的空间模式
景观变化空间模式的常见类型
空间模式 边缘式 含义 新的景观类型从一个边缘单向地呈平等带状蔓延，景观
种提供了更多的生境。
土地转化中变化的空间格局
景观变化原因
森林砍伐
变化的空间格局（干扰方式）
从一个边缘开始向里砍伐 从中心的一个砍伐带向两边扩张砍伐 从一个新的砍伐道扩张砍伐 从几个分散的砍伐道扩张砍伐 选择行的带状砍伐 从相邻城市向外同心圆式环状扩展 沿远郊交通廊道发展 从卫星城镇扩展，包括充填式发展 从城市向外不同时的冒泡式发展 在新的区域修建公路或铁路 在新的区域修建渠灌 从相邻区域扩散颗粒物质 从区域内过牧的地方扩展 个别时间锁产生的大量堆积物的堆积 整个区域的盐渍化或地下水位下降 分散的农田和建筑物 没有农田的村子 从景观边缘向外的扩展 废弃地上的小的分散斑块 大的具有一定几何形状的种植斑块 从一个地方或多个地方传播的大火
动物群落的物种共存机制主要有：
1.
异质环境中的资源分割；
2.
避免竞争排斥的行为机制；
特化者和泛化者的共存。
3.
动植物之间的关系，体现于它们之间相互制约与
相互依存的协同进化，协同进化有利于物种的共 存。
主要研究方向：昆虫传粉系统、昆虫诱导植物反 应系统、种子散布系统、大型草食动物采食与植 物反应系统。
第五章 景观动态变化
概述
景观总是处在某种动态变化过程中，景观变化的动力既来 自景观内部各种要素相互作用形成的多种过程，也来自景 观外部的干扰。 不同的景观变化驱动力使景观表现出多种多样的动态变化 特征，不断改变着景观的结构和功能。 研究和掌握景观动态变化规律，是合理利用、科学保护和 持续管理景观的基础。 本章从景观的时空变化模式开始，讲述景观的稳定性和变 化性及其与干扰特别是人类干扰的关系，介绍了一些常用 的景观变化模型及相关的学科范式，以更全面地了解景观 的动态变化。
1.景观变化的模式
一个景观是否已经生了根本性变化，变成另一个 景观，可以从3个方面来判断（Forman，1995）
①某一不同景观要素类型成为基质； ②几种景观要素类型所占景观表面积的百分比发生了足 够大的变化； ③景观内产生一种新的景观要素，并达到一定的覆盖范 围。
景观变化的模式可以通过景观变化曲线和景观变 化空间模式两方面来理解。
hypothesis）从进化、历史尺度上解释了物种共 存的形成机制，他们认为一个局域中，群落可拥 有的物种的多少取决于物种的形成过程，这与特 定生境类型的共性和特定区域的地质年龄有关，
一种生境类型占据的面积越大，地质年代越古老，
过去形成物种的可能性越大，适应这种生境类型
的植物物种就越多。
生态位分化理论能够很好地解释温带森林群落的 物种共存问题（Nakashizuka,2001）。传统的生 态位理论认为，相似物种的共存取决于它们对资 源的分割，即每个物种可利用其他有机体不能利 用的资源。 然而，热带雨林和温带草地的物种极其丰富，且 大多数植物共享同样的基本需求，如光、热、水、 营养元素及生长空间，资源分化很少，传统的生 态位分化理论不能很好地解释这一现象。
景观随时间变化的一般规律可归纳为12条曲线。
景观随时间变化的一般规律（引自Forman and Godron，1986）
所有的景观都受气候波动的影响，因此，在短期的季节变 化内，景观特征参数也会上下波动；另外，多数景观具有 长期变化的趋势，如演替过程中生物量的不断增加或随人 类影响的增强，景观要素间的差别增大等。
景观变化的颌状模式（引自Forman，1995）
（a）、（b）和（c）表明土地变化的3个阶段，分别表示10%、50%和90%的黑颜色的土地类型。 图中的点表示小斑块，曲线是廊道
颌状模式的3个优点
①一直维持着原来方形的生境斑块，到镶嵌序列的最后阶段； ②廊道连接性得到加强，小的残余斑块在新的土地类型所构 成的区域中起的是物种的踏脚石作用，廊道和小斑块使得 大片而连续的新土地类型所产生的负作用降低到最小； ③颌状模式明显地增加了边界长度，为多生境物种和边缘物
对景观稳定性的认识多借用生态系统稳定性的概念，如
Forman（1986）把景观稳定性表达为抗性、持续性、惰 性、弹性等多种概念。 需要说明的是，表征景观稳定性的各个术语，仅能反映景 观稳定性的某一方面的特征，并不能对景观的稳定性作出
全面评价。
可以从以下4个方面来分析和考察景观变化和景观对干扰
的反映，进而对景观的稳定性作出恰当的评价：
①景观基本要素是否具有再生能力；
②景观中的生物组分、能量和物质输入输出是否处于平
衡状态； ③景观空间结构的多样性和复杂性的高低，是否能够保 持景观生态过程的连续性和功能的稳定性； ④人类活动的影响是否超出了景观的承受能力。
2.2 亚稳定模型
亚稳定性（metastability）是指系统受一定干扰后发生变 化并达到可预测的波动状态。亚稳定性是人类和所有生命 赖以生存的生态系统属性。
思考题
1. 2. 3.
4.
5. 6.
7.
如何理解景观的稳定性？景观亚稳定模型有何意义？ 物种共存对景观稳定性有何意义？ 试将景观变化的驱动力与物理系统变化的驱动力作一比 较。 为什么需要建立景观变化模型？ 生态学范式为什么要发生变迁？它是如何进行变迁的？ 如何理解干扰？它对景观的影响是正面还是负面的？为 什么？ 人类为什么要对景观进行改造？改造造成的影响有什么？ 如何对待人类活动对景观的作用？
3.景观总体格局的变化
景观格局通常指的是景观的空间结构特征，包括
景观组成单元的多样性和空间配置，景观格局影 响生态学的各种过程。
因此，景观格局的变化可理解为景观组成单元的 结构变化及由此引起的景观过程的变化。
3.1 景观格局变化的驱动力
主要来源：非生物的、生物的和人为的因素。
3.2 景观格局变化的动态模型
模型：某种对现实系统或现象的抽象或简化，是
对真实系统或现象最重要的组成单元及其相互关 系的表述。 重要性和必要性的体现：
1.
充分利用和推广有限数据； 模拟时、空间相同或相似的景观； 理解和预测动态现象；
2.
3.
4.
综合不同时、空间上的信息。
景观模型可以根据其处理空间异质性方式的不同
而分为3大类：
所以，从全球来看，如果景观参数的长期变化呈水平状态，
且其水平线上下波动幅度周期性具有统计特征，则景观是 稳定的。 可见，只有呈水平趋势、小（或大）范围但有规则波动的 变化曲线是稳定的。
1.2 景观变化空间模式
Forman（1995）提出景观空间格局变化的6种常见空间模 式，即边缘式（edge pattern）、廊道式（corridor pattern）、单核心式（nucleus pattern）、多核心式
Zobel(1992)强调物种共存是进化、历史及生态尺
度上的过程决定的。在大尺度上，物种形成 （speciation）过程和物种迁移特性决定一个地区 潜在共存的物种数量，但这些物种是否出现还取 决于小尺度水平上群落内过程的作用。
Taylor等（1990）提出的种库假说（species pool
将景观稳定性作为景观变化的一个特征加以综合 研究，掌握景观变化的规律性，保持景观的相对 稳定性是景观管理的一个重要目标。
2.1 景观稳定性概念
2.1 景观稳定性概念
生态系统稳定性包括了两方面的含义：一是系统保持其原 有状态的能力，即抗干扰的能力；二是系统受到干扰后回 归原有状态的能力，即受干扰后的恢复能力。
自然界中为何存在形态各异的物种？ 这些物种又是如何共存的？
物种多样性维持机制分类
分类因子
生 产力 生物量
生物因子
中间关系
干扰 非生物 因子
环境因子
代表机制（假说） 生产力假说（Sanders,1968;Brown,1988）； 中等生产力假说（Grime,1973；Tilman,1982）等 生物量假说（Guo and Berry,1998） 生 活 史 差 异 （ Wilson,1990 ） ； 复 杂 相 互 作 用 （ Wilson,1992 ） ； 取 食 压 力 （ Wilson,1990 ） ； Janzen-Connell 假 说 （ Janzen,1970 ； Connell,1971 ）； 主要扑食者假说（Samson等，1992）等 林窗 动态 （ Grubb,1977 ； Denslow,1987 ）；中度干 扰 (Connell,1978)等 气候稳定（变化）假说（Sanders,1968）；资源比 例假说（Ashton,1993；Tilman and Pacala,1993）； 生态位分化（Whittaker,1965； Connell,1978;Wilson,1990）等
亚稳定性并非介于稳定性和不稳定性之间的一种状态，而
是两者的结合，具有新的特性。
景观的亚稳定性增加，生态系统的抗干扰能力也随之增强。
物理系统的稳定性和亚稳定性的俄罗斯山模型
生态系统的亚稳定模型
2.3 物种共存格局（机制）
景观是一个具有异质性的地理单元，同时作为一
个耗散结构，拥有相当的生物量，包括许多不同 的物种、群落和生态系统，是一个具有生物多样 性的系统。
（nuclei pattern）、散布式（dispersed pattern）和随机
式（random pattern）。
除了这6种常见的模式之外，还有一些不常见的景观空间 变化模式，如均匀式、瞬间式、网状式和选择性的带状式。
景观变化的空间模式
景观变化空间模式的常见类型
空间模式 边缘式 含义 新的景观类型从一个边缘单向地呈平等带状蔓延，景观
种提供了更多的生境。
土地转化中变化的空间格局
景观变化原因
森林砍伐
变化的空间格局（干扰方式）
从一个边缘开始向里砍伐 从中心的一个砍伐带向两边扩张砍伐 从一个新的砍伐道扩张砍伐 从几个分散的砍伐道扩张砍伐 选择行的带状砍伐 从相邻城市向外同心圆式环状扩展 沿远郊交通廊道发展 从卫星城镇扩展，包括充填式发展 从城市向外不同时的冒泡式发展 在新的区域修建公路或铁路 在新的区域修建渠灌 从相邻区域扩散颗粒物质 从区域内过牧的地方扩展 个别时间锁产生的大量堆积物的堆积 整个区域的盐渍化或地下水位下降 分散的农田和建筑物 没有农田的村子 从景观边缘向外的扩展 废弃地上的小的分散斑块 大的具有一定几何形状的种植斑块 从一个地方或多个地方传播的大火
动物群落的物种共存机制主要有：
1.
异质环境中的资源分割；
2.
避免竞争排斥的行为机制；
特化者和泛化者的共存。
3.
动植物之间的关系，体现于它们之间相互制约与
相互依存的协同进化，协同进化有利于物种的共 存。
主要研究方向：昆虫传粉系统、昆虫诱导植物反 应系统、种子散布系统、大型草食动物采食与植 物反应系统。
第五章 景观动态变化
概述
景观总是处在某种动态变化过程中，景观变化的动力既来 自景观内部各种要素相互作用形成的多种过程，也来自景 观外部的干扰。 不同的景观变化驱动力使景观表现出多种多样的动态变化 特征，不断改变着景观的结构和功能。 研究和掌握景观动态变化规律，是合理利用、科学保护和 持续管理景观的基础。 本章从景观的时空变化模式开始，讲述景观的稳定性和变 化性及其与干扰特别是人类干扰的关系，介绍了一些常用 的景观变化模型及相关的学科范式，以更全面地了解景观 的动态变化。
1.景观变化的模式
一个景观是否已经生了根本性变化，变成另一个 景观，可以从3个方面来判断（Forman，1995）
①某一不同景观要素类型成为基质； ②几种景观要素类型所占景观表面积的百分比发生了足 够大的变化； ③景观内产生一种新的景观要素，并达到一定的覆盖范 围。
景观变化的模式可以通过景观变化曲线和景观变 化空间模式两方面来理解。
hypothesis）从进化、历史尺度上解释了物种共 存的形成机制，他们认为一个局域中，群落可拥 有的物种的多少取决于物种的形成过程，这与特 定生境类型的共性和特定区域的地质年龄有关，
一种生境类型占据的面积越大，地质年代越古老，
过去形成物种的可能性越大，适应这种生境类型
的植物物种就越多。
生态位分化理论能够很好地解释温带森林群落的 物种共存问题（Nakashizuka,2001）。传统的生 态位理论认为，相似物种的共存取决于它们对资 源的分割，即每个物种可利用其他有机体不能利 用的资源。 然而，热带雨林和温带草地的物种极其丰富，且 大多数植物共享同样的基本需求，如光、热、水、 营养元素及生长空间，资源分化很少，传统的生 态位分化理论不能很好地解释这一现象。
景观随时间变化的一般规律可归纳为12条曲线。
景观随时间变化的一般规律（引自Forman and Godron，1986）
所有的景观都受气候波动的影响，因此，在短期的季节变 化内，景观特征参数也会上下波动；另外，多数景观具有 长期变化的趋势，如演替过程中生物量的不断增加或随人 类影响的增强，景观要素间的差别增大等。
景观变化的颌状模式（引自Forman，1995）
（a）、（b）和（c）表明土地变化的3个阶段，分别表示10%、50%和90%的黑颜色的土地类型。 图中的点表示小斑块，曲线是廊道
颌状模式的3个优点
①一直维持着原来方形的生境斑块，到镶嵌序列的最后阶段； ②廊道连接性得到加强，小的残余斑块在新的土地类型所构 成的区域中起的是物种的踏脚石作用，廊道和小斑块使得 大片而连续的新土地类型所产生的负作用降低到最小； ③颌状模式明显地增加了边界长度，为多生境物种和边缘物
对景观稳定性的认识多借用生态系统稳定性的概念，如
Forman（1986）把景观稳定性表达为抗性、持续性、惰 性、弹性等多种概念。 需要说明的是，表征景观稳定性的各个术语，仅能反映景 观稳定性的某一方面的特征，并不能对景观的稳定性作出
全面评价。
可以从以下4个方面来分析和考察景观变化和景观对干扰
的反映，进而对景观的稳定性作出恰当的评价：
①景观基本要素是否具有再生能力；
②景观中的生物组分、能量和物质输入输出是否处于平
衡状态； ③景观空间结构的多样性和复杂性的高低，是否能够保 持景观生态过程的连续性和功能的稳定性； ④人类活动的影响是否超出了景观的承受能力。
2.2 亚稳定模型
亚稳定性（metastability）是指系统受一定干扰后发生变 化并达到可预测的波动状态。亚稳定性是人类和所有生命 赖以生存的生态系统属性。
思考题
1. 2. 3.
4.
5. 6.
7.
如何理解景观的稳定性？景观亚稳定模型有何意义？ 物种共存对景观稳定性有何意义？ 试将景观变化的驱动力与物理系统变化的驱动力作一比 较。 为什么需要建立景观变化模型？ 生态学范式为什么要发生变迁？它是如何进行变迁的？ 如何理解干扰？它对景观的影响是正面还是负面的？为 什么？ 人类为什么要对景观进行改造？改造造成的影响有什么？ 如何对待人类活动对景观的作用？
3.景观总体格局的变化
景观格局通常指的是景观的空间结构特征，包括
景观组成单元的多样性和空间配置，景观格局影 响生态学的各种过程。
因此，景观格局的变化可理解为景观组成单元的 结构变化及由此引起的景观过程的变化。
3.1 景观格局变化的驱动力
主要来源：非生物的、生物的和人为的因素。
3.2 景观格局变化的动态模型
模型：某种对现实系统或现象的抽象或简化，是
对真实系统或现象最重要的组成单元及其相互关 系的表述。 重要性和必要性的体现：
1.
充分利用和推广有限数据； 模拟时、空间相同或相似的景观； 理解和预测动态现象；
2.
3.
4.
综合不同时、空间上的信息。
景观模型可以根据其处理空间异质性方式的不同
而分为3大类：
所以，从全球来看，如果景观参数的长期变化呈水平状态，
且其水平线上下波动幅度周期性具有统计特征，则景观是 稳定的。 可见，只有呈水平趋势、小（或大）范围但有规则波动的 变化曲线是稳定的。
1.2 景观变化空间模式
Forman（1995）提出景观空间格局变化的6种常见空间模 式，即边缘式（edge pattern）、廊道式（corridor pattern）、单核心式（nucleus pattern）、多核心式
Zobel(1992)强调物种共存是进化、历史及生态尺
度上的过程决定的。在大尺度上，物种形成 （speciation）过程和物种迁移特性决定一个地区 潜在共存的物种数量，但这些物种是否出现还取 决于小尺度水平上群落内过程的作用。
Taylor等（1990）提出的种库假说（species pool