安徽农业大学景观生态学第四部分景观生态过程及动态变化

景观生态学

Landscape Ecology

第四部分景观生态过程及动态变化

景观生态学研究的核心问题:空间格局与生态过程的相互作用及其动态关系

✓格局——过程的关系

❖一般认为，景观空间格局会控制或影响着内部的生态过程，包括能量、物质、生物在景观中的运动，以及种群动态、生物多样性和其他生态系统过程。

❖景观格局本身是由景观中的各种生态过程的特征所决定的。

✓影响景观格局形成的主要因素

❖景观的形成是多种自然因素相互作用的结果。景观形成自然过程中的影响因素主要包括气候、地貌、土壤、植被四个方面。

❖大尺度上的非生物因素（如气候、地貌）为景观格局提供了物理模板（格局对过程的制约作用。自然或人为干扰是一系列尺度上空间格局的主要成因。

❖景观格局的形成是多种生态过程多次作用的累积效果

✓景观过程概述

❖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、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。

✓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；

❖多数学者认为景观生态过程与景观功能有着密切关系（傅伯杰，2001）

❖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

一、景观生态过程的动力与运动机制

1、景观生态过程的基本动力

在景观水平上，有三种基本动力使景观之间的流得以发生，它们分别是扩散、物质流和运动。

（1）扩散（diffusion）

➢在狭义上，扩散是溶解物质或悬浮物质从高浓度区向低浓度区的随机运动，物质分子通过自身的布朗运动作无规则的运动。

➢扩散与系统的异质性相联系，普遍存在。

➢在极小的尺度上，扩散对物体运动可能较为重要；但在预测景观上的空间运动时，物质流和运动是主要的力。

（2）物质流（mass flow）

➢指物质沿能量梯度的运动。

➢取决于是否存在动能和热能梯度，普遍存在。

✓水流：河流、地表和地下径流，由动能梯度引起。

✓气流或风：地表因太阳辐射受热不均而形成的气压差引起。

Caused by differences in atmospheric pressure due to differential heating of the earth's surface by solar energy; Wind erosion, sand-dune movement, blowing materials across landscapes

✓土流和养分流：常随水流或气流运动。

（3）运动（locomotion）

➢指物体通过消耗白身能量从一处向另一处移动，发生空间上的重新分配。

➢运动是飞行动物、地面动物和人（包括车辆）传输多数物质（体）的力。

➢在运动力作用下迁移的最重要生态特征是物体在所抵达的景观要素中呈高度聚集。

扩散可形成最少的聚集格局，物质流居中，而运动可在景观中形成最明显的聚集格局。

2、主要媒介物（Major vectors）

5种媒介物或传输机制：风、水、飞行动物、地面动物和人

➢Wind : Carries heat energy, water, dust, pollutants, nutrients, propagules, organisms, etc

➢Water : Carries mineral nutrients, seeds, insects, sewage, fertilizers, pollutants, etc ➢Flying animals (e.g., birds, bats, bees): Carry fruits, seeds, spores and insects in feathers, feet, and the gut

➢Ground animals (e.g., mammals, reptiles): Carry seeds, fruits, spores, insects, etc

➢People (use of vehicles): Carry organisms, seeds, fruits, spores, insects, nutrients, etc

二、景观生态流

●在景观各空间组分之间流动的物质、能量、物种和其他信息，被称为景观生态流

（ecological flow）。

●景观生态流是景观生态过程的外在表现形式，受景观格局的影响和控制。

●景观要素的过程和功能是通过景观中的流来反映的。

1.空气流

❖空气流即风，指不同地段或区域气压差驱动下的空气流动。

❖风的格局：a. 层流：平行状态，一层在另一层上

b.湍流：气流运动不规则，或上或下的流动

❖在一定范围内，由于地貌形态和下垫面性质差异，会出现局地环流，如山风、谷风、海岸带的海陆风和热岛环流等。

❖空气环流的功能：输送水分和热量，传播花粉、孢子、小昆虫、种子。

2、水流

❖水是活动的物质，既可在陆地沿地表和地下流动，也可在海洋中运动，并存在陆地和海洋之间的水分循环，这里主要描述景观内水的流动特点。

❖地表水的流动是景观内重要的能量和物质流动。在倾斜地面上，当降雨的强度超过下渗速度，即要发生顺坡流动的地表径流最后进入河道。河流将不同的景观要素连接起来，加强了景观要素间的联系。

❖地表水流在景观中本身是一种物质运动，水流有侵蚀、搬运和沉积作用，具有重要的生态功能。

❖地下水流包括下渗、中间径流和地下径流。所谓下渗即雨水进入土壤表面的过程。

这主要决定于不同地段土壤孔隙的大小。土壤孔隙度越大，下渗的水分越多。

3、土流

❖土流指土壤中和土壤表向的物质在外界传输动力的作用下流动的过程。小部分土流是借助于风或动物运动来进行的，但几乎所有的地面流都取决于水这个传输动力。

❖土壤流速的决定因素

➢1）水的输入量和时间

➢2）土壤的结构，尤其是孔隙度

➢3）土壤对水中携带物质的渗滤效果，包括土壤颗粒对物质的吸附作用。

❖土流携带物质分成两类

➢颗粒物质：指悬浮于水中但不溶于水的物质，既包括有机物质，如细菌、孢子、腐烂的叶片，又包括无机物质，如粘粒和粉粒。

➢溶解物种：指在水中发生化学分解并进入溶液的物质，也可能是有机的（如腐殖酸和尿素）或无机的（如硝酸盐、硫酸盐和钙）。

4、养分流

❖景观中养分的流动是伴随着水流和土壤侵蚀形成的。水流携带物质按其性质可分两大类，即颗粒和溶解物。

❖固体颗粒和溶解物的运行规律不同。下小雨时颗粒物质几乎不流动，而下大雨时其浓度增大，二者呈指数关系；而溶解物质的浓度与水流量的曲线接近水平。