第掌-景观生态流.pptx

第四章第四章 反映景观功能的生态流反映景观功能的生态流一、生态流的含义与类型一、生态流的含义与类型二、水流、土壤流动、养分流二、水流、土壤流动、养分流三、动植物的运动三、动植物的运动四、景观空间格局优化四、景观空间格局优化 格局与生态流（过程）格局与生态流（过程）一、生态流的含义与类型一、生态流的含义与类型1、定义、定义 物质、能量、物种和信息在景观中毗物质、能量、物种和信息在景观中毗邻的生态系统之间的流动或运动。邻的生态系统之间的流动或运动。景观功能的主要部分，也是景观生态景观功能的主要部分，也是景观生态过程的具体体现。过程的具体体现。生态流生态流物质流物质流能量流能量流信息流信息流无机流无机流 有机流有机流水流水流养分流养分流空气流空气流地下径流地下径流地面径流地面径流动植物的迁移动植物的迁移食物流食物流土壤流土壤流2、生态流的类型、生态流的类型3、生态流与景观结构、生态流与景观结构 景观格局与生态过程（生态流）的关景观格局与生态过程（生态流）的关系是景观生态学研究的核心问题之一。系是景观生态学研究的核心问题之一。景观格局通过改变驱动力大小，媒景观格局通过改变驱动力大小，媒介密度，传播线路影响生态流；介密度，传播线路影响生态流；生态流在传播过程中反作用于景观生态流在传播过程中反作用于景观格局。格局。二、水流、养分流二、水流、养分流1、水流、水流 水流是一种重要的生态流类型，还是其他水流是一种重要的生态流类型，还是其他生态流的重要介质。生态流的重要介质。水流携带能力与携带的物质水流携带能力与携带的物质 影响水流携带能力的因素主要是流速。影响水流携带能力的因素主要是流速。影响水流流速因素：地形地貌（坡度），水输影响水流流速因素：地形地貌（坡度），水输入量及其时间，土壤结构（土壤空隙度），土入量及其时间，土壤结构（土壤空隙度），土壤对水携带物质的过滤作用（物理和化学吸附）壤对水携带物质的过滤作用（物理和化学吸附）。n水流携带的物质水流携带的物质 颗粒物质：其流量与水量和流速呈指数颗粒物质：其流量与水量和流速呈指数关系。关系。土壤侵蚀，滑坡。土壤侵蚀，滑坡。溶解物质：一般其浓度与水流速度呈反溶解物质：一般其浓度与水流速度呈反比关系，总搬运量与水流量呈正比。比关系，总搬运量与水流量呈正比。生态湿地净化生态湿地净化-污水流速。污水流速。（2 2）地面径流）地面径流）地面径流）地面径流n n地表径流地表径流地表径流地表径流n n城市地表径流显著增加城市地表径流显著增加城市地表径流显著增加城市地表径流显著增加：硬质铺装，渗透量小，地表径：硬质铺装，渗透量小，地表径：硬质铺装，渗透量小，地表径：硬质铺装，渗透量小，地表径流通过城市完善的下水管道迅速流出城区。在洪水季节流通过城市完善的下水管道迅速流出城区。在洪水季节流通过城市完善的下水管道迅速流出城区。在洪水季节流通过城市完善的下水管道迅速流出城区。在洪水季节,增加了产生迅猛洪水的可能性。增加了产生迅猛洪水的可能性。增加了产生迅猛洪水的可能性。增加了产生迅猛洪水的可能性。n n影响地表径流与渗透的主要因素：地表覆盖（植被覆盖、土地影响地表径流与渗透的主要因素：地表覆盖（植被覆盖、土地影响地表径流与渗透的主要因素：地表覆盖（植被覆盖、土地影响地表径流与渗透的主要因素：地表覆盖（植被覆盖、土地利用），坡度，土壤质地。利用），坡度，土壤质地。利用），坡度，土壤质地。利用），坡度，土壤质地。n n农村地区的径流系数农村地区的径流系数农村地区的径流系数农村地区的径流系数 部分城市地区的径流系数部分城市地区的径流系数部分城市地区的径流系数部分城市地区的径流系数n n小流域（坡面）径流计算小流域（坡面）径流计算小流域（坡面）径流计算小流域（坡面）径流计算 推理法（推理法（推理法（推理法（rational methodrational method）Q=A Q=A C C I I 一次暴雨或一段时期的径流量面积一次暴雨或一段时期的径流量面积一次暴雨或一段时期的径流量面积一次暴雨或一段时期的径流量面积 径流系数径流系数径流系数径流系数 降雨强度降雨强度降雨强度降雨强度水蚀水蚀 2 2、土壤侵蚀土壤侵蚀 水蚀：水冲刷土壤表面颗粒物质并使土壤养分水蚀：水冲刷土壤表面颗粒物质并使土壤养分淋失的过程。淋失的过程。多发区域：农田；过度放牧区；采伐、开采矿多发区域：农田；过度放牧区；采伐、开采矿石、筑路等干扰的陡坡。石、筑路等干扰的陡坡。土壤侵蚀量：土壤侵蚀量：通用土壤侵蚀方程：通用土壤侵蚀方程：Af（R,K,L,S,C）A土壤侵蚀量；土壤侵蚀量；R降水量；降水量；K土壤可侵土壤可侵蚀性；蚀性；L坡长；坡长；S坡度；坡度；C植被盖度植被盖度 生态景观对策：增加植被，树篱，坡改梯生态景观对策：增加植被，树篱，坡改梯 注意土壤物理结构可渗透性注意土壤物理结构可渗透性 3、养分流、养分流 土壤养分以融解质的形式随水流迁移，属于土壤养分以融解质的形式随水流迁移，属于土壤流的一部分。土壤流的一部分。分解分解 植物吸收植物吸收 物理化学吸附物理化学吸附 地表水地表水 地下水地下水养分库养分库土壤岩石风化物土壤岩石风化物（主要部分）（主要部分）植物体有机质植物体有机质农业施肥农业施肥食物链食物链（进行循环）（进行循环）土壤土壤水体水体部分被利用部分被利用部分沉积部分沉积n 养分流的主要去向是河流、湖泊。养分流的主要去向是河流、湖泊。穿越河流廊道进入河流；受到机械阻挡，累穿越河流廊道进入河流；受到机械阻挡，累积在廊道土壤中；被廊道中的植物吸收。积在廊道土壤中；被廊道中的植物吸收。过量的养分进入河流，会对河水水质和水过量的养分进入河流，会对河水水质和水生生物多样性造成不利影响。生生物多样性造成不利影响。面源污染富营养化。面源污染富营养化。保护河岸廊道植被，改善其结构和物种，增保护河岸廊道植被，改善其结构和物种，增加养分吸收量加养分吸收量,防止过量养分进入河流。防止过量养分进入河流。4、景观格局对水流的影响、景观格局对水流的影响 景观结构的改变对水分、养分在空景观结构的改变对水分、养分在空间上的重新分配。结构优化。间上的重新分配。结构优化。不同景观要素类型的渗透性差异不同景观要素类型的渗透性差异 渗水铺装，生态园林。渗水铺装，生态园林。地形地貌对流速、流量的影响。地形地貌对流速、流量的影响。下凹式绿地，调洪蓄水。下凹式绿地，调洪蓄水。河岸林带与氮的循环河岸林带与氮的循环 氮在河岸林带的滞留率为氮在河岸林带的滞留率为89，在农田的滞留率为，在农田的滞留率为8。5 5、案例分析、案例分析n重庆某居住区湿地公园（包括湿地重庆某居住区湿地公园（包括湿地1 1区和区和2 2区）规划区）规划区位于山体与居住区之间的沟谷地带。区位于山体与居住区之间的沟谷地带。n调查分析山体与谷地的地形坡度、土壤物理性质、调查分析山体与谷地的地形坡度、土壤物理性质、植被组成特点，分析水文特征，采样测定分析水体植被组成特点，分析水文特征，采样测定分析水体质量。质量。规划湿地规划湿地1区的水区的水系示意图系示意图 n湿地湿地1 1区的水输入。水有区的水输入。水有3 3个来源（系统输入）：个来源（系统输入）：上游来水；上游来水；北端与西侧山体两个汇水区（北端与西侧山体两个汇水区（ABAB与与CDCD汇水汇水沟）的径流（包括地面径流与地下径流）。地沟）的径流（包括地面径流与地下径流）。地面径流按近面径流按近3030年平均降雨量、最大年降雨量、年平均降雨量、最大年降雨量、最小年降雨量计算，并实地测量径流量；最小年降雨量计算，并实地测量径流量；湿地湿地1 1区范围的降水。区范围的降水。山体地面径流模拟估测数值山体地面径流模拟估测数值汇水沟汇水沟面积面积（m2）径流量径流量（m3）最大径流量最大径流量（m3）最小径流量最小径流量（m3）（30年年年年均）均）（1998年）年）（2001年）年）AB662851937125816.714042.3CD243157105.89470.25151.1小计小计9060026476.835286.919193.4n输出包括蒸发蒸腾、流出、侧面渗漏。输出包括蒸发蒸腾、流出、侧面渗漏。渗漏量根据湿地渗漏量根据湿地区的底部与侧部的土壤渗透系区的底部与侧部的土壤渗透系数来估算。数来估算。该地土壤入渗系数介于该地土壤入渗系数介于10-2 10-4 cm/s，渗透性，渗透性较强。较强。底部及下方侧部选择相应的防渗措施，保证渗透底部及下方侧部选择相应的防渗措施，保证渗透系数控制在系数控制在10-6 cm/s以下。以下。水水量量平平衡衡分分析析项目项目最大值最大值 m3/a最小值最小值m3/a设计值设计值m3/a设计值设计值125m3设计值设计值设计值设计值75m350m31 总进水量总进水量24299216575120353724398417816496670径流量径流量AB23222126311742521433160758037CD852646376398787059022951降雨量降雨量690037535177517751775177上游来水上游来水204344144730174537214681161010805052 水面面积水面面积（高程）（高程）4606m2 4606m2 3648 m2 3648 m2(324.5m)(324.5m)(322m)(322m)3 蓄水量蓄水量160451604578117811(324.5m)(324.5m)(322m)(322m)4 总输出量总输出量24299216575120353724398417816496670蒸发量蒸发量671941845094509450945094流出量流出量23585714427218958822782216642987149侧面渗漏侧面渗漏147582951885511068664144275 交换周期交换周期d35 2429 n重庆是湿润地区，降雨量大于蒸发量；从测定的重庆是湿润地区，降雨量大于蒸发量；从测定的来水量看，湖景公园的进水量充足，可以保证所来水量看，湖景公园的进水量充足，可以保证所需水量；交换周期为需水量；交换周期为29天，最大交换周期为天，最大交换周期为35天，天，最小为最小为24天，都小于天，都小于1:1的水体交换指标。因此，的水体交换指标。因此，来水量能满足控制水位线水量需求，能保证水体来水量能满足控制水位线水量需求，能保证水体更换，降低富营养化发生的可能性。更换，降低富营养化发生的可能性。n建议湿地面积和蓄水量：最深为建议湿地面积和蓄水量：最深为6.5m，最浅，最浅4.5m，波动水位，波动水位2m，湖面面积为，湖面面积为4606 m2，蓄水量为，蓄水量为16045m3。n1-11-1氨态氮含量为氨态氮含量为0.62mg/L0.62mg/L，小于（，小于（GB3838GB383820022002）IIIIII类标准；全磷含量为类标准；全磷含量为0.55 0.75 mg/L0.55 0.75 mg/L，高于，高于类标准，即存在一定程度的富营养化。类标准，即存在一定程度的富营养化。在湿地植物茂盛的荒废池塘出水处（在湿地植物茂盛的荒废池塘出水处（1-31-3采样点），采样点），全磷含量为全磷含量为0.32 0.45mg/L0.32 0.45mg/L，说明规划区水系上，说明规划区水系上游的现有湿地植物具有一定的水体净化效果。因游的现有湿地植物具有一定的水体净化效果。因此，建议将此地现有的池塘改建成一个以湿地植此，建议将此地现有的池塘改建成一个以湿地植物为主的生物滤过区。物为主的生物滤过区。n汇水区的土壤侵蚀与流失量分析。汇水区的土壤侵蚀与流失量分析。根据年降雨侵蚀力、地形地貌、土壤类型、植被根据年降雨侵蚀力、地形地貌、土壤类型、植被覆盖条件，估测土壤侵蚀模数：覆盖条件，估测土壤侵蚀模数：A A区为无明显侵蚀（区为无明显侵蚀（430.44 t/km2a430.44 t/km2a），），C C、D D区区皆为轻度侵蚀。皆为轻度侵蚀。从小流域汇水区角度看，从小流域汇水区角度看，ABAB、CDCD沟均为轻度侵蚀，沟均为轻度侵蚀，年土壤流失量分别为年土壤流失量分别为36.39t36.39t与与22.21 t22.21 t。建议在湿地建议在湿地1 1区前端建一个相应要求的拦淤坝。区前端建一个相应要求的拦淤坝。三、动植物的运动三、动植物的运动n连续运动连续运动:（加速，减速，匀速）（加速，减速，匀速）n间歇运动间歇运动:动植物在运动过程中作暂时的停留，动植物在运动过程中作暂时的停留，之后继续向优良生境迁徙。主要模式。之后继续向优良生境迁徙。主要模式。人类在热带雨林中的刀耕火种；动物在运人类在热带雨林中的刀耕火种；动物在运动过程中停歇，觅食；植物种子的跳跃式传播动过程中停歇，觅食；植物种子的跳跃式传播等等 在间歇运动中，动植物会对停留处的环境在间歇运动中，动植物会对停留处的环境产生较大影响，有时甚至会给环境带来毁灭性产生较大影响，有时甚至会给环境带来毁灭性的影响，而连续运动影响相对较小。的影响，而连续运动影响相对较小。1、动植物在景观中的运动模式、动植物在景观中的运动模式2、动物的运动范围、动物的运动范围 巢域内运动：斑块大小和形状对动物的运动有巢域内运动：斑块大小和形状对动物的运动有一定影响，主要反映在斑块的边缘效应上。这一定影响，主要反映在斑块的边缘效应上。这主要是边缘种与内部种觅食运动需要的生境条主要是边缘种与内部种觅食运动需要的生境条件不同所致。件不同所致。动物疏散：物种扩散的重要形式之一。动物疏散：物种扩散的重要形式之一。迁徙：迁徙：3、景观格局与动物运动。、景观格局与动物运动。景观中食物资源斑块的空间分布食物的可获景观中食物资源斑块的空间分布食物的可获取性动物的习性和运动。取性动物的习性和运动。廊道与动物运动。廊道与动物运动。4、植物的运动、植物的运动 媒介媒介:风（槭树，蒲公英等），风（槭树，蒲公英等），鸟类：构树、黄葛树，等。鸟类：构树、黄葛树，等。水，动物，重力，自传播。水，动物，重力，自传播。5、动植物迁移与景观格局规划、动植物迁移与景观格局规划鸟类鸟类 农田、城市景观中的湿地、林地斑块。农田、城市景观中的湿地、林地斑块。四、景观空间格局优化四、景观空间格局优化格局与生态流（过程）格局与生态流（过程）在生态流及生态过程分析的基础上，结合不同在生态流及生态过程分析的基础上，结合不同的土地规划任务，发现景观利用中的生态问题，的土地规划任务，发现景观利用中的生态问题，寻求景观格局的整体优化。寻求景观格局的整体优化。o背景分析：自然和人文过程的特点及其对景观的背景分析：自然和人文过程的特点及其对景观的影响。生态流特点与景观空间结构。影响。生态流特点与景观空间结构。o景观中性模型（景观中性模型（neutral model）o景观总体布局模式：基础格局景观总体布局模式：基础格局o关键点（地段）的识别。关键点（地段）的识别。o景观格局空间配置的调整景观格局空间配置的调整1、源汇分析源汇分析 在物质迁移运动中，在物质迁移运动中，有的系统单元作为物质有的系统单元作为物质迁出源，而另一些系统迁出源，而另一些系统组成单元则是作为接纳组成单元则是作为接纳迁移物质的聚集场所，迁移物质的聚集场所，被称为汇。如，流域水被称为汇。如，流域水文状况，土壤侵蚀一沉文状况，土壤侵蚀一沉积，污染物质的运移等。积，污染物质的运移等。将出生率高于死亡率并且迁人率大于迁出率将出生率高于死亡率并且迁人率大于迁出率的种群称为源，反之为汇种群。包含源种群的生的种群称为源，反之为汇种群。包含源种群的生境视为源斑块，汇种群所占据的生境作为汇斑块。境视为源斑块，汇种群所占据的生境作为汇斑块。确定生境斑块的源一汇特征对研究种群动态确定生境斑块的源一汇特征对研究种群动态至关重要。需要考虑生境在生物学方面的适应性至关重要。需要考虑生境在生物学方面的适应性，以及从生境斑块的大小、形状和边际特征等方，以及从生境斑块的大小、形状和边际特征等方面分析其源一汇属性，斑块面积大时源效应较显面分析其源一汇属性，斑块面积大时源效应较显著。著。2 2、景观中性模型、景观中性模型n景观中性模型景观中性模型:不包含任何具体的生态学过程或机理，只不包含任何具体的生态学过程或机理，只产生统计学组望值的单纯数学模型。渗透产生统计学组望值的单纯数学模型。渗透理论基于简单随机过程理论基于简单随机过程,并有显著的、可预并有显著的、可预测的阈值特征测的阈值特征,是理想的景观中性模型。是理想的景观中性模型。可对景观中的生态过程进行理论估测，随可对景观中的生态过程进行理论估测，随机估测与野外观测数据之间的统计差异反机估测与野外观测数据之间的统计差异反映了空间格局的特征。映了空间格局的特征。n渗透理论：物理学中研究流体在聚合材料介质中运动的渗透理论：物理学中研究流体在聚合材料介质中运动的理论，认为当介质密度达到某一临界密度时，渗透物突理论，认为当介质密度达到某一临界密度时，渗透物突然能够从介质的一端到达另一端。影响因子或环境条件然能够从介质的一端到达另一端。影响因子或环境条件到达某一阈值而发生的从一种状态过渡到另一种状态的到达某一阈值而发生的从一种状态过渡到另一种状态的过程过程临界阈现象。临界阈现象。景观连接度对于种群动态、水土流失和干扰蔓延等的景观连接度对于种群动态、水土流失和干扰蔓延等的影响，生物多样性衰减与生境破碎化程度之间的关系。影响，生物多样性衰减与生境破碎化程度之间的关系。渗透理论应用于研究景观的生态流所表现出的临界阈渗透理论应用于研究景观的生态流所表现出的临界阈值特征，以及景观连接度与生态过程的关系，并发展为值特征，以及景观连接度与生态过程的关系，并发展为“景观中性模型景观中性模型”。n景观景观二维栅格，生境单元随机散布其中二维栅格，生境单元随机散布其中(生物个生物个体只能在同一生境斑块中运动，生境单元是否相邻体只能在同一生境斑块中运动，生境单元是否相邻用四邻规则来判定用四邻规则来判定)。生境斑块总面积。生境斑块总面积60：以：以离散性为主要特征；生境斑块面积离散性为主要特征；生境斑块面积60,出现呈横出现呈横贯通道形式的较大生境斑块贯通道形式的较大生境斑块,景观从离散状态突然景观从离散状态突然转变为高度连续状态，为生物个体的运动和种群动转变为高度连续状态，为生物个体的运动和种群动态创造了一个全新的环境。态创造了一个全新的环境。允许连通斑块出现的最小生境面积百分比称为渗允许连通斑块出现的最小生境面积百分比称为渗透阈值或临界概率，其理论值为透阈值或临界概率，其理论值为0.5928。实际景观中生境斑块多呈聚集型分布，临界景观连实际景观中生境斑块多呈聚集型分布，临界景观连接度通常比经典的随机渗透模型所得出的理论值接度通常比经典的随机渗透模型所得出的理论值为低。为低。生物种群在景观中的生物种群在景观中的“渗透渗透”不但依赖于景观结构，不但依赖于景观结构，还取决于物种的行为生态学特征。还取决于物种的行为生态学特征。当景观结构变化时，生境面积的减少对于生物个体当景观结构变化时，生境面积的减少对于生物个体和种群迁移有生境损失效应与生境隔离效应两种和种群迁移有生境损失效应与生境隔离效应两种影响，其中后者表现出明显的临界阈值现象。影响，其中后者表现出明显的临界阈值现象。3、景观总体布局模式、景观总体布局模式 Forman(1995)理想的景观总体布局模式理想的景观总体布局模式 以集中与分散相结合的原则为基础，在生态功能上以集中与分散相结合的原则为基础，在生态功能上具有不可替代性，景观规划的一个基础格局。具有不可替代性，景观规划的一个基础格局。中心思想是将相似用地类型集中起来，在建成区保中心思想是将相似用地类型集中起来，在建成区保留一些自然廊道和小的自然斑块，在大型自然斑留一些自然廊道和小的自然斑块，在大型自然斑块的边缘布局一些小的人为活动斑块。块的边缘布局一些小的人为活动斑块。1:1:大型自然植被斑块；大型自然植被斑块；2 2、3 3、4 4廊道，廊道，5 5：小型：小型自然斑块自然斑块55 景观结构模式特点景观结构模式特点n包含大型自然植被斑块：优先考虑保护和建包含大型自然植被斑块：优先考虑保护和建设的格局应该是几个大型的自然植被斑块作设的格局应该是几个大型的自然植被斑块作为物种生存和水源涵养所必需的自然栖息环为物种生存和水源涵养所必需的自然栖息环境，缓冲干扰；境，缓冲干扰；n粗粒与细粒要素相结合：粗粒与细粒要素相结合：n主要用地类型之间的边界过渡带有利于布局主要用地类型之间的边界过渡带有利于布局碎斑块，使周围的大型自然植被不显得支离碎斑块，使周围的大型自然植被不显得支离破碎；破碎；n在建成区和农业区，小的自然植被斑块非常重在建成区和农业区，小的自然植被斑块非常重要：作为物种扩散的中续点，为边缘种或局部要：作为物种扩散的中续点，为边缘种或局部灭绝的物种提供栖息地，提高基质异质性，减灭绝的物种提供栖息地，提高基质异质性，减弱风速和水土流失，等；弱风速和水土流失，等；n有足够宽和一定数目的廊道，用以保护水系和有足够宽和一定数目的廊道，用以保护水系和满足物种空间运动的需要。两种类型自然植被满足物种空间运动的需要。两种类型自然植被廊道，边界过渡带。廊道，边界过渡带。4 4、景观中的关键点、景观中的关键点 在总体布局的基础上，应对具有关键生态作在总体布局的基础上，应对具有关键生态作用或生态价值的景观地段给予特别重视，如具有用或生态价值的景观地段给予特别重视，如具有较高物种多样性的生境类型或单元、生态网络中较高物种多样性的生境类型或单元、生态网络中的关键节点和裂点、对人为干扰很敏感而对景观的关键节点和裂点对人为干扰很敏感而对景观稳定性影响较大的单元，以及对于景观健康发展稳定性影响较大的单元，以及对于景观健康发展具有战略意义的地段等。具有战略意义的地段等。资源型、结构型。资源型、结构型。常见关键点类型：常见关键点类型：n具有重要内容或源地效应的部位（如大型自具有重要内容或源地效应的部位（如大型自然植被，或靠近城市），或者不寻常的地物，然植被，或靠近城市），或者不寻常的地物，如沙漠中的河流；如沙漠中的河流；n变化较多的地区，生态敏感区，以及一旦受变化较多的地区，生态敏感区，以及一旦受到干扰就不能恢复的区域；到干扰就不能恢复的区域；n各种形式流的交汇的地方。各种形式流的交汇的地方。5 5、景观单元空间属性的调整、景观单元空间属性的调整 根据景观生态学的基本原理和实际情况，针根据景观生态学的基本原理和实际情况，针对生态和社会目标，调整景观单元的空间属性。对生态和社会目标，调整景观单元的空间属性。n斑块及其边缘属性，如斑块的大小，形态、斑斑块及其边缘属性，如斑块的大小，形态、斑块边缘的宽度、长度及复杂度等；块边缘的宽度、长度及复杂度等；n廊道及其网络属性，如裂点的位置、大小和数廊道及其网络属性，如裂点的位置、大小和数量、量、“暂息地暂息地”的集聚程度、廊道的连通性、的集聚程度、廊道的连通性、控制水文过程的多级网络结构、河流廊道的最控制水文过程的多级网络结构、河流廊道的最小缓冲带、道路应道的位置和缓冲带等等。小缓冲带、道路应道的位置和缓冲带等等。