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景观生态学第3章ppt精选课件

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景观生态学第3章

景观生态学第3章
Levins（1970）提出复合种群：由经常局部性灭绝， 但又重新定居而再生的种群所组成的种群。
狭义复合种群定义：
强调复合种群必须表现出明显的局部种群 周转（即局部生境斑块中生物个体全部消 失，尔后又重新定居，如此反复的过程）
频繁的亚种群（或生境斑块）水平的局部性绝灭。
满足2个条件
亚种群（或生境斑块）间的生物繁殖体或个体的交流。 亚种群尺度或斑块尺度
面积较大而距离 较近的岛屿比面积 较小而距离较远的 岛屿的平衡态物种 数目大。
图1
岛屿生物地理学动态模型
面积较小和距离 较近的岛屿分别比 大而遥远的岛屿的 平衡态物种周转率 要高。
岛屿生物地理学理论意义
1、丰富了生物地理学理论和生态学论；
2、促进了我们对生物种多样性地理分布与
动态格局的认识和理解。 3、岛屿生物地理学理论的简单性及其适用 领域的普遍性使这一理论长期成为物种保 护和自然保护区设计的理论基础。
I0 s(t ) S (0) exp ( I 0 E 0)t S S p p I 0 E0 I 0 E0
I
0


(3.7)
S（0）岛上初始种丰富度。当迁入率等于绝灭率（I＝E）时
I0 se ( ) I 0 E0
（3.8）
岛屿平衡态物种丰富度取决于单位种迁入率和绝灭率以及大陆物种 库的大小。
复合种群的类型
一般的来说，复合种群分为五种类型： A 经典型（或Levins复合种群） B 大陆---岛屿型复合种群（或核心---卫星复 合种群） C 斑块性种群 D 非平衡态复合种群 E 中间型或混合型复合种群
经典型（或Levins复合种群）
由许多大小或生态特征 相似 的 生境 缀 块组 成 。 主要特点： 每个亚种群具有同样 的绝灭概率； 整个系统的稳定必须 来自缀块间的生物个 体交 流 或繁 殖 体交 流 ， 并且随生境缀块的数 量变大而增加。

景观生态学 ppt课件(共28张PPT)

景观生态学 ppt课件(共28张PPT)
生态系统类型越多，景观多样性指数越大。
▪ Shannon-Weiner指数
S
H' (Pi)(lo2Pgi ) i1
H’-香农指数，S-生态系统总数，Pi-每一生态系统所占 面积百分比。 根据信息论的理论而来，它的指标H’代表一个景观“信 息〞的不确定性，其组成成分变化越大，其不确定性 也越大。
景观异质性指在一个景观区域中，景观元素类型、组合及属性在空间或时间上的变异性。
植物和动物种的过度利用
法正林思想
优势度(dominance)
优势度=1-均匀度
只有多种生态系统的共存，才能保证物种多样性和遗传多样性。
均匀性(evenness)
E=H’/H’(max)
例如：爬山
尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或 时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间上和时间上所涉及到的范围和发生频率.
倒完木全在 调林整分林中、具广有义重法它要正意林必义 须具备法正龄级分配、法正林分排列和法正生长量。
中央核心不伐，中圈长轮伐期，外圈短轮伐期
法正龄级分配：要具备从小到各个龄级的林分，并且各龄 优势度(dominance)
优势度=1-均匀度
尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或 时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间上和时间上所涉及到的范围和发生频率.
P-分块性，N-相邻生态系统边界数，Di-相邻生态系统
相异性指数
5 景观多样性普遍存在的原因 因为立地条件不同而形成不同的生态系统
由于干扰作用的结果
2.4.2 森林景观异质性 景观异质性指在一个景观区域中，景观元素类型、
组合及属性在空间或时间上的变异性。
1 森林年龄结构
森林景观的年龄结构指的是林分间的年龄构成状态

景观生态学——景观生态过程 ppt课件

景观生态学——景观生态过程 ppt课件

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
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。
不同景观元素对养分流的影响
水平 运动
态起
环到合
境对理
的养组
保分合
护 具 有 重
的 过 滤
和 设 计
要作景
意用观
义，结
这构
对可
生以
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
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 都是岩屑或块体在重力作用下的移动。

景观生态学-C3

景观生态学-C3

路、农田防护林（被拦截的养分和水分可作为汇，直接为廊道处的植物
吸收利用；被拦截的物种或者汇集于廊道的某处，或者以此为起点 （源）开始 新的扩散）
屏障或过滤：廊道可作为半渗透性的屏障或过滤器
二、廊 道 ——结构与生态流
曲度
廊道的弯曲度或通直度，常用廊道中两点间的实际距离与他们 之间的直线距离之比来表示。
空间非连续性
斑块属性：尺度、形状、边界等
内部均质性
Patches: definitions
Vector Data = polygons. In ArcGIS, these are shape files.
Grid Cells = homogenous rectangles, typically squares. Also called lattice data, pixels. In ArcGIS, these are grids files.
再生斑块
在先前遭干扰破坏的地段上再次出现的生态系统。
在大面积干扰的情况下，尽管外貌上与残存斑块相似，但在 物种的演替动态上与干扰斑块相似。
短生斑块
由于生物相互作用或非生物环境因素正常而短暂的波动而引 起、持续期很短的斑块。 引起短生斑块的环境变化是经常性的，但由于变化强度较小， 以致于一些物种逐步适应了这种变化。
不同斑块类型的持久性与稳定性
斑块尺度及其生态影响
斑块总面积 斑块平均面积 最大斑块面积 斑块面积标准差 斑块面积极差 斑块面积变异系数
最小斑块面积
斑块面积中值
斑块面积分布偏态系数
斑块尺度及其生态影响
面积对能量和养分的影响
斑块面积越大，环境容量越大，斑块越稳定

景观生态学课件第三章-PPT文档资料

景观生态学课件第三章-PPT文档资料

边缘地带植物密度高于内部，故营养也高于内 部地带，由于小斑块的饿边缘/内部比大于大斑块， 因此小斑块单位面积的能量与物质不同于大的斑 块。
大斑块比小斑块有更高的营养级的动物，并且 食物链也更长。
2 面积对物种的影响 （1）岛屿 在生物群落里，物种的多样性随面积的增加而增加。 岛上种数与面积大小的关系的三种解释：
单一干扰 （短期）
环境资源斑块 干扰斑块 残存斑块 引进斑块斑块的持久性与稳定性来自3.1.2 斑块的大小
1 面积对能量和养分的影响
一般的情况总是大斑块比小斑块含的能量和养分丰 富。也有不同，比如，一个小斑块（麦田）从边缘到 内部我们会 发现边缘产生的产量高于内部。
原因：充分利用光、温度、水、且竞争少。 动物的分布也会因边缘内部的喜爱程度而有所不同。 许多野兔、野鸡等喜欢在边缘地带活动，食草与食肉 动物也经常在边缘地带活动，边缘单位的生物量也高 于内部。
内、外因（如火灾） 干扰
短期、长期
短期特点：具有最高的周转率、持续时间最短、 消失最快的斑块类型。
2 残存斑块(remant patch) 原 因: 由包围着一小块未受干扰地区的大范围干 扰造成的. 举 例: 寒冷过后阳坡上留下的鸟巢、火灾大火过 后残留的一片森林 松弛期：某些种群灭绝速率升高的时期。 调整期：物种变动速率增高的时期。
形状系数
D L
2 A
D-形状系数 L-斑块固边长度 A-斑块面积
D值说明某一斑块周边长度与面积同该斑块相等的 圆的圆周长之比，比值为1为圆形，比值越大说明该 斑块周边越发达
2 边缘与边缘效应 定义： 边缘是指两个不同的生态系统相交而形成的狭窄地
区。 斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成和过渡，
这就是通常所说的边缘效应。 特点： 由一种环境条件组合、过渡为另一种环境条件组合，

景观生态学 第三章 景观结构与格局

景观生态学 第三章 景观结构与格局
扰。
2.常见的干扰
① 火干扰 ② 放牧干扰 ③ 土壤物理干扰：翻耕、平整 ④ 土壤施肥干扰 ⑤ 践踏干扰 ⑥ 外来物种入侵干扰 ⑦ 其他干扰：洪水、森林采伐、旅游等
3.干扰的特征因子与性质
• 干扰的特征因子可由4个方面分析：①干扰频率，或称干 扰演替之间的时间间隔；②恢复速率，或称为从受干扰状 况中恢复所需的时间长短；③干扰事件影响的空间范围； ④景观范围的大小。
• 柯本气候类型分类法：
– 首先按最冷月温度、最热月温度和年降水量将赤道至 极地分为5种气候带（热带多雨气候、干燥气候、温带 气候、寒冷气候、冰雪气候）；
– 然后再根据季节雨量及干湿的程度等指标进行二、三 级划分出亚类等，综合为12个气候类型。
中央气象台采用三级指标 将全国划分为9个气候带和1个高原气候区域（1966）
气候带
≥10℃天数
≥10℃积温
最冷月平均气温
备注
Ⅰ寒温带 Ⅱ中温带
Ⅲ暖温带
Ⅳ北亚热带
﹤100 100-171
171-218
218-239
﹤1 600℃ 1 600℃至3 200-3
400℃
3 200—3 400℃ 4 500-4 800℃
4 500-4 800℃ 3 500-4 000℃
﹤－30℃ －30℃至－16
• 也有人指出，无论干扰怎样定义，它都强调干扰和干扰对 象的结构状态及动态变化密切相关，并进而得出干扰是能 够改变景观组分或生态系统结构、功能的重要生态因素， 并且是促进种群、群落、生态系统及整个景观生态变化的 驱动力。
• 在景观生态学中，干扰因其普遍存在和重要性而一直受到 重视，但对这一明显的生态过程的定义至今尚没有形成统 一的认识。
• 在景观中，地貌的作用有以下3点：

景观生态学ppt 付博杰

景观生态学ppt 付博杰

☺景观与土地的关系：
景观是指土地的具体一部分，与土地不仅有着外延上的从 属关系，而且景观更代表了一种较为精细的尺度涵义，强调景 观供人类观赏的美学价值和景观作为复杂生命组织整体的生态 价值及其带给人类的长期效益，具有更大的内涵；土地则侧重 于社会经济属性，主要关注土地的肥力、土地的产权关系、土 地的经济价值等。
临界阈值 绝对尺度 相对尺度 尺度分析 尺度效应
三、岛屿生物地理学理论与异质种群
岛屿生物地理学理论 假设生境中物种迁移和灭绝过程之间达到生态平 衡态，除面积外，其它环境因素都相似，则物种数量 与生境面积之间的关系可用下式表示： S=cAz 或 lgS=lgc+zlgA 式中，S为生物物种数目，A为生物物种存在的空间面 积，C为物种分布密度，Z为某个统计指数。 岛屿生物地理学理论模型： dS/dt=I-E 式中，I为迁入率，与隔离程度有关；E为灭绝率，与 岛屿面积有关。
四、渗透理论
渗透理论是用于研究多孔介质中流体的运 动规律的。渗透过程一般存在一个临界值（渗 透概率），当多孔介质所构成的有限单元中渗 透概率P＜PC＝0.5928时，流体就保留其中； 而当P＞PC，流体就会穿越有限单元网格发生 渗透。 渗透理论已广泛用于疾病流行、干扰、森 林火灾和害虫爆发以及动物运动和资源利用方 面的研究。
生物学研究对象的生命组织层次
自 然 界 中 的 物 质 组 织 模 型
现代生态学的研究热点：
生物多样性的研究 生态系统服务功能的研究 全球生态变化的研究 景观生态学 恢复生态学 生物灾害与生物安全的研究 环境污染过程中的重要生态学问题研究 分子生态学
二、景观与景观生态学
对景观的一般理解： 主要关注景观的视觉特性和文化价值， 没有明确的空间界限，突出一种综合直观的 视觉感受，这时景观等同于“景色”、“风 景”、“景致”、“景象”等。 景观的科学含义：（Forman & Godron) 由相互作用的生态系统镶嵌构成，并以 类似形式重复出现，具有高度空间异质性的 区域，其主要特征是可辨识性、空间重复性 和异质性。

景观生态学PPT课件

景观生态学PPT课件
狭义景观的范围：为几至几百公里；处于生态系统之上。 广义景观的范围：从微观至宏观任意；随研究对象和目的而变。
已越来越多地被接受和采用。
第1节 景观的有关概念
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景观可分为：
1.自然景观：如高山、荒漠、草原、森林、极地等。 包括原始景观、半自然景观即受轻度人类干扰。
2.经营景观：如农田、果园、人工林、牧场。 3.人工景观：完全由人类所创建。
主要体现经济、文化和视觉特性和价值的景观。 如城市景观、旅游地风景园林景观、工程景观（工厂、矿山、 水利工程、交通系统、军事工程）等。
第1节 景观的有关概念
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3.景观概念的内涵 ①具有异质性：由不同空间单元（生态系统）镶嵌组成。
景观由林地,草原,农田,村庄,河流等异质空间单元组成。 ②具有地域性：是具有明显形态结构特征的地理实体。
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第1章 景观生态学概述
1. 景观的有关概念 2. 景观生态学原理 3. 景观生态学发展
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第1节 景观的有关概念
一、景观的直观理解 英语中：景观的原意表示自然风光、地面形态和风景画面。 用于描述乡村自然风光和美丽的景色。(Landscape) 汉语中：景 ～反映了风景、景象、景色、景致。(等同scenery) 观 ～表达了观察者的直观感受。
重要问题：如何解决经济发展与环境保护的矛盾？ 观点1：加大环境保护力度会影响当地经济发展 观点2：协调发展，既要金山银山又要绿水青山 建立和谐社会既要人之间的和谐，基础是人与自然的和谐。
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引言
3.景观生态学是一门应用性很强的生态学分支学科 景观生态学研究大尺度地域内各种生态系统之间的相互关系。 景观的组成、结构、功能、动态、分类、评价、规划、管理。 其原理方法对促进景观的优化和可持续发展有直接指导作用， 是人们从宏观方面认识自然并调节人与自然关系的有力手段。 应用领域：农业、林业、城市规划、园林设计、自然保护、 旅游景区规划设计、环境治理、资源开发利用等。

景观生态学第3章

景观生态学第3章
式。它为能够具体而形象地描 述景观结构、功能和动态提供
了一种“空间语言” （spatial
language）。这种分类体系目前 已为大多数学者所接受。
草地与森林景观
6
一、斑块
（一）斑块的起源或形成机制、主要类型
斑块是在外观不同于周围环 境的非线性地表区域。由于成因 不同，斑块的大小、形状及外部 特征各异，可以是有生命的，如 动植物群落，也可以是无生命的， 如裸岩石、土壤或建筑物等。它 可能是自然的，如森林中的沼泽
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除了上述4种斑块类型外， Forman和Godron (1981，1986)还讨 论了另外两种，即再生斑块 (regenerated patch)和短生斑块 (ephemeral patch)。
再生斑块：是指在先前被干扰 而遭破坏的地段上重新出现的生态 系统，在形式上似乎与残留斑块类 似。
短生斑块：则指由于环境条件 短暂波动或动物活动引起的，持续 期很短的斑块。如荒漠中雨后出现 的短生植物群落、演替进程中过渡 群落、水源处时而聚集的动物群落。
1
本章内容提要：
1、景观结构模型——景观结构的基本要素及其生态属性 2、景观多样性的类型及其测度指标 3、景观异质性的类型、测度指标及其生态学意义
4、景观的空间格局的概念和类型
目的：掌握景观结构和空间格局的基本特征及其变化规律。
2
第一节 景观结构模型
目前主要的景观结构模型有：
（1）斑块—廊道—基底模型：将各类景观要素归结为斑块、廊道 和本底3类成分，用来描述和分析景观的结构和景观要素的功能性特 征。 （2）网络—结点模型：景观是由线（廊道）和结点构成，如城市 景观中的道路系统可以用网络—结点模型加以描述和研究，城市公交 网络由公交站点和公交线路这两个基本要素组成，公交站点把公交线 路连接起来，而公交线路由若干沿线公交站点组成。也是描述景观结

景观生态学概论PPT精选

景观生态学概论PPT精选
首先生态学的出现，19世纪中期Haeckel，把研究生物和环境关系的科学称之为生态学。
伍业钢和李哈滨的《景观生态学的理论发展》（1992）和《景观生态学的数量研究方法》（1992）；
1.5 景观生态学的重要学派
1.美国的景观格局和景观功能研究(Forman, Risser,Turner)
2.荷兰和德国的土地生态设计(Zorreveld,Haber 国家公 园景观规划）
那么什么是景观生态学呢？
1.1 景观（landscape)
“景观”的三种理解： 1. 视觉美学 在欧洲，“景观”一词最早来源于
《圣经》中，用来描述耶路撒冷城美丽的景画。 与“风景”同意。例“黄山”、“泰山”、 “苏州园林”。
2. 地理学 景观作为地球表面气候、土壤、地貌、 生物各种成分的综合体，类似于生物群落。
景观生态学研究的主要对象、内容及基本理论
景观生态学
斑块 - 廊道 - 基底模式
岛屿生物地理学理论 景 观 结 构
景观连接度
空间异质性和斑块性
临界阈理论和渗透理论
复合种群理论
地域分异理论
景观功能
景观动态
等级理论
斑块动态 人类活动和影响
格局 - 过程 - 尺度
理论基础
经济观念与生态学研究的融合
经济观景观生态学研究，发展很快。
3.发展(20世纪60年代后期~80年代初，初步发展； 20世纪80年代，全面发展)
80年代进入景观生态学研究热潮。 1981年，在荷兰召开“第一届景观生态学大会”。 1982年，国际景观生态学协会成立。（IALE） 1984年，Narch.Z和Lieberman（美国）出版《景观生 态学的理论和应用》，第一本景观生态学专著。
1 景观（landscape)

景观生态学

景观生态学

pattern）：一般指景观的空间格 局，是大小、形状、属性不一的景观空间单元（斑块）在 空间上的分布与组合规律。p143
景观格局是景观异质性的具体表现
景观生态学的核心是：空间格局、生态学过程及其相互作用
景观格局往往是许 多因素和过程共同 作用的结果，具有 多层异质结构。
大尺度上的非生物因素（如气候、 地形、地貌）为景观格局提供了 物理模板，生物的和人为的过程 通常在此基础上相互作用而产生 空间格局。 不同因素在景观格局形成过程中的重 要性随尺度而异。例如，温度和降水 量；种间关系。 园林建设是人为干扰主导的景观格局 形成过程
月牙泉（沙漠第一泉）
环境资源斑块举例
如沙漠中的绿洲就是土壤内水分分布不均匀的结果。该处土壤水分 明显高于周围的沙地，动植物来此定居，形成不同于周围环境的绿洲斑 块； 同样，在沼泽湿地中大面积生长着芦苇等湿生植物，仅在地形较高 的地段，因土壤水分含量明显地低于周围的土壤，生长着与周围湿生植 物不同的旱生植物群落；
广义：与周围环境在外貌或性质上不同，并具有一定内 部均质性的空间单元。

按性质和组成分；草原、森林、农田、居民区、湖泊、 岛屿、沙漠、戈壁滩
起源与类型（起源原因、特点）
按照起源和类型，可将斑块分 为四类：干扰斑块、残余斑块、 环境资源斑块、引入斑块 1、干扰斑块 原因：由于局部干扰而产生的。
采伐后的森林，草原烧荒，地表
主要表现为中西欧国家结合自然和环境保护、土地利用及规划等 应用实践开展景观生态学理论与应用研究。

景观生态学的全面Biblioteka 展（20世纪80年代至今）景观结构（空间格局）
影响景观发育的因素 斑块 廊道 基质

景观格局（Landscape

景观生态学PPT课件

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6-5
人类与自然共同作用影响下的不同景观
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6-6
1.2 景观生态学（Landscape Ecology)
❖ 德国地理学家Troll特洛尔，1939年，创立景 观生态学一词，定义为：研究某一景观中生物 群落之间错综负责的因果反馈关系的科学。
❖强调航空摄影测量学、地理学、与植被生态学 结合在一起综合性研究。
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6-8
二、 景观生态学研究内容
1.景观结构 不同景观要素之间的空间关系。
2.景观功能 各种景观要素之间的相互作用，不同生 态系统之间的能量流、物质流和物种流。
3.景观变化 景观的结构和功能上随时间的变化。
4.景观管理 通过分析景观特征，提出景观利用管理 最优化方案。
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6接度 廊道 边缘 异质化、破碎化 斑块、基质 尺度
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6-11
（1）尺度（scale）
➢ 一般用粒度（grain）和幅度（extent）表示
❖粒度
– 空间粒度：最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积； – 时间粒度：某一现象或事件发生的频率或时间间隔。
2 残存斑块(remant patch)
原 因: 由大范围干扰活动，如森林砍伐、 城市化等造成局部范围内幸存或残存的自 然与半自然生态系统片段包围着一小块未 受干扰地区的大范围干扰造成的.
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6-23
3 环境资源斑块
原因：由于环境条件如气候、地形、土壤、 养分等在空间上分布不均匀形成的斑块。

园林生态学 ppt课件

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❖ ５、大气飘尘和尘降等颗粒物
❖ 堵塞气孔，减弱光和、呼吸、蒸腾作用；重金属污染物， 对植物产生毒害。
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❖ ㈢园林植物的抗性
❖ 定义：指在污染的影响下，能尽量减少受害，或受害后能很 快恢复生长，继续保持旺盛活力的特性。
❖ 抗性强弱取决于植物本身的形态特征和生理生化特性。
第三章 园林植物与城市物质环境
1 第一节 城市水文、城市水污染与园林植物的生态关系 2 第二节 城市土壤、土壤污染与园林植物的生态关系 3 第三节城市大气环境与园林植物的生态关系
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第三节 城市大气环境与园林植物的生态关系
❖ 1大气圈：指地球表面的大气层。
❖ 柠檬、茴香、桉树、云杉、冷杉、刺柏和石竹， 能有效预防水痘和麻疹。
❖ 冷杉属、臭椿、桦、栎等的挥发物质能杀死白喉、 伤寒、痢疾杆菌等。
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松科、柏科、木兰科等对结核杆菌有抑制作用。丁 香花香能使牙痛好转。
❖ 鸡血藤的挥发物质，可抑制人体交感神经的兴奋， 促进副交感神经的作用，使人体放松。
❖ 负离子不仅能促成人体合成和储存维生素， 强化和激活人体的生理活动，因此它又被称为" 空气维生素",认为它像食物的维生素一样，对人 体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，
❖ 在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化 空气的有效手段。负离子与细菌结合后，导致细 菌死亡，最终降沉于地面。空气中带负电的微粒 使血中含氧量增加，有利于血氧输送、吸收和利 用，具有促进人体新陈代谢，提高人体免疫能力 ，增强人体肌能，调节肌体功能平衡的作用。
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第三章 景观生态学中的一些基本理论和重大论题
第一节 岛屿生物地理学理论
一、岛屿生物地理学理论的主要内容 二、岛屿生物地理学理论的数学模型 三、岛屿生物地理学理论的验证与应用
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第一节 岛屿生物地理学理论
岛 屿：是一种假设，被称作重要的自然实验室。
如沙漠中的绿洲、陆地中的水体、开阔地包围的林地 和自然保护区等.
1967年麦克阿瑟和威尔逊创立岛屿生物地理学理 论。他们认为岛屿物种的多样性取决于物种的迁入率 和灭绝率，而迁入率和灭绝率与岛屿的面积、隔离程 度及年龄等有关。
S=f（+生境的多样性-干扰+面积-隔离程度+年龄）
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2、陆地景观
陆地景观与岛屿有所不同，斑块的边界并不明确， 并且隔离程度的重要性降低。
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迁入率或灭绝率 迁入率或灭绝率
A
Inear
距离效应
Ifar
B
I 面积效应
Esmall
Elarge
（近岛）R （远岛）R’
0
S’e Se
物种数目
S’e Se
物种数目
岛屿生物地理学理论图示 .
R’(小岛） R (大岛）
Sp
岛屿上的物种数目由两个过程决定：物种迁入率和绝灭率; 离大陆越远的岛屿上的物种迁入率越小（距离效应）；岛
.
..ຫໍສະໝຸດ 此外，物种丰富与面积、隔离程度的关系： 岛屿上物种的丰富度取决于两个过程：
物种迁入和物种绝灭
.
距离效应：由于不同种在传播能力方面的差 异和岛屿隔离程度相互作用所引起的现象称 为“距离效应” 。
面积效应 ：岛屿面积越小，种群则越小，由 随机因素引起的物种绝灭率将会增加。该现 象称为“面积效应”。
I—迁入率
E—绝灭率
假定I和E具有种间均一性、可加性以及随时间的稳定性， 它们随物种丰富增加则呈线性变化，即：
I(s)=I0[Sp-S(t)] （3.4） E(s)=E0S(t) （3.5）
.
I0是单位种迁入率或迁入系数，E0是单位 种绝灭率或绝灭系数，Sp是大陆物种库中 潜在迁入种的总数。
将（3.5）代入（3.3）： dsd（t t）＝I0Sp－（I0＋E0）S（t）
屿的面积越小其绝灭率越大（面积效应）。
图1 岛屿生物地理学动态模型
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面积较大而距离 较近的岛屿比面积 较小而距离较远的 岛屿的平衡态物种 数目大。
面积较小和距离 较近的岛屿分别比 大而遥远的岛屿的 平衡态物种周转率 要高。
岛屿生物地理学理论意义
1、丰富了生物地理学理论和生态学论； 2、促进了我们对生物种多样性地理分布与
R S(t) Se S(0) Se
(3.12)
R是种丰富相对于平衡值在 t 时刻的偏离与其初 始偏离之比。
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种丰富度从某一时刻的偏离降低到初始偏离的36.8％（即 1/e）时所需的时间，常定义为松弛时间Tr（relaxation time）
Tr
ln1(/e) 1 I0E0 I0E0
S ( t) S e [ S e S ( 0 )e ] x ( I 0 p E 0 ) t] [（3.10）
种丰富度的非平衡态值与初始值、平衡态值 以及迁入系数和绝灭系数的关系。
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据(3.10)可求得岛屿从某一非平衡状达到或恢复到平衡 态所需要的时间，即：
t ln R I0 E0
(3.11)
se
( I0
I0 E0
)
（3.8）
岛屿平衡态物种丰富度取决于单位种迁入率和绝灭率以及大陆物种 库的大小。
为探讨种丰富度变化率与平衡态值的关系，方程（3.6）改写为：
dd(st)t(I0E0)S [eS(t)]
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（3.9）
物种丰富度的变化率与 t 时刻和平衡态时和数的差 成正比。当S(t)<Se,种丰富度增加；当S(t)>Se,种丰富度 则减小。 将(3.8) 代入(3.7) 得：
加而增加。 岛上种数与面积大小的关系的三种解释：
➢大岛屿物种多 ➢稀有种多 ➢小岛近亲繁殖
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岛屿生物地理学理论定量阐述了岛屿上物种 的丰富度与面积的关系, 其关系式如下:
S = CAZ (1)
式中, S 代表物种丰富度,A 代表岛屿面积, C 为与生物地理区 域有关的拟合参数, Z 为与到达岛屿难易程度有关的拟合参 数。
动态格局的认识和理解。 3、岛屿生物地理学理论的简单性及其适用
领域的普遍性使这一理论长期成为物种保 护和自然保护区设计的理论基础。
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二、岛屿生物地理学理论的数学模型
（略）
某岛屿而言，MacArthur－Wilson理论的数学模型：
DS(t) =I(s)-E(s) Dt
（3.3）
S(t)—表示t时刻的物种丰富度
S=f（+生物多样性-（+）干扰+面积+年龄+本底异 质性-隔离程度-边界不连续性）
迁入 小 灭绝
速
率
Ss
大
SL
物种多样性
P
率速
迁入
远
近
SN SF
物种多样性
灭绝
P
.
区别： ➢障碍物不同 ➢海岛的隔离是与大陆相对而言 ➢岛屿与陆地景观的形成时间大相径庭 ➢与边缘的作用 设计保护区时，面积比较关键。
主要保护：1 较高的当地物种多样性 2 稀有种和濒危种 3 稳定的生态系统
.
一、岛屿生物地理学理论的主要内容
岛屿为自然选择、物种形成和进化以 及生物地理学和生态学诸多领域的理论和 假设的发展和检验提供了一个重要的自然 实验室。
生态学家早就注意到物种丰富度随岛 屿面积或陆地群落的取样面积呈单调增加 的趋势。
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1、 面积对物种的影响
（1）岛屿 在生物群落里，物种的多样性随面积的增
（3.6）
该微分方程表示非平衡状态时物种丰富度随时间的变化率。在 某一时刻的物种丰富度可通过对式（3.6）积分而得，即：
s (t) I0 I 0 E 0S p I0 I 0 E 0S p S (0 ) ex (I0 p E 0 )t (3.7)
.
S（0）岛上初始种丰富度。当迁入率等于绝灭率（I＝E）时
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S=CAZ
S-多样性 A-面积 C-比例常数 Z-一般为0.18~0.35
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度种 的
S=CAZ
丰
富
面积
分析表明，大致的规律是面积增加10倍，物种增 加2倍；面积增加100倍，物种增加4倍；即面积每增 加10倍， 所含的物种数量成2的幂函数增加，2是个 平均值，通常在1.4~3.0之间。这种关系的另一层含 义表明，如果原生生态系统保存10%的面积，将有 50%的物种保存下来。如果保存1%的面积，则会有 25%保存物种被保存。