《景观生态学》教学大纲.docx
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《景观生态学》教学大纲
兰州大学地理学基地课程教学大纲
《景观生态学》教学大纲
一、说明
(一)课程性质
地理科学专业:
主干课、专业类基础课。
地理信息系统专业、资源环境与城乡规划管理专业:
专业类基础课。
(二)教学目的
本课程通过对景观生态学概念、基本理论、研究方法、应用前景和实际研究案例的讲授,使学生了解当前国际景观生态学研究中重大科学问题的研究意义、内容、方法及最新进展,掌握该领域的专业基础知识,包括基本概念、基本理论与基本原理,以及景观生态研究的基本技能与方法,为学生提供一种解释和研究自然格局、自然过程的新思路与途径,为今后在生态、地理、资源环境等领域的工作打下基础。
同时,该课程注重新理论、新技术的介绍与探索,结合经济建设和生态环境保护的具体需求,通过案例讲解的形式培养学生解决实际问题的能力,并在查阅文献资料和独立思考的基础上写出与景观生态学有关的论文。
(三)教学内容
本课程注重介绍现代景观生态学研究的最新理论与成果,体系和内容以目前国内外成型的景观生态理论和研究方法进行组织与安排。
主要内容包括景观生态学导论、景观生态区划方法、景观生态演化研究、景观生态学应用和研究案例分析五个部分,具体又分为景观生态学中的基本概念、景观格局的形成、结构和功能、景观生态学中的主要理论、景观生态区划方法、景观演化动力机制、景观生态模型、等级缀块动态范式、景观格局分析方法、景观生态评价及规划、景观生态学应用、景观生态研究的常用技术方法、研究案例分析等十二个方面的内容。
(四)教学时数(宋体小四加粗)
总计讲授54学时。
(五)教学方式
该课程在教学观念和教学方法上注重能力培养,采用课堂讲授、课后实践与课堂讨论相结合的方法完成教学任务。
通过课堂讲授来完成专业基础知识、基本理论的系统学习,通过课后实践与课堂讨论,使学生的研究实践能力获得逐步提高,并对景观生态学有更深的理解和更强的探索能力。
由于景观生态学研究手段大都基于计算机平台,并且研究案例需涉及大量例图,课堂讲授全部采用多媒体授课方式。
(六)学时分配
学时
章
节、目
第01-02学时
第1章
景观生态学中的基本概念
§1景观和景观生态学
1.1景观和景观生态学的定义
1.2景观生态学发展简史
§2景观生态学的研究范畴
2.1景观生态学研究的对象和内容
2.2景观生态学与其他生态学科的关系
第03-04学时
第1章
景观生态学中的基本概念
§3景观生态学基本术语的概念与内涵
3.1格局、过程、尺度
3.2空间异质性和缀块性
3.3生态学干扰
3.4缀块-廊道-基底模式
第05-06学时
第2章
景观格局的形成、结构和功能
§1影响景观格局形成的主要因素
1.1非生物因素
1.2生物因素
1.3人类因素
§2缀块的结构和功能特征
2.1缀块的主要类型、成因和机制
2.2缀块的结构特征和生态学功能
第07-08学时
第2章
景观格局的形成、结构和功能
§3廊道、网络与基底的结构和功能特征
3.1廊道的结构和功能特征
3.2网络与基底的结构和功能特征
§4景观镶嵌体格局和生态学过程
第09-10学时
第3章
景观生态学中的主要理论
§1岛屿生物地理学理论
1.1岛屿生物地理学理论的主要内容
1.2岛屿生物地理学理论的数学模型
1.3岛屿生物地理学理论的验证与应用
§2复合种群理论
2.1复合种群理论的概念
2.2复合种群理论的类型
2.3复合种群模型
第11-12学时
第3章
景观生态学中的主要理论
§3景观连结度和渗透理论
3.1景观连结度
3.2临界阈现象和渗透理论
3.3景观中性模型
§4等级理论和景观复杂性
4.1系统复杂性
4.2等级理论的主要内容
4.3等级理论的热力学基础
第13-14学时
第4章
景观生态区划方法
§1景观生态区划的必要性
§2景观生态区划的原理
§3景观生态区划的指标体系及其获取方法
第15-16学时
第5章
景观格局分析方法
§1景观格局分析概述
第17-18学时
第5章
景观格局分析方法
§2景观指数
2.1常用的景观指数及其计算方法
2.2景观指数应用举例
第19-20学时
第5章
景观格局分析方法
§3空间统计学方法
3.1空间自相关分析
3.2半方差分析
3.3其他空间分析方法
第21-22学时
第5章
景观格局分析方法
§4可塑性面积单元问题
4.1什么是可塑性面积单元问题
4.2可塑性面积单元问题的生态学意义
4.3可塑性面积单元问题的研究进展
4.4如何对待可塑性面积单元问题
§5景观格局分析中的误差问题
5.1格局分析中误差产生的来源
5.2格局分析中的精度评价方法
5.3降低误差的常用方法
第23-24学时
第6章
景观演化动力机制
§1气候驱动
1.1气候变化对景观缀块类型的影响
1.2气候变化对景观格局的影响
1.3气候变化所引起的景观过程
第25-26学时
第6章
景观演化动力机制
§2构造驱动
2.1构造对水系的影响
2.2构造对区域温度的影响
2.3构造活动所引起的景观过程
第27-28学时
第6章
景观演化动力机制
§3人类因素
3.1人类对自然景观的直接影响
3.2人类对景观利用格局的改变
第29-30学时
第7章
等级缀块动态范式
§1科学范式及其重要性
§2生态学范式及其变迁
2.1平衡范式
2.2多平衡范式
2.3非平衡范式
2.4种群生态范式与生态系统范式
第31-32学时
第7章
等级缀块动态范式
§3等级缀块动态范式
3.1缀块动态理论
3.2等级缀块动态
第33-34学时
第8章
景观生态模型
§1生态学模型概述
1.1模型的概念
1.2模型的种类
1.3景观生态学建模的一般原理和过程
第35-36学时
第8章
景观生态模型
§2景观模型的主要类型及特征
§3空间概率模型
§4元胞自动机模型
第37-38学时
第8章
景观生态模型
§5景观机制模型
5.1空间生态系统模型
5.2空间显式缀块动态模型
第39-40学时
第8章
景观生态模型
§6尺度推绎
6.1尺度推绎的必要性
6.2尺度推绎的途径
§7景观试验模型系统
第41-42学时
第9章
景观评价及规划
§1生态适宜性评价
1.1生态适宜性评价的指标体系
1.2生态适宜性评价的方法
第43-44学时
第9章
景观评价及规划
§2景观价值评价
2.1景观生态价值评价指标体系
2.2景观稳定性系数和协同系数
2.3景观生态价值计算方法
2.4景观经济价值计算方法
2.5景观文化价值计算方法
§3景观生态规划
3.1城市景观规划
3.2土地利用整体规划
第45-46学时
第10章
景观生态学应用
§1景观生态学的两种指导思想
§2景观生态学应用原理
§3景观生态学应用的主要领域
3.1自然保护与生态恢复
3.2生态系统规划与管理
3.3土地利用规划
3.4城乡区域规划
第47-48学时
第11章
景观生态研究的常用技术方法
§1GIS技术在景观生态研究中的应用
1.1GIS在景观属性数据管理中的应用
1.2GIS在景观指数分析中的应用
1.3GIS在景观特征空间分析中的应用
1.4GIS在景观动态分析中的应用
第49-50学时
第11章
景观生态研究的常用技术方法
§2遥感技术在景观生态研究中的应用
2.1遥感在土地利用分类中的应用
2.2遥感在景观特征量化中的应用
2.3遥感在景观动态中的应用
2.4遥感在景观规划和管理中的应用
§3地统计学在景观生态研究中的应用
第51-52学时
第12章
研究案例分析
§1景观格局分析案例研究
第53-54学时
第12章
研究案例分析
§2景观演化分析案例研究
二、本文
第一章景观生态学中的基本概念
教学要点:
(1)广义的景观是指出现在从微观到宏观不同尺度上的具有异质性或缀块性的空间单元。
狭义的景观是指在几千米到几百千米范围内,由不同类型生态系统所组成的具有重复性格局的异质性地理单元,它是自然和人文的综合体。
(2)景观生态学(LandscapeEcology)是研究在一个相当大的区域内,由许多不同生态系统所组成的整体(即景观)的空间结构、相互作用、协调功能及动态变化的一门生态学新分支。
(3)景观生态学一词是1939年由著名德国地植物学家C.Troll在利用航空象片研究东非土地利用问题时首先提出来的。
它的发展历史大致可以划分为准备阶段(从19世纪初到20世纪30年代末)、形成阶段(20世纪40年代到80年代初)、发展阶段(1982年以后)三个主要时期。
(4)景观生态学以景观结构、景观功能、景观动态为主要的研究对象。
(5)尺度是指研究采用的空间和时间单位,同时又可以指某一现象或过程在空间和时间上涉及的范围和发生的频率。
尺度往往以粒度和幅度来表示。
空间粒度是指景观中最小可辨识单元所代表的长度、面积或体积;时间粒度是指某一现象发生的频度或时间间隔;幅度是指研究对象在空间和时间上持续的范围或长度。
(6)空间异质性是指某种生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度。
(7)生态学干扰是指发生在一定地理位置上,对生态系统结构造成直接损伤的非连续性作用或事件。
(8)缀块泛指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;廊道是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构;基底是指景观中分布最广、连续性最大的背景结构。
教学内容:
§1景观和景观生态学
1.1景观和景观生态学的定义
景观的定义及其来源
景观生态学的定义
1.2景观生态学发展简史
德国的A.vonHumboldt把“景观”这一概念引入科学,如今景观生态学经过了准备阶段(从19世纪初到20世纪30年代末)、形成阶段(20世纪40年代到80年代初)、发展阶段(1982年以来)三个时期,正向着景观科学的方向发展。
§2景观生态学的研究范畴
2.1景观生态学研究的对象和内容
景观生态学以复合生态系统的景观结构、景观功能、景观动态为主要的研究对象;研究内容集中在以下五个主要方面:
a、空间异质性或格局的形成和动态及其与生态学过程的相互作用
b、格局-过程-尺度之间的相互关系
c、景观的等级结构和功能特征以及尺度推移问题
d、人类活动与景观结构、功能的相互关系
e、景观多样性的维持与管理。
2.2景观生态学与其他生态学科的关系
景观生态学与生态学的关系
景观生态学与综合自然地理的关系
§3
景观生态学基本术语的概念与内涵
3.1格局、过程、尺度
1.格局、过程、尺度分别的定义
2.尺度的表现形式
3.格局、过程、尺度三者之间的关联关系
3.2空间异质性和缀块性
1.空间异质性:
指某种生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度,它是空间缀块性和空间梯度的综合反映。
2.空间缀块性更加强调缀块的种类组成特征及其空间分布与配置关系。
3.3生态学干扰
生态干扰的定义
生态干扰与尺度间的关系
生态干扰的常见形式
3.4缀块-廊道-基底模式
1.缀块、廊道、基底分别的定义和结构特征
2.缀块-廊道-基底模式是在岛屿生物地理学的基础上发展而来,它为景观结构、功能和动态研究提供了一种有效的“空间语言”。
考核要求:
(1)理解景观的定义,了解景观生态学的研究对象和内容。
(2)了解景观生态学的由来和发展历程。
(3)熟悉景观生态学中的有关术语及其内涵。
第二章景观格局的形成、结构和功能
教学要点:
(1)空间格局的成因可分为非生物因素、生物因素和人类因素三种。
不同尺度上的景观格局成因往往不同;大尺度上的非生物因素为景观格局提供了物理模板,生物和人类过程通常在此基础上相互作用而产生复杂的空间格局。
(2)边缘效应是指缀块边缘部分由于受到外围影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象。
(3)缀块的形状亦具有其生态学效应,一般紧密型形状在单位面积上的边缘比例小,有利于保蓄能量、养分和生物,而松散型形状易于促进缀块内部与外围环境的相互作用,尤其是能量、物质和生物的交换。
(4)廊道主要功能包括:
a、生境b、传输通道c、过滤和阻抑作用d、作为能量、物质和生物的源和汇。
(5)基底是景观中出现最广泛的部分,通常有更高的连续性,故景观的总体动态常常受基底支配。
教学内容:
§1影响景观格局形成的主要因素
1.1非生物因素:
在各种尺度上均起作用,在大尺度上的效应为整体格局形成与动态提供背景因素。
1.2生物因素:
在中小尺度上影响格局的形成。
1.3人类因素:
在各种尺度上均起作用,但集中表现在局部地区。
§2缀块的结构和功能特征
2.1缀块的主要类型、成因和机制
景观缀块类型分为:
1、残留缀块
2、干扰缀块
3、环境资源缀块
4、人为引入缀块
各种景观缀块类型的成因和机制
2.2缀块的结构特征和生态学功能
种-面积关系
岛屿生物地理学理论
边缘效应
缀块结构与生态系统过程
缀块形状及其生态学效应
§3廊道、网络与基底的结构和功能特征
3.1廊道的结构和功能特征:
廊道按成因可分为:
1、干扰性
2、残留性
3、环境资源性
4、再生型
5、人为引入型;
廊道按类型分:
1、森林廊道
2、河流廊道
3、道路廊道
3.2网络与基底的结构和功能特征
网络与廊道的关系
网络与基底的关系
基底的生态功能
§4景观镶嵌体格局和生态学过程
4.1缀块镶嵌体格局与生态过程的关系
4.2物质、能量和生物在镶嵌体中的运动方式:
1、扩散
2、物流
3、携带运动
4.3景观镶嵌体的可测量特征
1、缀块大小的分布
2、边界形态
3、周长与面积比
4、缀块的走向
5、基底
6、对比度
7、连结度
8、丰富度
9、均匀度
10、缀块类型分布
11、可预测性
考核要求:
(1)熟悉影响景观格局形成的主要因素
(2)了解景观缀块的主要类型、成因和形成机制
(3)理解景观缀块不同结构特征的生态功能
(4)熟悉廊道的主要类型和生态效应以及基底的生态功能
第三章景观生态学中的主要理论
教学要点:
(1)岛屿生物地理学理论中认为:
岛屿物种丰富度取决于物种迁入和灭绝两个过程,迁入率和灭绝率随着岛屿中物种丰富度的增加而分别呈下降和上升的趋势,当迁入率等于灭绝率时,岛屿达到动态平衡,即虽然物种的组成在不断地更新,但其丰富度保持不变。
(2)狭义的复合种群是由空间上彼此隔离,而在功能上又相互联系的两个或两个以上的亚种群或局部种群组成的种群缀块系统。
广义的复合种群指所有占据空间上非连续生境缀块的种群集合体,它可分为经典型、大陆-岛屿型复合种群、缀块性种群、非平衡态复合种群和混合型复合种群五种类型。
(3)景观连结度依赖于观测尺度和所研究对象的特征尺度。
(4)渗透理论最突出的要点就是当媒介的密度达到某一临界密度时,渗透物突然能够从媒介材料的一端达到另一端的现象。
(5)系统的复杂性分为:
a、有组织简单性,所含变量少,相互作用形式简单,复杂性最小;b、无组织复杂性,组分数量很多,但组分的性质相同或相似,而且组分有高度的随机性c、有组织复杂性,组分多而且受一定的规律控制。
(6)等级系统具有垂直结构和水平结构,垂直结构是指等级系统中层次数目、特征及其相互作用关系,而水平结构是指同一层次上整体元的数目、特征和相互作用关系。
等级理论的重要作用之一是用以简化复杂系统,以便对其结构、功能和动态进行理解和预测。
教学内容:
§1岛屿生物地理学理论
1.1岛屿生物地理学理论的主要内容
岛屿物种动态平衡
距离效应
面积效应
物种周转率
援救效应
目标效应
1.2岛屿生物地理学理论的数学模型
1.3岛屿生物地理学理论的验证与应用
岛屿生境所需满足的5个标准
岛屿生物地理学理论的后期修正
§2复合种群理论
2.1复合种群理论的概念
复合种群的定义
两种不同空间尺度下复合种群动态的特点
与复合种群有关的概念及其定义
2.2复合种群理论的类型
经典型
大陆-岛屿型复合种群
缀块性种群
非平衡态复合种群
混合型复合种群
2.3复合种群模型
空间隐式复合种群模型
空间显式复合种群模型
空间半显式复合种群模型
§3景观连结度和渗透理论
3.1景观连结度
3.2临界阈现象和渗透理论
临界阈现象的定义
渗透理论的要点
临界密度
生境损失效应
生境隔离效应
3.3景观中性模型
§4等级理论和景观复杂性
4.1系统复杂性
有组织简单性
无组织复杂性
有组织复杂性
4.2等级理论的主要内容
等级系统的含义
层次、尺度、动态特征之间的关系
等级系统的水平结构和垂直结构
等级理论的指导思想
4.3等级理论的热力学基础
考核要求:
(1)了解各种经典理论的内涵
(2)熟悉各种理论的数学或热力学基础
第四章景观生态区划方法
教学要点:
(1)景观区划是以物质、能量、文化相互影响最小(或较小)且景观元素的构成及属性差异最大的面来划分景观。
(2)景观在空间上遵循地域分异理论和垂直分异理论。
(3)景观的综合划分是以上述自然景观、经济景观和人文景观的综合特征的相似性和差异性为基础的,它揭示的是景观综合属性的异质性。
教学内容:
§1景观生态区划的必要性
1.1在地理空间内,自然界任何一点都会以物质,能量的形式与其它点或区发生联系,因此景观是没有界线的。
但是,由于不可能研究具有无穷项数的系统,我们不得不依据联系最弱(或较弱)的线,严格来讲,是以物质、能量、文化相互影响最小(或较小)且景观元素的构成及属性差异最大的面来划分景观,使之成为一个又一个相互独立的景观区。
1.2因为影响因子的多样性和复杂性,景观区还可以异质于其所处的大背景而存在,从而体现出演变的间断性,即异质性。
1.3景观在空间上遵循地域分异理论和垂直分异理论。
§2景观生态区划的原理
2.1景观生态区划的基本原理
1、地域分异理论
2、垂直分异理论
2.2景观的综合划分是以上述自然景观、经济景观和人文景观的综合特征的相似性和差异性为基础的,它揭示的是景观综合属性的异质性。
2.3景观生态区划的原则:
1、注重景观自然、经济、文化区划的统一协调
2、自然景观区划的优先性
3、非地带性异质区划分的优先性
4、区域越大,自然因素对景观功能的主导作用就越强,区域越小,则人文因素对其影响权重就越大
§3景观生态区划的指标体系及其获取方法
3.1景观生态区划的指标体系
1、气候指标:
温度
降水
2、地形指标
3、地下水指标
4、植被指标
5、土壤指标
3.2各指标计算方法
1、指标计算公式
2、指标等级划分方法
考核要求:
(1)理解景观生态区划的重要性
(2)掌握景观生态区划的原则
(3)熟悉景观生态区划的指标体系
(4)掌握区划指标的计算和等级划分方法
第五章景观格局分析方法
教学要点:
(1)景观格局分析方法包括:
格局指数分析方法和空间统计学方法
(2)景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。
它大致可分为:
信息论类型、面积周长比类型、简单统计指标类型、空间相邻和自相关类型、以及分维类型。
(3)景观格局特征包括三个层次:
单个缀块、缀块类型和景观镶嵌体。
(4)比较不同景观或同一景观在不同时期的格局时要注意所选景观指数的影响因子、景观数据特征以及其生态指示意义。
(5)了解空间异质性在景观中是如何连续变化的,即是否具有某种趋势或统计学规律,是理解景观格局本身及其与生态过程相互作用的重要环节。
(6)所谓空间自相关性是指空间上距离越近的事物相似性就越强。
时间和空间上的自相关性是自然界存在秩序、格局和多样性的根本原因。
(7)尺度效应是指当空间数据经聚合而改变其粒度或栅格细胞大小时,分析结果也随之变化的现象,而划区效应则指在同一粒度或聚合水平上由于不同聚合方式而引起的分析结果变化。
教学内容:
§1景观格局分析概述
1.1景观格局分析的目的
1.2景观空间格局分析的基本步骤
§2景观指数
2.1常用的景观指数及其计算方法
1、缀块形状指数
2、边界密度
3、景观丰富度指数
4、景观多样性指数
5、景观优势度指数
6、景观均匀度指数
7、景观形状指数
8、正方相元指数
9、景观聚集度指数
10、分维数
11、核心区总面积指数
2.2景观指数应用举例
§3空间统计学方法
空间异质性在景观中是如何连续变化的,即是否具有某种趋势或统计学规律,是理解景观格局本身及其与生态过程相互作用的重要环节。
3.1空间自相关分析
空间自相关系数是用来度量物理或生态学变量在空间上的分布特征及其对相邻的影响程度。
常用的空间自相关系数:
Moran的I系数和Geary的c系数。
空间自相关的各向异性
3.2半方差分析
半方差分析主要有两种用途:
一是描述和识别格局的空间结构,二是用于空间局部最优化插值。
空间自相关可以用协方差与方差之比来表示。
典型半方差图
常用的半方差理论模型
巢式半方差图及其模型含义
3.3其他空间分析方法
1、趋势面分析
2、谱分析
3、聚块样方方差分析
4、小波分析
5、尺度方差分析
§4可塑性面积单元问题
4.1什么是可塑性面积单元问题
可塑性面积单元问题的定义
尺度效应
划区效应
4.2可塑性面积单元问题的生态学意义
生态学格局和过程均与空间密切相联系而且是在多尺度上存在的,因此当面积单元改变时,对于这些格局和过程的表达也就有可能随之改变。
4.3可塑性面积单元问题的研究进展
4.4如何对待可塑性面积单元问题
解决可塑性面积单元问题大致有5种途径:
1、基本实体途径
2、最优划区途径
3、敏感性分析途径
4、“摒旧创新”途径
5、强调所研究变量的变化速率
§5景观格局分析中的误差问题
5.1格局分析中误差产生的来源
5.2格局分析中的精度评价方法
5.3降低误差的常用方法
考核要求:
(1)了解景观空间格局分析的基本步骤
(2)掌握各种常用的景观指数的计算方法及其生态意义
(3)熟悉各种空间统计方法,及各项指数的指示意义
(4)了解可塑性面积单元问题的来源、内涵及其生态学意义
(5)格局分析中误差的来源、精度评价方法和常用降低的误差方法
第六章景观演化的动力机制研究
教学要点:
(1)景观系统总是由平衡到不平衡再由不平衡到平衡,不断发展演化的。
(2)气候变化往往是景观演化的背景驱动力,其他因素的驱动和干扰都是在该基础上进行的。
(3)构造活动所引起的景观演化往往是通过改变流域水文状况和与海拔高度密切相关的区域温度状况来实现的。
教学内容:
§1气候驱动
1.1气候变化对景观缀块类型的影响
1.2气候变化对景观格局的影响
1.3
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