景观生态学教案第一章景观生态学的一般概念口干扰与物种多样性物种敏感性·不同物种对于同样的干扰条件具有明显差异的反应。·适度干扰中度干扰假说：适度干扰下生态系统具有较高的物种多样性，因为生境不断受到干扰，群落中优势种始终不能形成。·人类干预人类对自然干扰的再干扰，会导致生物多样性减少，以及社会、经济、文化等人文景观多样性的减少。如防洪【本课小结】本节课全面地介绍了景观生态学的主要概念，包括尺度、空间异质性、格局和过程、景观多样性、景观连接度、景观边界与边缘效应、干扰等。需要同学们重点掌握1）尺度的概念及尺度研究的目的，2）基于格局和过程关系，哪些空间格局参数会影响生态过程？3）相关概念的定义。【作业、思考与练习】阅读中国科学院官方科普微平台“科学大院”公众号文章一一《火促进了松树家族的繁盛？》，加深理解火干扰对特定物种的影响。【板书设计】第一章景观生态学的一般概念五、景观边界与边嫁效应第二节景观生态学的主要概念核心区与边缘区的生态特征一、尺度六、千扰粒度和幅度干扰的类型、性质和意义二、空间异质性异质性与同质/均质性三、格局和过程影响生态过程的格局参数四、景观连接度生态过程参数、廊道教学反思本节课围绕景观生态学的主要概念进行了讲解，通过理论阐述与案例相结合的方式，旨在帮助学生全面理解并掌握这些核心概念。本节课内容较为丰富，概念较多，通过课上提问也发现，尽管已经通过实例努力使抽象概念具体化，但仍有部分学生对某些概念理解不够，即时反馈显示出一定的理解障碍。改进措施：精简内容，突出重点。精简非核心部分，确保有足够的时间深入讲解关键概念，增强学生的理解和记忆。强化课后巩固。设计讨论题目而非直接的名词解释，考察学生对知识点的理解程度，加深对课堂所学概念的应用，同时进行及时的反馈和指导，帮助学生巩固知识，提升学习效果。16
景观生态学教案 第一章 景观生态学的一般概念 16 干扰与物种多样性 • 物种敏感性 不同物种对于同样的干扰条件具有明显差异的反应。 • 适度干扰 中度干扰假说：适度干扰下生态系统具有较高的物种多样性，因为生 境不断受到干扰，群落中优势种始终不能形成。 • 人类干预 人类对自然干扰的再干扰，会导致生物多样性减少，以及社会、经 济、文化等人文景观多样性的减少。如防洪 【本课小结】 本节课全面地介绍了景观生态学的主要概念，包括尺度、空间异质性、格 局和过程、景观多样性、景观连接度、景观边界与边缘效应、干扰等。需要同 学们重点掌握 1）尺度的概念及尺度研究的目的，2）基于格局和过程关系，哪 些空间格局参数会影响生态过程？3）相关概念的定义。 【作业、思考与练习】 阅读中国科学院官方科普微平台“科学大院”公众号文章——《火促进了 松树家族的繁盛？》，加深理解火干扰对特定物种的影响。 【板书设计】 教学反思 本节课围绕景观生态学的主要概念进行了讲解，通过理论阐述与案例相结合的方式，旨 在帮助学生全面理解并掌握这些核心概念。 本节课内容较为丰富，概念较多，通过课上提问也发现，尽管已经通过实例努力使抽象 概念具体化，但仍有部分学生对某些概念理解不够，即时反馈显示出一定的理解障碍。 改进措施：精简内容，突出重点。精简非核心部分，确保有足够的时间深入讲解关键概 念，增强学生的理解和记忆。强化课后巩固。设计讨论题目而非直接的名词解释，考察学生 对知识点的理解程度，加深对课堂所学概念的应用，同时进行及时的反馈和指导，帮助学生 巩固知识，提升学习效果。 第一章景观生态学的一般概念 第二节 景观生态学的主要概念 一、 尺度 粒度和幅度 二、 空间异质性 异质性与同质/均质性 三、 格局和过程 影响生态过程的格局参数 四、 景观连接度 生态过程参数、廊道 五、 景观边界与边缘效应 核心区与边缘区的生态特征 六、 干扰 干扰的类型、性质和意义
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架第二章景观生态学的理论框架2 学时学时数授课题目2.1景观生态学的相关理论口知识目标1.掌握景观生态学核心理论框架。理解等级理论、岛生物地理学理论、复合种群理论、渗透理论、“源-汇”理论的核心内涵。2.理解理论的应用领域。明确不同理论在景观格局分析、物种保护、生态系统管理等具体应用场景。口能力目标1.理论分析与应用能力。能够运用相关理论解释景观结构与功能的关系，分析具体教学目标景观格局的生态效应。2.批判性思维能力。能辩证理解和评价不同理论的局限性，鼓励对现有理论改进和完善提出自己的看法。口素养目标1.系统思维与跨学科视野。形成多尺度、多要素联动的系统观，理解景观生态学理论对解决人地关系复杂问题的指导意义。2.科学探究精神。培养从景观格局动态中发现科学问题的敏感性，形成基于实证的科研态度。口教学重点等级理论、岛屿生物地理学理论、复合种群理论、渗透理论、“源-汇”理论的概念及教学重点核心理论框架。&难点口教学难点：相关理论的生态学意义及应用领域。教学方法讲授法、案例法、讨论法教学手段课件、板书、超星学习通教学过程及授课内容教学活动【课程导入】通过上一章对景观生态学一般概念的学习，相信同学们对景观生态学这门课程已有初步的了解。本章节课程我们将继续对景观生态学的理论框架进行学习。【提间】请首先，请同学们结合已有的生态学知识和对自然现象的观察与理解，思考同学们思考上述问题，这样的问题“为什么某些物种在特定的景观中繁盛，而在其他景观中稀少？”并邀请同学接下来，我们带着这一问题开始本节课课程的学习，并在课程的最后，结补充。合相关理论，再来谈一谈对这一问题的理解。【探究新知】【思考】请一、等级理论同学们思考根据已有的知识，我们知道自然界中的景观和生态系统均表现出明显的等和补充自然界中存在的级结构（hierarchicalstructure），这种层级性反映了不同空间尺度、时间尺等级结构。度和功能单元之间的相互作用。例如，个体、种群、群落、生态系统、景观乃17
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 17 第二章 景观生态学的理论框架 授课题目 2.1 景观生态学的相关理论 学时数 2 学时 教学目标 知识目标 1. 掌握景观生态学核心理论框架。理解等级理论、岛屿生物地理学理论、复合种群 理论、渗透理论、“源-汇”理论的核心内涵。 2. 理解理论的应用领域。明确不同理论在景观格局分析、物种保护、生态系统管理 等具体应用场景。 能力目标 1. 理论分析与应用能力。能够运用相关理论解释景观结构与功能的关系，分析具体 景观格局的生态效应。 2. 批判性思维能力。能辩证理解和评价不同理论的局限性，鼓励对现有理论改进和 完善提出自己的看法。 素养目标 1. 系统思维与跨学科视野。形成多尺度、多要素联动的系统观，理解景观生态学理 论对解决人地关系复杂问题的指导意义。 2. 科学探究精神。培养从景观格局动态中发现科学问题的敏感性，形成基于实证的 科研态度。 教学重点 &难点 教学重点 等级理论、岛屿生物地理学理论、复合种群理论、渗透理论、“源-汇”理论的概念及 核心理论框架。 教学难点： 相关理论的生态学意义及应用领域。 教学方法 讲授法、案例法、讨论法 教学手段 课件、板书、超星学习通 教学过程及授课内容 教学活动 【课程导入】 通过上一章对景观生态学一般概念的学习，相信同学们对景观生态学这门 课程已有初步的了解。本章节课程我们将继续对景观生态学的理论框架进行学 习。 首先，请同学们结合已有的生态学知识和对自然现象的观察与理解，思考 这样的问题“为什么某些物种在特定的景观中繁盛，而在其他景观中稀少？” 接下来，我们带着这一问题开始本节课课程的学习，并在课程的最后，结 合相关理论，再来谈一谈对这一问题的理解。 【探究新知】 一、等级理论 根据已有的知识，我们知道自然界中的景观和生态系统均表现出明显的等 级结构（hierarchical structure），这种层级性反映了不同空间尺度、时间尺 度和功能单元之间的相互作用。例如，个体、种群、群落、生态系统、景观乃 【提问】请 同学们思考 上述问题， 并邀请同学 补充。 【思考】请 同学们思考 和补充自然 界中存在的 等级结构
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架至生物圈，这就是一个由低到高的等级结构；再比如，森林景观中，从一棵树到一片森林，其生长情况、健康标准或研究方法等都存在差异，也体现了森林景观的等级结构。接下来，从背景、理论内涵和应用领域等方面详细介绍“等级理论”。口背景Weaver在1948年提出的三种复杂性分类是基于系统结构的性质，以下是每种复杂性分类的举例说明：·有组织简单性（OrganizedSimplicity）：例子：钟表。一个钟表由许多小部件组成，如齿轮、发条和指针，但这些【举例】列部件之间的相互作用形式相对简单。每个部件都有其特定的功能和位置，它们举一些其他案例，帮助以有序的方式协同工作，以显示时间。尽管钟表是一个制造品，但类似的组织学生更好地简单性也可以在自然系统中找到，如某些简单的生物体或细胞内的分子机制。理解这三类复杂性的问这类问题可通过传统数学和物理学方法。这类问题涉及的变量数量少，变题：欧姆定量之间的关系明确且多为线性关系，可以使用传统的数学分析方法和物理学定律、牛顿第律进行研究。二定律一简单性问.有组织复杂性（OrganizedComplexity）：题：保险公例子：生态系统。一个生态系统，如森林，包含了多种生物（植物、动司的风险评估一—一无组物、微生物）和非生物成分（土壤、水、空气）。这些成分之间存在着复杂的相织复杂性：互作用和依赖关系，形成了高度组织化的网络。生态系统中的每个物种都有其金融市场、独特的生态位，通过食物链和能量流动相互关联。尽管生态系统非常复杂，但经济系统一一有组织复它们表现出一定的稳定性和自组织能力。杂性。有组织复杂性问题涉及的变量数量可能适中，但变量之间的关系复杂且多为非线性关系。这类问题无法用简单的数学公式或统计方法充分把握，需要采用系统科学的方法进行研究。系统科学方法强调过程与动态，注重研究系统内部的反馈机制和非线性相互作用，以揭示系统的整体行为和演化规律。·无组织复杂性（DisorganizedComplexity）：例子：气体分子在容器中的运动。在一个封闭容器中，气体分子以高速随机运动，它们之间的相互作用频繁且复杂。每个分子都遵循物理定律（如牛顿运动定律），但整体上，分子的运动看起来是混乱和无序的。尽管单个分子的行为可能相对简单，但大量分子的集体行为导致了无法预测的复杂性。这种类型的复杂性也常见于其他物理系统（如液体和固体的微观结构）以及某些社会和经济系统（如股票市场）。这类问题可通过统计方法。无组织复杂性问题涉及的变量数量巨大，且变量之间缺乏明确的因果关系或组织性。这类问题通常无法追踪每个变量的具体行为，但整体系统却表现出一定的统计规律。因此，可以通过统计方法来研究这类问题，如计算平均值、方差、概率分布等，以揭示系统的整体特性。而生态系统、景观的问题正是属于第二类一一有组织复杂性的系统。为了解决这类系统问题，我们需要对系统进行“简化”等级系统中的每一层次都是由不同的亚系统或亚整体所组成，每一级组成单元相对于低层次表现出整体特性，而对于高层次则表现出从属性或受制约18
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 18 至生物圈，这就是一个由低到高的等级结构；再比如，森林景观中，从一棵树 到一片森林，其生长情况、健康标准或研究方法等都存在差异，也体现了森林 景观的等级结构。 接下来，从背景、理论内涵和应用领域等方面详细介绍“等级理论”。 背景 Weaver 在 1948 年提出的三种复杂性分类是基于系统结构的性质，以下是 每种复杂性分类的举例说明： 有组织简单性（Organized Simplicity）: 例子：钟表。一个钟表由许多小部件组成，如齿轮、发条和指针，但这些 部件之间的相互作用形式相对简单。每个部件都有其特定的功能和位置，它们 以有序的方式协同工作，以显示时间。尽管钟表是一个制造品，但类似的组织 简单性也可以在自然系统中找到，如某些简单的生物体或细胞内的分子机制。 这类问题可通过传统数学和物理学方法。这类问题涉及的变量数量少，变 量之间的关系明确且多为线性关系，可以使用传统的数学分析方法和物理学定 律进行研究。 有组织复杂性（Organized Complexity）: 例子：生态系统。一个生态系统，如森林，包含了多种生物（植物、动 物、微生物）和非生物成分（土壤、水、空气）。这些成分之间存在着复杂的相 互作用和依赖关系，形成了高度组织化的网络。生态系统中的每个物种都有其 独特的生态位，通过食物链和能量流动相互关联。尽管生态系统非常复杂，但 它们表现出一定的稳定性和自组织能力。 有组织复杂性问题涉及的变量数量可能适中，但变量之间的关系复杂且多 为非线性关系。这类问题无法用简单的数学公式或统计方法充分把握，需要采 用系统科学的方法进行研究。系统科学方法强调过程与动态，注重研究系统内 部的反馈机制和非线性相互作用，以揭示系统的整体行为和演化规律。 无组织复杂性（Disorganized Complexity）: 例子：气体分子在容器中的运动。在一个封闭容器中，气体分子以高速随 机运动，它们之间的相互作用频繁且复杂。每个分子都遵循物理定律（如牛顿 运动定律），但整体上，分子的运动看起来是混乱和无序的。尽管单个分子的行 为可能相对简单，但大量分子的集体行为导致了无法预测的复杂性。这种类型 的复杂性也常见于其他物理系统（如液体和固体的微观结构）以及某些社会和 经济系统（如股票市场）。 这类问题可通过统计方法。无组织复杂性问题涉及的变量数量巨大，且变 量之间缺乏明确的因果关系或组织性。这类问题通常无法追踪每个变量的具体 行为，但整体系统却表现出一定的统计规律。因此，可以通过统计方法来研究 这类问题，如计算平均值、方差、概率分布等，以揭示系统的整体特性。 而生态系统、景观的问题正是属于第二类——有组织复杂性的系统。为了 解决这类系统问题，我们需要对系统进行“简化”。 等级系统中的每一层次都是由不同的亚系统或亚整体所组成，每一级组成 单元相对于低层次表现出整体特性，而对于高层次则表现出从属性或受制约 【举例】列 举一些其他 案例，帮助 学生更好地 理解这三类 复杂性的问 题：欧姆定 律、牛顿第 二定律—— 简单性问 题；保险公 司的风险评 估——无组 织复杂性； 金融市场、 经济系统— —有组织复 杂性
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架性。根据等级理论，复杂系统可以看作是具有离散性等级层次组成的等级系统，这种离散性反映了自然界中各种生物与非生物过程往往有特定的时空尺度，从而可以对复杂系统的描述和研究进行简化。一一生态学意义通常，高等级层次上的生态过程往往是大尺度、低频率、慢速度（如全球植被变化），而低等级层次的过程则表现为小尺度、高频率和快速度（如局地植物群落中物种组成的变化。等级系统具有垂直和水平两种结构。前者指等级系统的层次数目、特征及其相互作用关系：后者指同一层次上亚系统数目、特征和相互作用关系。等级结构的特征一一松散耦联（loosecoupling）松散——可分解■耦联一抵制分解口“等级理论”在生态学研究中的应用【举例】【拓展】请同学们思考·动物社会等级并举例自然社会等级在生态学中指动物群体内部个体地位的有序排列，基于支配与服界还存在哪从的基本行为模式，即支配一从属关系。这种等级制度的形成，有助于减少群体些“等级理论”。内部的争斗，提高资源利用效率，从而有利于种群的生存和繁衍。【实例】在许多鱼类、爬行类、鸟类和兽类中，都存在社会等级制度。例如，某些鱼类种群中，优势个体能够优先获得配偶和繁殖场所，从而提高繁殖成功率。在某些鸟类种群中，社会等级的形成有助于减少群体内部的争斗和能量消耗，使有限的资源得到更合理的利用。生态系统结构与功能生态系统可以分解为不同的等级层次，每一高层次的系统都由多个低层次系统组成，高等级层次对低等级层次有制约作用，低等级层次为高等级层次提供机制与功能。【实例】在研究森林生态系统时，可以将森林视为一个高层次的系统，它由树木种群、灌木层、草本层、土壤微生物等低层次系统组成。通过了解这些低层次系【总结】等统之间的相互作用和反馈机制，可以更好地理解整个森林生态系统的结构和功级理论在生态学研究中能。具有广泛的·河流健康评价应用价值，它不仅有助流域是等级系统的一个典型例子，一个河流盆地由次级盆地构成，每一个于我们更好次级盆地则由更小的盆地组成。地理解生态【实例】系统的结构和功能，还在河流健康评价中，可以运用等级理论来构建多尺度模型，评估不同等级为生态保护层次上的河流健康状况。和管理提供了重要的理二、空间种群理论论支持和实践指导。空间种群理论包含“岛屿生物地理学”和“复合种群”两个理论，两者之19
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 19 性。 根据等级理论，复杂系统可以看作是具有离散性等级层次组成的等级系 统，这种离散性反映了自然界中各种生物与非生物过程往往有特定的时空尺 度，从而可以对复杂系统的描述和研究进行简化。——生态学意义 通常，高等级层次上的生态过程往往是大尺度、低频率、慢速度（如全球 植被变化），而低等级层次的过程则表现为小尺度、高频率和快速度（如局地 植物群落中物种组成的变化）。 等级系统具有垂直和水平两种结构。前者指等级系统的层次数目、特征及 其相互作用关系；后者指同一层次上亚系统数目、特征和相互作用关系。 “等级理论”在生态学研究中的应用【举例】： 动物社会等级 社会等级在生态学中指动物群体内部个体地位的有序排列，基于支配与服 从的基本行为模式，即支配-从属关系。这种等级制度的形成，有助于减少群体 内部的争斗，提高资源利用效率，从而有利于种群的生存和繁衍。 【实例】 在许多鱼类、爬行类、鸟类和兽类中，都存在社会等级制度。例如，某些 鱼类种群中，优势个体能够优先获得配偶和繁殖场所，从而提高繁殖成功率。 在某些鸟类种群中，社会等级的形成有助于减少群体内部的争斗和能量消 耗，使有限的资源得到更合理的利用。 生态系统结构与功能 生态系统可以分解为不同的等级层次，每一高层次的系统都由多个低层次 系统组成，高等级层次对低等级层次有制约作用，低等级层次为高等级层次提 供机制与功能。 【实例】 在研究森林生态系统时，可以将森林视为一个高层次的系统，它由树木种 群、灌木层、草本层、土壤微生物等低层次系统组成。通过了解这些低层次系 统之间的相互作用和反馈机制，可以更好地理解整个森林生态系统的结构和功 能。 河流健康评价 流域是等级系统的一个典型例子，一个河流盆地由次级盆地构成，每一个 次级盆地则由更小的盆地组成。 【实例】 在河流健康评价中，可以运用等级理论来构建多尺度模型，评估不同等级 层次上的河流健康状况。 二、空间种群理论 空间种群理论包含“岛屿生物地理学”和“复合种群”两个理论，两者之 【拓展】请 同学们思考 并举例自然 界还存在哪 些“等级理 论”。 【总结】等 级理论在生 态学研究中 具有广泛的 应用价值， 它不仅有助 于我们更好 地理解生态 系统的结构 和功能，还 为生态保护 和管理提供 了重要的理 论支持和实 践指导。 等级结构的特征——松散耦联（loose coupling） 松散——可分解 耦联——抵制分解
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架间既有联系又有区别。1.岛屿生物地理学理论1967年MacArthur和Wilson研究了海洋岛屿的生物多样性，系统发展了【提问】一岛屿生物地理学平衡理论。认为，岛上物种丰度取决于两个过程，即物种迁个岛屿上的物种丰富度入（immigration）和灭绝（extinction）。由什么因素对于某一岛屿而言，迁入率和灭绝率将随岛屿中物种丰富度的增加而分别决定？加深同学对理论呈下降或上升趋势：当两者相等时，岛屿物种丰富度达到动态平衡，虽然中的的理解和记组成可不断更新，但丰富度数值保持不变。忆。就不同的岛屿而言，种迁入率是资源群落（种迁入源）之间距离的函数，而灭绝率是岛屿面积大小的函数。这种离大陆越远的岛屿的物种迁入率越小，被称为距离效应。岛屿的面积越小其灭绝率越大，被称为面积效应。ABEsmall14面积效应距离效应lfa（近岛）RR（小岛）（远岛）RR(大岛)S,oS's.SS'Se物种的数目物种的数目图1.岛屿生物地理学理论图示（引自Wu和Vankat1995）岛屿上的物种数目由两个过程决定：物种迁入率和绝灭率：离大陆越远的岛屿的物种迁入率越小(距离效应，A)：岛屿的面积越小其绝灭率越大(面积效应，B)。因此，面积较大而距离【提问】如果我们把岛较近的岛屿比面积较小而距高较远的岛屿的平衡态物种数目（S.）要大。而积较小和距离较近屿的大小和的岛的分别比大而遥远的岛的平衡态物种周转率(R)要高。I,迁入率：E,绝灭率R,平衡点距离两个因物种周转率;S平衡点的物种数目：S，定居库中的物种数目素综合考虑进来，会得面积较大而距离较近的岛屿比面积较小距离较远的岛屿的平I到怎样的结论呢？衡物种数目要大。岛屿生物地理学理论促进了人们对生物物种多样性地理分布与动态格局的认识和理解：：由于景观斑块与海洋岛屿之间存在某种空间格局的相似性，因而大大启发了景观生态学家对生态空间的研究。一一生态学意义2.复合种群理论传统的种群理论以“均质种群”为对象，但实际上绝大多数种群是生存在充满斑块的破碎化景观中。因此，美国生态学家Levins在1970年提出“复合种群”（meta20
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 20 间既有联系又有区别。 1.岛屿生物地理学理论 1967 年 MacArthur 和 Wilson 研究了海洋岛屿的生物多样性，系统发展了 岛屿生物地理学平衡理论。认为，岛屿上物种丰度取决于两个过程，即物种迁 入（immigration）和灭绝（extinction）。 对于某一岛屿而言，迁入率和灭绝率将随岛屿中物种丰富度的增加而分别 呈下降或上升趋势；当两者相等时，岛屿物种丰富度达到动态平衡，虽然中的 组成可不断更新，但丰富度数值保持不变。 就不同的岛屿而言，种迁入率是资源群落（种迁入源）之间距离的函数， 而灭绝率是岛屿面积大小的函数。 这种离大陆越远的岛屿的物种迁入率越小，被称为距离效应。 岛屿的面积越小其灭绝率越大，被称为面积效应。 图 1. 岛屿生物地理学理论图示(引自 Wu 和 Vankat 1995) 岛屿上的物种数目由两个过程决定:物种迁入率和绝灭率;离大陆越远的岛屿的物种迁入 率越小(距离效应,A)；岛屿的面积越小其绝灭率越大(面积效应,B)。因此,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(Se)要大。而积较小和距离较近 的岛的分别比大而遥远的岛屿的平衡态物种周转率(R)要高。I,迁入率;E,绝灭率;R,平衡点 物种周转率;Se,平衡点的物种数目;Sp,定居库中的物种数目 岛屿生物地理学理论促进了人们对生物物种多样性地理分布与动态格局的 认识和理解；由于景观斑块与海洋岛屿之间存在某种空间格局的相似性，因而 大大启发了景观生态学家对生态空间的研究。——生态学意义 2.复合种群理论 传统的种群理论以“均质种群”为对象，但实际上绝大多数种群是生存在 充满斑块的破碎化景观中。 因此，美国生态学家 Levins 在 1970 年提出“复合种群”（meta 【提问】一 个岛屿上的 物种丰富度 由什么因素 决定？加深 同学对理论 的理解和记 忆。 【提问】如 果我们把岛 屿的大小和 距离两个因 素综合考虑 进来，会得 到怎样的结 论呢？ 面积较大而距离较近的岛屿比面积较小距离较远的岛屿的平 衡物种数目要大