景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架授课题目2.2景观生态学的基本原理学时数2学时口知识目标理解并掌握景观生态学基本原理的核心概念与内涵。口能力目标应用原理分析实际的生态问题。能够运用景观生态学基本原理分析实际的生态学问题：使用基本原理作为方法论工具，辅助开展景观生态规划、生态修复等实践。口素养目标教学目标1.培养系统思维与跨学科视野形成综合分析景观生态问题的能力，理解自然与社会经济系统的耦合关系：增强对地理学、生态学、规划学等多学科交叉融合的认知，适应复杂生态问题的解决需求。2.树立生态伦理与可持续发展观基于景观生态学原理，反思人类活动对生态系统的干预限度。倡导“人与自然和谐共生”“生态文明”“两山理论”等理念口教学重点景观生态学基本原理所涉及的核心概念与内涵。教学重点口教学难点：&难点1.格局与过程的关系：2.尺度分析的意义。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】人类活动不断改变着地表格局，位于意大利的帕尔马洛城（Palmanova）便是这一现象的鲜明例证。从遥感卫星影像中，我们可以观察到其独特的星形布局，这与我们熟知的城市构型差异巨大，呈现极大的趣味性。我们不禁好奇为【提示】帕什么这座城市会选择这种建造形式呢？这种城市布局有什么优势呢？尔马洛城(Palmanova）始建于1593年，由威尼斯共和国设计和建造，作为防御奥斯曼帝国的军事要塞。图1.意大利帕尔马洛城（Palmanova）遥感影像本节课我们将共同学习景观生态学的基本原理，探讨景观生态学如何帮助26
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 26 授课题目 2.2 景观生态学的基本原理 学时数 2 学时 教学目标 知识目标 理解并掌握景观生态学基本原理的核心概念与内涵。 能力目标 应用原理分析实际的生态问题。能够运用景观生态学基本原理分析实际的生态学问 题；使用基本原理作为方法论工具，辅助开展景观生态规划、生态修复等实践。 素养目标 1. 培养系统思维与跨学科视野 形成综合分析景观生态问题的能力，理解自然与社会经济系统的耦合关系；增强 对地理学、生态学、规划学等多学科交叉融合的认知，适应复杂生态问题的解决需求。 2. 树立生态伦理与可持续发展观 基于景观生态学原理，反思人类活动对生态系统的干预限度。倡导“人与自然和 谐共生”“生态文明”“两山理论”等理念。 教学重点 &难点 教学重点 景观生态学基本原理所涉及的核心概念与内涵。 教学难点： 1. 格局与过程的关系； 2. 尺度分析的意义。 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】 人类活动不断改变着地表格局，位于意大利的帕尔马洛城（Palmanova）便 是这一现象的鲜明例证。从遥感卫星影像中，我们可以观察到其独特的星形布 局，这与我们熟知的城市构型差异巨大，呈现极大的趣味性。我们不禁好奇为 什么这座城市会选择这种建造形式呢？这种城市布局有什么优势呢？ 图 1. 意大利帕尔马洛城（Palmanova）遥感影像 本节课我们将共同学习景观生态学的基本原理，探讨景观生态学如何帮助 【提示】帕 尔马洛城 (Palmanova )始建于 1593 年，由 威尼斯共和 国设计和建 造，作为防 御奥斯曼帝 国的军事要 塞
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架我们理解景观的特征、形成过程、相互作用机制等，以及如何通过科学方法保护和优化我们的生态环境。【探究新知】综合已有的研究成果，考虑今后景观生态学的发展方向，本书将景观生态学的基本原理归纳为以下7个方面。一、景观系统的整体性与异质性原理来自于不同学科的景观生态研究者，尽管经常使用不同的方法来解决不同的问题，但他们面临的研究对象一一景观系统是共同的，对于景观系统“整体【提问】景性”的认识是景观生态学得以整合的理论基础。在第一章中，我们已经对于景观的定义进行了比较详细和全面的介绍，简观的定义是言之，景观是由景观要素有机联系组成的复杂系统，含有等级结构，具有独立什么？通过的功能特性和明显的视觉特征，是具有明确边界、可辨识的地理实体。提问，回顾景观系统同其他非线性系统一样，是一个开放、远离平衡态的系统，也具景观的要有自组织性、自相似性、随机性、有序性等特征。点！景观的形成体现为地貌过程、生态过程和文化过程。作为自然-文化综合体的景观复杂性为景观综合研究提供了广阔的舞台，而这种综合方法正是基于整体论、感知论和进化论。其中整体论解释了结构与功能的相互作用以及尺度的重要性。因而，景观生态学不是去研究单一的景观组分（地貌、土壤、植物、动物），而是强调研究作为自然综合体或自然一文化综合体的景观的整体及其空间异质性。景观生态学研究不是分别寻求景观的经济价值、生态价值和文化价值，而是致力于发挥其综合价值。整体性的体现景观是由异质要素组成，因为异质性同抗干扰能力、恢复能力、系统稳定性和生物多样性有密切关系，景观异质性一直是景观生态研究的基本问题之一异质性的体现1。结合遥感影景观系统的整体性和异质性并不是两个对立面，而是描述景观要素和景观像进行说明系统两方面的属性，是辩证统一的关系。二、格局过程关系原理结构和功能，格局与过程之间的联系与反馈是景观生态学的基本命题。景观格局，一般是指其空间格局，即大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。例如，不同类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布，景观格局是景观异质性的具体体现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。27
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 27 我们理解景观的特征、形成过程、相互作用机制等，以及如何通过科学方法保 护和优化我们的生态环境。 【探究新知】 综合已有的研究成果，考虑今后景观生态学的发展方向，本书将景观生态 学的基本原理归纳为以下 7 个方面。 一、景观系统的整体性与异质性原理 来自于不同学科的景观生态研究者，尽管经常使用不同的方法来解决不同 的问题，但他们面临的研究对象——景观系统是共同的，对于景观系统“整体 性”的认识是景观生态学得以整合的理论基础。 在第一章中，我们已经对于景观的定义进行了比较详细和全面的介绍，简 言之，景观是由景观要素有机联系组成的复杂系统，含有等级结构，具有独立 的功能特性和明显的视觉特征，是具有明确边界、可辨识的地理实体。 景观系统同其他非线性系统一样，是一个开放、远离平衡态的系统，也具 有自组织性、自相似性、随机性、有序性等特征。 景观的形成体现为地貌过程、生态过程和文化过程。作为自然-文化综合体 的景观复杂性为景观综合研究提供了广阔的舞台，而这种综合方法正是基于整 体论、感知论和进化论。其中整体论解释了结构与功能的相互作用以及尺度的 重要性。因而，景观生态学不是去研究单一的景观组分（地貌、土壤、植物、 动物），而是强调研究作为自然综合体或自然-文化综合体的景观的整体及其空 间异质性。景观生态学研究不是分别寻求景观的经济价值、生态价值和文化价 值，而是致力于发挥其综合价值。——整体性的体现 景观是由异质要素组成，因为异质性同抗干扰能力、恢复能力、系统稳定 性和生物多样性有密切关系，景观异质性一直是景观生态研究的基本问题之 一。——异质性的体现 景观系统的整体性和异质性并不是两个对立面，而是描述景观要素和景观 系统两方面的属性，是辩证统一的关系。 二、格局过程关系原理 结构和功能，格局与过程之间的联系与反馈是景观生态学的基本命题。 例如，不同类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布，景观 格局是景观异质性的具体体现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。 【提问】景 观的定义是 什么？通过 提问，回顾 景观的要 点！ 结合遥感影 像进行说明 景观格局，一般是指其空间格局，即大小和形状各异的景观要 素在空间上的排列和组合，包括景观组成单元的类型、数目以 及空间分布与配置
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架【提问】现实中有哪些呈现“随机型、均匀型和聚集型”的景观？RandomClusteredDispersed图2.均匀、随机和聚集型分布图示举例：·随机型：沙漠化景观中的残余森林斑块、平原农由中随机散布的油井或村庄：·均匀型：平原上的棋盘状农田、灌溉农田中均匀分布的田网络；：聚集型：丘陵地区的村庄、城市中的商业区。》景观过程强调事件或现象发生、发展的动态特征。景观生态学涉及的生态学过程通常包括：种群动态、种子或生物体的传播、捕食者-猎物相互作用、群落演替、干扰传播、物质循环、能量流动等。景观格局与生态过程的相互关系是景观生态学理论研究的核心部分。主要包括：口景观结构的时间变化规律【举例】结口景观格局的控制要素：合参考文口景观格局对干扰扩散的影响：献，逐一解A1利用景观格局指标度量其生态功能；释格局与过A利用模型模拟预测景观变化：程关系的相关研究。口景观的尺度转化规律等。三、尺度分析原理关于格局与过程的时空尺度化是当代景观生态研究的热点之一。尺度分析一般是将小尺度上的斑块格局经过重新组合而在较大尺度上形成空间格局的过程，此过程伴随着斑块形状由不规则趋向规则以及景观类型的减少。【重点讲尺度效应则表现为随尺度的增大，景观出现不同类型的最小斑块，最小斑解】解释景块面积逐步增大：而景观多样性指数随尺度的增大而减小。观多样性，景观模型和GIS技术，可以帮助选择最佳研究尺度，以及尺度的转换。（在包含斑块、7.4景观模型方法部分做详细介绍）类型和格局不同尺度上，生态过程也有差异：尺度性与持续性有着重要的联系，细尺三个方面的度生态过程可能会导致个别生态系统出现激烈波动，而粗尺度的自然调节过程多样性。景可提供较大的稳定性。（小尺度，波动：大尺度，稳定）观多样性指景观和区域都处在“人类尺度”上开展研究，即在人类可辨识的尺度上分数随尺度的析景观结构。把生态功能置于人类可感受的范围内进行表述，这尤其有利于了增大而减解景观建设和管理对生态过程的影响。在时间尺度上，人类世代即几十年的尺小，主要是度是景观生态学关注的焦点。28
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 28 图 2. 均匀、随机和聚集型分布图示 举例： 随机型：沙漠化景观中的残余森林斑块、平原农田中随机散布的油井或村庄； 均匀型：平原上的棋盘状农田、灌溉农田中均匀分布的田埂网络； 聚集型：丘陵地区的村庄、城市中的商业区。 景观生态学涉及的生态学过程通常包括：种群动态、种子或生物体的传 播、捕食者-猎物相互作用、群落演替、干扰传播、物质循环、能量流动等。 景观格局与生态过程的相互关系是景观生态学理论研究的核心部分。主要 包括： 景观结构的时间变化规律； 景观格局的控制要素； 景观格局对干扰扩散的影响； 利用景观格局指标度量其生态功能； 利用模型模拟预测景观变化； 景观的尺度转化规律等。 三、尺度分析原理 关于格局与过程的时空尺度化是当代景观生态研究的热点之一。 尺度效应则表现为随尺度的增大，景观出现不同类型的最小斑块，最小斑 块面积逐步增大；而景观多样性指数随尺度的增大而减小。 景观模型和 GIS 技术，可以帮助选择最佳研究尺度，以及尺度的转换。（在 7.4 景观模型方法部分做详细介绍） 不同尺度上，生态过程也有差异：尺度性与持续性有着重要的联系，细尺 度生态过程可能会导致个别生态系统出现激烈波动，而粗尺度的自然调节过程 可提供较大的稳定性。（小尺度，波动；大尺度，稳定） 景观和区域都处在“人类尺度”上开展研究，即在人类可辨识的尺度上分 析景观结构。把生态功能置于人类可感受的范围内进行表述，这尤其有利于了 解景观建设和管理对生态过程的影响。在时间尺度上，人类世代即几十年的尺 度是景观生态学关注的焦点。 【提问】现 实中有哪些 呈现“随机 型、均匀型 和聚集型” 的景观？ 【举例】结 合参考文 献，逐一解 释格局与过 程关系的相 关研究。 【重点讲 解】解释景 观多样性， 包含斑块、 类型和格局 三个方面的 多样性。景 观多样性指 数随尺度的 增大而减 小，主要是 尺度分析一般是将小尺度上的斑块格局经过重新组合而在较 大尺度上形成空间格局的过程，此过程伴随着斑块形状由不规 则趋向规则以及景观类型的减少。 景观过程强调事件或现象发生、发展的动态特征
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架因为随着观四、景观结构镶嵌性原理察尺度的扩自然界普遍存在镶嵌性（mosaic），即一个系统的组分在空间结构上互相大，较小的拼接而成为一个整体，通常可分为生物镶嵌性和非生物镶嵌性，后者即环境镶斑块被合并嵌性【定义】。或忽略，导景观和区域的空间异质性有两种表现形式，即梯度与镶嵌。镶嵌的特征是致斑块形状对象被聚集，形成清楚的边界，连续空间发生和中断和突变。土地镶嵌性是景更规则和分观和区域生态学的基本特征，Forman于1995年提出的“斑块-廊道-基质模布复杂性的型”解释对此的一种理论表述。降低。【提示】通过介绍“斑块-廊道-基质模型”，植被斑块解释“镶嵌性”，并提示该结构会在第三章中村庄斑块重点讲解。河流磨道池塘斑块图3.“斑块一廊道-基质模型示意图景观结构即斑块-廊道-基质的组合或空间格局是景观功能流的主要决定因【提示】请素，而这些景观形态结构又是更早的流（过程）所产生。注意度量斑作为镶嵌体的景观按其所含的斑块粒度一一用斑块平均直径量度，可区分块粒度的指为粗粒和细粒景观。标为斑块的而梯度是指某种特征在空间上连续变化的情况，通常表现为渐变过程。例平均直径！如，在山脉地区，随着海拔的升高，温度和降水条件逐渐变化，导致植被类型从山脚的常绿阔叶林逐渐过渡到山顶的高山草甸。五、景观生态流与空间再分配原理生物物种与营养物质和其他物质、能量在各个空间组分间的流动被称为生态流（ecologicalflow），是景观生态过程的具体体现按照系统化能量消耗最小化原理，系统间的物流和信息流将选择最小的能耗路径运行，需要通过克服空间阻力来实现对景观的覆盖与控制。【补充】介景观中的能量、养分和物种，都可以从一种景观要素迁移到另一种景观要绍最小累积素，这些运动或流动取决于5种主要媒介物或传输机制：风、水、飞行动物、阻力模型的地面动物和人。在景观水平上有3种驱动力：扩散、传输和运动。原理，并提扩散：它与景观异质性有密切联系：是一种低能耗过程，仅在小尺度上起29
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 29 四、景观结构镶嵌性原理 自然界普遍存在镶嵌性（mosaic），即一个系统的组分在空间结构上互相 拼接而成为一个整体，通常可分为生物镶嵌性和非生物镶嵌性，后者即环境镶 嵌性【定义】。 景观和区域的空间异质性有两种表现形式，即梯度与镶嵌。镶嵌的特征是 对象被聚集，形成清楚的边界，连续空间发生和中断和突变。土地镶嵌性是景 观和区域生态学的基本特征，Forman 于 1995 年提出的“斑块-廊道-基质模 型”解释对此的一种理论表述。 图 3. “斑块-廊道-基质”模型示意图 景观结构即斑块-廊道-基质的组合或空间格局是景观功能流的主要决定因 素，而这些景观形态结构又是更早的流（过程）所产生。 作为镶嵌体的景观按其所含的斑块粒度——用斑块平均直径量度，可区分 为粗粒和细粒景观。 而梯度是指某种特征在空间上连续变化的情况，通常表现为渐变过程。例 如，在山脉地区，随着海拔的升高，温度和降水条件逐渐变化，导致植被类型 从山脚的常绿阔叶林逐渐过渡到山顶的高山草甸。 五、景观生态流与空间再分配原理 按照系统化能量消耗最小化原理，系统间的物流和信息流将选择最小的能 耗路径运行，需要通过克服空间阻力来实现对景观的覆盖与控制。 景观中的能量、养分和物种，都可以从一种景观要素迁移到另一种景观要 素，这些运动或流动取决于 5 种主要媒介物或传输机制：风、水、飞行动物、 地面动物和人。在景观水平上有 3 种驱动力：扩散、传输和运动。 扩散：它与景观异质性有密切联系；是一种低能耗过程，仅在小尺度上起 因为随着观 察尺度的扩 大，较小的 斑块被合并 或忽略，导 致斑块形状 更规则和分 布复杂性的 降低。 【提示】通 过介绍“斑 块-廊道-基 质模型”， 解释“镶嵌 性”，并提 示该结构会 在第三章中 重点讲解。 【提示】请 注意度量斑 块粒度的指 标为斑块的 平均直径！ 【补充】介 绍最小累积 阻力模型的 原理，并提 生物物种与营养物质和其他物质、能量在各个空间组分间的流动被称为 生态流（ecological flow），是景观生态过程的具体体现
景观生态学教案第二章景观生态学的理论框架作用。示会在GIS传输（物质流）：即物质沿能量梯度（在空间上程镶嵌状分布）流动；水课程中对该流的侵蚀、搬运与沉积是景观中最活跃的过程之一。模型进行实运动：即物质通过消耗自身能量从一处向另一处移动。飞行动物、地面动.例操作。物和人传输多数物质的力，物质流和运动是景观尺度上的主要作用力。运动可在景观中形成最明显的【提问】请簇聚格局，物质流居中，扩散最少。同学思考，六、景观演化的人类主导性原理在三种驱动力的作用景观演化的动力机制有自然干扰和人为活动影响两个方面。通过对变化方下，形成的向的改变和速率的调控可实现景观的定向演变和可持续发展。景观会有什人类活动对生物圈持续作用的两个重要表现一一景观碎片化、土地形态改么差异？变。景观破碎化包括：斑块数目、形状和内部生境的破碎化三个方面。例如，.灌渠和道路将大片农田分割成独立的小块。土地形态的改变包括：土地属性的改变、或者人为活动导致土地发生灾害造成的形态改变等。例如，森林被开垦为农田，湿地被填成城市，过度开垦造成的土地荒漠化等。人类主导的景观变化也有积极性的体现：例如，景观生态建设，指一定地域、跨生态系统、适用于特定景观类型的【思考】请生态工程，它以景观单元空间结构的调整和重新构建为基本手段，改善受胁迫同学思考，或受损伤生态系统的功能，提高其基本生产力和稳定性，将人类活动对于景观人类活动对演化的影响导入良性循环。【定义】景观的影响课程思政】案例：浙江安吉余村生态转型（“两山理论”发源地都是消极的背景：吗？是否有安吉余村曾是浙江湖州典型的“矿山经济村”，20世纪未因开采石灰岩导积极的一致山体破坏、环境污染，生态严重退化。2005年，时任浙江省委书记习近平考面?察余村时提出“绿水青山就是金山银山”理念（“两山理论”），推动余村关停矿山和水泥厂，转向绿色发展。措施与成果：生态修复：通过矿山修复与山体复绿、水体治理与生态河道建设、生物多样性恢复、农业面源污染治理、空气与土壤污染防控等措施。产业转型：发展生态旅游、农家乐、白茶种植等绿色产业，打造“中国美丽乡村”示范村。修复成效：森林覆盖率：从矿山关停前的60%提升至目前的96%，核心区实现“无裸露山体”。水质指标：河道水质从V类（工业废水污染）恢复至I类（饮用水源标准)。生物多样性：野生动物种类增加30%，包括国家一级保护动物中华秋沙鸭等。30
景观生态学教案 第二章 景观生态学的理论框架 30 作用。 传输（物质流）：即物质沿能量梯度（在空间上程镶嵌状分布）流动；水 流的侵蚀、搬运与沉积是景观中最活跃的过程之一。 运动：即物质通过消耗自身能量从一处向另一处移动。飞行动物、地面动 物和人传输多数物质的力。 物质流和运动是景观尺度上的主要作用力。运动可在景观中形成最明显的 簇聚格局，物质流居中，扩散最少。 六、景观演化的人类主导性原理 景观演化的动力机制有自然干扰和人为活动影响两个方面。通过对变化方 向的改变和速率的调控可实现景观的定向演变和可持续发展。 人类活动对生物圈持续作用的两个重要表现——景观碎片化、土地形态改 变。 景观破碎化包括：斑块数目、形状和内部生境的破碎化三个方面。例如， 灌渠和道路将大片农田分割成独立的小块。 土地形态的改变包括：土地属性的改变、或者人为活动导致土地发生灾害 造成的形态改变等。例如，森林被开垦为农田，湿地被填成城市，过度开 垦造成的土地荒漠化等。 人类主导的景观变化也有积极性的体现： 例如，景观生态建设，指一定地域、跨生态系统、适用于特定景观类型的 生态工程，它以景观单元空间结构的调整和重新构建为基本手段，改善受胁迫 或受损伤生态系统的功能，提高其基本生产力和稳定性，将人类活动对于景观 演化的影响导入良性循环。【定义】 【课程思政】案例：浙江安吉余村生态转型（“两山理论”发源地） 背景： 安吉余村曾是浙江湖州典型的“矿山经济村”，20 世纪末因开采石灰岩导 致山体破坏、环境污染，生态严重退化。2005 年，时任浙江省委书记习近平考 察余村时提出“绿水青山就是金山银山”理念（“两山理论”），推动余村关停矿 山和水泥厂，转向绿色发展。 措施与成果： 生态修复：通过矿山修复与山体复绿、水体治理与生态河道建设、生物多 样性恢复、农业面源污染治理、空气与土壤污染防控等措施。 产业转型：发展生态旅游、农家乐、白茶种植等绿色产业，打造“中国美 丽乡村”示范村。 修复成效： 森林覆盖率：从矿山关停前的 60%提升至目前的 96%，核心区实现“无裸露 山体”。 水质指标：河道水质从Ⅳ类（工业废水污染）恢复至Ⅱ类（饮用水源标 准）。 生物多样性：野生动物种类增加 30%，包括国家一级保护动物中华秋沙鸭 等。 示会在 GIS 课程中对该 模型进行实 例操作。 【提问】请 同学思考， 在三种驱动 力的作用 下，形成的 景观会有什 么差异？ 【思考】请 同学思考， 人类活动对 景观的影响 都是消极的 吗？是否有 积极的一 面？