緒論:寫作既是個人情感的抒發(fā),也是對學(xué)術(shù)真理的探索,歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的概念范文,希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。
中圖分類號 Q-49 文獻標(biāo)識碼 E
生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性表現(xiàn)在兩個方面:一方面是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身的結(jié)構(gòu)和功能保持原狀(不受損害)的能力,叫做抵抗力穩(wěn)定性。另一方面是生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)到原狀的能力,叫做恢復(fù)力穩(wěn)定性。現(xiàn)在許多教輔資料上還在說生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性是相反的關(guān)系,也常見到圖1。
筆者認(rèn)為這種分析是不合適的。雖然在人教版2001年的版本生物第二冊書中確實有這樣的原話:“對一個生態(tài)系統(tǒng)來說,抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性之間往往存在著相反的關(guān)系。抵抗力穩(wěn)定性較高的生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)力穩(wěn)定性就較低,反之亦然。例如,森林生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性比草原生態(tài)系統(tǒng)的高,但是,它的恢復(fù)力穩(wěn)定性要比草原生態(tài)系統(tǒng)低得多。熱帶雨林一旦遭到嚴(yán)重破壞(如亂砍濫伐),要想再恢復(fù)原狀就非常困難了?!钡@是以前的觀點。
現(xiàn)在再來看這個觀點,顯然是不準(zhǔn)確的。首先人教版2007年的版本生物第三冊書中已沒有上述一段話,其次在人教版2007年的版本生物必修三教師參考書中還明確指出:
生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和進化特征有關(guān),而且與外界干擾的強度和特征有關(guān),是一個比較復(fù)雜的概念。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指生態(tài)系統(tǒng)保持正常動態(tài)的能力,主要包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。
以往認(rèn)為,抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性是相關(guān)的,抵抗力穩(wěn)定性高的生態(tài)系統(tǒng),其恢復(fù)力穩(wěn)定性低。也就是說,抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性一般呈相反的關(guān)系。但是,這一看法并不完全合理。例如,熱帶雨林大都具有很強的抵抗力穩(wěn)定性,因為它們的物種組成十分豐富,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;然而,在熱帶雨林受到一定強度的破壞后,也能較快地恢復(fù)。相反,對于極地苔原(凍原),由于其物種組分單一、結(jié)構(gòu)簡單,它的抵抗力穩(wěn)定性很低,在遭到過度放牧、火災(zāi)等干擾后,恢復(fù)的時間也十分漫長。因此,直接將抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性比較,可能這種分析本身就不合適。如果要對一個生態(tài)系統(tǒng)的兩個方面進行說明,則必須強調(diào)它們所處的環(huán)境條件。環(huán)境條件好,生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力穩(wěn)定性較高,反之亦然?!?/p>
對比可知,人教版2007年的版本生物第三冊的說法顯然更科學(xué),也更嚴(yán)謹(jǐn)。而教輔資料上所說生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性是相反的關(guān)系,是沿用人教版2001年的版本生物第二冊中的說法。雖然實際中也有它適應(yīng)的情況。這種說法是片面的、是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>
筆者認(rèn)為只要對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的示意圖進行深入理解,就能對生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性進行準(zhǔn)確辨析。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的示意圖如圖2所示,圖中兩條虛線之間的部分表示生態(tài)系統(tǒng)功能正常的作用范圍。T表示一個外來干擾使之偏離正常范圍的大?。浩x大小可以作為抵抗力穩(wěn)定性的定量指標(biāo),偏離大說明抵抗力穩(wěn)定性弱;反之,則強。S表示恢復(fù)到原狀所需的時間:S越長,恢復(fù)力越弱;反之,越強。TS表示曲線與正常范圍之間所圍成的面積,可作為總穩(wěn)定的定量指標(biāo):T與S越大,即這一面積越大,則總穩(wěn)性越低;反之,TS越小,則總穩(wěn)定性越強。
人教版2007年的版本生物必修三教師參考書教學(xué)策略中談到:“請學(xué)生比較草原、北極苔原、森林生態(tài)系統(tǒng),抵抗力穩(wěn)定性誰強誰弱?恢復(fù)力穩(wěn)定誰高誰低?引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識:一方面,不同的生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的穩(wěn)定性是不一樣的;另一方面,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也取決于外界因素的影響程度。”在教學(xué)中,基于對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性概念的理解,加之對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性示意圖的準(zhǔn)確把握,筆者引導(dǎo)學(xué)生將森林生態(tài)系統(tǒng)與草原生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的比較分兩種情況進行討論。
一種是同等強度干擾(圖3):在外界干擾之前,森林生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)均維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)(曲線重合部分)。在同等強度的干擾下,森林生態(tài)系統(tǒng)(實線)偏離正常值較小,即T較小,恢復(fù)較快,即S較短;而草原生態(tài)系統(tǒng)(虛線)偏離正常值較多,即T較大,恢復(fù)較慢,即S較長。這些說明森林生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性強,恢復(fù)力穩(wěn)定性也強;草原生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定力弱,恢復(fù)力穩(wěn)定性也弱,即森林生態(tài)系統(tǒng)的總穩(wěn)定性比草原生態(tài)系統(tǒng)的總穩(wěn)定性強。
另一種情況是森林生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)都破壞到3/4的程度(圖4):在外界干擾之前,森林生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)均維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)(曲線重合部分),在不同強度的干擾下,兩種生態(tài)系統(tǒng)偏離正常值的幅度相似,都破壞到3/4的程度。在這種情況下,因為草原生態(tài)系統(tǒng)(虛線)在相同時間內(nèi)偏離正常值較大,即T較大,恢復(fù)到原狀所需時間較短,即s較短,說明草原生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性弱,恢復(fù)力穩(wěn)定性強;森林生態(tài)系統(tǒng)(實線)在相同時間內(nèi)偏離正常值較小,即T較小,恢復(fù)到原狀所需時間較長,即s較長,說明森林生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性強,恢復(fù)力穩(wěn)定性弱。由此可見在這種情況下,抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性之間存在相反的關(guān)系。
1 群落穩(wěn)定性的基本含義
群落穩(wěn)定性是和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性一樣的,理由是一個群落的種間平衡,只有環(huán)境因子也處于某種平衡狀態(tài)時才能維持。除了群落結(jié)構(gòu)方面的問題外,一些群落的功能特征,應(yīng)該在演替和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念中加以考慮。有一個主要演替現(xiàn)象是,總生產(chǎn)量對群落呼吸作用的比率。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)成熟時(即處于穩(wěn)定階段),總生產(chǎn)量對群落呼吸作用的比率應(yīng)接近于1,因為在當(dāng)時的群落達到最合適的生物量,亦即設(shè)想為與生境因子處于平衡之中。成熟時這種生物量的保持唯一要求以光合作用產(chǎn)物為形式的能量輸入和通過呼吸作用的損耗一樣多。這樣,群落凈生產(chǎn)量(即有機物的增加或產(chǎn)量)在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定階段會低,而在其發(fā)育或演替系列階段會高。食物鏈在穩(wěn)定階段為特征性的網(wǎng)狀,而在早期的演替系列階段則趨向于線形而簡單化。
穩(wěn)定性是一個動態(tài)的概念。把穩(wěn)定性和定型性相對比,解釋定型性為一種靜止的概念。事實上,這兩種概念是十分密切相關(guān)的,定型性的反面是變異或變化,而不是穩(wěn)定;穩(wěn)定性的反面是不穩(wěn)定或易碎性。經(jīng)過一段時間的定型性,正如經(jīng)過一段時期的變異一樣是個動態(tài)概念。穩(wěn)定性概念的動態(tài)方面,在于系統(tǒng)的穩(wěn)定性必須包括時間上的一定變化的這種思想。于是,群落或生態(tài)系統(tǒng)即使它經(jīng)受節(jié)律性的變化也認(rèn)為是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性是群落或生態(tài)系統(tǒng)組成中的一個方面,一種時間上持續(xù)性的尺度。假如從穩(wěn)定態(tài)變過來,而發(fā)展起能趨勢它回復(fù)到原來狀態(tài)的力量,這系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。
2 群落穩(wěn)定性和動態(tài)平衡的四個階段
2.1 無相互作用的種平衡
這主要適用于先鋒群落,那里侵入某生境的種占據(jù)了空的小生境,這樣的種類組合被認(rèn)為是相互作用的。
2.2 起相互作用的種平衡
這適用于由無相互作用的加相互作用的種所組成的群落。這里,相互起作用的種是具有相似的小生境適應(yīng)性的那些種。這樣的種形成了生態(tài)種組。
2.3 同型的種平衡
指種間的相互作用造成了長壽的組合的一個階段。
2.4 演化的種平衡
指群落發(fā)展的最后階段。那時成員種在遺傳上變得互相適應(yīng),而且對環(huán)境也相當(dāng)適應(yīng)。
這四個平衡是通過群落發(fā)展中相互競爭作用的程度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來識別的。這種解釋也規(guī)定了物種形成的演化過程,正如在群落和生態(tài)系統(tǒng)的組織內(nèi)可以見到的那樣。
初生演替過程內(nèi),平衡或穩(wěn)定性概念的應(yīng)用并不新鮮。比如,把一個地區(qū)內(nèi)除氣候頂極外所有的群落都認(rèn)為是初生演替系列階段。多頂極概念意指這些階段的續(xù)存或永存,強調(diào)它們是和環(huán)境的某些調(diào)查因子相平衡的。
如果從變化的相對速度角度看,群落穩(wěn)定性概念對變化相當(dāng)慢的一個階段賦有一種重要的意義。
對植被生態(tài)學(xué)家來說,群落穩(wěn)定性最重要的尺度看來是群落的種類組成和結(jié)構(gòu)。如果群落的種類組成經(jīng)過幾十年仍相對不變,人們就可以說它是穩(wěn)定群落。這種穩(wěn)定性概念不如種群生態(tài)學(xué)所定的概念嚴(yán)格,因為它允許個體的密度有某些變化。當(dāng)然,群落的主要結(jié)構(gòu)形成的種的數(shù)量可以在發(fā)展中顯出導(dǎo)致不穩(wěn)定性的變動。
所以,解釋群落穩(wěn)定性也和在生活型組成上的持續(xù)性聯(lián)系起來似乎是有必要的。顯然,結(jié)構(gòu)上自然引起的變化(例如從密林到疏林或林地的變化),即使不伴有種類組成上的變化,也應(yīng)解釋為不穩(wěn)定性。然而,如果這樣一種結(jié)構(gòu)變化顛倒過來,如在暴雨后的情況,則結(jié)構(gòu)變化就不能解釋為不穩(wěn)定性,而最好解釋為對變化的抗性,即穩(wěn)定性了。
因此,群落穩(wěn)定性最好解釋為在陸地植物群落中至少經(jīng)過幾十年而續(xù)存的動態(tài)平衡的一個階段。它是經(jīng)過這個時間跨度而相當(dāng)不變的種類組成和結(jié)構(gòu)來識別的。種類組成和結(jié)構(gòu)這兩個參數(shù)是可以測定的,而且穩(wěn)定性可以從群落內(nèi)的結(jié)構(gòu)分析或種群動態(tài)研究來作預(yù)言。一個群落內(nèi)某些組成上的結(jié)構(gòu)的變化是穩(wěn)定群落中的正常現(xiàn)象。但這種變化的實質(zhì)必須是能證明為一點點變動或是可逆的變化,而不是漸進的不可逆的變化。
3 總體穩(wěn)定性空間概念
群落穩(wěn)定性是由經(jīng)過一段時期變化的種類和程度來決定的,但它也和群落的地理大小有關(guān)。例如,根據(jù)一個400平方米的樣地看,森林群落可以認(rèn)為是不穩(wěn)定的,因為可能有一株大樹倒下,造成了空隙而使雜草入侵,這會局部地造成新的種類組成和結(jié)構(gòu)。在一公頃的同一片林內(nèi),可能找至好幾個這樣的空隙,因為占領(lǐng)這些空隙的雜草或其它陽性植物就屬于總的種類組成的成員了。
因此,地理范圍進入了穩(wěn)定性的概念。在談到穩(wěn)定時,在心目中必須把群落概念專門化。可以預(yù)料群系的穩(wěn)定性不如植被區(qū)的穩(wěn)定性,而群叢的穩(wěn)定性可設(shè)想不如群系的穩(wěn)定增長性,層片的穩(wěn)定性又不如群叢的穩(wěn)定性。在涉及不同大小的生態(tài)系統(tǒng)時,必須說局部的或生境的穩(wěn)定性,水域或景觀單位的穩(wěn)定性,或者是區(qū)域性的穩(wěn)定性。在每種情況下,穩(wěn)定性關(guān)系是十分不同的。
在經(jīng)過一段時期而沒有經(jīng)歷過重大的組成和結(jié)構(gòu)變化的大的自然植被帶時,似乎應(yīng)完全避免頂極群落這個詞,而改用如最初在俄羅斯地植物學(xué)中所發(fā)展起來的地帶性、非地帶外的或地帶內(nèi)的這些詞。這些僅僅有一個地理性的含義,這三個詞只和自然植被有關(guān)系。地帶性植物群落大致相當(dāng)于一個氣候頂極群落,而地帶性植物群落相當(dāng)于主要受極端的土壤條件所控制的土壤頂極群落。泛域的和陷域的兩個詞在演替概念中沒有相應(yīng)的意義。
地帶性這個詞適用于高級的植被單位,它反映出和一個大區(qū)的現(xiàn)代氣候條件的一種十分密切的關(guān)系,它是在非極端性質(zhì)的土壤上,沒有明顯的人為干擾下發(fā)展起來的。例如,以歐洲山毛櫸為優(yōu)勢種的中生性闊葉林代表德國西南低地的地帶性植被。
地帶性森林植被不能在過濕或過干的生境,或者經(jīng)常受到水淹或養(yǎng)分極端貧乏的生境中建立。像苔草、泥炭蘚沼澤森林、巖石植被、沖積帶森林或耐酸的櫟樹林這類非地帶性植物群落。這樣的群落不僅在一種氣候植被帶中發(fā)展,并且也以極類似的組成出現(xiàn)在其它帶內(nèi)。水生植被特別表現(xiàn)出與成帶的氣候很少有依存性。
然而,地帶性植被與非地帶性植被間的界線并不截然明顯。例如潮濕的礦質(zhì)土壤上的森林具有優(yōu)勢的地帶性特點,不過它們與鄰近帶類似生境的森林的相似性,比它們與不大潮濕生境的森林的相似性多少要大些。一般,地帶性植被的概念不應(yīng)用得過窄,這樣就不會把這概念和某些亞群叢、變異體、基群叢等同,而和群系、亞群系、群落屬、或群叢相等同。
1.生態(tài)系統(tǒng)定義:由生物群落與它的無機環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體,最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈(是指地球上的全部生物及其無機環(huán)境的總和)。
2.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(食物鏈和食物網(wǎng))
3.生態(tài)系統(tǒng)的成分包括(1)非生物的物質(zhì)和能量(無機環(huán)境);(2)生產(chǎn)者:自養(yǎng)生物,主要是綠色植物;(3)消費者:異養(yǎng)生物,絕大多數(shù)動物,(營腐生的動物是分解者);(4)分解者:異養(yǎng)生物,能將動植物尸體或糞便為食的生物(細(xì)菌、真菌、腐生生物)。注意:植物并非都是生產(chǎn)者,如菟絲子是寄生植物,它是消費者;動物也并非都是消費者,如蚯蚓是分解者;細(xì)菌也并非都是分解者,硝化細(xì)菌是生產(chǎn)者,寄生細(xì)菌是消費者。
4.食物鏈中只有生產(chǎn)者和消費者,其起點是生產(chǎn)者植物;第一營養(yǎng)級是生產(chǎn)者;初級消費者是植食性動物。
5.食物網(wǎng):許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復(fù)雜營養(yǎng)結(jié)構(gòu),就是食物網(wǎng)。
二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
1、定義:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。
a、能量來源:太陽能。輸入:通過生產(chǎn)者的光合作用,將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能。輸入生態(tài)系統(tǒng)總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能總量。
b、傳遞途徑:沿食物鏈、食物網(wǎng),
c、散失:通過呼吸作用以熱能形式散失的。
d、過程:能量來源 (上一營養(yǎng)級),能量去向(呼吸作用、未利用、分解者分解作用、傳給下一營養(yǎng)級)。
e、特點:單向流動、逐級遞減(能量金字塔中底層為第一營養(yǎng)級,生產(chǎn)者能量最多 ),能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率:10%~20%(不可以提高也不可以降低)
2.研究能量流動的意義:
①可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃,設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效的利用
②可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>
三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
1、定義:組成生物體的c、h、o、n、p、s等元素,都不斷進行著從無機環(huán)境到生物群落,又從生物群落回到無機環(huán)境的循環(huán)過程。又稱生物地球化學(xué)循環(huán)。
2、特點:具有全球性、循環(huán)性
3、舉例:碳循環(huán)
①碳在無機環(huán)境中的存在形式:co2和碳酸鹽
②碳在生物體中的存在形式:有機物 碳在生物之間的傳遞形式:有機物
③碳在無機環(huán)境與生物群落之間循環(huán)形式:co2
④碳從無機環(huán)境到生物群落的途徑主要是光合作用(還有化能合成作用),從生物群落回到無機環(huán)境的途徑有呼吸作用、微生物的分解作用、化學(xué)燃料的燃燒。
四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞
1.信息種類
a.物理信息:通過物理過程傳遞的信息,如光、聲、溫度、濕度、磁力等可來源于無機環(huán)境,也可來自于生物。
b.化學(xué)信息:通過信息素傳遞的信息,如,植物產(chǎn)生的生物堿、有機酸;動物的性外激素
c.行為信息:通過動物的特殊行為傳遞信息的,對于同種或異種生物都可以傳遞。(孔雀開屏、蜜蜂跳舞、求偶炫耀)
2.范圍:在種內(nèi)、種間及生物與無機環(huán)境之間
3.信息傳遞作用:生命活動的正常進行離不開信息作用,生物種群的繁衍也離不開信息傳遞。信息還能調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系,以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。
4.應(yīng)用:a.提高農(nóng)產(chǎn)品或畜產(chǎn)品的產(chǎn)量。如:模仿動物信息吸引昆蟲傳粉,光照使雞多下蛋
b.對有害動物進行控制,生物防治害蟲,用不同聲音誘捕和驅(qū)趕動物
注:物質(zhì)循環(huán)是在無機環(huán)境和生物之間,不能在生物與生物間循環(huán)。
5.能量流動與物質(zhì)循環(huán)之間的異同
不同點:在物質(zhì)循環(huán)中,物質(zhì)是被循環(huán)利用的;能量在流經(jīng)各個營養(yǎng)級時,是逐級遞減的,而且是單向流動的,而不是循環(huán)流動
聯(lián)系: ①兩者同時進行,彼此相互依存,不可分割
②能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移、釋放,都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程
③物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動;能量作為動力,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)往返。
6.生態(tài)系統(tǒng)的基本功能:能量流動(生態(tài)系統(tǒng)的動力)、物質(zhì)循環(huán)(生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ))和信息傳遞(決定能量流動和物質(zhì)循環(huán)的方向和狀態(tài))。
五、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
1、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念:生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定的能力。包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身結(jié)構(gòu)與功能保持原狀的能力,叫做抵抗力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)到原狀的能力,叫做抵抗力穩(wěn)定性。
2、生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力,而且自我調(diào)節(jié)能力是有限的。一般來說,生態(tài)系統(tǒng)中的組分越多,食物網(wǎng)越復(fù)雜,其自我調(diào)節(jié)能力就越強,抵抗力穩(wěn)定性越高,恢復(fù)力穩(wěn)定性越低。負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在,它是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。
例1為了合理利用水域資源,某調(diào)查小組對一個開放性水庫的生態(tài)系統(tǒng)進行了初步調(diào)查,部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示:
(1)浮游藻類屬于該生態(tài)系統(tǒng)成分中的――,它處于生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的――;
(2)浮游藻類數(shù)量少,能從一個方面反映水質(zhì)狀況好。調(diào)查數(shù)據(jù)分析表明:該水體具有一定的――能力;
(3)浮游藻類所需的礦質(zhì)營養(yǎng)可來自細(xì)菌、真菌等生物的――,生活在水庫淤泥中的細(xì)菌代謝類型主要為――;
(4)該水庫對游人開放一段時間后,檢測發(fā)現(xiàn)水體已被氮、磷污染。為確定污染源是否來自游人,應(yīng)檢測―――――處浮游藻類的種類和數(shù)量。
分析:本題結(jié)合實際問題考查同學(xué)們對生態(tài)系統(tǒng)的成分及其功能、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的掌握情況。水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者以浮游植物為主,浮游藻類是該水庫生態(tài)系統(tǒng)的主要成員;分解者主要由存在于水庫淤泥中腐生生活的細(xì)菌和真菌組成,它們在缺氧的環(huán)境中生活,通過厭氧發(fā)酵分解有機物,其中一些有機分解會產(chǎn)生N、P等礦質(zhì)營養(yǎng)。自然界的任何一個生態(tài)系統(tǒng)在受到輕度的污染或破壞后都會通過自身的物理、化學(xué)和生物的調(diào)節(jié)作用,維持其結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定,即生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自動調(diào)節(jié)能力。
答案:(1)生產(chǎn)者第一營養(yǎng)級(2)自動調(diào)節(jié)(或自凈化)(3)分解作用異養(yǎng)厭氧型(4)入水口
例2 表2是對某水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級和能量流動情況的調(diào)查結(jié)果,表中A、B、C、D分別表示不同的營養(yǎng)級,E為分解者。Pg表示生物同化作用所固定能量的總量,Pn表示生物體所貯存的能量,R表示生物呼吸所消耗的能量。[單位:102kJ/(m3年)]
試分析回答:
(1)能量流動是從A、B、C、D中的哪個營養(yǎng)級開始的?為什么?
(2)該生態(tài)系統(tǒng)中能量從第三營養(yǎng)級傳遞到第四營養(yǎng)級的效率是多少?
(3)從能量的輸入和輸出角度看,該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是否增加?為什么?
分析:本題主要考查同學(xué)們從圖表中提取信息、處理數(shù)據(jù)以及解決問題的能力。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是從生產(chǎn)者固定太陽能開始的,生產(chǎn)者所固定太陽能的總量是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量。生物同化作用所固定的總能量為pg,其中一部分通過呼吸作用而消耗掉(R),剩下的部分就以有機物的形式貯存在生物體中(Pn)。故三者的關(guān)系是:pg=Pn+R,同時能量傳遞必然逐級遞減。能量傳遞效率是指某一營養(yǎng)級同化的能量與上一營養(yǎng)級同化的能量的比率。判斷該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是否增加,可以通過比較總輸入和總消耗得出結(jié)論。
答案:(1)B。B營養(yǎng)級所含能量最多,是生產(chǎn)者。(2)5.7%。(3)增加。因為該生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量大于所有生物消耗能量之和,即pg(生產(chǎn)者的)>R(所有生物的呼吸消耗)。
例3 為觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,設(shè)計四個密閉、透明的生態(tài)瓶,各瓶內(nèi)的組成和條件如表3所示。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)和觀測后,發(fā)現(xiàn)甲瓶是最穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。請回答以下問題:
(1)乙瓶中,藻類的種群密度變化趨勢為――,原因是――――。
(2)丙瓶與甲瓶相比,有較多的有機物,其原因是――――。
(3)丁瓶與甲瓶相比,氧氣含量――,原因是――――。
作為生態(tài)安全系統(tǒng)的重要組成部分,土壤生態(tài)系統(tǒng)在微生物作用下充分發(fā)揮自身的生態(tài)功能。尤其在環(huán)境問題比較突出的背景下,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性很大程度上由微生物脅迫能力進行反映。因此通過通過生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受土壤微生物影響分析、環(huán)境脅迫影響以及土壤微生物對環(huán)境脅迫響應(yīng)的關(guān)系研究響應(yīng)機制具有十分重要的意義。
一、土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受土壤微生物影響分析
在分析土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受土壤微生物影響過程中,首先需提及微生物的多樣性特征。根據(jù)以往學(xué)者分析,認(rèn)為系統(tǒng)中的能量在發(fā)生流動或物質(zhì)進行循環(huán)的過程中,微生物發(fā)揮著不可替代的作用,能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)功能進行維持。但從方法學(xué)角度,微生物影響機制受其自身多樣性特點影響仍有待于明確。對此在長期研究與實踐中對其多樣性生命層次進行總結(jié),具體氛圍群落內(nèi)生物多樣性、群落之間的多樣性以及不同區(qū)域所表現(xiàn)的多樣性特點。而研究中的土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性主要指在外界環(huán)境干擾下系統(tǒng)能夠從結(jié)構(gòu)、功能等各方面保持穩(wěn)定性且具有一定的恢復(fù)能力與抵抗能力。以往在土壤真菌多樣性試驗過程中可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度會隨多樣性的豐富程度逐漸升高。再如Wittebolle所研究的系統(tǒng)穩(wěn)定性受反硝化細(xì)菌群落的影響,發(fā)現(xiàn)微生物均勻程度以及物種的豐富度也會產(chǎn)生重要的作用。
二、土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受環(huán)境脅迫的影響分析
(一)環(huán)境脅迫中土壤微生物響應(yīng)分析
對環(huán)境脅迫的概念可理解為生物體生存過程中環(huán)境所帶來的壓力,或生態(tài)系統(tǒng)在環(huán)境影響下的發(fā)展受到一定的約束,通常表現(xiàn)為UV-B輻射、鹽堿脅迫、干旱脅迫以及冷害脅迫等。從土壤生態(tài)系統(tǒng)角度,其環(huán)境脅迫主要來源于土壤污染,特別在重金屬污染方面,對微生物群落結(jié)構(gòu)與微生物數(shù)量等造成嚴(yán)重影響,不利于土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。也因如此,許多學(xué)者對重金屬影響進行一系列分析,如針對氮循環(huán)微生物,可將土壤添加其中并培養(yǎng)一段時間,其中土壤在汞濃度梯度方面不同。通過試驗發(fā)現(xiàn)硝化潛勢隨汞濃度的提高而逐漸減弱,證明貢脅迫下這種微生物在功能上能夠自行恢復(fù)。另外,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的反應(yīng)也可通過微生物對一次干擾響應(yīng)與二次干擾響應(yīng)表現(xiàn)的不同特征進行反映。根據(jù)試驗可發(fā)現(xiàn)一次脅迫與二次脅迫在因子上具有極高的相似程度,能夠形成協(xié)同耐受性。而二者關(guān)系在一定條件下又表現(xiàn)出很大的差異,其原因在于響應(yīng)上的不同。若對環(huán)境脅迫響應(yīng)的類群消失后,便會出現(xiàn)新的類群,這些類群所表現(xiàn)的特征很容易對脅迫產(chǎn)生耐受性。
(二)以定量描述的方式分析
由前文可知,土壤微生物對其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性能夠產(chǎn)生很大的影響,這就要求利用定量的方式對環(huán)境擾動與系統(tǒng)穩(wěn)定性間的關(guān)系進行描述。其中生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力與抵抗能力計算中可利用樣品在環(huán)境擾動前后所表現(xiàn)的不同進行比較,并利用相應(yīng)的計算公式如土壤間差異、土壤在擾動下的變化以及綜合計算方式等。通過這種定量描述方式,微生物多樣性與土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性間存在的數(shù)量關(guān)系能夠得到正確的分析與判斷。
三、土壤微生物對環(huán)境脅迫響應(yīng)機制分析
(一)從抗性基因與微生物水平轉(zhuǎn)移角度
從前文中重金屬對土壤微生物的影響可分析,其恢復(fù)能力與抵抗能力的產(chǎn)生主要受四方面因素影響,即:第一,原有敏感性物種逐漸被耐受性物種所取代。第二,重金屬中具有抗性特征的基因會發(fā)生水平轉(zhuǎn)移。第三,抗性物種很可能受遺傳變異的影響而出現(xiàn)。第四,重金屬生物有效性的逐漸降低。通過一定的試驗研究便可推出土壤微生物群落多樣性與其自身結(jié)構(gòu)很容易受抗性基因與微生物的水平轉(zhuǎn)移而影響,這樣環(huán)境脅迫下的微生物群落在恢復(fù)能力以及抵抗能力等方面將逐漸提高。
(二)從功能冗余角度
功能冗余常發(fā)生在土壤微生物群落中,其具體指為物種的生態(tài)功能在一定條件下可能發(fā)生重疊情況,在一類群消失后,生態(tài)系統(tǒng)功能會在新類群作用下仍能夠保持正常狀態(tài)。很多情況下,受環(huán)境擾動影響,微生物群落結(jié)構(gòu)很可能發(fā)生改變,這時功能冗余的作用將充分發(fā)揮出來以確保群落的正常功能得以維持。因此有試驗研究表明,盡管環(huán)境脅迫影響下微生物群落可能無法以較快的速度向其初始狀態(tài)進行恢復(fù),但生態(tài)系統(tǒng)不會受其變化影響。其原因在于新微生物群落與原有微生物群落存在重疊的功能冗余單元,而且群落整體水平不會受群落內(nèi)部功能單元的不同受到影響,這樣對土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性不會造成影響。
四、結(jié)論
在分析環(huán)境脅迫下土壤微生物的響應(yīng)機制過程中,應(yīng)注意結(jié)合土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受土壤微生物影響、土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受環(huán)境脅迫的影響分析,從而確定土壤微生物對環(huán)境脅迫響應(yīng)機制。除文中所分析的響應(yīng)機制外,也存在其他機制如生物細(xì)胞在環(huán)境脅迫下發(fā)生的變化等。因此實際研究過程中對響應(yīng)機制的分析應(yīng)不斷完善,確保其能夠為土壤污染修復(fù)工作提供參考依據(jù)。
參考文獻:
題型一:未知能量的具體傳遞效率,求某營養(yǎng)級能量的最值
例1.在“藻類 甲蟲 蝦 小魚 大魚”這條食物鏈中:
(1)若有藻類植物G克,大魚最多能增重多少克?
(2)若小魚要增重N克,最少需要甲蟲多少克?
【思路點撥】能量沿食物鏈傳遞過程中,相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率為10%~20%。當(dāng)食物鏈中低營養(yǎng)級生物有物質(zhì)G克時,傳遞到某一高營養(yǎng)級,生物可獲得的最多量可用(20%)nG(即1/5nG)來計算;而獲得的最少量可用(10%)nG(即1/10nG)來計算。(n為食物鏈中相應(yīng)營養(yǎng)級總數(shù)減1或為箭頭數(shù)。)
(1)從藻類到大魚共有5個營養(yǎng)級,則大魚最多能增重(1/54)G。
(2)從甲蟲到小魚共有3個營養(yǎng)級,現(xiàn)要小魚增重N克,至少需要甲蟲的量,采用逆推法,即52N克。
【答案】(1)(1/625)G克 (2)25N克
【方法提煉】未知具體傳遞效率,且為一條食物鏈時,可按10%~20%的傳遞效率計算。設(shè)食物鏈為A B C D,分情況討論如下表:
題型二:已知營養(yǎng)級間的具體傳遞效率,求某營養(yǎng)級的能量
例2.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖,請回答:
(1)輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是____________kJ。
(1)輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是__________kj。
(2)從A到B,從B到C的能量傳遞效率分別為 和__________。
(3)欲使C增加3kg,需A__________克。
【思路點撥】流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量應(yīng)該是該生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者所固定的太陽能總量,題中A是生產(chǎn)者,其固定的總能量為:175kJ+200kJ+875kJ=1250kJ。這部分能量的流向有三:一是生產(chǎn)者本身呼吸作用消耗;二是流向分解者;三是被下一個營養(yǎng)級所同化。能量沿食物鏈的傳遞效率10%~20%是一個平均值,在不同的食物鏈和在同一條食物鏈的不同營養(yǎng)級之間的具體傳遞效率不一定相同,要用具體的數(shù)值來具體的計算。
本題中能量從A傳到B的傳遞效率為: 200/(175+200+875)×100% = 16%,從B傳到C的傳遞效率為:30/200×100% = 15%。在計算C增加3kg需要消耗A的量時應(yīng)按實際的傳遞效率計算,即:3kg÷15%÷16% = 125kg。
【答案】(1)1250 (2)16% 15% (3)125
【方法提煉】(1)相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為:本營養(yǎng)級所同化的能量/上一營養(yǎng)級所同化的能量×100%;(2)具體問題要具體分析,不能一味認(rèn)為傳遞效率為10%~20%。
題型三: 已知各營養(yǎng)級供能比例,求某營養(yǎng)級的能量
例3.若一個人的食物二分之一來自植物,四分之一來自小型肉食動物,四分之一來自牛羊肉,則人增重1kg時最多消耗植物___________kg。
【思路點撥】先根據(jù)題目要求畫出食物網(wǎng)(如右圖),其次據(jù)題目要求“最多消耗植物”,故按照最低傳遞效率10%計算,人的增重從不同途徑獲得能量的比例也已明確告訴。則解題圖解如下:
【答案】280克
【方法提煉】解答此類題目時,首先要根據(jù)題干要求畫出食物網(wǎng)圖;第二要搞清各條食物鏈的具體供能比例,并將各比例分別落實到每條食物鏈上;第三要確定傳遞效率是10%還是20%,仍然要考慮“至多”與“至少”的問題;第四必要時采用逆推法更簡捷。
題型四:未知各營養(yǎng)級供能比例,求某營養(yǎng)級獲能的最值
例4. 下圖食物網(wǎng)中,若人的體重增加1kg,最少消耗水藻_________kg;最多消耗水藻__________kg。
【思路點撥】此題沒有告訴低營養(yǎng)級生物向高營養(yǎng)級生物能量傳遞的固定分配量,所以解題方法與上題稍有不同。求最少消耗水藻時,就要選最短的食物鏈,即水藻小魚人,傳遞效率按最大20%計算,設(shè)最少消耗為X,則X×20%×20%=1,所以X=1÷20%÷20%=25kg;求最多消耗時,就要選擇最長的食物鏈,水藻水蚤蝦小魚大魚人,傳遞效率按最小10%計算,設(shè)最多消耗Y,則Y×10%×10%×10%×10%×10%=1,所以Y=1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%=100000kg。
【答案】25;100000
【方法提煉】在食物鏈中,已知高營養(yǎng)級生物的增重,求低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量時,應(yīng)該用除法計算(又稱食量放大法)。在不知能量傳遞效率時,要求某營養(yǎng)級的最值,更要弄清楚具體的食物鏈。如高營養(yǎng)級生物要增重N g,至少需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最大傳遞率來計算,即N÷(20%)n=5nN;而最多需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最小傳遞率來計算,即N÷(10%)n=10nN。
題型五:能量流動與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
例5:某生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者和次級消費者的總能量分別是W1和W2,當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時,最有可能使生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到破壞?( )
A.W1>10W2 B.W1>5W2 C.W1
【思路點撥】一般情況下,生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個相鄰營養(yǎng)級之間傳遞效率大約是10%-20%。小于或等于20%則不會導(dǎo)致其穩(wěn)定性的破壞,而大于20%則有可能引起某些營養(yǎng)級生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞??v觀本題的四個選項,A選項反映的能量傳遞效率小于10%,B選項反映的能量傳遞效率小于20%,C選項反映的能量傳遞效率大于10%(但不一定大于20%),只有D選項反映的能量傳遞效率大于20%。
【答案】 D
一、引言
如何使農(nóng)業(yè)發(fā)展進入一個良性循環(huán)的軌道,對其穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展進行定量評價一直是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究的前沿和熱點問題之一。穩(wěn)定性是農(nóng)業(yè)長期發(fā)展和演替而達到一個相對平衡的結(jié)果。在農(nóng)業(yè)這個系統(tǒng)中,由于人類管理和其他社會經(jīng)濟活動的干預(yù),系統(tǒng)變得復(fù)雜起來,影響其穩(wěn)定性的因素也變得更加錯綜復(fù)雜,探究其成因至關(guān)重要。從系統(tǒng)本身的特性來看,人類需要建立一個長期穩(wěn)定的最大化生產(chǎn)力生態(tài)系統(tǒng)(曹文志,1998)。所以,建立一個可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè),實質(zhì)是建立一個生產(chǎn)力較高、長期處于相對穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
本文從發(fā)展動態(tài)的角度出發(fā),以可持續(xù)發(fā)展理論作為實證的理論指導(dǎo),對新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性進行了評價,進而結(jié)合實證分析結(jié)果提出一些對策建議。
二、指標(biāo)體系的建立
本文借鑒評價指標(biāo)體系的前提下,緊密結(jié)合新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際特點,從經(jīng)濟、社會、生態(tài)三個方面考慮,建立了綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性評價指標(biāo)體系。其指標(biāo)如下:1.反映經(jīng)濟系統(tǒng)的指標(biāo):人均農(nóng)業(yè)GDPX1,農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率(X2),土地生產(chǎn)率(X3),林草業(yè)與農(nóng)業(yè)比率(X4),耕地平均農(nóng)業(yè)機械總動力(X5),人均財政收入(X6),支農(nóng)支出占財政支出比重(X7);2.反映社會系統(tǒng)的指標(biāo):人口密度(X8),人口自然增長率(X9),社會公平度(X10),農(nóng)村居民人均純收入(X11),每萬人農(nóng)業(yè)勞動力擁有的農(nóng)業(yè)科技人員(X12),農(nóng)民恩格爾系數(shù)(X13),高等學(xué)校學(xué)校在校學(xué)生人數(shù)(X14),墾殖指數(shù)(X15);3.反映生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo):農(nóng)業(yè)抗災(zāi)指數(shù)(X16),灌溉有效率(X17),人均水資源量(X18),森林覆蓋率(X19),化肥使用強度(X20),鹽漬化程度(X21),農(nóng)民人均耕地面積(X22),當(dāng)年的造林面積(X23),干燥度(X24)。
三、新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性評價實證分析
(一)方法和模型的選擇
文中采用了模糊數(shù)學(xué)評價法。其基本思想:1.首先確定模糊子集合,即一個模糊性概念就是一個模糊子集,如U={極差、差、中等、好、很好}是一個模糊集合,其子集(模糊性概念)稱為模糊子集合,模糊子集取值自0至1中間任一數(shù)值(包括兩端的0與1),分別對應(yīng)極差、差、中等、好、很好。2.隸屬度,描述元素屬于這個模糊性概念的程度。完全符合該模糊性函數(shù)是隸屬度為1,不完全符對合時隸屬度為0,介于二者之間取0到1的中間值。3.確定隸屬函數(shù)。運用模糊數(shù)學(xué)方法時,最為關(guān)鍵的一步就是隸屬函數(shù)的確定,隸屬函數(shù)確定的好壞直接關(guān)系著評價結(jié)果的正確性。
本文將根據(jù)專家經(jīng)驗法,即專家根據(jù)實際經(jīng)驗給出的相應(yīng)權(quán)數(shù)數(shù)值來確定隸屬函數(shù)。 我們在大多數(shù)情況下,首先大致確定粗略的隸屬函數(shù),然后歸納結(jié)果反饋給專家,再次給出他們自己的意見,反復(fù)多次后,使得隸屬函數(shù)逐步修改和完善。
(二)基于AHP層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重
層次分析法(AHP)的基本思想是把研究的對象看成一個系統(tǒng),對系統(tǒng)內(nèi)多個指標(biāo)進行分析,弄清各個指標(biāo)在系統(tǒng)中的地位和相互關(guān)系,給出各指標(biāo)有關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟?,然后由專家對每個層次的各指標(biāo)進行客觀比較,定量地給出每個指標(biāo)的相對重要性,并計算出每一層次所有指標(biāo)的相對權(quán)重。
根據(jù)新疆綠洲農(nóng)業(yè)的基本特征,在參考了大量關(guān)于綠洲農(nóng)業(yè)的文獻資料,結(jié)合新疆的特點之后,本文運用層次分析法求出了指標(biāo)層的權(quán)重并進行了一致性檢驗。檢驗結(jié)果看出,評價體系總體上具有較好的一致性,且全面地包括綠洲農(nóng)業(yè)穩(wěn)定性的指標(biāo),保持了指標(biāo)的相對獨立和完整性??梢?,利用該指標(biāo)體系來衡量新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性是可行的。
(三)隸屬函數(shù)的確定
文中選取1985-2008年作為評價新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性的時間段,根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的理論,將選取的評價指標(biāo)和綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定的關(guān)系分為直線型函數(shù)、對數(shù)型函數(shù)、指數(shù)型函數(shù)、戒上型函數(shù)、戒下型函數(shù)和峰值型函數(shù)6種類型的隸屬函數(shù)。對于這6種類型我們采用特爾斐法對各個指標(biāo)的實際值給出相應(yīng)的一組隸屬度,此隸屬度由專家給出,然后根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)來擬合隸屬函數(shù)。根據(jù)新疆綠洲農(nóng)業(yè)實際情況和對綠洲農(nóng)業(yè)穩(wěn)定性的影響,確定各指標(biāo)的函數(shù)類型。
(四)新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定總體評價結(jié)果
我們使用加權(quán)線性方法來完成各個指標(biāo)的合成,根據(jù)本文的數(shù)據(jù),將構(gòu)成24×24矩陣,經(jīng)過隸屬函數(shù)變換后得到隸屬度,矩陣的行列數(shù)不變,因此綠洲農(nóng)業(yè)系統(tǒng)發(fā)展穩(wěn)定性評價結(jié)果用Aj表示,其模型為:。
其中Aj為第j年綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性總得分,Dij為第 j年第i個指標(biāo)經(jīng)過隸屬函數(shù)變換后所對應(yīng)的隸屬度,即單個指標(biāo)因子對農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性的貢獻,Wi 為第i指標(biāo)的權(quán)重。
由SAS9.1軟件進行矩陣運算,新疆綠洲農(nóng)業(yè)1985-2008年發(fā)展穩(wěn)定性總得分見表1。
綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性的評價結(jié)果主要根據(jù)文中選取指標(biāo)的數(shù)據(jù)來確定。為了判斷綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性的程度,本文參考了界定可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的標(biāo)準(zhǔn),在此基礎(chǔ)上,綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性具體標(biāo)準(zhǔn)度量
從表2可以看出,近20幾年來,新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性結(jié)果在0.3092—0.5464之間。穩(wěn)定性處于較差的年份是1985年、1986年、1987年、1988年、1989年、1990年、1991年、1992年、1993年和1997年。處于中等偏下的年份是1998年、1999年、2000年、2001年、2002年、2003年和2006年,處于中等偏上的年份是2004年、2005年、2007年和2008年,由此說明,新疆綠洲農(nóng)業(yè)總體的發(fā)展穩(wěn)定性趨勢是由較差程度逐步向著好的方向變化。 2008年農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)定達到0.5464,處于中等偏上的程度,其評價結(jié)果較為準(zhǔn)確地反映了新疆綠洲農(nóng)業(yè)在時間尺度上發(fā)展穩(wěn)定性的狀況。為此,我們可以得出新疆綠洲農(nóng)業(yè)在上世紀(jì)80年代到90年代中期是穩(wěn)定較弱的階段,農(nóng)業(yè)發(fā)展能力有所欠缺;90年代中期到現(xiàn)今,農(nóng)業(yè)是處于一個中等發(fā)展穩(wěn)定階段,其穩(wěn)定性程度有待提高,農(nóng)業(yè)發(fā)展能力需要進一步提高。
四、政策建議
(一)轉(zhuǎn)變思想,加強可持續(xù)發(fā)展意識
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一般表現(xiàn)為自給自足的特點,具有一定的封閉性,不利于區(qū)域農(nóng)業(yè)之間資源的合理配置。為此,各級政府需要培養(yǎng)和樹立協(xié)調(diào)發(fā)展的新觀念,合理調(diào)節(jié)人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟、社會之間的協(xié)調(diào)度。這對于地處干旱區(qū)的新疆綠洲農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展顯得至關(guān)重要。
(二)調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu),加快推進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化
要有效推動結(jié)構(gòu)升級,除繼續(xù)發(fā)展種植業(yè)外,還應(yīng)大力發(fā)展畜牧業(yè)和特色林果業(yè)。把畜牧業(yè)作為重中之重,使其成為新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的一個增長點。林果業(yè)方面要借助獨特的資源優(yōu)勢,大力發(fā)展質(zhì)量優(yōu)異、特色鮮明、市場需求大的名牌產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上形成一條良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈條,進一步拓展農(nóng)產(chǎn)品加工層次和深度,使農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)逐步成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),改善農(nóng)村經(jīng)濟的區(qū)域差異。
(三)合理利用水資源,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)
在地下水越來越深的嚴(yán)峻現(xiàn)實面前,合理利用水資源和節(jié)水技術(shù)顯得尤其重要。自治區(qū)政府和各級政府要制定節(jié)水灌溉的整體規(guī)劃,新疆的南疆地區(qū)水資源極缺,從全局出發(fā),合理規(guī)劃耕地面積和耗水作物的規(guī)模,劃定出節(jié)水灌溉的重點區(qū)域,并在此基礎(chǔ)上大力推廣先進的節(jié)水技術(shù)。
(四)防沙化、鹽堿化,優(yōu)化土壤質(zhì)量
合理規(guī)劃綠洲的土地開墾規(guī)模,有步驟地做好天然林保護和耕地治理工程,做好土壤培肥養(yǎng)地,有條件的全部使用生物肥,采取增施有機肥、秸稈還田、翻壓綠肥等措施,改善土壤的可耕性。
(五)大力發(fā)展農(nóng)村教育,特別是南疆農(nóng)村教育
少數(shù)民族地區(qū)要確保九年義務(wù)教育的普及,要適當(dāng)增加落后地區(qū)的教育投入,撥??钣糜诨A(chǔ)設(shè)施建設(shè),改善教學(xué)條件和提高教師待遇。同時,還要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H采取多種形式、多種途徑發(fā)展農(nóng)村職業(yè)教育。
參考文獻
[1]丁建麗.干旱區(qū)綠洲穩(wěn)定性評價體系構(gòu)建及應(yīng)用分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2008(2).
[2]溫曉南.半干旱區(qū)地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素與對策[J].經(jīng)濟縱橫,2008(5).
[3]袁榴艷等.新疆綠洲可持續(xù)發(fā)展評估研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報,2004(6).
0.引言
在公路建設(shè)中,如何盡最大可能減小對周邊環(huán)境的破壞,是道路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展,并實現(xiàn)其景觀效果,是當(dāng)今道路建設(shè)面臨的新課題。而景觀生態(tài)學(xué)理論與方法給我們提供了一種積極解決這個問題的有效工具,將景觀生態(tài)學(xué)理念中關(guān)于廊道――斑塊――基底理論、干擾理論以及景觀異質(zhì)理論等與公路建設(shè)進行很好地融合,對公路規(guī)劃和設(shè)計進行有針對性的研究,從而更好地知道公路建設(shè)走向生態(tài)化,這也是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)公路的關(guān)鍵所在。
1.環(huán)境保護設(shè)計要點及原則
下文中公路建設(shè)中生態(tài)環(huán)境保護的設(shè)計原則,主要有節(jié)約用地的原則;原有生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)性的原則;路域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的原則;保護自然植被的原則和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的原則。并包含了遵循這5項原則的基本方法和要求。
1.1節(jié)約用地的原則
隨著公路里程的增加,導(dǎo)致大片的土地喪失農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力,并且優(yōu)質(zhì)耕地每年減少3.6×109m2。因此,保護土地資源,嚴(yán)格控制公路建設(shè)用地已迫在眉睫,盡量滿足以下要求。
(1)合理布設(shè)路網(wǎng),避免重復(fù)設(shè)線;(2)合理選用公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn);(3)適當(dāng)降低路基高度,減少兩側(cè)邊坡占地及填挖方取土占地;(4)充分利用粉煤灰等工業(yè)廢渣作筑路材料,減少公路取土占地;(5)取土坑的及時恢復(fù)利用;(6)公路臨時用地的恢復(fù)利用。
1.2原有生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)性的原則
生態(tài)系統(tǒng)是指在一定時間和一定范圍內(nèi),由生物成分和非生物成分組成的有一定大小、執(zhí)行著一定功能,并能自我維持的功能整體。各環(huán)境因素相互溝通、相互依存、相互影響和制約,因而要采取相應(yīng)的保護措施。
(1)公路中心線距省級以上自然保護區(qū)邊緣不宜小于100m;
(2)當(dāng)公路侵入自然保護區(qū)時,應(yīng)嚴(yán)格控制林木的砍伐數(shù)量,嚴(yán)禁砍伐公路用地之外不影響視線的樹木;
(3)公路侵入濕地時,路線宜布設(shè)于濕地邊緣或者采用高架橋、間續(xù)修橋等方案;
(4)在有國家保護的野生動物出沒路段,應(yīng)設(shè)置預(yù)告、禁止鳴笛等標(biāo)志,且需要結(jié)合立體工程設(shè)置獸道;
(5)路面徑流不得直接排人飲用水體和養(yǎng)殖水體。當(dāng)路基邊緣距飲用水體小于100m,距養(yǎng)殖水體小于20m時,應(yīng)采取綠化或者其它隔離防護措施;
(6)施工期應(yīng)注意保護自然水流形態(tài),施工結(jié)束后必須清理河道中的工程廢棄物。
1.3路域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的原則
當(dāng)公路建成以后,隨著綠化和生態(tài)恢復(fù)為主的環(huán)保工程的實施,出現(xiàn)了一個新的生態(tài)系統(tǒng)。它的范圍是公路用地界之內(nèi),寬約40~70 m,長幾十到幾百公里的地帶。路域生態(tài)系統(tǒng)是一典型的人工生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的穩(wěn)定主要受人為因素的影響。要保證路域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,首先使路域生態(tài)系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)融合,滿足盡可能選用鄉(xiāng)土物種、淡化界域概念、維護物種多樣性等措施。
1.4保護自然植被的原則
生態(tài)系統(tǒng)中自然植被不僅是能量的第一固定者,而且可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境要素。因此保護公路沿線的自然植被以求生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)發(fā)展??梢圆扇×值匮a償、加強施工管理減少植被破壞以及禁止在林區(qū)采石、采砂和采土等措施。
1.5生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的原則
公路建成以后,需要將被惡化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到原來的自然平衡狀態(tài)。而建設(shè)行業(yè)引起的環(huán)境變化,往往使其完全恢復(fù)不切實際,這時需要建立新的群落,達到新的生態(tài)平衡。為盡快達到頂極群落,需要人們定向的設(shè)計,特別是綠化設(shè)計。主要針對公路用地范圍內(nèi)的綠化、水土流失的防治以及沿線環(huán)境的整治。
2.景觀總體設(shè)計要點及原則
觀念是人類支配行為的主觀意識,是自身知覺、意識、思想、理智的體現(xiàn)。人類的行為均受行為執(zhí)行者的觀念支配,觀念正確與否直接影響到行為的結(jié)果。公路景觀設(shè)計作為一種設(shè)計行為也是在設(shè)計者觀念的支配下進行的。以下是基于公路景觀設(shè)計觀念進行論述,闡述公路景觀的設(shè)計要點及原則。
2.1系統(tǒng)觀
系統(tǒng)是指由相互聯(lián)系、相互作用的若干要素構(gòu)成的具有結(jié)構(gòu)和特定功能的有機整體,具有整體性、結(jié)構(gòu)性、層次性、開放性。其最基本的特征是整體性。
公路本身構(gòu)成一個系統(tǒng),但其整體也作為要素構(gòu)成更高層次的系統(tǒng),公路上一級系統(tǒng)是與路域環(huán)境中各因素構(gòu)成的系統(tǒng)。基于系統(tǒng)觀,可以引申出公路景觀的協(xié)調(diào)性原則、地域性原則、最少設(shè)計原則、整體性原則、前瞻性原則。
2.2生態(tài)觀
生態(tài)平衡是動態(tài)的平衡,一旦受到自然和人為因素的干擾,超過了生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力而不能恢復(fù)到原來比較穩(wěn)定的狀態(tài)時,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能就會遭到破壞,物質(zhì)和能量輸出輸入就不能平衡,就會造成系統(tǒng)成分缺損,結(jié)構(gòu)變化,能量流動受阻,物質(zhì)循環(huán)中斷,生態(tài)失調(diào),嚴(yán)重時還會造成生態(tài)災(zāi)難。
公路建設(shè)對環(huán)境的影響主要包括對生態(tài)系統(tǒng)的影響、對生物因子的影響、對物理因子的影響三個方面。
2.3人本觀
人本思想是相對于物本思想而提出來的。以往的過分關(guān)注道路本身,為景觀而景觀的思想不但不符合系統(tǒng)觀和生態(tài)觀,也不符合人本觀。以人為本并非以人為尊,人本觀的初衷即為人類創(chuàng)造良好的生存條件和發(fā)展環(huán)境。
人本觀在公路設(shè)計中主要是對人的心理需求的尊重,體現(xiàn)在寬容設(shè)計和交通安全設(shè)計中。
基于人本觀,體現(xiàn)出公路景觀的功能原則、寬容設(shè)計原則、動態(tài)原則。
3.結(jié)束語
公路建設(shè)對環(huán)境的影響是多方面的。隨著人們的環(huán)保意識和參與感的日益增強,將會有更多更有效的新思路新技術(shù)應(yīng)用到公路的環(huán)境保護和景觀總體設(shè)計中來,也只有那樣,才能保證公路建設(shè)的經(jīng)濟效益、社會效益與環(huán)境效益統(tǒng)一及可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻:
[1] 陳愛俠,冀德學(xué),鄧順熙. 公路建設(shè)中生態(tài)環(huán)境保護的設(shè)計原則與要求. 西安公路交通大學(xué)學(xué)報, 1999.7
景觀是高于生態(tài)系統(tǒng)的自然系統(tǒng),載體是一個空間異質(zhì)性的區(qū)域。景觀在結(jié)構(gòu)與功能、生物多樣性、物種流動、養(yǎng)分再分布、能量流動、景觀變化、景觀穩(wěn)定性等方面具有較為特殊的規(guī)律。20世紀(jì)末,生態(tài)學(xué)廣泛吸收地理學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué),測繪學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等理論,引入了景觀的概念。景觀生態(tài)學(xué)特別強調(diào)空間異質(zhì)性,層次性結(jié)構(gòu)和尺度在研究生態(tài)學(xué)格局和過程中的重要性。異質(zhì)性是研究的基本出發(fā)點,也是其方法論的基點和核心。異質(zhì)性是指在一個區(qū)域里(景觀或生態(tài)系統(tǒng))對一個種、或者更高級的生物組織的存在起決定作用的資源(或某種性狀)在空間或時間上的變異程度(或強度)。異質(zhì)性是景觀的抗干擾能力的體現(xiàn)。景現(xiàn)有三個重要元素――拼塊、廊道和模地。拼塊是一個外觀上與周圍環(huán)境明顯不同的非線性區(qū)域,其大小,形狀、類型、邊緣與相鄰的拼塊有很大的差別。廊道和模地是拼塊的特殊類型,因為形狀、面積、連通程度的特點而具有特殊的作用。廊道是指兩拼塊間狹長地帶,呈帶狀,是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和物種流的重要通道,如公路上預(yù)留的生物通道是廊道,河流是水生生物的廊道等。模地是景觀內(nèi)具有背景地域特性的拼塊,在很大程度上對景觀的性質(zhì)、動態(tài)起著主導(dǎo)作用。這就是沙漠、森林、海洋在氣候等特性上為什么如此不同的主要原因之一。模地有三個特性,即相對面積大、連通程度高和具有動態(tài)控制作用。相對面積是表現(xiàn)模地的重要參數(shù)。一般來說,一種景觀元素覆蓋了景觀50%以上面積,就可以認(rèn)為它是模地。如在流波電站評價范圍內(nèi),林地相對面積為80%左右,顯然林地是模地如果各景觀元素的相對面積均不超過50%,則要由其它特性來決定模地。連通性是某些景觀模地判別的重要元素,如樹籬景觀,樹籬網(wǎng)一般只占景觀總面積的10%以下,但由于其包圍了田野,構(gòu)成了單一的連續(xù)地域,高度連通性使其具有隔離其它元素的物理屏障功能、運輸特性的廊道功能并包圍其它元素使其形成孤立的生物“島嶼”。動態(tài)控制功能可以簡單理解為模地是景觀的動力源泉,控制了景觀的發(fā)展方向,如樹籬網(wǎng)由先鋒種(如櫻桃)及后來種(如櫟樹)混合構(gòu)成,其種子被風(fēng)吹落到附近的田野中,鳥和動物在吃果子的同時將種子帶到景觀的各個地域,因此樹籬起了一個物種源的作用,把景觀引向某種穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生其它變化。
評價流波水電站工程對生態(tài)環(huán)境的影響,主要評價興建工程前后,景觀的生態(tài)完整性是否受到較大影響。主要指標(biāo)可以概括為生物群落(生物量、物種多樣性、異質(zhì)性程度、珍稀瀕危物種是否銳減或減少)、區(qū)域環(huán)境(綠地減少,連通程度變差),水和土地(發(fā)生荒漠化或土壤理化性質(zhì)改變)。對如此多的指標(biāo)進行定量或半定量分析計算是非常復(fù)雜的工作,大部分指標(biāo)需要大量人力物力進行專門研究才能確定,而現(xiàn)階段我國生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究方面缺少支持評價工作的基本研究成果,評價單位完全將這些指標(biāo)定量幾乎是不可能的。
通過工程前后自然體系生產(chǎn)力和穩(wěn)定性分析,綜合判斷工程對景觀生態(tài)完整性的影響,是流波水電站工程生態(tài)環(huán)境影響評價的主要思路。生產(chǎn)力計算以世界范圍內(nèi)相同地塊平均凈生產(chǎn)力為依據(jù)。對計算結(jié)果的分析,采用奧德姆4級分類法――將生產(chǎn)力分為最低、較低、較高和最高4個等級,各等級之間的閾值182.5、1095和3650單位,計算項目前后評價范圍內(nèi)自然體系生產(chǎn)力,判斷生產(chǎn)力是否因項目建設(shè)而降低到低一級別的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)體系的穩(wěn)定狀況包括兩個特征,即恢復(fù)和阻抗?;謴?fù)穩(wěn)定性與高亞穩(wěn)定元素(如植被)的數(shù)量和生產(chǎn)能力較為密切,阻抗穩(wěn)定性與景觀異質(zhì)性關(guān)系緊密。流渡水電站工程所在地域內(nèi)景觀穩(wěn)定,陛是通過對景觀三個重要元素一拼塊、廊道和模地的分析計算,確定模地,并從模地入手進行分析。根據(jù)模地的三個特性,采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中計算植被重要值的方法(優(yōu)勢度值)來判別景觀模地,方法是計算各拼塊的優(yōu)勢度值,優(yōu)勢度值最大的拼塊就是模地。
二、流波水電站實倒
流波電站生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析中對主要生態(tài)因子,如氣候、土壤,植被等進行調(diào)查和分析。植被類型調(diào)查是現(xiàn)狀調(diào)查的重點,是評價的基礎(chǔ)。評價中采用樣方調(diào)查法獲得評價區(qū)植被信息。在現(xiàn)狀調(diào)查和工程分析基礎(chǔ)上分析流波水電站工程前后景觀生態(tài)完整性,主要內(nèi)容包括模地判別、生產(chǎn)力計算、穩(wěn)定性分析。
模地判別判定模地采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中優(yōu)勢度值判別法。首先對景觀中各拼塊、樣方數(shù)目及面積進行量算,分別計算出密度、頻率和景觀比例。流波水電站工程評價范圍內(nèi)各拼塊優(yōu)勢度值計算結(jié)果如表l所列。
評價范圍內(nèi)用地類型可大致分為河濰裸地、水域、園地、農(nóng)耕地、疏林灌叢、竹林及落林闊葉林等類型,每種地塊具有不同的生產(chǎn)力,評價中采用了世界范圍內(nèi)相同地類平均生產(chǎn)力作為計算依據(jù)。流波水電站工程評價范圍內(nèi)自然體系現(xiàn)狀生產(chǎn)力為1 313 g/m 2?a,工程建成后生產(chǎn)力為1276 g/m 2?a,根據(jù)奧德姆分類,項目前后生產(chǎn)力水平均處于較高水平(1095-3650 g/m 2?a),流渡電站所在地域自然體系生產(chǎn)力并未因本工程建設(shè)而降低到低一級別的生態(tài)系統(tǒng)。
景觀(landscape)一詞,在不同的學(xué)科范圍內(nèi)有著不同的定義。地理學(xué)家把景觀作為一個科學(xué)名詞,定義為一種地表景象或綜合自然地理區(qū),或為一種類型單位的通稱,如城市景觀、森林景觀等;藝術(shù)界和設(shè)計師把景觀作為表現(xiàn)與再現(xiàn)的對象,類似于風(fēng)景;生態(tài)學(xué)家把景觀定義為生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)。
隨著人類社會的快速發(fā)展,生態(tài)環(huán)境日益惡化,人們開始重建對自然界的新觀念和價值理想,并倚重生態(tài)科學(xué)來使人與自然回歸和諧。作為景觀規(guī)劃設(shè)計的一個重要內(nèi)容,如何將景觀生態(tài)學(xué)及景觀美學(xué)的理論運用于實踐,使規(guī)劃更趨于合理,以求得人類與自然的長期和諧共存,是景觀設(shè)計師們迫切需要解決的問題。異質(zhì)性是景觀生態(tài)學(xué)的重點內(nèi)容之一,是景觀穩(wěn)定的源泉,也是提高景觀美感的重要途徑。
一、景觀異質(zhì)性的概念與產(chǎn)生機理
景觀異質(zhì)性是指在一個區(qū)域里(景觀或生態(tài)系統(tǒng))對一個生物種類或更高級的生物組織的存在起決定作用的資源或某種性狀在空間或時間上的變異程度或強度。其理論內(nèi)涵是景觀組分或要素如基質(zhì)﹑廊道﹑動物﹑植物﹑生物量﹑熱能﹑水分﹑空間礦質(zhì)養(yǎng)分等在空間中的不均勻分布。當(dāng)代人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響日益擴大,對于某些地區(qū)景觀的變化更是起到了控制性的作用,對生物多樣性產(chǎn)生了很大的影響,現(xiàn)在景觀規(guī)劃設(shè)計在生物多樣性保護中的意義已引起生物學(xué)家的高度重視,用Wilson的話說:“作為一個發(fā)展中的專業(yè),景觀設(shè)計(LandscapeDesign)將在(生物多樣性)保護中起著決定性的作用,在環(huán)境日益人工化的情況下,仍然可以通過林地、綠帶、水系、水庫和人工池塘及湖泊的巧妙布置來使生物多樣性保持在很高的程度??傮w規(guī)劃不但考慮經(jīng)濟效益和美,同時考慮生物種類的保護?!?/p>
景觀異質(zhì)性可降低稀有內(nèi)部物種的豐度,增加需要兩個或兩個以上景觀要素及邊緣物種和動物的豐度,因此可增強總體物種共存的潛在能力。對景觀視覺吸收來說,景觀的實質(zhì)承載力提供了發(fā)展及維持其原有視覺特性,視覺穿透力和景觀的復(fù)雜性程度影響這種承載力。有兩種景觀的吸收能力的主要因素分別為視覺穿透力之程度和景觀的復(fù)雜性。視覺穿透力(即你可于一處觀看景觀中的遠景)受植被和地形影響。穿透力越高,景觀之視覺吸收發(fā)展力及維持其原有視覺特性之能力越低。同樣,景觀中視覺復(fù)雜性越高,視覺吸收力越大。視覺品質(zhì)即視覺的重要性,給予景觀一個以文化價值與景觀本體物質(zhì)性的判決。當(dāng)許多因子貢獻于一個視覺品質(zhì)時,可以將之整合成三個標(biāo)題——生動性、完整性和統(tǒng)一性。
近年來,景觀生態(tài)學(xué)家在探討景觀異質(zhì)性的發(fā)生、發(fā)展、維持機理以及溫度方法上做了大量的工作,取得了大量的研究成果;但是,由于景觀異質(zhì)性研究本身所具有的復(fù)雜性、不確定性等特點,使得當(dāng)前景觀異質(zhì)性研究中仍然存在著很多問題,需對此做進一步研究。
二、景觀異質(zhì)性的特點
景觀異質(zhì)性是景觀生態(tài)學(xué)的重要屬性。人類和動物均需要兩種以上景觀要素的事實也證明了異質(zhì)性存在的重要性。因此,有必要對景觀異質(zhì)性的特點進行系統(tǒng)分析。
(一)景觀異質(zhì)性的時空特點
目前,景觀生態(tài)學(xué)研究對于異質(zhì)性的關(guān)注主要集中在景觀及景觀要素的空間結(jié)構(gòu)上,如對于空間組成(生態(tài)系統(tǒng)類型﹑數(shù)量及面積比例)的統(tǒng)計;空間型(各生態(tài)系統(tǒng)的空間分布﹑斑塊大小﹑景觀對比度)及空間相關(guān)性(各生態(tài)系統(tǒng)的空間關(guān)聯(lián)程度﹑整體或參數(shù)的關(guān)聯(lián)程度﹑空間梯度和趨勢度)的計算和分析等。然而,景觀異質(zhì)性不僅體現(xiàn)在景觀及其組分的空間結(jié)構(gòu)變化上,而且還體現(xiàn)在它們的時空動態(tài)上,即空間異質(zhì)性(在空間中的不均勻分布)和時間異質(zhì)性(時間分布的不均勻性)。對于空間異質(zhì)性而言,多數(shù)指二維平面空間異質(zhì)性,如城市中的建筑物﹑河流﹑湖面﹑街道綠地的平面分布。其實,在垂直方向上也存在著空間異質(zhì)性,例如,建筑物在垂直方向上的參差不齊,城市大氣中的塵埃﹑二氧化碳﹑有害金屬離子含量隨高度的變化,植物的高低層次等。以上二者相結(jié)合,就形成了三維立體空間異質(zhì)性。同時,由于時間與空間的耦合作用而產(chǎn)生了時空耦合異質(zhì)性。在景觀規(guī)劃設(shè)計中,僅僅考慮二維平面上的異質(zhì)性是不夠的,目前,許多景觀設(shè)計人員還存在著過于注重平面形式的錯誤觀念,對于景觀素材尤其是植物在時間與空間上的差異及動態(tài)變化的考慮和運用還不夠充分。
(二)景觀異質(zhì)性的尺度效應(yīng)
空間尺度通常是指觀察或研究的物體或過程的空間的分辨度。從生態(tài)學(xué)角度來看,空間尺度指的是作為研究對象的生態(tài)系統(tǒng)的面積大小。尺度越大,分辨率越低,反之亦然。異質(zhì)性與尺度是緊密相關(guān)的,尺度越大,景觀的細(xì)節(jié)分辨率就降低,看起來就越模糊,景觀就越趨于同質(zhì),也就是說,對于一異質(zhì)的景觀或景觀要素,如在更大一級的尺度上去觀察,它就成為同質(zhì)的;相反,對某一尺度下的同質(zhì)的景觀或景觀要素,如在更小一級的尺度上去觀察,則為異質(zhì)的。因此,異質(zhì)性取決于尺度大小,也就是說異質(zhì)性是絕對的,同質(zhì)性是相對的。例如在對城市綠地的研究中,如果從大尺度的角度來講,各類綠地可看作是同質(zhì)的,各類綠地以不同的大小、形狀分布于城市的每個角落,但是,如果從小一級的尺度來分析,作為綠地的斑塊,由于種植布局的不同,它們所形成的景觀是有差異的,也就是有異質(zhì)性的存在,比如疏林﹑密林和草坪,或是由于植物種類不同,它們在形態(tài)和功能及美學(xué)特征上也都是存在著差異的。
三、景觀異質(zhì)性與景觀幾種特性的關(guān)系
景觀本質(zhì)上就是—個異質(zhì)系統(tǒng),正是因為異質(zhì)性才形成了景觀內(nèi)部的物質(zhì)流、能量流、信息流和價值流,才導(dǎo)致了景觀的演化、發(fā)展與動態(tài)平衡。因此,了解景觀異質(zhì)性與景觀其他特性之間的關(guān)系是十分必要的。筆者認(rèn)為,景觀異質(zhì)性對景觀美感的塑造、景觀穩(wěn)定性的增強及景觀多樣性的維護均有著重要的意義。
(一)景觀異質(zhì)性與景觀美感
對于“景觀”一詞的意義,主要可以從三個方面來理解:第一種是美學(xué)上的概念,與“風(fēng)景”同義;第二種是地理學(xué)上的理解,將景觀作為地球表面氣候﹑土壤﹑地貌﹑生物等各種成分的綜合體,這樣理解時,景觀的概念就很接近于生態(tài)系統(tǒng)或生物地理群落這些術(shù)語;第三種是景觀生態(tài)學(xué)中對景觀的理解,景觀在這里是指空間上不同生態(tài)系統(tǒng)的聚合。從“景觀”的三方面含義來看,景觀美感是景觀不可缺少的特性,也就是說,提高景觀的美學(xué)價值,是景觀規(guī)劃設(shè)計的重要目的之一。從美學(xué)角度來看,美的形式有其一定的法則:如對稱與均衡﹑比例與勻稱﹑節(jié)奏與韻律等;然而,美的最高法則則是多樣統(tǒng)一(又稱“和諧”)?!岸鄻印笔侵笜?gòu)成整體的各部分形成一致的差異性,“統(tǒng)一”是指這種差異性的彼此協(xié)調(diào),其中包括各部分之間的對稱﹑均衡﹑比例﹑均勻﹑節(jié)奏等,“多樣統(tǒng)一”體現(xiàn)了自然界和社會生活中對立統(tǒng)一的規(guī)律。從景觀生態(tài)學(xué)的角度來看,景觀的異質(zhì)性越高,其內(nèi)部生境的多樣化程度越高,必然帶來生物的豐富多樣,從而形成景觀的多樣性,也使景觀更趨于穩(wěn)定;穩(wěn)定也就是秩序,通過秩序,景觀也就達到了自身的和諧。可見,異質(zhì)性與景觀美感的形成有著最直接的聯(lián)系。
(二)景觀異質(zhì)性與景觀穩(wěn)定性
景觀穩(wěn)定性是一種有規(guī)律地繞中心波動的過程,反映了一個景觀抵抗和適應(yīng)干擾的能力。景觀異質(zhì)性與景觀穩(wěn)定性之間也是一種相互依存、相互影響的關(guān)系。生物正負(fù)反饋不穩(wěn)定性可導(dǎo)致種群區(qū)域隔離,增加景觀異質(zhì)性,從而減少干擾的傳播;反過來則有利于景觀的穩(wěn)定。另外,資源斑塊的內(nèi)在異質(zhì)性有利于吸收環(huán)境的干擾,提供一種抗干擾的可塑性,而均質(zhì)性一般可促進干擾的蔓延,不利于景觀的穩(wěn)定,促使景觀發(fā)生變化。另外,景觀異質(zhì)性是保證景觀穩(wěn)定的源泉。實際觀察和模擬研究均顯示:景觀異質(zhì)性有利于景觀的穩(wěn)定。盡管表面看來異質(zhì)使景觀顯得好像是雜亂無章,但這種狀態(tài)和交替恰好抹去了景觀中的劇烈性變化,而使之趨向一種動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
(三)景觀異質(zhì)性與景觀多樣性
生物多樣性是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的三大熱點之一,它反映在景觀生態(tài)學(xué)中即是景觀多樣性。景觀多樣性和景觀異質(zhì)性之間既存在著緊密的聯(lián)系,又是兩個不同的概念。二者均是自然干擾、人類活動和植被內(nèi)源演替的結(jié)果,對物質(zhì)、能量、物種和信息在景觀中的流動均有重要的影響。但景觀多樣性描述的是景觀結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)的多樣性和復(fù)雜性,而景觀異質(zhì)性是指景觀類型的差異,類似于景觀類型的多樣性,代表的是景觀鑲嵌的空間復(fù)雜性,是土地鑲嵌固有的特征,存在于任何尺度上,可以被認(rèn)為是生物多樣性發(fā)展的結(jié)構(gòu)基質(zhì)。
景觀異質(zhì)性的存在決定了景觀空間格局的多樣性和斑塊多樣性。異質(zhì)性創(chuàng)造了邊界和邊緣,因此可以增加邊緣種,但卻相對減少了內(nèi)部種,而且還直接影響著動物的遷移、植物種子的傳播等過程,進而影響著生物多樣性。一般來說,景觀異質(zhì)化程度愈高,愈有利于保持景觀中的生物多樣性。維持良好的景觀異質(zhì)性,能夠提高景觀的多樣性與復(fù)雜性,有利于景觀的持續(xù)發(fā)展,反過來講,景觀多樣性的保存也有利于景觀異質(zhì)性的維持,由于多樣性造成的不同斑塊間的差別創(chuàng)造了新的生態(tài)過程,影響到物質(zhì)、能量和信息的流動,物質(zhì)、能量和信息流動進而又會對異質(zhì)性產(chǎn)生促進或抑制。
四、景觀異質(zhì)性在風(fēng)景名勝區(qū)特色構(gòu)建中的重要性體現(xiàn)
景觀異質(zhì)性研究是景觀類型劃分的基礎(chǔ),也是自然保護區(qū)區(qū)劃的基本原則之一。景觀生態(tài)學(xué)研究的最終目的就是在對景觀的異質(zhì)性有了足夠了解的基礎(chǔ)上,對景觀要素的數(shù)量、比例及時空配置進行有效的規(guī)劃、調(diào)整和管理,使景觀中資源組合在結(jié)構(gòu)和功能上接近或達到優(yōu)化;而且景觀異質(zhì)性是形成不同景觀結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ),直接影響到資源的分配、干擾的傳播以及景觀的穩(wěn)定性和多樣性,對景觀整體功能及生態(tài)過程有著重要的控制作用。所以景觀設(shè)計、規(guī)劃和管理應(yīng)是為發(fā)展和維持優(yōu)化的景觀異質(zhì)的,即景觀異質(zhì)性的發(fā)展、維持和管理應(yīng)該是景觀設(shè)計、規(guī)劃與管理的基礎(chǔ)和前提,也是其考慮的重要原則之一。
風(fēng)景名勝區(qū)是風(fēng)景名勝資源集中,自然環(huán)境優(yōu)美,具有一定規(guī)模和游覽條件,可供人游覽、觀賞、休息和進行科學(xué)文化活動的地域。一些大型的風(fēng)景名勝區(qū)由于幅員遼闊,所占地域包含了多個相鄰城鎮(zhèn),因而在歷史演化進程中,依托各城鎮(zhèn)自身特點逐步發(fā)展形成了地緣相近鄰、景觀風(fēng)貌相類似、地域文脈相關(guān)聯(lián)而又相互獨立的子一級風(fēng)景名勝區(qū)。在該類風(fēng)景名勝區(qū)的規(guī)劃、保護和建設(shè)過程中,準(zhǔn)確把握其發(fā)展定位,突出風(fēng)景名勝區(qū)的特色,對于區(qū)域風(fēng)景資源開發(fā)和整合、區(qū)域經(jīng)濟實力提升及各風(fēng)景名勝區(qū)的可持續(xù)發(fā)展都具有舉足輕重的意義和作用。
對于地緣相鄰的風(fēng)景名勝區(qū)而言,為突顯風(fēng)景區(qū)資源優(yōu)勢,構(gòu)建風(fēng)景區(qū)自身特色,“同中求異”是關(guān)鍵所在。因此,必須對風(fēng)景區(qū)內(nèi)各類景觀資源要素進行異質(zhì)性對比分析,即通過對風(fēng)景區(qū)內(nèi)不同類型景觀資源分布及分級對比分析,挖掘地緣相鄰風(fēng)景區(qū)之間的本質(zhì)區(qū)別特征,從而科學(xué)提取風(fēng)景區(qū)典型景觀風(fēng)貌特征,為風(fēng)景區(qū)特色定位的確立提供有利的依據(jù)。
五、小結(jié)
景觀生態(tài)學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在,雖然在廣度和深度上均取得了大量的研究成果,但仍存在許多尚未解決的問題。筆者通過對景觀異質(zhì)性的基本屬性的分析,探討了它與景觀的幾種特性的關(guān)系,結(jié)合風(fēng)景名勝區(qū)特色構(gòu)建,深入地分析了景觀異質(zhì)性在實踐中的應(yīng)用及對規(guī)劃的影響。景觀異質(zhì)性的發(fā)展是在生態(tài)理論研究的初期,它還不夠成熟,不能被廣泛地接受和使用,因此還有待于我們?nèi)ミM一步的發(fā)展和完善。
參考文獻:
[1]俞孔堅.景觀的含義[J].時代建筑,2002(1):1417.
[2]姜艷,陳超.景觀設(shè)計的“四維”價值體系探討[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:人文社會科學(xué)版,2006(2):8791.
[3]肖篤寧,布仁倉,李秀珍.生態(tài)空間理論與景觀異質(zhì)性[J].生態(tài)學(xué)報,1997(5):453461.
2.目前學(xué)案教學(xué)中存在的有關(guān)問題
2003年來,新一輪的課程改革對我們傳統(tǒng)教學(xué)提出了新挑戰(zhàn):在培養(yǎng)目標(biāo)上,重視學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)態(tài)度的形成和各種能力的培養(yǎng);在學(xué)習(xí)方式上,倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí),力圖促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革;在教學(xué)方式上,要求教師由知識的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)過程的設(shè)計者、組織者、引導(dǎo)者和合作者。一句話,充滿活力的課堂是新課改的追求目標(biāo)和具體體現(xiàn)。
隨著課改的深入,盡管本市的課堂組織形式上有了一些變化,但在活躍課堂氣氛,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力上仍缺乏行之有效的做法。究其原因,關(guān)鍵在于學(xué)案設(shè)計的指導(dǎo)思想滯后:從內(nèi)容上看,過多注重習(xí)得性知識;從形式上看,大都以簡單填空的形式呈現(xiàn);從組織形式上看,仍然沿襲過去的老做法――教學(xué)流程一般是學(xué)生在學(xué)案的引導(dǎo)下,先進行閱讀教材,直接從教材中獲取信息來理解掌握教材知識,然后教師進行強調(diào)規(guī)范。在這種模式下,學(xué)生學(xué)習(xí)方式單一,更多地是個體自主學(xué)習(xí),由于缺乏交流的平臺,群體互助式學(xué)習(xí)無法在現(xiàn)有學(xué)案的基礎(chǔ)上開展,合作、探究更無從談起。曾經(jīng)是教學(xué)改革的推動者,卻成為課改的桎梏。
筆者曾經(jīng)在一些學(xué)校聽過課,發(fā)現(xiàn)只要老師注意發(fā)動,學(xué)生都能對學(xué)習(xí)表現(xiàn)出很高的熱情和興趣;通過問卷調(diào)查來看,學(xué)生也普遍對學(xué)案教學(xué)持肯定態(tài)度,但也對學(xué)案的設(shè)計和使用方面傾向于希望有更多的參與機會。學(xué)案這一有效的形式如何才能與當(dāng)前的課堂教學(xué)改革相適應(yīng)呢?
3.讓學(xué)案改革與課堂教堂改革同步
3.1問題的設(shè)計是課堂教學(xué)改革的關(guān)鍵
課堂因互動而精彩。之所以有些課堂不活躍,我認(rèn)為關(guān)鍵在于“學(xué)習(xí)活動設(shè)計”處理方式簡單,缺少有啟發(fā)性問題的設(shè)計:以兩位教師處理人教版必修Ⅲ《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》的不同方式更直觀地說明這一問題:
在處理“抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性”這一部分知識時,教師甲學(xué)案的設(shè)計為:
(1)抵抗力穩(wěn)定性:生態(tài)系統(tǒng)抵抗________并使自身結(jié)構(gòu)和功能保持的能力。
①產(chǎn)生原因:生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有能力,它包括抗災(zāi)害的自我恢復(fù)能力和抗污染的自我凈化能力。
②影響因素:生態(tài)系統(tǒng)的這種能力有大有小,一般地說,生態(tài)系統(tǒng)越單純,________越簡單,它的自動調(diào)節(jié)能力就越________,抵抗力穩(wěn)定性就越________。
③舉例:________________
(2)生態(tài)系統(tǒng)在遭到外界干擾因素的破壞以后恢復(fù)到的________能力。
①與抵抗力穩(wěn)定性的關(guān)系:二者之間存在著________的關(guān)系。抵抗力穩(wěn)定性越高的生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)力穩(wěn)定性就越________,反之亦然。
②舉例:________
教師乙在處理相關(guān)內(nèi)容時的學(xué)案設(shè)計為:
“資料分析”,科學(xué)家對某原始森林生態(tài)系統(tǒng)進行了長期的觀察與研究發(fā)現(xiàn):
材料一:氣候干旱,對該生態(tài)系統(tǒng)中物種數(shù)量及營養(yǎng)結(jié)構(gòu)影響不大;
材料二:森林中發(fā)生局部火災(zāi)后,森林中種群密度降低,但是由于陽光充沛、土壤中無機養(yǎng)料增多,植株迅速生長,生物種類和數(shù)量迅速恢復(fù)正常;
材料三:森林某部分,由于大面積過度砍伐,生物種類和數(shù)量及其營養(yǎng)結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,經(jīng)過了很長一段時間,也沒有恢復(fù)正常。
①從以上三個材料中,你能分別得出什么結(jié)論?
②與森林生態(tài)系統(tǒng)相比較,氣候干旱對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響卻非常大。為什么?
③你認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性與生態(tài)系統(tǒng)的成分、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系應(yīng)如何描述?
④試用曲線圖的形式,表示出抵抗力穩(wěn)定性、恢復(fù)力穩(wěn)定性與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度之間的關(guān)系:
前者的教學(xué)組織形式,更多地是指導(dǎo)學(xué)生進行自主讀書、主動填寫,學(xué)生學(xué)習(xí)書本知識(間接經(jīng)驗)時脫離了自己的直接經(jīng)驗,不能把概念原理建立在他們的感性經(jīng)驗基礎(chǔ)之上。由于教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式單一化,即使學(xué)生掌握了書本知識,但學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量都難以提高;課堂應(yīng)是點燃學(xué)生智慧的火把,而給予火把、火種的是一個個具有挑戰(zhàn)性的問題。后者的教學(xué)中,教師對教材知識的呈現(xiàn)方式作了適當(dāng)?shù)淖兓?,不是把現(xiàn)成的知識提供給學(xué)生,而是以“問題組”的方式呈現(xiàn)。學(xué)生依據(jù)教師所提供的問題和材料,進行自主思考、分組討論,交流與展示。學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗,知識整理,認(rèn)識的深化大都在討論中完成。在討論中發(fā)生思維碰撞,迸發(fā)出思想的火花;在討論中,發(fā)現(xiàn)自我缺陷,進行自我完善;在討論中,學(xué)會協(xié)作互助,養(yǎng)成合作精神。
現(xiàn)代合作教育學(xué)派認(rèn)為,在合作學(xué)習(xí)、競爭學(xué)習(xí)和個體學(xué)習(xí)的三種學(xué)習(xí)情境中,合作學(xué)習(xí)是最重要的一種學(xué)習(xí)情境,也是最有效的一種學(xué)習(xí)方法。因此要體現(xiàn)出課改理念中的“合作與探究”,變個體學(xué)習(xí)為群體互助式學(xué)習(xí),學(xué)案中問題的設(shè)計是關(guān)鍵。
3.2學(xué)案改革要體現(xiàn)多種方法的綜合與優(yōu)化