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景观构造课件.ppt

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景观构造课件.ppt

第 三 讲 景 观 结 构,主要内容,一、景观要素的基本类型 二、景观结构 三、景观的空间格局 四、生态交错带,一、景观要素的基本类型,Forman等认为,组成景观的结构单元不外有三种 斑块、廊道、基底 景观结构是指不同生态系统或景观单元的空间关系。即指与生态系统的大小、形状、数量、类型及空间配置相关的能量、物质和物种分布。 即景观的基本组成要素斑块、廊道和基底的时空配置及镶嵌格局。,,斑块嵌块体或缀块指在外观上不同于周围环境的非线性地表区域;例天空的云、嵌花路面的石子。 廊道走廊指不同于两侧土地的狭长地带, 可以看作是一个线状或带状的斑块; 基底基质或本底指景观中的背景地域, 是景观中面积最大、连通性最好、在景观功能上起着重要作用的景观要素类型。,,(一)斑块,斑块泛指与周围环境在外貌或性质上不同, 但又具有一定的内部均质性的空间部分。 内部均质性,是相对于其周围环境而言的。具体地讲,斑块包括植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等。因而其大小、类型、形状、边界以及内部均质程度都会显现出很大的不同。 以上概念强调了空间非连续性和内部均质性。 广义的斑块可以是有生命的和无生命的;而狭义的理解认为,斑块是指动植物群落。,1、斑块的起源,斑块根据起源可分为四类 环境资源斑块 干扰斑块 残存斑块 引入斑块 影响斑块起源的主要因素有 环境异质性 自然干扰 人类活动,,,(1)环境资源斑块 environmental patch,由于环境资源条件(土壤类型、水分、养分、地形因素等)在空间分布的不均匀性造成的斑块。 特点 ①起源起源于环境异质性; ②关系斑块与本底间有较宽的生态交错带,过渡缓慢; ③变化相当稳定,周转率很低;该类型斑块一般较稳定,抗干扰能力强,能长期地存在于与基质相异的环境中; ④物种虽斑块内部存在物种运动,但物种变化水平极低。,,沙漠中的绿洲、森林中的湖泊、海洋中的岛屿等 景观内环境资源分布的不均匀性,是环境资源斑块形成的根本原因。该类型的斑块在自然界中随处可见。 如沙漠中的绿洲、沼泽湿地中大面积生长着芦苇等湿生植物群落、森林内裸露的基岩、平原上出现的湖泊、海洋内的岛屿等都是典型的环境资源斑块。,,(2)干扰斑块disturbance patch,由局部性干扰(如森林死亡、小范围火灾等)造成的小面积斑块。 特点 ①起源起源于自然或人为干扰; ②关系斑块与本底间过渡比较突然,生态交错带较窄; ③变化周转率最高,持续时间最短,消失的最快,恢复较容易; ④形成也可由长期持续的干扰形成。如一个重复放牧的牧场,演替过程持续不断地重复进行或重新开始; ⑤物种形成初期物种、种群等变化剧烈,随后进入平稳演替阶段,与周围基质保持平衡。,,干扰是引起生态系统格局显著偏离其常态的事件。 干扰类型有 风、火、冰雹、山崩、虫害等。 例如常见的干扰现象采伐后的森林、草原烧荒、地表煤矿等。 如森林中火烧迹地、冰暴袭击的田地、洪水掩没区、大型哺乳动物践踏过的现场,都有形成干扰斑块的可能。,干扰,内、外因(如火),短期、长期,,短期特点具有最高的周转率、持续时间最短,是消失最快的斑块类型。,(3)残余斑块remant patch,由大面积干扰(如森林或草原大火、大范围的森林砍伐、农业活动、城市化等)造成的、局部范围内幸存的自然或半自然生态系统或其片段(由包围着一小块未受干扰地区的大范围干扰造成的)。 特点 ①起源起源于自然或人为干扰; ②关系斑块与本底间过渡比较突然,生态交错带较窄; ③变化具较高的周转率,当干扰消失后,在自然界同化的作用下能很快地融合在基质内; ④物种形成初期物种、种群等变化剧烈,随后进入平稳演替阶段。(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。),,残存斑块同样是在干扰情形下形成的。不过干扰的强度大、范围广,整个基质都受到改造,只有某些局部区域,由于种种原因,受到干扰较轻或没有受到干扰的影响而保留了下来,形成斑块。 类型举例如一场洪水淹没了大片土地,冲毁了村庄和农田,惟独一处高地上的农田没有受到破坏,而完整如初、形成残存斑块;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。,斑块的持久性与稳定性,(4)引入斑块introduced patch,由于人们有意或无意地将动植物引入某些地区而形成的局部性生态系统(如种植园、作物地、高尔夫球场、居民区等)。 特点 ①起源起源于人为活动原因人类将生物引进一个地区,就产生了引进斑块。 ②物种物种和生产力都依赖于人工输入和维持; ③变化周转率取决于人类管理,如果不进行管理,那么基质的物种就会侵入斑块,并发生演替,最终该斑块消失; ④时期引入物种可能长期占优势,延缓自然演替过程。,,人类出现后,能动地改造自然的能力日益加强,在自然基质内引人人工斑块。如水库、农田、城镇等。 这种班块是在人类投入作用下存在的,受人类的影响很大,其动态也受人类的控制。而一旦投入停止,该斑块就失去了存在的能量基础,很快也会被自然界同化,消失在自然界中成为古迹。 但该斑块具有可恢复性,如果人类重新投入,又会复活,恢复生机。,引入斑块的类型,①种植斑块planted patch 由人种植植物而产生的特点人维护、存留时间长。如农田、人工林、高尔夫球场等,都是在基质上形成的。 ②聚居地homes habitation人类聚居地是当今地球上最明显而又最普遍存在的景观成分之一,包括房屋、庭院、场院、毗邻的周围景观。,,引入斑块内部可能包括有四类物种人、引进的动植物种、不慎引进的有害物种、本地种。 关于有害种入侵问题应引起重视。,2、斑块的大小,斑块最容易识别的外貌是大小和面积 一是影响到物质和能量的分布及流动(如面积大小与边缘比有关) 二是影响到物种的分布、类型和数量。不同物种对斑块面积有不同的反映(如树木、鸟类),面积对能量和养分的影响,一般的情况总是大斑块要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。,面积对物种的影响,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。 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。,无论是否为岛,面积越大,记录到的种越多。 面积越大,遇到稀有种的机会越多。 小岛一般地说支持的种群较小,易近亲繁殖,易受突发事件而灭绝。 隔离是影响物种多样性的第二个主要原因,隔离度越高,支持的种越少。,,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。 Sf(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),森林岛与海岛的比较,相似点 与周围其它系统不同的一片土地单元(隔离) 环境变异和大小关系 区别 隔离类型不同(水、陆地)、隔离的相对性 形成时间长短、与周围系统的相互作用关系 森林破碎化及其生态后果 物种变化、树木生长变异、生态功能变化,自然保护区设计应考虑的问题,要如何保持 较高的当地物种多样性 稀有种和濒危种 稳定的生态系统 面积设计应考虑的问题 Jared Diamond(1975)提出的6条设计原理。,,一个大的自然保护区要比小的自然保护区保存的物种多。 基于同样理由,一个单一的大的自然保护区要比总面积与其相等的几个小保护区为好。 如果必须设计多个小保护区,应使它们尽量靠得近一些。 使几个保护区成簇状配置,要比线状配置为好。 将几个保护区用走廊连接起来,可便于很多物种的扩散。 应尽可能使保护区成圆形。,3、斑块的形状,定性方形、圆形、长条形、环形、半岛形等。但大多边界不规整,难以准确用几何形状说明。 定量用形状系数指标 其中D是形状系数。说明某一斑块周长L与面积比与同该斑块面积相等的圆的圆周长之比。 比值为1时,说明该斑块为圆形。 比值越大说明该斑块周边越发达。 L为斑块周边长度、 A为斑块面积,形状与面积同等重要。例如鸟、昆虫觅食,巢域一般为长方形 形状分析可了解物种动态(物种分布是稳定、扩展、收缩、还是迁移甚至以了解迁移路线) 斑块的形状对生物的散布和觅食具有重要作用 斑块的形状与环境变化及更新过程有关 在园林设计中,采取不同的斑块形状,可收到不同的艺术效果,(1)生态学意义,形状影响生物的散布和觅食 边缘二个生态系统相邻处形成的一个过渡带,为生态交错区。其环境和物种都具有过渡性和组合性,甚至特殊性。 边缘的形成固有边缘、诱导边缘 边缘的宽度有宽有窄 边缘的物种边缘种、内部种,,斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成和过渡。 特点由一种环境条件组合、过渡为另一种环境条件组合,由一类动植物组合过渡为另一类动植物组合,不仅包括两个生态系统内部的成分并且有其特有的成分。,,固有边缘(inherent edge)环境资源上的差异造成的边缘 特点过渡缓慢、连续性强、变化很小 举例森林和沼泽之间的边缘 诱导边缘(induced edge)天然或人为干扰造成的边缘 特点过渡显著、存在时间短 举例森林与火烧迹地之间的边缘,,,边缘宽度的影响因子,a 太阳角向赤道方向超过向极地方向的宽度。 b 温带超过热带 c 主风超过其他风向 d 斑块与本底垂直结构差异越大,边缘宽度差异越大。,,根据对边缘或内部的反应将生物分为 边缘种edge species 内部种interior species 根据边缘种和内部种原理将动物分成三类 a 对两个生态系统均有要求 b 对边缘的特殊生境有特殊的要求 c 主要与一种生态系统有关系,但可扩展到边缘,(2)边缘效应,边缘效应edge effect 即指缀块的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。 缀块中心部分在气象条件如光照、温度、湿度、风速,物种的组成,以及生物地球化学循环方面,都可能与其边缘部分不同。 许多研究表明,缀块周界部分常常具有较高的物种丰富度和第一性生产力。有些物种需要较稳定的生物条件,往往集中分布在缀块中心部分, 故称为内部种。而另一些物种则适应多变的环境条件,主要分布在缀块边缘部分,称为边缘种。,,然而,有许多物种的分布是介乎这二者之间的。 当缀块的面积很小时,内部边缘环境分异不复存在,因此整个缀块便会全部为边缘种或对生境不敏感的物种占据。 显然,边缘效应是与缀块的大小以及相邻缀块和基底特征密切相关的。,,缀块的结构特征对生态系统的生产力、养分循环和水土流失等过程都有重要影响。 由于边缘效应,生态系统光合作用效率以及养分循环和收支平衡特点,都会受到缀块大小及有关结构特征的影响。 缀块边缘常常是风蚀或水土流失的起始或程度严重之处。一般而言,缀块越小,越易受到外围环境或基底中各种干扰的影响。而这些影响的大小不仅与缀块的面积有关,同时也与缀块的形状及其边界特征有关。,边缘效应的主要特征可归纳为,①食物链长,生物多样性增加,种群密度提高; ②系统内部物种与群落之间竞争激烈,彼此消长频率高,幅度大; ③抗干扰能差,界面易发生变异,且系统恢复的周期长; ④自然波动与人为干扰相互迭加,易使系统承载能力超过临界阈值,导致系统紊乱,乃至崩溃。,(3)不同形状斑块的生态特点,①圆形斑块生态特点内部与边缘比最高;在相同边缘宽度下,斑块越小,边缘所占比例越大,至整个斑块都为边缘。 ②长条形斑块的生态特点内部与边缘比较低;甚至全为边缘。 ③环形斑块的生态特点类似于长条形的斑块,内部与边缘比较低。 ④半岛形斑块的生态特点变化复杂。,圆形斑块与长条形斑块的生态比较,环状斑块,形状很特殊的斑块 特点内部/边缘低 内部种少 举例高山环绕山体 绕湖周围植被,,,,鸟类、维管束植物减少,物种多样性递减,内部/边缘比解释,定义指的是一个斑块中狭长的外延部分 漏斗效应人们常见的在半岛顶端,动物路径密度高的现象,半岛(peninsula),,缀块的形状是多种多样的,其特点可以用长宽比、周界面积比、以及分维数等方法来描述。 例如,缀块长宽比或周界面积比越接近于方形和圆形的值,其形状就越为“紧密”。根据形状和功能的一般性原理,紧密型形状有利于保蓄能量、养分和生物;而松散型形状(如长、宽比很大或边界蜿蜒多曲折)则易于促进缀块内部与外围环境的相互作用,尤其是能量、物质和生物方面的交换。,,景观缀块的形状与缀块边界的特征如形状、宽度、可透性等 对生态学过程的影响是多种多样、极为复杂的。 目前,虽然这方法已然出现了一些新颖而颇具启发性的概念模型,但实际研究尚少,这是景观生态学研究的重点和难点之一。,生境斑块大小和形状对物种多样性的影响,,,,内部和边缘的面积受斑块大小和形状的影响,,,,,4、斑块的数量和构图(格局),斑块的数量影响到面积比例、分布密度、所占比率(优势度) 斑块构图(格局)指斑块在空间上的分布、位置及排列。具重要的生态意义。 如一个区域内,森林斑块的大小、分布密度、间隔等。,5、斑块镶嵌,镶嵌各种类型斑块在空间的配置 斑块化指斑块的空间格局及其变异。通常表现在斑块大小、内容、密度、多样性、排列状况、结构和边界特征等方面 斑块化普遍存在于各种生态系统的每一个时空尺度上 对比度斑块之间及斑块与基质之间的差异程度 空间异质性是通过斑块化、对比度、梯度表现 斑块化产生的原因局部性随机干扰、捕食作用、选择性食草作用、植被的空间格局、各因素不同组合,,,斑块化的特点,斑块的可感知性 斑块的内部结构 斑块的相对均质性 斑块的动态特征 斑块化的尺度和生物依赖性 斑块的等级系统 斑块的敏感性,斑块化的生态与进化效应,种群动态与斑块化 资源分布的斑块化 干扰与斑块化 人类影响与斑块化 斑块化与物种的共同演化 斑块化与生物多样性,(二)廊道,廊道(走廊)是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构。 常见的廊道包括农田间的防风林带、河流、道路、峡谷、和输电线路等。 廊道类型的多样性,导致了其结构和功能方法的多样化。 廊道常常相互交叉形成网络network,使廊道与缀块和基底的相互作用复杂化。,1、廊道的作用,具有双重性将景观分离、将景观连接 隔离作用跨越时的障碍物(如道路两侧) 连通作用两地的连接 运输作用公路、铁路、运河、输电线等(物种和 物质的运动) 保护作用隔离区的保护、长城、围墙、林带等 资源作用如林带、走廊地带野生动物丰富、植物 种类较多 观赏作用古代曲径通幽、颐和园的长廊、西湖的 苏堤等,1) 弯曲度(curvilinearity 廊道中两点间的实际距离与它们之间的直线距离之比,与沿廊道的移动有关。动物、人更消耗体力。,2、衡量廊道的结构特征指标 曲度、宽度、连通度、内环境,2)连通性connectivety 单位长度廊道中中断数量来度量 例如农田树篱 作用决定了廊道的通道和屏障功能。 3)狭点narrow廊道中的狭窄处 作用影响运动 例如河流峡口,,4)结点nodes两个廊道的连接处或一个廊道与斑块的连接处。 作用结点在管理与规划中十分有用,因为它提 供了许多相连系的物种源,当物种在斑块中消失时,有利于物种重新迁入。 例如河流急转弯的凹面常出现一片泛滥平原,两条公路交叉处的重叠植被,廊道的内部特点,1 从边缘到中心的物种组成发生急剧变化 例如公路、河流、林带 2 环境条件与外部有所不同 例如林荫路冬暖夏凉 3 水平上延伸一段距离,水平梯度也会发生变化,3、廊道起源及类型,廊道起源与斑块相同 廊道类型 1)宽度和特征分 线状廊道廊道是一条很窄的带,植被类型基本上是边缘占优势。 一般有7种道路、铁路、堤堰、沟渠、输电线、草本或灌木带、树篱 带状廊道廊道是一条很窄的带,其宽度是可以造成一个内部环境,含有内部种,每个侧面都存在边缘效应(宽林带、超高速公路等)。 差异带状廊道与线状廊道的基本生态差异主要在于宽度,具有重要的功能意义。,林带宽度增加,环境异质性增加,进而造成物种多样性增加。林带很窄时,边缘、内部种都很少,随宽度增加边缘、内部种均增加,但边缘种在宽度略增加时即迅速增加,而内部种则要在宽度达到一定值时才能增加,阈值一般为7-12米。,林带宽度与物种多样性,,,河流廊道河流廊道是沿河流分布的,与 周围本底不同的植被带。,,结构河床边缘、漫滩、堤坝、岸上高地,宽度多宽为宜 a 应具备有效地控制从高地到河流的水流和营养的功能。 b 有利于森林内部种沿河运动,宽度应超出边缘效应。,河流廊道的功能,控制着河水及周围陆地进入河流的物质流动 影响河流本身的运输。 侵蚀、养分流、地表径流、洪水、沉积作用、水的质量都与廊道的宽度有关。 为物种的迁移和栖息提供了条件。 为人类运输航道、物质资源、保护作用。,2)高度分,高位走廊走廊植被高于周围植被 (农田林带) 低位走廊走廊植被低于周围植被 (林间小路、河流等),(三)基质,基底是指景观中分布最广、连续性最大的背景结构,常见的有森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底,等等。 在许多景观中,其总体动态常常受基底所支配。,基质的判定,1)相对面积最大。基质中的优势种也是景观中的优势种。一般来说,本底的面积超过现存其他类型景观元素的面积总和。假如一种景观元素类型覆盖50以上的面积,就可以认为是本底。 2)连通度最高。如果一个空间不被两端与该空间的周界相连的边界隔开,则认为该空间是连通的。 3)控制程度最强。三个标准结合从生态意义讲,对景观控制程度的重要性大于相对面积和连通度。,,连通性高的作用 1 可以作为障碍物将其他要素分开 例如防火带 2 便于物种迁移与基因交换 3 使其他要素成为生境岛,本底的结构特征,孔隙度porosity 斑块在本底中称为孔。 单位面积的斑块数目称为孔隙度。它是本底中斑块密度的量度。与斑块大小无关。 只统计有闭合边界的斑块。,,,,孔隙度的生态意义,1)它提供了一个了解物种隔离程度和植物种群遗传变异的线索。 2)孔隙度是边缘效应总量的指标,是一个对野生生物管理、对能流物流指导意义的因素。孔隙度低表明景观中有边远地区存在,这对需要边缘生境的动物很重要。 3)孔隙度与动物觅食密切相关,适宜的孔隙对觅食及育后复原。 4)采伐对野生动物的影响。 5)人文地理中,研究住宅与村庄孔隙的分别十分重要。,边界形状,景观元素间的边界像一个半透膜,边界的形状对本底与斑块间的相互关系极为重要,具备最小的周长与面积之比的形状不利于能量与物质交换,具节省资源的特征;相反,周长与面积之比大的形状利于与周围环境进行大量的能量与物质交流。 看凹面边界的左边元素向右扩展更为有效。 扩展元素即它们最可能在周边的凸面上扩展。 残存元素即处于缩减过程,有凹面边界的元素。 扩展元素能迅速地以凹面边界变为凸面边界。,网络,网络走廊相互交叉形成。交点、网格大小 景观的孔隙度高时,这种网络本底就是廊道网络。 结构特征 连接类型十字型、T型、L型 网线上有没有中断,以及中断处的长度。 结点的大小 网络把不同的生态系统相互连接起来,是景观中最常见的一种结构。网络功能的重要性,不仅在于物种沿着它移动,而且还在于它对周围景观基质和斑块群落的影响。,,网眼大小 组成网络的线之间的平均距离或者线所环绕的景观元素的平均面积。 对物种粒种有影响,例如法国布列塔地区研究表明,小甲虫、土地网眼4 ha时消失,猫头鹰在网眼为7ha时消失。,,例如在我国东北西部半干旱区,通过防护林带把农业生态系统、草原生态系统和城市生态系统连接起构成一个多功能的复杂网络。廊道相互交叉的频率和这些交叉点扩展为斑块的程度,对于迁移效率有重要作用。 某些特殊网络,如小路和公路,则对于动物和人的移动都起着有效的作用。 研究网络首先应该区别两类物种。一类是生活在网络包围的景观要素内部的物种,对于这些物种而言,廊道是它们迁移的障碍;另一类是生活在廊道内、沿廊道迁移的物种。网络影响着物种沿着廊道移动和穿过廊道的运动,而廊道的连通性或空间连续性是这种运动格局的关键因子。,缀块廊道基底模式,基于长期以来许多领域的研究成果,尤其是岛屿生物地理学和群落缀块动态的研究,近年来以缀块、廊道和基底为核心的一系列概念、理论和方法逐渐形成了现代景观生态学的一个重要方面称之为景观生态学的“缀块廊道基底模式”。 这一模式为我们提供了一种描述生态学系统的“空间语言”,使得对景观结构、功能和动态的表述更为具体、形象。而且,缀块廊道基底模式还有利于考虑景观结构与功能之间的相互关系,比较它们在时间上的变化。,,然而,必须指出,在实际研究中,要确切地区分缀块、廊道和基底有时是很困难的,也是不必要的。 广义而言,把所谓基底看作是景观中占绝对主导地位的缀块亦未尝不可。 另外,因为景观结构单元的划分总是与观察尺度相联系,所以缀块、廊道和基底的区分往往也是相对的。例如,某一尺度上的缀块可能成为较小尺度上的基底,或许又是较大尺度上廊道的一部分。,二、景观结构,景观结构是指不同生态系统或景观单元的空间关系。即指生态系统的大小、形状、数量、类型及空间配置相关的能量、物质和物种分布。 即景观的基本组成要素斑块、廊道和基底的时空配置及镶嵌格局。 景观总体结构主要考虑景观多样性、景观的异质性、景观格局等三个问题。,(一)景观多样性,景观多样性是指生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样性。 生态意义 ①只有多种生态系统共存,才能保证物种多样性和遗传多样性。 ②只有多种生态系统共存,并与异质的立地条件结合,才能使景观的总体生产力水平达到最高水平。 ③只有多种生态系统共存,才能保证景观功能的正常发挥,并使景观稳定性达到一定水平。,,景观多样性与景观异质性是既有联系又有区别的两个不同概念。 景观多样性表征的是不同景观间的差异,是指景观单元在结构和功能方面的多样性,多用于不同景观间的比较。,,结构上 类型多样性(丰富度、均匀度和优势度); 斑块多样性斑块数量、大小、形状,破碎度、分维数; 格局多样性聚集度、连接度、连通性。 功能上 干扰过程范围、频度、周期、强度、可预测性、 严重性和季节; 养分循环速率; 能流速率; 斑块稳定性和变化周期等。,景观多样性的描述指标,Simpson多样性指数D Shannon-Weiner多样性指数H 丰富度或相对丰富度 均匀度 优势度,,,,区分斑块多样性指数,斑块多样性指数包括有有分维数、斑块的拉长指数、镶嵌度、聚集度、距离指数、连接度指数、斑块破碎化指数等。 在实际上工作中常用多样性指数来描述景观的多样性,而这些指数同时也可作为异质性的指标李哈滨、伍业钢,1992。,(二)景观的异质性,在前一章中已作过介绍,包括空间异质性、时间异质性、功能异质性、基质的异质性。,,功能异质性属生态实体的异质性,表现为生物个体、种群、物种和群落在分布上的差异,并同多种尺度上的生物的生活史相联系。 异质性是土地破碎化的标志,可负面影响一些生态过程。如一块空旷的草地如果面积太小,尽管它的植被条件与所提供的资源与广阔草地极其相似,但鸟类也不愿意在此逗留。异质性可触发和扩大个物与环境的相互作用。,,局部的特殊性是由当地特征以及从前生境相关的历史或者说是特殊性所决定的,它形成了空间异质性。异质性能允许作为多峰值出现的多种稳定状态,该状态被认为是局部平衡中的空间变界。 异质性不仅由天气、气候和土壤等外部因素决定,还取决于物种的灭绝、定殖、迁移等内部团素。,基质的异质性,在定义景观基质时,我们曾设定景观基质是由一种景观要素组成的。这里暗含一个假定,该景观要素是均质体。实际上客观世界存在的景观要素不可能是绝对均匀的,只能相对地说其间的差异在某一尺度上难以辨识或忽略不计。 在这个尺度上,我们把景观要素看成是均质的。小于这个尺度来衡量该景观要素,该景观要素进一步分裂,出现更多新的斑块;大于该尺度,不同的景观要素趋向于合并,斑块数减少,均质化加强。,景观异质性的生态意义,研究表明,景观异质性与鸟类多样性之间存在明显的相关性。景观的异质性增大、鸟类的物种多样性增加。然而当林木变得密集时,林冠对景观异质性的影响较小。散布的乔木和灌木对保证生境的破碎化显得更为重要。尽管乔木林有更多的植被层或更大的容积,但对鸟类的栖息来说,乔木林的生境多样性低,而相对看,灌木丛异质性强,因而在灌木丛中鸟类物种有较高的多样性。 空间异质性与捕食一被捕食者控制系统密切相关,空间异质性与某些物种空间密度有明显的相关性,若被捕食者呈斑块状分布,捕食者将集中于被捕食者密度大的斑块,在那里捕食者的种群将迅速扩大,而同时被捕食者密度小的斑块将成为捕食者的隐蔽处。,,动物在大斑块内觅食较在小斑块内觅食化的时间少,在美国的黄石公园,生活着大型哺乳动物,在鼠尾草灌丛和草地景观中觅食。人们发现.这些动物仅对景观大尺度的异质性有反应,对小尺度的斑块30 m30m的选择是随机的。在大范围内它们只是依据生物量的丰富度来迁移,当进人觅食的植物斑块内部时,不考虑其细小的异质性。 林地中的林窗斑块对鸟类的栖息有极为重要的作用,林窗内光线充足,地面的植被物种丰度高。鸟类较容易找到地面撤落的种子,食物来源丰富。 异质性产生了不同斑块间的边界和差异,这种格局能产生更多的、新的景观过程,从而影响能流、物流和物种流。,(三)景观的结构类型,据Forman意见,景观结构类型可分为四大类 分散的斑块景观具有一种景观要素作为优势本底、其它类型分散在本底之中。 网状景观景观中有相互交叉的走廊占优势。 交错景观占优势的二种景观要素,彼此犬牙交错,但共同具有一个边界。 棋盘状景观相互交错的景观要素形成棋盘状格子。,,,三、景观的空间格局,景观生态学中的格局,往往是指空间格局,即缀块和其它组成单元的类型、数目以及空间分布与配置等。 空间格局可粗略地描述为随机型、规则型和聚集型。更详细的景观结构特征和空间关系可通过一系列景观指数和空间分析方法加以定量化。 与格局不同,过程则强调事件或现象发生、发展的程序和动态特征。景观生态学常常涉及到的生态学过程包括种群动态、种子或生物体的传播、捕食者和猎物的相互作用、群落演替、干扰扩散、养分循环等。,,景观斑块是地理、气候、生物和人文因子构成的有机集合体,具有特定的结构形态,表现为物质、能量或信息的输入与输出单位。 斑块的大小、形状不同,有规则和不规则之分;廊道曲直、宽窄不同,连接度也有高有低;而基质更显多样,从连续状到孔隙状,从聚集态到分散态,构成了镶嵌变化、丰富多彩的景观格局。,景现要素格局,景观要素在空间上的分布经常是有规律的(非随机的),形成各种各样的排列形式,称为景现要素构型。 景观格局最为明显的构型有5种Forman 1990,(1)规则型或均匀分布格局,指某一特定类型的景观要素间的距离相对一致。例如在我国北方农村的各乡镇,由于同一乡镇人均占有土地相对平均,形成的村落格局多是均匀地分布于农田间,各村的距离基本相等。 这是人为干扰活动形成的斑块最为典型的规则型分布格局。其它如森林采伐迹地、喀斯特景观内的湿地也经常见到自然斑块成规则形分布。,(2)团聚式分布格局,指同一类型的斑块聚集在一起,形成大面积分布。如辽宁省的盘锦地区稻田的大面积聚集,吉林省玉米地的大面积聚集,均届于上述类型。 (3)线状分布格局 指同一类型斑块呈线性分布。在山区的沟谷内,村落多沿河流分布;新的高速公路、铁路沿线会逐渐形成零散分布的新兴城镇,冰川侵蚀形成的串珠形凹地等代表了线状分布类型。,(4)平行分布格局,指相同类型斑块平行分布。在沈阳与大连之间存在两条近平行的廊道,一条是新建高速公路,另一条是原来的公路。两条公路沿线零星分布着建筑物形成的村落、集镇,这些人工建筑斑块分布形成典型的平行格局。 在我国的青藏高原,冰川对土地的凿蚀往往可见明显的严行湿地也属于此列。,(5)特定的组合成空间连接,这是一种特殊的分布类型,大多出现在不同的景观要素之间。意指不同的景观要素类型出于某种原因经常相连接分布。 比较常见的是城镇对交通的需要。总是与道路相连接,呈正相关空间连接。 另一种是负相关连接。如平原的稻田区很少有大片林地出现,林地分布的山坡不会出现水田。,,景观要素的构型对野生动物颇为重要。特定的构型是特定作用力所产生的,并能产生特定的景观功能。 如多种景观要素聚集一处,常能成为野生动物的聚集点。因为这里资源类型多,又利于隐蔽。为此在自然保护区内对这些点应分外注意,严格加以保护。,,,景观格局分析,景观格局作为景观生态学的一个重要概念,其研究在生态学文献中占有很大比重。空间格局可粗略地描述为随机型、规则型和聚集型。更详细的景观结构特征和空间关系可通过一系列景观指数和空间分析方法加以定量化。 景观格局反映的是斑块在景观内空间分布的总体样式。景观格局是景观过程的产物;反之,不同的景观格局又强烈地影响景观过程、其中包括斑块问能量与物质的流动,种群的定殖、扩散和繁衍以及个体的发育等。,,斑块在景观内镶嵌分布构成景观镶嵌格局。景观镶嵌格局在所有尺度上都存在。并且都是由斑块、廊道和基质构成,即所谓斑块一廊道一基质模式。 景观格局分析的目的是从看似无序的景观斑块镶嵌中,发现潜在的有意义的规律性。如果想更加深入地理解景观格局,最好的方式是把它与一些运动过程和变化联系起来。因为,人们今天看到的格局是过去的景观流形成的。同样,景观格局也影响着各种景观流。通过景观格局分析,希望能确定产生和控制空间格局的因子和机制,比较不同景观的空间格局及其效应,探讨空间格局的尺度性质。,四、生态交错带,生态交错带ecotone又称生态过渡带, 生态脆弱带。是联合国第七届“人与生物圈计划”大会呼吁各国重点研究的ecotone地带。 1905年Clements将ecotone引入生态学研究, 并将其定义为“两个群落的交错区”; 1971年Odum在生态学基础一书中把生态交错带定义为 “两个或多个不同群落之间的过渡区; 1981年Anderson将两个不同生态系统交接处的过渡带称为ecotone。,四、生态交错带,1989 年在布达佩斯召开的第七届SCOPE大会上确定了ECOTONE 的概念。 在生态系统中凡处于两种或两种以上的物质体系、结构体系、能量体系、功能体系之间所形成的‘界面’,以及围绕该‘界面’向外延伸的‘过渡带’的空间域。 它把生态系统界面理论以及非稳定的脆弱特征结合起来研究,可以作为辨识全球变化的基本指标。,1、生态交错带与边缘效应,边缘效应是生态交错带的显著特征之一。1933年,野生动物学家Leopold注意到在生态交错带内物种种类和个体数比邻近的系统要多,提出了边缘效应概念。 1942年地理植物学家Beecher发现,不同地貌单元生物群落的界面地带,结构往往比较复杂,不同生境的物种于此共生, 种群密度大,生产力水平较高,于是他将这种现象称为“边缘效应”edge effect。然而Beecher的概念侧重边缘效应现象和边缘效应结果的叙述。,,而王如松、马世骏又提出了边缘效应的一般概念 在两个或多个不同性质的生态系统或其它系统 交互作用处, 由于某些生态因子可能是物种、能量、信息、时机或地域或系统属性的差异和耦合作用而引起系统某些组分及行为如种群密度、生产力、多样性等的较大变化, 被称为边缘效应。,,生态交错带并不是两个生态实体的机械迭加和混合,它是两个相对均质的生态系相互过渡耦合而构成的有别于该两种生态系的转换区域,其显著特征为生境的异质化,界面上的突变性和对比度。 相邻生态系相互渗透、连接、区分, 其内部的环境因子和生物因子发生梯度上的突变,对比度也增大。而异质化的空间特征导致了其环境特征的相互融合与分异,形成特有的边缘小气候,对应于特有的环境条件出现边缘生物种或特有种。,边缘效应的主要特征可归纳为,食物链长, 生物多样性增加, 种群密度提高; 系统内部物种与群落之间竞争激烈, 彼此消长频率高, 幅度大; 抗干扰能差, 界面易发生变异, 且系统恢复的周期长; 自然波动与人为干扰相互迭加, 易使系统承载能力超过临界阈值, 导致系统紊乱, 乃至崩溃。,,边缘效应是生态交错带的一个关键特征, 只有在清楚边缘效应的前提下才能更深入的认识生态交错带。目前对边缘效应的研究仅仅在外表, 而物理环境的边缘效应影响机理和水平尚不十分清楚。 但是人们已经开始意识到调控边缘效应是保护交错带的关键所在。,,生态交错带群落交错区 群落交错区即在两个不同群落交界的区域。群落交错区实际上是一个过渡地带,这种过渡地带有的狭窄,有的宽,有的变化很突然,有的则表现为逐渐地或两种群落互相交错形成镶嵌状,前者称为断裂状边缘,后者称为镶嵌状边缘。,,例如,过度在森林带和草原带的交界地区,常有很宽的森林草原地带,在此地带中,森林和草原互如相镶嵌出现。 群落的边缘有些是持久性的,这是由于环境条件持久性的特征所决定的。如地形上的区别,冰河的沉积,土地的水系,土壤类型等; 另一些则是暂时性的,例如,如水灾、火灾、砍伐、土地管理等所引起的群落边缘的改变。,,在群落交错区或两个群落的边缘,环境条件往往明显地区别于两个群落的内部核心区。 这一点同样反映在生物上。例如,在森林和草地的边缘,由于林缘的风速较大,促进蒸发,使边缘出现干燥。至于太阳辐射方面就更明显了,北半球夏季南向边缘每天可比北向边缘多接受照射数小时,从而使之更干燥和更温暖。,2、生态交错带的特征,生态交错带是一个生态应力带 生态交错带具有边缘效应 生态交错带阻碍物种分布,界面的脆弱性特征,1对环境因素的改变反应灵敏而维持自然稳定的可塑性较小; 2变化速率快是非线性关系的集中表现区,非连续性的显现区及生物和功能多样区; 3抗干扰能力弱,随要素的变化系统极易发生演化,而一旦发生演化则是不可逆的; 4空间表现出波动性,运移能力强, 突出空间不稳定性。,3、生态交错带的描述,生态交错带的结构 生态交错带具有三维结构, 其宽度、垂直性、形状或长度。 交错带的宽度指过渡带空间宽度或形成时间长短。 垂直性指交错带结构单元的高度或深度。 形状指交错带边界的曲面格局。 另外还有交错带对比度交错带两侧的水平差异、内部异质性跨交错带方向变化率的方差、镶嵌体大小交错带之间的镶嵌体的直径或面积。,

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