景观生态学第3章1.ppt

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1、第三章 景观结构和空间格局 景观结构与空间格局（即景观空间结构 landscape spatial structure）是指景观组成要素的类型、大小、形状、数目及其在空间上分布与配置状况。景观结构是景观功能的载体，不同的景观空间格局强烈影响景观功能及其生态学过程（即不同的景观结构具有不同景观功能）。本章内容提要：本章内容提要：1、景观结构模型景观结构的基本要素及其生态属性2、景观多样性的类型及其测度指标3、景观异质性的类型、测度指标及其生态学意义4、景观的空间格局的概念和类型目的：掌握景观结构和空间格局的基本特征及其变化规律。第一节 景观结构模型 目前主要的景观结构模型有：（1）斑块廊道基底模

2、型：将各类景观要素归结为斑块、廊道和本底3类成分，用来描述和分析景观的结构和景观要素的功能性特征。（2）网络结点模型：景观是由线（廊道）和结点构成，如城市景观中的道路系统可以用网络结点模型加以描述和研究，城市公交网络由公交站点和公交线路这两个基本要素组成，公交站点把公交线路连接起来，而公交线路由若干沿线公交站点组成。也是描述景观结构和空间格局的重要模型。（3）生态安全格局模型：景观是由通道、战略点和空间关系等构成。以上三种模型中，以斑块廊道基底模型是为著名。本节内容将重点介绍前面2种模型。第一节 景观结构模型 景观是由若干相互作用的生态系统构成的。因此，构成景观的基本的、相对均质的生态系统或单

3、元即景观要素。美国生态学家Forman和法国生态学家Godron(1981，1986)在观察和比较各种不同景观的基础上，认为组成景观的景观要素类型不外乎3种：斑块/缀块/嵌块体(patch)、廊道/走廊(corridor)、基底/本底/基质(matrix)，如图所示。斑块廊道基底 斑块：泛指与周围环境在外貌或性质上不同、非线性的，并具有一定内部均质性的空间单元或生态系统。斑块可以是植物群落、湖泊、农田、居民区等。廊道：是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构。常见的廊道有：农田间的防风林带、河流、道（铁）路、峡谷、输电线路等。斑块和廊道在外貌形状上、功能上有很大的区别，但也有一致的地方，廊

4、道实际上也是线性状或带状的斑块。基底：通常是在景观中分布面积最大、连接程度最高，并且在功能上对景观的动态起着控制作用的背景结构。常见的基底有：森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等。在许多景观中，景观总体动态常常受到基底所支配和控制。斑块、廊道是相对于基底而言的。近年来，以斑块、廊道和基底为核心的一系列概念、理论和方法已逐渐成为了现代景观生态学的一个重要方面。Forman（1995）把它称为景观生态学的“斑块-廊道-基底”模式。它为能够具体而形象地描述景观结构、功能和动态提供了一种“空间语言”（spatial language）。这种分类体系目前已为大多数学者所接受。草地与森林景观 斑块

5、是在外观不同于周围环境的非线性地表区域。由于成因不同，斑块的大小、形状及外部特征各异，可以是有生命的，如动植物群落，也可以是无生命的，如裸岩石、土壤或建筑物等。它可能是自然的，如森林中的沼泽地、沙漠中的绿洲，也可能是人工的，如人工林、树木园、村落等。各种不同斑块及其组合特征不同。一、斑块 （一）斑块的起源或形成机制、主要类型 根据斑块的起源，常见的景观斑块类型分为以下4种：1、干扰斑块(disturbance patch)：在景观中由于局部性干扰而形成的小面积斑块。如自然干扰（如雪崩、火烧、泥石流等）或人为干扰（森林采伐、矿产开采等）所形成的小面积斑块。2、残留斑块(remnant patch

6、)：景观中由于大面积干扰所造成的、在局部范围内幸存的自然或半自然生态系统或者某一自然生态系统的片断。如森林或草原大火、大范围的森林砍伐、农业活动和城市化进程中形成的小片森林斑块、草原斑块。干扰斑块和残留斑块在外部形式上似乎有一种反正对应关系。3、环境资源斑块(environmental resource patch)：由于环境资源条件（土壤类型、水分、养分及地形有关的各种因素）在空间分布的不均匀性造成的斑块。如森林中的沼泽地、沙漠中的绿洲等。4、引入斑块(introduced patch)：由于人们有意或无意的将动植物引入某些地区而形成的局部性斑块。如果引入的是植物群落，如人工林、树木园、种植

7、园、作物地、高尔夫球场等称为种植斑块。此外，人类聚居地（城市、村落等）也是最明显、最普遍的引入斑块。可见，斑块的主要来源有：环境资源条件在空间上的差异（在空间上分布不均匀）、自然干扰、人类活动等。除了上述4种斑块类型外，Forman和Godron(1981，1986)还讨论了另外两种，即再生斑块(regenerated patch)和短生斑块(ephemeral patch)。再生斑块：是指在先前被干扰而遭破坏的地段上重新出现的生态系统，在形式上似乎与残留斑块类似。短生斑块：则指由于环境条件短暂波动或动物活动引起的，持续期很短的斑块。如荒漠中雨后出现的短生植物群落、演替进程中过渡群落、水源处时

8、而聚集的动物群落。（二）各种斑块类型的主要特征 1、干扰斑块的主要特征 干扰发生后，干扰斑块内的生物种群种类、数量等都发生了明显的变化，主要由各种生物对干扰的抵抗能力和干扰后的恢复能力决定的。例如，某一景观中经过人工清除或采伐后，有的物种消失，有新物种入侵，有的物种仅个体数量发生了变化。干扰斑块与基底间是一种与干扰状况相对应的动态关系。一般来说，干扰斑块是消失最快的斑块类型，即干扰斑块的周转率最高。2、残留斑块的主要特征 残留斑块与干扰斑块都来源于干扰，且其周转率也较高。残留斑块与干扰斑块在景观中的地位与作用不同。例如：在森林中发生火灾，当火灾较小时，出现的火烧迹地，这时我们将周围未烧的森林称

9、为基底，将火烧迹地称为干扰斑块；如果火灾蔓延扩大，火烧面积很大，但有少数团块状的林分未烧到，这时候我们将火烧迹地称为基底，残留的林分为残留斑块。（请问：同一景观中干扰斑块与残留斑块所起的作用是否相同？）3、环境资源斑块的主要特征 环境资源斑块与基底之间的边界比较固定，一般地说，环境资源斑块是周转率最低的斑块类型。在环境资源斑块中，虽然也存在种群的变动、迁入、灭绝等过程，但都处于极低的水平。4、引入斑块的主要特征 斑块中种群动态变化、斑块的周转率在很大程度上起决于人类的管理程度和恒久性。以上的分析表明，根据斑块的起源、成因不同，可以将它们分为4种类型。也正由于它们的起源的不同，它们的稳定性也不同

10、。（三）斑块的大小 斑块的大小是最容易看到的几何特征之一。从生物学角度看，当斑块的形状一样时，斑块的大小一方面影响到能量和营养物质在景观中的分配，另一方面还会影响到斑块中物种的数量。1、对能量、营养物质分配的影响 斑块与基质之间、斑块与斑块之间存在着过渡带，即所谓的生态交错区（也称为边缘）。边缘区边缘区内部区内部区边缘区边缘区 生态交错区是相邻两种景观要素直接相互作用的场所，这部分的物质、能量密度及物种组成特征也与两侧的景观要素的内部有较大的差异。生态交错区对能量、营养物质、物种分布的影响称为边缘效应。斑块内部面积与边缘面积之比可称为内/缘比，即 D=A内/A外 对于形状一样，大小不同的斑块来

11、说，它们的内/缘比是不同的。如果各斑块的边缘宽度相对一致，斑块的内/缘比与斑块面积成正比，即斑块面积越大，斑块的内/缘比越大。当边缘效应为聚集效应时，有：大斑块，内缘比大，能量、物质在边缘的比例也就小。相反，小斑块，内缘比小，能量、物种在边缘的比例就大。在斑块的边缘部位，无论是植物还是动物的产量、数量明显高于或多于斑块内部。例如森林中边缘的林木生长旺盛，下层的灌木、草本也多，甚至各层中花果产量也明显比内部高。由于以上两方面的原因，使得小斑块单位面积上的能量和营养物质含量明显高于大斑块。相反，如果边缘效应为负效应时，则小斑块的能量与营养物质的含量要小一些。因此，斑块的大小对能量、营养在斑块中的分

12、配有明显的影响。值得注意的是，就单个斑块而言，大斑块的能量、物质总量大于小斑块，对于主要生活在单个斑块的物种而言，大斑块能提供更充分的能量和物质。2、种-面积关系（斑块大小对物种数量的影响）物种数量（S）与生境面积（A）之间的关系是地理学和生态学中的研究热点之一。物种数量（S）与生境面积（A）之间的关系为：S=CAz 式中，S-物种数量，A-生境（斑块）面积，在同一纬度地区，C为常数，C的变化反映地理位置变化对物种丰富度的影响，z为常数，通常取0.263（0.180.35）。一般说来，物种丰富度随着斑块面积的增加而增加。可以从以下3个方面得到解释：v 面积越大，记录到的种越多，这已在植物群落调

13、查中得到证实。v 面积较大，遇到的稀有种的机会越多。v 面积小支持的种群较小，对外界干扰的抵抗能力较差。因为小种群往往容易近亲繁殖，环境变化或突发事件的发生而灭绝。v 但是值得注意的是，随生境面积的增加，物种的数量增加到一定的程度后，不再随面积的增加而增加，这说明了物种数量与生境面积有关外，还与其他的因素有关。在景观（环境）规划时，除了考虑物种种数与斑块面积有关外，还要考虑其它因素，如地理位置、最小存活种群以及维持最小存活种群的最小面积（或维持生态系统完整的最小面积）。XK-对策者r-对策者SS tNt+1种群灭绝点种群数量达到环境容纳量点 3、岛屿生物地理学理论 岛屿生物地理学理论将生境斑块

14、面积和隔离程度与物种多样性联系在一起，成为早期北美景观生态学的理论基础之一。岛屿生物地理学理论的一般表达式为：dS/dt=I E式中，S为物种数，t为时间，I为迁入率，E为灭绝率。迁入率I由岛屿与种源的隔离程度决定的，由图可以看出，隔离得越厉害，迁入率越低，图中远岛的迁入率曲线明显低于近岛，迁入率均随物种种数的增加而下降。因此 I（S，D）=（1-S/SP）2nexp（1-D 1/2/D0）灭绝率E与岛屿的面积大小有关，从图中可以看出，岛屿的面积越小，物种的灭绝率越大，且灭绝率随物种数量的减少，灭绝率逐渐下降。因此 E（S，A）=RSn/A 这一理论说明，在景观规划设计时，应注意斑块面积大小以

15、及斑块与种源之间的距离，以保证斑块物种数量最多，维持斑块生物稳定性。岛屿生物地理学理论在研究斑块物种维持机制方面有重要的参考价值，可以用下面简单的数学模型来描述陆地斑块的这一复杂过程：物种丰富度=f（+生境多样性，（+）干扰，+面积，斑块隔离程度，+年龄，+基质异质性，边界不连续性）斑块大小主要通过影响斑块的能量总量来实现对生物多样性支撑能力的贡献，同时较大的斑块也为生境异质性提供了客观基础，对种群灭绝率也有抑制作用。而隔离因素主要影响斑块间的物种交流，斑块间的有机体动态是景观维持生物多样性的重要机制。从生物多样性保护角度分析，斑块面积应该是生物保护设计中首要保证的设计要素，而且景观中生物多样

16、性的保护潜力是景观中斑块大小状况的函数。4、斑块大小的测度指标 斑块大小用斑块面积表示。传统的测度方法有方格法和求积仪法，现代测度方法主要采用GIS软件。斑块面积的测度指标有：斑块平均面积、最大斑块面积、最小斑块面积、斑块面积标准差和变动（异）系数、斑块内部生境面积、斑块粒级结构等。斑块粒级结构：对长沙市天心区绿地景观格局进行研究时，划分绿地斑块面积等级所用的标准，即500m2时为小型绿地斑块，5003000m2为中型绿地斑块，300010000m2时为大中型绿地斑块，10000m2为大型绿地斑块。5、斑块与自然保护区 自然保护区是目前物种多样性保护最重要的途经，对整个生态系统及地球环境亦有重要的意义。一般而言，保护区面积越大，能够保护与维持的物种也越多，但客观条件限制了保护区的面积，所以在设计保护区时，从斑块大小的生态学意义分析，应该遵循一定的原则：一个大的自然保护区要比小的自然保护区保存物种多；一个单一的大自然保护区要比总面积与其相当的几个小自然保护区为好；若设计多个小自然保护区，应使它们尽量靠得近一些，以减少隔离程度；使几个保护区呈簇状配置，要比线状配置为好；将几个保护区用廊道连