景观生态学(课件)
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景观异质性
景观异质性包括空间异质性、时间异质性和功 能异质性三个方面,但一般谈到景观异质性主 要是指景观的空间异质性。 景观的异质性是指景观中景观要素在属性、结 构、形态和空间关系等方面的变异程度。 景观的异质性是由景观要素类型的数量、景观 要素构型、景观要素的分布和空间相互关系等 决定的。
特点:存留时间长、周转率低。
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东北山地森林沼泽
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4 引进斑块(introduced patch)
原因:人类引入植物或动物,或人类自身活动形 成的斑块。 (1)种植斑块(planted patch) 原因:由人种植植物而产生的特点:人维护、 存留时间长 (2)聚居地(homes habitation) 特点:受人干扰的景观中最显著并无处不在的 景观成分之一。 物种:人、引进的动植物、不慎引入的害虫、 从异地移入的本地 种。
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岛屿生物地理学理论
该理论将缀块的空间特征与物种数量综合在一 起考虑 数学表达式:
dS/dt=I-E
S为物种数,t为时间,I迁居速率(是种源与斑块间 距离D的函数),E绝灭速率(是斑块面积A的函 数))
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(2)Meta-种群理论
Meta-种群的定义
由经常局部性绝灭,但又重新定居而再生的种群所 组成的种群。(或是在空间上隔离,但具有功能联 系的二个或以上的亚种群组成的种群缀块系统)。
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3.1.4 边缘与边缘效应
边缘是指两个不同的生态系统相交而形成 的狭窄地区。
斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成 和过渡,这就是通常所说的边缘效应。 许多研究表明,斑块周界部分常常具有较 高的物种丰富度和初级生产力。
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3.2.3 廊道的分类(根据结构特点)
1 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、 草本或灌丝带、树篱
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2 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。 河流廊道 是指由于河流分布而不同于周围基质的植被带, 通常包括河流边缘、河漫滩、河堤和部分高地。
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3.1.3 斑块的形状的生态学意义
斑块形状多种多样,可以用长宽比、周界面积比及分 维数描述。 例如,斑块长度比或周界比越接近方形或圆形的值, 其形状越紧。
形状分析可了解物种动态; 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。 园林设计,采取不同斑块形状,收到不同的艺术效果。
Meta-种群理论
亚种群频繁地从生境缀块中消失(局部性绝灭); 亚种群之间存在的生物繁殖体或个体的交流使它们 在景观水平上表现出复合稳定性。 该理论可以反映出种群在景观缀块复合体中的运动 和消长; 也是关于空间格局和种群生态学过程相互作用的理 论。
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(3)渗透理论
渗透理论(percolation theory)
又与地理学中的比例尺不同
大尺度尺往往对应于小比例尺和低分辨率,或反之; 尺度推绎(scaling):利用某一尺度的信息推测其他尺度的特 征,并可以上推或下推,也可以进行数学建模和计算机模拟。
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(3)空间异质性和缀块性
空间异质性(spatial) 生态学过程和格局在空间分布上的不均匀性及 其复杂性; 也可理解为空间缀块性和梯度的总和; 空间异质性在缀块性的基础上强调了梯度因素 缀块性(patchness) 缀块:连接和组合的意思 缀块性:种类组成的特征及其空间分布与配置 的关系 缀块性在异质性的基础上更加具体化
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二、 景观生态学研究内容
1.景观结构 不同景观要素之间的空间关系。
2.景观功能 各种景观要素之间的相互作用,不同 生态系统之间的能量流、物质流和物种流。 3.景观变化 景观的结构和功能上随时间的变化。
4.景观管理 通过分析景观特征,提出景观利用管 理最优化方案。
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三 景观生态学中常用的基本术语
结构 连接度 廊道 边缘 异质化、破碎化 斑块、基质 尺度
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(1)尺度(scale)
一般用粒度(grain)和幅度(extent)表示
粒度
– 空间粒度:最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积; – 时间粒度:某一现象或事件发生的频率或时间间隔。
幅度
– 空间幅度:研究区域的总面积 – 时间幅度:研究项目持续的时间
要点:媒介的密度达到一临界值时,渗透物 能够突然从媒介的一端到达另一端; 景观连接度临界值(临界阈限)
某一因素的影响能否产生突变作用。
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(4)等级理论(hierarchy theory)
是一种关于复杂系统的结构、功能和动态的理论,以 用于简化复杂系统,并对其进行理解和预测。 根据等级理论
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其他定义:
1984年,Z.Naveh和Lieberman 基于系统论, 控制论和生态系统学之上的跨学科生态地理学, 是整体人类生态系统科学一分支。 Weins(1993) 景观生态学主要研究一系列生态现 象中镶嵌体空间格局的效应。 2000,邬建国 研究景观单元的类型组成、空间 格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科;
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第二节 景观生态学中的几个重要理论 岛屿生物地理学理论 复合种群理论 渗透理论 等级理论
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(1)岛屿生物地理学理论
种—面积关系
种 的 丰 富 度
S=CAZ
面积 S=cAz 式中:S—物种数量; A—生境面积; C、 z—常数;
应用该式有两个重要前提 物种迁移与绝灭之间达到了生态平衡; 物种的数量只与面积有关,其他因素相对 稳定。
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景观稳定性
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景观变化曲线
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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。
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3.2.2 廊道的功能
生境 传输通道 过滤和阻抑作用 作为能量、物质和生物的源或汇
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2 残存斑块(remant patch)
原 因: 由大范围干扰活动,如森林砍伐、 城市化等造成局部范围内幸存或残存的自 然与半自然生态系统片段包围着一小块未 受干扰地区的大范围干扰造成的.
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3 环境资源斑块
原因:由于环境条件如气候、地形、土壤、 养分等在空间上分布不均匀形成的斑块。 例如:长白山植物垂直分布、森林中的沼 泽、沙漠绿洲
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景观结构的基本组成元素:
1 斑块(patch):在性质或外貌上不同于周围单 元的块状区域;
2 廊道(corridor):与其两侧相邻区域有差异的相 对狭长形的一种特殊景观类型;
3 基质(matrix):在景观中的本底覆盖类型,通常 具有高覆盖率和高连接度;并不是所有的景观中 都可以划分出确定的基质。
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3.3 基质
景观是由多种类型的景观要素构成的异质性地域, 其中面积最大、连接度最高、对景观的功能的控 制作用最强的景观要素称为本底。又称基质、模 地或者背景。 基质与斑块和廊道在概念上有很大的区别,但在 实际景观中却要根据景观要素在景观中的数量化 特征或功能性特征来区分。
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3.3.1 基质的判定
相对面积最大 连通性最高 动态控制作用最强
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3.3.2 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。
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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。
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3.1.2 斑块的大小及生态学意义
1 斑块大小与生物多样性 理论上,斑块中物种丰富度与斑块面积成正比,也 有不同,现实中,各种大小斑块往往同时存在。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。 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。
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空间格局、异质性与缀块性的比较
格局:仅考虑分布与配置; 异质性:考虑了分布与配置的不均匀性及变化 规律(梯度); 缀块性:更具体考虑了种类组成对变化规律的 影响 共同点在于:都强调非均质性以及对尺度的依 赖性
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(5)景观连接度
定义:景观空间结构单元相互之间连续性的 度量。 结构连接度(structural connectivity) 空间上直接表现出来的连续性,可采用视 觉器官或手段确定; 功能连接度(functional connectivity) 所研究的生态学对象或过程的特征尺度, 如种子传播距离等;
复杂系统均具有离散性等级层次; 高层次的行为或动态具有小尺度,低频率和慢速度的特征, 并对低层次有制约作用,且制约作用接近常数; 低层次的行为或动态具有大尺度,高频率和快速度的特征, 并为高层次提供机制和功能,且可以平均值的形式表达;