景观生态学Chapter 3 景观格局的成因和功能ppt精选课件

Chapter3景观格局的成因,四川农业大学土地资源管理系,.,第3章景观格局,景观格局的概念制作景观结构图影响景观格局形成的主要因素斑块的结构和功能特征廊道、网络的结构和功能特征景观镶嵌体格局和生态学过程,景观结构的概念,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、物质和物种的分布在界定的景观(地理空间)里，可以制作成投影图的多边形图班(景观组分)的空间布局,.,一、景观格局的概念,景观格局：景观格局(Landscapepattern)：一般指景观的空间格局，是大小、形状、属性不一的景观空间单元(斑块)在空间上的分布与组合规律,景观格局分析的目的：在看似无序的的景观中发现潜在的有意义的秩序或规律,.,(一)制图的信息源(二)制图单元(三)制图步骤(四)制图的作用,二、制作景观结构图,.,专项地图遥感信息文字数据实地调查,(一)信息源,1.专项地图地形图土地利用现状图森林分布图土壤图水文地质图,2.遥感信息航空照片卫星遥感信息,3.文字数据统计数据文字描述,4.实地调查核实上述发现新信息,.,可以从性质、形态、来源等方面对景观组分进行分类在分类的基础上确定制图单元,(二)制图单元,.,农用地林地疏林灌木林建成地水体未利用土地,依据：全国农业区划委员会土地利用现状调查技术规程1984,按土地覆盖分类,.,(三)制图的步骤,制图：需要特别技术：GeographicalInformationSystem(GIS)技术。如：Arcview、Arcinfor、Arcmap等软件步骤：1.确定研究区的地理坐标(经纬度)，将地形图、遥感信息、专项地图等的信息进行合并，形成有统一地理坐标的图层，即图形数据库2.将这些图层进行叠加，形成需要的图件，随时输出图件或者面积等数据,.,.,.,.,(四)制图的作用,1.展示与分析2.输出根据需要输出专有成果图数据,.,按多边形斑块形态分类,基底Matrix斑块Patch廊道Corridor,.,.,三、影响景观格局形成的主要因素,A：地形和地貌格局B：干扰的空间格局C：物种分布格局D：斑块镶嵌格局,动物、植物、生物量、热能、水分、空气、矿质养分,主要受地貌、地形和气候条件、干扰体系及生物过程相互作用的产物,.,.,P29,.,QiantangRiverwatershed,.,四、斑块(Patch)的结构、功能特征,斑块在景观中的作用如何判定斑块斑块的形状斑块的种类度量Patch的参数斑块的数量与构型,.,(一)Patch在景观中的作用,研究对象和方法不同，生态学家对斑块的定义亦不同：Levin和Paine：一个均质背景中具有边界的连续体的非连续性Wiens：一块与周围环境在性质上或外观上不同的表面积邬建国等：依赖于尺度的、与周围环境在性质上或外观上不同的空间实体。例：天空的云、嵌花路面的石子综合观察：强调斑块的空间非连续性和内部的均质性作用：景观组成成分，在景观中受到基质的影响和控制,.,(二)如何判定Patch？,怎样进行判断？1).相对面积：相对面积远小于50%2).连通性：连通性低、分散的组分3).控制程度：在目前景观中处于非重要位置,.,景观斑块的特征及其组合形式,.,斑块是形状对事物的扩散和觅食具有重要作用。例：通过林地迁移到昆虫或脊椎动物，或飞越林地鸟类。因此，斑块是形状和走向对动植物在景观中扩散起着至关重要的作用斑块形状(S)可以用斑块边界实际长度(L)与同面积(A)圆周的比值表示，S值越高，斑块形状越复杂,(三)Patch的形状,.,(三)Patch的形状,等径斑块：有圆形和扁长形。圆形斑块有最小的边界(即周长-面积比率低)、物种多样性大、内部物种多、动物在斑块内觅食效率高，但边缘周长小、与基底相互作用少。扁长形斑块则能在一定程度上克服这种缺环形斑块：如极地苔原带，与扁长形斑块类似，周长-面积比率小，内部种相对少半岛状斑块：有很多景观组分类似半岛。在半岛的顶端，动物路径密度大、物种多样性高，而两侧有屏障作用、物种多样性低,.,1).等径斑块2).环形斑块3).半岛状斑块,某一类型的斑块的数量、面积大小、形状和分布状况直接影响着这类斑块在景观中的地位、作用和发展趋势,.,各种斑块的形状及其优缺点,.,各种斑块的形状及其优缺点,.,(四)Patch的种类,斑块的主要成因机制或起源主要包括环境异质性(Environmentalheterogeneity)、自然干扰(naturaldisturbance)和人类活动(见P31)环境资源斑块干扰斑块残存斑块引进斑块,.,1、环境资源斑块(environmentalpatch),环境资源斑块：是一种相当稳定且与干扰无关的斑块。其原因：由于环境资源的空间异质性或镶嵌分布而引起例如：长白山植物垂直分布、森林中的沼泽特点：存留时间长、周转率低,.,原因：由于局部干扰而产生的。例：采伐后的森林，草原烧荒，地表煤矿。可见，干扰是引起生态系统格局显著偏离其常态的事件短期特点：具有最高的周转率、持续时间最短、消失最快的斑块类型,2、干扰斑块(disturbancepatch),.,3、残存斑块(remantpatch),原因:由包围着一小块未受干扰地区的大范围干扰造成的举例: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,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,.,4、引进斑块(introducedpatch),原因：人类将生物引进一个地区，就产生了引进斑块（1）种植斑块(plantedpatch)原因：由人种植植物而产生的特点：人维护、存留时间长,.,4、引进斑块(introducedpatch),（2）聚居地(homeshabitation)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。例如：村落、城镇,.,按来源分类,资源环境组分：环境资源在空间上的异质性或镶嵌分布不同产生的景观组分原生性组分：不受或者少受干扰而处于原生状态的景观组分受干扰组分：受干扰而处于次生状态的景观组分引进组分：人工引进新的动物、植物或非生命物质而形成的景观组分,.,(五)度量Patch的参数,度量参数主要有：面积大小、形状、內缘比等，这些数值变化直接影响着斑块在景观中的地位、作用和发展趋势,Mapsofburnedareasandfirefrequency,.,面积大小,(1).面积对能量和养分的影响一般的情况，总是大斑块比小斑块含的能量和养分丰富。也有不同，如，一个小斑块(麦田)从边缘到内部,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,.,面积大小,(1)面积对能量和养分的影响边缘地带植物密度高于内部，故营养也高于内部地带，由于小斑块的边缘/内部比大于大斑块，因此小斑块单位面积的能量与物质不同于大的斑块大斑块比小斑块有更高的营养级的动物，并且食物链也更长2面积对物种的影响,大岛屿物种多、稀有种多、小岛近亲繁殖,.,斑块与物种的影响,影响：主要表现在生境状况与生物生态需求方面的变化物种丰富度(生物多样性，()干扰，面积，斑块隔离程度，年龄，基质异质性，边界不连续性)森林破碎化与生物多样性,陆地景观斑块与岛屿有所不同，斑块的边界并不明确，并且隔离程度的重要性降低,鸟类种数与其生境斑块面积的关系,.,.,破碎化的生态后果及自然保护区,森林的破碎化及其生态后果物种生存环境危机、树木的变化、动物的变化、鸟类、昆虫斑块与自然保护区大的自然保护区保护物种多、完整比破碎要好、尽量减少隔离度、簇状比线状好、走廊连接、圆形较好,.,形状,形状与面积同等重要。如：鸟、昆虫觅食，巢域一般为长方形1生态学意义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园林设计，采取不同斑块形状，收到不同的艺术效果,.,形状,2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,.,內缘比,定义：内缘比就是指斑块内部和外侧边缘带的面积之比内缘比的生态学意义：斑块内部与边缘在生境条件上(如光照、湿度、食物、天敌等等)有所区别，进而造成物种组成的差异。一般情况下，较高的内缘比可促进某些生态过程，而较低的内缘比则会增强另外一些过程注意内缘比这一指标具有很强的主观性，因为斑块的边缘宽度终究是根据研究的对象和尺度，由人为确定,.,斑块的数量与构型,景观是由许多斑块共同构成的一个镶嵌体，其中同类斑块的数量和面积往往决定着景观中的物种动态和分布。其数目可根据：每种群落类型的斑块数目、斑块的起源和成因、斑块的大小和形状来确定景观中同类斑块集中分布与分散分布带来的影响是不相同的干扰与斑块构型之间存在一种负反馈机制,.,五、廊道(Corridor),定义(如何判定)廊道是指不同于两侧基质的狭长地带(景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构)，它既有可以呈隔离的条状，也可以是与周围基质呈过渡性连续分布(2)在景观中的作用景观内的其他组分被廊道分割，同时又被廊道所连接。因此具有通道和阻隔的双重作用。对其他组分有保护作用和提供资源的作用，对人则有美学作用。具体来说就是运输、保护、资源、观赏等作用,.,廊道的特征和功能,分类：按成因：干扰型、引入型、残留型、再生型、环境资源型按组成内容：道路、河流、防护林带特征：宽度、组成、内部环境、形状、连续性等。功能：双重作用:将景观分离、将景观连接1.运输：公路、铁路、运河、输电线等2.保护：长城、围墙、林带等3.资源：走廊地带野生动物丰富、植物种类较多4.观赏：古代曲径通幽、景观长廊,廊道网络,廊道网络的结构特征网络交点：包括十字型、T型、L型和终点网状格局：相互连接并含有许多环路的廊道网眼大小：网络线间的平均距离或网络所环绕的景观要素的平均面积网络结构的决定因素：人为因素和自然因素,.,廊道网络,廊道网络的描述连通性：在一个系统中所有交点被廊道连接起来的程度，有r指数表示，即一个网络中连接廊道数与最大可能连接廊道数之比环度：用a指数表示，即网络的实际环路数与网络中可能存在的最大环路数之比，表示能流、物流和物种迁移路线的可选择程度,.,.,廊道(Corridor),(3)度量廊道的参数：曲度、连接度、连通性、环度、间断、宽度、内环境。这些参数的大小，直接影响着廊道在景观中的地位和作用,单位长度廊道中中断数量来度量,.,.,廊道的类型,线状廊道:窄狭：如道路、铁路、堤坝、沟渠、动力线、树篱条带状廊道：比线状廊道更宽，结构上有内部环境和边缘地带，有一定的内部生态小环境，能够容纳较多的内部物种河流状廊道：河流体系和人工建成的道路体系内部环境和边缘地带极为明显,.,廊道的类型：1).线状2).条带状3).河流状廊道其结构特征可描述为廊道的曲度、宽度、连通性、内环境,.,.,基质(Matrix),(1)在景观中的作用一种背景状的景观组分，连通性高，在景观动态变化中起控制作用(2)如何判定1)相对面积：大于50%的组分往往是基底2)连通性：连通性高的组分很可能是基底3)控制程度：基底通过产生未来景观来控制景观动态的,.,连通性：景观组分在空间结构上的连接通畅水平为连通性(connectedness)连通性高的组分很可能是基底。因为连通性高的景观组分在景观中往往取主导作用：分割其它景观组分形成一组廊道而增添景观连通性构成孤立的生物“岛屿”便于物种迁移与基因交换,.,.,控制程度：一般说，具有凸面周边的景观组分正在扩展(a)浅色的组分(右侧)有凸面周边，但不确定它有无扩张的势能(b)表示有凹面周边的组分向外扩张(c)表示有凸面周边的组分向外扩张(d)是有凹面的组分扩张后形成有凸面的组分,景观组分扩张后的新的边界,.,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；但与研究对象的尺度和分辨率有关具有闭合边界的斑块数量越多，基质的孔隙度越高,.,.,孔隙度的生态意义,1）孔隙度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、物流物种流等有重要指导意义的因素。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,.,距离,连接两点间的直线是其最短距离(几何距离)。研究两点间的物流时，往往对运动速度最快的线路较为关注。直线距离通常是最快的路线，但沿线常有运动障碍，这时物流就需绕道而行。值得一提的是。由一地到另一地的最短时距与反向行进的最短路线往往是不一致的，如鱼类的顺流与逆流，鸟类的顺风与逆风等等,.,景观粒度与对比度,景观镶嵌体的粒度可用现存所有斑块的平均直径来量度细粒景观有利于多生境物种的生存，却不利于要求大斑块的内部持有种生存粗粒结构景观多样性高，但局部地点的多样性却低；相反细粒景观整体单调，但局部多样性高细粒区域的粗粒景观最有利于获得大型斑块带来的生态效益，也有利于包括人类在内的多生境物种生存，并能提供比较全面的环境资源和条件中粒景观是最佳的景观结构,.,景观粒度与对比度,.,景观粒度与对比度,.,景观粒度与对比度,景观对比度：是指(邻近的)不同景观单元之间的相异程度。即相互交接的景观组分在两两交接处的差别程度如果相邻景观要素间差异大，就可以认为是高对比度的景观，反之，则为低对比度景观高对比度景观的一个常见例子是水热条件不同引起的山地植被带植被垂直分布低对比度景观一般出现在大面积自然条件相对均一的地带热带雨林、草原、沙漠等景观的对比度存在季节差异对比度的度量指标：反差矩倒数、对比度,.,反差矩倒数：主要用于描述局部梯度的大小，是一个加权概率和,对比度：主要用于描述局部地段的差异，值越高，所测空间的实际对比度也越高,.,对比度的意义,对比度大的景观组分交接在一起，不利于两两景观组分间生态流的交换森林与农田、陆地与水域之间的对比度大森林与灌木丛、沼泽与湖泊的对比度小一般而言，自然状态下，景观组分的对比度较小。人为影响下，对比度要大。改变景观组分对比度是景观生态建设的一个重要内容,.,高对比度,低对比度,.,.,景观边界和边缘效应,(1)概念两两交接的景观组分之间存在生态流，其结果是使两组分的特征在此融合形成景观边界(landscapeboundary)或生态交错带(ecotone)。生态交错带的形成，产生了结构和功能上都有别于两交接景观组分的生态后果，对生态流具有明显的阻碍或疏导作用，即为边缘效应(edgeeffect)(2)意义边缘效应可以使生态流产生滞留，提高景观复杂性,.,生态交错带,边缘效应：在景观要素的边缘地带，由于环境条件与斑块内部不同，可发现不同的物种组成和丰富度正效应：表现为物种多样性增加，生产力提高等负效应：表现为物种多样性减少，植株生理生态指标下降，生物量和生产力降低。生态交错带：相邻生态系统之间的过渡带，其特征由相邻生态系统之间相互作用的空间、时间及强度所决定,.,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,.,生态交错带的描述,结构方面：大小：生态交错带的面积或体积宽度：景观要素的边缘部分形状：线形、圆形或其它形状生物结构：物种多样性和生物量的分布等限制因素：生态交错带上生物结构与邻接生态系统差异的原因,.,生态交错带的描述,结构方面：内部异质性：生态交错带内部的空间异质性密度：单位斑块生态交错带的长度分形维数：生态交错带形状的复杂程度垂直性：生态交错带内结构单元的总高度和层次性外形或长度：生态交错带线性轴线的曲线分布格式曲合度：直线长度除以总长度,.,生态交错带的描述,功能方面：稳定性：生态交错带的抗干扰能力波动：生态交错带干扰后的恢复能力能量：生态交错带的生产力，与邻接生态系统的物质和能量交换功能差异：生态交错带与邻接生态系统功能差异的程度通透性：生态交错带对流的通透能力对比度：相邻生态系统间差异与突发性变化程度,.,生态交错带的描述,功能方面：功能通道作用：生态交错带起着生态流流通渠道的作用过滤器或屏障作用：生态交错带在生态系统间起着半透膜的作用源和汇：生态交错带既向相邻生态系统输送生态流，同时又接纳累积相邻生态系统的生态流栖息地(生境)：生态交错带是边缘种的栖息地,.,景观边界的类型,景观边界或生态交错带由于研究的尺度不同，类型的划分也不尽相同水陆交界带干湿交界带农牧交界带森林边缘带沙漠边缘带城乡交错带梯度联合带，此外还有地表水/地小水过渡带,.,景观边界的确定,按边界或交错带的确定性程度，可分为具体边界和抽象边界，其确定有下列几种方法系统网络人为切割：用聚类方法勾绘景观单元边界自然划分多边形：主要依据土地的属性判别分析：据已有资料构造判断函数移动窗口分析法：在样线内等距离采样，放在窗口内，统计平均值，看相异系数空间自相关分析：空间某一点观测值与其他点该变量的相关性，进而间接确定边界,.,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，有节省资源的特征；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,.,边界的形状,边界的形状有曲的图(a)，(b)，也有直的图(c)，(d)，(e)，或者带有碎斑块图(a)，(E)，(c)。这些不同的边界形状会带来不同的生态效果,.,边界形状的度量指标,边界的形状有下列几种方法边界密度：单位面积内景观边界的长度，用km/km2表示边界对比度：边界两侧景观要素的相异程度边界均匀度：度量景观中不同类型边界分布的均匀程度,.,景观组分的空间构型,(1)概念具有相同性质的景观组分的散布方式：松散、集中(2)意义松散构型不利于生态流(火灾、虫害)传播，集中构型则利于生态流传播,.,集中,松散,.,网络,(1)概念景观中的廊道相互交织，形成廊道网络，由廊道和节点(node)构成，分布在基底上节点是廊道交会的点，有、T、L和终点等形状类型廊道网络线之间的基底或斑块为网络的网眼(2)意义生态流在节点处可能发生停留、汇合、分流，节点成为廊道网络中重要的点大的网眼，受网络的影响较小，而小的网眼却受到网络的很大影响廊道网络对物质的扩散一般起到阻碍的作用,.,相互连接含有许多环路的线状地物可构成网状格局,.,廊道网络：景观中的廊道相互交织，形成廊道网络。廊道网络由廊道和节点(node)构成，分布在基底上。节点是廊道交会的点，有、T、L和终点等形状类型。由于物种等生态流在节点处可能发生停留、汇合、分流，节点成为廊道网络中重要的点,.,景观组分的分布,某一景观组分在景观中的空间分布形式：规则式均匀分布距离相对一致，均匀地分布在景观里聚集分布聚集分布在景观里的特定地段。因为受地形、环境资源、人为干扰等影响例：耕地聚集在村寨附近，村寨分布在河谷地段,.,景观组分的分布,某一景观组分在景观中的空间分布形式：线状分布：沿着某一环境梯度呈线状分布例：小城镇或货物集散地沿着公路/铁路分布，耕地沿着河流分布，等等平