《景观的结构和格局》PPT课件

第三章景观的总体结构,本章重点及要点：1.景观多样性的意义；2.景观异质性表现；3.景观空间格局及研究方法。参考书籍：1.马克明,傅伯杰,周华峰.景观多样性测度:格局多样性的亲和度分析J生态学报,1998,(01).2.付永能,陈爱国,崔景云,郭辉军.热带地区景观水平农业生物多样性评价以西双版纳大卡老寨和巴卡小寨不同土地利用阶段植物多样性为例J云南植物研究,2000,(31),景观生态学,第一节景观多样性,一、生物多样性所谓生物多样性是指所有生物种类，种内遗传变异和它们的生存环境的总称。它包括三个方面的层面：遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性，也有更高层次的景观多样性。,第三章景观的总体结构,景观生态学,第三章景观的总体结构,景观生态学,第四节景观空间格局和空间关联,美国生物多样性,第四节景观空间格局和空间关联,美国生物多样性,第一节景观多样性,2、当前生物多样性消失的原因：、生境的丧失和破碎化。、引入物种其生长率小于被取代的本地种；残体难分解；促进干扰，易带来病虫害降低初级生产力；土壤性状变差，分泌影响微生物生长的物质影响循环。、资源的过度利用。,人类活动对生物多样性的影响,第一节景观多样性,2、当前生物多样性消失的原因：、环境污染。、气候变暖。、工业化的农业：单一高产作物品种、高度集约化栽培。工业化的林业：速生树种、外来树种、林分龄结构单一。这些都使物种遗传多样性降低。,第一节景观多样性,3、景观多样性意义景观规划以生物多样性保护为途径，一种是以物种为出发点，另一种以景观元素保护为出发点的途径。生物多样性对于人类的生存环境至关重要，所以维持景观多样性，与维持遗传多样性和物种多样性一样，应成为自然资源管理的主要目标之一。,第一节景观多样性,二、景观多样性的描述指标（物种多样性指数）1.丰富度或相对丰富度：一个景观中生态系统类别数。通常用相对丰富度，一定景观内出现的生态系统类别数占一地区全部可能出现的生态系统类别数的百分比。2.辛普森多样性指数：1-i=1/s其中S为生态系统总数，Pi是每一生态系统所占面积的百分比。3.香农威纳指数：,第一节景观多样性,二、景观多样性的描述指标（物种多样性指数）4均匀性：一个景观有S种生态系统。5优势度：一个景观中某一单独生态系统占优势的程度。6相对分块性：,物种多样性的含义,（1）物种的数目或丰富程度（richness）：指一个群落或生境中物种数目的多寡。（2）物种的均匀程度(evenness)：指一个生物群落或生境中全部物种个体数目的配置状况。,（二）群落或生态系统物种水平生物多样性的测定,1.多样性指数它包含两方面的含义：群落所含物种的多寡，即物种丰富程度；群落中各个物种的相对密度，即物种均匀程度。,（1）物种丰富度指数,a.Gleason（1922）指数：D=S/lnA式中A为面积，S为群落中的物种数目。b.Margalef（1951，1957，1958）指数：D=（S-1）/lnN式中S为群落中的物种数目，N为观察到的物种个体总数。,A:Simpson指数：D=1-Pi2式中Pi为i种的个体数占群落中总个体数的比例。B:Shannon-weiner指数：H=-PilnPi式中Pi=Ni/N,（2）多样性指数：丰富度和均匀度综合指标,（3）Pielou均匀度指数,E=H/Hmax式中H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大物种多样性指数，Hmax=LnS（S为群落中的总物种数）。,例如，设有A,B,C三个群落，各有两个物种组成，其中各个物种的个体数组成如下：,Simpson指数：DA=0DB=1-(50/100)2+(50/100)2=0.5000Dc=1-Pi2=1-（Ni/N）2=1-(99/100)2+(1/100)2=0.0198Shannon-wiener指数：HA=0HB=-(0.50ln0.50+0.50ln0.50)=0.69HC=-Ni/NlnNi/N=-（0.99ln0.99+0.01ln0.01）=0.056Pielou均匀度指数：Hmax=lnS=ln2=0.69EA=H/Hmax=-(1.0ln1.0)+0/0.69=0EB=-(0.50ln0.50+0.50ln0.50)/0.69=0.69/0.69=1EC=0.056/0.69=0.081,从上面的计算可以看出,群落的物种多样性指数与以下两个因素有关:种类数目,即丰富程度；种类在个体分配上的均匀程度。,（1）Whittaker指数（w）w=S/（m-1）式中：S为所研究系统中记录的物种总数；m为各样方或样本的平均物种数。（2）Cody指数（c）c=g（H）+I（H）/2式中：g（H）是沿生境梯度H增加的物种数目；I（H）是沿生境梯度H失去的物种数目，即在上一个梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。,2.多样性指数,第一节景观多样性,二、景观多样性的描述指标（物种多样性指数）不同多样性指标反映了不同意义，尽管（1）立地条件不同而形成不同生态系统；（2）由于干扰的作用；因此，景观多样性是普通存在的，有时选择何种指数来表述可能需要多方面考虑。综合而言一般要综合变异性和均匀性。,第二节森林景观的异质性,异质性主要体现在年龄结构，组成结构和粒组结构三方面。一.年龄结构年龄结构指的是林分间的年龄构成状态，它与林分内的年龄结构不同，人们时常划分的同齡林、异龄林、一代林、多代林均指的是林分内个体的年龄结构。（一）原始林的年龄结构1.在未受到人为经营或干扰的原始林中，景观的年龄结构主要决定于自然干扰的种类及其特点。2.经营林的龄级构成状态取决于人的经营活动。,第二节森林景观的异质性,一.年龄结构：（二）老龄林的生态意义和保存1.林分的分类A.按经营管理标准分幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林B.按照生态生物学：发生阶段、积累阶段、生物稳态、衰退；2.老龄林定义不仅指年齡，并且指未受人为干扰或受人为干扰很少的原始林，它们多处于比较稳定的阶段。,第二节森林景观的异质性,（二）老龄林的生态意义和保存3.生态意义：老年林在结构上的特殊性及保持生物多样性和维持生态平衡的作用，从而认为它是不可替代的。4.保存：各国都采取了一些措施。FRANKLIN提出了新林业学说，要求林业应将木材生产与维持生物多样性结合起来，要求保持生态系统的持续性，具体涉及的：采伐顺序。保留老株的数量。伐区残余物的处理等。,第二节森林景观的异质性,二、森林类型结构（一）它包括时间系列和地境系列：前者随干扰和演替而产生的，后者随立地条件而发生的森林类型。中国森林类型（见后）（二）人工经营森林中的问题：纯林抵抗力差过分强调外来树种。,2.4.2森林景观异质性景观异质性指在一个景观区域中，景观元素类型、组合及属性在空间或时间上的变异性。,1森林年龄结构森林景观的年龄结构指的是林分间的年龄构成状态1）原始林的年龄结构未受人为经营或干扰、景观年龄结构主要决定于自然干扰种类及特点。,2）经营林的年龄结构景观的年龄结构决定于轮伐期和在整个轮伐期仲采伐时间上的分配。法正林思想法正林：由若干实行皆伐作业的同龄林分系列组成，它必须具备法正龄级分配、法正林分排列和法正生长量。法正龄级分配：要具备从小到各个龄级的林分，并且各龄级分配相等。完全调整林、广义法正林,3）老龄林的生态意义和保存老龄林，不仅指年龄，并且指未受人为干扰或受人为干扰很小的原始林，它们多处于比较稳定的阶段。在经营管理上，将林分划为：幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林。按照生物学将林分发育过程分为：发生阶段、集累阶段、生物稳定阶段和衰退阶段。,老龄林保存的意义：形成时间长动植物组成复杂生产力及生物量高固氮附生植物及细菌丰富具有保存营养物质的巨大能力溪流较多林分异质性大倒木在林分中具有重要意义,Harris的花旗松经营模型：中央核心不伐，中圈长轮伐期，外圈短轮伐期Franklin的新林业说：将交互块状采伐，改为块状顺序采伐采伐时每英亩保留815棵大树保留伐区剩余物,2森林类型结构森林类型可分为两个系列：地境系列：随立地条件而发生的森林类型多样性。时间系列：随干扰和演替而产生的森林类型多样性。3森林粒级结构景观的粒级结构指的是景观要素的构成状态。森林的粒级结构主要决定于更新单元的构成状态。所谓更新单元是指一次干扰事件中老林被破坏和新林发生的一个地域单位。林火干扰、皆伐、间伐形成粗粒级结构，倒木和择伐形成细粒级结构。,第三章景观的总体结构,第三章景观的总体结构,中国的森林资源主要分布在东北和西南。森林质量不高。中幼龄林比重大，其面积占全国林分面积的70%以上，人工林中的幼龄林比例高于85%。林业资源呈现长大于消的趋势。由于长期乱砍滥伐和毁林开荒，中国宝贵的天然林面积大量减少。在占中国国土面积50的西部干旱、半干旱地区，森林覆盖率不足1，许多地区无林可言。在中国，酸雨带来的酸沉降正导致大片森林衰退消失，森林受害面积上百万公顷。,第三节景观的结构类型,一、FORMAN划分的景观结构类型（一）分散的斑块景观：以一种生态系统或一种景观要素类型作为优势的本底，而以另一种或多种类型斑块分散在其内。特征（1）本底的相对面积；（源区、汇区）（2）斑块大小；（3）斑块间距（干扰扩散）；（4）斑块分散性；（二）网状景观：在景观中相互交叉的走廊占优势。特征（1）走廊宽度；（2）连通性；（3）网的回路；（4）网格大小；（5）结点大小；（6）结点分布；,分散的斑块,网状景观,第三节景观的结构类型,一、FORMAN划分的景观结构类型（三）交错景观：占优势的有两种景观，彼此犬牙交错。（四）棋盘结构：相互交错的棋盘状格子组成。,景观生态学,2.4.4景观元素的构型（Forman&Godron，1986)1分散的斑块景观特点：以一种生态系统或一种景观要素类型作为优势的本底，而以另一种或多种类型分散在其内。例如：带绿洲的荒漠，热带稀树草原关键特征：1)本底的相对面积2)斑块大小3)斑块间的距离4)斑块分散性（集聚、规则或随机）,2网状景观特点：在景观中以相互交叉的廊道的优势例如：牧场林网，高速公路网关键特征：1)廊道的宽度2)连通性3)网的圆路4)网格大小5)结点大小6)结点分布,3交错景观特点：占优势的有两种景观要素，彼此犬牙交错，但共有一个边界。例如：山区农田与林地分布关键特征：1)每一要素类型的相对面积2)半岛的多度和方向3)半岛的长度与方向,4棋盘状结构特点：由相互交错的棋盘状格子组成例如：人为管理的伐区关键特征：1)景观颗粒的大小2)棋盘格子的规整性3)总的边界长度汇聚点（convergencypoints)汇聚线,不同景观类型的斑块镶嵌以及交通线对其形成的影响,格栅状,鱼骨状,星状,混合型,第四节景观空间格局和空间关联,一、几种不同的格局从种群到落群，空间分布规律都是人们注意的中心问题，到景观这一层次，空间格局很重要。种群的空间格局与群落的依赖性，所谓空间格局就是指组成种群的个体在其生活空间中的位置状态。,第四节景观空间格局和空间关联,一、几种不同的格局类型：均匀分布S2/m=0；随机分布s2/m=1；成群分布s2/m1；S2、M分别是各调查样方内出现的个体数构成的统计样方差和平均值。由于研究景观格局的方法多来自植被研究。景观要素的格局都是非随机的，一般有以下四种形式：（1）规划式均匀格局：城市里的小学、开发区建设（2）聚集格局：农田集中在村庄附近；（3）线状格局：公路、铁路等。（4）平行格局：山地山顶植被。,第四节景观空间格局和空间关联,二、景观分析的研究方法格局分析是可用来研究表现出规则分布或集聚分布的景观的。GREIG和KERSHOW提出一种按棋盘状连续样方或采用样条法设连续样方的系统取样方法，并进而求出格局尺度的方法，这称之为格局分析。样条长度、棋盘格的每边的长度必须为2的N次方,每个样方的个体数可按传统方式统计，也可采取各种多度，盖度频度和生物量的统计方法。,景观生态学,第四节景观空间格局和空间关联,二、景观分析的研究方法几个基本概念：多度：表示一个物种在群落中的个体数量。盖度：植物群落总体或各个体的地上部分的垂直投影面积占取样面积的百分数。频度：单位面积或单位长度群落各个种出现的次数占总体种比例。生物量：一定时期内生物的各部生长量。例如：直径、树高、林积等。,景观生态学,几种常用的多度等级,第四节景观空间格局和空间关联,二、景观分析的研究方法具体做法：将相邻两个样方合并成一个区组，得到两样方区组，计算野外数据，再将两样方区组合并为四样方区组，继续下去，并成两个组为止。在这组之间之内进行方差分析，以均方对应区组大小画图，曲线中峰值代相邻的区组差异性最大，如下图：,第四节景观空间格局和空间关联,二、景观分析的研究方法但是区组合方法存在明显不足：（1）对于均方一区组图中的峰的显著性，到目前为止无法进行显著性检验；（2）自由度随区组大小增加而降低影响准确性；（3）对区组最大值时出现的峰应当存疑；（4）对起始位置敏感。,景观生态学,均方,区组大小,第四节景观空间格局和空间关联,二、景观分析的研究方法其它景观格局的方法1.自相关；2.谱分析；3.趋势面分析；总之，景观格局是由景观中异质景观要素的种类，数量、规模、形状及其空间分布模式决定的。格局分析在植被种群生态研究中已较多应用。通过对景观格局成因机制的分析，确定系统的生产力、稳定性、生境质量的控制因素，进而有效地预测景观的动态，是确立景观管理与设计目标、制定景观管理