景观格局的形成、结构和功能特征1.ppt

1、第二章 景观格局的形成、结构和功能特征,2.1景观格局的概念 2.2影响景观格局形成的主要因素 2.3景观结构与景观功能 2.4斑块的结构和功能特征 2.5廊道、网络的结构和功能特征 2.6 本底的结构和功能特征 2.7景观镶嵌体格局和生态学过程,2.1景观格局的概念 景观格局（Landscape pattern）：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。 景观格局是景观异质性的具体表现，分析景观格局要考虑景观及其单元的拓扑特征。目前景观格局的分析多局限于二维平面，三维景观空间格局模型还很少见。 景观格局分析的目的是为了在看似无序的的景观中发

2、现潜在的有意义的秩序或规律 。,2.2影响景观格局形成的主要因素 空间格局影响生态学过程，因为格局与过程是相互联系的，可以通过研究空间格局更好的理解生态学过程。 非生物的，如气候、地理等因素 生物的，如种群分布、生物活动 人为的，如城市、农村、重大工程,景观格局往往是许多因素和过程共同作用的结果，具有多层异质结构。,景观格局形成的原因和机制在不同尺度上往往是不一样的。 非生物(如地理条件和自然灾害)和人为因素(如人的日常活动和重大工程)在一系列尺度上均起作用. 生物因素(如疾病、种间斗争)通常只在较小的尺度上成为格局的成因。,大尺度上的非生物因素（如气候、地形、地貌）为景观格局提供了物理模板，

3、生物的和人为的过程通常在此基础上相互作用而产生空间格局。 不同因素在景观格局形成过程中的重要性随尺度而异。例如，温度和降水量；种间关系。 园林建设是人为干扰主导的景观格局形成过程,2.3景观结构与景观功能,2.3.1景观结构 广义景观结构：景观组成单元的类型、结构及其空间关系。 在狭义景观概念上是指：组成景观的生态系统类型，生态系统结构，所有生态系统的空间格局。 生态系统（生物群落无机环境） 组成、结构,2.3.2景观功能,功能是系统对外部环境所表现出的性质、能力和功效 景观功能：景观结构单元之间的相互作用所表现出的能力和功效，主要体现在能量、物质和生物有机体在景观镶嵌体中的运动过程中。,景观

4、是由生态系统组成的，景观功能在很大程度上即是生态系统功能在景观水平的表现。 生产功能 物质的源和汇 生境、物质循环、能量流动,景观要素,景观是一个由不同生态系统组成的镶嵌体，而其各组成单元（各生态系统）称之为景观要素。 景观和景观要素的区别：景观强调的是异质镶嵌体，景观要素强调的是均质同一的单元。 景观是由景观要素组成，景观要素是地面上相对同质的生态要素或单元。相当于一个具体的生态系统 .,景观要素有三种基本类型： 1、 斑块(patch) 2 、廊道(corridor) 3 、本底(matrix) 斑块廊道基质模式是构成并用来描述景观空间格局的基本模式，它使得对景观结构、功能和动态的表达更为

5、具体，同时还有利于考虑景观结构与功能之间的相互关系。,2.4斑块(patch)的结构和功能特征,2.4.1斑块(patch)的基本知识 概念 类型 特征 功能 成因,斑块具有空间非连续性和内部的均质性 斑块的属性包括，尺度、形状、边界等，而这些属性对于该斑块的生产力、生物多样性以及土壤水分等都具有一定的生态作用。,概念 广义：与周围环境在外貌或性质上不同，并具有一定内部均质性的空间单元。,概念,狭义：组成景观的生态系统，如草原、森林、农田、居民区、湖泊等。,类型,按性质和组成分： 草原、森林、农田、居民区、湖泊、岛屿、沙漠、戈壁滩 按成因分 残存斑块、干扰斑块、环境资源斑块、引进斑块,1、 干

6、扰斑块(disturbance patch) 原因：由于局部干扰而产生的。 采伐后的森林，草原烧荒，地表煤矿 干扰是引起生态系统格局显著偏离其常态的事件。干扰可以是自然（天然火、暴风、病虫害等）的也可是人为（开垦、采伐等）的。 举例：风、火、冰雹、山崩、虫害等。,干扰,内、外因（如火灾）,短期、长期,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 残存斑块(remant patch) 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。

7、,3 环境资源斑块(environmental patch) 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。,4 引进斑块(introduced patch) 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(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 例如：村落、城镇,特征,大小 形状 空间格局 结构,

8、斑块的形状,形状与面积同等重要 例如: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、还是迁移甚至可以了解迁移路线） 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。,2 边缘与边缘效应 定义： 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。,

9、边缘的类型： 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。,根据对边缘或内部的反应，将生物分为：边缘种(edge species)和内部种（interior species) 边缘种和内部种将动物分成三类： 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,3 圆形斑块与长条形斑块的生态比较,4 环状斑块 形状很特殊

10、的斑块 特点：内部/边缘低，内部种少 举例：环绕北极地区分布格局 高山环绕山体 绕湖周围,5 半岛（peninsula） 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。,鸟类、维管束植物减少,物种多样性递减,内部/边缘比解释,功能,功能是系统对外部环境所表现出的性质、能力和功效 斑块即是生态系统 生态系统的功能即是斑块的功能 生产功能 物质的源和汇 生境、物质循环、能量流动 其他生态功能,成因,如同景观的形成一样，分为三个大的方面。 非生物的 生物的 人为的,(1)斑块大小的生态学效应 (2)斑块形状的生态学效应 (3)斑块空间格局的生态学效应

11、(4)斑块结构与生态系统过程,2.4.2斑块特征与生态功能,(1)斑块大小的生态学效应,大斑块：维持景观整体稳定，能养活更多物种，尤其为大型脊椎动物提供核心生境。 小斑块：物种多样性较低，可增加景观连接度，为种群扩散提供“踏脚石”，为边缘种提供生境。,A.美国伊利诺斯州东部当地繁殖的鸟类种类与林地面积的关系,B.美国伊利诺斯州草原区繁殖鸟类种数与草原面积的关系,生境斑块面积与其边缘和内部生境部分的关系,(2)斑块形状的生态学效应,斑块形状越接近方形或圆形，其形状就越“紧密”；反之，越松散。 “紧密”利于保蓄能量、养分和生物 “松散”利于能量和物质的交换。,生境斑块大小和形状对物种多样性的影响,

12、(3)斑块空间格局的生态学效应,相同斑块类型的斑块数量和空间关系影响景观的连接度，进而影响物质和生物在景观中的运动。,斑块大小、形状与数量及其内部的物种与斑块自身的特性有关，也与生境多样性、年龄、用地的异质性、隔离度、边界不连续性等相关。在生态规划中，可以根据物种情况确定斑块的合理面积，以此调整生境多样性、干扰、隔离性等因素。斑块数量是规划中要考虑的另一个重要因素。对物种稳定而言，在总面积相同的条件下，斑块数量少比多好，可确保内部环境的稳定性。,2.5廊道、网络的结构和功能特征,2.5.1廊道的结构和功能特征 概念 分类 特征 功能 成因,概念：景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构。 分类

13、： 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、颐和园的长廊、西湖的苏堤,廊道的结构特点 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 连通性(connectivety) 定义：单位长度廊道中中断数量来度量。 例如：农田树篱 作用：一个廊道连

14、通性高低决定了廊道的通道和屏障功能。,3 狭点(narrow) 定义：廊道中的狭窄处 作用：影响运动 例如：河流峡口 4 结点(nodes) 定义：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 5 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。,2.5.2 廊道的分类,1 线状廊道 廊道

15、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 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。,线状廊道与带状廊道的对比,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。,林带宽度与物种多样性,3 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。,1) 结构：河床

16、边缘、漫滩、堤坝、岸上高地。 举例：长江、黄河,2) 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。,3) 河流等级：最小的河流叫一级河流。两个一级河流合成一个二级河。 4) 功能： 1 它控制着河水及周围陆地进入河流的物质流动。 2 它影响河流本身的运输。 3 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。 4 它为物种的迁移和栖息提供了条件。 5 为人类运输航道、物质资源、保护作用。,2.5.3网络的概念和特征 在景观中，廊道相互交叉形成网络。 网络密度，即单位面积的廊道数量；网络连接度，即网络

17、中廊道形成闭合回路的程度。 网络的功能与廊道相似，但与基底的作用更加广泛和密切。,廊道是线状和带状的斑块，它的连接功能在景观中有两个重要作用：一是物种通过廊道从一个地方向另一个地方流动；二是屏障功能，即减轻地表侵蚀的作用，如植被带对物种起到保护作用。,2.6 本底的结构和功能特征,识别本底的3个基本标准：面积上的优势、空间上的高度连续性、对景观总体动态的支配作用。 在实际研究中，要确切地区分斑块、廊道和本底有时是困难的，也是不必要的，因为三者的区分是相对的，而且与尺度相关联。 范围广、连接度最高，并且在景观功能上起着优势作用的景观要素类型。 景观中的背景地域。,2.6.1 本底的标准,1 相对

18、面积 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 连通性 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。,连通性高的景观类型有以下几个作用： 1) 可以作为障碍物将其他要素分开。 例如：防火带 2) 当这种连通性是以相互交叉带状形式实现时，可形成网状走廊，便于物种迁移与基因交换。 3)这种网状走廊对于被包围的其他要素来说，使他们成为被包围的生境岛。 3 动态控制 例如：原始林采伐烧地、农田与林网,2.6.2 结构特征,1 孔隙度(porosity) 斑块在本底中称为孔。 单位面积的斑块数目称

19、为孔隙度。它是本底中斑块密度的量度。与斑块大小无关。,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。,2 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。,3、 网络 走廊相互交叉相连，成为网络。景观的孔隙度高时，这种网络本底就是廊道网络。 4、网格大小 组成网格的线之间的平均距离或者线所环绕的景观