景观生态学课件第三章

3 景 观 结 构 景 观 是 由 景 观 元 素 组 成 ， 景 观 元 素 是 地 面 上 相对 同 质 的 生 态 要 素 或 单 元 。 景 观 元 素 有 三 种 类 型 ： 1 斑 块 (patch) 2 走 廊 (corridor) 3 基 质 (matrix) 3.1 斑 块 (patch)定 义 ： 斑 块 是 一 个 在 外 观 上 与 周 围 环 境 明 显 不 同的 非 线 性 地 表 区 域 。 例 ： 天 空 的 云 、 嵌 花 路 面 的 石 子 。3.1.1 起 源 与 类 型 （ 起 源 原 因 、 特 点 ）1 干 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 。 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 。 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 斑块持久性时间未干扰 在斑块内干扰 在本底中干扰长期干扰单一干扰（短期）环境资源斑块干扰斑块残存斑块引进斑块斑 块 的 持 久 性 与 稳 定 性 3.1.2 斑 块 的 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 ， 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 。 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 。 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 饿 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 （ 1） 岛 屿 在 生 物 群 落 里 ， 物 种 的 多 样 性 随 面 积 的 增 加 而 增 加 。 岛 上 种 数 与 面 积 大 小 的 关 系 的 三 种 解 释 ： S=CAZ种的丰富度面积S=CAZ S-多 样 性 A-面 积 C-比 例 常 数 Z-一 般 为 0.180.35大 岛 屿 物 种 多稀 有 种 多小 岛 近 亲 繁 殖 分 析 表 明 ， 大 致 的 规 律 是 面 积 增 加 10倍 ， 物 种 增加 2倍 ； 面 积 增 加 100倍 ， 物 种 增 加 4倍 ； 即 面 积 每 增加 10倍 ， 所 含 的 物 种 数 量 成 2的 幂 函 数 增 加 ， 2是 个平 均 值 ， 通 常 在 1.43.0之 间 。 这 种 关 系 的 另 一 层 含义 表 明 ， 如 果 原 生 生 态 系 统 保 存 10%的 面 积 ， 将 有50%的 物 种 保 存 下 来 。 如 果 保 存 1%的 面 积 ， 则 会 有25%保 存 物 种 被 保 存 。 1967年 麦 克 阿 瑟 和 威 尔 逊 创 立 岛 屿 生 物 地 理 学 理论 。 他 们 认 为 岛 屿 钟 的 多 样 性 取 决 于 物 种 的 迁 入 率 和灭 绝 率 ， 而 迁 入 率 和 灭 绝 率 与 岛 屿 的 面 积 、 隔 离 程 度及 年 龄 等 有 关 。S=f（ +生 境 的 多 样 性 -干 扰 +面 积 -隔 离 程 度 +年 龄 ） （ 1） 陆 地 景 观 陆 地 景 观 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 。 S=f（ +生 物 多 样 性 -（ +） 干 扰 +面 积 +年 龄 +本 底 异质 性 -隔 离 程 度 -边 界 不 连 续 性 ） 物种多样性速率迁入灭绝小大Ss SL P物种多样性速率P灭绝迁入远近SNSF 区 别 ：障 碍 物 不 同海 岛 的 隔 离 是 与 大 陆 相 对 而 言岛 屿 与 陆 地 景 观 的 形 成 时 间 大 相 径 庭与 边 缘 的 作 用设 计 保 护 区 时 ， 面 积 比 较 关 键 。 主 要 保 护 ： 1 较 高 的 当 地 物 种 多 样 性 2 稀 有 种 和 濒 危 种 3 稳 定 的 生 态 系 统 3 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 4 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 3.1.3 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 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 。 D-形 状 系 数 L-斑 块 固 边 长 度 A-斑 块 面 积 D值 说 明 某 一 斑 块 周 边 长 度 与 面 积 同 该 斑 块 相 等 的圆 的 圆 周 长 之 比 ， 比 值 为 1为 圆 形 ， 比 值 越 大 说 明 该斑 块 周 边 越 发 达 ALD 2形 状 系 数 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 。 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 。 边 缘 宽 度 的 影 响 因 子 ： a 太 阳 角 向 赤 道 方 向 超 过 向 极 地 方 向 的 宽 度 。 b 温 带 超 过 热 带 c 主 风 超 过 其 他 风 向 d 斑 块 与 本 底 垂 直 结 构 差 异 越 大 ， 边 缘 宽 度 差 异越 大 。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 较形 状 指 标内 部 /边 缘 边 缘长 度 与 本 底作 用 斑 块 内障 碍 物 生 境 异质 性 物 种 多样 性 走 廊价 值 寻 食效 应圆 形 高 小 小 少 小 大 小 小长 条 形 低 大 大 多 大 小 大 大 4 环 状 斑 块 形 状 很 特 殊 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 3.1.4 斑 块 的 构 型 斑 块 在 景 观 中 的 空 间 排 布 情 况 ， 它 们 的 空 间 分 布 对能 量 、 物 种 的 流 动 有 重 要 影 响 。 例 如 ： 居 住 区 Fragstats http:/ftp.fsl.orst.edu/pub/fragstats2.0 斑 块 相 关 性 的 指 标 ： 隔 离 度 、 可 及 度 、 相 互 作 用 、 总隔 离 度 破 碎 化 指 标 ： 斑 块 密 度 、 边 缘 密 度 、 3.2 廊 道 (corridor) 与 本 底 有 所 区 别 的 一 条 带 状 土 地 ,可 以 看 作 是 一个 线 状 或 带 状 的 斑 块 . 例 如 :树 篱 、 公 路3.2.1 廊 道 的 作 用 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 3.2.2 廊 道 的 起 源走 廊 按 起 源 可 分 为 ：干 扰 廊 道 、 残 余 廊 道 、 环 境 资 源 廊 道 、 种 植 廊 道 3.2.3 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 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 。 3.2.4 廊 道 的 分 类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 ， 阈 值 一 般 为 7-12米 。 边缘种多样性（物种数量）林带宽度内部种林 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 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 。 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 。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 。 3.3 本 底 （ 基 质 ） 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 。 2.3.1 本 底 的 标 准1 相 对 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 作 用 ： 1) 可 以 作 为 障 碍 物 将 其 他 要 素 分 开 。 例 如 ： 防 火 带 2) 便 于 物 种 迁 移 与 基 因 交 换 。 3) 使 其 他 要 素 成 为 生 境 岛 。3 动 态 控 制 例 如 ： 原 始 林 采 伐 烧 地 、 农 田 与 林 网 3.3.2 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 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 景 观 的 孔 隙 度 高 时 ， 这 种 网 络 本 底 就 是 廊 道 网 络 。结 构 特 征 ： 1） 连 接 类 型 十 字 型 、 T型 、 L型 2） 网 线 上 有 没 有 中 断 ， 以 及 中 断 处 的 长 度 。 3） 结 点 的 大 小 多样性 离交点距离边缘种内部种 4） 网 眼 大 小 组 成 网 络 的 线 之 间 的 平 均 距 离 或 者 线 所 环 绕 的 景观 元 素 的 平 均 面 积 。 对 物 种 粒 种 有 影 响 ， 例 如 ： 法 国 布 列 塔 地 区 研 究表 明 ， 小 甲 虫 、 土 地 网 眼 4 ha时 消 失 ， 猫 头 鹰 在 网眼 为 7ha时 消 失 。