景观生态学 第二章景观结构和空间格局

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 景观结构和空间格局,景观结构与空间格局（即景观空间结构,landscape spatial structure,）,是指景观组成要素的类型、大小、形状、数目及其在空间上分布与配置状况。,景观结构是景观功能的载体，不同的景观空间格局强烈影响景观功能及其生态学过程（即不同的景观结构具有不同景观功能）。,研究景观，需要认识：,结构,不同生态系统或景观要素的空间关系。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。,功能,景观要素间相互作用。即生态系统组分间能量、,物质和物种流。,动态,景观镶嵌结构与功能随时间的变化。,注意：景观结构是景观功能的基础，是景观生态学的基,础研究内容。,景观是由景观要素即斑块、廊道和基质组成的异,质性区域。各要素的数量、大小、类型、形状及,在空间上的组合形式构成了景观的空间结构。,分析量化景观镶嵌格局，进而分析景观的生态过,程，研究格局与过程间相互作用、相互影响的机,理，首先应认识分析景观的空间结构单元。,本章内容提要：,1,、景观结构模型,景观结构的基本要素及其生态属性,2,、景观多样性的类型及其测度指标,3,、景观异质性的类型、测度指标及其生态学意义,4,、景观的空间格局的概念和类型,目的：掌握景观结构和空间格局的基本特征及其变化规律。,斑块：,泛指与周围环境在外貌或性质上不同,、,非线性的，,并具有一定内部均质性的空间单元或生态系统。,斑块可以是植物群落、湖泊、农田、居民区等。,廊道：,是指景观中与相邻两边环境不同的,线性或带状结构,。常见的廊道有：农田间的防风林带、河流、道（铁）路、峡谷、输电线路等。,斑块和廊道在外貌形状上、功能上有很大的区别，但也有一致的地方，廊道实际上也是线性状或带状的斑块。,基底：,通常是在景观中分布面积最大、连接程度最高，并且在功能上对景观的动态起着控制作用的背景结构。,常见的基底有：森林基底、草原基底、农田基底、城市用地基底等。在许多景观中，景观总体动态常常受到基底所支配和控制。,斑块、廊道是相对于基底而言的。,近年来，以斑块、廊道和基底为核心的一系列概念、理论和方法已逐渐成为了现代景观生态学的一个重要方面。,Forman,（,1995,）把它称为景观生态学的“斑块,-,廊道,-,基底”模式。,它为能够具体而形象地描述景观结构、功能和动态提供了一种“空间语言” （,spatial language,）。这种分类体系目前已为大多数学者所接受。,草地与森林景观,景观空间格局图示：,斑块廊道基质的组合,第一节 景观空间单元,景观是由若干相互作用的生态系统构成的。因此，构成景观的基本的、相对均质的生态系统或单元即景观要素。美国生态学家,Forman,和法国生态学家,Godron(1981,，,1986),在观察和比较各种不同景观的基础上，认为组成景观的景观要素类型不外乎,3,种：,斑块,/,缀块,/,嵌块体,(patch),、廊道,/,走廊,(corridor),、基底,/,本底,/,基质,(matrix),，如图所示。,斑块,廊道,基底,斑块：指与周围不同的相对均 质的宽阔区域，在斑块内部呈现微小的异质性，并以相似的形式重复出现。,一、斑块,（一）斑块的起源或形成机制、主要类型,实际上，该定义强调斑块的空间,非连续性和内部均质性。广义地，,斑块或有生命的或无生命的；,而狭义地，斑块是指动植物群落。,斑块是在外观不同于周围环境的非线性地表区域。,由于成因不同，斑块的大小、形状及外部特征各异，可以是有生命的，如动植物群落，也可以是无生命的，如裸岩石、土壤或建筑物等。它可能是自然的，如森林中的沼泽地、沙漠中的绿洲，也可能是人工的，如人工林、树木园、村落等。各种不同斑块及其组合特征不同。,一、斑块,（一）斑块的起源或形成机制、主要类型,根据斑块的起源，常见的景观斑块类型分为以下,4,种：,1,、干扰斑块,(disturbance patch),：在景观中由于,局部性干扰,而形成的小面积斑块。,如自然干扰（如雪崩、火烧、泥石流等）或人为干扰（森林采伐、矿产开采等）所形成的小面积斑块。,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,、残留斑块,(remnant patch),：景观中由于,大面积干扰,所造成的、在局部范围内幸存的自然或半自然生态系统或者某一自然生态系统的片断。,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 resource patch),：由于,环境资源条件,（土壤类型、水分、养分及地形有关的各种因素）,在空间分布的不均匀性,造成的斑块。如森林中的沼泽地、沙漠中的绿洲等。,环境资源斑块,4,、引入斑块,(introduced patch),：,由于人们有意或无意的将动植物,引入,某些地区而形成的局部性斑块。,（,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,引入斑块,除了上述,4,种斑块类型外，,Forman,和,Godron,(1981,，,1986),还讨论了另外两种，即再生斑块,(regenerated patch),和短生斑块,(ephemeral patch),。,再生斑块：,是指在先前被干扰而遭破坏的地段上重新出现的生态系统，在形式上似乎与残留斑块类似。,短生斑块：,则指由于环境条件短暂波动或动物活动引起的，持续期很短的斑块。如荒漠中雨后出现的短生植物群落、演替进程中过渡群落、水源处时而聚集的动物群落。,（二）各种斑块类型的主要特征,1,、干扰斑块的主要特征, 干扰发生后，干扰斑块内的生物种群种类、数量等都发生了明显的变化，主要由各种生物对干扰的抵抗能力和干扰后的恢复能力决定的。例如，某一景观中经过人工清除或采伐后，有的物种消失，有新物种入侵，有的物种仅个体数量发生了变化。,干扰斑块与基底间是一种与干扰状况相对应的动态关系。一般来说，干扰斑块是消失最快的斑块类型，即干扰斑块的周转率最高。,2,、残留斑块的主要特征, 残留斑块与干扰斑块都来源于干扰，且其周转率也较高。,残留斑块与干扰斑块在景观中的地位与作用不同。例如：在森林中发生火灾，当火灾较小时，出现的火烧迹地，这时我们将周围未烧的森林称为基底，将火烧迹地称为干扰斑块；如果火灾蔓延扩大，火烧面积很大，但有少数团块状的林分未烧到，这时候我们将火烧迹地称为基底，残留的林分为残留斑块。（,请问：同一景观中干扰斑块与残留斑块所起的作用是否相同？,）,3,、环境资源斑块的主要特征,环境资源斑块与基底之间的边界比较固定，一般地说，环境资源斑块是周转率最低的斑块类型。,在环境资源斑块中，虽然也存在种群的变动、迁入、灭绝等过程，但都处于极低的水平,。,4,、引入斑块的主要特征,斑块中种群动态变化、斑块的周转率在很大程度上起决于人类的管理程度和恒久性。,以上的分析表明，根据斑块的起源、成因不同，可以将它们分为,4,种类型。也正由于它们的起源的不同，它们的稳定性也不同。,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,（三）斑块的大小,斑块的大小是最容易看到的几何特征之一。从生物学角度看，当斑块的形状一样时，斑块的大小一方面影响到能量和营养物质在景观中的分配，另一方面还会影响到斑块中物种的数量。,1,、对能量、营养物质分配的影响,斑块与基质之间、斑块与斑块之间存在着过渡带，即所谓的,生态交错区（也称为边缘）,。,边缘区,内部区,边缘区,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=CA,Z,种的丰富度,面积,S=CA,Z,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,S,s,S,L,P,物种多样性,速率,P,灭绝,迁入,远,近,S,N,S,F,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,一般说来，物种丰富度随着斑块面积的增加而增加,。可以从以下,3,个方面得到解释：,面积越大，记录到的种越多，这已在植物群落调查中得到证实。,面积较大，遇到的稀有种的机会越多。,面积小支持的种群较小，对外界干扰的抵抗能力较差。因为小种群往往容易近亲繁殖，环境变化或突发事件的发生而灭绝。,但是值得注意的是，随生境面积的增加，物种的数量增加到一定的程度后，不再随面积的增加而增加，这说明了物种数量与生境面积有关外，还与其他的因素有关。在景观（环境）规划时，除了考虑物种种数与斑块面积有关外，还要考虑其它因素，如,地理位置、最小存活种群以及维持最小存活种群的最小面积（或维持生态系统完整的最小面积）。,X,K-,对策者,r-,对策者,S,S,t,N,t+1,种群灭绝点,种群数量达到环境容纳量点,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,斑块与自然保护区,自然保护区是目前物种多样性保护最重要的途经，对整个生态系统及地球环境亦有重要的意义。一般而言，保护区面积越大，能够保护与维持的物种也越多，但客观条件限制了保护区的面积，所以在设计保护区时，从斑块大小的生态学意义分析，应该遵循一定的原则：, 一个,大,的自然保护区要比,小,的自然保护区保存物种多；, 一个单一的,大,自然保护区要比总面积与其相当的几个,小,自然保护区为好；, 若设计多个小自然保护区，应使它们尽量靠得近一些，以减少隔离程度；, 使几个保护区,呈簇状配置,，要比,线状配置,为好；, 将几个保护区用,廊道,连接起来，可便于很多物种扩散；, 应尽可能使保护区成,圆形,。,（四）斑块的形状,1,、斑块形状系数,斑块的形状对生物与非生物流动有较大影响，在面积相等的情况下，规则形状的斑快边界的有效性较大，这对生物的扩散和迁移有重要的作用。,斑块,形状系数,为斑块周长,L,与具有该斑块同等面积,A,的圆周长之比；或为斑块周长,L,与具有该斑块同等面积,A,的正方形面积开方根之比的四分之一。通常有以下两种计算方法：,（,1,）以圆作为参考几何形状时,式中：,D,为斑块的形状指数，,L,为斑块的周边长度,(,边缘长度,),，,A,为斑块的面积。,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。,当,D=1,时，说明该斑块为圆形，具有最小的周长与面积比值，,D,值增大，斑块逐渐呈长条状或不规则状。,（,2,）以正方形作为参考几何形状时：,同样，,D=1,时，斑块逐渐接近正方形，,D,值增加，斑块逐渐呈长条形状或不规则的形状。,斑块的形状对生物的扩散和寻找食物也有重大的影响，当斑块面积相等，周边长的斑块则有利于生物与外界环境的接触和寻找食物，相反，则不利于生物的扩散和寻找食物。,下面我们可以看到不同斑块形状的特点：,2,、斑块形状对物种分布的影响,面积相同，形状不同的斑块，其内缘比有较大差异，相关的生态效应也不同。一般而言，不规则、条带状或环状斑块总边界较长，内部生境面积小，有利于边缘种的生存。而且，不规则、条带状或环状斑块兼有廊道的生态功能。,表,2-2,几种不同形状斑块形状及其生态意义,特征,圆形斑块,条带状、环状、半岛状,内缘比率,高,低,边缘长度及其与基质相互作用,少,多,斑块内屏障出现概率,低,高,斑块内生境多样性的概率,低,高,物种迁移的廊道作用,低,高,物种多样性（生境多样性不变）,高,低,斑块内动物觅食效率,高,低,应用方面：如在城市环境规划或景观规划时，应注意不同斑块形状的配置，这不仅是设计艺术中的主要内容，也是生态学上的基本要求（为什么？）。,（这一观点也表明了美学与生态学是统一的，不是相互矛盾的。）,3,、边缘效应,边缘是指景观要素间的过渡带。,1,）边缘的类型：,以分为,固有边缘和诱导边缘。,环境资源上的差异造成的边缘为,固有边缘,，过渡缓慢、连续性强、变化小。如环境资源斑块与基质之间的过渡缓慢，存在一个逐渐变化的梯度，边缘较宽。,天然或人为干扰造成的边缘称为,诱导边缘,，,过渡显著，多为短期现象。如干扰斑块或残余斑块与基质之间的过渡是比较突然，边缘比较窄。,2,）影响边缘宽度范围的主要因子：,太阳辐射角，面向赤道方向超过面向两极方向的宽度；,温带地区的边缘带通常比热带地区宽；,在活跃期或生长季节，盛行风向所形成的边缘带通常要比其他侧宽得多；,斑块和基质在垂直结构上差异越大，则边缘宽度越大；,干扰边界随群落的发展会逐渐消失。,3,）林缘对森林植物和动物区系成分有很大影响。,如：小片林地中,心,的种子雨是以林缘植物种子为主，这样最终将改变森林的树种种类组成，内部耐阴植物将被来自林缘的不耐阴的种类所代替。因此小的和形状不规则的森林斑块不大可能维持森林内部的植物种群，也就是说，,小的和形状不规则的森林斑块的稳定性弱。,此外，人们还发现，鸣禽一般不在林缘做巢，而是在林地的中心部位。为此，有些动物种群就被限制在边缘环境或内部环境之中。,（五）斑块的数量与空间构型,斑块一般不是单个而是多个斑块共存于景观中。前面所讲的是个别斑块的起源、大小、形状的生态学意义。在这里介绍一个景观中多个斑块的数量结构与斑块间的相关性指标（空间构型指标）。,1,、斑块数量的表示方法：,在研究某一景观时，可以用下面的方法来表示斑块的数量结构：, 群落类型或生态系统类型；, 景观中各个斑块的起源类型；, 各斑块面积的大小等级及相应数量；, 景观中各斑块的形状类别。,以上不同的表示方法，可以说明不同的情况。,2,、斑块相关性指标,(1),单个斑块的隔离度,(isolation),式中,r,i,是斑块,i,的隔离；,n,是所研究的邻近斑块数目；,d,ij,是斑块,i,与任意相邻斑块,j,间的距离。,(2),斑块间的易达性,(accessibility),式中,a,i,是斑块,i,的易达性指标；,d,ij,是斑块,i,和,n,个相邻斑块中任一斑块,j,之间沿连线如廊道的距离。,(3),斑块间的相互作用,(interaction),式中,I,i,是斑块,i,与相邻,n,个斑块间的作用度；,A,j,是任一相邻斑块,j,的面积；,d,ij,是斑块,i,与任一斑块,j,边缘间的距离。,(4),斑块总隔离度：,式中,2,x,2,y,分别为,x,、,y,坐标的方差。,(5),多个斑块的分散度,(dispersion),式中,R,c,是分散度指标；,d,c,从一个斑块中心到其最近的斑块间的平均距离；,是斑块平均密度。当,R,c,=1,时，斑块随机分布；,R,c,1,时，斑块呈均匀分布。,3,、斑块的格局,斑块在空间上的分布、位置和排列特征称为斑块的格局，一般可将景观斑块格局分为随机分布、规则分布、聚集分布三种形式。,随机分布,规则分布,聚集分布,思考题：,(1),当斑块面积相等时，圆形、正方形、长方形等形状中，哪种斑块的周边长度或或者说哪种形状的,D,值最大？,(2),若某区域，设计一片森林，为保护更多的生物和为该区域鸟类提供栖息地。请问这一片森林的形状应为何种形状更有利？请说明理由。,斑块配置,(,configuration,),相同类型斑块在空间如何分布配置，其基本格局会有哪,些？,不同类型斑块之间是否存在毗邻性或排斥性？,目前对斑块空间格局与干扰传播的研究较多。,假设,1,：,如果，一个斑块是火灾或病虫害爆发的干扰,源，当斑块被隔离时，能阻止干扰扩散。,假设,2,：不同类型的斑块镶嵌在一起，能够形成有效的屏,障，阻碍干扰传播。,反例：草地、灌丛、针叶林镶嵌加强干扰传播,混交林虫害较少可能主要由于鸟类的捕食作用，而非直,接的阻碍作用。,4.,斑块的动态与持久性,（,dynamics and persistence,）,斑块的动态变化和持久性依赖于斑块起源、干扰频度、面,积大小等因素。,起源类型,成因,自然演替方向,变化速度,disturbance patch,干扰,进展演替,快,remnant patch,干扰,退化,恢复,快,environmental patch,环境的异质性,稳定,慢,regenerated patch,天然更新,进展,快,introduced patch,人工引入,不定,较快,5.,景观斑块的组合形式,6.,斑块类型（,Patch Types,）,在不同的景观中，依据研究的需要，斑块类型有不同,的划分方法。,斑块划分的依据：,斑块的面积,群落类型,地形特征,斑块的外貌特征,景观的类型,二 廊道（,corridor,）,廊道：指外观上不同于两侧基质的狭长地带（地表区域）。是形状特化的斑,块。,廊道或呈隔离的条状（公路、河流），或与周围基质呈过渡性连续分布（更,新过程中的带状采伐迹地）；廊道两端与大型斑块相连。,廊道,(corridor),是指景观中与相邻两边环境不同的,线性或带状结构,。它既可以呈隔离的条状，如公路、河道；也可以是与周围基质呈过渡性连续分布，如某些更新过程中的带状采伐迹地。廊道两端通常与大型斑块相连，如公路、铁路两端的城,(,镇,),，树篱两端的大型自然植被斑块等等。,廊道的起源与斑块的起源相似。,（,一）廊道的类型,1,、与斑块的分类相似：根据廊道的起源，廊道可以分为自然的和人工的，包括干扰型、残留型、环境资源型和人为引入型（包括种植型、再生型）等。,2,、根据廊道的组成内容或生态系统类型可分为：林带、河流、道路等。,3,、按功能分为：输水、物流、防御、信息、能流。,4,、按几何形态分,3,种基本类型：线状廊道、带状（窄带）和河流（宽带）廊道,。,（下面分别详述）,（,1,）,线状廊道,是指全部由边缘物种占优势的狭长条带（宽常为,12m,以下）。如道路、堤坝、灌渠、输电线、树篱、排水沟等。,在城市景观中，,绿道,(greenway),的生态效应已引起广泛关注,(,肖笃宁和李秀珍,1995),。,乡村景观的道路（廊道）,在农业景观中，,道路,则往往因就地取土而与沟渠伴生,(Li 1999,，,2000),。,堤坝（如沿河流走向的堤坝和沿海岸线修筑的堤坝），,沿河流走向的堤坝因束缚了水的自然漫溢；而沿海岸线修筑的堤坝,(,如辽河三角洲地区,),则会因阻断了潮汐通道而破坏了原有的生态洄游路线，以致造成严重的生态后果。,在温带地区，,树篱,(hedgerow),是一种很常见的线状廊道，通常与耕地相邻接，,我国的农田防护林体系就是由这种树篱廊道构成的,，在防风固沙，改善农田小气候，提高农作物产量上起着很大作用。防护林的树种往往比较单一，如杨树、柳树、枣树、泡桐、紫穗槐等等，且树龄一致，水平和垂直结构都较均一，生物多样性低。还有一些沿篱笆或沟渠形成的再生树篱和林区采伐形成的残存树篱，生物多样性相对较高些。,（,2,）,带状廊道,是指含丰富内部物种的内部环境的较宽条带。我国北方地区沿铁路或高速公路栽植的白杨林带，以及东南沿海地区较宽的防护林带。线状廊道与带状廊道的基本生态差异主要在于宽度，带状廊道较宽，每边都有边缘效应，足可包含一个内部环境。,研究表明，树篱廊道和物种多样性之间在树篱宽度为,12m,时存在一个明显阈值，界于,3-12m,之间，廊道宽度与物种多样性之间的相关性接近于零，当宽度大于,12m,的树篱，植物物种多样性平均为狭窄树篱的两倍以上。边缘物种与廊道宽度无关。可以认为，树篱宽度小于,12m,的为线状廊道，大于,12m,的为带状廊道。当然，这两种区分应与研究对象和尺度相联系。,（,3,）河流廊道,是指沿河流分布而不同于周围基质的植被带。它包括河道边缘、河漫滩、堤坝和部分高地，其宽度随河流大小而变化。河流廊道的主要功能在于控制水流和矿质养分的流动，可减少洪水泛滥、淤积和土壤肥力损失，同时也是人类的重要运输线，并富有可收获的资源，如渔产品等。对一些物种的迁移也起着通行或阻断作用。,据此可以认为，河流廊道的适宜宽度应以有效完成上述的功能为原则。由于河流沿岸水分条件较好，又多以富含营养物质的冲积物为主，因此河漫滩的植物生产力较高，且能在遭受洪水破坏后较快恢复。,河岸带特别适于人类生存，人类居住地首先挑选河岸带，而四大文明古国也都发源于相应的水系。,（二）廊道的结构特征,1,、长度与宽度可以表述廊道的线性特征：,长度可以确定廊道同基质接触的程度，宽度可以确定廊道对基质的干扰和对动植物阻隔的程度。,2,、曲度或通直度,：廊道曲度,(curvature),即廊道的弯曲程度，对景观中的物流能流起着重要作用。如弯曲河道与自然或人工取直后的河道对河岸线侵蚀、航运等方面的影响有明显的不同。一般来说，廊道越直，距离越短，生物在景观中两点间的移动速度就越快。但并不是越直越好，如在旅行中的道路，以及河流要有自然的弯曲度等。,廊道的弯曲程度,3,、连接度：,是指廊道在空间上连续程度的量度，可简单地用单位长度上间断点或断开区（,gaps,）的数量来表示。廊道有无断开区是确定通道功能和障碍功能效率的重要因素，因此连接度是廊道结构的主要量度指标。如农田防护林为拖拉机的进出留出的裂口是必要的，还有如高速公路等，但也会防碍该廊道的整体功能。一般认为连接度越高，廊道的功能水平越高。,廊道的间断点对沿廊道或横穿廊道的物种流起着重要作用。,4,、廊道的周长面积比：,廊道的周长面积比是判断廊道结构的主要指标。可用廊道的长度与该廊道的面积之比来描述。,5,、廊道密度指数：,是指景观中单位面积内廊道的长度。主要用表示廊道的疏密程度。用公式表示为：,D=,廊道的长度,/,景观的面积。,6,、非均匀度（,NE,）：,非均匀度是用来表述廊道空间分布的均匀程度。可通过格网的方法来计算，即将景观分成个格网（可以根据具体情况调整格网的大小），公式为：,式中，,L,n,为第,n,个格网内的廊道长度；,A,n,为第,n,个格网的面积。,（三）廊道的功能,1,、生境,(,栖息地,),的作用：为某种生物种群提供适宜的生境，成为该物种的栖息地。如河流生态系统、植被枝带等。,2,、传输通道作用：如河流，它是许多鱼类和其他水生动物的迁移通道；又比如高速公路，它是人类及其物资的运输通道。,3,、过滤和阻抑作用：如河流阻碍了一些陆生动物和人类的迁移，公路妨碍了许多垂直于公路延伸方向的运动。,4,、作为能量、物质和生物的源与汇：如农田中的防护林带，一方面具有较高的生物量和若干野生动植物，为景观的其他组分起到源的作用，而另一方面也可能阻拦和吸收来自周围农田水土流失的养分和其他物质，从而起到汇的作用。,此外，还有观赏的作用。,我国万里长城（廊道）的功能,（四）廊道的典型类型,1,、绿色道路廊道,（,1,）城市道路绿化：城市道路绿化断面形成有,5,种。,三板四带式,四板五带式,一板二带式,一板四带式,二板三带式,（四）廊道的典型类型,1,、绿色道路廊道,（,2,）高速公路绿化 应注意如下问题：, 用较宽的绿带将道路隔开，绿带上种植矮小的灌木和花卉，不可种植乔木，绿带宽度最少,4,米；,干道两侧要各留出,20,30,米的安全防护带，依次种植草坪或宿根花卉、灌木、乔木，由低至高，既起防护作用，又不妨碍行车视线。,（四）廊道的典型类型,1,、绿色道路廊道,（,3,）铁路绿化 应注意如下问题：, 两侧种植乔木时，要离开铁路外轨至少,10,米，种植灌木时，至少,6,米；, 边坡不能种植乔木，可采用草本或矮小灌木护坡，以防水土冲刷，保证行驶安全；, 通过市区或居民区时，在可能的条件下应留出较宽地带种植乔灌木，以减少噪声对居民的影响；, 公路与铁路平交时，应留出,50,米的安全视距，距公路中心,400,米以内，不可种植遮挡视线的乔灌木；,铁路转弯处内径小于,150,米，转弯处不得种植乔木，可种植小灌木和草本。,（四）廊道的典型类型,2,、农田防护廊道,农田防护林是防护林体系的主要林种之一，是指将一定宽度、结构、走向、间距的林带栽植在农田田块四周，通过林带对气流、温度、水分、土壤等环境因子的影响，来改善农田小气候，减轻和防御各种农业自然灾害，创造有利于农作物生长发育的环境，以保证农业生产稳产、高产，并能对人民生活提供多种效益的一种人工林。 大量实践和研究证明，农田防护林对农作物的增产效果明显。,（四）廊道的典型类型,3,、河流廊道：河岸带植被具有重要的功能。,(1),物种源和栖息地,调节气候,养分,能量源,净化水质,农、林、牧业基地,三,.,基质,（,matrix,）,景观中的背景地域。在景观中，,面,积最大、连接性最高、起控制作用的,景,观要素类型。控制景观动态是基质的最,根本特征。,三、基底,（一）基底的判定标准,基底（,matrix,）是景观中面积最大、连通性最高并且在景观功能上起着优势作用的景观要素类型。如广阔的草原、沙漠、连片分布的森林等等。,有时在研究景观时，难以确定每个景观要素的作用。因此有必要区分基底与斑块，才能确定各个景观要素的作用。基质的判定标准有三个：,1,、相对面积,面积是基质在景观中作用大小的一项重要指标，因此常采用相对面积（,relative area,）作为定义基质的第一条标准，如果某种景观要素占景观面积的,50,以上，那么它就很可能是基质。,但是，景观要素的面积不是判定基底的唯一标准。在异质性很强的镶嵌景观中，可能任何一种景观要素的面积都不会超过,50,。这时候就需要用其他标准来判定了。,2,）连通性：当一种景观要素类型完全连通，可确定为基,质。,解析：当两种景观要素面积相当时，连通性较高的类,型，或者当景观中的某一要素（线性或带状要素）连接,较为完好，并环绕所有其他现存景观要素时，均可判定,为基质。如具有一定规模的树篱等。,有时，相对面积标准会与连通性标准矛盾。,2,、连通性（结构上连通）,如果景观中某一要素连接得较为完好，并环绕所有其他景观要素时，可以认为是基底，如具有一定规模农田的林网、树篱等。这类基质通过连接不同的景观要素，把整个景观联系在一起。,连通性（,connectivity,）高的景观要素具有三个方面的作用：该要素可起一种分隔其他景观要素的物理屏障的作用；当以细长条带相交形式连接时，景观要素可起一组廊道的作用，便于物种迁移和基因交换；该要素可环绕其他景观要素而使其形成孤立的“生物岛屿”。,3,、动态控制,如果景观中的某一要素对景观动态控制（,dynamic control,）程度较其他要素类型大，也可以认为是基质。,要了解各个景观要素类型对景观的动态影响，而要人们进行野外调查或查阅有关资料，研究各种生物种类的生物学特性和生态学特性，才能确定各个景观要素对景观的影响作用。,在许多景观中，动态控制的重要性往往比相对面积和连接度要大。在实际中，对不熟悉的景观判定其基质时，可将三个标准结合起来使用。,首先计算全部景观要素类型的相对面积和连通度。,如果根据相对面积的大小和连通度还不能确定哪种景观要素可作为基质，则需进行野外观测或查阅有关资料来判定哪一种景观要素对景观动态的控制作用最大。,3,）动态控制作用：指对景观的动态变化的起点、速度、,方向起主导和控制作用。从生态意义上看，对景观的,动态控制作用是判断景观基质最重要的标准。,解析：若前两标准都相当时，需要理论模型或进行野外观测，判断,某一景观要素对景观的动态控制程度。,一般控制程度高的元素处于扩展状态。 在实际判定基质时，可将三,个标准结合起来使用。具体计算全部景观要素类型的相对面积和,连接度水平，进行判定。,虽然，判别基质非常重要，但并不是所有景观都存在基质。,（二）景观基底的结构特征,1,、孔隙率（孔隙度）,（,1,）概念：孔隙度（,porosity,）是景观基质中所含闭合斑块密度的量度，即单位面积基质内的边界闭合,(,不接触所研究空间或景观的周界,),的斑块数目，与研究对象的尺度和分辨率有关。,（,2,）孔隙度的确定：,具有闭合边界的斑块数量越多，基质的孔隙度越高。,（,3,）,孔隙度的生态学意义,孔隙度可指示现有景观中物种的隔离程度和潜在基因变异的可能性，也是景观边缘效应总量的一个指标，对野生动物管理有重要的指导意义，对物流、能流和物种流也有重要影响。,例如，在针叶林景观中，田鼠经常出没在湿草地斑块上。在某些季节，田鼠会进入森林基质，啃食更新幼苗。当草地斑块的孔隙度较低时，田鼠对森林的影响很小，当孔隙度高时，田鼠危害则很大。,在实际生产活动中，孔隙度的研究也有重要意义。在城镇人工建筑景观中，绿地斑块有重要的作用。绿地的大小、距离直接影响居民的生活质量、城市美化与功能的发挥。在森林采伐中，采伐斑块的大小与距离直接影响采运木材。因此，孔隙度已作为采运木材的一个重要经济因素来考虑。,:,与,斑,块,大,小,无,关,。,隙,度,。,它,是,基,质,中,斑,块,密,度,的,量,度,。,孔,隙,度,单,位,面,积,的,斑,块,数,目,称,为,孔,斑,块,在,基,质,中,称,为,孔,。,2,景观边界形状（,landscape boundary shape,）,（,1,）边界,(boundary),定义,边界（也称为生态交错区）是在特定时空尺度下，相对均质的景观之间所存在的异质性过渡区域。即相邻生态系统之间的过渡区，往往也是尺度较大的不同景观类型之间的边界地带，如沙漠边缘，海陆交错带，山地与平原的交错地带等等。,生态过渡带和景观边界在实际含义上没有严格的区别，在特征上都要受到时间和空间尺度，以及相邻生态系统之间作用强度的影响。因此在景观生态学领域里已基本通用。,（,2,）边界的形状,边界的形状是各式各样的，可起过滤或半透膜的作用，所以对基质与斑块间的相互作用至关重要，可推论区分出三种形状：,（,1,）扩展形：沿凸面边界向周围扩展,（,2,）残遗形：处于缩减状态，有凹面边界,（,3,）稳定形：相对平缓波浪边界,3,连通性,本底的连通性在生物多样性保护中起着关键性作用。,四,.,网络,引言：属景观要素间的空间联系方式。网络包括廊道网络和斑块网络两类。,网络,:,网络是由相互连接的廊道或者通过廊道在空间上联系起来的斑块构,成的网格状结构（包含斑块面积极度扩大，高度孔隙化的形状特化的基,质）。,四、网络（网络,结点模型）,（一）网络结构类型,网络结构包括由廊道相互连接形成的廊道网络，和由同质性和（或）异质性景观斑块通过廊道的空间联系形成的斑块网络。,网络是本底的一种特殊形式。把不同生态系统相互连接起来，是景观中最常见的一种结构。例如：,我国东北西部半干旱区，通过防护林带把农业生态系统、草原生态系统和城市生态系统连接起来，构成一个多功能的复杂网络。某些特殊网络，如小路和公路，则对于动物和人的移动都起着有效的作用。,（二）廊道网络的结构特征,通常意义上的网络是指,廊道网络,。廊道网络可分为两种形式：,分枝网络,(branching network),是一种树状的等级结构，如河网；,环形网络,(circuit network),是一种封闭环路结构，如公路网。网络在结构上的重要特点有：,结点类型、网状格局、网格大小、连通性、闭合性（环度）及网络中的廊道密度,等。,1,、网络结点,廊道之间的交点是多种多样。常见的类型有,十字型、,T,型、,L,型和终点（与斑块连接）,。有些交叉点处还可起到小片地块的作用，比廊道宽，但作为独立的景观要素又太小。在这类交叉点上，物种丰富度往往比周围廊道要高，这种效应称为,“,交叉效应,”,。,交点或终点通常可起到,中继点,(,站,),的作用，不是迁移的目的地。中继点常起到对流的某种控制，如扩大或加速物流，降低流中的“噪声”或“不相关性”，以及提供临时的贮存地。,2,、网状格局,相互连接并含有许多环路，具有线状特征的景观要素可以构成一个网状格局。可表现为网格状网络格局（树篱网）、树枝状网络格局（河流水系）、环圈状网络格局等多种网络格局。,网状格局的形状及其成因与多种因子关系密切。 当地的历史和文化通常是决定景观网络空间格局的重要因素，网络格局总是随着经济、社会以及环境的变化而变化。,北京城区街道景观图,3,、网格（眼）大小,网络内景观要素的大小、形状、环境条件、物种丰度和人类活动等因素对网络本身都有重要影响。相反，网络又对被包围的景观要素给予影响。在这种相互作用中，网格的大小起着重要的作用。,可用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的大小来表示网格的大小,。网格大小有重要的生态、经济意义。例如,防护林网的网眼大小与防护效应关系密切（景观功能）。,研究景观网络中网眼大小与物种粒度的关系特别重要。,由于物种在完成其功能,(,觅食、护巢、繁殖,),时对网络线间的平均距离或网格的大小相当敏感。在法国，一种领地较小的食肉性甲虫，在农田平均网眼面积大于,4hm,2,时会消失。相反，领地较大的物种，如猫头鹰，通常大网眼大于,7hm,2,时才会消失。,道路网络的网眼大小对一些野生动物的觅食、筑巢和迁移也起着非常重要的作用。如：,啮齿类动物白天活动时一般会避开交通繁忙的公路；鸟类虽然可以飞越道路，但其巢穴一般会远离大路和其他人类活动较频繁的地方，觅食时也有一定的选择性。,在城市规划建设中，人们通常主要采用道路把市区分割为许多小区，如果道路过密，形成的网格过小，必然对网格内的生态环境、人们的生活生产等产生许多的不良影响，另一方面，修路及道路维护等需要花费大量的人、财、物等；但是道路过稀，对城市各种生产活动也产生较大的不便。,因此，合理的道路密度就成为了城市建设中一个重要的问题。,网格大小在采伐作业和农业经济方面也有一定意义。,可见，景观网络中网格大小也就成为了网络的一个重要特征。,4,、网络的连接程度（连通性）,连通性是网络的重要特征，在一个系统中所有交点被廊道连接起来的程度就是网络的连通性。连通性是,网络复杂度,的一个指标。,指数方法特别适宜于计算网络连通性。,指数是一个网络中连接廊道数与最大可能连接廊道数之比。,式中，,L,为连接廊道数；,V,为节点数；,L,Max,为最大可能的连接廊道数；,指数的变化范围为,0-1.0,，,为,0,时，表示没有节点相连；,为,1.0,时，表示每个节点都彼此相连。,图,a,中：网络中有,12,个连接，,13,个节点。,图,b,中：网络中有,18,个连接，,13,个节点。,连通性指数是景观设计中应予考虑的一项，比如设计自然保护区时，要考虑到网络连通性对各种动植物迁移、寻食、繁殖和躲避干扰等活动的影响。同样在城市规划中，也要考虑交通网络的连通性。,5,、网络的闭合性（环度）,网络环度采用,指数测量。指数表示能流、物流和物种迁移路线的,可选择程度,，也是网络复杂度的一个指标。无环的网络其连接数比节点少,1,个（,L=V-1,），若我们在这个网络上增加一个闭合连接，就形成一个环路。因此，当有环路存在时，,L,V-1,。,现存的环路数与现存连接数的关系，用,L-V+1,表示，即一个网络中独立环路的实际数。,环度,指数是网络的实际环路数与网络中存在的最大可能环路数之比。最大可能的环路数是最大可能的连接数即,3,（,V-2,）减去无环路网络连接数,(V-1),，即,2V-5,，因此，,指数为：,值的变化范围为为,0-1.0,，,为,0,时，表示网络无环路；,为,1.0,时，表示网络具有最大可能的环路数。（以前面的图,a,、,b,为例加以说明）,这样，假设一个物种沿着,a,网络通过景观时，就没有可供选择的路线，而若沿着,b,网络通过景观，就有几种可供选择的路线，从而可以躲避干扰或天敌以及减少时间和路程。,此外，网络廊道的密度等特征。,五,.,城市绿地网络系统,1.,城市绿地系统的网络结构,城市绿地网络结构系统主要由公园绿地、生产绿地、,防护绿地、附属绿地和其他绿地五大类构成。,道路绿带状防护绿地、河流和滨河带状绿地等绿地廊,道，将城市公园绿地、苗圃生产绿地、街头绿地、单位庭,院绿地、自然保护地、农用地和山地等绿地斑块连接起,来，构成一个景观绿地网络系统。,2.,城市绿地网络系统的属性（连接性、结点、多向利用、多样性和可,及性）,1),连接性：是自然体系的本质特征。通过自然廊道，连接郊野植被、,郊区和城区形成各异质生境斑块的生境自然连续体促进绿地网络,生境景观结构的多样性和稳定性。,廊道应宽和连续，廊道生境应满足目标植物的需求，形成网状,结构、增加物种在景观中迁移路线的可选择性。,2),结点：一定的面积，特别是重要结点位置，保证绿地系统整体生,态功能。具体规划实施需发挥公园、街头绿地和自然保护地等成片绿,地功能，还应优化增加网络中结点数量，提高结点间连接性。,3,）多向利用和多样性：将传统美化和娱乐功,能拓宽至：减轻污染、野生生物保护、防洪减,火、改 善水质、环境教育、社区凝聚等。将,生态多样性和文化特色结合起来，采取多样性,和多元化方式，构筑多功能和多用途的绿色空,间。,4,）可及性：重视绿地的服务半径，使市民能,充分、便捷地利用和享受绿色空间提供的生态,服务。,第三节 景观空间格局,一,.,景观格局的概念和成因,1.,景观格局,(landscape pattern),的概念,指景观要素在景观空间内的配置和组合形式，是景观,结构与景观生态过程相互作用的结果。,在长期的景观生态过程作用下，特定景观要素类型、,数目以及空间分布与配置，不同景观要素空间排列和组合,形式，不同景观结构成分间空间关系，总呈现出一些基本,的规律，符合特定模式，通过分析能够掌握其本质特征。,2.,景观格局的成因,景观是在气候、地貌、土壤、植被、水文、,生物等自然因素及人为干扰作用下形成的有,机整体。,景观格局是景观形成因素与景观生态过程长,期共同作用的结果，反映景观形成过程和景,观生态功能的外在属性。,二,.,景观格局的类型,1.,景观格局基本类型,(Forman,，,1990),1,）规则式均匀格局,指某一特定属性的景观要素在景观中的空间关系基本,相同、距离基本一致的一种景观格局。如林区长期的规则,式采伐和更新形成的森林景观、平原农田林网控制下的景,观。,2,）聚集格局,同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起同类景观,要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再,散布在整个景观中。在丘陵地区农业景观中，农田多聚集,在村庄附近；华北山地林区和南方丘陵浅山地区的各类森,林斑块相对集中，聚集成团。,3,）线状格局,指同一类景观要素的斑块呈线性分布。如村庄沿公路,和河流的分布，耕地、河岸植物带、公路和铁路沿河流的,分布。,4),平行格局,指同一类型的景观要素斑块呈平行分布。宽阔河谷河,流两岸的河岸带、各级阶地农田和高地植被带呈现平行分,布格局。,5),特定组合或空间连接,指景观中一种景观要素出现与另一种景观要素出现的,一种相关联格局。正相关空间连接，如城镇与道路相连,接，稻田与河流或渠道相连接；负相关空间连接，如平原,稻田区很少有大片林地出现,。,2.,基于结构特征划分的景观类型,据景观结构特征将景观划分为斑块散布型、网络型、,指状型和棋盘型等,4,种类型。,1,）散布型,在散布景观中，基质相对面积、斑块大小、斑块间,距离、斑块分散度是反映景观格局特征的基本参数。,基质相对面积对景观中某些物质的源区和汇区功能影,响很大。大面积的周围干旱地区会使湿润绿洲斑块变,得干燥，农区的大量居民获取薪炭材资源将使分散的,片林日益萎缩。,2,）,网络型,网络状景观中，廊道密度、宽度、连接度、网络路,径、网眼大小及结点大小和分布对各种生态过程影响显著。,平原农区的粮食生产、土壤侵蚀和退化取决于防风林,带宽度和连通性；动物在景观中活动无疑受廊道网络连通,性影响；河流廊道和河岸植被带的结构和分布状况影响河,流的水文和水质特征。,3,）指状型,指状景观中，相邻生态系统相互作用强烈，边,缘总长度大，有利于边缘种生存。不同景观要素的相,对面积，,“半岛形”组分的丰富度和方向性，其长和,宽等都会影响景观过程。,如农田与森林交错的指状景观，农田中的家畜会,妨碍森林更新，而森林中的草食动物也会影响农田中,的农作物。,4,）,棋盘型,在棋盘状景观中，景观的粒度、网络的,规则性或完整性以及总边界长度都是主要结,构特征。景观的粒度大小决定内部种多度和,生物多样性，细粒景观包含更多的边缘种；,棋盘格子的规整性控制着生物体在景观中的,移动和定居。,谢,谢！,思考题：,1,、什么是斑块？斑块的起源有哪些？斑块有哪些类型？各类型有什么特点？,2,、如何理解斑块大小对能量、营养物质分配的影响？,3,、斑块大小的测度指标有哪些（如何描述景观中斑块的大小）？如何解理解斑块大小与物种数量的关系？斑块的大小通过什么方式影响斑块中的物种数量？,4,、岛屿生物地理学理论的主要内容及其在景观规划中的有哪些指导意义？,5,、如何计算斑块的形状系数？从斑块形状的生态学意义来理解，在景观规划设计中，为什么要求配置多种形状的斑块？,6,、举例说明斑块大小和形状各有什么意义？,7,、如何表示景观中的斑块数量结构？描述斑块相关性（斑块空间构型）的指标有哪些？,思考题：,8,、廊道的定义，廊道的起源，主要类型，结构特征及其主要功能。,9,、,基底的定义及判断景观基底的标准有哪些？,11,、对一个不熟悉的景观应如何判断其基底？,12,、什么是景观的孔隙度（孔性）？计算景观孔隙度有何意义？景观基底的结构特征包括有哪些内容？,13,、网络的主要类型及廊道网络的主要结构特征。,14,、为什么说合理的道路密度成为了城市建设中一个重要的问题？,