景观生态学-期末论文-2012版

南师大采月湖区域景观结构、过程和功能一、引言1939年，自C.Troll提出景观生态学概念后，景观生态学研究在欧洲的兴起。景观生态学不仅是地理学与生态学的交叉，更是自然科学与人文科学的连接。景观结构特征不仅反映了自然界中元素和物质的分布与迁移、物种的分布与迁徙、径流与侵蚀，还反映了诸如交通、人口、文化传播等的人文过程。景观生态学的研究内容包括研究特定时空尺度下景观要素空间联系、在人为影响占主导的景观中对这种联系的调控方式，以及通过人类有序活动进行优化空间配置等。景观生态学被广泛应用在气候变化、生态水文、生物多样性保护、生态系统服务、生态恢复、土地可持续利用、人地系统耦合等诸多领域。本文从景观生态学的角度，运用其中的研究方法开展对南京师范大学采月湖区域的景观研究，结合GIS数据采集功能提取出采月湖的景观数据，分析其景观结构特征和主要过程，并对其景观功能进行评估。通过此次研究，有望达到巩固课程学习的目的，并开拓自身的研究思路，为今后的专业学习提供帮助。二、区域概述采月湖是南师大仙林校区内由人工开挖形成的人工湖。采月湖中心位于东经118°54’29’’，北纬32°06’36’’，湖面面积约为22906m2，呈梯形形状。湖面的延伸方向大致为东北-西南方向，东北侧湖面较宽，南北两侧逐渐向西南方向收拢。东侧为人工修筑的堤岸，西侧为人工建筑的音乐台，而南北两侧则是保留有较好的自然状态的湖岸。采月湖南侧为小山包，种有较稀疏的林木和灌木科植物，并修筑有人工的道路和观赏亭，对采月湖提供的水源主要来自降雨。采月湖北侧修有仙林宾馆，因此会有部分生活污水排入采月湖。采月湖地势相对于四周处于低洼位置，位于该流域的低洼处，因此每次降雨后四周的雨水将汇集到采月湖内，成为采月湖水的主要来源。本文选取的研究对象为采月湖及湖周边区域，在采月湖流域尺度下对采月湖景观系统进行分类，从景观结构、景观过程和景观功能进行分析其具有的景观特征。三、采月湖景观系统通过对景观系统各组成单元间相互生态关系的深入分析，可以揭示景观在其表象下更多的深刻内容。景观系统分类就是建立在对景观要素间相互有机联系的分析之上的，以景观过程为景观分类的理论依据，强调研究景观的生态客体流发生的范围与强度。事实上，景观要素间通过功能流发生密切相互作用是景观整体性的重要表现，范围与强度也正是景观的不同组织水平边界属性的客观基础。采月湖区域景观系统主要由自然景观和人工景观两类组成。通过查看百度地图的遥感影像以及实地考察可知，采月湖区域的自然景观主要包括围绕采月湖四周的低山丘，周边的天然林地和灌木林，以及部分草地。松树林位于采月湖及起霞坡南面山坡上，坡高约8m，植被密集，以松树为主，约4平方米/棵，树高3-4m左右，地面杂草密集，覆盖率几乎达100%。徐州校友林位于松树林东侧，采月湖南侧的山坡上，坡高5m左右，有较多乔木类植物，植被覆盖率高。人工景观主要包括道路、仙林宾馆、湖边的排水渠以及少量人工修建的假山、木板桥、音乐台等。仙林宾馆位于采月湖的西北侧，占据面积较大，与采月湖相照应。师院路和三江路将采月湖的三面围绕，仅剩湖南侧为小山丘。采月湖南岸修有排水渠，还有观赏假山，西安有人工修建的音乐台，而东岸有人工修建的堤岸。因此，采月湖的东、西、南三侧都被人工建筑物所封闭，唯有北岸保留了较多的自然堤岸状态。对于采月湖来说，其隶属于半自然状态，虽然早期是由人工开挖形成的，但是随着几年的生态演化，湖内已经形成了较为稳定和复杂的生态系统，湖底水草种类较多，并有鱼、鸟、禽类在此栖息。因此，目前的采月湖已经不完全具备人工湖的特性，而是成为了半自然状态的湖。研究区域如图1所示。图1采月湖百度遥感影像图四、采月湖景观特征分析景观特征分析的内容主要包括景观要素组成、景观要素的结构与格局特征、景观生态过程和景观功能。本文的基础数据底图来自百度地图的遥感影像数据，采用相对坐标系统进行景观要素的采集与制图输出，并运用专业软件Fragstat计算景观指标进行特征分析。1.景观要素景观要素是景观的基本单元。其最一般的数量特征就是面积、周长、形状，这些特征对景观结构、景观格局、景观多样性、景观异质性以及生态流、生物多样性等各种生态过程和现象有着深刻的影响。景观要素由斑块（嵌块体）、廊道和基质三大要素组成。斑块：泛指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，是景观中相对零碎的、相对均质的块状生态单元。如植物群落、湖泊、草原、农田和居民区等。采月湖是在本研究区域内的最大的自然斑块，斑块形状似梯形，占据整个研究区域的较大面积范围。采月湖周边都分布有众多林地和草地斑块，以西南侧山坡上的林地斑块和南侧的稀疏林地斑块为主，东侧和西侧有草地斑块，这几处斑块面积相对较大。其余位置都依稀分布有破碎的林地小斑块。采月湖北侧的仙林宾馆是该研究区域内最大的人工斑块，占据范围仅次于采月湖斑块，包括停车场、观景平台等区域。主要斑块要素的划分如图2所示。图2采月湖景观斑块分布廊道：是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构，与基质有所区别，亦称走廊。如河流、道路等。廊道一方面将景观不同部分隔开，另一方面又将景观另外某些不同部分连接起来。景观中廊道的作用主要有：运输、保护、资源、观赏等。在采月湖研究区内，师院路和三江路为主要的廊道要素，而在本文中由于数据精度的问题，排水渠、小路等廊道不作为考虑要素。主要廊道要素的划分如图3所示。图3采月湖景观廊道分布基质：是指景观中分布最广、连续性最大的背景结构。如森林基质、草原基质、农田基质等。在本研究区域内，主要的基质是山地。因此，本文中涉及的景观要素如表1所列。表1采月湖区域景观要素划分景观要素类型分类名称斑块建筑物、草地、林地、混合林、湖廊道道路基质山地2.景观结构与格局特征分析景观结构反映了景观要素的空间构成，内容包括景观要素类型、数量、大小、形状极其空间组合。景观格局是景观要素的空间排列形式，具有多样性、均匀性、聚集性、随机性、离散性等。常用遥感、GIS、统计分析等途径来对景观结构进行定量描述，常用的指数选择分为斑块水平指数、类型水平指数、景观水平指数。其中，景观结构指数包括斑块数量、斑块面积百分比、平均斑块面积、形状指数、边界密度等；景观格局指数有多样性指数、优势度指数、蔓延度指数、斑块结合度指数、破碎化指数等。在整体景观水平尺度上，本文选择如下景观指标：斑块数（NP）、斑块周长与面积比（PA）、斑块面积百分比、蔓延度指数（CONTAG）、Shannon多样性指数（SHDI）、聚合度指数（AI）来反映景观格局变化特征。1)蔓延度指数CONTAG既反映景观的空间分布，又反映不同景观类型的混置。2)Shannon多样性指数SHDI的大小反映景观要素的多少和各要素所占比例的变化。当景观是由单一要素构成时，景观是均质的，其多样性指数为0：由两个以上的要素构成的景观，当景观类型所占比例相等时，其景观的多样性为最高；各景观类型所占比例差异增大，则景观的多样性下降。3)景观集合度指数AI是对景观组成要素的最大可能相邻程度的度量，来源于斑块水平上的邻近矩阵的计算，仅仅反映同类型斑块的邻近程度。景观中的同类型斑块最大程度的离散分布时，其聚集度为0；当此类型斑块聚集的程度更加紧密时，聚集度也随之升高；当景观中的此类斑块被聚合成一个单独的、结构紧凑的斑块时，聚集度为100。通过ArcGIS10软件，将数字化得到的采月湖区域矢量斑块、廊道数据进行矢量转栅格操作，属性值为景观分类。利用软件Fragstat对此栅格数据进行计算，得到上述相关参数值如表2和表3所示。表2景观指标参数值指数NPCONTAGSHDIAI参数值1749.38081.647597.2300表3各类型斑块相关参数情况类型周长/面积斑块面积比道路0.47110.126557542建筑物0.25990.0738835混合林0.30950.227979275林地0.19910.305878767湖0.10760.205801675草地0.15160.059899242由上述计算结果得，整个研究区的斑块数共17个。其中，周长与面积比值最大的为道路廊道要素，其次为混合林斑块要素。根据矢量结果可以看出，道路要素的形状为狭长型，且具有多个分叉，占整个研究的范围较大，具有较大的复杂性，符合其周长与面积比值最大的特征。相比于道路，混合林斑块形状也具有一定的复杂性，比其他斑块复杂，但是其所占的范围相对较大，具有多个斑块且分布在不同的位置处，因此周长与面积比值比道路小，而比其他斑块的值大。建筑物斑块虽然形状具有复杂性，但是其在空间分布上较集中，仅一个斑块。因此，周长与面积比仅次于混合林斑块，比林地、湖和草地的值都高。林地、湖和草地的斑块形状较为规则，且分布位置集中，斑块少，因此其周长与面积值相接近。由蔓延度指数CONTAG可知，采月湖区域景观的空间分布较为复杂，不同景观类型相互混合。由多样性指数SHDI和各类型斑块所占面积比参数可知，采月湖区域景观为非均质景观，具有较复杂的多样性，且各景观类型所占比例较混杂，建筑物和草地所占比例最小，其余三类斑块依次增加，不同类型的斑块所占比例相差较大。由景观集合度指数AI值可知，采月湖景观中，各个类型的斑块聚集度较高，各自呈现为单独的、结构紧凑的斑块。3.景观生态过程生态过程是景观中生态系统内部和不同生态系统之间物质、能量、信息的流动和迁移转化过程的总称，主要包括自然过程和社会文化过程。自然过程包括元素和水分的分布与迁移、物种的分布与迁移、径流与侵蚀、能量的交换与转化等等；社会文化过程包括交通、人口、文化的传播等等。采月湖区域主要的物质能量来自于自然界的降雨过程，以及部分物质来自仙林宾馆的生活用水。采月湖处于整个景观系统的中心，对整个系统的生态过程起到关键作用，维持着整个系统的平衡。采月湖与周边的林地等斑块构成了一个小型生态系统，既汇集了来自这些斑块地区的物质与能量，同时也为这些斑块提供了稳定的水源条件和局部气候条件，使其保持稳定与平衡。同时，采月湖自身也是一个较大的生态系统，湖中的水生植物与动物形成了采月湖特有的生态系统。湖中生长有多种水草以及鱼类等，并有少量的禽类栖息在此。采月湖为这些动植物提供了物质与能量，促进它们在这繁衍生息。采月湖区域景观不仅在自然环境中起到了至关重要的作用，还为这一带的人文景观带来了重要的价值。采月湖作为一个较大的湖泊水体，与周边的林地斑块一起相互联系，为人们提供了一道靓丽的风景线，为来校游览和参观的人群提供了一个很好的休憩之地，提升了仙林宾馆的竞争实力和区位优势。但是，由于采月湖所处的地理位置较为封闭，且能量与物质的交替方式单一，有大量的生活污水会进入湖内，而湖水的更新速率慢。因此，从长远角度考虑，若不做适当的生态保护与规划，采月湖的生态系统最终将收到破坏，直至崩溃。4.景观功能景观功能是指景观系统对各类生态客体（物质、能量、信息、物种）时空过程的综合调控过程，具体表现为景观中的各种生态客体流。人类对景观的管理主要目的在于协调各景观要素之间的相互关系，使景观要素间的生态客体健康地、有序地进行，在保持景观的可持续性的基础上，最大限度地利用景观生态客体流。根据景观结构与功能原理，景观的功能与景观的结构紧密相关。事实上，通过对景观结构的优化，调整景观要素的时、空格局，是人们利用景观功能的最直接也是最自然的过程。景观功能通过物质循环与能量流动以及动植物运动来实现，研究的景观功能必须研究景观中能量、物质的流动和再分配过程，以及动植物的运动规律。采月湖区域景观结合了自然与人文的景观要素，是一个混合的景观。区域中的林地、山丘等斑块为该区域聚集了来自自然界的物质能量，主要为水资源。水通过降雨过程汇集到采月湖区域景观内，携带了大量物质与能量，为整个景观结构带来了生命力。同时，通过水在这个景观结构中的流动、吸收、传递等过程，将各个斑块结构连通起来，形成一个有机体。采月湖在这个景观结构中起到关键性的作用，是整个景观系统的核心，维系着景观结构的物质能量的交换。同时，对该区域内的小气候圈起到一个调节和稳定的作用。不同的植被斑块