景观生态学之景观结构

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(disturbancepatch)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(remantpatch)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(environmentalpatch)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(introducedpatch)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(plantedpatch)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(homeshabitation)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=CAZS-多样性A-面积C-比例常数Z-一般为0.18~0.35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1.4~3.0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SsSLP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（inherentedge）：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（inducededge）：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(edgespecies)和内部种（interiorspecies)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4ha时消失，猫头鹰在网眼为7ha时消失。