景观生态学第21章

1、2 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) 2.1 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。 2.1.1 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

2、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(

3、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 2.1.2 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

4、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

5、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

6、） （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 SN SF 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

7、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 2.1.3 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 A L D 2 形状系数 2 边缘与

8、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：

9、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

10、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 2.1.4 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、 2.2 廊 道 (corridor) 与本底有所区别的一条带状土地,

11、可以看作是一 个线状或带状的斑块. 例如:树篱、公路 2.2.1 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 2.2.2 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 2.2.3 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

12、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

13、。 2.2.4 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线状廊道与带状廊道的对比 带状廊道与线状廊道的基带状廊道与线状廊道的基 本生态差异主要在于宽度，本生态差异主要在于宽度， 具有重要的功能意义。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

14、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

15、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。 2.3 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

16、为生境岛。 3 动态控制 例如：原始林采伐烧地、农田与林网 2.3.2 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