第三章 景观异质性(景观格局的数量化方法)

名词解释：1景观：在几平方千米到数百平方千米的范围内，由不同类型的生态系统以某种空间组织方式组成的异质性地理空间单元。

2景观要素：景观是由异质性生态系统组成的陆地空间镶嵌体，这些相互作用的，性质不同的生态系统称为景观要素。

3异质性：景观内部事物或者其属性在时间或空间分布上的不均匀性或非随机性特征。

4尺度：对研究对象在空间上或时间上的测度。

5尺度效应：生态学系统的结构、功能及其动态变化在不同的空间和时间尺度上有不同的表现，产生的不同的生态系统。

6空间异质性：指某种生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度。

7复合种群：由空间上相互隔离，但又有功能联系的2个或2个以上亚种群组成的种群系统。

8气候：是指地球表面长期以来大气物理现象的综合体现，既包括稳定的情况也包括其变化和极端的情况。

8有效积温：从某一时期内的平均温度减去生物学零度，再乘以该时期天数。

9物候：自然界的生物和非生物受外界环境因素综合影响而表现出来的季节性现象。

影响因素有纬度、经度、海拔高度。

10干扰：是使生态系统、群落或种群的结构遭到破坏和使资源、基质的有效性或物理环境发生变化的任何相对离散的事件。

11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。

12边缘：指两个不同的生态系统相交而形成的狭窄空间。

边缘效应：斑块的边缘部分有不同于内部的物种组成和过渡。

13本底（基质）是景观中范围最大、连通性最好，在很大程度上决定着景观的性质，对景观的动态起着主导作用的景观要素。

：14生态交错带：在生态系统中，不同物质能量体系、结构功能体系之间形成的界面。

有河岸带和林带填空：1景观的三种理解：视觉美学、地理学、景观生态学。

2景观的基本特征：1景观是一个生态系统，2是具有一定自然和文化特征的地域空间实体3是异质生态系统的镶嵌体4是人类活动和生存的基本空间补充1生态系统的聚合2各生态系统之间的物质能量流动和相互影响。

3具有一定的气候和地貌特征。

4与一定的干扰状况的聚合对应。

景观生态学原理|——景观格局与分析景观的三个特征：1、格局：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2、功能：景观单元之间的相互作用，生态系统组分间的能量流动、物质循环和物种流3、动态：斑块镶嵌结构与功能随时间的变化3.1 景观发育景观格局的形成，受到生物与非生物两个方面的影响3.2 景观要素景观要素包括景观斑块、廊道、基质，以及附加结构3.2.1 斑块（patch）空间的非连续性以及内部均质性1. 斑块起源主要因素：环境异质性（environmental heterogeneity）自然干扰（natural disturbance）人类活动（human activity）1、环境资源斑块由于环境异质性导致，稳定，与自然干扰无关，由于环境资源的空间异质性和镶嵌规律2、干扰斑块由于基质内的各种局部干扰引起，具有最高的周转率，持续时间最短3、残存斑块是动植物群落受干扰后基质内残留的部分4、引进斑块人们把生物引入某一地区后形成的斑块1）种植斑块2）聚居地2. 斑块面积1、对物质和能量的影响2、对物种的影响1）岛屿，面积效应——生境多样性（habitat diversity）——物种多样性2）陆地，基质异质性高3. 斑块形状斑块的形状和走向对穿越景观扩散的动植物至关重要1、圆形和扁长形斑块，内缘比（interior ratio）2、环状斑块3、半岛4. 斑块镶嵌相似的斑块容易造成扩散不同类型的斑块镶嵌，能够形成对抗干扰的屏障、5. 斑块化（缀块性，patchiness）与斑块动态1、斑块化机制斑块化：斑块的空间格局及其变异，大小、内容、密度、多样性、排列状况、结构、边界特征对比度（contrast）：斑块之间以及斑块与基质之间的差异程度空间异质性（spatial heterogeneity）：通过斑块化、对比度以及梯度变化所表现出来的空间变异性生物感知（organism-sensed）：生物对于斑块化的反应最小斑块化尺度（smallest patchiness scale）：粒度（grain）最大斑块化尺度（largest patchiness scale）：幅度（extent）斑块化动态：斑块内部变化和斑块间相互作用导致的空间格局及其变异随时间的变化斑块化产生的原因：物理的和生物的，内部和外源的2、斑块化的特点1）可感知2）内部结构，时空等级性，大尺度斑块是小尺度斑块的镶嵌体3）相对均质性4）动态特征5）生物依赖性6）斑块的等级系统（patch hierarchy）7）等级间的相互作用8）斑块敏感性（patch sensitivity）9）斑块等级系统中的核心水平：最能集中体现研究对象或过程特征的等级水平，相应的时空尺度称为核心尺度（focal scale）10）斑块化原因和机制的尺度依赖性3、斑块化的生态与进化效应3.2.2 廊道（corridor）廊道是线性的景观单元，具有通道合阻隔的双重作用1. 廊道的起源干扰廊道、残存廊道、环境资源廊道、种植廊道、再生廊道2. 廊道的结构特征1）曲度：廊道的弯曲程度，影响物质、能量、物质的移动速度2）宽度3）连通性：廊道单位长度上间断点的数量表示4）内环境：较大的边缘生境和较小的内部生境3. 廊道分类1）线状廊道：全部由边缘物种占优势的狭长条带2）带状廊道：较丰富的内部种的内环境的较宽条带3）河流廊道：分布在河流两侧3.2.3 基质（matrix）1. 基质的判定1）相对面积2）连通性3）控制程度4）3个标准结合2. 孔隙度和边界形状孔隙度（porosity）：单位面积的斑块数目3.2.4 附加结构（add-on）异常景观特征，在整个景观中只出现一次或几次的景观类型3.3 景观格局特征目的：从无序的斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律性3.3.1 斑块-廊道-基质模式（patch-corridor-matrix model）3.3.2 景观对比度1. 低对比度结构自然形成的，热带雨林，相邻景观要素彼此相似2. 高对比度结构自然、人工3.3.3 景观粒径（landscape grain）粗粒（coarse grain）和细粒（fine grain）生物体粒径（home range）：生物体对其敏感或利用的区域粒径大小取决于整个景观的尺度3.3.4 景观多样性（landscape diversity）由不同类型生态系统构成的景观在格局、功能和动态方面的多样性或变异性，反映景观的复杂性程度1）斑块多样性：数量、大小、形状的多样性2）类型多样性：景观类型的丰富度3）格局多样性：景观类型空间镶嵌的多样性3.3.5 景观异质性（landscape heterogeneity）多样性——斑块性质的多样化异质性——斑块空间镶嵌的复杂性，景观结构空间分布的非均匀性、非随机性1）空间异质性2）时间异质性3）功能异质性梯度分布镶嵌结构3.4 生态交错带与生态网络3.4.1 边缘效应与生态交错带景观单元之间的空间联系：生态交错带、网络结构1. 边缘效应(edge effect)边缘地带由于环境条件不同，可以发现不同的物种组成和丰富度边缘物种：仅仅或主要利用景观边界的物种内部物种：远离景观边界的物种2. 生态交错带(ecotone)描述物种从一个群落到其界限的过渡分布区，由两个不同性质的斑块的交界及各自的边缘带组成生态过渡带（transition zone）景观边界（landscape boundary）1）特征：生态应力带（tension zone）、边缘效应、阻碍物种分布（半透膜）、2）描述：结构：大小、宽度、形状、生物结构、限制因素、内部异质性、密度、分形维数、垂直性、外形或长度、曲合度功能：稳定性、波动、能量、功能差异、通透性、对比度、通道、过滤、屏障、源、汇、栖息地3）尺度效应：某一尺度上可以明辨的交错带在另一尺度上可能模糊不清4）气候变化：更为敏感，迟滞（lag）5）生态交错带与生物多样性：农业生产把异质的自然景观变成大范围同质的人工景观，消灭了自然生态交错带，扩展了人为生态交错带3.4.2 生态网络与景观连通性生态网络（network）将不同的生态系统相互连接起来两类物种：生活在网络包围的景观要素内部的物种，廊道是一种障碍；生活在廊道内、沿着廊道迁移的物种1. 廊道网络由节点（node）和连接廊道构成，分布在基质上形式：分支网络（branching network）：树状的等级结构环形网络（circuit network）：封闭的环路结构1）廊道网络的结构特征网络交点、网状格局、网眼大小、网络结构的决定因素（历史和文化的）2）廊道网络描述连通性：在一个系统中所有交点被廊道连接起来的程度，指示网络的复杂度，用r指数方法来计算r指数：连接廊道数与最大可能连接廊道数之比r=L/Lmax=L/3(V-2)，V为节点数环度：用α指数衡量，表示能流、物流、物种迁移路线的可选择程度。

景观异质性和生物多样性的关系何为景观异质性？概念：景观异质性是由景观要素的多样性和景观要素的空间相互关系共同决定的景观要素属性的变异程度。

景观异质性的表现有两个：1、组成要素的异质性，即景观包含的景观要素的丰富程度及其相对数量关系或称多样性。

2、空间分布的异质性，即景观要素空间分布的相互关系。

综上，可得知，高度异质的景观是由丰富的景观要素类型和对比度高的分布格局共同决定的。

何为生物多样性？概念：生物多样性是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样性和变异性。

它包括生命形式的多样性，各种生命形式之间及其与环境之间的相互作用的多样性，以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性。

此外我们应该了解，生物多样性包括4个层次。

1、遗传多样性2、物种多样性、3、生态系统多样性4、景观多样性通过概念来分析二者间的关系：（一）、景观异质性导致了生物多样性1、首先，景观异质性意味着景观中的要素类型多样性，也就意味着生境类型的多样性，所以它能够为多种生物提供栖息地，从而维持更高的生物多样性。

2、其次，异质性大会增加增加边缘生境和边缘种的丰富度，增加需要多种景观要素的物种丰富度，增强了物种共存的总体潜力；景观异质性越大，大规模斑块减少，完整的大面积内部生境面积缩小，稀有内部种的丰富度减少，边境生境和边缘物种的丰富度增加，要求两个以上景观要素的物种的丰富度增加，同时提高了总的物种共存的潜力。

所以可以这样说，景观异质性有利于物种的生存和整体生态系统的稳定性和持续性。

许多物种需要两种或多种栖息地，景观空间格局和时间动态和更替缓解或缓冲了景观中的剧烈变化，使系统保持相对稳定，也有利于生物多样性的保持和提高。

（二）、景观异质性与生物多样性相互促进1、景观异质性越高，越有利于景观的生物多样性保持，有利于景观的持续性和稳定性，而生物多样性高也有利于景观异质性的维持，表现为相互促进的关系2、景观的异质性有利于促进景观生态系统能量流动和物质循环，从而使生物的生命活动更加旺盛，更具有高度异质性的景观与外界的物质、能量、信息等生态交换的过程强烈。

《景观生态学》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务本课程为生态学专业核心课程。

通过本课程教学，使学生了解景观生态学的发展历史、现状和未来发展趋势，掌握景观生态学中格局、尺度、过程、空间异质性、生态学干扰、景观分类、斑块、廊道、基底等基本概念以及景观等级结构、景观渗透、复合种群、源汇系统等基本理论。

通过对个例的分析，掌握景观格局、景观尺度和景观过程的基本分析方法。

并结合野外考察领会、掌握景观评估、景观保护、景观管理和景观设计的基本思路和方法。

三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求第一章绪论第一节景观1. 景观的地理学、美学概念2. 景观的基本特征•第二节景观生态学1. 景观生态学的的概念2. 景观生态学的特点3. 景观生态学的学科地位•第三节景观生态学的发展现状1. 景观生态学发展简史2. 景观生态学的主要流派•第四节景观生态学的发展趋势1. 3个研究方向2. 景观生态学的整合3. 研究热点和发展方向习题要点：景观生态学的概念、特点及当前研究热点。

本章重点、难点：景观生态学的概念及当前研究热点和发展趋势。

本章教学要求：了解景观生态学发展的历史及当前研究热点，理解并掌握景观生态学的概念。

第二章景观生态学基本理论和原理•第一节景观生态学的基本理论1. 耗散结构和自组织2. 时空尺度和空间异质性3. 等级结构系统4. 渗透理论5. 复合种群理论6. 源-汇模型7. 岛屿生物地理学•第二节景观生态学的基本理论1. 系统整体性2. 尺度性3. 生态流及其空间再分配4. 结构镶嵌性5. 文化性6. 人类主导性7. 多重价值习题要点：景观生态学的基本原理及基本理论。

本章重点、难点：等级结构系统理论、空间异质性、岛屿生物地理学理论、复合种群理论、尺度效应以及生态交错带等基本原理和理论。

本章教学要求：要求学生理解并掌握景观生态学的基本原理及理论。

第三章景观形成因素•第一节地质地貌因素1. 地貌营力2. 主要岩石类型及其地貌特征3. 中国主要地貌类型及其景观特征•第二节气候因素1. 气候类型和气候分区2. 气候与景观特征3. 全球气候变化与景观变化•第三节土壤因素1. 土壤及土壤分类2. 土壤的地域分布规律3. 土壤的景观意义•第四节植被因素1. 植被类型2. 植被对景观的作用•第五节干扰1. 干扰的概念和类型2. 干扰状况3. 干扰的景观意义习题要点：景观形成因素中的气候、植被及干扰因素及其影响机制。

城市热岛和景观异质性:地表温度的时空变化与地表覆盖物及社会经济模式的耦合亚历山大Buyantuyev吴建国收到:2009年2月4号/接受:2009年8月17 /发布在网上:4 2009年9月施普林格科学+商业媒体B.V. 2009摘要城市热岛现象(UHI)是城市景观中的一种常见的影响气候和生态进程的环境问题。

在此,我们调查了位于美国北索诺兰沙漠亚利桑纳州凤凰城大都市区地表昼夜和季节性特征。

来源于先进的卫星热发射和反射辐射仪表面温度场对于夏(6月)和秋(10月)两个季节的昼夜进行了分析。

虽然核心城市是比其他的地区普遍变更暖(尤其在晚上),但还是没有发现城市化梯度的统一趋势。

数据显示,10月份大多数的城市化地区扮演了一个散热器。

温度模式也显示城市内部温度差异大，甚至大于城乡差异。

回归分析证实植物(白天)和人行道(夜间)在解释表面温度时空分异的重要作用。

虽然这些因素是表面温度变化的主要驱动力,它们对地表温度的影响很大程度上受人类介导的影响，正如白天温度和中值家庭收入之间的高度联系.然而,晚上时,相近的社会经济地位是控制表面温度的次要因素。

最后,本研究利用地理加权回归占空间变化的关系, 它是一个更合适的分析框架来进行研究涉及多个空间数据层与自相关结构关键词;城市化、表面温度、城市热岛、土地表面、地理加权回归引言尽管存在区域气候差异，世界各大城市已经研究出了一种共同的特点-城市热岛效应(UHI),例如,城市地区相对于他们的农村环境有较高的空气和地表温度。

UHI作为地表覆盖物改变的结果，主要是由革哩底、沥青、屋顶、建筑与城市土利用替代天然植被、不透水表面和农业用地”情况。

这些地表附近能量收支的改变是变是通过减少表面能量预算，增加地表对太阳能的吸收，创造热而封闭的像山谷效果的城市。

过多的热量通过建立真正的基础设施和交通运输在城市不断产生和排放到大气中。

城市地域成为地方和区域气候和环境改变越来越重要的驱动器,并伴随许多社会和生态进程不良后果。

[城郊景观异质性和城市生态建设（方天纵）]什么是景观异质性由于现代城市特别是特大城市包括了其周围的郊区,将市区与郊区进行整体规划是城市生态建设的主要内容。

根据景观生态学原理和方法,合理地对城郊景观空间结构进行规划,使廊道、斑块及基质等景观要素的数量及其空间分布合理,使市区内、郊区内及市郊之间的信息流、物质流与能量流循环畅通。

既要使城郊景观符合生态学原理,又具有一定的美学价值。

将自然组分引入城市的规划与建设中,使城市景观具多样性。

这是国内外城市生态建设的目标。

例如,针对北京的生态环境建设,有关专家提出了“21世纪北京绿色生态建设”的要求:“保护好原生性生态系统,大力促进次生生态系统的恢复、重建;让更多的次生林向原生的落叶阔叶林变化;将保护区、风景区及森林公园按世界保护联盟分类,分类系统纳入统一领导的保护网络,按照生态系统理论,北京应建立3个绿色生态圈。

即山地水源涵养生态圈,防风固沙—农林果生产带生态圈,城市调气防污美化生态圈”。

显然,北京的生态建设规划目标要依赖于景观生态学的原理来实施、完成。

依据景观异质性的原理,建立良好有序发展的城郊景观格局,提高多样性维持异质性,促进城市可持续发展是景观生态学理论与城市建设结合的有意义的实践。

本文就此问题做初步探讨。

1 异质性及其尺度性城市是被人类改造较为彻底的景观。

现代城市市区及其近郊区在日益扩大的城市化进程中,已经连为一个整体。

具有合理的景观结构及能流顺畅的城市景观是人类的追求目标。

高度异质性的景观是城郊良好发展的基础。

尺度性就是尺度效应,空间尺度通常是指观察或研究的物体或过程的空间分辨度。

从生态学角度来看,空间尺度指所研究的面积大小。

尺度越大,表示研究面积越大,异质性与尺度是相关的,如一景观单元在小尺度上是异质的,而在大尺度上则变成均质的,正确选择尺度是科学地研究某一景观,得出准确、客观结论的保证。

由于航空、航天、遥感手段的进步,研究尺度增大,但并非任意增大,一般将景观生态的研究范围界定在几公里到几百公里的中尺度区域。