生态学 景观格局、结构特征

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。

景观生态学1、景观：是一个由不同土地单元镶嵌而成，具有明显视觉特征的地理实体，它处于生态系统之上，大地理区域之下的中间尺度，兼具经济、生态和文化的多重价值。

2、景观的基本特征：（1）景观是一个生态学系统。

（2）景观是具有一定自然和文化特征的地域空间实体。

（3）景观是异质生态系统的镶嵌体。

（4）景观是人类活动和生存的基本空间。

3、景观生态学：以景观为研究对象，重点研究景观的结构、功能和变化，以及景观的科学规划和有效管理的一门宏观生态学学科。

4、景观生态学的特点：（1）整体性和系统性（2）异质性和尺度性（3）综合性和宏观性（4）目的性和实践性5、景观生态学的学科地位：（1）一门横断学科（2）景观水平上的生态学6、景观生态学发展简史：（1）萌芽阶段：是地理学的景观学与生物学的生态学从各自独立发展逐步走向结合的时期。

海克尔把研究生物与环境之间的科学定义为生态学；坦斯利进一步提出了生态系统的概念（2）形成阶段：随着景观学和生态学的发展，生态学观点在景观研究中越来越受到重视。

一大批生态学家、地理学家和林学家，试图借助景观概念的综合特征解决生态学研究中出现的新问题。

（3）发展阶段：1982年在原捷克斯洛伐克召开的第六届景观生态学国际学术研讨会上，国际景观生态学会（IALE）的成立，标志着景观生态学进入新的发展阶段。

（4）提高阶段7、景观生态学的发展趋势：静态研究、动态研究、应用研究8、景观生态学研究的热点问题：（1）干扰对景观格局、过程的影响和干扰在景观中的传播和扩散。

（2）景观格局和景观过程的关系。

（3）小尺度实验研究及其尺度外推。

（4）景观动态模拟预测模型、景观规划设计辅助决策，以及多尺度空间耦合模型。

（5）景观的多重价值评价和作为社会经济发展规划与决策基础的景观社会经济研究。

（6）人类在景观中的作用和景观规划设计。

8、景观生态学研究热点地区：（1）流域系统（2）湿地（3）文化景观（4）城—乡过渡带和胜太脆弱带（5）重点或关键性自然景观第二章1、景观生态学的基本理论（1）耗散结构与自组织理论（2）等级系统理论（3）空间异质性与景观格局（4）时空尺度（5）空间镶嵌与生态交错带（6）景观连接度与渗透理论（7）岛屿生物地理学理论（8）复合种群理论与源—汇模型2、景观生态学的基本原理（1）景观的系统整体性原理（2）景观生态研究的尺度性原理（3）景观生态流再空间在分配原理（4）景观结构镶嵌性原理（5）景观的文化性原理（6）景观演化的人类主导性原理（7）景观多重价值原理3、空间异质性：生态学过程和格局在分布上的不均匀性和复杂性。

`景观生态学中 景观生态学中，一般将景观中景观要素的类型、分类属性及其数量关 般将景观中景观要素的类型 分类属性及其数量关 系特征称为景观结构。

`景观中景观要素在空间上组合配置关系及其变化规律称为景观空间格 局。

`景观结构模型 景观异质性 景观空间格局``` `1 斑块 1、斑块 斑块是在外观上不同于周围环境的非线性地表区域，具有相对同质性， 是构成景观的基本结构和功能单元。

`景观生态学研究中更注重作为生态系统的有生命的斑块 一般指动植 景观生态学研究中更注重作为生态系统的有生命的斑块， 般指动植 物群落。

` `斑块的起源和类型 --环境资源型斑块:自然环境资源的空间异质性或镶嵌分布而形成的 斑块。

` `--干扰斑块：局部干扰形成的斑块 --残存斑块：大面积干扰后残存下来的局部未受干扰的自然或半自然 斑块。

`--引入斑块：由人类有意或无意将生物引进一个地区而形成的或者完 全由人工建立和维护的斑块。

全由人工建立和维护的斑块` `斑块大小 斑块大小： ---斑块大小的意义：斑块大小与生物多样性、斑块大小与生境适宜 性、斑块大小与边缘效应` ` ` `---斑块大小的测度 斑块形状： ---斑块形状的意义：斑块形状影响生物多样性 斑块形状的意义：斑块形状影响生物多样性 ---斑块形状测度`` `斑块的尺度性和相对性：---采用不同的尺度研究景观时，斑块的划分结果可能不同 ---斑块的相对性`` ` ` ` ` ` `斑块的其他生态特征---斑块的可感知性 斑块的可感知性 ---斑块的内部结构 ---斑块的相对均质性 斑块的相对均质性 ---斑块的动态性 ---斑块的尺度性和生物依赖性 斑块的尺度性和生物依赖性 ---斑块等级系统 ---核心等级水平与斑块敏感性 核心等级水平与斑块敏感性` `2 廊道 2、廊道 廊道是不同于两侧本底的狭长地带，可以看作是一个线状或带状斑块。

`廊道的起源：廊道的产生机理与斑块相同，与斑块的起源和成因相类 似。

景观生态学4景观格局分析方法
1.指数分析法
指数分析法是一种定量分析景观格局的常用方法，它通过计算各种指数，对景观的面积、形状、分布和连通性等进行描述。

常用的指数包括斑块面积指数、数量指数、边缘密度指数、形状复杂度指数等。

这些指数可以帮助研究者了解景观的整体特征，并对不同景观类型的生态功能进行比较。

2.分级分析法
分级分析法是一种将景观格局分为不同层次进行分析的方法，它能够揭示景观格局的空间结构和功能组织。

通过对景观类型、斑块大小和形状等进行划分，可以得到不同层次的景观格局数据。

研究者可以进一步探讨不同层次景观格局对生物多样性、生态过程和生态系统服务等的影响。

3.空间模型分析法
空间模型分析法是一种基于数学模型对景观格局进行建模和分析的方法。

常用的模型包括斑块扩散模型、斑块连接模型和斑块生长模型等。

这些模型可以模拟不同景观格局对种群扩散、基因流动和景观连通性等生态过程的影响，并预测未来景观格局的变化趋势。

4.地理信息系统（GIS）分析法
地理信息系统（GIS）分析法是一种基于空间数据的综合分析方法，它将景观格局与其他环境变量进行集成分析。

研究者可以通过GIS软件对景观格局数据进行处理、可视化和空间分析，进一步揭示景观格局与环境
因素的相互关系。

例如，可以通过GIS分析揭示不同土地利用类型对景观格局的影响，并预测其对生态系统功能的影响。

总之，景观生态学的四种分析方法，指数分析法、分级分析法、空间模型分析法和地理信息系统分析法，共同揭示了景观格局对生态过程的影响，为生态保护和可持续发展提供科学依据。

景观生态学—格局、过程、尺度与等级邬建国高等教育2000年12月Landscape Ecology Pattern，Process，Scale and Hierarchy，Higher Education Press 景观生态学中的基本概念起源与发展起源于中欧和东欧，可追溯到20世纪30年代。

德国区域地理学家Troll于1939年创造了“景观生态学”一词，并将其定义为研究某一景观中生物群落只见错综复杂的因果反馈关系的科学。

Naveh和Lieberman（1984）继承并发展了欧州景观生态学的概念，提出“景观生态学是基于系统论、控制论和生态系统学之上的跨学科的生态地理科学，是整体人类生态系统科学的一个分支。

”在北美，直到20世纪80年代初才开始逐渐兴起。

如今，等级理论、分形理论、渗透理论、尺度观点以及一系列空间格局分析方法和动态模拟途径在景观生态系中的广泛应用，为该科学增添了新容和新特点。

研究畴研究对象和容（1）景观结构：景观组成单元的类型、多样性及其空间关系。

（2）景观功能：景观结构与生态学过程的相互作用，或景观结构单元之间的相互作用。

主要体现在能量、物质和生物有机体在景观镶嵌体中的运动过程。

（3）景观动态：景观在结构和功能方面随时间的变化。

也就是景观结构单元的组成成分、多样性、形状和空间格局的变化，以及由此导致的能量、物质和生物在分布与运动方面的差异。

研究的重点：（1）空间异质性或格局的形成和动态及其与生态学过程的相互作用；（2）格局—过程—尺度之间的相互关系；（3）景观的等级结构和功能特征以及尺度演绎问题；（4）人类活动与景观结构、功能的相互关系；（5）景观异质性（或多样性）的维持和管理。

格局、过程、尺度格局（Pattern）是指空间格局，广义地讲，它包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。

过程强调事件或现象的发生、发展的动态特征。

尺度（Scale），广义地讲，是指在研究某一物体或现象是所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的围和发生的频率。

景观生态学-4格局与过程景观生态学是一个关注人类与环境相互作用的学科，其研究对象不仅包括自然生态系统，还包括人工生态系统和不同尺度的景观空间。

景观生态学的研究方法和角度主要分为两个方面：格局和过程。

格局是指景观空间的空间结构、组织、形态和分布，描述了景观的形状、大小、分布和连接方式。

景观格局的特点和变化对生态系统功能和生物多样性产生着直接或间接的影响。

在景观格局中，联结性是一个重要的特征。

景观联结性指各个空间要素间通过生态过程的连通程度。

高连通性的景观可以促进物种迁移和种群扩散，降低遗传分化和物种灭绝的风险。

反之，低连通性的景观使得物种无法迁移和扩散，导致物种灭绝和生态系统崩溃。

景观连通性的维护可以通过提高景观的空间复杂度来实现。

景观复杂度指景观中要素间空间关系的多样性和复杂程度。

提高景观复杂度可以增加景观内部的空间异质性，增强生态系统的适应性和稳定性。

相反，降低景观复杂度会降低生态系统的稳定性和弹性，提高对外部干扰的敏感程度。

在景观格局中，景观斑块大小和分布格局也是重要的因素。

斑块大小对物种领域分布、头数大小和维持时间有着重要影响。

斑块的分布格局直接影响物种在景观中的连通程度。

一般来说，大面积、集中分布的斑块会提高物种的连通程度，增加物种迁移和扩散的可能性。

所谓的过程，是指景观中在空间中发生的生态作用，包括物质、能量和信息传输以及地管理作用。

生态过程是指物种在景观空间中的交互作用，包括食物链、捕食和繁殖等过程。

能量和物质循环是景观生态系统维持的重要过程。

通常将景观生态系统中的生态过程分为两类：小区域过程和大区域过程。

小区域过程是指在景观中小面积内发生的相对封闭的生态过程。

典型的小区域过程包括物种之间的关系、食物链的关系和生态圈中微生物的生物地理和化学作用。

大区域过程是指在大规模景观空间范围内发生的宏观生态学过程，例如物种迁移、鸟类迁徙和气候变化。

大区域过程对小区域过程有重要影响，因为大区域过程决定了物种的来源和去向以及其生态系统中的连通性。

生态系统的景观格局与景观生态学生态系统的景观格局与景观生态学是研究自然和人类活动对地表格局的影响以及生物多样性与生态过程的关系的学科。

随着人类活动的不断扩张和生态问题的日益突出，景观生态学的研究越来越受到重视。

一、引言生态系统的景观格局是指在一定空间尺度上的生物群落、物种组成和环境条件的空间分布的关系。

景观格局反映了生态系统的结构和功能，对于生态系统的稳定性和可持续性至关重要。

二、景观格局的评价指标1. 斑块面积与斑块个数：斑块面积和个数是评价景观格局的重要指标，对于生物多样性和生态过程都有重要影响。

2. 斑块形状及边界：不同形状和边界的斑块对物种迁移、扩散和遗传流动都有着不同的影响。

3. 斑块间的相对位置和距离：斑块间的相对位置和距离会影响到物种的迁移和扩散能力，对于生态过程具有重要影响。

三、景观格局与生物多样性1. 斑块面积与物种多样性：研究表明，大面积的斑块可以容纳更多的物种，而小面积的斑块则容易导致物种灭绝和生境破碎化。

2. 斑块形状与物种丰富度：复杂且规则的斑块形状有利于物种迁移和扩散，从而增加了物种丰富度。

3. 斑块间的距离与物种相似性：较近的斑块间的距离有助于物种之间的相互作用和迁移，从而增加物种相似性。

四、景观格局与生态过程1. 斑块间的连接性：互相联系的斑块能够增加种群的稳定性，减小物种灭绝的风险。

2. 孤岛效应：孤立的斑块容易导致物种灭绝和遗传多样性的丧失，从而影响生态过程的正常运行。

3. 边界效应：边界具有独特的生境条件，对于一些物种来说可以提供重要的资源和栖息地，但也可能导致物种入侵和生态系统的不稳定。

五、景观调控与保护1. 景观规划：合理的景观规划可以优化景观格局，增加斑块间的连接性，减少孤岛效应和边界效应，从而促进生物多样性和生态过程的恢复和保护。

2. 保护区网络建设：建立保护区网络可以增加斑块的面积和个数，提高物种多样性和保护效果。

3. 生态走廊的建设：生态走廊可以连接不同的斑块，促进物种迁移和遗传流动，增加生态系统的连通性。