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2第二章斑块

发布时间:2019-07-04 12:26 来源:未知 编辑:admin

  第二章:斑块(缀块) patch 第一节:斑块的类型及成因 第二节:斑块的特征 ? 景观是由若干相互作用的生态系统构成,按美国 生态学家R.Forman和法国生态学家M.Godron(1986) 的“斑块-廊道-基质”模式,可将组成景观的结 构单元(景观要素)分为3种: 斑块(patch),廊道(corridor)和基底(matrix)。 ? 斑块概念:指在外观上或性质上与周围地区有所不同,非 线性的,并具有一定内部均质的空间单元或生态系统。 ? 由于成因不同,板块大小、形状及外部特征各异,可以是 有生命的(动植物群落),也可以是无生命的(荒地); 可以是自然的(沼泽),也可以是人工的(人工林)。 ? 景观的各种性质可由斑块反映出来,对景观异质性、动态、 功能的研究,实质上是对斑块的性质、分布、组合及动态、 功能的研究。 第一节 斑块的类型及成因 斑块主要起源于环境异质性(environmental heterogeneity)、自然干扰(natural disturbance) 和人类活动三个方面。 Forman根据斑块的起源或形成机制将斑块分 为干扰斑块、残余斑块、环境资源斑块和引入斑 块4类。 ? 1 干扰斑块(disturbance patch) 在景观中由局部性干扰而形成的小面积斑块。 是景观中常见的斑块。干扰来源于自然(火烧、侵蚀、 病虫等)和人为(森林采伐、矿产开发)两个方面。 特点之一:干扰后生物类群种类、数量发上明显变化, 有的种消失,有的侵入。 特点之二:与基质之间是一种与干扰对应的动态关系, 具有高周转率,持续时间短,因而消失最快(或者平均残 留时间短)。 干扰分为:单一干扰和慢性干扰(重复干扰,适应、 稳定)。 2 残余斑块(remnant patch) 景观中由于大面积干扰造成的、在局部范围内幸存的 自然或半自然生态系统或其片段。 大面积农田景观中的残余一片森林;火烧迹地上残存的林分;城 市建筑群体中所包围的小块农田或森林,均属残余斑块。 与干扰斑块的相同点:A:都是天然或人为干扰形成 的;B:斑块形成初期及随后都有种群大小变化,物种迁 移和消失过程的发生;C:斑块最终因与周围的基质相一 致而消失;D:都有较高的周转率。 ? 残余斑块物种变化的两个时期: 调整期(regulation period):干扰发生后一段 时间内物种变动速率较高的一段时间(包括种群 大小变化,物种迁入、迁出或消失)。 缓冲期(relaxation period):干扰发生后物种消 失速率加快的时期,即物种增加被物种消失所取 代的那段时间。 ? 3 环境资源斑块(environmental resource patch) 由于环境资源条件(土壤类型、水分、养分以及地形 等)在空间分布不均匀性造成的斑块。 如:沙漠中的绿洲,森林中的沼泽,兴安落叶松林中的樟子松林, 阴坡面重复出现的森林,等等。 起源于环境的异质性。 存在较宽的生态交错区(ecotone),群落间过渡缓慢 受环境资源制约,边界比较固定,周转率极低。 种群变动、物种迁入迁出、灭绝过程存在,但水平极低。 没有调整期和缓冲期。 ? 4 引入斑块(introduced patch) 由于人们有意或无意将动植物等引入某些地区而形成 的局部性斑块(或局部性生态系统)。 如果引入的是植物群落,如人工林、树木园、种植园 等,称为种植斑块(planted patch)。 另一类最明显、最普遍的引入斑块类型是人类聚居地 (homes habitation,如:城市、村落等)。城市及其郊 区面积很大,可以列为单独的景观,而乡村居民点则是乡 村景观中的聚居地斑块。 ? 以上四种斑块,他们的成因不同,有的是基于 干扰(主要指自然干扰,作用于斑块本身和作用于 基质两种),有的基于环境资源,有的基于人为作 用。 ? 稳定性最强的是环境资源斑块,其余三种稳定 性较差。 ? 稳定性还取决于单一干扰还是慢性干扰,后者 能增强稳定性。 未干扰 在斑块内干扰 在本底中干扰 斑 块 持 久 性 时 间 长期干扰 单一干扰 (短期) 环境资源斑块 干扰斑块 残存斑块 引入斑块 斑块的持久性与稳定性 第二节 斑块的特征 一、斑块的面积 斑块面积是景观中环境资源特征、干扰状况 和群落演替共同作用的结果,其大小在一定程度 上可以反映景观动态的发展史。 1、描述斑块面积的指标 ? 斑块的面积是最易确定的特征,常有总面积、平 均面积、最小面积、最大面积作为描述指标。P23 ? ? 2、斑块面积与生态过程 斑块面积对物种数量、类型、物质能量分配等生 态过程有重要影响。 ? 大斑块的意义,小斑块的意义P23。 ? 一个优化的景观,应当有一些大的斑块,周围还 有些小的斑块一同散布在基质中。 ? 从生物学角度看,当斑块的形状一样时,斑块的 大小一方面影响到能量和营养物质在景观中的分 配,另一方面还会影响到斑块中的物种数量。 1)斑块面积与物质能量分配 一般地说,斑块内的能量或养分总量与斑块的 面积成正比,大斑块的能量和养分含量较小斑块 多得多。然而,斑块内的能量和养分含量不仅与 斑块的大小有关,还与斑块内部和边缘带的比例 (内缘比)有关。 斑块内部面积与边缘面积之比可称为内/缘值, 即D=A内/A缘 当边缘效应为聚集效应时,使得小斑块单位面 积上的能量和营养物质的含量要高于大班块; 当边缘效应为负效应时,小斑块的单位面积上 的能量和营养物质的含量要小一些。 因为大班块的内/缘值大,而小斑块的内/缘值 小。 2)对物种数量的影响 ? 物种多样性与景观斑块大小的关系是生物地理学和生态 学中经久不衰的研究热点之一。 岛屿斑块: 一般地说,物种多样性随着岛屿面积的增加 而增加,两者呈曲线关系。 ? 岛屿斑块物种多样性S = f(+生境多样性,(+ -)干扰, +岛屿斑块面积,-隔离程度,+年龄(演替阶段)) ? 陆地斑块:一般地说,陆地物种多样性随着斑块面积的增 加而增加。 陆地景观中隔离的重要性不如岛屿强。 陆地斑块物种多样性S = f(+生境多样性,(+ -)干 扰,+陆地斑块面积,+年龄(演替阶段),+基质异质性, -隔离程度,-边界的不连续性) ? 物种丰富度随着斑块面积的增加而增加的原因是: 1)面积越大记录到的种越多,遇到的稀有种机会越多;2) 面积小,支持的种群小,对外界干扰的抵抗能力差。 随着斑块面积的增加,物种数量增加到一定程度后不再 增加,说明还与其他因素有关,即岛屿生物地理学。 S=C×AZ lgS=z· (lgA)+lg C 式中:S是物种数,A是岛屿面积,Z、C是常数,Z值多 介于0.18-0.35之间。 种 的 丰 富 度 S=CAZ 面积 ? 从生物多样性保护角度看,斑块面积应该是生物保护设计 中最需要保证的首要因素,一般而言,保护区面积越大, 能够保护与维持的物种数量越多,至少应该遵循最小斑块 面积原则。 ? 基于岛屿生物学的自然保护区设计原则: 1)大自然保护区比小自然保护区保存物种多。 2)一个单一的大的自然保护区比总面积与其相等的几个小 保护区好。 3)必须设计几个小保护区时,应尽量靠近,减少隔离。 4)几个保护区呈簇状配置好于线)保护区之间用走廊连接,便于物种扩散。 6)尽可能使保护区呈圆形。 在确定自然保护区斑块面积时还需考虑: 1)把大型哺乳动物和鸟类置于首位,因其生态位宽。 2)保护区面积应包含处于不同干扰阶段的群落,以便确 认保护区不致于被一次干扰毁灭。 3、其它生态学价值 ? 大斑块的生态学价值: 1)有利于生境敏感物种的生存;2)为大型脊椎动物 提供核心生境和躲避所;3)为景观中其它组成部分提供 种源;4)能维持更近乎自然的生态干扰体系;4)在环境 变化的情况下,对物种绝灭过程有缓冲作用。 ? 小斑块的生态学价值: 1)作为物种传播的生境以及物种局部绝灭后重新定居 的生境和“踏脚石”,从而增加了景观的连接度;2)为 许多边缘种、小型生物类群以及一些稀有种提供生境。 二、斑块形状 ? 斑块的形状对生物流和非生物流有较大影响。主要 作用于生物的扩散和觅食,同时对穿越景观扩散的 动植物至关重要。 在城市环境规划和生态旅游规划时,不同斑块形状 的配置不仅是设计艺术的需要,也是生态学的基本 要求。 ? ? 对斑块形状的分析,能够揭示物种动态,确定物种 分布是稳定、扩展、收缩、迁移等不同的状态。 1、斑块形状的类型 1)等径和扁长斑块 等径、扁长和狭长斑块的内缘比率差异。 由于不同形状的斑块具有不同的内缘比率, 而斑块内部和边缘带的动植物群落和种群特征不 同,由此可估计出景观内斑块形状的重要性。 2)环状斑块 环状生态系统的总边界较长,边缘带宽,内 缘比率较低,与扁长斑块更为相似,而与等径斑 块略有不同,因此,可以预见,环状斑块内部种 相对稀少。 3)半岛斑块 景观中呈狭长状或凸状外延的斑块。有关这 一论题尚未进行研究。在半岛的顶端,动物路径 密度较大,显示出漏斗效应;半岛对其两侧斑块 也起到一种屏障。 2、斑块形状指数(shape coefficient) ? 自然界中的斑块大都不规则,很难用几何形状准 确说明其复杂性,斑块形状系数是通过计算某一 斑块的形状与相同面积的圆或正方形之间的偏离 程度来衡量其形状的复杂程度。 1)圆状指数表达为: D ? L 2 ?A 其值最小为1,接近1,表示斑块的形状接近圆形,形 状规则;数值越大,形状越不规则。 2)正方形指数表达式为: D ? 0.25 L 2 ?A 其值最小为1,接近1,表示斑块的形状接近正方形, 形状规则,但受人为活动干扰大;数值越大,形状越 复杂,但受人为活动干扰小。 3、斑块形状与生态功能 L/A小,表示边缘面积小,核心区面积大,可 减少外界干扰,有利于内部种的生存,但不利于 物质和能量的交换。 L/A大,表示边缘面积大,核心区面积小,易 受外界干扰,不利于内部种的生存,可以与外界 进行充分的物质和能量交换。 理想斑块的要求:一个核心区和一些边缘触或 触角。 4、边缘与边缘效应 边缘是斑块与基质之间、斑块与斑块之间存在 的过渡带,一般几米至几十米。 边缘分为固有边缘和诱导边缘。 据生物对边缘和内部的反应,可将其分为边 缘种和内部种。 生态交错区内由于环境的不同,可以发现不同 的物种组成和丰富度,这种现象称为边缘效应 (edge effect)。 Ee=2C/(A+B) 边缘效应有正负效应之分:P27. Edge effect and ecotone 5、斑块内缘比(D=A内/A缘) 内缘比是一个重要的生态参数。 等周长的几何形状中,圆和正方形的斑块内部面积大, 内缘比也大; 等面积的几何形状中,长方形斑块内部面积小,内缘比 也小; 等形状的情况下,斑块面积大,斑块内部面积也越大, 内缘比也大。 内缘比高,有利于内部生境的稳定和斑块内部资源的保 存,对外干扰阻力也大;内缘比低,本底对斑块的影响大, 斑块易消失。 特 内/缘比例 征 圆形斑块 高 少 条状、环带状、半岛状 低 多 边缘长度及其与基质的相互作用 斑块内屏障出现概率 斑块内生境多样性概率 物种迁移的廊道作用 物种多样性(生境多样不变) 斑块内动物觅食效率 低 低 低 高 高 高 高 高 低 低 ? ? 6、斑块形状的生态学效应 一方面,紧密型形状的斑块(近方形或圆形)有 利于保蓄能量、养分和生物;而松散型形状的斑 块易于促进斑块内部与外围环境的相互作用,对 能量和物质的交换、植物的扩散和动物的迁移有 重要作用。 ? 另外,斑块长轴的走向,代表着某些景观流的走 向,而且斑块的形状和走向对生物的扩散和觅食 具有重要作用。 三、斑块的数量 ? 斑块一般不是单个而是多个共存于景观中,斑 块的数量特征是景观基本的特征之一。 ? 景观斑块数量分为总数目和类型数目。 1、斑块的数量指标 ? 在研究某一景观时,可以用群落结构、起源类 型、大小等级、形状结构等特征来进行分类统计。 ①群落类型数目(生态系统类型数目);根据群落特征 差异划分的斑块类型数目。面积大或数量多的斑块代表景 观总体外貌。 ②起源类型数目:根据起源或成因机制划分的斑块类 型,比如干扰斑块比例高,说明景观中发生干扰的频率、 范围、强度都较高,景观变化快)。 ③大小等级数目:根据斑块大小划分的各类斑块类型 数目。是衡量景观破碎化程度的指标,也反映干扰的格 局及时空特征。 ④形状类型数目:按形状系数分级或分类划分,至少可 从表观上反映景观要素间的相互作用特性。 ? 2、斑块密度(patch density, PD) 概念:景观内单位面积中斑块的数量,分为斑 块总密度和类型斑块密度。 景观内斑块数量多,则密度大,基质孔隙性也 高,景观破碎化程度也高。 PD=∑Ni / A …… 斑块总密度 PDi=∑ni / A …… 类型斑块密度 生态意义:反映了景观的空间异质性,反映了 景观的破碎化程度。 四、斑块相关性指标 1、一斑块的隔离度(ri) 2、一斑块的可及度(ai) 3、斑块间的相互作用Ii 4、斑块总隔离度(D) 景观中所有斑块在 空间的隔离 某一特定斑块与周围 相邻斑块而言 五、景观斑块谱 可以采用斑块的数量的绝对值或者相对值 来计算景观斑块的数量结构。这种反映景观中 斑块的构成的数量特征称为景观斑块谱。 景观斑块谱是表达景观异质性的重要方法 之一。 六、斑块的格局 斑块的格局是指同类斑块在空间的分布和排列。 一般可将景观中同类型斑块格局分为随即分布、规则分 布、聚集分布三种分布形式。同类型斑块集中分布与分散 分布所带来的影响必然不同。 干扰源或干扰障碍斑块的空间构型对干扰的扩散都具有 重要影响。如:火灾源和害虫源。 The End 附:岛屿与群落结构 1、岛屿的种数-面积关系 岛屿的概念 岛屿通常是指历史上地质运动形成,被海水包围 和分隔开来的小块陆地。 许多自然生境,例如溪流、山洞以及其它边界明 显的生态系统都可看作是大小、形状和隔离程度不同 的岛屿。 有些陆地生境也可看成是岛屿,例如,林中的沼泽、 被沙漠围绕的高山、间断的高山草甸、片段化的森 林和保护区等。 由于人类活动的影响,自然景观的片段化 (Fragmentation),也是产生生境岛屿的重要原因。 由于物种在岛屿之间的迁移扩散很少,对生物来讲 岛屿就意味着栖息地的片段化和隔离。 岛屿效应: 在气候条件相对一致的区域中,岛屿中的物种 数与岛屿面积有密切关系,许多研究表明,岛屿 面积越大,种数越多(岛屿效应)。 Preston(1962)将这一关系用简单方程描述: S=CAz 该公式经过对数转换后,变为: lgS=z· (lgA)+lg C 式中S是面积为A的岛屿上物种的数目,C、Z 为常数。 2、MacArthur的平衡说 (equilibrium theory) MacArthur 和Wilson(1967)认为,岛屿 上物种数目是迁入和消失之间动态平衡的 结果。不断有物种灭亡,也不断有同种或 别种的迁入来补偿灭亡的物种。 根据平衡说,可预见下列各点: 1)岛屿上的物种数不随时间而变化; 2)动态平衡:灭亡种不断被迁入的种所代 替; 3)大岛比小岛能“供养”更多的种; 4)随岛距大陆的距离由近到远,平衡点的 种数逐渐降低。

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