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1、1,景观生态学,第五讲：景观形成与格局,2,第五讲：景观形成与格局,影响景观格局形成的主要因素景观格局的相关概念景观镶嵌体格局测度,3,景观的形成是多种自然因素相互作用的结果，景观形成自然过程中的影响因素主要包括：气候、地貌、土壤、植被四个方面。大尺度上的非生物因素（如气候、地貌）为景观格局提供了物理模板（格局对过程的制约作用）。自然或人为干扰是一系列尺度上空间格局的主要成因。,一、影响景观格局形成的主要因素,4,1.1 不同尺度上景观的形成机制,全球尺度：太阳能控制气候格局大尺度：气候长期气象条件海拔长期气象条件地理基质土壤化学过程中尺度：地貌流域水文过程地形地表隔离小尺度：植被冠层下层光、
2、温、水等植被，结构，组成养分保留和储存微尺度:土壤微生物养分循环,5,1.2 气候和地貌对景观格局形成的限制,气候是景观分异的最重要因素，长期和盛行的天气影响区域内能量和水的分布。温度湿度地貌是景观的基本构成要素之一，主要影响物理环境的形态和土壤的发育。,6,1 气候控制几个大尺度过程：,水文循环地形和侵蚀循环动植物生活周期和分布火和风干扰体系,7,气候和干扰,直接（天气）：风速风持续时间闪电地表水流洪水规模洪水时间间接：可燃物数量可燃物湿度,8,地形/地貌的地位：在非生物限制等级中处于次级的位置，改变气候并被气候改变；提供了干扰和生物反应的模版。地形/地貌的作用：地貌影响一种立地所接收的太阳
3、辐射、水、营养、污染物和其他物质的数量，从而影响整个生态环境。地貌条件影响物质的流动和生物的移动。地貌条件可以影响到各种干扰发生的频率、强度和空间格局。,2 地貌/地形,9,地形影响水的运动和成分，影响土壤发育的分化。土壤侵蚀率随岩石类型和气候不同而变化，从而影响植被和土壤发育。水的重力运动、地形、地表蒸散，共同形成了土壤簇（soil catena）。,地形对土壤和植被发育的影响,10,山地地貌为例：,11,1、山坡：总体上说，由分水岭以下，水分和肥力均逐渐增加，植物生长条件改善。在坡面流水作用下，在坡地平缓处或坡麓地带常堆积着由山坡上面流来的沉积物，称为坡积物，这种地貌称为坡积裙。,12,坡
4、度：坡度与生态环境关系密切，同时它影响地表水的速度，进而影响土壤侵蚀的可能性和强度，因此坡度决定土地利用的种类。坡度划分：平坦地：5以下；缓坡：-15 斜坡：16-25 陡坡：26-35 急坡：36-45 险坡：45 以上,13,山坡形态一个坡面一般按照剖面形态可以分为凸型坡、凹型坡和线型坡；而同一海拔高度的水平方向也有此三类，因此山坡形态共九种。一般来说，凹型代表侵蚀弱，甚至有物质堆积；凸型代表侵蚀强，无物质堆积作用。因此，凹型坡土壤水分肥力条件常由上向下改善；而凸型坡则越下越差；而线型坡上下差异较小。,14,山坡的位置因分布位置不同，生态条件也不同。沟脑坡是分布于一个集水区的沟谷洼地，水肥
5、条件好；山脸坡位于两个支沟的交汇处，比较干旱贫瘠。沟侧坡的水肥条件介于两者之间。,15,山坡的方向：坡向影响热量等生态因子，从而影响植被分布,16,谷坡和谷底,2、河谷,17,河流阶地：河流下切侵蚀，原先的河谷底部（包括河漫滩和河床）超出一般洪水位以上，呈阶梯状分布在河谷谷坡上。,侵蚀阶地上叠阶地内叠阶地基座阶地埋藏阶地,河漫滩：洪水期间被淹没的河床及以外的沟谷部分,18,1.3 干扰对景观格局的影响,干扰体系的特征：干扰强度、干扰频率、干扰面积分布特征、干扰季节、干扰的空间相关性等。,龙卷风（美国）,海啸（印尼）,19,干扰频率某一局地，单位时间内干扰发生的平均次数干扰间隔期 两次干扰间的平
6、均时间间隔。它是干扰频率的倒数。干扰轮回期干扰面积积累达到研究区域面积所需要的平均时间。干扰间隔期是一个局地概念，轮回期是一个区域概念。轮回期可以理解为一个区域内间隔期的空间平均。干扰强度单位时间单位面积内干扰事件的物理能量。是干扰本身的特征，而不是其生态影响。干扰烈度干扰对有机体、群落或生态系统的影响程度。和干扰强度密切相关，但概念上是不同的。干扰尺寸 每次干扰的面积的统计特征。如平均面积、面积分布等,20,干扰具有明显的多尺度性。,21,不同类型的自然干扰产生不同格局的景观野火、飓风、龙卷风、洪水和火山爆发因各自的特征而产生不同的格局。,22,人为干扰：越来越重要的景观格局形成驱动力,23
7、,根据人为干扰情况划分的五类景观（增大顺序）天然景观：天然干扰产生的景观，不存在人为干扰。管理景观：该地区已有人定居，并对当地的天然植被进行管理和利用；也可能有部分栽培植被。栽培景观：大部分面积是农田，也有一部分管理植被残存。城郊景观：除了栽培植被外，城镇居民聚居地普遍，管理植被也孤立存在，是农业、城市化和管理植被的混合体。城市景观：在城市化和工业化的基质中，存在有不多的管理植被和栽培植被。,24,1.4 景观格局形成过程,25,景观格局的形成是多种生态过程多次作用的累积效果,26,景观斑块镶嵌体,地貌、地形格局,干扰的空间格局,物种的分布格局,物理模板+多种生态过程+多次作用,27,二、景观
8、格局的基本概念,镶嵌格局对斑块的功能及变化的影响比斑块内的特征对它们的影响更大；景观要素的相邻性是理解空间格局的重要概念。,28,2.1景观的特点,景观是一个等级系统，并具有异质性特征景观等级系统：斑块-类型-景观景观异质性：在一个景观区域中，景观元素类型、组合、及属性在空间或时间上的差异程度，主要指空间异质性。景观的格局特征：组成（丰富度；多样性）；构型/结构（大小分布；扩散性；对比度；形状复杂性；邻接性/蔓延度；连通性）,29,2.2 景观的对比度,对比度(contrast)指(邻近)不同景观单元之间的相异程度。如果相邻景观要素间差异很大，过渡带窄而清晰，就可以认为是高对比度的景观，反之，
9、则为低对比度景观。,30,高对比度景观:山地垂直带谱；沙漠中的绿洲低对比度景观：热带雨林，温带草原，沙漠地区等人类活动对景观对比度的影响大部分人为活动会引起景观对比度的增加，如采伐森林，开采矿产，修建居民点等。有些人类活动会降低景观对比度，如辽河三角洲开发，使原来的异质性较强的景观变成单一的水稻田景观。,31,2.3 景观空间尺度：粒度、幅度,空间尺度（spatial scale）主要包括两方面内容：粒度(grain)vs.幅度（extent）,32,景观粒度(grain)空间数据的最小分辨率，在栅格数据中，指单元格大小；野外调查中，指样方大小；图像中，指像素大小；GIS矢量数据中，指最小成图
10、单位。取决于各种景观单元的平均面积。只有当各景观单元面积变异度较小时，其数量化指标才有意义。,33,SPOT卫星图片12.5m*12.5m,低空航片0.5m*0.5m,粒度与信息量,34,Google Earth：同一地区不同空间分辨率的遥感影像,35,粒度与格局,上海市区域(940m*960m)内景观在不同粒度下的变化。图为II样带的矢量图，后面数字为栅格图的粒度。可见格局的变化，尤其廊道。,36,幅度（extent）：一般指研究范围大小，与粒度负相关,研究范围大小的选择与所研究问题有关，通常也会影响到研究结论，因为很多生态过程都是尺度相关的。如果研究幅度大，粒度可以大一些。,37,三、景观
11、格局的测定,哪些/种过程创造出景观格局？景观格局有何后果？如何测定景观格局？在何种尺度上测定？景观格局怎样随时间而改变？如何预测和管理景观格局？,3.1景观格局测定指标,38,为什么测定景观格局？,1：景观镶嵌体空间格局与生态学过程的关系是景观生态学研究的一个核心问题。2：测定格局可比较不同景观；3：推断景观格局形成的原因；格局和过程往往是相互联系的，我们可以通过研究空间格局来理解生态学过程。种群动态（如复合种群空间结构）动物行为（如栖息地和觅食）生物多样性（如物种分布）生态系统过程（如养分流动）生理生态等（如生态型）一般说景观的结构比功能容易研究，如果可以建立两者间的可靠关系，那么格局的特征
12、可以用来推测过程的特征，如利用景观格局特征进行生态监测和评价。,39,景观镶嵌体的一些可测量特征,40,景观镶嵌体的一些可测量特征,41,景观格局分析方法1游程法,草地：。林地：。,设置多条样线变换尺度信息指标计算,3.2景观格局测定方法,42,例子:法国海岸景观异质性的线性测度,43,某一景观要素在线段上出现的频率f，为线段数量除以剖面线分割成的线段总数，计算公式为：测定景观要素沿线分布的异质性，根据信息论的公式可以计算指数H：H平均信息量指数S剖面线被分割的等长线段的总数量F某一景观要素占据的线段数量,44,景观格局的测定方法2网格法,45,透明格子1616个，每个代表62.5m62.5m
13、每个格子中某类斑块面积超过2/3，为该斑块类型，2个以上连续格子中同类斑块面积超过1/2，转换为该斑块类型。,例子：科尔沁沙地景观格局的分析,46,分维数：包括斑块及斑块组成的景观的形状和面积大小之间的相互关系，反映一定观测尺度上斑块和景观格局的复杂程度。,景观多样性指数：包括斑块的面积和类型，反映景观格局的斑块数量和面积方面的信息。,l斑块的周长s同一斑块的面积,pi景观单元类型i占景观面积比,47,3.3 景观格局的测定软件和常用指标,单个斑块的指标面积；周长（边缘）；类型/值；相邻情况 类型水平的指标单个斑块的隔离度斑块间的易达性斑块间的相互作用多个斑块的分散度景观水平的指标异质性指数多
14、样性指数分维数聚集度指数空间镶嵌度指数景观破碎化指数景观斑块形状破碎化指数聚合度指数,48,49,景观格局的测量软件,50,51,PRAGSTAS软件包提供的景观指数,52,53,54,55,56,57,58,Fragstats 3.3主界面,59,1 运行参数设定,60,2 计算类型层次-面积密度边缘指数,61,3 计算景观层次-多样性指数,62,实验课：各班请提前到机房加免费机时,实验课安排：12、14、15、16周，周二晚上7：00-8:50，机房？主要内容：熟悉景观格局分析流程和主要的景观指数含义，掌握景观分析软件Fragstats的使用，完成一个完整的实例分析。撰写分析报告，实验结束后一周内提交打印版。人数较多，请大家多配合。13552621028,63,Concept-7:景观格局如何测定？,
