景观生态学讲义(3)

2019-08-30 13:11

2.4.6网络

景观要素之间的空间联系分为两种方式,一是网络结构,包括由廊道相互连接形成的廊道网络,和由同质性和(或)异质性景观斑块通过廊道的空间联系形成的斑块网络。二是由异质性斑块空间邻接形成的生态交错带。

网络结构对不同的物种其作用是不同的。对生活在网络包围的景观要素内部的物种而言,廊道是他们迁移的障碍;对生活在廊道内、沿廊道迁移的物种,廊道的连通性或空间连续性对其运动具有重要作用。 (1)廊道网络

廊道网络由节点(node)和连接廊道构成,分布在基质上。节点位于连接廊道廊道网络分为分枝网络和环形网络两种形式,前者如河网,后者如公路。 网络交点:交点可以起到节点的作用,比廊道宽,比独立的景观要素小。其物种丰富度一般比两到其他地方多。

网络格局:相互连接并含有许多环路的廊道构成一个网状格局。树篱网就是一个由矩形景观要素组成的格网。

网眼大小:指网络线间的平均距离或网络所环绕的景观要素的平均面积。研究网眼大小与物种粒度的关系特别重要。物种在完成其功能时,对网络线平均距离或面积相当敏感。例如,猫头鹰通常在网眼大小为7公顷时就会消失。 B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就是网络的连通性。r=L/Lmax=L/[3(V-2)]

式中:L为实际连接廊道数,V为节点数,Lmax为最大可能的连接廊道数,r指数的范围为0~1,为0时表示没有节点相连,为1时表示每个节点都彼此相连。连通性指数是景观设计中应予以考虑的一项,比如设计自然保护区时,要考虑到网络连通性对各种动植物的迁移、寻食、繁殖和躲避干扰等活动的影响。

环度:网络环度采用α指数表示。α指数表示能流、物流和物种迁移路线的可选择程度,也是网络复杂程度的一个指标。无环的网络其连接数比节点数少1个(L=V-1),若在该网络上增加一个闭合连接,就形成一个环路。因此,当有环路存在时,L>V-1.现存的环路数与现存连接数的关系,用L-V+1表示,即一个网络中独立环路的实际数。

环度α指数是网络的实际环路数与网络中存在的最大可能环数之比。 网络连通性指数用r表示:

的交点上,或者位于交点之间的连接廊道上。 A廊道网络的结构特征

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2.5 模地内斑块性状的测量方法 2.5.1斑块形状

Di=(P/2)(Aл)-1/2

式中:Di是斑块i的形状指标,P是斑块周长,A是斑块面积。 2.5.2(单个)斑块的隔离程度

ri=(Σdij)/n j=1-n

式中:ri是斑块i的隔离程度指标,n是所研究的相邻斑块的数目,dij是斑块i与任意一个相邻斑块j的距离。 2.5.3斑块的易接近性

ai=Σdij j=1-n.

式中:ai是斑块i的易接近指标,dij是斑块i和任一相邻斑块j之间沿连接线的距离(如森林廊道或树篱)。 2.5.4斑块间的相互作用

Ii=Σ(Aj/dj2) j=1-n.

式中:Ii是斑块i与相邻几个斑块间的相互作用强弱;Aj是其中任意一相邻斑块j的面积;dj是斑块i与任一斑块j的边缘间的距离。 2.5.5多个斑块的隔离程度:

D=Σ(σx2+σy2)

式中:D是景观中所有斑块的隔离程度指标。将斑块置于具有x,y坐标的网格上,对y座标计算所有斑块的平均位置及方差。σ2.5.6多个斑块的分散程度

2x

和σ

2y分别为x和y坐标的方差。

Rc=2dc(λ/π)

式中:Rc是分散程度指标;dc是从一个斑块中心部位到其最近的斑块间的平均距离;λ是斑块平均密度。这里Rc =1为斑块随机分布;Rc<1为斑块聚集性分布;Rc>1(最大为2.149)为斑块规则分布。

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3景观的功能 3.1什么是景观功能?

就是景观元素之间的相互作用,即能量流、养分流和物种流都可以从一种景观元素迁移到另一种景观元素,没有一个是静止的。通过大量的“流”,一种景观元素对另一种景观元素施加着控制作用,“流”的产生是由于景观元素之间的差异性。

能量流:包括热能和生物能; 养分流:包括无机物质和水;

物种流:包括各种类型的动植物以及遗传基因。

当上述三种“流”超过常量流动时,就会成为一种干扰因素,导致景观中生态系统或者生物群落发生变化。

研究异质性景观中不同组分在时间和空间上的相互作用;研究能量与物质的交流;研究异质性对生物和非生物过程的影响是景观生态学研究的核心内容之一。 3.2景观间各种流的运动机制和作用力 3.2.1运动机制

景观元素之间流的运动机制共有以下5种:

(1) 风:它携带水分、灰尘、气溶胶、雪、种子、小昆虫以及热量等等; (2) 水:包括雨、冰、地表径流、地下水、河流、洪水等,能够携带矿物养

分、种子、昆虫、垃圾和有毒物质;

(3) 飞行动物:如鸟、蜜蜂、昆虫、它们的翅膀或者脚趾可以携带种子、孢

子、昆虫等;它们吃下果子时,肠胃里了携带了种子,并通过粪便传播; (4) 地面动物:功能同于飞行动物;

(5) 人:不仅人体本身可以携带各种物质,而且会利用容器、车船等工具将

物质带到目的地。

3.2.2影响三种流运动的方向和距离的力

(1)扩散(Diffusion):这个术语原本是用来描述分子运动的,如从高浓度向低浓度的分子运动。现将该术语珠应用范畴拓宽了。扩散在宇宙中到处可见但在同质性系统中不存在。它是与异质性密切相连的,特别运用于异质性景观功能的分析。一般来说,扩散在自然界中的分布是非随机的,很难找到随机空间格局。扩散与另外两种力相比是一种低能耗过程,在物种小尺度的移动中很重要。

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(2)物质流(Mass flow):是物质沿能量梯度的运动。风是一种重要的物质流,是由于大气中的压力差异而产生,使空气分子从高压向低压运动。另一种重要的物质流是地表水和地下水在重力作用下的流动,它们携带着营养物质、种子等运动,其至冲走土壤颗粒造成水土流失和泥石流。

(3)移动(力)(Locomotion):是物体消耗本身的能量从一个地方运动到另一个地方。移动力最重要的生态学特征就是在景观元素中造成高度聚集,如蜜蜂将花蜜采回蜂窝中,新石器时代的人将收集到的野生生物种子种在一小块土地中。另外一种移动力造成的格局是扩散,如猴子在一种果树上采食,在运动过程中将种子散布在各处。

在景观的规划和管理中必须要评价的流有三种,即空气流、地面流和土壤流。 3.3空气流

空气层流(Laminar airflow)是平行流动的层状气流;而湍流(Turbulent airflow)则是质点的无规划运动,向上或向上流动。气流遇到不同形状的物体时会产生不同的气流类型。(1)当层流通过缓坡小山时,小山坡起了流线体作用,层流不变,边界升高,越过小山;(2)当层流通过有陡坡的小山时,在背风坡形成湍流;(3)如果迎风坡陡峭且高,则湍流在背风坡延续较长。这三种情况下,空气流的共同特点是边界层气流速度加快,意味着山顶风速增大,大约比平地高出20%。

把风的这三种模型用在三种不同形状的防风林上,可以比较出防风林的不同效果。三种防风林为:(1)靠近中间的树最高(相当于缓坡);(2)迎风面树矮而背风面树高;(3)迎风面树高而背风面树矮(相当于陡坡)。在第一种情况下,背风面风速降低延续的距离最长(是树高的30倍,其它两种只有25倍)。最大风速出现在第(2)和第(3)种类型的背风面,所以第一种类型能够保持最好的层流,最少产生湍流,其防风功能最好。这三种防风林可降低风速50%~70%。

屏障的可穿透性也影响背风面的空气流动。密实的屏障产生严重湍流,孔隙多的屏障可以使大量空气流穿过而防止出现大的湍流。因此有孔隙的防风林能使风势减弱的距离更长。而密实防风林虽然风速降低最多,但防护效应距离短。

从景观尺度上看,还存在一种特殊的空气运动情况,在无云干燥的夜晚,白天地面吸收的热量释放到空气中,空气受热上升,高处的冷空气下降,这种空气在夜间向下的运动叫做冷空气下泄,因此旅游者喜欢在干燥峡谷中宿营,而牧童则愿意呆在暖坡上。

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3.4土壤流(Soil flows)

土层表面和土壤内部的流不太明显,但十分重要。其中有一小部分“流”是由风造成的,例如表层土和树叶被风吹走(也可能是被动物搬走的)。而绝大部分“流”是靠水传输的。

土壤流携带的物质基本上可分成两类, (1) 颗粒物质

发生在土壤表面,包括细菌、孢子、腐烂的树叶等有机物,也包括粘土、泥沙等无机物。颗粒物流与雨量大小呈指数相关,即两倍的雨量可产生4倍的颗粒物流。

水侵蚀就是水将颗粒物质从地表面移走的过程。过度侵蚀会造成全部土壤流失而底岩裸露。流失的颗粒物质一般沉积到山坡下的景观元素中,如河流和湖泊等。过度施用除草剂的农田、过度放牧的草场以及伐木和修路的陡坡都容易造成土壤侵蚀。侵蚀的发生与三个因素相关:

? 地表失去覆盖(温带森林地区植被拦截5%~20%的降水冲击地面),更

多的雨水直接冲刷地表,加速了侵蚀过程。

? 失去了腐殖质,矿质土壤暴露在降雨中,形成细小冲沟,加速侵蚀的发

展。

? 植物根系死亡,把土壤颗粒团聚起来的力量消失,从而使侵蚀加快,直

到裸露出基岩。

影响土壤侵蚀大小的因子:降水强度、土壤可侵蚀因子、坡长、坡度和植被盖度。

(2) 溶解性物质

主要在土壤内移动。包括腐殖酸、尿素等有机物和硝酸盐、硫酸盐、可溶性钙化合物等无机物。

可溶性物质的浓度与水流速度间的关系一般呈线性相关。多数情况下流速增大溶解物质浓度减少。有时这条线接近水平,即溶解物浓度不随流速变化,在这种情况下溶解物总量与水流量成正比。

土壤结构是土壤固相颗粒(包括有机的、无机的、单粒的、复粒的)的大小和聚集形式。它影响水分在地表下的移动以及土壤对溶解物质的截留。水分进入土壤后,一部分受到土壤固体表面分子的吸附。一部分受到细孔隙毛管引力的作用,保存在毛细管中。还有一部分主要在重力作用影响下,继续往深处渗透,或者被下层干燥的土壤吸收,或者渗到不透水层而积蓄起来,形成蓄水层。蓄水层是城镇用水的主要来源,但可溶性有害物质也易于进入蓄水层,造成地下水污染。

对空气流和土壤流的运动特征进行分析发现,有两种空间运动模式,(1)连续

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