生态空间理论与景观异质性

概述生态空间理论的若干主要方面：尺度、空间格局、景观异质性、镶嵌与生态交错带以及干扰与景观动态等。生态空间理论是景观评价,管理和生态规划的重要基础,对于区域可持续发展和生物多样性保护等方面的研究都具有重要的指导意义。     

生态学系统的空间异质性

空间异质性是生态学系统的一个普遍牧场生,生态学家对它在生态学中的重要性已取得了比以往更深刻的认识。试图从空间异质性的含义,空间异质性与尺度和等级的关系,空间异质性的定量描述,空间异质性对生物和非生物过程的影响,以及空间异质性的动态等5个方面综述了有关空间异质性的生态学研究的新进展。     

景观生态学：生态系统的空间异质性

许多生态现象对空间异质性与空间镶嵌体内的流很敏感,作为一门涉及空间动态变化（含有机体流、物质流和能量流）和受控于异质性镶嵌体内生态流方式的学科,景观生态学提供了探索空间异质性和揭示空间格局怎样控制生态过程的新途径。景观生态学是一门研究空间格局对生态过程相互作用的科学,它促进了空间关系模型和理论的发展、空间格局与动态方面新型数据的采集以及生态学中很少强调的对空间尺度的检验。从生态学发展史来看,为方便或简化起见,空间被假定为同质的,研究过程中的尺度也被强调为均质的,这样异质性就成为一种不受欢迎的复杂…     

森林土壤物理性质的空间异质性研究

土壤空间质性是土壤的重要属性之一。采用地统计的理论和方法,研究了阔叶红松林上层土壤物理因子的空间异质性。变异函数分析结果表明,土壤水分、容重、毛管持水量和孔隙讴具有明显的空间异质性。在０～１０ｃｍ土层深,空间异质性尺度为１１～１３ｍ,１１～２０ｃｍ土层深为６～８ｍ,空间异质性程度随尺度变化。自相关部分的空间异质性在０～１０ｃｍ和１１～２０ｃｍ土层深为５２．９％～７３．７％和６９．３％～９３．６％,     

东海水域中上层鱼类资源的空间异质性

定量描述鱼类分布的空间变异,有利于从生态学意义上理解其空间分布及其与环境的关系,本文利用地理信息系统将东海区中上层鱼类资源密度空间化,运用空间自相关指数Geary c和变异函数理论分析其空间自相关和空间变异,东海区中上层鱼类资源空间分布平均场的Geary c指数为0．25,各向同性随机变异占总变异的19．1％,表明其空间分布具有较高的自相关特性,空间分布上各向变异不一致,其中45°和135°方向上变异曲线斜率急剧变化,表明这两个方向上存在重要的环境动力过程,各年份平均资源密度与相关变异(C)正相关,而与随机变异(C0)不存在相关,表明年际密度变化主要由空间自相关引起,变异曲线分维数(D)与密度呈负相关,说明密度的增加是由于鱼类在空间上的集聚程度增高引起的。     

景观生态学的核心:生态学系统的时空异质性

1　景观生态学与景观异质性景观生态学是研究在一个相当大的区域内 ,由许多不同生态系统所组成的整体 (即景观 )的空间结构、相互作用、协调功能以及动态变化的生态学新分支[1 ] 。它的出现促进了空间关系模型和理论、空间格局与动态的数据类型的获取以及经典生态学很少涉及的空间尺度检测等方面的发展[2 ] 。Ｒｉｓｓｅｒ等认为景观生态学研究就是异质性的研究[3] 。其实 ,“景观”本身就具有“变化的异质性整体”的含义[4] 。景观生态学集中关注于对生态系统空间关系的研究 ,它把景观视为空间上镶嵌出现和紧密联系的生态系统组合 ,景观可…     

东海带鱼和小型鱼类空间异质性及其空间关系

根据2001年秋季东海区121个调查站位的调查资料,以变异函数为工具,分析带鱼和7种小型鱼类(黄鲫、棘头梅童鱼、鳄齿鱼、六丝钝尾虎鱼、发光鲷、七星底灯鱼和细条天竺鲷)的空间异质性及其空间关系.结果表明,带鱼的变异函数曲线与细条天竺鲷、六丝钝尾虎鱼和发光鲷的曲线极为相似,对不同距离的变异函数值进行相关分析,带鱼与上述3种小型鱼类均达到极显著相关水平(P<0.01).黄鲫和棘头梅童鱼的变异函数表现出纯金块效应,而其它几种鱼都可拟合为球状或指数模型,并且都具有较强的空间自相关特性,其中细条天竺鲷、六丝钝尾虎鱼和发光鲷的变程也都接近或超过带鱼265km的变程,带鱼与这3种小型鱼类之间具有较强的空间追随关系,因此它们是带鱼的主要摄食对象.     

冬季东海太平洋褶柔鱼的空间异质性特征

运用地统计学的方法,根据2002年12月东海区121个站位的资源监测调查数据,拟合变异函数最优模型,计算各向同性下的模型参数和不同方向上的分维数,分析了冬季东海北部和南部太平洋褶柔鱼的空间异质性特征,并进一步探讨了其空间格局与环境的关系。结果表明,在各向同性条件下,东海北部和南部具有相似的空间异质性特征,其变异函数均能用球状模型拟合,呈聚集空间格局,空间变程大约为440 km,随机性因素占空间异质性的30%左右,结构性因素占空间异质性的70%左右,处于主导地位。各向异性分析表明,在东海北部,135°和90°方向的分维数最高,分别为1.954和1.893,说明太平洋褶柔鱼在这两个方向上分布较均匀,空间依赖性较小,这与东南-西北方向的黄海暖流和西-东方向的长江冲淡水一致;而在东海南部,45°方向的分维数最高,为1.999,太平洋褶柔鱼在此方向分布上的同质性与西南-东北方向的黑潮主干及台湾暖流相对应。这说明,海流是影响较大尺度生态过程上太平洋褶柔鱼分布的主要环境要素。     

蜀南竹海毛竹林土壤物理性质空间异质性

土壤空间异质性是土壤的重要综合属性,对土壤的结构与功能以及植被的空间格局有重要影响。以蜀南竹海核心区毛竹林土壤为研究对象,采用1∶10000地形图为工作底图,按公里网格布点,应用地统计学方法,分析了土壤物理性质的空间异质性,旨在为研究区毛竹林的可持续经营提供基础数据和理论参考。结果表明:除土壤最大持水量和最小持水量外,研究区土壤粘粒、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和毛管持水量等5个土壤物理性质空间变异性明显,其半变异函数用指数、高斯和球状模型拟合,变程范围在1252.3—11887.1 m,块金值和基台值比值范围为0.03%—52.07%,表明各物理性质有不同程度的空间自相关性;土壤持水特性有较大的块金值,说明存在小尺度的空间异质性;普通克里格插值及物理性质空间分布图表明,土壤物理性质在空间分布上具有斑块性,在不同土层深度的空间分布有一致性。人为干扰是影响研究区土壤物理性质空间分布格局的一个主要原因。减少人为干扰,优化林分结构,维护与提高毛竹林生产力。     

景观异质性研究评述

通过对国内外大量资料的整理分析,对景观异质性的产生机制、分类、 在景观生态学研究中的地位及其测度方法进行了评述,在对景观异质性与景观稳定性、景观规划和管理以及生态学上的干扰、尺度、生物多样性之间相互依存关系论述的基础上,指出了当前景观异质性研究的复杂性,测度方法的不系统性,景观异质性建模在理论与实践上的困难性与局限性,并对生态复杂性研究的理论和方法应用于景观异质性研究进行了展望。     

土壤养分空间异质性与植物根系的觅食反应

植物在长期进化过程中,为了最大限度地获取土壤资源,对养分的空间异质性产生各种可塑性反应．包括形态可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等．许多植物种的根系在养分丰富的斑块中大量增生,增生程度种间差异较大,并受斑块属性(斑块大小、养分浓度)、营养元素种类和养分总体供应状况的影响．植物还通过调整富养斑块中细根的直径、分枝角、节问距以及空间构型来实现斑块养分的高效利用．根系的生理可塑性及菌根可塑性可能在一定程度上影响其形态可塑性．生理可塑性表现为处于不同养分斑块上的根系迅速调整其养分吸收速率,从而增加单位根系的养分吸收,对在时间上和空间上变化频繁的空间异质性土壤养分的利用具有重要意义,可在一定程度上弥补根系增生反应的不足．菌根可塑性目前研究较少,一些植物种的菌根代替细根实现在富养斑块中的增生．菌根增生的碳投入养分吸收效率较高、根系增生对增加养分吸收的作用较复杂,取决于养分离子在土壤中的移动性能以及是否存在竞争植物;对植物生长(竞争能力)的作用因种而异,一些敏感种由此获得生长效益,而其它一些植物种受影响较小．植物个体对土壤养分空间异质性反应能力和生长差异,影响其在群落中的地位和命运,最终影响群落组成及其结构．     

东海区底层及近底层鱼类资源的空间异质性

运用空间自相关指数和变异函数分析东海区底层及近底层鱼类资源的空间自相关性和空间变异．其空间分布平均场的Geary c和Moran Ⅰ指数分别为0．38和0．52,各向同性随机变异占总变异的59．9％。表明其空间分布具有中等自相关特性,空间变异中由随机引起的变异大于由空间相关尺度过程引起的变异;各方向变异属于几何异向性,资源密度的年际变化与C、C0和C+C0均呈正相关,说明年际平均密度的增加由空间自相关变异和随机变异共同引起,随机变异略强于空间自相关变异。     

武钢厂区景观结构与绿地空间布局研究

应用景观生态学原理对武钢厂区景观结构及结地景观的空间布局进行了调查分析,结果表明,构成武钢厂区景观结构的主体是以建筑铺装玻璃块,工业预留地斑块,公路和铁路廊道组成的人工景观要求,其面积占景观总面积的74．37％,班块优势率达57．70％,其中,建筑铺装斑块面积比率最高（56．43％）,优势度最大（35．59％）,专用绿地斑块破碎化指数高（5．0591ind.hm^-2),分布范围广,道路廊道密度大（13．7772km.km^-2),且公路比铁路对景观的影响更大,既体现了工业区景观结构的基本特征,也反映了武钢厂区趋于合理的景观格局,在绿地景观中,道路绿带斑块数目多,面积比率高（66．07％）,优势度最大（75．31％）,以乔木树种为主体的防护林斑块平均面积大（8454．45m2),环境效益高,观赏绿地斑块植物种类丰富,景观效果好,以道路绿带为骨架,成片防护林和观赏绿地为中心,将各分厂绿地接成四大绿化区域的武钢厂区绿地系统已初步形成,但厂区荒草地斑块优势度偏高,防护林面积较小,道路绿带仍不完整,应进一步重视厂区废弃地开发和绿地系统建设。     

广州城市绿地系统景观异质性分析

选用景观多样性等7个指数对广州城市绿地景观异性质进行了分析.结果表明,广州绿地斑块密度和绿廓道密度分别为118和187km·km-2,在老城区绿地具有斑块小,破碎度大,多样性高,以随机分布为主的高异质性空间结构;在新城区,绿地斑块大,以均匀分布为主,因此,在同等大小的区域内,这类绿地空间结构更能提高景观的异质性,更有效地发挥绿地的生态功能     

沈阳西郊景观格局变化的研究

景观格局变化的主要原因在于外界的干扰作用,其显著变化具有3种典型类型。本文对景观格局的研究,采用了几种计测指标:(1)各类嵌块体的数目和面积大小;(2)嵌块体的转移矩阵;(3)嵌块体的优势度指数;(4)景观的多样性指数。研究结果表明,沈阳西部景观在经历了30年的变化后,变得更加破碎,出现了较多的块状和岛状嵌块体。景观基质发生了改变,城市化现象较为明显,土地利用的经济效益也有所提高。但由于人口的剧增,人均土地面积在不断减少,荒地开发殆尽,这预示着土地承载能力的饱和与危机的开端。     

Environmental heterogeneity,species diversity and co‐existence at different spatial scales

The positive relationship between spatial environmental heterogeneity and species diversity is a widely accepted concept, generally associated with niche limitation. However, niche limitation cannot account for negative heterogeneity–diversity relationships (HDR) revealed in several case studies. Here we explore how HDR varies at different spatial scales and provide novel theories for small‐scale species co‐existence that explain both positive and negative HDR. At large spatial scales of heterogeneity (e.g. landscape level), different communities co‐exist, promoting large regional species pool size and resulting in positive HDR. At smaller scales within communities, species co‐existence can be enhanced by increasing the number of different patches, as predicted by the niche limitation theory, or alternatively, restrained by heterogeneity. We conducted meta‐regressions for experimental and observational HDR studies, and found that negative HDRs are significantly more common at smaller spatial scales. We propose three theories to account for niche limitation at small spatial scales. (1) Microfragmentation theory: with increasing spatial heterogeneity, large homogeneous patches lose area and become isolated, which in turn restrains the establishment of new plant individuals and populations, thus reducing species richness. (2) Heterogeneity confounded by mean: when heterogeneity occurs at spatial scales smaller than the size of individual plants, which forage through the patches, species diversity can be either positively or negatively affected by a change in the mean of an environmental factor. (3) Heterogeneity as a separate niche axis: the ability of species to tolerate heterogeneity at spatial scales smaller than plant size varies, affecting HDR. We conclude that processes other than niche limitation can affect the relationship between heterogeneity and diversity.     

Effects of spatial heterogeneity on butterfly species richness in Rocky Mountain National Park, CO, USA

We investigated butterfly responses to plot-level characteristics (plant species richness, vegetation height, and range in NDVI [normalized difference vegetation index]) and spatial heterogeneity in topography and landscape patterns (composition and configuration) at multiple spatial scales. Stratified random sampling was used to collect data on butterfly species richness from seventy-six 20 × 50 m plots. The plant species richness and average vegetation height data were collected from 76 modified-Whittaker plots overlaid on 76 butterfly plots. Spatial heterogeneity around sample plots was quantified by measuring topographic variables and landscape metrics at eight spatial extents (radii of 300, 600 to 2,400 m). The number of butterfly species recorded was strongly positively correlated with plant species richness, proportion of shrubland and mean patch size of shrubland. Patterns in butterfly species richness were negatively correlated with other variables including mean patch size, average vegetation height, elevation, and range in NDVI. The best predictive model selected using Akaike’s Information Criterion corrected for small sample size (AIC_c), explained 62% of the variation in butterfly species richness at the 2,100 m spatial extent. Average vegetation height and mean patch size were among the best predictors of butterfly species richness. The models that included plot-level information and topographic variables explained relatively less variation in butterfly species richness, and were improved significantly after including landscape metrics. Our results suggest that spatial heterogeneity greatly influences patterns in butterfly species richness, and that it should be explicitly considered in conservation and management actions.     

The effects of spatial heterogeneity in population dynamics

The dynamics of a population inhabiting a heterogeneous environment are modelled by a diffusive logistic equation with spatially varying growth rate. The overall suitability of an environment is characterized by the principal eigenvalue of the corresponding linearized equation. The dependence of the eigenvalue on the spatial arrangement of regions of favorable and unfavorable habitat and on boundary conditions is analyzed in a number of cases.Research supported by National Science Foundation grant #DMS 88-02346     

干扰作用及空间异质性对大草蛉雄成虫捕食作用的影响

大草蛉雄成虫在捕食过程中,麦秆数越多,环境阻力越大,空间异质性越复杂,捕食作用率越低;大草雄成虫种内干扰作用系数为0．9390,大草蛉雄成虫与龟纹瓢虫幼虫之间的种间干扰作用系数为0．8722,产者大于后者,竞争强度I与天敌P之间的关系为I=0.06400 1.1127lgP.