地理信息系统及其在动物空间行为研究中的应用

空间属性是动物行为的重要特征,也是行为生态学研究中必须要面对的难题之一。地理信息系统(Geographic Information System,GIS)具有强大的空间分析功能,它在动物行为生态学研究中得到了越来越广泛的应用,如生境选择、领域分析、迁徙路线、活动节律等。本文较系统地阐述了GIS的原理以及在行为生态学研究中所涉及的基本概念和原理,对近年来利用GIS进行的行为生态学研究做了回顾和总结,并对其未来的发展进行了展望。     

行为的结构、刚性和多样性

有关动物行为的定义、结构和多样性是一个被长期忽视的研究领域。然而,动物行为多样性不仅是一个生物多样性基础理论问题,也与濒危动物的成功保护有关。本文定义了动物行为以及行为的刚性与弹性,探讨了行为表达的空间条件以及生境因素与行为多样性之间的关系。我们发现雌雄大熊猫个体在较大的活动空间里的发情行为表现的频次及活动频率显著地高于那些在较小的空间里的雌雄个体,说明活动空间对雄性或雌性大熊猫的发情行为有显著影响。圈养空间影响麋鹿的社会行为、通讯行为和聚群行为。圈养在小圈中的麋鹿没有出现同性聚群现象,当圈养麋鹿野放后即表现出这种现象。圈养环境中长大的动物个体由于缺乏行为的表达空间,仅仅表现出刚性大的行为,丧失了许多弹性大的行为,从而导致动物行为的多样性下降。对那些生活在开阔草原和荒漠上的野生有蹄类动物实施迁地保护时,必须考虑其逃逸空间,为那些动物建立自然保护区时,则必须考虑其迁移空间。此外,动物行为的多样性与生境元素有关。我们应当给圈养动物提供复杂而多样的环境,以增加圈养野生动物表达寻找食物、建立领域、筑巢和避开不利环境等行为的可能性,维持濒危个体的行为多样性。     

GIS在野生动物空间分布格局研究中的应用

地理信息系统(GIS)在绘制动物分布图、确定物种丰富度、预测动物的空间分布格局、建立物种分布数据库等方面都有极大的应用价值。本文介绍了GIS技术在野生动物空间分布格局研究中的应用,并探讨了今后GIS技术在野生动物生态学领域的应用前景。     

基于GIS的产业生态学研究述评

产业生态学由于缺少关于空间分析的工具,使得研究结果因缺乏空间维度信息而影响对管理效率和精准度的支持。基于GIS的产业生态学相关研究已成为产业生态学研究的一个新的方向。为总结已有的研究成果并展望未来的研究方向,运用文献计量及对比分析的手段,系统分析了国内外基于GIS的产业生态学的相关研究进展,得出以下结论:当前基于GIS的产业生态研究主要集中在物质代谢、产业共生和生命周期评价3个方面,将GIS技术引入到物质代谢研究中,可以更好的展示物质代谢的时空分布格局,为物质代谢研究提供了一种新的方法;基于GIS技术,不仅可以更加高效地挖掘潜在的产业共生机会,还可应用于生态产业园的规划管理如企业的选址、空间布局等以及废弃物的回收再利用方面;将GIS与LCA耦合在一起,可以很好地补充、完善和管理传统数据,有助于探索产品、活动或工艺的环境影响的空间特性以及进行土地利用相关的环境影响评价。另外,国内外研究的侧重点也不尽相同。在物质代谢研究中,国内研究较少,仅在城市尺度上进行了基础设施的物质代谢及其存量分析,国外在国家、城市尺度上研究了铜、锌等金属的物质代谢情况;在产业共生研究中,国内侧重于生态产业园的研究,而国外侧重于城市尺度的产业共生机会识别的研究;在LCA的研究中,国内开展了基于GIS的生命周期评价数据库和产品材料信息管理系统的研究,而国外侧重于进行区域化的生命周期评价、进行土地利用影响类型的相关评价以及污染物的追踪,国内在该方面尚处于起步阶段。国内外在研究方法上存在共性,都是基于GIS的空间分析方法、缓冲区分析方法以及数据库技术等。未来将GIS作为一个平台,面向产业转型展开产业生态学综合理论方法的研究,可以为产业的可持续性管理提供有效支持。     

地质统计学理论与方法及其在昆虫生态学中的应用

空间相关是昆虫生态学中普遍存在的一种客观现象 ,但这种空间相关性在传统的统计学分析中被忽略了。据此 ,文章对常用的地质统计学的空间相关理论和方法、以及这些理论和方法在昆虫生态学中的应用途径和研究进展作了简述。此外 ,对GIS在昆虫空间相关分析中的应用途径和方法也作了探讨。通过综合分析和比较 ,作者认为 ,未来地质统计学的发展将更多地与GIS融为一体 ,并且二者将与传统的时间序列方法和生物统计学方法有机结合 ,共同应用于昆虫生态学的时空分析和预测之中     

分子生物学技术在动物行为生态学中的应用

分子生物学技术在动物行为生态学研究中的应用目前主要集中于繁殖行为、亲缘选择、社会分工、空间定位和聚群行为等几个方面。其中在繁殖行为中的应用最为广泛和深入,包括探讨动物优势等级与繁殖成功度之间的关系、配偶外性行为、种内巢寄生以及交配对策。     

论昆虫空间生态学研究

空间特征是昆虫生态学研究的热点之一 ,具有重要的理论与应用意义。该文从理论、尺度、时空动态模型、技术手段及研究热点几个方面概述近期昆虫空间生态学研究进展。主要理论包括概率及统计模型、地学统计学、景观生态学、集合种群生态学 ;研究技术涉及地理信息系统、遥感、计算机辅助分析等。简要论述研究的空间尺度问题 ,介绍空间分子生态、进化生态等新研究热点在昆虫空间生态领域的发展 ,并分析昆虫空间生态学存在的问题和发展趋势。     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

利用红外相机建立野生水鹿行为谱及PAE编码系统

动物行为谱是动物行为学研究的基础。2015年1月至2016年6月,在四川卧龙自然保护区,利用PAE编码分类系统并结合红外相机所获得的照片和视频数据开展水鹿(Rusa unicolor)行为谱的研究,建立了野生水鹿行为谱及其PAE编码系统。本研究共分辨并记录了野生水鹿的7种姿势,63种动作和74种行为,基本涵盖了水鹿的主要行为,并区别了各种行为在成年雄性、成年雌性和亚成体之间的相对发生频次,分析水鹿的具体行为与环境之间的关联。通过建立野生水鹿的行为谱,能为更深入地开展水鹿行为生态学研究提供基础信息,也为水鹿的保护与管理提供依据。该研究可以推广到其他不易直接观测的野生动物的行为学研究中。     

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…     

保护行为学: 正在兴起的保护生物学分支学科

过去的30年里, 人们利用动物行为的进化生物学方法来解决保护实践中遇到的问题, 行为学、行为生态学与保护生物学相结合, 产生了保护生物学的一个新分支学科--保护行为学。保护行为学的研究目的是: 从物种保护实践中发现环境对动物行为的影响以及行为的生态适应性, 并把动物行为学和行为生态学理论应用到物种保护实践中, 从而促进物种保护工作。目前全球有10%的物种濒临灭绝, 生物多样性保护日趋紧迫, 保护行为学的诞生为行为学和保护生物学研究带来了新的机遇, 也表明行为学家和保护生物学家正在担负起挽救濒危物种的使命。不久的将来, 保护行为学及其相关学科将更加繁荣。     

整体大于部分之和: 生态自组织斑图及其涌现属性

近30年来, 自组织理论已经发展成为解释生态系统呈现规则空间格局的有效理论。伴随着生态系统自发有序空间格局的生成, 自组织过程产生一系列的涌现属性, 这些特征对生态系统功能至关重要。在此, 我们将介绍这一正蓬勃发展的研究领域的主要理论进展。首先, 叙述了自组织这一概念的发展历程与定义, 详细阐述了自组织理论的两个经典理论框架: 图灵原理与相分离原理。然后, 根据几个典型的生态自组织研究案例, 描述了图灵原理与相分离原理在不同生态系统中的具体数学模型表达形式。接着, 分别阐述了图灵原理的涌现属性对生态系统功能以及相分离原理的涌现属性对细胞功能的作用。最后, 从多尺度自组织斑图、瞬态斑图和生物个体行为自组织3个方面对未来生态自组织理论发展方向进行了探讨。自组织研究在生态学与生物学研究中方兴未艾, 希望更多的学者在未来关注与参与该领域的发展。     

基于生态导向的城市空间优化与功能组织——以天津市滨海新区临海新城为例

以生态学理论为指导,全面统筹建设城市的生态环境、社会环境、经济环境和物质形体环境的城市规划手段是实现城市自然-经济-社会和谐、高效、持续发展的重要途径。研究以天津市滨海新区临海新城为例,借鉴景观生态学分析方法,提出基于生态导向的城市空间优化和功能组织的规划思路：基于城市生态环境现状评价和问题诊断基础,整体优化生态景观格局;利用GIS空间分析技术进行城市生态适宜性和敏感性分析,划分城市生态功能区;结合城市职能定位和产业选择,确定自然生态因子和经济活动的镶嵌关系,优化城市产业活动的空间配置。实证研究的结果表明：基于生态导向的城市空间优化与功能组织将城市规划引向重建自然和保护自然的空间塑造过程;城市生态网络空间的构建决定了城市“组团状”的功能组织和空间布局模式;基于生态分析的城市空间优化保障了城市生态系统的健康持续发展。     

空间和平衡理论在景观生态学中的发展和应用

传统生态学承认生态系统中平衡、稳定状态的存在 ,“自然平衡理论”是其集中体现。而近 30年来 ,非平衡理论的出现 ,使得人们对生态系统的认识发生了彻底的改变。非平衡理论认为 ,偶然事件 (如干扰等 )在生态过程中起着重要作用。随着认识的转变 ,对生态过程中的“空间”和空间异质性的理解也发生了变化 ,传统生态学总是试图回避空间动态和空间异质性问题 ,而着重强调时间格局的重要性。但在近 2 0年来 ,空间格局则得到了广泛重视。空间理论及空间格局的研究表明 ,空间异质性既可能增加生态系统和生态过程的稳定性 ,也可能降低其稳定性。分析两种变化趋势 ,指出了它们的相互关系 ,同时讨论了空间理论的发展及其在景观生态学中的应用 ,并阐述了生态平衡的含义。     

基于TM影像的景观空间自相关分析——以北京昌平区为例

格局与尺度之间的关系是景观生态学的核心研究内容。景观格局发生在不同的尺度 ,而尺度又影响格局的研究 ,因而 ,在景观生态学研究中应用多种量化研究方法于一系列尺度来确定和特征化空间格局研究 ,并探求空间格局与生态学功能和生态学过程之间的关系是非常必要的。以北京昌平区为例 ,从 TM影像中选取 5个具有突出自然和社会经济背景差异的景观 ,即林地景观、农田景观、都市边缘景观、卫星城景观和灌丛景观为研究对象 ,基于归一化植被指数 (N DVI) ,采用常用空间自相关指数 ,即 Moran的 I系数和 Geary的 c系数进行一系列的空间自相关分析 ,旨在阐明 :变化的空间粒度如何影响空间分析 ?以及空间分析如何响应划区效应 ?此外 ,基于 N DVI和数字高程模型 (DEM)也探讨了对于不同的数据类型 ,格局的尺度依赖性如何变化。研究结果表明 :空间粒度的变化对于景观分析有着显著的影响 ,随着空间粒度的增加 ,空间自相关均呈下降趋势 ;不同景观类型对于空间粒度的变化有着不同的响应 ,人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关 ,但对空间粒度的变化表现出较强的敏感性 ;对于不同的数据类型 ,格局分析对空间粒度变化的响应是不同的     

昆虫生态学试验设计中时空转换的技巧

时空转换最初是研究植物群落演替的方法,目前作为一种理论推断在社会科学、地理信息和地质分析等领域应用,在昆虫生态学中的应用很少,本文介绍了空间换取时间与时间换取空间两种方法,能够巧妙地缩短很多昆虫生态学的试验时间,或增加研究范围内的样本数,在大尺度景观研究昆虫迁移、预测预报、栖境恢复等方面具有重要意义。这种时空转换的技巧在昆虫生态学的研究的有广阔的应用前景。     

森林更新与空间异质性

森林更换是一个重要的生态学过程,一直是森林生态系统动态研究中的主要领域之一。森林更新受物理环境、自然干扰、人为干扰、更新树种特性、树种对干扰的反应等因素及其相互作用的影响。这些生物和非生物的因素随空间和时间而不断变化,构成了森林的空间异质性和时间异质性,使森林更新具有空间和时间上的变化特点,表现在异质性的格局和过程中。探索森林更新与空间异质性的内在规律,可揭示空间格局对更新的生态学过程的潜在作用机制。本文主要综述了近年来有关森林更新与空间异质性研究的主要内容和一些观点,分析了更新中空间异质性的来源,着重评述了空间异质性的生境及更新树种的反应、小尺度的空间异质性与更新动态、林分中光有效性的空间异质性与更新格局以及土壤和更新的空间异质性尺度的关联性等方面的研究。     

利用动物园进行“动物行为观察”竞赛活动

近年来,动物行为学已构成了生态学的一个重要的分支学科。在初中《动物学》教学中,培养中学生观察动物行为的能力,让学生初步掌握一些动物行为学的基础知识,是本课程的一个不容忽略的教学任务。1988年我们组织学生在动物园举办“动物行为观察”竞赛活动收到一定成效。本文重点介绍这次竞赛的试题,供大家参考。动物行为观察竞赛试题限定在中学学过的动物学知识以及在动物园中能观察到的动物行为。而重点是观察动物的栖息、捕食、竞争、求偶等行为。此外,由于上海动物园面积大,动物兽舍布局分散,观察的范围又缩小到鸟纲和哺乳纲两大类动物。竞赛试题可分为三个层次,分别考核学生的记忆力、判断力和创造力。动物学教材中已作描述的鸟纲     

昆虫种群空间格局研究方法的最近进展

<正> 昆虫种群空间格局是由物种的行为内禀特征与栖境相互作用而形成的种群个体在空间的分布状况。它的研究无论在生态学理论,还是生产实践上都具有重要意义。空间格局的研究方法可归纳为3类:(1)频次分布拟合x~2检验法;(2)扩散型指数法;(3)回归模型分析法。随着对大量昆虫种群空间格局的实际研究,     

关帝山林区景观要素空间分布及其动态研究

在ＡＲＣ／ＩＮＦＯ支持下,应用ＧＩＳ技术结合景观生态学原理,从一个侧面对关帝册林森林景观空间分布格局进行了分析研究,提出了一套适用于森林景观空间格局分析方法和指标,揭示了研究地区森林景观空间分布动态的一些基本规律,研究结果表明,在ＧＩＳ支持下,通过网格样方全景观取样,采用基准面积样方取值法确定样方观测值,分别景观要素计算Ｍｏｒｉｓｉｔａ指数或Ｅ－指标,可以对研究对象的空间分布特征做出客观的分析,并