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…     

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…     

景观生态学——概念与理论

现代景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓和迅速发展的学科。因此 ,不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同 ,就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点和论说。概括地说 ,景观生态学研究的重点主要集中在下列几个方面 ,即 :空间异质性或格局的形成及动态 ;空间异质性与生态学过程的相互作用 ;景观的等级结构特征 ;格局 -过程 -尺度之间的相互关系 ;人类活动与景观结构 ,功能的反馈关系以及景观异质性 (或多样性 )的维持和管理[1～ 6] 。反映这些研究重点的主要景观生态学概念和理论是什么呢 ?本文拟在总结该学科最近 2…     

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。     

空间异质性定量研究理论与方法

通过变异函数对空间异质性定量研究进行了讨论．结果表明,空间异质性定量研究应从空间特征和空间比较两方面去考虑．对空间特征,着重讨论怎样应用变异函数将空间异质性分解成各定量组分;确定空间异质性程度;探测空间异质性变化的尺度．对空间比较,怎样对同一变量和不同变量用变异函数比较空间异质性时的统计检验;采用标准化变异函数比较同一地点上的不同变量的空间异质性．最后通过阔叶红松景观中林型和土壤类型的空间异质定量研究实例验证了上述理论与方法．     

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。     

连接景观异质性与社会环境系统——2017年美国景观生态学年会（The US-IALE 2017 Annual Meeting）会议述评

美国景观生态学年会于2017年4月9日至13日在美国马里兰州巴尔的摩举行。此次会议内容丰富、气氛活跃、交流形式多样,讨论了景观生态学领域的最新研究进展。会议中关于景观异质性与社会环境系统关系的探讨主要从景观格局与社会环境系统耦合方法、景观格局和社会环境系统变化过程、景观异质性与社会环境系统研究在政策制定中的应用三方面展开。对我国景观生态学研究的启示主要有以下方面:(1)重视景观格局变化和社会环境系统的耦合研究;(2)加强景观格局-过程-服务的多尺度综合集成研究;(3)加强景观生态学研究在实际中的应用,为政策制定和实际管理提供支持。     

宏观生态学研究的特点与方法

宏观生态学是研究生态系统以上层次的生态学,研究对象为大尺度复杂系统,研究内容和方法都具有不同于传统生态学的明显特点。重视对空间异质性的研究,重视人类的生态作用,注意运用等级结构理论,其研究结果常常是非实验性和非稳定性的。遥感和地理信息系统是空间数据采集和管理、分析的主要手段,景观分析和景观模型是宏观生态研究的重要方法,定位观测试验的网络研究则是实现宏观整体研究的必由之路。     

生态学研究中的尺度问题

尺度是生态学中的核心问题,时间和空间尺度包含于任何生态过程中,尺度在生态学研究中越来越显现出其重要性,原因是解决地球环境问题要求在大尺度上理解格局和过程,而以前生态学调查的数据主要是基于小尺度的,并且有许多研究表明,一个生态问题的结论在很大程度上取决于研究所采纳的尺度。但目前尺度研究还存在很多的问题;一些相关概念易与尺度混淆;缺乏成熟的尺度识别方法和系统完备的尺度转换方法等。针对这些问题,本文首先阐明了尺度的确切含义,并对尺度研究的发展历史,重要性作了问题的阐述：分析探讨了尺度与等级理论,格局的关系,及尺度识别,尺度转换的方法和发展趋势。     

空间异质性对样地数据空间外推的影响

应用模型结合的方法模拟了3个空间异质性等级预案下反应变量(气候变化下景观水平的树种分布面积)的变化情况,并分析模拟结果在预案之间的差异性,探讨了环境空间异质性对样地观测到的树种对气候变化响应向更大空间尺度外推的影响.结果表明：空间异质性在一般情况下对样地数据向土地类型尺度外推没有影响,而对样地尺度外推到海拔带尺度的影响则有较复杂的情况.对于对气候变化不敏感的树种以及非地带性树种,空间异质性对样地数据向海拔带尺度外推没有影响;对于大多数对气候变化敏感的地带性树种而言,空间异质性对样地数据向海拔带尺度外推则有影响.     

矿区土地利用生态风险的时空异质性

以微山县煤矿较集中、地面塌陷较严重的11个乡镇作为研究区,以遥感影像和土地利用现状数据为数据源,获取4期土地利用类型分布图,根据景观生态学理论构建景观意义上的土地利用生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究2000—2016年研究区适宜尺度下土地利用生态风险的时空变化情况及空间异质性。结果表明:1 km×1 km规则网格是最佳研究尺度,在该尺度下研究区土地利用生态风险的空间分布呈集聚模式,且具有很强的空间正相关性;2000—2005年土地利用生态风险指数在小尺度上的随机变异逐渐被较大尺度上的空间结构性变异所取代,2005年生态风险总的空间变异程度较高,2005—2016年随机因素引起的空间变异程度增强;2000—2016年土地利用生态风险呈现由中高、高生态风险向中、中低生态风险转变的特征;生态风险恶化区和明显恶化区主要分布在东部矿区周边、道路沿线、地面塌陷较严重的区域,研究区西南部微山湖沿岸东西两侧,耕地的生态风险恶化程度2010—2016年较高;17年间微山湖湖区的生态风险稳定区和改善区大幅增加,生态风险明显下降。     

晋北大型露天矿区景观生态风险时空异质性

矿产资源开采对生态环境产生了剧烈扰动,加剧了矿区生态环境的风险性,严重威胁区域的可持续发展。从景观生态学角度将景观格局与生态风险相结合对矿区生态环境进行评估,从而揭示矿区景观生态风险的时空异质性,促进土地资源的可持续利用。以1990-2018年7期Landsat TM影像解译后的土地利用现状数据为数据源,构建景观生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究1990-2018年平朔矿区景观生态风险的时空异质性。结果表明:1990-2018年平朔矿区景观生态风险的空间分布呈集聚分布模式,Moran’s I指数处于0.53~0.68,Z得分远高于检验阈值1.96,风险的空间集聚效应明显。1990-2018年平朔矿区的景观生态风险等级以中低、中、中高水平为主,占全区总面积的70%~90%,低风险区域主要分布于井坪镇以及白堂乡与向阳堡乡的大片林地,耕地是中等风险的主要分布区域,高风险区域逐渐向矿界内的矿业核心区收缩。1990-2018年平朔矿区景观生态风险空间异质性中的随机变异均小于空间自相关变异,由空间自相关部分引起的空间异质性占据主导地位。研究表明,在0.50 km×0.50 km的研究尺度下,1990—2018年平朔矿区景观生态风险具有很强的时空异质性,时间上呈现先增加后降低的趋势,空间相关性显著,空间分异特征明显。     

Local dispersal can facilitate coexistence in the presence of permanent spatial heterogeneity

Abstract In the presence of permanent spatial heterogeneity, local dispersal, especially short‐range dispersal, can facilitate coexistence by concentrating low‐density species in the areas where their rates of increase are higher. We present a framework for predicting the effects of local dispersal on coexistence for arbitrary forms of dispersal and arbitrary spatial patterns of environmental variation. Using the lottery model as an example, we find that local dispersal contributes to coexistence by enhancing the effects of environmental variation on scales longer than typical dispersal distances, which can be characterized solely by the variance of the dispersal kernel. Higher moments of the dispersal kernel are not important.     

Fusing multidimensional hierarchical information into finer spatial landscape metrics

One of the core issues of ecology is to understand the effects of landscape patterns on ecological processes. For this, we need to accurately capture changes in the fine landscape structures to avoid losing information about spatial heterogeneity. The landscape pattern indicators (LPIs) can characterize the spatial structures and give some information about landscape patterns. However, researches on LPIs had mainly focused on the horizontal structure of landscape patterns, while few studies addressed vertical relationships between the levels of hierarchical landscape structures. Thus, the ignorance of the vertical hierarchical relationships may cause serious biases and reduce LPIs'' representational ability and accuracy. The hierarchy theory about the landscape pattern structures could notably reduce the loss of hierarchical information, and the information entropy could quantitatively describe the vertical status of landscape units. Therefore, we established a new multidimensional fusion method of LPIs based on hierarchy theory and information entropy. Here, we created a general fusion formula for commonly used simple LPIs based on two‐grade land use data (whose land use classification system contains two grades/levels) and derived 3 fusion landscape pattern indicators (FLIs) with a case study. The results show that the information about fine spatial structure is captured by the fusion method. The regions with the most differences between the FLIs and the traditional LPIs are those with the largest vertical structure such as the ecological ecotones, where vertical structure was ignored before. The FLIs have a finer spatial representational ability and accuracy, not only retaining the main trend information of first‐grade land use data, but also containing the internal detail information of second‐grade land use data. Capturing finer spatial information of landscape patterns should encourage the application of fusion method, which should be suitable for more LPIs or more dimensional data. And the increased accuracy of FLIs will improve ecological models that rely on finer spatial information.     

景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响

景观空间异质性与生态系统服务的关系极为密切,适当调整景观空间异质性有助于生态系统服务的持续形成与稳定供给。研究景观空间异质性和生态系统服务形成与供给之间的相互影响作用及响应机制具有重要的理论与现实意义,是保护生物多样性、管理生态系统服务与优化景观空间配置的基础。现有研究大多在不同尺度上探讨了景观格局与生态过程或生态系统服务间的相互影响关系,而缺乏景观格局-生态过程-生态系统服务三者间有效联结等方面的研究。景观空间异质性是怎样直接或间接地作用于生态系统服务形成与供给的,目前还没有一个较为明确的解释。因此,通过分析国内外文献,回顾了景观格局或景观空间异质性与生态系统服务之间关系的研究进展、研究内容和研究方法;从景观组成、景观构型的变化入手,讨论了景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响及其强度,并认为景观组成异质性变化能够直接影响生态系统服务,而景观构型异质性变化会通过改变生态过程而间接影响生态系统服务;阐述了景观空间异质性在影响生态系统服务形成与供给的同时,也使生态系统服务在空间上产生了异质性分布,并从自然因素和人为因素两个方面对其进行解释;强调了尺度问题在景观空间异质性与生态系统服务研究中的重要性;最后,明确了对生态系统服务形成与供给的景观空间异质性影响研究不仅有助于生态系统服务的维持与调节,也能更深层次地揭示其中的生态学意义。     

额济纳绿洲土壤养分的空间异质性

利用地统计学方法研究了额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全磷、全钾的空间异质性.结果表明:土壤养分含量分布均有较大的空间异质性,土壤有机质的理论模型为指数模型,全氮、全磷和全钾的理论模型均为球状模型;额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全钾主要受结构性因子的影响,全磷受结构性因子和随机因子的共同影响;全氮、全磷和全钾的变程在7.68～7.86 km,土壤有机质的变程较小,为5.4 km.土壤养分的空间分布表现为南北高,中间低的分布格局.     

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。     

尖峰岭自然保护区土壤性质空间异质性

选取尖峰岭热带林自然保护区水平和垂直两条样带10个主要的生态系统类型,研究了该地区土壤性质的空间异质性特征。结果表明水平样带0~20cm土壤有机碳、总氮、速效氮含量变异顺序为原始林>次生林>3种人工林;垂直样带0~20cm土壤有机碳、总氮、总磷含量表现为山地雨林原始林最高,向高海拔和低海拔两端逐渐降低的趋势,且差异达到显著水平。土壤速效养分有效氮和有效磷以及阳离子交换量表现出与其它养分指标不同的变化趋势,但在水平和垂直样带都表现出与pH值有很好的相关性。位于中、高海拔,人为干扰最轻的山地雨林原始林具有最好的土壤养分保持能力,土壤综合质量指数最高。在受干扰类型中天然次生林土壤综合质量指数最高。在海拔梯度上,常绿季雨林是最易受干扰也是对干扰最敏感的生态系统类型。表明热带森林原始林对维持土壤质量及天然林破坏后使其自然恢复为保持土壤质量具有重要意义。