不同空间特征尺度下景观格局对水质的影响

探究空间特征尺度下景观格局与水质的关系,对正确揭示格局如何影响水体污染迁移过程具有重要意义。本研究以福建省闽江流域为例,划分子流域、河岸和圆形缓冲区3种空间尺度,收集流域内26个监测断面的水质数据,基于Landsat-8影像分析景观格局特征。利用半变异函数、冗余分析等手段,识别各空间尺度的特征尺度,探讨在空间特征尺度下景观格局对水质的影响。结果显示：(1)闽江流域水质总体达到Ⅱ类标准,但仍存在超标水质,主要由水产禽畜养殖所致。(2)河岸尺度的特征尺度在1000 m缓冲区,而圆形缓冲区的特征尺度在2000 m。(3)子流域尺度景观格局对水质的总解释最强,达58.4%,其次为河岸(45.2%)、圆形缓冲区尺度(38.4%)。(4)林地的聚集程度和城镇最大斑块指数是影响水质的主要景观格局变量。上游汇水单元是未来水资源管理的关键区域,减少污染排放,增大林地优势和聚集程度,打破大面积建成区的连续性,有助于净化水质。     

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     

异质景观中水土流失的空间变异与尺度变异

综述了景观格局与水土流失过程的空间变异与尺度变异的理论和方法研究进展,提出了水土流失空间变异与尺度变异的研究方向。景观格局与生态过程的尺度变异一般处于单一尺度变异和多重尺度变异的连续体之中。尺度转换即尺度外推包括尺度上推和尺度下推,其可行性决定于尺度变异特征。水土流失不仅是多因子综合影响的一个复杂的时空变异过程,而且也是一个典型的多重尺度变异过程。传统的水土流失研究一般集中在坡面径流小区和小流域两个单一尺度上,这在很大程度上限制了水土流失的空间尺度外推和过程分析。近年来,尽管国内外很多学者开始关注水土流失的尺度变异及其影响因子．但只是对水土流失在不同大小的样地尺度以及小集水区尺度上的差异及其影响因子进行了初步的比较研究,尤其缺乏水土流失及其相关环境因子的连续尺度变异特征的机制分析。空间变异和尺度变异研究方法包括统计模型模拟法、物理模型与物理过程模拟法以及综合分析与综合预报法三大类。每种方法都有其优缺点和其特定的适宜性,最佳方法组合的选取因研究对象、研究地区和研究时间的不同而异。土壤侵蚀预报模型包括经验统计模型和物理过程模型,就解决水土流失的跨尺度关系而言,基于物理过程的空间分布式的土壤侵蚀预报模型显著优于经验模型。这些模型在关键参数的空间变异性描述和水土流失的尺度变异性分析方面非常薄弱,尤其缺乏模型分辨率和研究范围对输出结果的影响研究。完善水土流失的“尺度一格局一过程”理论,加强多重尺度上水土流失及其相关环境因子的空间变异格局和尺度变异性的实地观测与数学分析,改进土壤侵蚀预报模型这3个方面是将来的研究重点。     

不同研究尺度下土壤有机质和全氮的空间变异特征

在北京郊区面积为1075km^2的中尺度（平谷区）以400m×400m网格采样,共采集1076个样点,同时在平谷区内面积为28．8km^2的小尺度（马昌营镇）以100m×100m网格采样,共采集171个样点,测定其耕层土壤有机质和全氮的含量。应用传统统计学和地统计学方法,对两个研究尺度下的数据进行了分析,结果表明：有机质和全氮的变异系数范围为0．31～0．40,均属中等变异强度,随着研究尺度的缩小,土壤全氮的变异系数减少。半方差函数分析结果表明,两个研究尺度下,有机质和全氮均在一定范围内存在空间相关关系,区级尺度有机质和全氮的空间相关距离较大,分别为88．2km和4．9km,镇级尺度有机质和全氮的变程较小,均为0．7km,它们的空间异质性均主要由结构性因素引起。采用Kriging最优内插法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,两个研究尺度下的有机质和全氮含量受地形、土壤类型、土地利用方式、施肥等因素的影响,均表现出明显不同的分布规律。     

不同地区不同尺度下栓皮栎种群的空间分布格局

种群的分布格局与空间尺度有密切的关系.本研究将传统方法与点格局分析法结合起来,探讨了不同地区不同尺度下栓皮栎种群的空间分布.结果显示:随着样方面积的增大,种群的聚集度都有逐渐增大的趋势,当样方面积为10 0、2 0 0 m2 时,部分地区的丛生指标It、Cassie指数CA 小于零,当样方面积大于或等于4 0 0 m2 时,丛生指标It>0、Cassie指数CA>0、平均拥挤度m* >>1、L loyd聚块性指标和Morisita指数Iδ>1.用Morisita指数的随机分布偏离度的显著性F分布检验,当样方面积达到4 0 0 m2时,栓皮栎种群表现为聚集分布.同时,对不同地区不同样方面积上的栓皮栎种群进行Taylor和Iwao模型回归,Taylor回归系数b的变化从样方10 0、2 0 0 m2的b<1到4 0 0 m2的b>1,Iwao模型参数α、β值都表现为α>0 ,β>1,说明其分布格局主要表现为聚集分布.当样方面积为6 0 0、80 0 m2时,栓皮栎种群的空间格局呈现出随机分布.     

植被叶面积指数遥感反演的尺度效应及空间变异性

遥感作为宏观生态学研究中数据获取的一种便捷手段,有助于把握较大尺度内生态学现象的特征.应用遥感数据反演LAI时,由于像元的异质性,不同尺度遥感数据之间的转换是遥感发展的一个重要问题.以河北省黄骅市为研究区,在利用TM和MODIS遥感数据对芦苇LAI反演误差产生原因进行分析的基础上,利用半变异函数对像元空间异质性进行了定量描述.发现NDVI算法的非线性带给LAI尺度转换的误差很小,而LAI的空间异质性则是引起LAI尺度效应的根本原因.并且当像元内空间异质性很大时半变异函数的基台值比纯像元要大得多,空间自相关的程度是引起LAI尺度转换误差的主要原因;反之,像元内空间异质性不大时,随机误差是引起LAI尺度转换误差的主要原因.当像元为纯像元时,由像元异质性引起的反演误差基本可以忽略.此外,研究区芦苇的空间相关有效尺度约为360m,超过此距离空间相关性则不复存在.     

不同尺度下红树景观格局与叶面积指数的空间分异及表征关系

以2010 年SPOT5(空间分辨率为2.5 m)遥感图像为信息源, 提取红树林群落的空间分布范围及叶面积指数(LAI), 在ArcGIS10.0 软件及fragstats4.0 软件平台的支持下, 分别以100 m、300 m、500 m、700 m、900 m 为网格单元大小计算景观格局指数及LAI 指数, 分析不同尺度下红树林景观格局与叶面积指数的空间分异及表征关系。结果表明: (1)红树林群落叶面积指数(LAI)均呈现较为明显的空间分异特征。随着尺度的增大, 各网格单元的LAI 平均值先减小后增大; (2)斑块数量(NP)及平均斑块面积(MPS)呈现出东南地区高于西北地区的特点, 随着尺度的增大而增大。平均形状指数(MSI)随着尺度的增大逐渐增大。面积周长比均值(MPAR)的空间分异特征不明显; (3)红树林群落叶面积指数与群落景观指数在部分尺度下(500 m、700 m)存在明显的表征关系。(4)700 m 尺度是本研究分析的最佳尺度。     

甘肃永登县土地利用景观格局的空间尺度效应

依据“斑块-廊道-基质”模式,研究了甘肃省兰州市永登县景观格局的空间尺度效应.结果表明:草地为整个研究区景观结构的基质;廊道包括道路和河流;其余景观组分(耕地、林地、园地,住宅用地、工矿用地、公共管理与服务用地和其他土地)均为斑块.斑块类型水平指数与景观水平指数均表现出明显的空间幅度依赖性.不同景观组分的斑块类型指数的尺度效应在不同幅度区间存在差异性,景观水平指数的尺度效应在不同幅度区间也存在差异性.在1～20 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异最为明显;在21～90 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异较小;在>90 km幅度后,尺度效应消失.90 km×90 km为研究景观格局尺度依赖性的有效幅度.     

不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响

为探究不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响,于2020年6月和2021年1月在流溪河干流15个采样点进行了水样的采集,测定了水温、溶解氧、pH、氨氮、硝态氮、硫酸盐和氯化物等水质指标。结合遥感解译所得的土地利用数据,提取了不同空间尺度(子流域和河岸带缓冲区)的景观格局指数,采用Bioenv分析、Mantle检验、方差分解和层次分割理论等方法揭示了景观格局对水质变化的影响。研究结果表明：氨氮是流溪河的主要污染物。土地利用结构与空间格局特征对水质的影响存在空间尺度效应。在100 m河岸带缓冲区,水域是影响水质的主要贡献源;而在其他空间尺度建设用地是影响水质的主要贡献源。在子流域尺度,林地和建设用地的斑块密度(PD指数)是影响水质变化的核心特征;而在河岸带缓冲区尺度,水域和建设用地的连通性(CONTAG指数)和林地的多样性(SHDI指数)是影响水质变化的关键特征。在各个空间尺度,土地利用与空间格局的交互作用对驱动水质变化起主导作用,尤其在1000 m河岸带缓冲区对水质的贡献率最高。因此,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理和减少建设用地成片建设规划等对保护流域水质具有重要意义。     

南京市城市景观的特征尺度

在RS技术支持下,采用分辨率为10m的SPOT-5遥感影像为数据源,分别应用Haar、Morlet、Mexican Hat 3种基小波,对南京市江北城郊、主城区和东南城郊3种不同景观类型进行了特征尺度研究。结果表明,Modet基小波最适于进行城市景观的特征尺度检测,Mexican Hat基小波对粒级嵌套结构检测效果稍差,而Haar基小波不适于对连续型数据源的景观进行特征尺度检测。Morlet基小波的一维小波分析结果表明,南京市江北城郊和东南城郊都存在1个对应于各自农田斑块平均粒径的特征尺度,分别为362m和446m,而主城区则检测出存在3个特征尺度,即：292、835m和2200m,分别对应于建筑小区、小型街区和大型街区的平均粒径,显示主城区存在具有等级结构特征的“建筑小区-小型街区-大型街区”的粒级嵌套结构,揭示了城区具有比城郊复杂得多的粒级结构特征。     

太白山太白红杉种群空间分布格局研究

针对研究区太白红杉种群分布特点,设置了15个20 m×20 m样地,采用离散分布理论拟合和聚集强度测定方法,对太白红杉种群空间分布格局进行了比较分析.太白红杉种群空间分布格局属于聚集型,在25m²和100m²面积上聚集强度较大.随海拔上升,聚集强度降低;在分布下限地区,聚集最强的尺度较小,中下部地区较大;阴坡的种群分布聚集强度大于阳坡.随着年龄增加,种群分布由聚集型向随机型过渡,强度减弱;聚集性最强的格局尺度在幼、老龄期为150m²,中龄期则为100m².分布格局受生物学特性、年龄阶段、群落组成、环境因素等影响.在未来保护与利用中,低海拔和阴坡应该适度间伐乔木层非目的树种;在高海拔和阳坡地区,适度间伐灌木,促进群落内团块状更新;育林作业面积应该与聚集性最强的面积相适应.     

长白落叶松人工林天然更新幼苗分布格局及其研究方法的比较

长白落叶松是东北东部地区主要造林树种之一．该文研究了55a生长白落叶松人工林天然更新幼苗的空间分布格局．测定了样地内（30m×18m）所有天然更新幼苗的坐标、地径和苗高．在幼苗坐标点图的基础上,进行了23个取样尺度（离散尺度）下的相邻格子法的空间格局分析：采用Poisson分布、负二项分布和正二项分布拟合幼苗的离散分布,方差均值比、Morisita指数和最近邻体法确定了空间分布格局,C-指数、Green指数和负二项参数K值度量了它们的聚集强度．利用更新幼苗的坐标点图,采用地统计学中自々半方差分析方法和空间点格局方法（采用Ripley二次分析法）研究了尺度连续变化条件下更新幼苗空间分布格局和聚集强度的变化并确定了其聚集规模,利用最近邻体法的计算方法分析了更新幼苗的自然定植特点．结果表明：1）更新幼苗所有离散尺度下（样方面积从1m^2到18m^2）均呈聚集分布．连续尺度下,在0—10．5m的半径区间内呈聚集分布,在10．5—12．3m的半径区间内呈随机分布．2）离散尺度下（样方面积从1m^2到18m^2）,聚集强度随尺度的增加而增加．连续尺度下,在0．10．5m的半径区间内,聚集强度随尺度的增加表现出先增加后降低的趋势,在半径（尺度）为4．2m处聚集强度最大．3）此次调查的样地范围内天然更新幼苗呈现聚集状态生长的平均最大聚集斑块（聚集规模）的半径为4．79m．4）天然更新幼苗之间的平均距离为0．30-0．42m,更新幼苗生长在与母树相距2．99—3．26m之外的空间．5）相邻格子法（传统的样方方法）和空间点格局分析法对格局的判别和格局强度的确定基本一致,但是空间点格局分析法能够反映出尺度连续变化条件下格局和格局强度的变化．它与最近邻体法和地统计学方法等以种群分布的坐标点图为数据源的     

Quadrat variance analysis and pattern development during primary succession

Abstract. The interpretation of Hill's ‘Two Term Local Quadrat Variance’ analysis to detect the scale of spatial pattern in vegetation is improved by an equation that relates the block size of a variance peak to the scale of the pattern that gave rise to it. (Contrary to previous belief, the two are not the same, especially for large block sizes.) Deviations of pattern from a perfectly regular alternation of equally sized gaps and patches of uniform density cause changes in the variance. To aid in the interpretation of these changes, two indices of pattern regularity are proposed, one based on density and one based onpresence/absence, in orderte distinguish the effects of irregularities of patch density from irregularities of patch size and position. These methods are applied to a study of primary succession on glacial moraines near Mt. Robson, British Columbia, Canada, in order to evaluate certain hypotheses about the development of pattern. Other researchers have proposed that during succession, the pattern at first intensifies at the scales initially observed, then as succession proceeds some scales of pattern are lost due to coalescence of patches and eventually the intensity of those that remain decreases as the patterns become more and more irregular. The vegetation on the Mt. Robson moraines confirms this sequence of changes in vegetation pattern, only to the extent that patterns intensify initially in the chronosequence; the number of scales of pattern in the vegetation remains about the same throughout and there is no evidence that the patterns become more irregular. The variance-block size graphs derived from presence / absence data matched those from density data well, indicating that the simpler data, in this case, are almost as informative about pattern as the more detailed data.     

苹果园二斑叶螨种群的空间格局

种群空间格局的研究是昆虫生态学的重要内容,它不仅揭示出种群的空间结构特征,而且还是确定抽样技术和资料代换的基础,二斑叶螨是苹果园的重要害螨,应用4种聚集度指标和Iwao法分别考查了该螨在苹果树内的空间格局及动态规律,结果表明,二斑叶螨在树内不同方向和高度上均以个体群的形式存在,个体群的分布为聚集分布,其中上层和南面树冠的聚集度最高,而下层和内部树冠的聚集度最低,造成这种差异与该螨的生物学特性和环境条件的异质性有关,不论螨体在上层,中层或下层树冠,都明显地表现出前期高聚块,6月中旬以后聚集强度逐渐降低的趋势。     

不同放牧模式下高原鼠兔洞口的空间分布格局变化

2019年4-11月,在四川省若尔盖县选取全年禁牧、冬季放牧、全年放牧3种放牧模式样地,对高原鼠兔(Ochotona curzoniae)洞口的数量、空间分布格局变化及影响因子进行了研究.计算平均最近邻指数和S2/m比值来分析样方(10m×10m)和样地水平下的空间分布格局,通过非参数检验评估空间分布格局在不同放牧模式...     

二化螟种群空间格局的经典分析与地统计学比较研究

为揭示二化螟幼虫空间格局特征并阐明经典格局分析的局限性与地统计分析的优越性,从2个原始样本出发,另构建了一系列格栅样本、随机样本和顺序样本并进行了比较研究。结果表明,经典格局分析不能有效区分频次分布相同但分布型或聚集程度不同的样本,存在受样方大小、格栅初始点位置和样本容量大小影响等许多局限性,其中受格栅初始点位置影响是首次报道;而地统计学半变异函数能有效刻划二化螟种群空间分布格局,表征其聚集强度和空间异质性,且受样方大小、格栅初始点位置和样本容量大小的影响较小,二化螟种群在低密度下呈随机分布;在高密度下呈聚集分布,聚集强度为0．1056,空间依赖范围为193cm,在高密度下二化螟种群空间分布存在几何异向性,行方向上的聚集强度（0．2716)明显高于列方向(0．0867),但行方向上的空间依赖范围(115cm)小于列方向(264cm)。     

川西亚高山森林恢复的空间格局分析

以米亚罗林区为例,利用森林样地调查和遥感影像解译方法,通过森林植被图与数字地形的叠加,分析了川西亚高山森林大规模采伐和更新后,主要森林植被类型外貌与起源之间的联系,以及各类型分布的地形分异规律和空间格局.结果表明,大规模采伐和更新后,森林植被类型的外貌与起源相关,老龄针叶林为保留下来的原始林,中幼龄针叶林为人工林,落叶阔叶林为天然次生林,而针阔混交林中既有天然次生的成分,也有人工、天然更新共同作用的成分.海拔2 800～3 600 m是米亚罗的主要伐区,森林恢复表现出坡向分异:人工更新的中幼龄针叶林主要分布于阳坡、半阳坡;落叶阔叶林和针阔混交林受天然更新的影响,主要分布于阴坡、半阴坡.老龄针叶林主要保留在海拔3 600 m以上.恢复过程中各种森林植被类型镶嵌分布,景观破碎化严重.     

Spatial heterogeneity in parasite infections at different spatial scales in an intertidal bivalve

Spatial heterogeneities in the abundance of free-living organisms as well as in infection levels of their parasites are a common phenomenon, but knowledge on parasitism in invertebrate intermediate hosts in this respect is scarce. We investigated the spatial pattern of four dominant trematode species which utilize a common intertidal bivalve, the cockle Cerastoderma edule, as second intermediate host in their life cycles. Sampling of cockles from the same cohort at 15 sites in the northern Wadden Sea (North Sea) over a distance of 50 km revealed a conspicuous spatial heterogeneity in infection levels in all four species over the total sample as well as among and within sampling sites. Whereas multiple regression analyses indicated the density of first intermediate upstream hosts to be the strongest determinant of infection levels in cockles, the situation within sites was more complex with no single strong predictor variable. However, host size was positively and host density negatively correlated with infection levels and there was an indication of differential susceptibility of cockle hosts. Small-scale differences in physical properties of the habitat in the form of residual water at low tide resulted in increased infection levels of cockles which we experimentally transferred into pools. A complex interplay of these factors may be responsible for within-site heterogeneities. At larger spatial scales, these factors may be overridden by the strong effect of upstream hosts. In contrast to first intermediate trematode hosts, there was no indication for inter-specific interactions. In other terms, the recruitment of trematodes in second intermediate hosts seems to be largely controlled by pre-settlement processes both among and within host populations.     

Spatial heterogeneity and plant species richness at different spatial scales under rabbit grazing

Herbivores influence spatial heterogeneity in soil resources and vegetation in ecosystems. Despite increasing recognition that spatial heterogeneity can drive species richness at different spatial scales, few studies have quantified the effect of grazing on spatial heterogeneity and species richness simultaneously. Here we document both these variables in a rabbit-grazed grassland. We measured mean values and spatial patterns of grazing intensity, rabbit droppings, plant height, plant biomass, soil water content, ammonia and nitrate in sites grazed by rabbits and in matched, ungrazed exclosures in a grassland in southern England. Plant species richness was recorded at spatial scales ranging between 0.0001 and 150 m(2). Grazing reduced plant height and plant biomass but increased levels of ammonia and nitrate in the soil. Spatial statistics revealed that rabbit-grazed sites consisted of a mixture of heavily grazed patches with low vegetation and nutrient-rich soils (lawns) surrounded by patches of high vegetation with nutrient-poor soils (tussocks). The mean patch size (range) in the grazed controls was 2.1 +/- 0.3 m for vegetation height, 3.8 +/- 1.8 m for soil water content and 2.8 +/- 0.9 m for ammonia. This is in line with the patch sizes of grazing (2.4 +/- 0.5 m) and dropping deposition (3.7 +/- 0.6 m) by rabbits. In contrast, patchiness in the ungrazed exclosures had a larger patch size and was not present for all variables. Rabbit grazing increased plant species richness at all spatial scales. Species richness was negatively correlated with plant height, but positively correlated to the coefficient of variation of plant height at all plot sizes. Species richness in large plots (<25 m(2)) was also correlated to patch size. This study indicates that the abundance of strong competitors and the nutrient availability in the soil, as well as the heterogeneity and spatial pattern of these factors may influence species richness, but the importance of these factors can differ across spatial scales.     

黑河流域荒漠绿洲过渡带两种优势植物种群空间格局特征

应用地统计学的原理和方法,对降水量117．1mm、降水量和潜在蒸发量比值为0．05的荒漠绿洲过渡带斑块状植被优势植物泡泡刺、红砂种群的密度、盖度以及泡泡刺沙堆体积和高度的空间格局进行了研究．结果表明,泡泡剌和红砂种群平均盖度分别为1．56±2．34％和0．23±0．22％;密度分别为1．5±1．8丛·100m^-2和2．3±2．1株·100m^-2．泡泡刺灌丛沙堆是稳定戈壁下垫面受风沙流干扰形成的一种景观,灌丛高度和体积都比较小,平均值分别为0．18±0．15m和0．10±0．18m^3．泡泡刺种群在样地内靠近绿洲和浅山区有几条明显的分布带,而红砂分布相对均匀．用半方差函数分析表明,两种种群密度和盖度的块金值与基台值之比都比较小,介于0．08～0．12之间,说明在总空间异质性中随机因素所起的作用很小。占8％～12％．两种种群盖度和密度的变程相近,基本在34m以内,其中随机因素引起的异质性对应的尺度在10m以下,而结构性因素引起的异质性对应的尺度为10～34m．泡泡刺和红砂种群盖度和密度的空间异质性均具有各向同性和各向异性特征,其中红砂种群的各向同性的范围略大于泡泡刺种群．泡泡刺种群空间格局的塑造主要受降水量及其形成地表径流的控制．