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。     

景观生态学与退化生态系统恢复

退化生态系统的恢复是一项艰巨任务,它需要考虑到所要恢复的退化生态系统的结构,多样性和其动态的整体性和长期性。现在对于退化生态系统恢复研究已经要使生态学家们关注受损生态系统的理论和实际问题。退化生态系统恢复所面临的挑战是理解和利用生态演替理论来完成并加速恢复进程。恢复的主要目标是建立一个自维持的,由不同的群落或生态系统组成的能够满足不同需要如生物保护和粮食生产需要的景观。景观生态学关注于大的空间尺度的生态学问题。景观生态学研究方法可以为退化生态系统恢复实践提供指导。在解决退化生态系统的恢复问题时,景观生态学的方法在理论和实践上是有效的。景观生态学中的核心概念和其一般原理斑块形状、生态系统间相互作用、镶嵌系列等都同退化生态系统的恢复有着密切的关系。如恢复地点的选择和适当的恢复要素的空间配置。在评价退化生态系统的恢复是否取得成功,利用景观生态学也具有重要的意义。景观生态学理论如景观格局与景观异质性理论,干扰理论和尺度理论都能够指导退化生态系统的恢复实践。同样地,退化生态系统的恢复可以为景观生态学的研究提供非常恰当的实验场。寓景观生态学思想于退化生态系统恢复过程是一种新的有效途径。     

石羊河流域土地利用类型景观异质性

在GIS支持下,以TM/ETM遥感影像为数据源,利用人工解译方法得到石羊河流域14类景观,并结合数字高程模型(DEM),参考相关的地理基础图件,应用景观生态学理论和方法,采用景观空间格局指标对石羊河流域荒漠、绿洲为主的生态系统景观异质性做了分析。结果表明:耕地、林地、草地和沙地是主要的景观类型和结构成分,其相对频率平均值都在42%以上;在荒漠景观生态系统中,基质沙地的异质性是均质化方向上的异质性,而在绿洲景观生态系统中,基质林地、草地和耕地的异质性是异质化方向上的异质性;作为廊道的水系景观,其相对频率在荒漠和绿洲生态系统中都是较小的,且斑块和廊道异质性均表现为异质化方向上的异质性。研究结果对干旱内陆河流域土地有效利用及生态环境变化监测研究具有重要意义。     

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。     

景观生态学的实验研究方法综述

实验是生态学研究的基本途径之一 ,对其理论的检验和发展至关重要。 2 0世纪 80年代后期 ,实验研究途径开始应用于景观生态学 ,至今方兴未艾。近年来 ,“景观”的生态学内涵更加强调“不同尺度上的空间异质性”。而研究对象的尺度和空间异质性往往正是景观生态学实验设计和操作所面临的困难。自然界景观格局与过程中客观存在的自相似结构为景观生态实验设计提供了可行性。现有的景观生态学实验方法可分为 3类 :野外比较观测性实验仍是目前应用较多的方法 ;操作性实验设计更严密 ,结果更可靠 ,但受现实条件的限制更大 ;计算机模拟实验是克服实验条件的困难的一个替代途径 ,并对理论的检验与发展特别有用。这 3类实验方法各自存在不同的优势和局限 ,彼此难以替代。景观生态实验方法主要从种群、群落和生态系统实验中借鉴并发展而来 ,但其实验设计在科学问题和操作尺度上具有显著的特点。从空间范畴来讲 ,景观生态实验包含斑块、边界、景观、斑块景观 4种 ,其所对应的生物群体组织水平、实验设计所涉及的问题和解决的方法都有所不同。多尺度的对比实验有助于了解生态现象与机制的尺度推移规律 ,是目前实验研究的难点和焦点之一。实验模型系统 (EMS)途径来源于生态系统实验。由于它有对自然因素更多的保留和     

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     

区域生态系统健康评价——研究方法与进展

生态系统健康评价是当前宏观生态学与生态系统管理研究的热点问题之一,区域尺度的生态系统健康评价则是生态系统健康评价研究的一个重要发展方向。在探讨生态系统健康时空尺度特征的基础上,明确界定了区域生态系统健康及其评价等相关概念,结合目前区域尺度生态系统健康评价的相关研究进展,从评价的区域类型、目标单元、模型方法、指标选取及其阈值、权重设定等方面探讨了区域生态系统健康评价的基本原理与方法,并展望了进一步研究的重点方向,即评价结果的多尺度综合与尺度转换、景观生态学理论与方法的应用、3S技术的综合应用等理论与技术问题。     

土地利用/覆被变化与景观服务:评估、制图与模拟

从景观尺度上探讨生态系统服务功能的研究越来越引起国内外学者的重视.相比生态系统尺度,景观尺度是探索人类活动对土地利用/覆被变化影响、探究可持续景观演变机理和过程的最佳尺度.基于对当前国际学界对景观服务研究进展的系统梳理与分析,本文探讨了景观服务的内涵与分类,并对景观服务价值评估、制图与模拟等研究方法进行归纳与分析,并对景观服务的未来研究趋势进行展望.景观服务研究的未来方向应进一步明确景观服务的内涵及其分类体系,不断完善和发展景观服务评估、制图与模型模拟方法,重点开展景观格局-过程-服务-尺度长期综合研究,继续加强景观生态学及景观经济学等理论与方法在景观服务研究领域中的应用.     

基于景观生态学的湖区沟渠保护研究

沟渠作为一种典型的廊道景观,是湖区生态系统的重要组成部分.近年来,武汉市汉阳湖区沟渠廊道功能退化,导致其生态系统质量不断恶化.根据景观生态学的廊道理论、尺度效应、景观异质性、边缘效应和生态修复等原理,在汉阳湖区沟渠现状调研的基础上,对沟渠景观格局进行优化设计来实现对沟渠的保护:从大尺度上对整个汉阳湖区水质进行调控,以提高沟渠水体质量;对湖区沟渠进行拓宽、重建以改善沟渠的廊道功能;对沟渠岸线进行景观保护设计,以提高沟渠的抗干扰能力,从而恢复沟渠的景观生态功能,改善湖区生态系统健康状况.研究表明,在湖区沟渠的保护过程中,可以将景观生态学的原理比较合理地运用于实践.     

热带珊瑚礁区海参的生境选择与生态作用

珊瑚礁生态系统是一个高生产力、高生物多样性的特殊海洋生态系统,具有为生物提供栖息地、参与生物地球化学循环、防浪护岸、指示水体污染程度等生态功能。珊瑚礁生态系统的突出特点是其生境异质性很高,各种各样的生境斑块为种类繁多、习性各异的游泳和底栖生物提供栖息场所,这些礁栖生物通过参与各项生态过程而形成各种特定的功能群,共同完成重要的生态功能。在热带珊瑚礁生态系统中,海参是大型底栖动物区系的重要一员。种类繁多的海参具有各自不同的生境选择特征,通过摄食、运动等行为活动发挥着改良底质、促进有机物矿化和营养盐再生等生态作用。近几年来,全球热带海参受人类过度捕捞和珊瑚礁退化的影响而面临资源衰退、物种多样性丧失等问题,深入认识其生态学功能、加强热带海参资源保护迫在眉睫。综述了国内外热带珊瑚礁海参的基础生态学研究进展：海参对珊瑚礁生境斑块呈现显著的偏好选择特征以及种间差异和季节变动,不同生境斑块的食物质量、底质类型和水动力条件是影响海参生境偏好的重要因素;海参通过生物扰动可以改变珊瑚礁生境沉积物的含水量、渗透性、颗粒组成、再矿化率、无机营养物质释放速率以及孔隙水的化学梯度,并增加沉积物中的溶氧浓度、促进溶解...     

流域湿地景观空间梯度格局及其影响因素分析

景观空间格局研究是景观生态学的核心研究内容之一。吸取一般景观生态学的空间思想和实际工作积累,从流域尺度,研究湿地景观基本空间梯度格局及其影响因素。研究表明,流域中湿地景观具有特殊的纵向梯度、横向梯度和景观内部结构特征,它们构成了流域湿地景观空间结构的主体,在维护流域整体景观结构和生态功能方面发挥重要作用。自然和人为因素都会影响流域湿地景观的空间梯度格局,但自然因素主要影响湿地景观内部结构的复杂性。而人为因素对流域湿地景观纵向梯度、横向梯度的连续性和内部结构的多样性均产生重要影响。     

景观生态学在近海资源环境中的应用——论海洋景观生态学的发展

长期以来,景观生态学研究主要集中于陆地景观生态研究,并在土地利用、植被退化等方面取得了长足的进展,而在海洋领域涉足颇少.论述了景观生态学在海洋赤潮景观、海洋溢油景观、海域使用景观、滨海湿地景观、海岛景观和海洋环境污染景观等方面的应用前景,并就海洋景观生态学发展几点认识进行了深入探讨,如海洋景观的均质性与异质性、海洋景观格局与生态过程的关系、边缘效应与海岸带、海洋景观评价与评估、海洋景观模型等,目的是为景观生态学在海洋资源环境中的应用、海洋景观生态学的发展探索新的方向.     

海岛生态服务功能保护初探

生态系统是人类经济社会生存和发展的基础。海岛作为人类通向海洋的桥头堡,保护海岛及其周边海域生态系统,对于维护国家海洋权益,保障海防安全,发展海洋经济、保护海洋生态、构建和谐社会等具有重要战略意义。本文从介绍海岛生态系统功能特征及服务价值入手,分析了海岛生态系统服务功能受损的深层原因及对其带来的负面影响,并在此基础上,提出了摸清海岛生态资源状况、规范海岛开发秩序、实施海岛生态修复与整治工程,推进海岛保护区建设,加强海岛生态环境保护的科学研究与国际合作,以及多渠道获取海岛生态保护资金等方面策略,初步探讨了海岛生态服务功能的保护。     

“海洋生态系统工程师”及其生态作用

“海洋生态系统工程师”是能够塑造栖息地并使其他海洋生物受益的海洋生物种类。海洋中的植物、动物和微生物中均存在为其他生物种类塑造栖息地的“海洋生态系统工程师”,它们的生态作用是其发挥生态功能的基础。本文基于国内外相关文献,系统阐述了“海洋生态系统工程师”生态作用的相关研究进展,并对今后的主要研究方向和内容提出建议。“海洋生态系统工程师”能够在特定的海洋环境中发挥积极作用,但一旦成为入侵种可能会对入侵海域产生负面影响;有些“海洋生态系统工程师”在发挥积极作用的同时也会在不同程度上带来负面影响。今后,应加强海洋生物床、海洋生物礁、海洋生物膜和复合生态系统工程等研究,有效利用“海洋生态系统工程师”的积极作用并防控其负面影响,实现对海洋的综合开发利用和保护。     

Human-induced salinity changes impact marine organisms and ecosystems

Climate change is fundamentally altering marine and coastal ecosystems on a global scale. While the effects of ocean warming and acidification on ecology and ecosystem functions and services are being comprehensively researched, less attention is directed toward understanding the impacts of human-driven ocean salinity changes. The global water cycle operates through water fluxes expressed as precipitation, evaporation, and freshwater runoff from land. Changes to these in turn modulate ocean salinity and shape the marine and coastal environment by affecting ocean currents, stratification, oxygen saturation, and sea level rise. Besides the direct impact on ocean physical processes, salinity changes impact ocean biological functions with the ecophysiological consequences are being poorly understood. This is surprising as salinity changes may impact diversity, ecosystem and habitat structure loss, and community shifts including trophic cascades. Climate model future projections (of end of the century salinity changes) indicate magnitudes that lead to modification of open ocean plankton community structure and habitat suitability of coral reef communities. Such salinity changes are also capable of affecting the diversity and metabolic capacity of coastal microorganisms and impairing the photosynthetic capacity of (coastal and open ocean) phytoplankton, macroalgae, and seagrass, with downstream ramifications on global biogeochemical cycling. The scarcity of comprehensive salinity data in dynamic coastal regions warrants additional attention. Such datasets are crucial to quantify salinity-based ecosystem function relationships and project such changes that ultimately link into carbon sequestration and freshwater as well as food availability to human populations around the globe. It is critical to integrate vigorous high-quality salinity data with interacting key environmental parameters (e.g., temperature, nutrients, oxygen) for a comprehensive understanding of anthropogenically induced marine changes and its impact on human health and the global economy.     

小尺度森林生态功能分区研究——以台湾惠荪林场为例

基于景观生态学中结构与功能相互依存的理念 ,选定小尺度森林为研究对象 ,根据生态系统内部结构特性 ,确立森林生态功能的空间定位 ,以提高森林生态系统的功能与价值。研究首先基于森林生态系统具有生物生产、环境服务及文化支持等基本功能 ,提出上述功能应通过森林生产、教学实习、科学研究、休闲游憩和生态保护等功能区加以体现。后依据研究区环境特征进行影响因子分析 ,结合景观生态与生态规划相关理论 ,构建森林生态功能分区方案。在案例实践中 ,选择台湾惠荪林场进行研究 ,配合研究区现况 ,期望通过功能区与结构的空间调整 ,达到服务功能的优化。     

基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究

海岸带是海陆生态系统的交错带,其生态系统对社会经济发展和全球变化敏感、脆弱。随着沿海各省市新一轮开发规划的实施,近岸海域生态环境面临巨大压力,海洋生态管理面临着新的经济、环境问题,海洋生态监控区需要进行适应性调整。海洋生态监控区,指依据海洋生态特征和问题冲突特点而确定的、通过生态监测和评价而提出的用于保护管理和开发利用调控的海洋区域。海洋生态监控区是基于生态系统的海洋管理的重要手段,是海洋生态系统管理的重要基础。基于复合生态系统理论,从自然视角、经济视角和社会视角3个方面深入分析了海洋生态重要性区域的内涵,并结合生态社会与生态系统服务描述了海洋生态监控区内涵;结合沿海社会经济发展新趋势和海洋生态系统管理需要,从管理学、生态学、管理对象及管理实施等方面探讨了海洋生态监控区区划的原则;分析了影响海洋生态监控区的主要因素,结合近岸海域生态系统主要服务功能,构建了区划指标体系,包括自然环境、生态系统和社会经济和三大方面14个指标。     

景观生态学在海岸带地区的研究进展

海岸带是景观生态学研究的重要领域,并且取得了长足的发展。系统剖析景观生态学在海岸带陆地土地利用变化的景观格局分析与优化、滨海湿地景观格局破碎化及其生态效应、海岛开发和保护的景观规划与设计、近岸海域空间开发的景观格局分析与评价、海洋环境过程与空间格局的相互作用关系等领域研究取得的成绩及其存在的主要问题。在此基础上,结合我国生态文明建设要求,探讨了景观生态学在海洋生态文明建设中的研究尺度匹配、格局-过程耦合理论引导、景观格局指数量化考核方面的学科优势。景观生态学可以在围填海平面设计与规划研究、海岸带生态修复与景观建设、海洋保护区选划与管理、海岛开发与保护、海陆统筹下的海岸带综合管理等方面开拓应用发展领域,助力海洋生态文明建设,承担建设海洋强国、美丽海洋的新使命。同时也为景观生态学在近岸海洋资源环境中的应用、近岸海洋景观生态学的发展梳理框架与思路。     

Man and the Sea--The Ecological Challenge

Cultural "revolutions" are characterized by increased utilizationof natural resources, resulting in increased carrying capacityfor the human species. We are witnessing the Marine Revolution,which challenges us to develop unifying, ecosystem-based approachesto the science and use of the sea. Knowing (i.e., science) marineprocessesshould form the fundamental basis for doing (i.e., conservationand management), within a global human ecological framework. The issues of human ecology are about the same by land or sea,but these subdivisions of Earth are fundamentally different.The sea must be understood in its own right, rather than bedriven by terrestrially-derived models. For example, animaldiversity is on a species level by land; marine diversity isat higher taxonomic levels and, if viewed functionally, is greaterthan the land's. This has important implications in the designof protected areas. Another example concerns the roles of largeorganisms in ocean processes; fishery ecology has been neglected,but a total ecosystem viewpoint is essential towards placingfisheries on a sustainable basis. New perspectives toward the sea are rapidly emerging. Satelliteshave the potential for revolutionizing oceanography. Ecotoxicologyis in the process of addressing pollution on an ecosystem basis.A unified scientific perspective of "oceanology" is requiredto help meet problems of human ecology during the Marine Revolution.