景觀生態(tài)學(xué)第6-8章

1、第六章 景觀模型與尺度推繹第一節(jié) 生態(tài)模型概述一、什么是模型二、模型的種類三、生態(tài)學(xué)建模的一般原理和過程數(shù)學(xué)模型，尤其是計算機模擬模型，在景觀生態(tài)學(xué)研究中占有十分重要的地位。重要性與必要性 第一，由于受時間、空間以及設(shè)備和資金的限制，在大尺度上進行實驗和觀測研究往往困難重重，而模型可以充分利用和推廣所得的有限數(shù)據(jù) 第二，在實際景觀研究中，由于很難找到兩個在時間和空間上相同或相似的景觀，重復(fù)研究往往不可能，而這一問題可通過模型模擬來幫助解決。重要性與必要性 第三，景觀空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)學(xué)過程在多尺度上相互作用、不斷變化，對于這些動態(tài)現(xiàn)象的理解和預(yù)測就必須借助于模型。 第四，景觀以綜合不同時間和空間尺

2、度上的信息，成為環(huán)境保護和資源管理的有效工具。一、什么是模型 模型是某種對現(xiàn)實系統(tǒng)或現(xiàn)象的抽象或簡化。具體而言是對真實系統(tǒng)或現(xiàn)象最重要的組成單元及其相互關(guān)系的表述。 真實系統(tǒng)或現(xiàn)象的哪些組成單元最重要不但與這些系統(tǒng)或現(xiàn)象本身的特點有關(guān)，而且與研究目的也有密切關(guān)系。 模型可以通過文字、圖形、實物以及數(shù)學(xué)方法實現(xiàn)，所以有與此相應(yīng)的文字或語言模型、圖像模型、實物模型（如飛機、輪船、建筑模型等）以及數(shù)學(xué)模型。為什么需要數(shù)學(xué)模型呢？1、預(yù)測2、增進理解3、診斷現(xiàn)有知識 中的漏洞或薄弱環(huán)節(jié)4、綜合工具5、支持管理決策根據(jù)已知信息，通過運算來探究系統(tǒng)的將來通過研究系統(tǒng)或現(xiàn)象有更深入、更全面的了解數(shù)學(xué)要求就是

3、定義準(zhǔn)確，變量間具有合理的數(shù)量關(guān)系，這就使得對系統(tǒng)的不知或所知不詳之處容易暴露出來；此外，模型運轉(zhuǎn)中有時出現(xiàn)的“異?！苯Y(jié)果也常為研究者提供有關(guān)下一步該觀察或測量什么的重要線索在研究復(fù)雜系統(tǒng)或現(xiàn)象時，大量而又龐雜的數(shù)據(jù)往往超出人腦的信息處理能力，而模型是唯一能夠?qū)⒉煌瑢W(xué)科、不同尺度和不同格局與過程的資料整合到一起，并轉(zhuǎn)化“信息”為“知識”經(jīng)過驗證的模型可用來模擬不同管理措施或自然干擾事件對生態(tài)系統(tǒng)或景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)的影響，因此可以是管理和決策系統(tǒng)的有力工具二、模型的種類根據(jù)計算機在建模中的作用解析模型模擬模型涉及變量少，多為線性方程，易直接求得精確解涉及變量眾多，甚至涉及它們的空間異質(zhì)和非

4、線性作用關(guān)系，因此，模型的建立和求解有必要通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)。二、模型的種類根據(jù)時間和空間上的連續(xù)性解析連續(xù)型模型離散型模型根據(jù)數(shù)學(xué)方法微分方程差分方程矩陣模型隨機型模型確定型模型含隨機變量二、模型的種類根據(jù)模型所涉及的生態(tài)學(xué)過程和機制多少現(xiàn)象學(xué)機制或過程根據(jù)模型內(nèi)容干擾傳播模型復(fù)合種群模型植被動態(tài)模型土地利用變化模型生物地球化學(xué)循環(huán)模型二、模型的種類根據(jù)生態(tài)學(xué)組織層次生理生態(tài)模型種群模型群落模型生態(tài)系統(tǒng)模型景觀模型全球模型等等生態(tài)學(xué)建模的的“三分”觀點模型的普遍性模型的真實性模型的準(zhǔn)確性相互制約關(guān)系三、生態(tài)學(xué)建模的一般原理和過程建模的四階段1、建立概念模型2、建立定量模型3、模型檢驗3、模型

5、應(yīng)用明確定義研究問題、確定建模目的、確定系統(tǒng)邊界以及建立因果關(guān)系圖選用適當(dāng)數(shù)學(xué)方法、確定變量間的函數(shù)關(guān)系、估計參數(shù)值、編寫計算機程序、確定模擬的時間步長以及運轉(zhuǎn)模型并獲得最初結(jié)果模型與實現(xiàn)的關(guān)系第二節(jié) 景觀模型的主要類型及特征空間異質(zhì)方式非空間景觀模型準(zhǔn)空間模型空間顯式景觀模型完全不考慮空間異質(zhì)性的模型考慮空間異質(zhì)性的統(tǒng)計學(xué)特征明確考慮對象和過程的空間位置和它們在空間上的相互作用關(guān)系計算機模擬模型柵格型景觀模型矢量型景觀模型據(jù)處理信息方式絕大多數(shù)柵格型景觀模型 空間位置由柵格表示，每個柵格可以與該位置上的一個或多個生態(tài)學(xué)變量（如植被類型、生物量、種群密度、養(yǎng)分含量、土壤條件、氣象條件等）聯(lián)系在

6、一起。柵格網(wǎng)不但能反映各生態(tài)學(xué)變量空間異質(zhì)性，同時也便于考慮它們在空間上的相互作用，進而能夠模擬景觀在結(jié)構(gòu)和功能方面的動態(tài)過程。矢量型景觀模型以點、線和多邊形的組合來表達景觀的結(jié)構(gòu)組成。3種常見的景觀空間模型途徑空間概率模型(空間馬爾柯夫模型）細(xì)胞自動機模型動態(tài)機制模型強調(diào)景觀過程只考慮景觀格局變化第三節(jié) 空間概率模型空間概率模型是生態(tài)學(xué)中應(yīng)用已久的馬爾柯夫類模型（尤其是植物群落模型）在空間上的擴展。tttPNNtmtmmmmttmttnnPPPPnn, 11111, 1.Nt和Nt+t分別是m個狀態(tài)變量組成的狀態(tài)向量在t和t+t時刻的值；P是由m乘m個單元組成的轉(zhuǎn)化概率矩陣，其中Pij表示從

7、時間t到t+t系統(tǒng)從狀態(tài)j轉(zhuǎn)變?yōu)閕的概率（對于景觀模型而言，最簡單而直接的方法就是把所研究的景觀根據(jù)其異質(zhì)性特點分類，并用柵格網(wǎng)表示，每一個柵格細(xì)胞屬于m種景觀斑塊類型之一。根據(jù)兩個不同時間（t和t+t）的景觀圖（如植被圖、土地利用圖等）計算從一種類型到另一種類型的轉(zhuǎn)化概率。然后，在整個柵格網(wǎng)上采用這些概率以預(yù)測景觀格局的變化。斑塊類型j轉(zhuǎn)變?yōu)榘邏K類型i的概率就是柵格網(wǎng)中斑塊類型j在t時段內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榘邏K類型i的細(xì)胞數(shù)占斑塊類型j在此期間發(fā)生變化的所有細(xì)胞總數(shù)的比例：mijijijninP1 上述計算不考慮空間格局本身對轉(zhuǎn)化概率的影響，反映的是景觀的總概率，因此它們在預(yù)測景觀中某些斑塊類型變化的面

8、積比例時可以相當(dāng)準(zhǔn)確，但其空間格局方向的誤差通常很大。rctrcrcttNPN或rctmrctrcmmrcmrcmrcrcttmrcttnnPPPPnn, 11111, 1.第四節(jié) 細(xì)胞自動模型指一類由許多相同單元組成的，根據(jù)一些簡單的鄰域規(guī)則即能在系統(tǒng)水平上產(chǎn)生復(fù)雜結(jié)構(gòu)行為的離散型動態(tài)模型。 細(xì)胞自動機模型可以是一維、二維或三維。二維細(xì)胞自動機模型通常采用正方形細(xì)胞組成的柵格網(wǎng)（也有三角形、六邊形）。每個柵格網(wǎng)細(xì)胞代表一個不能伸縮的、均質(zhì)的離散性單元，它在任何時刻只能處于一種狀態(tài)。 細(xì)胞代表模型的粒度，即空間分辨率，在若干方面類似于遙感圖像中的像元或地理信息系統(tǒng)中的柵格細(xì)胞。簡單地說，細(xì)胞自

9、動機模型就是由許多這樣簡單細(xì)胞組成的柵格網(wǎng)，其中每個細(xì)胞可以具有有限種狀態(tài)；鄰近的細(xì)胞按照某些既定規(guī)則相互影響，導(dǎo)致局部空間格局的變化；而這些局部變化還可以繁衍、擴展，乃至產(chǎn)生景觀水平的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。因此，這些模型在空間上、時間上以及狀態(tài)上都是離散的。細(xì)胞自動機模型特征柵格網(wǎng)中所有細(xì)胞可具有的狀態(tài)總數(shù)是有限的，而且是已知的；每一柵格細(xì)胞的狀態(tài)是由它與相鄰細(xì)胞的局部作用而決定的，這些作用關(guān)系由一系列轉(zhuǎn)化規(guī)則來具體定義；細(xì)胞自動機模型特征鄰域規(guī)則可以是確定型的，也可是隨機型的；這些局部性轉(zhuǎn)化規(guī)則在整個柵格任何位置上都是一致的；細(xì)胞從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)在時間上是離散的（即非連續(xù)性變化）；一維：

10、一系列點或線段，每個位置上取值為0或1（或0，k-1；k為取值總數(shù)）)()()(1)(1,.,.,trititritriti二維，是r1)(1,)(,)(, 1)(, 11,.,.,tjitjitjitjiti細(xì)胞自動機模型可產(chǎn)生4類結(jié)果空間均質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定態(tài)或周期性結(jié)構(gòu)混沌行為蔓延性有限，但局部性結(jié)構(gòu)復(fù)雜的格局第五節(jié) 景觀機制模型一、空間生態(tài)系統(tǒng)模型二、空間顯式斑塊動態(tài)模型一、空間生態(tài)系統(tǒng)模型又稱過程模型，是從機制來模擬生態(tài)學(xué)過程的空間動態(tài)。景觀的結(jié)構(gòu)和功能是相互作用的，因此，要真正理解景觀動態(tài)就必須考慮空間格局和生態(tài)學(xué)過程之間的相互作用。廣義講過程機制，包括動物個體行為、種群動態(tài)和控制、干擾擴

11、散過程、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)以及能量流動等。)(),(iiiiSDFSftSS表示生態(tài)學(xué)變量（養(yǎng)分含量、種群密度、干擾面積），F(xiàn)環(huán)境因素影響（溫度、水分、光照、風(fēng)）Di表示所研究過程的空間擴散或傳播能力的系數(shù)，表示空間梯度（一維、二維或三維）含N量)()() 1(outijinijijijFFtNtN氮輸出率地形梯度（H/ L）細(xì)胞中氮含量的函數(shù)ijoutijNLHfF,簡單形式：ijoutijNLHdF處于最高處的細(xì)胞的氮含量（N11）呈指數(shù)下降，位于最低點的細(xì)胞氮含量（N44）則呈指數(shù)上升，其它細(xì)胞的動態(tài)反映了地理位置的影響和時滯效應(yīng)。二、空間顯式斑塊動態(tài)模型與空間生態(tài)系統(tǒng)模型不同之處：突出空

12、間格局和生態(tài)學(xué)過程之間頻繁的相互作用；將整個景觀視為由大小、形狀以及內(nèi)容上不同的斑塊組成的動態(tài)鑲嵌體；明確地將斑塊的形成、變化和消失過程作為模型的重要組成部分；將斑塊鑲嵌體空間格局動態(tài)與生態(tài)學(xué)過程在斑塊以及景觀水平上直接耦合到一起。是斑塊動態(tài)理論的數(shù)學(xué)表達。與斑塊動態(tài)理論一樣，空間斑塊模型最適宜于格局和過程作用頻繁、斑塊周轉(zhuǎn)率快的生態(tài)學(xué)系統(tǒng)。如，許多森林系統(tǒng)動態(tài)可看做是林隙（小尺度干擾所至）動態(tài)在立地或景觀水平的整合；一些草原可看做由地下資源斑塊以及相應(yīng)地上植物叢組成的動態(tài)鑲嵌體，或是由不同年齡、大小、形狀以及演替階段的地鼠掘土丘組成的動態(tài)斑塊鑲嵌體。加州蛇紋巖草原保護區(qū)，優(yōu)勢植物一年生本地草

13、本植物和多年生叢生草本。由于土壤養(yǎng)分缺乏，鈣、鎂比率低，重金屬含量高，大多數(shù)外來草本植物難以侵入，而只有一年生草本植物能夠成功侵入并持續(xù)生存。干擾來源不斷掘洞，形成直徑3050cm，深達10cm土丘。被掩埋的草迅速死亡，演替在”微生境島”上展開。這與林隙相似。地鼠每年翻掘的土表達20以上，并通過景觀種群過程（如種子萌發(fā)、存活和種子產(chǎn)量等）影響草地空間格局和時間動態(tài)。iiittititiitisgAADIfNN)/)(1,1,是物種i在時刻t+1和t時種群大小(成年植株數(shù)目)是植物結(jié)實率函數(shù)斑塊獲得的種子數(shù)目散播到斑塊外的種子數(shù)目萌發(fā)率幼苗成活率斑塊大小At+1Ai第六節(jié) 空間尺度推繹一、尺度推

14、繹的概念簡化壓縮數(shù)據(jù)時所采用的一系列技術(shù)，包括極軸排序、多維推繹、主成分分析和對應(yīng)性分析。這些方法已在植被分類和排序中得到廣泛應(yīng)用，目標(biāo)主要是在植物組成調(diào)查的基礎(chǔ)上根據(jù)相似性(或相異性)原則將野外樣地(或群落類型)進行排序和歸類。尺度推繹的兩種類型尺度上推是將小尺度上的信息轉(zhuǎn)化為大尺度上的結(jié)果。尺度下推是將大尺度上的信息轉(zhuǎn)化為小尺度上的結(jié)果。外推是將信息從一個小的幅度轉(zhuǎn)化到一個更大的幅度上的過程，屬上推的一種。粗?；贤萍?xì)?；峦贫?、尺度推繹必要性試驗大多數(shù)時間短、樣方面積小。大尺度往往很重要：1、大多數(shù)環(huán)境資源管理問題發(fā)生在大、中尺度上，而且需要這些相應(yīng)的尺度上解決2、大多數(shù)生態(tài)學(xué)家現(xiàn)在明確

15、地認(rèn)識到，為了理解自然，我們必須考慮大尺度上的格局和過程并反它們與我們比較熟悉的小尺度上格局和過程聯(lián)系起來。要解決大尺度問題，就必須將一個尺度上的信息推繹到另一個尺度上尺度推繹。 將小尺度上的信息推繹到大尺度上稱上推，反之下推。大尺度的研究可了解在小尺度上觀察不到的格局和過程，進而促進從局部到區(qū)域再到全球的尺度推繹。尺度推繹是生態(tài)學(xué)的核心問題尺度推繹是生態(tài)學(xué)的核心問題利用直接外推法和期望值外推法進行尺度上推是通過增加模型幅度來實現(xiàn)，對景觀特征的空間變異性或斑塊描述的準(zhǔn)確性直接影響這2種方法的準(zhǔn)確性(尤其是期望值外推法)。尺度推繹很復(fù)雜 第一，景觀生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、氣象學(xué)及其他相關(guān)的地球科學(xué)研究表

16、明，在不同的時間和空間尺度上占主導(dǎo)地位的格局和過程是不同的。因此，在單一尺度上的觀測結(jié)果只能反映該觀測尺度上的格局和過程。當(dāng)描述和解釋同時涉及幾個層次或尺度的現(xiàn)象時，問題的復(fù)雜性就必然增加。 第二，生態(tài)學(xué)系統(tǒng)內(nèi)同一尺度或不同尺度上的組分之間的非線性關(guān)系和反饋作用是非常普遍的。非線性常常導(dǎo)致復(fù)雜系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和不可預(yù)測性。 第三，空間異質(zhì)性無所不有，而且因尺度而異，這使尺度推繹過程更加復(fù)雜。三、尺度推繹的途徑和方法簡單聚合法直接外推法期望值外推法顯式積分法通過增加模型的粒度和幅度，利用小尺度上的變量或參數(shù)的平均推出大尺度上的變量或參數(shù)的平均特征。一般不用。尺度上推保持模型的粒度不變而增加模型幅度

17、把局部小尺度模型應(yīng)用到景觀中適合此模型的所有斑塊，然后計算各種類型的所有斑塊的(面積加權(quán))輸出總和，并作為對整個景觀的估計。先利用小尺度斑塊模型對景觀中不同類型的斑塊進行模擬，然后根據(jù)輸出結(jié)果計算所研究景觀特征的期望值，最后將期望值乘以景觀的總面積而獲得景觀尺度的結(jié)果),(yAEzpxfAEY局部行為或特征y的景觀表達景觀面積E期望值顯式積分法通過對小尺度模型在空間上的顯式積分來實現(xiàn)。要求小尺度模型是空間顯式的數(shù)學(xué)函數(shù)，而且能夠積分。要求局部尺度模型的結(jié)構(gòu)隨空間位置而改變，而且，由于景觀被看做是一個連續(xù)表面，模型不存在粒度效應(yīng)。理論完美，實際應(yīng)用有限。以上方法主要針對相鄰尺度域（或等級層次）間

18、的信息轉(zhuǎn)換而言的。若考慮跨幾個尺度域的推繹，就要用尺度推繹策尺度推繹策略略。尺度推繹策略 確定合適的斑塊等級 觀察并建立圍繞核心層次的格局和過程模型 跨尺度域逐級外推尺度推繹方法分類基于相似性的推繹方法基于動態(tài)模型的推繹方法量綱分析相似性分析傳統(tǒng)異速生長學(xué)方法空間異速生長學(xué)方法簡單聚合法直接外推法期望值外推法顯式積分法云梯尺度推繹途徑有效參數(shù)外推法空間相互作用模型上推上推下推： 往往涉及大尺度上（或粗粒度）的信息加以細(xì)?；?，從而估計出某一特定區(qū)域單元內(nèi)部的小尺度格局。四、尺度推繹的戰(zhàn)略指南 對于許多復(fù)雜問題來說，最有效的尺度推繹策略將野外觀測、實驗和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，并合理地整合自上而下和自下而

19、上的模型途徑。自下而上途徑提供了詳細(xì)機理；而自上而下途徑提供了尺度推繹的約束因素和邊界條件。 格局和過程間的關(guān)系可以是物理的、生物的或社會經(jīng)濟的，具有多方面性和尺度相關(guān)性。對格局、過程和尺度之間相互關(guān)系的已有知識可用來簡化和促進尺度推繹過程。 跨尺度信息轉(zhuǎn)化的可行性和準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于是否能恰當(dāng)?shù)卮_定尺度的界限。一般而言，同一尺度域內(nèi)或相鄰尺度域間的尺度推繹比較容易，而跳躍尺度的信息轉(zhuǎn)化往往是很困難，甚至是不可能的。因此，借助景觀指數(shù)和空間統(tǒng)計學(xué)方法進行尺度分析，以確定尺度的界限應(yīng)是尺度推繹的第一步?？臻g異質(zhì)性是影響尺度推繹過程的最普遍和最關(guān)鍵的因素，因此，盡量定量描述多個尺度上的空間異

20、質(zhì)性是尺度推繹研究早期所要優(yōu)先考慮的問題，因為它能為選擇適宜的尺度推繹方法和減少整個尺度推繹的不確定性提供幫助。選擇尺度推繹方法必須考慮其假設(shè)條件、數(shù)據(jù)要求、適用范圍和不確定性水平以及是否與研究目的相輔相成?；谙嗨菩栽淼某叨韧评[方法常以簡單的統(tǒng)計學(xué)方法（如回歸和相關(guān)分析）為手段，它在發(fā)現(xiàn)和預(yù)測格局方面很有用，而且可以提供直接的尺度推繹方程。尺度推繹，必有誤。因此，要把不確定性分析視為尺度推繹的一部分，因為它提供了有關(guān)尺度推繹模型或計算方法的適宜方面的關(guān)鍵信息。鑒于此，僅僅問如何進行尺度推繹尚不足；應(yīng)探究如何進行尺度推繹并同時知道它的準(zhǔn)確性。尺度推繹的準(zhǔn)確性或不確定性可以用概率分布、方差、變

21、異系數(shù)、置信水平及誤差平均平方根等來表示。第七節(jié) 景觀實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)小尺度景觀實驗研究既可行又具有很大潛力。5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m甲蟲行為影響甲蟲行為影響植物叢和裸地斑塊鑲嵌體格局對一種甲蟲的影響在實驗室用盛有培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿作為“景觀”，在止面種植不同大小、數(shù)量、形狀以及空間格局的霉菌群落塊，以研究景觀斑塊的擴展與其形狀、數(shù)量以及空間格局的關(guān)系。第七章 遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)第一節(jié) 遙感 遙感（RS）是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。開始為航空遙感，自1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)

22、志著航天遙感時代的開始。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門實用的，先進的空間探測技術(shù)。遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質(zhì)的，它根據(jù)不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識別地面上各類地物，具有遙遠(yuǎn)感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經(jīng)記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。 歐洲古堡的今天(Bourtange城堡,荷蘭) 香港（一）遙感技術(shù)主要特點（一）遙感技術(shù)主要特點1可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達910km左右，從而

23、，可及時獲取大范圍的信息。例如，一張陸地衛(wèi)星圖像，其覆蓋面積可達3萬多km2。這種展示宏觀景象的圖像，對地球資源和環(huán)境分析極為重要。 2獲取信息的速度快，周期短。由于衛(wèi)星圍繞地球運轉(zhuǎn)，從而能及時獲取所經(jīng)地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進行動態(tài)監(jiān)測，這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。例如，陸地衛(wèi)星4、5，每16天可覆蓋地球一遍，NOAA氣象衛(wèi)星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區(qū)的圖像。3獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術(shù)，特別是航天遙感

24、可方便及時地獲取各種寶貴資料。4獲取信息的手段多，信息量大。根據(jù)不同的任務(wù)，遙感技術(shù)可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性，還可獲取地物內(nèi)部信息。例如，地面深層、水的下層，冰層下的水體，沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。遙感技術(shù)所獲取信息量極大，其處理手段是人力難以勝任的。例如Landsat衛(wèi)星的TM圖像，一幅覆蓋185km185km地面面積，象元空間分辨率為30m，象元光譜分辨率為28位的圖，其數(shù)據(jù)量約為60006000=36Mb。若將6個波段全部送入計算機，其數(shù)據(jù)量為：36Mb6=2

25、16Mb為了提高對這樣龐大數(shù)據(jù)的處理速度，遙感數(shù)字圖像技術(shù)隨之得以迅速發(fā)展。目前，遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域。在未來的十年中，預(yù)計遙感技術(shù)將步入一個能快速，及時提供多種對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。遙感圖像的空間分辨率，光譜分辨率和時間分辨率都會有極大的提高。其應(yīng)用領(lǐng)域隨著空間技術(shù)發(fā)展，尤其是地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及相互滲透，將會越來越廣泛。遙感（Remote Sensing），從廣義上說是泛指從遠(yuǎn)處探測、感知物體或事物的技術(shù)。即不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過儀器（傳感器）探測和接收來自目標(biāo)物體的信息（如電場、磁場、電磁波、地震波等信息），經(jīng)

26、過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其分布等特征的技術(shù)。 通常遙感是指空對地的遙感，即從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺上（如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等）通過傳感器，對地球表面的電磁波（輻射）信息進行探測，并經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環(huán)境進行探測和監(jiān)測的綜合性技術(shù)。 當(dāng)前遙感形成了一個從地面到空中，乃至空間，從信息數(shù)據(jù)收集、處理到判讀分析和應(yīng)用，對全球進行探測和監(jiān)測的多層次、多視角、多領(lǐng)域的觀測體系，成為獲取地球資源與環(huán)境信息的重要手段。 遙感信息應(yīng)用是遙感的最終目的。遙感應(yīng)用則應(yīng)根據(jù)專業(yè)目標(biāo)的需要，選擇適宜的遙感信息及其工作方法進行，以取得較好的

27、社會效益和經(jīng)濟效益。 遙感技術(shù)系統(tǒng)是個完整的統(tǒng)一體。它是建筑在空間技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及生物學(xué)、地學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上的，是完成遙感過程的有力技術(shù)保證。 神五照片長江入?？?002/205 - 07/24 at 02 :30 UTCMouth of the Yangtze River, ChinaSatellite: Terraprojection: Sinusoidalprojection center lon: 121image center lon: 121image center lat: 30.5UL lon: 117.4624UL lat: 34.3214LR lon:

28、 124.2722LR lat: 26.6772 梅里雪山巴格達 系統(tǒng)組成 信息源 信息獲取 信息處理 信息應(yīng)用 信息源是遙感需要對其進行探測的目標(biāo)物。任何目標(biāo)物都具有反射、吸收、透射及輻射電磁波的特性，當(dāng)目標(biāo)物與電磁波發(fā)生相互作用時會形成目標(biāo)物的電磁波特性，這就為遙感探測提供了獲取信息的依據(jù)。 信息獲取是指運用遙感技術(shù)裝備接受、記錄目標(biāo)物電磁波特性的探測過程。信息獲取所采用的遙感技術(shù)裝備主要包括遙感平臺和傳感器。其中遙感平臺是用來搭載傳感器的運載工具，常用的有氣球、飛機和人造衛(wèi)星等; 傳感器是用來探測目標(biāo)物電磁波特性的儀器設(shè)備，常用的有照相機、掃描儀和成像雷達等。 信息處理是指運用光學(xué)儀器和

29、計算機設(shè)備對所獲取的遙感信息進行校正、分析和解譯處理的技術(shù)過程。信息處理的作用是通過對遙感信息的校正、分析和解譯處理，掌握或清除遙感原始信息的誤差，梳理、歸納出被探測目標(biāo)物的影像特征，然后依據(jù)特征從遙感信息中識別并提取所需的有用信息。信息應(yīng)用是指專業(yè)人員按不同的目的將遙感信息應(yīng)用于各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的使用過程。信息應(yīng)用的基本方法是將遙感信息作為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，供人們對其進行查詢、統(tǒng)計和分析利用。遙感的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，最主要的應(yīng)用有: 軍事、地質(zhì)礦產(chǎn)勘探、自然資源調(diào)查、地圖測繪、環(huán)境監(jiān)測以及城市建設(shè)和管理等。 遙感原理 振動的傳播稱為波。電磁振動的傳播是電磁波。電磁波的波段按波長由短至長可依次分

30、為: -射線、X-射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電波。電磁波的波長越短其穿透性越強。遙感探測所使用的電磁波波段是從紫外線、可見光、紅外線到微波的光譜段。 太陽作為電磁輻射源，它所發(fā)出的光也是一種電磁波。太陽光從宇宙空間到達地球表面須穿過地球的大氣層。太陽光在穿過大氣層時，會受到大氣層對太陽光的吸收和散射影響，因而使透過大氣層的太陽光能量受到衰減。但是大氣層對太陽光的吸收和散射影響隨太陽光的波長而變化。通常把太陽光透過大氣層時透過率較高的光譜段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜段主要有: 紫外、可見光和近紅外波段。 地面上的任何物體（即目標(biāo)物），如大氣、土地、水體、植被和人工構(gòu)筑物等，在溫度

31、高于絕對零度（即0k=-273.16）的條件下，它們都具有反射、吸收、透射及輻射電磁波的特性。當(dāng)太陽光從宇宙空間經(jīng)大氣層照射到地球表面時，地面上的物體就會對由太陽光所構(gòu)成的電磁波產(chǎn)生反射和吸收。由于每一種物體的物理和化學(xué)特性以及入射光的波長不同，因此它們對入射光的反射率也不同。各種物體對入射光反射的規(guī)律叫做物體的反射光譜。 遙感分類 按搭載傳感器的遙感平臺分類 地面遙感 航天遙感 按遙感探測的工作方式分類 主動式遙感 被動式遙感 按遙感探測的工作波段分類 紫外遙感 紅外遙感 多光譜遙感 300380nm 380760nm 76014000nm 技術(shù)特點1、探測范圍廣、采集數(shù)據(jù)快 2、能動態(tài)反映

32、地面事物的變化 3、獲取的數(shù)據(jù)具有綜合性 第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）有時又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。 它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)

33、雜的規(guī)劃、決策和管理問題?；靖拍?1、GIS的物理外殼是計算機化的技術(shù)系統(tǒng)，它又由若干個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品輸出子系統(tǒng)等，這些子系統(tǒng)的優(yōu)劣、結(jié)構(gòu)直接影響著GIS的硬件平臺、功能、效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。2、GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體。空間數(shù)據(jù)的最根本特點是每一個數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進行編碼，實現(xiàn)對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區(qū)別于其它類型信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是其技術(shù)難點之所在。3、GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常

34、規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測。4、 GIS與測繪學(xué)和地理學(xué)有著密切的關(guān)系。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術(shù)為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數(shù)；電子速測儀、GPS全球定位技術(shù)、解析或數(shù)字?jǐn)z影測量工作站、遙感圖像處理系統(tǒng)等現(xiàn)代測繪技術(shù)的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標(biāo)的數(shù)字信息產(chǎn)品，為GIS提供豐富和更為實時的信息源，并促使GIS向更高層次發(fā)展。地理學(xué)是GIS的理論依托。地理信息系統(tǒng)（GIS）的分類 研究范圍 全球性區(qū)域性局部性 研究內(nèi)容 綜合性 專題性 第三節(jié) 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Gl

35、oble Positioning System) 組成部分 1.空間部分空間部分 由24 顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55。此外,還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰ΑPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,

36、定位精度高,因此受美國軍方管制,并設(shè)有密碼,一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務(wù)。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。2.地面控制部分地面控制部分 由一個主控站,5 個全球監(jiān)測站和3 個地面控制站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù),計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時,把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進

37、行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時間,但導(dǎo)航精度會逐漸降低。 3.用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后,即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù),接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算,計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS 接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。

38、 第八章 景觀生態(tài)學(xué)應(yīng)用第一節(jié) 景觀生態(tài)學(xué)應(yīng)用的兩種指導(dǎo)思想歐洲景觀生態(tài)學(xué)，景觀是大尺度的包括人類在內(nèi)的生態(tài)、地理系統(tǒng)、因此，景觀生態(tài)學(xué)必須將經(jīng)濟、人文、政治等明確地作為其基本組成成分來研究。北美景觀生態(tài)學(xué)，以空間格局、生態(tài)學(xué)過程和尺度的相互關(guān)系為該學(xué)科的中心思想，促使景觀生態(tài)學(xué)成為和生理生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)以及生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)平行的一門基礎(chǔ)性學(xué)科。自然氣候干擾流行病人類影響社會學(xué)政治學(xué)經(jīng)濟學(xué)土地利用環(huán)境問題保護生物學(xué)資源經(jīng)濟學(xué)環(huán)境倫理學(xué)決策機構(gòu)景觀生態(tài)學(xué)對策A自然氣候干擾流行病人類影響社會學(xué)政治學(xué)經(jīng)濟學(xué)土地利用環(huán)境問題保護生物學(xué)資源經(jīng)濟學(xué)環(huán)境倫理學(xué)決策機構(gòu)對策景觀生態(tài)學(xué)B第二節(jié) 景觀

39、生態(tài)學(xué)應(yīng)用原理強調(diào)空間異質(zhì)性的重要性強調(diào)尺度的重要性強調(diào)空間格局與生態(tài)學(xué)過程的相互作用強調(diào)斑塊動態(tài)觀點，明確地將干擾作為系統(tǒng)的一個組成部分來考慮強調(diào)社會、經(jīng)濟等人為因素與生態(tài)過程的密切聯(lián)系。Forman和Godron 7條景觀生態(tài)學(xué)一般原理1、景觀結(jié)構(gòu)與功能原理2、生物多樣性原理3、物種流原理4、營養(yǎng)再分配原理5、能量流動原理6、景觀變化原理7、景觀穩(wěn)定性原理進一步擴展歸納為4類12條1、景觀和區(qū)域景觀和區(qū)域性原理斑塊、廊道和基底原理2、斑塊和廊道大面積自然植被斑塊原理斑塊形態(tài)原理生態(tài)系統(tǒng)間相互作用原理復(fù)合種群動態(tài)原理3、鑲嵌體景觀抵抗性原理粒度粗細(xì)原理景觀變化原理鑲嵌體系列原理4、應(yīng)用聚集零

40、散格局原理關(guān)鍵性格局原理在上述基礎(chǔ)上將原理具體化，按斑塊、廊道、邊緣、廊道和鑲嵌體4個部分總結(jié)出55條原理。（1）有關(guān)斑塊的原理斑塊大小1 邊緣生境和邊緣種原理2 內(nèi)部生境和內(nèi)部種原理3 大斑塊物種絕滅率原理4 小斑塊物種絕滅率原理5 生境多樣性原理6 干擾障礙原理7 大斑塊效益原理8 小斑塊效益原理一個大斑塊分成2個小斑塊時，邊緣種或常見種豐富度增加一個大斑塊分成2個小斑塊時，內(nèi)部生境減少，并減少內(nèi)部種群豐富大斑塊中的種群比小斑塊中的大，絕滅概率較小面積小、質(zhì)量差的生境斑塊中的物種絕滅概率較高斑塊越大，生境多樣性越大，物種更多 一個大斑塊分割成2個小斑塊時會阻礙某些干擾擴散大面積自然植被斑塊

41、可保護水體和溪流網(wǎng)絡(luò)，維持大多數(shù)內(nèi)部種的存活，為大多數(shù)脊椎動物提供核心生境和避難場所，并允許自然干擾正常進行小斑塊可作為物種遷移的踏腳石，并可能擁有大斑塊中缺乏或不家生長的物種斑塊數(shù)目9 生境損失原理10 復(fù)合種群動態(tài)原理11 大斑塊數(shù)量原理12 斑塊群生境原理斑塊的位置13 斑塊位置物種絕滅率原理14 物種再定居原理15 斑塊選擇原理生境斑塊的消失會導(dǎo)致生存在該生境中的種群減小，生境多樣性的減小，進而導(dǎo)致物種數(shù)量減少生境斑塊消失會減小復(fù)合種群，從而增加局部斑塊內(nèi)部種的絕滅概率，減緩再定居過程，導(dǎo)致復(fù)合種群穩(wěn)定性降低在景觀中，若一個大斑塊包含同類斑塊中出現(xiàn)的大多數(shù)物種，那么至少需要2個這樣的大

42、斑塊才能維持物種豐富度；然而，如果一個大斑塊只包含一部分物種，為了維持這個景觀中的物種豐富度，最好有45個大斑塊作為保護區(qū)。在缺乏大斑塊的情況下，廣布種可在一些相鄰的小斑塊中存活，這些小斑塊雖然是離散的，但作為整體還能為這些廣布種提供適宜的、足夠的生境。其他條件相同條件下，孤立的斑塊物種絕滅概率比連接度高的斑塊大。生境斑塊隔離程度取決于與其他斑塊的距離以及基底的特征。在一定時間范圍內(nèi)，與其他生境斑塊或種源緊鄰的斑塊的再定居率要高于相距較遠(yuǎn)的斑塊。在自然保護中，生境斑塊的選擇應(yīng)基于斑塊在整體景觀中的重要性（如斑塊對景觀連接度起著樞紐作用）和斑塊特征性（即斑塊中是否包含稀有種、瀕危種或特有種）。（

43、2）有關(guān)邊界的原理 邊緣結(jié)構(gòu)16 邊緣結(jié)構(gòu)多樣性原理17 邊緣寬度原理18 行政邊界和自然生態(tài)邊界原理19 邊緣過濾原理20 邊緣坡度原理一個結(jié)構(gòu)多樣性高的植被邊緣，邊緣動物種豐富度也高斑塊的邊緣寬度是不同的，面對主風(fēng)方向和太陽輻射方向的邊緣更寬些當(dāng)保護區(qū)的自然生態(tài)邊界與行政邊界不一致時，可將兩條邊界間的區(qū)域當(dāng)作緩沖區(qū)，以減少對核心區(qū)的影響斑塊邊緣具有過濾功能，可減緩?fù)饨鐚Π邏K內(nèi)部的影響斑塊邊緣陡然（與周圍環(huán)境對比度高）時可增加沿著邊緣方向的生物和物質(zhì)流動，而過渡較緩的邊緣則有利于橫穿邊緣的生物和物質(zhì)流動。邊界形狀21 自然和人工邊界原理22 平直邊界和彎曲邊界原理23 和緩與僵硬邊界原理24

44、 邊緣曲折度和寬度原理25 凹陷和凸出原理26 邊緣種和內(nèi)部種原理27 斑塊與基底相互作用原理28 最佳斑塊形狀原理29 斑塊形狀和方位原理自然邊緣曲折、復(fù)雜、和緩，人工邊緣平直、簡單、僵硬生物平直邊界的反應(yīng)多為沿邊界方向運動，而彎曲邊界促進生物穿越邊界兩側(cè)的運動。彎曲邊界比平直邊界生態(tài)效益更高（如可減少水土流失和有利于野生動物活動）兩者共同決定景觀中邊緣生境的總量凹陷和凸出邊緣的生境多樣性高于平直邊緣，生物多樣性也高（多為邊緣種）彎曲邊界增加邊緣生境，從而增加邊緣種數(shù)，但降低斑塊中內(nèi)部種的數(shù)量的比例。斑塊的形狀越曲折，與基底間相互作用就越強。最佳形狀斑塊具有多種生態(tài)學(xué)效益，通常與“太空船”形

45、狀相似，即具有一個近圓形的核心區(qū)、彎曲邊界和有利于物種傳播的邊緣指狀突出斑塊的長軸與生物傳播的路線平行時，再定居概率較低；垂直時，再定居概率高（3）有關(guān)廊道和連接度原理 廊道和物種運動30 廊道功能控制原理31 廊道空隙影響原理32 結(jié)構(gòu)與區(qū)系相似性原理 踏腳石33 踏腳石連接度原理34 踏腳石間距原理35 踏腳石消失原理36 踏腳石群原理寬度和連接度是控制廊道的生境、傳導(dǎo)、過濾、源和匯5種功能的主要因素廊道內(nèi)的空隙對物種運動的影響取決于空隙的長度和物種運動的空間尺度，以及廊道與空隙之間的對比度廊道和斑塊的植被結(jié)構(gòu)相似，就可以滿足內(nèi)部種在斑塊間運動需要；若能在植物區(qū)系方向相似，效果更好。在廊道

46、間或沒有廊道的地方，加設(shè)一行踏腳石（小斑塊）可增加景觀連接度，并可增加內(nèi)部種在斑塊間的運動。具視力的動物在踏腳石間移動時，其有效移動距離往往由對相鄰踏腳石的視覺能力來決定。消失后會抑制物種在斑塊間運動，并增加斑塊隔離程度。在大斑塊間的踏腳石斑塊的最佳分布格局是，所有踏腳石作為群體形成連接生境斑塊的多條相互有聯(lián)系的直通道道路主防風(fēng)林帶37 道路及另外的槽形廊道原理38 風(fēng)蝕及其控制原理河流廊道39 河流廊道和溶解物原理40 河流主干道廊道寬度原理41 河流廊道寬度原理42 河流廊道連接度原理公路、鐵路、電纜和便道通常在空間上是連續(xù)的，相對較直，常有人為干擾。因此，它們常把種群分隔為復(fù)合種群，主要

47、是耐干擾活動的通道，是侵蝕、沉積、外來種入侵以及人類對基底干擾的源端。小風(fēng)可吹走土壤表面的養(yǎng)分，減少肥力；持續(xù)大風(fēng)則易引起風(fēng)蝕?？刂骑L(fēng)蝕時應(yīng)減少主風(fēng)向農(nóng)田的裸露面積，保護植被、犁溝和土壤結(jié)構(gòu)，并重點保護易受旋風(fēng)、湍流和快速氣流影響的地點。具有寬而濃密植被的河流廊道能更好地減少來自周圍景觀的各種溶解物污染，保證水質(zhì)河道兩旁應(yīng)保持足夠?qū)挼闹脖粠?，以控制來自景觀基底的溶解物質(zhì)，為兩岸內(nèi)部種提供足夠的生境和通道等。維持兩岸高地的植被，提供內(nèi)部生境；要保證沿河流方向至少有非連續(xù)（如梯狀）植被覆蓋，以減緩洪水影響，并為水生食物鏈提供有機質(zhì)，為魚類和泛濫平原稀有種提供生境。河流兩旁植被帶的寬度和長度共同決定

48、河流的生態(tài)學(xué)過程，不間斷的河岸植被廊道能維持諸如水溫低、含氧高的水生條件，有利于某些魚類生存。（4）有關(guān)鑲嵌體的原理 網(wǎng)絡(luò)43 網(wǎng)絡(luò)連接度和環(huán)回度原理44 環(huán)路和多選擇路線原理45 廊道密度和網(wǎng)孔大小原理46 連接點效應(yīng)原理47 相連小斑塊原理48 生物傳播和相連小斑塊原理網(wǎng)絡(luò)連接度（即所有結(jié)點通過廊道連接的程度）和網(wǎng)絡(luò)環(huán)回度（即環(huán)狀或多選擇路線出現(xiàn)程度）可表示網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，并可作為對物種運動的連接度指標(biāo)。在廊道網(wǎng)絡(luò)中，多選擇路線環(huán)路可減少廊道內(nèi)空隙、干擾、捕食者和捕獵者的不利影響，從而促進動物在影響中的運動。隨著廊道網(wǎng)絡(luò)孔的減少，受廊道抑制的物種（內(nèi)部生境種）的存活力顯著下降在自然植被廊道

49、的交接點上，常常有一些內(nèi)部種出現(xiàn)，而且其種豐富度高于網(wǎng)絡(luò)的其他地方。連接在廊道網(wǎng)絡(luò)上的小斑塊或結(jié)點可能比面積相同但遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)的斑塊有較高的種豐富度和較低的物種絕滅率。網(wǎng)絡(luò)上的小斑塊或結(jié)點可為某些生物提供暫棲地或臨時繁殖地，從而有利于生物在景觀中傳播。 破碎化和格局49 總生境和內(nèi)部生境損失原理50 分形斑塊原理51 市郊化、外來和保護區(qū)原理 尺度粗細(xì)52 鑲嵌體粒度粗細(xì)原理53 動物對破碎化尺度的感觀原理54 確限種與廣布種原理55 多生境種的鑲嵌格局原理景觀破碎化降低總的生境面積，但內(nèi)部生境面積比邊緣生境面積降低得更快分形是對過渡變化的自然反應(yīng)，彼此隔離的斑塊常常對干擾作出相似的反應(yīng)。它們雖然

50、可能變大或變小，但相互之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系或格局保持相似。在市郊和外來種入侵的景觀中，應(yīng)建立嚴(yán)格控制外來種的緩沖區(qū)，以保護生物多樣性或自然保護區(qū)。一個由粗粒度地段和細(xì)粒度地段相間組成的景觀可分為內(nèi)部種、多生境種（包括人類）提供最佳生態(tài)效益及一系列環(huán)境資源條件。活動范圍大的物種把細(xì)粒破碎化生境視為連續(xù)生境；但粗粒度破碎化生境對絕大多數(shù)動物來說是不連續(xù)性（即存在生境隔離效應(yīng)）細(xì)粒度生境破碎化對確限種的不利影響比廣布種更大。多種生境匯合處或不同類型生境相間排列的景觀有利于多生境物種（即同時需要多種類型生境的物種）的存活。第三節(jié) 景觀生態(tài)學(xué)一些重要領(lǐng)域一、自然保護區(qū)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)二、生態(tài)系統(tǒng)管理三、土地利用規(guī)

51、劃四、景觀生態(tài)學(xué)和可持續(xù)性科學(xué)一、自然保護區(qū)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展為保護生物學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)提供新的理論基礎(chǔ)。提供多尺度上多樣性的格局和過程及其相互關(guān)系。保護生物及其生存環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)和景觀多樣性和完整性。物種模式景觀模式 保護景觀并不是把整個景觀作為保護區(qū)，而是強調(diào)應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)理論和原理設(shè)計自然保護方案。二、生態(tài)系統(tǒng)管理生態(tài)系統(tǒng)管理的目的是保護異質(zhì)景觀中的物種和自然生態(tài)系統(tǒng)，維持正常的生態(tài)學(xué)和進化過程，合理利用自然資源，從而保證生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。尺度區(qū)域景觀尺度是考慮自然資源宏觀可持續(xù)利用和對付全球氣候變化帶來的生態(tài)學(xué)后果的最合理尺度。能夠反映自然生態(tài)系統(tǒng)和人類活動的種類、變異和空間

52、格局特征的最小空間單位。三、土地利用規(guī)劃 景觀生態(tài)學(xué)的主要目的之一是理解空間結(jié)構(gòu)如何影響生態(tài)學(xué)過程。土地利用規(guī)劃（包括景觀和城市規(guī)劃與設(shè)計）強調(diào)人類與自然的協(xié)調(diào)性，自然保護思想在這一領(lǐng)域日趨重要。為土地利用規(guī)劃提供一個亟須的理論基礎(chǔ)，并幫助評價和預(yù)測規(guī)劃和設(shè)計可能帶來的生態(tài)后果。而景觀規(guī)劃和設(shè)計的實踐可以用來檢驗景觀生態(tài)學(xué)中的理論和假說。四、景觀生態(tài)學(xué)和可持續(xù)性科學(xué)景觀生態(tài)學(xué)是有關(guān)異質(zhì)性研究的交叉學(xué)科，這一點已經(jīng)取得共識。異質(zhì)性的重要性使景觀思想與不同組織水平的生態(tài)學(xué)和跨尺度的地球科學(xué)建立了普遍聯(lián)系?？臻g異質(zhì)性也是社會和經(jīng)濟系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性形成的基本原因和驅(qū)動力，而格局、過程和尺度的關(guān)系在

53、所有的自然和社會中都是一個核心問題。因此，空間異質(zhì)性和尺度應(yīng)該是將自然科學(xué)和社會科學(xué)耦合起來的核心概念。景觀規(guī)劃、景觀規(guī)劃、生物多樣性保護、生態(tài)系統(tǒng)管理以及可持續(xù)發(fā)展都是景觀生態(tài)學(xué)研究的范疇。為了能提供真正有用的理論和實踐指南，景觀生態(tài)學(xué)必須要包容和整合生物物理和人文社會經(jīng)濟途徑，從而形成為一個多元的、具有等級結(jié)構(gòu)的交叉科學(xué)?？沙掷m(xù)科學(xué)是一門新興的研究自然和社會之間動態(tài)關(guān)系的科學(xué)。可持續(xù)科學(xué)以環(huán)境、經(jīng)濟和社會為三個基本組成成分，強調(diào)局部、區(qū)域和全球三個核心尺度。自組織復(fù)雜性脆弱性恢復(fù)力閾值應(yīng)變管理社會學(xué)習(xí)景觀生態(tài)學(xué)對可持續(xù)發(fā)展的貢獻1、人類景觀（或地區(qū)）也許是研究和維持可持續(xù)的基本空間單元，它

54、能夠清楚地闡明自然和人類相互作用關(guān)系的最小空間尺度。2、景觀生態(tài)學(xué)可為可持續(xù)科學(xué)在處理多尺度的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能問題時提供理論和方法。3、景觀生態(tài)學(xué)已經(jīng)有很多研究自然社會耦合系統(tǒng)的經(jīng)驗，并發(fā)展了整體論途徑。4、景觀生態(tài)學(xué)可為研究自然社會耦合系統(tǒng)的空間異質(zhì)性及可持續(xù)性的影響提供理論和方法。5、景觀生態(tài)學(xué)發(fā)展的一系列格局指數(shù)和方法可幫助研究如何持續(xù)性定量化。6、景觀生態(tài)學(xué)可為研究自然社會耦合系統(tǒng)中的尺度推繹和不確定性問題提供理論和方法。景觀生態(tài)學(xué)可持續(xù)科學(xué)案例分析案例分析臥龍案例研究臥龍案例研究TM ImageTM Image (1997/9/6)TM Image (1997/9/6)地貌特

55、征6200m5200m4200m3200m2200m1200m遙感數(shù)據(jù)準(zhǔn)備闊葉林針闊混交針葉林灌叢草甸裸地雪云陰影1）臥龍自然保護區(qū)植被類型的地形梯度分異特征）臥龍自然保護區(qū)植被類型的地形梯度分異特征0%10%20%30%40%50%60%120022003200420052006200海拔高度(m)面積百分比198719970%10%20%30%40%50%60%120022003200420052006200海拔高度(m)面積百分比198719970%5%10%15%20%25%30%120022003200420052006200海拔高度(m)面積百分比198719970%5%10%15

56、%20%25%30%35%40%120022003200420052006200海拔高度(m)面積百分比198719970%5%10%15%20%120022003200420052006200海拔高度(m)面積百分比198719970%20%40%60%80%100%1200220032004200520062007200海拔高度(m)面積百分比19871997地形：闊、混、針、灌、草、裸0510152025平地陽坡半陽坡半陰坡陰坡面積比例(%)051015202530354001010202030 3040 4050 50606070 70以上坡度分級(度)面積比例(%)有林地坡向與坡度分

57、異特征水電站保護站主干道所有道路保護區(qū)界居民點本分析中涵蓋了臥龍自然保護區(qū)的道路（400km）、居民點（47處）和水電站（10處）三種人為影響發(fā)生源。人為影響發(fā)生源圖人為影響發(fā)生源圖1.2 人為活動的影響評估（人為活動的影響評估（1） 選取總體變異系數(shù)來衡量相鄰緩沖區(qū)間景觀的差異水平： 總體變異系數(shù) n為景觀類型數(shù)，ai為進行比較的兩個緩沖區(qū)中，前者的第i類景觀組分所占面積比例，ai為后者的第i類景觀組分所占面積比例。 人為影響的距離特征分析niiiaa11.2 人為活動的影響評估（人為活動的影響評估（2）19002300270031003500200400600800100012001400

58、160018002000Bufferzones(m)Altitude (m)RoadsResidential areasHydropower stations00.050.10.150.20.250.30.354006008001000 1200 1400 1600 1800 2000Buffer zone (m)Cumulative deviationRoadsResidential areasHydropower station0%20%40%60%80%100%200400600800 1000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)0%10%20%30%40%

59、50%60%70%80%90%100%200400600800 1000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)闊葉林雪針闊混交林無植被帶針葉林灌叢草甸0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)面積百分比0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)面積百分比0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2004

60、006008001000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)面積百分比0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000緩沖區(qū)距離(m)面積百分比8787年年9797年年道路道路居民點居民點水電站水電站人為影響區(qū)域與自然區(qū)域的景觀結(jié)構(gòu)差異分析-15%-10%-5%0%5%10%15%2004006008001000道路緩沖區(qū)距離(m)景觀變化面積比例-40%-30%-20%-10%0%10%20%30%40%20040060080010001200居民點緩沖區(qū)距離(