景觀生態(tài)學(xué)第6-8章講述

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(guò)程數(shù)學(xué)模型，尤其是計(jì)算機(jī)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(shí)間、空間以及設(shè)備和資金的限制，在大尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)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(shí)際景觀研究中，由于很難找到兩個(gè)在時(shí)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(wèn)題可通過(guò)模型模擬來(lái)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(guò)程在多尺度上相互作用、不斷變化，對(duì)于這些動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的理解和預(yù)測(cè)就必須借助于模型。

第四，景觀以綜合不同時(shí)間和空間尺度上的信息，成為環(huán)境保護(hù)和資源管理的有效工具。一、什么是模型

模型是某種對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或現(xiàn)象的抽象或簡(jiǎn)化。具體而言是對(duì)真實(shí)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(shí)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(diǎn)有關(guān)，而且與研究目的也有密切關(guān)系。

模型可以通過(guò)文字、圖形、實(shí)物以及數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，所以有與此相應(yīng)的文字或語(yǔ)言模型、圖像模型、實(shí)物模型（如飛機(jī)、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(cè)2、增進(jìn)理解3、診斷現(xiàn)有知識(shí)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(guò)運(yùn)算來(lái)探究系統(tǒng)的將來(lái)通過(guò)研究系統(tǒng)或現(xiàn)象有更深入、更全面的了解數(shù)學(xué)要求就是定義準(zhǔn)確，變量間具有合理的數(shù)量關(guān)系，這就使得對(duì)系統(tǒng)的不知或所知不詳之處容易暴露出來(lái)；此外，模型運(yùn)轉(zhuǎn)中有時(shí)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(cè)量什么的重要線索在研究復(fù)雜系統(tǒng)或現(xiàn)象時(shí)，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(guò)程的資料整合到一起，并轉(zhuǎn)化“信息”為“知識(shí)”經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的模型可用來(lái)模擬不同管理措施或自然干擾事件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)或景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)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(jì)算機(jī)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)和非線性作用關(guān)系，因此，模型的建立和求解有必要通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。二、模型的種類根據(jù)時(shí)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(jī)型模型確定型模型含隨機(jī)變量二、模型的種類根據(jù)模型所涉及的生態(tài)學(xué)過(guò)程和機(jī)制多少現(xiàn)象學(xué)機(jī)制或過(guò)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(dòng)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(diǎn)模型的普遍性模型的真實(shí)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(guò)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(yàn)3、模型應(yīng)用明確定義研究問(wèn)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(jì)參數(shù)值、編寫計(jì)算機(jī)程序、確定模擬的時(shí)間步長(zhǎng)以及運(yùn)轉(zhuǎn)模型并獲得最初結(jié)果模型與實(shí)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(jì)學(xué)特征明確考慮對(duì)象和過(guò)程的空間位置和它們?cè)诳臻g上的相互作用關(guān)系計(jì)算機(jī)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(gè)柵格可以與該位置上的一個(gè)或多個(gè)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(shí)也便于考慮它們?cè)诳臻g上的相互作用，進(jìn)而能夠模擬景觀在結(jié)構(gòu)和功能方面的動(dòng)態(tài)過(guò)程。矢量型景觀模型以點(diǎn)、線和多邊形的組合來(lái)表達(dá)景觀的結(jié)構(gòu)組成。3種常見(jiàn)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(dòng)機(jī)模型動(dòng)態(tài)機(jī)制模型強(qiáng)調(diào)景觀過(guò)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(kuò)展。Nt和Nt+△t分別是m個(gè)狀態(tài)變量組成的狀態(tài)向量在t和t+△t時(shí)刻的值；P是由m乘m個(gè)單元組成的轉(zhuǎn)化概率矩陣，其中Pij表示從時(shí)間t到t+△t系統(tǒng)從狀態(tài)j轉(zhuǎn)變?yōu)閕的概率（對(duì)于景觀模型而言，最簡(jiǎn)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(diǎn)分類，并用柵格網(wǎng)表示，每一個(gè)柵格細(xì)胞屬于m種景觀斑塊類型之一。根據(jù)兩個(gè)不同時(shí)間（t和t+△t）的景觀圖（如植被圖、土地利用圖等）計(jì)算從一種類型到另一種類型的轉(zhuǎn)化概率。然后，在整個(gè)柵格網(wǎng)上采用這些概率以預(yù)測(cè)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(shí)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：

上述計(jì)算不考慮空間格局本身對(duì)轉(zhuǎn)化概率的影響，反映的是景觀的總概率，因此它們?cè)陬A(yù)測(cè)景觀中某些斑塊類型變化的面積比例時(shí)可以相當(dāng)準(zhǔn)確，但其空間格局方向的誤差通常很大。或第四節(jié)細(xì)胞自動(dòng)模型指一類由許多相同單元組成的，根據(jù)一些簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)模型。

細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型可以是一維、二維或三維。二維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)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(gè)柵格網(wǎng)細(xì)胞代表一個(gè)不能伸縮的、均質(zhì)的離散性單元，它在任何時(shí)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(jiǎn)單地說(shuō)，細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型就是由許多這樣簡(jiǎn)單細(xì)胞組成的柵格網(wǎng)，其中每個(gè)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(kuò)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(shí)間上以及狀態(tài)上都是離散的。細(xì)胞自動(dòng)機(jī)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(lái)具體定義；細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型特征鄰域規(guī)則可以是確定型的，也可是隨機(jī)型的；這些局部性轉(zhuǎn)化規(guī)則在整個(gè)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(shí)間上是離散的（即非連續(xù)性變化）；一維：一系列點(diǎn)或線段，每個(gè)位置上取值為0或1（或0，…，k-1；k為取值總數(shù)）二維，是r＝1細(xì)胞自動(dòng)機(jī)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(jī)制模型一、空間生態(tài)系統(tǒng)模型二、空間顯式斑塊動(dòng)態(tài)模型一、空間生態(tài)系統(tǒng)模型又稱過(guò)程模型，是從機(jī)制來(lái)模擬生態(tài)學(xué)過(guò)程的空間動(dòng)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(dòng)態(tài)就必須考慮空間格局和生態(tài)學(xué)過(guò)程之間的相互作用。廣義講過(guò)程機(jī)制，包括動(dòng)物個(gè)體行為、種群動(dòng)態(tài)和控制、干擾擴(kuò)散過(guò)程、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)以及能量流動(dòng)等。S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(guò)程的空間擴(kuò)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量氮輸出率——地形梯度（△H/△L）細(xì)胞中氮含量的函數(shù)簡(jiǎn)單形式：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(diǎn)的細(xì)胞氮含量（N44）則呈指數(shù)上升，其它細(xì)胞的動(dòng)態(tài)反映了地理位置的影響和時(shí)滯效應(yīng)。二、空間顯式斑塊動(dòng)態(tài)模型與空間生態(tài)系統(tǒng)模型不同之處：突出空間格局和生態(tài)學(xué)過(guò)程之間頻繁的相互作用；將整個(gè)景觀視為由大小、形狀以及內(nèi)容上不同的斑塊組成的動(dòng)態(tài)鑲嵌體；明確地將斑塊的形成、變化和消失過(guò)程作為模型的重要組成部分；將斑塊鑲嵌體空間格局動(dòng)態(tài)與生態(tài)學(xué)過(guò)程在斑塊以及景觀水平上直接耦合到一起。是斑塊動(dòng)態(tài)理論的數(shù)學(xué)表達(dá)。與斑塊動(dòng)態(tài)理論一樣，空間斑塊模型最適宜于格局和過(guò)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(dòng)態(tài)可看做是林隙（小尺度干擾所至）動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)斑塊鑲嵌體。加州蛇紋巖草原保護(hù)區(qū)，優(yōu)勢(shì)植物一年生本地草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(lái)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(lái)源不斷掘洞，形成直徑30－50cm，深達(dá)10cm土丘。被掩埋的草迅速死亡，演替在”微生境島”上展開(kāi)。這與林隙相似。地鼠每年翻掘的土表達(dá)20％以上，并通過(guò)景觀種群過(guò)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(shí)間動(dòng)態(tài)。是物種i在時(shí)刻t+1和t時(shí)種群大小(成年植株數(shù)目)是植物結(jié)實(shí)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+1≤Ai第六節(jié)空間尺度推繹一、尺度推繹的概念簡(jiǎn)化壓縮數(shù)據(jù)時(shí)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(duì)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(jìn)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(gè)小的幅度轉(zhuǎn)化到一個(gè)更大的幅度上的過(guò)程，屬上推的一種。粗粒化上推細(xì)?；峦贫⒊叨韧评[必要性試驗(yàn)大多數(shù)時(shí)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(wèn)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)在明確地認(rèn)識(shí)到，為了理解自然，我們必須考慮大尺度上的格局和過(guò)程并反它們與我們比較熟悉的小尺度上格局和過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。要解決大尺度問(wèn)題，就必須將一個(gè)尺度上的信息推繹到另一個(gè)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(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)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(wèn)題利用直接外推法和期望值外推法進(jìn)行尺度上推是通過(guò)增加模型幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)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)研究表明，在不同的時(shí)間和空間尺度上占主導(dǎo)地位的格局和過(guò)程是不同的。因此，在單一尺度上的觀測(cè)結(jié)果只能反映該觀測(cè)尺度上的格局和過(guò)程。當(dāng)描述和解釋同時(shí)涉及幾個(gè)層次或尺度的現(xiàn)象時(shí)，問(wèn)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?zhàn)饔檬欠浅Ｆ毡榈?。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(cè)性。

第三，空間異質(zhì)性無(wú)所不有，而且因尺度而異，這使尺度推繹過(guò)程更加復(fù)雜。三、尺度推繹的途徑和方法●簡(jiǎn)單聚合法●直接外推法●期望值外推法●顯式積分法通過(guò)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(jì)算各種類型的所有斑塊的(面積加權(quán))輸出總和，并作為對(duì)整個(gè)景觀的估計(jì)。先利用小尺度斑塊模型對(duì)景觀中不同類型的斑塊進(jìn)行模擬，然后根據(jù)輸出結(jié)果計(jì)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)果局部行為或特征y的景觀表達(dá)景觀面積E[]期望值顯式積分法通過(guò)對(duì)小尺度模型在空間上的顯式積分來(lái)實(shí)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(gè)連續(xù)表面，模型不存在粒度效應(yīng)。理論完美，實(shí)際應(yīng)用有限。以上方法主要針對(duì)相鄰尺度域（或等級(jí)層次）間的信息轉(zhuǎn)換而言的。若考慮跨幾個(gè)尺度域的推繹，就要用尺度推繹策略。尺度推繹策略●確定合適的斑塊等級(jí)●觀察并建立圍繞核心層次的格局和過(guò)程模型●跨尺度域逐級(jí)外推尺度推繹方法分類基于相似性的推繹方法基于動(dòng)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(zhǎng)學(xué)方法空間異速生長(zhǎng)學(xué)方法簡(jiǎn)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下推：

往往涉及大尺度上（或粗粒度）的信息加以細(xì)?；瑥亩烙?jì)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(duì)于許多復(fù)雜問(wèn)題來(lái)說(shuō)，最有效的尺度推繹策略將野外觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)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上的模型途徑。自下而上途徑提供了詳細(xì)機(jī)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?！窀窬趾瓦^(guò)程間的關(guān)系可以是物理的、生物的或社會(huì)經(jīng)濟(jì)的，具有多方面性和尺度相關(guān)性。對(duì)格局、過(guò)程和尺度之間相互關(guān)系的已有知識(shí)可用來(lái)簡(jiǎn)化和促進(jìn)尺度推繹過(guò)程?！窨绯叨刃畔⑥D(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(jì)學(xué)方法進(jìn)行尺度分析，以確定尺度的界限應(yīng)是尺度推繹的第一步?！窨臻g異質(zhì)性是影響尺度推繹過(guò)程的最普遍和最關(guān)鍵的因素，因此，盡量定量描述多個(gè)尺度上的空間異質(zhì)性是尺度推繹研究早期所要優(yōu)先考慮的問(wèn)題，因?yàn)樗転檫x擇適宜的尺度推繹方法和減少整個(gè)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?！窕谙嗨菩栽淼某叨韧评[方法常以簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)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(cè)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?yàn)樗峁┝擞嘘P(guān)尺度推繹模型或計(jì)算方法的適宜方面的關(guān)鍵信息。鑒于此，僅僅問(wèn)如何進(jìn)行尺度推繹尚不足；應(yīng)探究如何進(jìn)行尺度推繹并同時(shí)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、變異系數(shù)、置信水平及誤差平均平方根等來(lái)表示。第七節(jié)景觀實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)小尺度景觀實(shí)驗(yàn)研究既可行又具有很大潛力。5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m5m甲蟲行為影響植物叢和裸地斑塊鑲嵌體格局對(duì)一種甲蟲的影響在實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(lái)的一門新興技術(shù)。開(kāi)始為航空遙感，自1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)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(shí)用的，先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)。

遙感是利用遙感器從空中來(lái)探測(cè)地面物體性質(zhì)的，它根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)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(jī)、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(lái)識(shí)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(diǎn)

1．可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用航攝飛機(jī)飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達(dá)910km左右，從而，可及時(shí)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(dá)3萬(wàn)多km2。這種展示宏觀景象的圖像，對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)，從而能及時(shí)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(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這是人工實(shí)地測(cè)量和航空攝影測(cè)量無(wú)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(dá)，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)，特別是航天遙感可方便及時(shí)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(lái)獲取信息。例如可采用可見(jiàn)光探測(cè)物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測(cè)物體。利用不同波段對(duì)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185km×185km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6000×6000=36Mb。若將6個(gè)波段全部送入計(jì)算機(jī)，其數(shù)據(jù)量為：

36Mb×6=216Mb

為了提高對(duì)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(lái)的十年中，預(yù)計(jì)遙感技術(shù)將步入一個(gè)能快速，及時(shí)提供多種對(duì)地觀測(cè)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(shí)間分辨率都會(huì)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(huì)越來(lái)越廣泛。

遙感（RemoteSensing），從廣義上說(shuō)是泛指從遠(yuǎn)處探測(cè)、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(guò)儀器（傳感器）探測(cè)和接收來(lái)自目標(biāo)物體的信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波等信息），經(jīng)過(guò)信息的傳輸及其處理分析，識(shí)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(duì)地的遙感，即從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺(tái)上（如高塔、氣球、飛機(jī)、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等）通過(guò)傳感器，對(duì)地球表面的電磁波（輻射）信息進(jìn)行探測(cè)，并經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對(duì)地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的綜合性技術(shù)。

當(dāng)前遙感形成了一個(gè)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(duì)全球進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的多層次、多視角、多領(lǐng)域的觀測(cè)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(jìn)行，以取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。遙感技術(shù)系統(tǒng)是個(gè)完整的統(tǒng)一體。它是建筑在空間技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(guò)程的有力技術(shù)保證。神五照片長(zhǎng)江入?？?002/205-07/24at02:30UTC

MouthoftheYangtzeRiver,China

Satellite:Terra

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LRlon:124.2722

LRlat:26.6772梅里雪山巴格達(dá)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(duì)其進(jìn)行探測(cè)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(shí)會(huì)形成目標(biāo)物的電磁波特性，這就為遙感探測(cè)提供了獲取信息的依據(jù)。信息獲取是指運(yùn)用遙感技術(shù)裝備接受、記錄目標(biāo)物電磁波特性的探測(cè)過(guò)程。信息獲取所采用的遙感技術(shù)裝備主要包括遙感平臺(tái)和傳感器。其中遙感平臺(tái)是用來(lái)搭載傳感器的運(yùn)載工具，常用的有氣球、飛機(jī)和人造衛(wèi)星等;傳感器是用來(lái)探測(cè)目標(biāo)物電磁波特性的儀器設(shè)備，常用的有照相機(jī)、掃描儀和成像雷達(dá)等。信息處理是指運(yùn)用光學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)所獲取的遙感信息進(jìn)行校正、分析和解譯處理的技術(shù)過(guò)程。信息處理的作用是通過(guò)對(duì)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(cè)目標(biāo)物的影像特征，然后依據(jù)特征從遙感信息中識(shí)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(guò)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(duì)其進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)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(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及城市建設(shè)和管理等。遙感原理振動(dòng)的傳播稱為波。電磁振動(dòng)的傳播是電磁波。電磁波的波段按波長(zhǎng)由短至長(zhǎng)可依次分為:γ-射線、X-射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微波和無(wú)線電波。電磁波的波長(zhǎng)越短其穿透性越強(qiáng)。遙感探測(cè)所使用的電磁波波段是從紫外線、可見(jiàn)光、紅外線到微波的光譜段。太陽(yáng)作為電磁輻射源，它所發(fā)出的光也是一種電磁波。太陽(yáng)光從宇宙空間到達(dá)地球表面須穿過(guò)地球的大氣層。太陽(yáng)光在穿過(guò)大氣層時(shí)，會(huì)受到大氣層對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射影響，因而使透過(guò)大氣層的太陽(yáng)光能量受到衰減。但是大氣層對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射影響隨太陽(yáng)光的波長(zhǎng)而變化。通常把太陽(yáng)光透過(guò)大氣層時(shí)透過(guò)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(jiàn)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，在溫度高于絕對(duì)零度（即0°k=-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(yáng)光從宇宙空間經(jīng)大氣層照射到地球表面時(shí)，地面上的物體就會(huì)對(duì)由太陽(yáng)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(zhǎng)不同，因此它們對(duì)入射光的反射率也不同。各種物體對(duì)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(tái)分類地面遙感航天遙感按遙感探測(cè)的工作方式分類主動(dòng)式遙感被動(dòng)式遙感按遙感探測(cè)的工作波段分類紫外遙感紅外遙感多光譜遙感300～380nm380～760nm760～14000nm技術(shù)特點(diǎn)1、探測(cè)范圍廣、采集數(shù)據(jù)快2、能動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化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)（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）有時(shí)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(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)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(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)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(duì)象是多種地理空間實(shí)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(guò)程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問(wèn)題?；靖拍?、GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，它又由若干個(gè)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(tái)、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(duì)象是空間數(shù)據(jù)，即點(diǎn)、線、面、體這類有三維要素的地理實(shí)體?？臻g數(shù)據(jù)的最根本特點(diǎn)是每一個(gè)數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)之所在。3、GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評(píng)價(jià)能力，可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實(shí)現(xiàn)地理空間過(guò)程演化的模擬和預(yù)測(cè)。4、GIS與測(cè)繪學(xué)和地理學(xué)有著密切的關(guān)系。大地測(cè)量、工程測(cè)量、礦山測(cè)量、地籍測(cè)量、航空攝影測(cè)量和遙感技術(shù)為GIS中的空間實(shí)體提供各種不同比例尺和精度的定位數(shù)；電子速測(cè)儀、GPS全球定位技術(shù)、解析或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站、遙感圖像處理系統(tǒng)等現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的使用，可直接、快速和自動(dòng)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(shí)時(shí)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?jī)?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)(GloblePositioningSystem)組成部分1.空間部分

由24顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20200km的上空,均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)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(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)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(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼,一組稱為C/A碼(Coarse/AcquisitionCode11023MHz);一組稱為P碼(ProciseCode10123MHz),P碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國(guó)軍方管制,并設(shè)有密碼,一般民間無(wú)法解讀,主要為美國(guó)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(kāi)放給民間使用。

2.地面控制部分

由一個(gè)主控站,5個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3個(gè)地面控制站組成。監(jiān)測(cè)站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測(cè)量到所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接受機(jī)。監(jiān)測(cè)站將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù),計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí),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(duì)每顆GPS衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)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(shí)間,但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。3.用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。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(cè)衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后,即可測(cè)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(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算,計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。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(jì)、人文、政治等明確地作為其基本組成成分來(lái)研究。北美景觀生態(tài)學(xué)，以空間格局、生態(tài)學(xué)過(guò)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(huì)學(xué)政治學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)土地利用環(huán)境問(wèn)題保護(hù)生物學(xué)資源經(jīng)濟(jì)學(xué)環(huán)境倫理學(xué)決策機(jī)構(gòu)景觀生態(tài)學(xué)對(duì)策A自然氣候干擾流行病人類影響社會(huì)學(xué)政治學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)土地利用環(huán)境問(wèn)題保護(hù)生物學(xué)資源經(jīng)濟(jì)學(xué)環(huán)境倫理學(xué)決策機(jī)構(gòu)對(duì)策景觀生態(tài)學(xué)B第二節(jié)景觀生態(tài)學(xué)應(yīng)用原理強(qiáng)調(diào)空間異質(zhì)性的重要性強(qiáng)調(diào)尺度的重要性強(qiáng)調(diào)空間格局與生態(tài)學(xué)過(guò)程的相互作用強(qiáng)調(diào)斑塊動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)，明確地將干擾作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分來(lái)考慮強(qiáng)調(diào)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等人為因素與生態(tài)過(guò)程的密切聯(lián)系。Forman和Godron7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(yíng)養(yǎng)再分配原理5、能量流動(dòng)原理6、景觀變化原理7、景觀穩(wěn)定性原理進(jìn)一步擴(kuò)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(dòng)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(gè)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(gè)大斑塊分成2個(gè)小斑塊時(shí)，邊緣種或常見(jiàn)種豐富度增加一個(gè)大斑塊分成2個(gè)小斑塊時(shí)，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(gè)大斑塊分割成2個(gè)小斑塊時(shí)會(huì)阻礙某些干擾擴(kuò)散大面積自然植被斑塊可保護(hù)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(dòng)物提供核心生境和避難場(chǎng)所，并允許自然干擾正常進(jìn)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(zhǎng)的物種●斑塊數(shù)目9生境損失原理10復(fù)合種群動(dòng)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(huì)導(dǎo)致生存在該生境中的種群減小，生境多樣性的減小，進(jìn)而導(dǎo)致物種數(shù)量減少生境斑塊消失會(huì)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(guò)程，導(dǎo)致復(fù)合種群穩(wěn)定性降低在景觀中，若一個(gè)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(gè)這樣的大斑塊才能維持物種豐富度；然而，如果一個(gè)大斑塊只包含一部分物種，為了維持這個(gè)景觀中的物種豐富度，最好有4－5個(gè)大斑塊作為保護(hù)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(shí)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(hù)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(duì)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）。（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(guò)濾原理20邊緣坡度原理一個(gè)結(jié)構(gòu)多樣性高的植被邊緣，邊緣動(dòng)物種豐富度也高斑塊的邊緣寬度是不同的，面對(duì)主風(fēng)方向和太陽(yáng)輻射方向的邊緣更寬些當(dāng)保護(hù)區(qū)的自然生態(tài)邊界與行政邊界不一致時(shí)，可將兩條邊界間的區(qū)域當(dāng)作緩沖區(qū)，以減少對(duì)核心區(qū)的影響斑塊邊緣具有過(guò)濾功能，可減緩?fù)饨鐚?duì)斑塊內(nèi)部的影響斑塊邊緣陡然（與周圍環(huán)境對(duì)比度高）時(shí)可增加沿著邊緣方向的生物和物質(zhì)流動(dòng)，而過(guò)渡較緩的邊緣則有利于橫穿邊緣的生物和物質(zhì)流動(dòng)?！襁吔缧螤?1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(jiǎn)單、僵硬生物平直邊界的反應(yīng)多為沿邊界方向運(yùn)動(dòng)，而彎曲邊界促進(jìn)生物穿越邊界兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)物活動(dòng)）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(qiáng)。最佳形狀斑塊具有多種生態(tài)學(xué)效益，通常與“太空船”形狀相似，即具有一個(gè)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(zhǎng)軸與生物傳播的路線平行時(shí)，再定居概率較低；垂直時(shí)，再定居概率高（3）有關(guān)廊道和連接度原理●廊道和物種運(yùn)動(dòng)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(guò)濾、源和匯5種功能的主要因素廊道內(nèi)的空隙對(duì)物種運(yùn)動(dòng)的影響取決于空隙的長(zhǎng)度和物種運(yùn)動(dòng)的空間尺度，以及廊道與空隙之間的對(duì)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(yùn)動(dòng)需要；若能在植物區(qū)系方向相似，效果更好。在廊道間或沒(méi)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(yùn)動(dòng)。具視力的動(dòng)物在踏腳石間移動(dòng)時(shí)，其有效移動(dòng)距離往往由對(duì)相鄰踏腳石的視覺(jué)能力來(lái)決定。消失后會(huì)抑制物種在斑塊間運(yùn)動(dòng)，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(duì)較直，常有人為干擾。因此，它們常把種群分隔為復(fù)合種群，主要是耐干擾活動(dòng)的通道，是侵蝕、沉積、外來(lái)種入侵以及人類對(duì)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(shí)應(yīng)減少主風(fēng)向農(nóng)田的裸露面積，保護(hù)植被、犁溝和土壤結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)保護(hù)易受旋風(fēng)、湍流和快速氣流影響的地點(diǎn)。具有寬而濃密植被的河流廊道能更好地減少來(lái)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?lái)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(jī)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(zhǎng)度共同決定河流的生態(tài)學(xué)過(guò)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(diǎn)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(diǎn)通過(guò)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(duì)物種運(yùn)動(dòng)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(jìn)動(dòng)物在影響中的運(yùn)動(dòng)。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的交接點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)可為某些生物提供暫棲地或臨時(shí)繁殖地，從而有利于生物在景觀中傳播?！衿扑榛透窬?9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(lái)和保護(hù)區(qū)原理●尺度粗細(xì)52鑲嵌體粒度粗細(xì)原理53動(dòng)物對(duì)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(duì)過(guò)渡變化的自然反應(yīng)，彼此隔離的斑塊常常對(duì)干擾作出相似的反應(yīng)。它們雖然可能變大或變小，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(lái)種入侵的景觀中，應(yīng)建立嚴(yán)格控制外來(lái)種的緩沖區(qū)，以保護(hù)生物多樣性或自然保護(hù)區(qū)。一個(gè)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(dòng)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(duì)絕大多數(shù)動(dòng)物來(lái)說(shuō)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(duì)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(shí)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(hù)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)劃四、景觀生態(tài)學(xué)和可持續(xù)性科學(xué)一、自然保護(hù)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(hù)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(guò)程及其相互關(guān)系。保護(hù)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(hù)景觀并不是把整個(gè)景觀作為保護(hù)區(qū)，而是強(qiáng)調(diào)應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)理論和原理設(shè)計(jì)自然保護(hù)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(hù)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(jìn)化過(guò)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(duì)付全球氣候變化帶來(lái)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(dòng)的種類、變異和空間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(guò)程。土地利用規(guī)劃（包括景觀和城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)）強(qiáng)調(diào)人類與自然的協(xié)調(diào)性，自然保護(hù)思想在這一領(lǐng)域日趨重要。為土地利用規(guī)劃提供一個(gè)亟須的理論基礎(chǔ)，并幫助評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)可能帶來(lái)的生態(tài)后果。而景觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)的實(shí)踐可以用來(lái)檢驗(yàn)景觀生態(tài)學(xué)中的理論和假說(shuō)。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(diǎn)已經(jīng)取得共識(shí)。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(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性形成的基本原因和驅(qū)動(dòng)力，而格局、過(guò)程和尺度的關(guān)系在所有的自然和社會(huì)中都是一個(gè)核心問(wèn)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(huì)科學(xué)耦合起來(lái)的核心概念。景觀規(guī)劃、景觀規(guī)劃、生物多樣性保護(hù)、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(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)途徑，從而形成為一個(gè)多元的、具有等級(jí)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(huì)之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的科學(xué)?？沙掷m(xù)科學(xué)以環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)為三個(gè)基本組成成分，強(qiáng)調(diào)局部、區(qū)域和全球三個(gè)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(huì)學(xué)習(xí)景觀生態(tài)學(xué)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)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(wèn)題時(shí)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(huì)耦合系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，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(huì)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(huì)耦合系統(tǒng)中的尺度推繹和不確定性問(wèn)題提供理論和方法。景觀生態(tài)學(xué)可持續(xù)科學(xué)≠案例分析臥龍案例研究TMImageTMImage(1997/9/6)地貌特征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(hù)區(qū)植被類型的地形梯度分異特征地形：闊、混、針、灌、草、裸有林地坡向與坡度分異特征水電站保護(hù)站主干道所有道路保護(hù)區(qū)界居民點(diǎn)本分析中涵蓋了臥龍自然保