不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应——以巩义市为例

以黄河中下游山地丘陵区的巩义市为研究区,采用典型样地法对灌草丛、人工林和农田边缘3种不同干扰背景下的自然、半自然生境内的植物进行调查。基于景观生态学原理,在地理信息系统技术支持下,借助于Fragstatta3.3软件,以调查样地为中心,计算了150、250、500、750、1000、1250、1500m不同半径缓冲区内表征景观形状(Edge and patch shape)、边缘对照(Edge contrast)、相似度和邻近度(Proximity and similarity)、景观多样性(Diversity)、基质(Texture)、斑块大小和密度(Patch size and patch density)共6类52个指数,运用冗余分析(RDA)筛选出不同尺度下对该区农业景观中植物多样性有显著影响的景观指数。结果表明:不同尺度,景观指数对物种多样性的影响变化显著。灌草丛生境,在500—750m范围内,SHAPE_AM指数和PARA_AM指数能够很好的解释物种多样性,解释量为33.6%;人工林生境,SHAPE_AM指数、AREA_CV指数、SIMI指数和PAFRAC指数在1000—1250m范围内对物种多样性的解释量达到48.1%;农田边缘生境,GYRATE_CV指数、ENN_CV指数、PARA_MN指数和FRAC_AM指数在750—1250m范围内对物种多样性影响显著,解释量为32%。其中,辛普森多样性指数(SIDI)与灌草丛物种多样性在750—1250m范围内作用显著,ENN_CV指数仅对农田边缘物种多样性影响较大。景观指数对物种多样性的影响具有尺度依赖性,未来应全面综合探讨这些指数的尺度效应及在景观生态学中的应用。     

黄河下游平原非农植物多样性拆分研究

非农生物多样性的存在是农业景观生态系统健康持续发展的基础,对农业景观非农生境中植物群落物种多样性特征分析将有助于可持续农业景观构建措施的科学提出。在黄河下游平原典型农业景观中采用栅格分区的方式布设样点(共54个),采用典型样地法对各样点内的林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境的植物群落进行调查,采用生物多样性加性分配的方法探讨不同空间尺度上生物多样性的组成特征。结果显示:(1)各非农生境间植物群落物种多样性特征存在较大的差异。(2)偶见种从数量上构成了各非农生境中植物物种丰富度的主体,而常见种则行使着群落优势种和构建者的角色。(3)总体上,β多样性在各空间尺度中均对总物种丰富度具有重要贡献。(4)常见种和偶见种中物种组成格局存在显著差异:常见种的物种丰富度主要由α多样性贡献,而β多样性则贡献了偶见种的绝大部分。简言之,β多样性对区内植物多样性的保护和维持意义重大,农业景观中非农生境类别的出现对总物种丰富度的提高具有重要作用;各生境中较高的样点间β多样性(β样点)意味着在看似均质化的农业景观背景中依然具有较高的区域差异;景观组成和构型的变化将对农业景观中植物群落特征和物种多样性产生重要影响,且对偶见种的影响更甚。未来,应从景观和区域等更大尺度上,基于农业景观生态系统功能和服务的综合考虑及可持续农业景观的建立来探讨农业活动与生物多样性保护的权衡。     

城市化景观格局对本土植物多样性的多尺度影响——以北京市顺义区为例

景观格局对植物多样性的影响已经在很多研究中得到了验证,但有关城市景观的影响仍然知之甚少。为了探究城市化景观格局对植物多样性的影响及其尺度效应,本研究在北京市顺义区调查了105个样地,计算每个样地的α和β多样性指数;并以100 m为步长,分析了100～1000 m范围内的10个尺度43个城市的景观格局指数。结果表明: 在所有尺度上,城市景观面积指数、核心类指数和边缘指数与本土植物多样性均呈负相关;形状复杂性指数在小尺度内有利于植物多样性,而面积加权复杂性指数则在较大尺度上影响明显。其他指数如城市斑块的连接性、邻近性、内聚性、破碎性和散布并列指数与本土植物多样性之间的关系轻微且不稳定。城市化强度与尺度呈负相关,与各个尺度的植物多样性呈负相关。合理将城市区域分为许多边缘简单的小斑块,能够更好地保护本土植物多样性。该研究提出了保护城市植物多样性的景观格局建议,为生态城市建设提供参考。     

汾河中上游湿地植被β多样性

探讨和揭示群落构建机制(生态位理论和中性理论)是生态学和生物地理学研究的热点和难点之一。研究β多样性格局及其与空间距离和环境异质性的关系为解释群落构建机制提供了一定的理论依据,以往群落β多样性的研究主要集中于物种组成的差异性,对种间在进化关系和功能属性方面的差异则关注较少。在野外调查的基础上,分析了汾河中上游湿地植被Tβ(taxonβ-diversity)、Pβ(phylogeneticβ-diversity)和Fβ(functionalβ-diversity)多样性格局及其与空间距离和生境异质性的关系。结果表明:(1)随着样地间距离的增加,Tβ、Pβ和Fβ整体上表现出逐渐增加的趋势,即表现出群落的距离衰减效应。(2)土壤因子中,TP是影响样地间Tβ、Pβ和Fβ的主要因子(P0.05);p H、TOC和TN对Tβ、Pβ和Fβ的影响均未达到显著水平(P0.05)。(3)由于受到空间扩散限制和生境异质性的影响,样地间β多样性表现出较大的差异,Tβ(0.66—1)、Pβ(0.42—0.85)和Fβ(0.51—0.94)。(4)尽管Tβ、Pβ和Fβ反映了多样性的不同方面,但三者之相关性极显著(P0.01);(5)对Tβ、Pβ和Fβ多样性格局及其与空间距离和生境异质性的关系进行研究,表明环境因子和扩散限制共同决定着β多样性的格局,即群落的构建机制由生态位理论和中性理论共同主导。     

徐州城市景观格局对绿地植物多样性的多尺度影响

城市地表景观的变化导致城市生物栖息地的损坏、破碎和丧失,致使城市生物多样性下降.为探讨城市景观格局变化对植物多样性的影响,本研究以徐州市绕城高速公路内的城区为对象,采用布朗布伦奎特(Braun-Blanquet)盖度等级法对36块城市绿地植物群落进行调查,并对不同绿地植物群落的物种多样性进行了分析.同时,以研究区2005和2015年的Landsat ETM遥感影像作为基础数据源,在Erdas、GIS、Fragstats软件的支持下,以每块调查样地为中心,分别建立9个不同半径的缓冲区,计算各缓冲区内表征斑块形状、破碎度和连通性共3类39个景观指数,在此基础上,运用冗余分析(RDA)筛选出不同幅度下对城市绿地植物多样性有显著影响的景观格局指数.结果表明: 植物多样性对景观整体格局和景观要素的响应具有明显的时间和空间尺度效应.2005年,未利用地和农田的破碎度、形状指数在800 m半径的缓冲区内能更好地解释植物多样性,建筑用地的破碎度和连通性指数在800～2000 m范围内对植物多样性有重要影响;2015年,草地和林地景观在800 m缓冲区内可更好地解释植物多样性,而建筑用地和未利用地在1000～2000 m范围内对植物多样性有显著影响;研究区当前植物多样性受2005年类型水平景观指数的影响更显著,说明研究区植物多样性对周边景观格局变化的响应存在一定的时间滞后;景观水平的格局指数与类型水平指数特征较为一致,说明物种与空间尺度的相互作用更多依赖于景观类型.     

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     

北京松山自然保护区典型植物群落物种多样性研究

基于2017年对北京松山自然保护区6种典型植物群落物种调查数据,选取α、β多样性指数描述植物群落乔、灌、草本层植被多样性特征,分析影响植物群落多样性的主导因素。结果表明：(1)研究区内共有40科58属75种植物种;主要乔木优势种为油松(Pinus tabulaeformis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、毛白杨(Populus tomentosa)和山杨(Populus davidiana);灌木层优势种为土庄绣线菊(Spiraea pubescens Turcz.)和扁担杆(Grewia biloba G. Don);林下草本多以菊科植物(Compositae)为主。(2)不同植物生长型间Shannon Wiener多样性与丰富度指数排序均为草本层＞灌木层＞乔木层;随着山体高度的增加,林下草本α多样性指数增大,草本物种丰富度、均匀度都对其α多样性影响较大。(3)分析从山底到山顶草本β多样性指数的变化趋势发现,草本共有种经历先减少后增加,物种替代率则呈先增大后降低的变化模式。研究认为,在今后生物多样性保护实施过程中,需按照自然演替规律,综合考虑冠层物种组成与结构、微地形的调控作用,制定合理可行的保护经验和技术,为森林群落多样性保护及其生态功能的发挥提供科学支撑。     

稀有种和常见种对黄土高原辽东栎群落物种多样性贡献的多尺度分析

明确物种多样性的多尺度格局及其形成过程是进行物种多样性保护的重要前提。通过加性分配的方法,在α1(小样方内)、β1(小样方间)、β2(样方间)、β3(样地间) 4个空间尺度上,研究了黄土高原子午岭辽东栎(Quercus wutaishanica)群落植物多样性的多尺度变化,确定了稀有种(频度5%)和常见种(频度25%)对物种多样性格局的相对贡献及其尺度依赖性,旨在阐明黄土高原辽东栎群落物种多样性的多尺度格局及其形成过程,为该区物种多样性的保护提供理论依据。结果表明:(1)乔、灌、草3层呈现了相似的物种多样性格局。物种丰富度基本上呈现了随尺度的增大而增加的变化趋势,小样方尺度上的α多样性(α1)对群落物种丰富度的贡献最小,样地尺度上的β多样性(β3)对各层物种丰富度的贡献最大(β3 50%)。(2) Shannon多样性呈现了与物种丰富度截然相反的格局,小样方尺度上的α多样性成分(α1)是Shannon多样性的主要贡献者(α145%),尔后随尺度的增大,Shannon多样性逐渐减小。(3)去除常见种引起的物种丰富度减小效应表现为随尺度的增加,影响逐渐减小,其效应主要集中在小样方内(α1尺度)以及小样方间(β1尺度) 2个尺度上;而去除稀有种引起的物种丰富度减小效应表现为随尺度的增加,影响逐渐增大,其效应主要集中在样方间(β2)以及样地间(β3) 2个尺度上。(4)去除稀有种对Shannon多样性的影响在每一尺度上均不明显,去除前后的曲线几乎重合,而去除常见种对Shannon多样性的影响在每一尺度上均十分明显。其中,去除常见种,草本层Shannon多样性在每一尺度都相应增大,而对于灌木层和乔木层,Shannon多样性则表现为在α1尺度上减小,而在其他尺度上增大。本研究揭示了空间尺度在评价稀有种和常见种对植物群落物种多样性相对贡献中的重要性。稀有种主要在较大尺度(β2和β3)上影响物种丰富度格局,而常见种不仅在小尺度(α1和β1)上影响物种丰富度,而且在较大尺度(β2和β3)上影响物种均匀度。同时,物种多样性的加性分配也是在多尺度上揭示物种多样性变化格局以及变异来源的有效且比较简单的方法。     

宁夏黄河流域景观破碎化时空变化特征

基于RS和GIS技术,以土地利用数据为基础,采用有效粒度尺寸对宁夏黄河流域1985年和2010年的景观破碎化进行时空变化分析。结果显示:流域整体的有效粒度尺寸(meff)从1985年的6326.62 km2下降到2010年的2974.32 km2,破碎化程度呈显著加剧变化;从流域内部来看,景观破碎化程度最大的是黄左区间,破碎化程度最小的是苦水河和红柳沟;除引黄区间外,其余分区景观破碎化程度在25年间均有所加剧。特征尺度分析结果显示研究区景观破碎化空间变异分析的合适尺度为4500 m;景观破碎化指数的空间变异结果表明破碎化程度较大的区域面积明显多于破碎化程度弱的区域,景观破碎化空间异质性在25年间表现出明显的上升趋势。在海拔背景条件下,2400 m以下区域的景观破碎化程度较高,2400m以上区域破碎化程度较低,且随海拔的升高有降低的趋势;流域景观破碎化受人为干扰影响强烈,在人为干扰较强的1000—1500 m区段的景观破碎化程度最大;景观破碎化在时间上的变化受人为干扰影响产生的变化最为显著,由自然条件改变产生的影响有限。研究结果可为西北地区景观格局及景观破碎化的研究提供参考,并为区域景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.