基于邻接关系的森林景观斑块耦合网络结构特性分析

森林斑块间进行着各种复杂的生态过程,斑块间通过物质与能量的流动耦合维持总体可持续形态,形成"斑块耦合体"。将一定范围内的林分集合(斑块耦合体)作为空间整体,把它看作由处于不同空间的流动镶嵌体,从林分上升到景观层次。把斑块作为空间功能单元,抽象成网络中的节点,斑块间相邻的公共边抽象成网络中的边,构造由若干节点和边组成的"斑块耦合网络"作为"斑块耦合体"的骨架,森林景观斑块耦合网络具有结构特性。为揭示森林景观斑块耦合网络结构的复杂特性,本文从常德市桃源县提取了134个不同规模的森林景观斑块耦合体,抽象出森林景观斑块耦合网络,从中筛选出23个,通过分别比较森林景观斑块耦合网络的特征路径长度和聚类系数与对应随机网络的特征路径长度和聚类系数的大小来探求森林景观斑块耦合网络的小世界特性及其与网络规模之间的关联关系;分析森林景观斑块耦合网络节点度在对数坐标和半对数坐标下的分布特征,无标度特性和网络规模的关系;采用模块度来分析森林景观斑块耦合体的社团特性。所研究的森林景观斑块耦合网络小世界特性与网络规模有关;森林景观斑块耦合网络度分布更趋向于幂律分布,而且无标度特性随着网络节点规模的增大而增强;而森林景观斑块耦合网络的社团特性明显,是森林景观斑块耦合网络普适性的结构特性,且随网络规模增大而增强。而森林景观斑块耦合网络的小世界特性、无标度特性、社团特性常常使得森林景观斑块耦合网络在面对蓄意攻击时表现出鲁棒性。结合森林景观斑块耦合网络节点所代表的斑块信息,为揭示森林景观复杂性、分析森林景观生态系统的稳定性和抗毁性、提出景观尺度下森林经营措施提出更科学、合理的思路。

森林景观“斑块耦合网络”视角下森林经营的思考

森林经营理论和实践经历了从单一永续利用到多目标持续利用,最终实现森林可持续经营的演变过程。森林景观"斑块耦合网络"代表森林景观整体结构的骨架,对森林可持续经营具有指导意义。阐释了森林景观"斑块耦合网络"理论对森林异质性经营、适应性经营与跨尺度经营的实践应用价值,进一步揭示森林异质性景观的稳定机制、森林整体约束下的适应性调控机制与多尺度上森林经营机制,提出了现代森林经营对"斑块耦合网络"研究的启示与展望。

森林景观斑块耦合网络的构建

森林景观斑块之间呈现不同程度的边缘效应,不同森林景观类型斑块的耦合作用强度不同。为了满足森林可持续经营的要求,需要在景观尺度上开展森林经营研究。以西洞庭湖区为例,运用图论的方法 ,把森林景观斑块作为节点、斑块之间的耦合作用强度作为节点间边权,从而构建该区森林景观斑块耦合网络。运用复杂网络理论,进一步深入分析了森林景观生态系统的稳定性和抗毁性。

共生竞争、功能匹配与协调稳定:森林景观斑块耦合网络的形成演化

生态位与功能流是森林景观斑块耦合网络的理论机制。景观生态位是景观在长期生存竞争中都拥有最适合自身生存的时空位置及其环境间的功能关系,是有限资源环境下斑块的耦合机制。功能流是斑块之间生态过程所发生的交互流动现象,是斑块间相互作用的耦合机制。在景观生态位间互动关系中,共生竞争是斑块耦合网络的形成前提。由于功能流动存在以及功能流动实现生态位变化,景观功能匹配过程体现了斑块耦合网络的演化。对于森林景观的协调稳定,通过景观功能流渗透、生态位结构稳固和功能有序的策略选择,获得景观系统在特定时间、空间、功能和目标下的有序与优化。

斑块耦合网络:景观评价的功能流视角

景观网络从景观结构网络发展到景观功能网络。景观功能网络将无形的景观功能流落实于实际的空间中,更多地考虑功能"流"的联系。由于景观系统功能流空间的存在,以及流空间中由流势差形成的流路径,把斑块作为景观网络的节点,从功能流的视角提出了可作为景观整体评价的"斑块耦合网络"模型。对模型阐述了节点、功能流路径、功能流势差三个维度的概念框架,指出了未来研究应该对模型在景观尺度及不同区域中的评价生态功能的适用性进行实证检验,并根据结果对模型进行进一步的修正和完善。