干扰与生态系统演替的空间分析

摘要

演替不光是生态系统在时间序列上的替代过程, 而且也是生态系统在空间上的动态演变. 演替的空间属性有演替系列的格局、范围、尺度、演替方向和速率、稳定的程度、多样性、以及在自然和人为干扰下的恢复等.干扰破坏了生态系统的稳定性, 形成生态系统结构和功能的破损, 使生态系统处于一种过渡状态. 但是干扰也是生态系统演替的外在驱动力,自然的和人为的干扰引起的生态系统的对称性破缺, 推动了系统的进化和演变. 外界因素作用于生态系统的干扰因子包含了很多种类, 如火、风倒、洪水、病虫害、人类活动等. 干扰的属性有范围、频度、季节、强度、损害度、返回时间和循环周期. 讨论了这些干扰的类型和生态系统演替所具有空间的特征, 并且介绍了干扰和生态系统演替空间分析常用的方法, 如空间解绎和辨识、空间统计分析、空间格局分析和地理信息系统的空间分析、以及空间模拟.利用了一些典型的实例来深入阐明空间分析在干扰和生态系统演替中的应用.利用美国加利福尼亚北部火干扰的历史和空间分布的记录, 进行了火干扰的空间分析的研究; 用Spies等在美国俄勒冈州西部1972～1988年的多时段的变化的实例说明了收获干扰的影响; 利用俄勒冈州东部山地的主要两个虫害(山地松树甲虫(Mountain Pine Beetle) 和云杉蚜虫(Spruce Budworm)) 22a的数据分析了病虫害干扰的空间分布格局及其与海拔、温度、降水和植被类型的关系. 在生态系统演替的空间分析方面, 以美国俄勒冈州西部的历史和现实植被演替格局的分析为例, 讨论了如何利用空间分析方法研究区域尺度生态系统的演替,同时比较了历史和现实植被的空间格局指数的变化; 用两个实例来说明空间分析在辨识大陆和国家尺度生态系统变迁中的应用, 一个是美国原生的老森林(Old～growth)植被从1620年到1920年, 300a的空间格局变化, 另外一个是加拿大植被从1600年到2000年, 大约400 a的空间分布变化.最后, 对生态系统演替的空间分析的一些重要问题作了探讨, 例如: 空间分析可否帮助确定地带性顶极群落; 如何将外貌与成分结合更好地识别生态系统演替的空间格局与演变趋势; 以及如何利用空间分析研究由于人类活动干扰加剧所造成的生态系统自然演化规律的异化.