  好，同学们。我们上节课，简单介绍了景观要素的基本概念。下面我们将分成几个小节，来分别介绍不同的景观要素。 首先要介绍的是斑块及其生态属性。 斑块，也有称为嵌块体，英语是patch。如果要进行定义，那就是外观上不同于周围环境的，具有同质性的非线性地表区域。是不是同质性的，其实是很难精确定义的。那么，我们可以说一组在空间上接近的单元，在内部或多或少是均质的区域，从视觉上看可以认为是相同的区域，比如大片的农田、森林或者城市的住宅区。在计算机图像识别中，要识别出斑块并不困难，因为计算机边缘检测非常成熟了，边缘是一个变量突然发生变化的地方。所以，在计算机中，可以通过查找某一斑块周围的边缘来定义斑块，这就将斑块与周围环境进行了区分。 那么在自然环境中，这些斑块是如何形成的呢？我们可以设想一个场景，在一场森林大火后，我们迫不及待地要去进行一次考察，我们进入火烧迹地之后，整个映入眼帘的景观都是漆黑的一片。这是一个可怕的景象！但最令人感兴趣的，是景观上零星分布的许多斑块。 一些附近的小斑块已经化为灰烬，大火已向远处蔓延。 对其进行详细考察，发现随着有火焰跃过的地方，也有一些依然保留着植被的斑块。如果要返回这些未燃烧的区域，就需要穿过沼泽地带。这些斑块由于土壤过湿，生长着完全不同的动植物，因此避免了被完全燃烧掉。 多年后，这里的树木重新生长，但与之前已经有很大不同了，整个质地也发生了很大的变化，这就是自然环境中产生斑块并发生变化的重要机制。 那么，我们根据斑块的起源，可以将斑块分为四个类型：干扰斑块、残留斑块、环境资源斑块和引进斑块。下面我们分别来进行说明。
干扰斑块，就是空间遭受局部性干扰，比如森林里小范围的树木死亡，会造成与原来空间上物种不一致的局部范围空间。造成这些树木和植物死亡的因素，有森林采伐，草原烧荒，采矿、放牧导致动物过度啃食和践踏等等。而自然环境小范围的林火、风暴、泥石流、冰雹、山崩和虫害，显然也有很大的影响。这种干扰周转率非常高，持续时间短，一旦干扰停止，恢复起来也最快。
而残留斑块，那就是在大范围干扰中有一些未受干扰的一小斑块残存。也就是说，原来土地上的物种遭遇大面积干扰的幸存者，比如林火过后，残留的一片森林，大部分被燃烧，只有局部面积幸存下来，所以叫残存嘛。欸，大家肯定会想到，残存斑块与干扰斑块在外部形式上似乎有一些对应的关系，对吧。二者的区别，就是受干扰的斑块大小，比如左边这张图，受干扰的斑块面积小，是干扰斑块，如果像右边这种，受干扰的面积很大，剩余的部分小，就称为残存斑块了。我们可以理解的是：足够的繁殖体，如果足够，周转也会很快，快的话，速度可能与干扰斑块的恢复相当。但如果周围繁殖体不足，那要恢复可能就需要更多的时间了。
环境资源斑块，由于环境资源的空间异质性或镶嵌分布而引起。环境资源条件，包括比如土壤类型，地形条件等等，在空间分布上肯定是不均匀的，这会影响到当地的小气候。在山区，植被的垂直分布特征，就受环境资源和气候条件的长期影响，森林中产生的沼泽也是如此，一般情况下，森林中主要是高大树木为主，如果某个地方长期有水分输入，久而久之这个地方就形成了森林中的沼泽。我们可以想到，环境资源斑块受气候的影响是非常明显的，这种影响是长期的，所以存留时间会比较长，相应地周转率也就较低。
引进斑块，比较容易理解，是由于人们有意或无意地将动植物引入某些地区而形成的局部生态系统。这又分为：种植斑块和人类居住地。种植斑块有种植园、农田系统、人工林，以及高尔夫球场等等，其中物种的变化和周转率主要取决于人类管理活动。人类居住地，包括房屋、庭院、草坪和周边用于保护作用的树木组成，当然也包括人类因为不慎而引入的害虫和杂草等。可想而知，人类居住地一般持续时间是比较长的。
了解了基本的斑块类型之后，我们在景观生态学研究中，还需要了解斑块的一些基本参数，比如斑块大小、数量、形状和位置。斑块大小，可以用斑块面积也可以用斑块周长来度量，对于斑块面积，一般以地图的比例尺为单位来进行计算，也可以用斑块占总地图面积的比例来进行间接测量，毫无疑问这是一个相对大小。斑块数量，就是斑块数目的多少。而斑块形状，一般在量化中是根据斑块周长与面积的比来进行衡量的。斑块位置，那就是斑块在景观中所处的地位如何。下面，我将主要从这几个方面来谈一谈。
要说一个斑块具体有多大？这个问题，也可以先询问一下景观有多大？其实，大家也许很快就能意识到，景观可以是任意大小的区域，没有明确大小。但景观是空间上连续的区域，而斑块与斑块就不是连续的了，连续的斑块那就构成了一个大斑块。说一个区域是斑块的时候，其实就是已经将它与其他空间要素进行了区分。所以，这个斑块的大小，就看需要多大的分辨率，它可以很小，比如1平方米，或者很大，比如一个生物群落，甚至整个地球生物圈，都可以。不过，对于一个具体的研究来说，必须控制一定的水平，而且其中必须是有异质性的存在，不同的斑块间可以进行交互作用，所以斑块数量肯定是大于1的，否则的话就还原到常规的生态系统生态学研究了。
在生态学中，斑块面积主要体现在对物质、能量和物种数量的影响上。斑块是由斑块内部和边缘组成的，我们从左边这张图可以看出，斑块内部的面积大小和边缘在物质和能量储存上是存在差异的，最小的斑块只有边缘，所以，小斑块的边缘所占的比例明显要高于大斑块，斑块要通过边缘交流物质和能量，因此不同斑块单位面积上的养分和能量是存在差异的。如果要理解斑块大小对于物种数量的影响，大斑块存在更多的内部环境，边缘物种与内部物种能够共存，因此会比小斑块包含更多物种。但是，影响物种数量更重要的因素，并不是斑块的面积，而是大斑块能营造出更高的生境多样性。
斑块大小对动物活动的影响，有一些非常有意思的结果。左边的这张图告诉我们：随着斑块面积的增大，动物活动平均移动的距离减少。而右边的这张图告诉我们：大斑块内动物的活动频率高于小斑块内动物。我们也可以反过来想想，小斑块内的动物一般情况下活动少，不常出门，但是一旦要出门，就出一个远门，因为它们所缺的资源，只有到更远的斑块才能找到。而大斑块内的动物，很容易在斑块内部解决。
那么，在自然保护区设计中，就有一个争论，从动物保护的角度来看，是应该建立一个大的自然保护区呢，还是应当建立几个小的自然保护区更好？这就是著名的SLOSS悖论。不知道你有什么想法呢？
我想给大家讲这个话题的时候，本来以为这是一个很老的主题了，但查了一下资料，发现2019年还有这方面的文章发表，说明这个问题呀还远没有达到共识。我这里也作为一个思考题，或者说一个查证题，发布给大家。大家可以再多找一找这方面的资料和文献，看看如何才能获得共识。
在斑块分析中，森林斑块一直是非常值得关注的。对于森林斑块来说，我们还是希望能不断增加。2019年刚开年的时候，《自然》杂志的子刊《自然可持续发展》发表了一篇题为《中国和印度通过土地利用管理引领世界绿化》的论文。文章称， 2000年到2017年的卫星数据表明，地球植被面积的扩大，主要归功于中国和印度，其中，四分之一的地球新增植被来自于中国，这是中国一直倡导的植树造林政策对世界的贡献。
中国国家林草局的信息，可以证实这篇论文的判断。中国一直在深入实施重大林业生态工程，不断增加森林面积。三北防护林工程实施了40多年，而近几年来，又大力推进国土绿化，每年植树造林的面积均在一亿亩左右。到2019年，全国人工林面积已经达到了11.8亿亩，连续多年居世界首位。
当然，人工林斑块也产生了一个普遍性的问题，那就是绿色沙漠。因为这些人工林面积大，树木种类单一，年龄和高度比较接近，密集单一的树冠层完全遮挡了阳光，使下层植被无法生长，林下缺乏中间的灌木层和地面的植被，导致树林地表的植被覆盖很差，持水能力弱，生物多样性水平极低，营养循环过程被阻断，土壤营养变得匮乏，这样的系统比较脆弱。那么现在知道了这样的问题，正有很多有志之士来寻求解决方案。
了解斑块形状，在生态学上是有重要意义的。斑块的形状与环境变化及更新过程有关，对生物的散布和觅食具有重要作用。我们也可以据此了解物种动态——也就是，物种分布是稳定的、扩展的、收缩的、还是迁移的，如果我们对此进行动态跟踪，还可了解其迁移路线。除此之外，在园林设计中，如果设计成不同的斑块形状，还能获得更多不同的艺术效果。
但是，如何度量一个形状，如果是圆形、三角形、多边形来说，我们从小学开始就知道如何计算了，应该不难。但是，对于不规则的形状来说，要计算面积，度量形状，并不是一件容易的事儿，你想想是不是——你的形状我可以记在心里，也可以画出来，但就是不知道如何度量。那么不同的形状之间也就很难进行比较了。
但是，总是有一些聪明人的。为了度量不同的形状，聪明的人们找到了一个形状系数。我们前面提到了，通过斑块周长与面积的比较可以来度量形状。当然，不是那么简单地获得一个比值，而是有更复杂的数学原理。比如我们现在列出的这个公式，就是定义标准的圆形为1，是一个最小值。你可以想象，圆形其实是固定周长能获得的最大面积，整个周长都被撑得满满的，所以圆形的D是最小的。当然，反过来考虑，比值越大，说明该斑块的周边更发达，形状有更丰富的特征，与周围有更多的边界。
关于斑块在景观中位置，我们来举个例子说明吧。大家看这张图，位于上游的湖水，主要是通过降水得到补给，地下水的补给量非常少；而位于中游的湖泊，地下水对湖水的补给量稍微多一些，同时也有一部分是通过降水得到补给的；位于下游的湖泊，地下水对湖水的补给量是最大。这就是湖泊斑块在不同高程，或者说上下游不同位置所获得水分补给的差异。
同样，在不同地区的湖泊，水位变化和溶解的矿物质也有差别。上中游湖泊水位的下降幅度远大于下游湖泊。相反，位于下游的湖泊中钙、镁含量变化较大。其中的原因你们知道吗？
最后，我想说说，在计算机中我们是如何来表达和处理景观数据的。在地理信息系统中，空间数据组织最基本的两种方式为矢量数据和栅格数据。栅格数据容易理解，我们现在的数码照片都是用栅格数据来记录的，而地理信息系统中需要用到的遥感影像，也是以像元为单元结构而存储的，这样表达起来非常直观。而矢量数据结构是利用点，线，面的形式来表达现实世界，相互连接的线、多边形或网络，只有矢量数据结构模式才能做到， 因此矢量结构更有利于网络分析，比如交通网，供水排水网，煤气管道，电缆等等，还有我们的计算机制图，一般也采用矢量数据结构。这两种数据结构，也谈不上谁好谁坏，各有千秋，但这两种数据结构呢，曾经的确是势不两立、很难兼容的，因此给数据处理带来许多不便。但近些年来，人们越来越清楚地认识到：我们原先把栅格和矢量数据结构的差别，当成重要的概念差别进行对待，要努力让大家区分，其实现在来看，纯粹是技术问题。
随着计算机技术的发展，运算速度、存储能力、地理数据的空间分辨率大大提高。二者之间的差异正在缩小甚至消失，也就是说我们在具体处理中，已经不太严格需要区分这两个概念了，甚至能做到混合分析。我们在相关的实习课程中，大概能体会到这一点。
有关景观数据的处理方式，我们后面将有专门的课程来给大家介绍。对于在校学生来说，我们还安排了相关的课堂实习。对于网络学习的同学来说，只能靠各位自己学习了。如果有什么问题，可以参与我们的讨论。好，今天的课就到这里，再见！
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