同学们好！在前面的课程中，我们刚刚学习了景观要素，我们将景观空间结构划分成了斑块、廊道和基质几种模式。为了帮助理解，有人将斑块-廊道-基质的概念用生物体的细胞来进行类比。
也就是说，斑块可以看做是一个一个的细胞，廊道则是联系细胞与细胞之间的毛细血管通道，基质则是细胞质的基质。这个类比，从空间结构来说，是非常不错的。但是从严格意义上来说，这个比喻是不对的。正如我们将地球类比为鸡蛋一样，其形成机制和相互关系完全没有可比性。
所有的斑块、廊道和基质，只是为了研究方便而划分，而实质上它们都是“斑块”，对不对？这些斑块是土地利用和土地覆被的结果。在景观生态学中，我们会经常提到土地利用和土地覆被这两个术语，许多时候我们还会看到一个英文简称LUCC，就是land use and land cover changes。景观变化就是土地利用和土地覆被变化的结果。土地利用和土地覆被这两个术语，虽然有时候可能表达的是同一个对象，但它们的角度和出发点是不一样的。土地覆被，指的是土地的物理表面特征，侧重于土地的自然属性，而土地利用则突出了土地的经济和社会功能。比如，同样是对一个林地的划分，土地覆被可能将其分为针叶林地、阔叶林地、针阔混交林地，这反映的是林地所处的生境、分布特征及其地带性分布规律。而土地利用就将林地划分为用材林地、经济林地、薪炭林地、防护林地等。但二者的确在许多情况下有共同之处，所以在开展相关的土地调查工作中常把它们合并起来考虑，建立一个统一的分类系统，统称为土地利用/ 土地覆被分类体系。
土地利用/ 土地覆被分类体系所建立的图，就是非常重要的景观图。我们可以看到，这张图需要无缝地将所有的土地都划分为一个类别。也就是说，我们在做景观分析的时候，研究对象是连续的地块，而不能说挑选出一些斑块来进行分析。那么，仅仅对某个斑块或者景观要素进行分析的是什么？
对了，就是生态系统生态学的研究对象。研究一个具体的问题，先明确研究对象的范围，这是无可厚非的。在生态系统生态学的研究中，湖沼学的研究对象具有明确的边界，也因此对生态系统生态学基本原理的发展做出过重要贡献，这一直是湖沼学家们引以为豪的地方。而对于大多其他生态系统来说，研究对象的边界可能就没有这么清晰了，但他们还是尽量将所设定的研究单位局限在表观上具有匀质性的区域。生态系统生态学，是考察均匀的单元，是厌恶混杂的，甚至也不用考虑与临近斑块之间的关系，更不用说更大的连续性地块了。那么这种不同斑块的混杂，我们现在就称之为异质性。大家看，生态系统与我们景观生态学中对斑块的定义是不是很相似？说到这里，我想给大家比较一下最近很热的一个新概念，集合生态系统。
集合生态系统，虽然考察多个生态系统之间的联系，但这多个生态系统，也都是一个个均匀的斑块。因为集合生态系统要关注生态系统之间的联系，所以要考虑与邻近斑块之间的关系，或者是很远的一个与之组成类似的斑块，也就是我们这里的B和C所展示的。但是集合生态系统分析的目标很明确，并不关注连续的地块。
如果对集合生态系统与景观的区别有兴趣的同学，可以观看我另外一门课程《生态学：管理大自然的经济学》中的”从集合种群到集合生态系统”这个专题。这是课程的二维码。
那么，很明显，景观生态学与生态学的其他分支相比，最重要的特点，就是反其道而行之，不强求匀质空间，以考察混杂斑块为己任，这是一种什么精神？啥，啥精神都不是，开个玩笑，这就是本学科的特点：研究空间异质性，因为景观就是异质土地形式、植被类型和土地利用的镶嵌体。不同生态系统的集合，包括物理环境和栖息在其中的动植物和人类，共同创造了地球上的景观。
说到这里，我想回答一个大家经常问我的问题，景观的研究范围有多大呀？我们在说生态系统的时候，虽然边界不一定清晰，但大小范围还是清楚的，那么景观的大小有没有一个标准呢？我只能说，这个跨度很大，它们可能是一个小区，一个农田，一个园林的大小，也可能是一座城市，一个国家或一个地区，甚至是整个地球。所以这种跨尺度的探讨，也是景观生态学的重点关注的内容。但不管在什么尺度，景观生态学始终坚持不离不弃的，是连续的地表空间结构，不放弃任何一个地块，而且对景观异质性尤其关注。那么，说了半天，究竟什么是景观异质性呢？
景观异质性是指，一定区域内，对生活在其中的生物组织的存在起决定性作用的资源在空间上或时间上的变异程度。这种变异，包括景观要素类型、类型组合及生态学属性变量。景观要素类型和组合，就是斑块廊道基质的区分和空间构成模式，比较容易理解；而生态学属性变量呢，就包括两个方面：一个是类型变量，比如植被类型和土壤类型等等；另一个是数值型变量，比如动物分布密度、植物生物量、热能、水分、温度等等。
景观本质上在所有尺度上都是异质的，镶嵌体也可以看做是斑块插入在基质中。一些群落类型的斑块，生物复杂性还是非常高的。斑块空间排列的变化，不同景观要素所占的比例，都会改变其中生物的行为。所以，景观结构对于生物来说非常重要。一般来说，景观异质性包含两方面的含义：首先是，景观各组成要素及其属性的不均质性和复杂性。其次，景观大多数是由结构和功能不同的低层次的异质性斑块所构成的镶嵌体。这里的低层次是相对于里面栖息的生命成分来说的，因为生命成分是相对比较高级的层次。
生态系统显然并不是同质性的，而是异质性的，只是为了研究方便而人为设定的。只有异质性，才能带来活力，而同质性带来的是灾难。你们可以想象自己生活在一个完全均匀的世界么？所以，人类和动物都需要至少两种以上的景观要素。如果系统都是同质的，均匀的，那么当然也就不存在物质流、能量流、信息流和价值流了，也就无需探讨格局问题。只有异质性，才形成了景观内部的各种流，导致景观的演化、发展和动态平衡。所以，一个景观的结构、功能、性质与地位，主要决定于它的时空异质性。
如果要寻求景观异质性产生的机理，我们可以简单地说，同时受到来自复杂的内部和外部因子的综合作用。内部因子，那就是起源于系统和系统要素的原生差异，根据热力学原理，在一个开放系统中，能量总是由一种状态转化为另一种状态，伴随着新结构的建立而增加了异质性。具体来说，由于生物不断进化，物质、能量不断流动和转化，使得景观永远也不可能变成均质的。还有各种互相交叉的不确定性综合作用，包括干扰的不确定性、生命组织的非线性相互作用造成系统行为的不确定性。特别是人类对自然不断认识和改造中，复杂多样的人类行为均会对景观产生不确定性的作用，进而导致景观的异质性产生。
如果要对异质性进行分类的话，一般我们就分成了空间异质性、时间异质性和时空耦合异质性。说到空间异质性，那可不是仅仅二维平面的空间异质性，还包括垂直空间的异质性，也就是由二者组成的三维立体空间异质性。而时间异质性，就是指景观在各时间区段彼此是异质的；时空耦合异质性，就可表示时空两种异质性统一的四维运动。时空耦合这种分析问题的方式，现在应该越来越常见了，在景观生态学中尤其重要。
在学习生物多样性的时候，我们被告知生物多样性分三个层次：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。这是一种非常教科书式的分法。哦，对了，正如这张图片中的“三”所标注的，有时候被说成是生态多样性。我觉得这并不是是一个很严密的说法，因为生态学本身也有好几个层次，生态系统只是其中一个层次。所以，我希望大家以后尽可能说生态系统多样性。现在我们学习了景观生态学，是不是发现这三个层次其实也有些不对劲了？的确，有人发现这样的分法缺少了一个环节，所以考虑，再增加一个景观多样性层次。
这是傅博杰院士20多年前的一篇文章，对景观多样性进行了非常系统的介绍，并列出了一张表，对生物多样性四个层次中陆地生物多样性调查、监测、评价的内容和指标进行了比较。有兴趣的同学可以找来读一读。
还有人认为，如果要维持一个三水平的生物多样性层次，建议将生态系统多样性这个层次改成栖息地和景观多样性。大家好好想想，这样的分层似乎真得更合理一些？因为生态系统与景观并不是一个可以比较尺度大小的，也不是包含与被包含的关系，有时候，生态系统的尺度也非常大，比如可以包括整个生物圈的地球生态系统。因此如果改说成栖息地多样性，反而更加明确。
从这个层次来看，我们就可以理解，生物多样性是由地理多样性所决定的，比如地形、土壤特征和当地气候。地理多样性可以看做是自然条件的多样性，其结果就是土地覆被，而土地利用是文化景观的结果。
所以，我们可以认为，地理多样性、生物多样性和土地利用多样性，三者作为一个整体，可以称为“景观多样性”。如今，人类活动的影响非常大。自然景观和人文景观之间要明确区分，几乎是不可能的。因此，研究土地利用和土地利用结构，不仅要考虑自然区域或景观要素，而且还要考虑人的影响。这也就是我们在一个更高的层次看待生物多样性的问题。在这样的系统中，自然和文化是相互联系、相互影响、相互依存的。因此，地理多样性和生物多样性只是景观多样性方法模型的子集。我们可以从保护目标的角度讨论景观多样性的作用，考虑自然资源的可持续利用，特别还要考虑到与人类发展问题的联系。这样才是非常务实的视角，而不是为保护而保护了。近年来，从景观多样性角度来考虑生物多样性问题，已越来越受到人们的重视，不仅在理论上对于认识生物多样性的分布格局、动态监测等具有重要意义，在实践上对区域规划和管理、评估人类活动对生物多样性的影响等方面，也具有广阔的应用前景。
物种是否存在，总是会与生境联系在一起。生境就是地球表面的一个具体区域。空间异质性，反映了景观结构的变化，因此是理解物种多样性的关键要素，可以从局部区域到全球解释物种的发生和分布。地貌异质性高，往往就可以营造出有最高植物多样性的系统。由于非生物变量与生物多样性之间的这种强相关性，因此这些因素可用于预测生物多样性的相对水平。
那么我们就需要用一定的参数来表征景观多样性，一般是从结构和功能两方面来考虑。结构上，我们可以理解的，表现为类型多样性、斑块多样性和格局多样性。功能上表现为干扰过程，养分循环速率，斑块稳定性和变化周期等。在实际工作中，我们用多样性指数来描述景观多样性，当然这些指数也可作为景观异质性的指标。
由于生物多样性的复杂性难以描述，所以许多人都采取了更实际的方法，那就是在物种层面上研究和鉴定生物多样性，这个可以作为区域生物多样性的代表。然而，大多地区对当地动植物的调查通常并不全面，而只涉及到一个小的部分。要明确各分类群的多样性，需要付出很大的努力，因此需要一个好的替代品，如果我们能将指示物种与空间环境数据和景观结构相结合，就可以利用这些信息反推指示物种的存在。哪些参数适用于景观多样性的表征和描述，来用作生物多样性的指标呢？
这些描述多样性的方法，当然有我们熟悉的香农-威纳（Shannon-Weiner）多样性指数和辛普森多样性指数。它们几乎被用作为大规模景观分析的“标准” 。然而，问题是，它并不能反映类别的空间分布情况，无法区分是大面积分布还是呈现出镶嵌分布，也就是说，这样的多样性指数只有数量特征，没有空间特征。所以，对于大多数景观分析来说，可能还需要更复杂的工具，用于描述空间格局。
于是，许多景观生态家们，就开发出针对空间格局的景观指数。通过景观指数来描述景观空间格局，可以建立景观结构与过程或现象之间的联系，更好地解释与理解景观功能。对于描述生物多样性来说，不能仅仅用一个简单的数字来描述，因为生物多样性空间格局可能有多种性质，需要涵盖更多信息的多个指数，才能提供更全面的信息解释能力，所以一般需要同时考察多个指数。这样就导致各种各样的指数相继推出，而随着新理论在景观生态学中的应用还不断地推陈出新，出现了一种相对混乱的局面。如果对景观指数的分类缺乏统一标准，就会让使用者不知所措；如果参数选择不合适，多个高度相关的指数，其实并没有提供什么新的信息，反而导致在解释结果时出现问题。因此，在选择多个指数的时候，需要选择相互独立，最好是正交的指数。可是在这方面呢，也没有什么明确的标准。
进行景观分析，需要对大量的空间信息进行评价，这些信息包括各种各样的土地利用信息、所收集的生境类型、土壤类型等数据。为了将这些信息与其他信息叠加并进行交叉分析，计算出景观结构的参数，就需要用到电脑，用到地理信息系统。我们这里简单介绍几个常用的工具软件。
第一个，就是几乎所有做景观分析的人都会用到的软件：FRAGSTATS。这是一个景观指数的集成分析环境，内置了100多个景观指数，而且还在不断增加。一般来说，有人发表新的指数并被大家采用，这个软件在新版本就会内置到指数库中，但软件更新的速度总是赶不上大家对新指数的追求。
所以，也总有许多第三方软件开发者会在新版本推出前，争相开发出针对新指数计算的小程序包。我们前面说过，为了度量空间结构，景观生态学家们开发出了许许多多的景观指数，但大多景观指数，其实根本没什么用，或者可以归为其他的指数所替代。在景观结构分析中，无疑首先要划分和界定景观要素，大家在前面的学习中，应该有所体会，要区分景观中的某些元素，可能是极其困难的，或者说是武断的，利用计算机的处理也存在类似的问题。我们在现实中区分一个景观要素就不是那么容易，要让计算机来判断，那也是强人所难，哦不对，应该是强机所难。所以有人建议，将景观要素看做为各种梯度变化，是斑块之间的过渡带。虽然可以这么理解，但却无法这样处理，因为在我们的研究中，景观要素的描绘，是需要对现实进行简化。具体处理中，不仅与数据源有关，还与观测尺度和分辨率有关，最终谁进行解释也很关键，就是因为里面有许多武断的成分。
第二个想介绍给大家的是PatchAnalyst。这是ArcGIS的扩展模块，可进行空间格局分析，支持栖息地建模、生物多样性保护和森林管理。其最大的特点，是可以借助于ARCGIS平台对矢量图层和栅格图层进行分析，但内置的指数没有FRAGSTATS多。
讲到这里，我想提一下，不知道大家是否理解了景观多样性和景观异质性之间的关系？如果二者是一样的，为啥要出现两个概念呢？所以肯定是有区别。首先说说它们之间的相似点：二者均是自然干扰、人类活动和植被演替的结果，对物质、能量、物种和信息在景观中的流动均有重要的影响。但是，景观多样性描述的是景观结构、功能、动态的多样性和复杂性，而景观异质性是指景观类型的差异，类似于景观类型的多样性，代表的是景观镶嵌的空间复杂性， 是土地镶嵌所固有的特征，存在于任何尺度上，这是生物多样性发展的结构基质。至于说它们的联系，景观异质性的存在，决定了景观空间格局的多样性和斑块多样性。一般来说，景观异质性程度越高，越有利于保持景观中的生物多样性。维持良好的景观异质性，能够提高景观的多样性与复杂性，有利于景观的持续发展。反过来讲，景观多样性的保存也有利于景观异质性的维持。
有些同学在学习前面的课程中，给我提建议，让我讲一讲城市生态的问题。因为后面我们有专门介绍城市生态系统的内容，我这里主要就今天学习的一些概念来分析一下城市的景观。也就是城市景观中的异质性和多样性。
城市景观是一个高度人工化的景观，建筑物斑块及廊道占优势，绿地斑块及廊道少，这样的结构，带来了空气污染，水质下降等问题。那么我们所能给的建议是，在城市景观结构中，应增加绿地廊道及绿地斑块，根据城市现状确定绿地斑块的最佳位置、最佳面积，尽量使其均匀分布于城市景观中。
城市园林是对生物多样性保护具有重要作用的斑块，因此在城市景观规划中应尽可能设计多种园林类型，以提高景观多样性。在城市生境岛之间以及与城外自然环境之间修建绿色廊道，形成城市园林网络，把自然引入城市，不仅给生物提供更多的栖息地，而且利于野生动植物的迁移。
城市绿色生态空间是一个比较泛的概念，包括城市中所有的公共绿地、小区绿地、交通绿地和风景区绿地，还有专门的生产防护绿地，比如苗圃、花圃、防护林、水源涵养林、水土保持林等等。这些生态绿地不仅要数量多，而且要分布均匀，大斑块与小斑块相结合，代表和维持城市系统中的绿色基质。
城市广场是人流活动集中的开放空间，是城市精神的反映和文化的载体。在城市的发展过程中，城市文化对人的动机、行为有着持久的影响。因此，应建设高品位的城市广场，使之成为文化传送的窗口。
城市廊道的发展，会引导整个城市景观格局的发展。城市廊道可分为三种：绿道、蓝道和灰道。绿道是以植物绿化为主，如街道绿化带、环城防护林带、滨水河岸植被带等。绿色廊道的植物配置应以乡土植物为主，兼顾观赏性和城市景观；蓝道主要是城市中各种河流、海岸等，要以维护和恢复河流和海岸的自然形态为前提，同时注意绿色廊道和蓝色廊道的有机结合，形成网络绿化；灰道就是普通的街道、公路、铁路等，直接反映城市的外貌形象，也是构成城市风貌特色的基础。因此，不同道路应当体现不同的品味、文化与主题。
由于现代城市，特别是特大城市包括了其周围的郊区，因此将市区与郊区进行整体规划，是城市生态建设的主要内容。既要使城郊景观符合生态学原理，又具有一定的美学价值。所以，我们这里依据景观异质性的原理，一方面要提高多样性，同时维持异质性，这样才能促进城市的可持续发展，这是景观生态学理论与城市建设结合有意义的实践。
总之，景观异质性与多样性是景观生态学的核心理论之一，应将其融于城市景观规划中，保证城市景观规划的结果符合人与自然和谐共存的境界。不仅能提高城市环境竞争力，而且能增加城市自然景观的美丽度、历史景观的文化内涵和人造景观的厚重感，使每个城市，都让生活更美好!
我们今天尝试从景观异质性的概念出发，引出了景观多样性，并论述了它们的生态学意义。也就是说，学习了景观生态学之后，我们明白了，不仅要研究物种的多样性，还要研究栖息地的多样性，研究景观的多样性及其景观结构的变化对物种多样性的影响。这是我们学习景观生态学所得到的知识增量，你听明白了吗？好，今天的课就到这里，同学们再见！
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