景观生态学的基本理论和原理

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1、景观生态学的基本理论一、耗散结构理论1.耗散结构理论概述■一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)，通过不断地与外界交换物质和能量，在系统部某个变呈的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变，由原来的混沌无序状态转变为一种在吋间上、空间上或功能上的有序状态。■由于这种在远离平衡的非线性区形成的有序结构，以能量的耗散来维持自身的稳定性，故称为“耗散结构”(dissipativestructure)0■耗散结构：位于远离平衡态的复杂系统，在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成一种新的

2、有序结构。2.耗散结构理论的意义■耗散结构理论认为：生态系统属于耗散结构系统，在于：1).生态系统是开放系统；2).所有生态系统都远离热力学平衡态；3).生态系统中普遍存在着非线性动力学过程。二、等级理论(hierarchytheory)等级理论是关于复杂系统结构、功能和动态的系统理论。通常，等级是一个由若干个单元组成的有序系统，而复杂性常具有等级形式。一个复杂系统由相互关联的亚系统组成，亚系统又巾各自的亚系统组成，往下类推直到最低层次。所以，等级系统中的每一层次都由不同的亚系统或整体元组成，每一级组成单元相对于低层次表现出整体特性，而对

3、高层次则表现出从属性或制约性。基于等级理论，复杂系统可视为由具有离散性等级层次组成的等级系统。解析：高等级层次上的生态过程(如企球植被变化)呈现大尺度、低频率和慢速；而低等级层次的生态过程(如局地植物群落物种组成变化)为小尺度、高频率和快速。不同等级层次间相互作用，高层次对低层次的制约作用在模型中可表达为常数，而低层次提供机制和功能，其信息常以平均值的形式来表达。等级系统结构：分垂直和水平两种。前者指等级系统层次数目、特征及其相互作用关系，后者指同一层次上亚系统的数目、特征和相互作用关系。层次和整体单元的边界称为界而。界而对能流、物流和信

4、息流具过滤功能。界而是系统组成成分相互作用差异最大的地方。三、空间异质性与景观格局异质性——用來描述系统和系统属性在时空属性的动态变化。其中，系统和系统属性在时间维变化即为动态变化，而生态学的异质性通常是指空间异质性。空间异质性(spatialheterogeneity):指生态学过程和格局在空间上分布上的不均匀性和复杂性。1.景观异质性的意义定义：景观异质性是景观尺度上景观要素组成和空间结构上的变异性和复杂性。意义：决定景观的整体生产力、承载力、抗干扰能力、恢复力和景观生物多样性。2.景观稳定性景观是巾异质的景观要素以一定方式组合构成的

5、系统，景观要素间通过物流、能流、信息流和交换保持着密切的联系，影响景观要素的相互作用，制约着景观的整体功能。景观的空间异质性可提高景观对干扰的扩散阻力，缓解某些灾害性干扰对景观稳定性的威胁。1.景观格局景观空间格局系指景观要素斑块和其他结构成分的类型、数目以及空间分布与配置模式，属于景观异质性的外在表现形式。尺度(scale)：地图学巾的图幅和图形分辨率或比例尺。景观生态学尺度：对研宂对象在空间上或时间上的测度，分别称之为空间尺度和时间尺度——涉及范围和分辨率。范围：研究对象在时间或空间上的持续；分辨率：研究对象时间和空间特征的最小单元。

6、1.空间尺度(spatialscale):研究对象的空间规模和空间分辨率。一般用面积单位表示。2.时间尺度(temporalscale):生态过程和现象持续时间。3.组织尺度：生态学组织层次定义的研究范围和空间分辨率。如个体、种群、群落、生态系统、景观组成的生物组织等级结构系统，不同的组织层次对应不同的空间尺度。4.尺度效应：生态学系统的结构、功能及其动态变化在不同时空尺度表现不同，产生不同的生态学效应。五、空间种群理论1.岛屿生物地理学理论.种--面积关系景观中斑块面积的大小、形状及数目，影响生物多样性、各种生态学过程。如物种数(S)与

7、生境面积(A)的关系可表达为：式巾(;和2为常数。注意二个前提：①所研宂生境巾物种迁移(immigration)与火绝(extinction)过程间达到生态平衡态；②除面积之外，所研宂生境的其它环境因素都相似。生境斑块研宄难以同时满足上述二个要求，但种一而积关系己被广泛应用于岛屿生物地理学、群落生态学及景观生态学屮。考虑景观斑块的不同特征，种与面积的关系可表达为：物种丰富度=f(生境多样性、干扰、斑块面积、演替阶段、基质特征、斑块隔离程度)岛屿生物地理学岛屿生物地理学理论(MacArthur&Wilscm，1967)将生境斑块的面积和隔离

8、程度与物种多样性联系在一起，认为岛屿的物种数取决于物种迁入和灭绝两过程.该理论的一般数学表达式为：dS/dt=I-E式中S为物种数，t为吋间，I为迁居速率(是种源与斑块间距离D的函数)，E为灭