02 景观生态学的理论基础(4)
景观生态学的基本理论和原理
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，在系统内部某个变量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时间上、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) 。
⏹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（hierarchy theory ）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，亚系统又由各自的亚系统组成，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（如全球植被变化）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面。
景 观 生 态 学(Blackstorm)
景观生态学2011年01月01日第一章景观生态学的概念和发展1❀景观（狭义）：是指在几平方千米到数百平凡千米范围内，由不同类型的生态系统以某种空间组合方式组成的异质性地理空间单元。
景观的基本特征：❀景观是一种生态系统；❀景观具有一定自然和文化特征的地域空间实体；❀景观是异质性生态系统的镶嵌体；❀景观是人类活动和生存的基本空间；❀景观是一种风景。
2❀景观生态学是以景观为研究对象，重点研究其结构、功能、变化及其科学规划和有效管理的一门宏观生态学科。
景观生态学的特点：❀整体观和系统观；❀异质性和尺度性；❀综合性和宏观性；❀目的性和实践性。
3❀景观生态学主要研究内容：景观结构、景观功能、景观动态、景观规划与管理4❀景观生态学的主要流派和特征主要流派：北美系统学派（Forman&特纳）和欧洲应用学派（温克&哈伯）特征：北美注重自然，关注结构、功能和动态；欧洲以人为中心，关注人类经营的生态系统。
6❀格局：一般指空间格局，是指景观要素在景观空间内的配置和组合形式。
7❀尺度：在观察或研究某一物体或现象时所采用的时间和空间单位，同时也可以指某一现象过程在空间和时间上所涉及的范围，分别称空间尺度和时间尺度。
包含幅度（范围）和粒度（分辨率）。
8❀干扰：是指发生在一定地理位置上，偶然发生的不可预知的、对生态系统结构造成直接损伤的、非连续的物理作用或事件。
第二章景观生态学的理论基础1❀岛屿生物地理学理论：岛屿生物地理学理论中物种数量与岛屿面积之间的关系表达为：S=cA z 式中 S---岛屿的生物物种数；A---岛屿面积；c---与单位面积平均物种数有关的常数；z---待定参数，它与岛屿的地理位置、隔离度和邻域状况等有关。
景观中生境斑块的面积大小、形状、数目以及空间位置关系，对生物多样性和各种生态学过程的影响。
物种丰富度=f（生境多样性，干扰，斑块面积，演替阶段，本底特征，斑块隔离程度）最大贡献：是把生境的斑块的空间特征和物种数量联系在了一起。
第二章 景观生态学的理论基础.
第四节 源－汇系统理论
在地球表层系统普遍存在的物质迁移运动中，有 的系统单元是作为物质迁出源，而另一些系统组 成单元则是作为接纳迁移物质的聚集场所，被称 为汇。
流域水文状况，地貌过程中的侵蚀－沉积，土壤 －植物系统的生物地球化学循环，养分元素和污 染物质在土壤圈、水圈和生物圈中的运移、物种 迁移等存在源汇问题。
பைடு நூலகம்
2.3尺度对生态学格局和过程的影响
• 景观格局和生态过程在不同尺度上会表现出不同的 特征。当尺度发生改变时，景观格局和生态过程都 随之变化。
• 尺度对空间异质性的影响：
–假设幅度一定，粒度增大通常会降低空间的差异。假设 粒度一定，幅度增大将会包含更多的空间异质性，体现 多样化的景观类型或研究区域内更多的景观要素。
2.2 异质种群持续生存的必要条件
离散的局部繁殖种群。 所有的亚种群均有绝灭的风险。即使是最大
的亚种群也有绝灭的可能。 亚种群有重建的可能。重建率随斑块间距离
的增大而锐减，也与物种的迁移能力有关。 局域动态的非同步性。（P31）
第三节 渗透理论
• 临界阈现象：某一事件或过程在影响因子或环境 条件到达某一阈值而发生的从一种状态过渡到另 一种截然不同状态的过程。
最根本的作用在于简化复杂系统，以便对其结 构、功能和动态进行理解和预测。
2.尺度效应
2.1尺度定义
–指在所研究的生态系统的面积大小（空间尺度）， 或者指所研究的生态系统动态的时间间隔（即时 间尺度）。
–小尺度表示较小的研究面积，或较短的时间间隔。 大尺度则用于表示较大的研究面积和较长的时间 间隔。
2.（复合）异质种群理论
1.岛屿生物地理学理论
岛屿生物地理学理论的研究对象：岛屿。也被 广泛地应用于所有岛状生境的研究中。
景观生态学的基本理论
等级系统理论的意义
➢概括地说，等级系统理论的意义在于，明确提出了在等级 结构系统中，不同等级层次上的系统都具有相应结构、功能 和过程，需要重点研究解决的问题也不相同。特定的问题既 需要在一定的时间和空间尺度上，也就是在一定的生态系统 等级水平上加以研究，还需要在其相邻的上下不同等级水平 和尺度上考察其效应和控制机制。
五、景观连接度与渗透理论
1.景观连接度：是指景观空间结构单元之间的连续性程度。
➢ 景观连接度可分为：
➢ 结构连接度：景观在空间上表现出的表观连续性
征和
它要受研究的特定景观要素的空间分布特
行拓
空间关系的控制，可通过对景观要素图进
扑分析加以确定
➢ 功能连接度：景观对象或过程表现出的特征连续性
a
b
c
d
从a到d连接度依次降低
➢也就是一个由量变到质变的过程，从一种状态过渡到另一 种截然不同状态的过程。
➢渗透理论:是研究临界阀现象的。其最突出的要点就是当媒 介的密度达到某一临界密度时，渗透物突然能够从媒介材料 的一端到达另一端。
景观中的中性模型
➢ 自20世纪80年代以来，渗透理论在景观生态学研究 中的应用日益广泛（干扰的蔓延、种群动态），并逐渐 地作为一种“景观中性模型” 而著称。
间间隔。
➢幅度：指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。 空间幅度：所研究区域的总面积。 时间幅度：研究项目持续的时间。
A、C、D、 E具有同样的 空间粒度。
A、B、E具 有同样的空 间幅度。
• 空间粒度和空间幅度
一般而言，从个体、种群、群落、生态系统、景观到全球 生态学，粒度和幅度呈逐渐增加趋势。 大尺度（或粗尺度，coarse scale）: 是指大空间范围或 时间幅度，往往对应小比例尺、低分辨率（因局部信息被忽 略）
园林技术专业中的景观生态学理论与应用
园林技术专业中的景观生态学理论与应用一、引言园林技术作为一门综合性的学科，涉及到植物学、生态学、设计学等多个学科的知识，其中景观生态学作为园林技术中的重要组成部分，对于园林景观的规划、设计和管理起着至关重要的作用。
本文将探讨景观生态学的理论基础以及其在园林技术中的应用。
二、景观生态学的理论基础1. 生态系统理论景观生态学的理论基础之一是生态系统理论。
生态系统是由生物群落和其所处的非生物环境组成的一个相互作用的整体。
景观生态学通过研究生态系统的结构、功能和演替过程，揭示了景观中不同生物群落之间的相互关系，为园林景观的规划和设计提供了科学依据。
2. 植物群落生态学植物群落生态学是景观生态学的另一个重要理论基础。
植物群落是由多种植物种群组成的一个相互作用的整体。
植物群落生态学研究了植物种群之间的竞争、共生和演替关系，以及它们对环境的适应性和响应能力。
在园林技术中，通过研究植物群落的组成和结构，可以选择合适的植物种类，提高景观的生态效益。
3. 景观格局与过程景观格局与过程是景观生态学的核心概念之一。
景观格局是指景观中各个生境类型的分布、形状和相互关系，而景观过程则是指景观中物质和能量的流动、生物迁移和演替等动态过程。
通过研究景观格局与过程，可以评估景观的连通性、稳定性和适宜性，为园林景观的规划和管理提供科学依据。
三、景观生态学在园林技术中的应用1. 园林景观规划景观生态学在园林景观规划中起到了至关重要的作用。
通过研究景观格局与过程，可以确定园林景观的空间布局和结构，合理划分功能区域，提高景观的生态效益。
同时，景观生态学还可以评估景观的可持续性，为园林景观的长期发展提供科学指导。
2. 植物选择与配置景观生态学在植物选择与配置方面也有着重要的应用价值。
通过研究植物群落的生态特征和适应性，可以选择适合当地环境的植物种类，提高景观的生态适应性。
同时，通过合理配置不同植物种类，可以提高景观的多样性和美观度，增加人们对园林景观的亲近感。
景观生态学概念与理论
景观生态学概念与理论一、本文概述1、景观生态学的定义与重要性景观生态学是一门研究景观空间格局、生态系统过程与人类活动之间相互关系的科学。
它主要关注不同生态系统之间以及生态系统内部的空间异质性，包括景观的结构、功能和动态变化。
景观生态学的定义体现了其在生态学研究中的重要地位，它融合了生态学、地理学、环境科学等多个学科的理论和方法，旨在从宏观和微观两个层面揭示景观生态系统的复杂性、多样性和可持续性。
景观生态学的重要性体现在多个方面。
景观生态学有助于人们深入理解和认识自然生态系统的结构与功能，为生态保护和管理提供科学依据。
景观生态学关注人类活动对景观生态系统的影响，能够为城市规划、土地利用、生态恢复等实践活动提供指导。
景观生态学还关注景观生态系统的动态变化和可持续性，有助于预测和应对全球气候变化、生物多样性保护等全球性生态环境问题。
因此，景观生态学在生态学、环境科学、地理学等领域具有广泛的应用前景和重要的学术价值。
随着人类对自然生态系统的认识不断深入和环境保护意识的提高，景观生态学的研究和应用将更加广泛和深入。
2、景观生态学与相关学科的关系景观生态学作为一门综合性的学科，与其他多个学科有着紧密的联系和交叉。
它与生态学有着直接的关联。
生态学是研究生物与其环境之间相互关系的科学，而景观生态学则更侧重于研究不同生态系统之间的空间关系和相互作用。
景观生态学在生态学的基础上，进一步拓展了生态系统的空间尺度，将不同生态系统纳入到一个统一的框架中进行研究。
景观生态学与地理学也有着密切的联系。
地理学是研究地球表面自然现象和人文现象空间分布、演变及其相互关系的科学。
景观生态学在地理学的基础上，更加关注地表景观的空间格局、动态变化以及人类活动对景观的影响。
地理学为景观生态学提供了丰富的空间分析方法和工具，有助于揭示景观格局与过程之间的内在联系。
景观生态学还与城市规划、环境科学、农业科学等多个学科有着交叉。
城市规划关注城市空间布局和生态环境建设，景观生态学可以为城市规划提供生态优先的理念和方法。
景观生态学的理论基础
距离效应
面积效应 Elarge
迁 入 率 或 灭 绝 率
R’（小岛） R（大岛）
S’e Se
S’e Se
离大陆越远的岛屿上的物种迁入率越小（距离效应）；岛屿的面积越小其绝灭率越大（面积效应）。
M-W模型
对于某一岛屿，MacArthur- Wilson 理论的数学模型，简称M-W模型，用一 阶常微分方程表示：
关于“种—面积”关系的三种假说：生境多样性假说；被动样本假说；动态平衡假说
南太平洋群岛面积与生物多样性间的关系
Fiji islands,裴济群岛 18500Km2 476(被子植物)，54（鸟类）
New Caledonia，新喀里多尼亚岛 22000Km2 655(被子植物)，64（鸟类）
Solomon Islands，索罗门群岛 40000Km2 654(被子植物)，124（鸟类）
小到森林中的林窗甚至植物的叶片
都可以看成是大小形状隔离程度不同的岛屿。
有些陆地生境
也可以看成是岛屿，例如林中的沼泽、被沙漠围绕的高山、被农田包围的林地等
【狭义岛屿】 海洋中与大陆完全隔离的，由岩石和土壤构成的露出水面的部分。 海洋岛 陆桥岛
【广义岛屿】 孤立的岛屿状生境
2.1.2 ―种—面积”曲线 岛屿为自然选择、物种形成与进化，生物地理学和生态学的理论和假设的发展和检验提
2.2.2 复合种群的类型
基于广义的概念，Harrison and Taylor 1997 划分为5 种类型
A 经典型或Levins复合种群 B大陆—岛屿型复合种群 C 缀块性种群 D 非平衡态下降复合种群 E混合型 种群
不同种群空间结构类型之间的相互关系
2.2.3 复合种群模型
Levins 1969 发展空间隐式模式，即著名的Levins模型
景观生态学理论
景觀生態學理論SU SIAO MING1 基本概念和理論景觀生態學是研究景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態學過程相互作用的綜合性學科（鄔建國，2000；Pickett et al，1995）。
景觀生態學的研究物件和內容可概括爲三個基本方面：①景觀結構，即景觀組成單元的類型，多樣性及其空間關係；②景觀功能，即景觀結構與生態學過程的相互作用，或景觀結構單元之間的相互作用；③景觀動態，即指景觀在結構和功能方面隨時間推移發生的變化（Forman，1995）。
鄔建國（2000）對景觀生態學基本概念和理論進行了總結，見下圖。
生態過渡帶理論景觀功能景觀空間結構與生態過程的相互作用景觀動態景觀空間結構與功能隨時間的變化景觀結構景觀組成單元的多樣性及其空間格局空間異質性島嶼生物地理學理論複合種群理論生物控制論觀點綴塊、廊道、基底模式等級理論尺度格局與過程綴塊動態理論景觀生態學景觀連接度滲透理論與閾限現象圖3.3 景觀結構、功能和動態的相互關係以及景觀生態學中的基本概念和理論（鄔建國，2000）Fig.3.3 The relationship among the landscape structure,function and dynamic and the basic conceptions and theories of the Landscape Ecology關於景觀生態學的理論框架，肖篤寧將其歸納爲以下九個方面：① 土地鑲嵌與景觀異質性原理；② 尺度制約與景觀層序性原理；③ 景觀結構與功能的聯繫和反饋原理；④ 能量和養分空間流動原理；⑤ 物種遷移與生態演替原理；⑥ 景觀穩定性與景觀變化原理；⑦ 人類主導性與生物控制共生原理；⑧ 景觀規劃的空間配置原理；⑨ 景觀的視覺多樣性與生態美學原理。
景觀生態學以下幾個方面的研究對山地生態旅遊開發具有更現實的指導意義。
1. 景觀結構與功能研究美國生態學家R.Forman和法國生態學家M.Godron（1986）提出了“斑塊－廊道－基底＂的景觀結構分析模式。
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表明景观生态系统是以“整体”的形式出现，应该作为一个整体来考虑。
5.2景观生态学的有机关联性思想
景观生态系统是一个符合有机关联原则的开放系统，除了各要 素间的有机联系外，还与周围环境有物质、信息、能量进 行交换，有相应的输入和输入以及量的增加和减少。
3）等级理论认为，任何系统皆属于一定的等级，并具有一 定的时间和空间尺度。
1、自然等级理论-生态系统的等级
1）生态系统具有等级结构的性质，Overton(1972)将等级理论引入生态学， 专著《生态系统的等级概念》（O’Neill等，1986）。
2）整个生物圈是一个多重等级层次系统的有序整体，每一高级层次系统 都是由具有自己特征的低级层次系统组成。
各处可测的宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可 逆过程)的状态，它遵守热力学第一定律，即系统内能的增 量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；热力学 第二定律，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向。
（2）突变：外部条件连续变化时系统发生在跃迁临界点上的
不连续性，即在临界点附近控制参数的微小改变导致系统 状态明显的大幅度变化的现象。
5.3景观生态系统的动态性
景观生态系统的有机关联是与时间相关的，这种关联是随时间 的演替呈动态性变化的。景观生态系统内部的结构、各要 素的分布位置、数量不是固定不变的，而是随时间而变化 的，同时系统与外界有物质、能量和信息的联系与交换。 动态性保证了这种物质能量、信息交换的存在，在系统中 可以表现为相对稳态，这种稳态是系统动态性的一种表现。
由于研究对象的复杂性，景观生态学必须采用综合分析的方法 来进行研究。
景观生态综合分析（方法）包含三个层次：
第一个层次：由数学、系统生态学和经济学等基础科学系统方法构成。 第二个层次：由与组成景观生态系统相关的地貌学、土壤学、水文学、气
象学、植物学、动物学和经济学等传统学科的方法构成。
第三个层次：是景观生态学自身发展中形成的技术和方法体系，具有较强
综合整体性、有机关联性、动态性、有序性和目的性是一般 系统论最基础的出发点，也是景观生态学的五个最重要的 基本特征。
二、自然等级理论与尺度效用
1、自然等级理论-概述
1）等级理论（Hierarchy theory）是20世纪60年代以来逐渐 发展形成的，关于复杂系统结构、功能和动态的理论。
2）等级是一个有若干层次组成的有序系统，它由相互联系 的亚系统组成，亚系统又由各自的亚系统组成，以次类推。 属于同一亚系统中的组分之间的相互作用在强度或频率上 要大于亚系统之间的相互作用。
（1）维系生物圈等级组织的是组合能，切低级组织的结合能强，高级 组织的结合能弱；
（2）对生物圈等级组织的每一个等级的局部干扰，会影响整体，局部 控制也可以调节整体（全球变暖效应）。
3）景观是生态系统的空间镶嵌体，在空间和时间上都表现 出高度复杂性，具有等级特征和等级结构，且景观的性质 随着所属等级不同而异。
Байду номын сангаас
5.4景观生态系统的有序性
景观生态系统的发展是由无序向有序的成长(熵减的过程)，伴 随着系统组织性的增长，景观生态系统中的生物、非生物 成分的物质、能量等组成了一个有序的动态序列。人类在 有序结构中占核心地位。
5.5景观生态系统的目的性
景观生态系统的目的是达到整个系统的持续性。在偶然因素的 作用下，其异质性会增大，适度的异质性增大将有利于系 统向较好的方向发展，过度的异质性会破坏一个原本稳定 的景观生态系统。
耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里高津(Ilya Prigogine) 教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡 献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖，该理论在自然科学和社会 科学的很多领域，如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学 等都产生了巨大影响 。
5 景观生态学与系统论的关系
5.1景观生态学的综合整体性思想
（1）等级结构：任何等级的生物系统，均是由低一等级 水平上的组分组成，每一组分同样由更低一等级水平的组 分组成。等级结构系统的每一层次都有其整体结构和行为 特征，并有自我调节和控制机制。
（2）约束（contraint）:制约景观组分、格局、过程等发 生变化的现象，来自于低一等级水平组分行为约束（生物 约束），也有高一等级环境约束，约束力的范围和边界构 成约束体系。
4）生态系统具有亚稳态性，即在一定的时间和空间上能保
持相对稳定性，受到干扰后，具有恢复的能力（在一定的 阈值范围内）。
（3）自组织：系统自发走向有序结构的性质和能力，水体的
自净。
（4）整体性：正确处理局部与整体的关系，不能够孤立从单
个的个体方面来思考和解决问题。
（5）耗散结构理论
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，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时， 通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无 序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这 种在远离平衡的非线性区形成新的稳定宏观有序结构，由于需 要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结 构”(dissipative structure)。
2系统的主题：阐述对于一切系统普遍有效的原理，不管系统
组成元素的性质和关系如何，任何学科的研究对象都可 看作一个系统。
3系统论的基本概念：系统、层次、结构、功能、反馈、信
息、平衡、涨落、突变和自组织以及耗散结构理论等。
4 系统论的原则：整体性、关联性、结构性、开放性、动态
性
（1）平衡：一定条件下，系统所处的相对稳定的状态。系统
第二章 景观生态学的理论基础
（一）系统论与景观生态学 （二）自然等级理论与尺度效用 （三）岛屿生物地理学理论和异质种群 （四）渗透理论 （五）地域分异规律
一、系统论与景观生态学
1 系统论：是一门运用逻辑学和数学方法研究一般系统运动规
律的理论，从系统的角度揭示了客观事物和现象之间相 互联系、相互作用的共同本质和内在规律性，由生物学 家贝塔朗菲提出。