景观生态学的理论基础
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。
景观生态学基本理论
森林生态系统
生物圈生态系统
第一节 生态学基础理论知识(补充)
6 生态系统的组成成分
生态系统的组成：两大部分+四个基本成分 两大部分：生物、非生物环境
四个基本成分：生产者、消费者、还原者、
非生物环境
第一节 生态学基础理论知识(补充)
7 生产者 太阳能等能源+CO2+水+无机盐=>有机物的自养 生物。如：绿色植物、光化细菌、化能细菌
理论2—空间分异性与生物多样性理论
2 生物多样性
生物多样性是生物适应环境分异性的结果 景观具有生物多样性效应，并由此派生出景观结
构功能的相关性，能流、物流和物种流的多样性 等
第二节 景观生态学基本理论
理论3—景观异质性与异质共生理论
景观异质性的理论内涵： 景观组分和要素，如基质、斑块、廊道、动物、植物、生
理论7—等级系统理论
2 等级系统理论的意义：
在等级系统中，不同等级层次上的系统，都具有相应的结
构、功能、过程，需要研究解决的问题也不同。特定问题 既需要在一定的时间和空间尺度上解决
景观是复杂的等级组织结构系统，选择最佳时空尺度，才
能认识和把握复杂系统的整体属性和过程特征
第二节 景观生态学基本理论
和交互作用，表现出与斑块内部不同的生态学特征和功能 的现象 等）、物种组成等，与斑块边缘有明显差异
斑块内部的土壤、小气候（如光照、温度、湿度、网速
生态交错带（边际带）通常具有较高的生物多样性和初级
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生产力，物质循环和能量流动速率更快，生态过程更活跃。 一些需要稳定而相对单一环境资源的物种，往往集中分布 在斑块内部；而另一些需要多种环境资源条件或适应多变 环境的物种，主要分布在边缘带，称为边缘物种
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。
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。
02 景观生态学的理论基础(4)
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。
第六章景观生态学的基本理论
尺度上推（scaling up）和尺度下推（scaling down）
将小尺度上的信息转换到 大尺度上的过程。
将大尺度上的信息转换到 小尺度上的过程。
2.渗透理论（percolation theory）
渗透理论最初是用以描述胶体和玻璃类物 质的物理特性，并逐渐成为研究流体在介 质中运动的理论基础，一直用于研究流体 在介质中的扩散行为。其中的临界阈值现 象也常常可以在景观生态过程中被发现， 例如，种群动态、水土流失过程、干扰蔓 延、动物的运动和传播等
空间内插值（spatial interpolation）: 当涉及的空间数据 不能覆盖整个研究区域时，需要用已测点的信息来估计未 测点的数值，这一过程称为空间内插值。
5、尺度推绎的途径和方法
第一种方法：简单聚合法（lumping）
通过同时增加模型的粒度和幅度，利用小尺度 上的变量或参数的平均值来推出大尺度上的变 量或参数平均特征。
渗透阈值：在渗透理论中，允许连通斑块出现的 最小生境面积百分比称为渗透阀值或临界密度， 或临界概率。
对于二维栅格景观，渗透阈值（Pc）的四邻 规则为0.5928，八邻规则为0.4072。
渗透阈值（Pc）的影响因素
大陆---岛屿型复合种群
由少数很大的和许多很小的生境缀 块所组成。
或由少数质量很好的和许多质量很 差的生境缀块组成的复合体或虽然 没有特大缀块，但缀块大小的变异 程度很大的生境系统。
主要特点：
特征为“源---汇”动态种群系统。 大缀块起到“大陆库”的作用，基 本上不经历局部绝灭现象，小缀块 种群频繁消失，来自大缀块的个体 或繁殖体不断再定居，使其得以持 续。
07428园林生态学复习题
园林生态学复习资料一、单项选择题1．景观生态学的理论基础是整体论和A．信息论。
A．信息论B．控制论著C．系统理论D．稳定论2．下列原理中，不属于景观生态学基本原理的是D．景观叠加原理A观结构和功能原理B．生物多样性原理C．物种流动性原理D．景观叠加原理3．下列要素中，不属于景观要素类型的是B．交点。
A．斑块B．交点C．走廊D．本底４．走廊具有双重性质，一方面是具有连通作用，另一方面具有A．障碍作用。
A．障碍作用B．网络作用C．联系作用D．扩散作用５．廊道的重要特征有弯曲度和A．连通性能。
A．连通性能B．控制性C．多样性D．封闭性６．下列指标中，不属于景观多样性指标的是B．可及度。
A．丰富度B．可及度C．Simpson多样性指数D．相对分块数７．不同的森林类型的结构可分为两个系列，一个是地境系列，另一个是A．时间系列。
A．时间系列B．空间系列C．平面系列D．立体系列８．下列特征中，不属于网状景观的空间特征的是C．网的面积。
A．走廊宽度B．网的回路C．网的面积D．网格大小９．在影响景观形成的气候因素中，温度和B．降水是更为重要的气候地理因素。
A．太阳辐射B．降水C．风D．海拔高度１０．植物可以根据其生活型分为乔木，灌木，草本植物和B．苔藓植物。
A．地被植物B．苔藓植物C．草坪植物D．藤本植物1１．人类对斑块结构的影响有：斑块类型，斑块大小，斑块形状和D．斑块密度。
A．斑块生产力B．斑块起源C．斑块周转率D．斑块密度1２．影响污染空气散播的主要因素有气象因素，地形因素和C．植被因素。
A．降水因素B．地貌因素C．植被因素D．人口因素1３．植物的运动地靠A．散布来实现的。
A．散布B．迁移C．巢区活动D．群落活动1４．景观变化的作用力之一是自然力，自然力又分为物理力和B．生物力．A．化学力B．生物力C．天然力D．地动力1５．根据景观变化的作用力强度，景观产生四种不同的结果，它们是波动，A．恢复建立新的平衡和景观替代。
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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
景观生态学的理论基础
2 景观生态学的理论基础
2.1 岛屿生物地理学理论 2.2 复合种群理论 2.3 景观连接度和渗透理论 2.4 等级理论和景观复杂性 2.5 景观生态学的基本原理
2.1 岛屿生物地理学理论
2.1.1岛屿
岛屿性(Insularity) 是生物地理所具备的普遍特征
许多生物赖以生存的生境大至海洋中的群岛、高山、自然保护区
2.2 复合种群理论 2.2.1 复合种群（metapopulation）的概念
Levins 1970年提出复合种群的概念 metapopulation 来表示“由经常局部性灭绝，但 又重新定居而再生的种群所组成的种群”。即由空间上彼此隔离，而在功能上又相互 联系的两个或两个以上的亚种群（subpopulation）或局部种群（local population）组 成的 种群缀块系统。 亚种群之间的功能联系主要指生境缀块间的繁殖体或生物个体的交流。 狭义的定义 即Levins的经典定义，强调复合种群必 须表现出明显的局部种群周转，即局部 生境斑块中生物个体全部消失，后又重 新定居。 广义的定义 所有占据空间上非连续性生境斑块的 种群集合体，只要斑块之间存在个体 （动物）或繁殖体（植物），不管是 否存在局部种群周转现象，都可称为 复合种群。
New Hebrides，新赫布里底斯群岛 15000Km2 396(被子植物)，59（鸟类）
2.1.3 动态平衡理论
岛屿生物地理学动态平衡理论—MacArchur和Wilson(1967) 迁入率、灭绝率、物种周转率
岛屿生物地理学动态模型
A
B
Inear
E
I
Esmall
迁 入 率 或 灭 Ifar 绝 率 （近岛）R （远岛）R’
dp cp (1 p ) ep dt
p 为有种群占据的生境斑块的比率（斑块占有率） e c 分别为与所研究物种有关的定居系数和灭绝系数 当系统处于平衡时 dp/dt=0, 复合种群的斑块占有率
供了一个重要的自然实验室，其理论被广泛运用到岛屿状生境的研究中。
“种—面积方程” Preston(1962) S=CAz S－生物种的数目 A－面积 C－生物种的密度（单位面积内 的种数） Z－适当的参数（统计指数）， 取值可以从0.05---0.37。大小与岛屿 的隔离程度和海拔高度有关。就全球 陆生植物而言Z值约为0.22
dS (t ) I ( S ) E ( s) dt
S(t) 表示t 时刻的物种丰富度，I是迁入率， E灭绝率。 I (s) = I0 [ Sp – S(t)] I0 单位物种迁入率或迁入系数，E0 单位灭绝率或灭绝系数 E(s) = E0 S(t) Sp 大陆物种库中潜在迁入种的种数
dS (t ) IoSp ( Io Eo ) S (t ) dt
2.2 复合种群理论 2.2.1 复合种群（metapopulation）的概念
两个空间尺度： 亚种群尺度或斑块尺度—生物个体日常采食和繁殖活动 复合种群尺度或景观尺度—植物种子和繁殖体传播，或动物运动发生交换 两种类型斑块 源斑块（source patch）：提供给汇斑块生物个体或繁殖体 汇斑块 (sink patch)：靠外来繁殖体或个体维持生存的亚种群所在的斑块
20世纪80年代兴起的景观生态学中，岛屿生物地理学的理论应用引人注目。 如 Forman 1986试图将景观斑块的物种多样性与斑块结构特征及其他因素联系起来， 即 S= f( 生境多样性， 干扰， 面积， 年龄，基底异质性， 隔离程度，边界特征) Diamond (1975)依据岛屿生物地理学的理论，总结了设计自然保护区的几点 原则： • • • • • • 保护区面积越大越好。 单个保护区比面积相同、但分隔成若干个小保护区好。(SLOSS争论) 若干个分隔的小保护区越靠近越好。 若干个分隔的小保护区排列紧凑较好，线性排列最差。 有走廊连接的若干小保护区比无走廊连接的好 圆形保护区比条形保护区好。
S (t ) Io Io Sp Sp S (0) exp ( Io Eo)t Io Eo Io Eo
Io Se Sp Io Eo
dS (t ) ( Io Eo )[ Se S (t )] dt
2.1.4岛屿生物地理理论的应用—自然保护区