景观生态学 第二章 基本理论与原理

✓ 最后，生态系统中普遍存在着非线性动力学过程， 如种群控制机制、种间相互作用关系以及生物地 球化学过程中的反馈调节机制。
1.3 等级系统理论
等级系统理论是由H.H.Pattee和H.A.Simon等在20世 纪60-70年代提出的关于复杂系统结构、功能和动 态的系统理论，即自然界是个具有多水平分层等 级结构的有序整体，在这个有序整体中，每个层 次或水平上的系统都是由低一层次或水平的系统 组成，并产生新的整体属性。
1.2 耗散结构与自组织理论
耗散结构理论是比利时物理学家普利高津（1967） 提出的，在1977年荣获了诺贝尔奖。
该理论指出：“一个远离平衡态的复杂系统，各 元素的作用具有非线性的特点，正是这种非线性 的相关机制，导致了大量离子的协同作用，突变 而产生有序结构。”
普利高津把远离平衡的非线性区形成的新的稳定 的有序结构，称为耗散结构。
信息是指不确定性的量度，系统的组织程度和有序程度，物质能 量时空不均匀性的表现；
平衡是指在一定条件下，系统所处的相对稳定的状态；
涨落是对系统稳定平衡状态的偏离，有称干扰和嗓声；
突变是指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；
自组织是系统自发走向有序结构的性质和能力。
系统论的意义在于体现了整体的基本原则。
远离平衡态的区域不再局限于要素间单一的线性组合， 这是因为在系统内各要素之间存在着复杂的联系与作 用，生态系统有可能发生突变，由原来的状态转到一 个新状态。
（3）要素之间存在着非线性联系
非线性是一个数学名词，是指两个量之间没有像正比 例那样的直线关系。
生态系统的各要素之间存在着复杂的非线性关系。
景观异质性的意义表现在3个方面：
（1）景观异质性是景观尺度上景观要素组成和空间 结上的变异性和复杂性。由于景观生态学特别强 调空间异质性在景观结构、功能及其动态变化过 程中的作用，许多人甚至认为景观生态学的实质 就是对景观异质性的产生、变化、维持和调控进 行研究和实践的科学。因此，景观异质性概念与 其相关的异质共生理论、异质性—稳定性理论等 一起成为景观生态学的基本理论。
“蝴蝶效应”就形象地表述了这样的事实。
1961年E.N.Lorenz在进行模拟天气的数学分析和计算机 模拟时，发现天气中一个极小差别就会导致气象的巨 大变化，这使他提出了蝴蝶效应。
耗散结构理论的意义在于：
✓ 首先，生态系统是开发系统，它与外界环境不断 发生能量和物质交换；
✓ 其次，所有生态系统都远离热力学平衡态，平衡 意味着生命活动的终止，生态系统的彻底崩溃；
系统论的基本概念：层次、结构、功能、反馈、信息、平衡、涨 落、突变和自组织等。
系统是由若干要素组成的、具有一定新功能的有机整体；
层次是指系统组织的等级秩序性；
结构是系统内部组成要素间对稳定的联系方式、组织秩序与时空 表现形式；
功能指系统对外部环境所表现出的性质、能力和功效；
反馈是系统输入与输出之间的相互作用，系统自我调节的循环过 程；
1.1 系统论
系统论是由美籍奥地利生物学家贝塔郎菲（L.V.Bertalanffy） 在第二次世界大战前后提出的。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关系、相互作用的共同本 质和内在规律性。系统论的主题是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以看作一个系统。
本章概要介绍这些理论和原理的要点，作为理解 和掌握景观复杂性的基本范式。
景观生态学的基本理论和原则主要有3个来源：
一是来自其母体学科，特别是生态学和地理学； 二是来自相关学科，特别是系统科学和信息科学； 三是景观生态学领域具有普遍意义的研究成果的提炼。
1 景观生态学的基本理论
系统论、耗散结构与自组织理论、等级结 构理论、空间异质性理论、时空尺度、渗 透理论、岛屿生物地理学理论、复合种群 理论等，在构建景观生态学理论生态学理 论框架中占有重要地位，为理解和掌握景 观复杂性提供了新的范式，为景观生态学 学科体系的建立和发展奠定了基础。
景观生态学是以地理学和生态学为基础的多学科 综合交叉的产物，以景观生态系统为研究对象， 通过能量流、物质流、物种流以及信息流在景观 结构中的转换与传输，研究景观生态系统的空间 结构、生态功能、时间与空间相互关系以及时空 模型的构建等。
因此，景观生态学从研究对象和研究方法上均体 现着综合、整体等系统论思想。
1.4 空间异质性理论
异质性是生态学领域中应用越来越广泛的一个概 念，用来描述系统和系统属性在时间维和空间维 上的变异程度。
系统和系统属性在时间维上的变异实际就是系统 和系统属性的动态变化，因此，生态学中的异质 性一般是指空间异质性。
空间异质性（spatial heterogeneity）是指生态学过 程和格局在空间分布上的不均匀性和复杂性。
耗散结构必须具备3个条件：即系统的开放性、系 统处于远离平衡态的非线性区域、系统各要素之 间存在着非线性相关机制。
（1）系统的开放性
生态系统开放性是一切自然生态系统的共同特征。生 态系统与外界环境不断发生物质和能量交换。
（2）在远离平衡态中发展
在平衡态、近平衡态区域要素间呈一定规律性变化， 即是确定性或线性关系。
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的 结构、功能和过程，需要重点研究解决的问题也 各不相同。
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。
第二章 景观生态学基本论、耗散结构与自 组织理论、等级结构系统理论、时空尺度和空间 异质性、渗透理论、复合种群理论、岛屿生物地 理学理论等基本理论；
还包括系统整体性原理、尺度性原理、生态流及 其空间再分配原理、结构镶嵌性原理、文化性原 理、人类主导性原理和多重价值原理等基本原理。