景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論課件

第二章景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論系統(tǒng)論與景觀生態(tài)學(xué)-------------2等級理論與尺度效應(yīng)-------------9異質(zhì)種群---------------------------18景觀生態(tài)學(xué)的核心概念---------21第二章景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論系統(tǒng)論與景觀生態(tài)學(xué)-------1系統(tǒng)論與景觀生態(tài)學(xué)1.1系統(tǒng)論簡介1.1.1系統(tǒng)論中的基本概念系統(tǒng)論是研究對一切系統(tǒng)普遍有效的原理，從系統(tǒng)的角度揭示客觀事物和現(xiàn)象之間相互作用和相互聯(lián)系的共同本質(zhì)和規(guī)律。基本概念有：系統(tǒng)：由若干要素組成的具有一定新功能的有機(jī)整體；層次：是系統(tǒng)組織的等級秩序；結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)內(nèi)部組成要素間相對穩(wěn)定的聯(lián)系方式，組織秩序與時空表現(xiàn)形式；1系統(tǒng)論與景觀生態(tài)學(xué)1.1系統(tǒng)論簡介功能：系統(tǒng)對外部環(huán)境表現(xiàn)出的性質(zhì)、能力和功效；反饋：是系統(tǒng)輸入和輸出之間的相互作用，是系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)過程；信息：是系統(tǒng)的組織程度和有序程度，是物質(zhì)、能量時空不均勻性的表現(xiàn)；平衡：在一定條件下系統(tǒng)所處的相對穩(wěn)定的狀態(tài)；漲落：是對系統(tǒng)穩(wěn)定平衡態(tài)的偏離，又稱為干擾或噪聲；突變：在外部條件連續(xù)變化時系統(tǒng)發(fā)生在躍遷臨界點(diǎn)上的不連續(xù)性；自組織：是系統(tǒng)自發(fā)地走向有序結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和能力。功能：系統(tǒng)對外部環(huán)境表現(xiàn)出的性質(zhì)、能力和功效；1.1.2系統(tǒng)論的原則和研究方法系統(tǒng)論的基本原則是：整體性原則、關(guān)聯(lián)性原則、結(jié)構(gòu)性原則、動態(tài)性原則和開放性原則。系統(tǒng)論的研究方法和步驟：系統(tǒng)地提出問題、明確系統(tǒng)要素之間的相互關(guān)系、建構(gòu)邏輯和數(shù)學(xué)模型、根據(jù)問題的性質(zhì)和研究目標(biāo)，分析系統(tǒng)的特點(diǎn)和研究采用的方法、根據(jù)要求選擇最佳方案、確立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成和相互關(guān)系。1.1.2系統(tǒng)論的原則和研究方法1.2景觀生態(tài)學(xué)與系統(tǒng)論1.2.1景觀生態(tài)學(xué)的綜合整體思想由于研究對象的復(fù)雜性，景觀生態(tài)學(xué)必須采用綜合分析的方法來進(jìn)行研究。景觀生態(tài)綜合分析包含三個層次：第一個層次：由數(shù)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的系統(tǒng)方法構(gòu)成。第二個層次：由與組成景觀生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的地貌學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)、氣象學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科的方法構(gòu)成。第三個層次：是景觀生態(tài)學(xué)自身發(fā)展中形成的技術(shù)和方法體系，具有較強(qiáng)的綜合分析、表達(dá)、解釋、預(yù)測的能力。

1.2景觀生態(tài)學(xué)與系統(tǒng)論同時景觀生態(tài)系統(tǒng)是由相互作用的斑塊組成，以相似的方式重復(fù)出現(xiàn)，是具有高度異質(zhì)性的區(qū)域。因此，景觀系統(tǒng)由不同的生態(tài)系統(tǒng)以斑塊的鑲嵌的形式構(gòu)成，處于比一般生態(tài)系統(tǒng)更高的層次。景觀生態(tài)系統(tǒng)具有特定的結(jié)構(gòu)、功能，應(yīng)作為一個整體來進(jìn)行研究。1.2.2景觀生態(tài)學(xué)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性思想景觀生態(tài)系統(tǒng)是一個符合有機(jī)關(guān)聯(lián)原則的開放系統(tǒng)，除了各要素間的有機(jī)聯(lián)系外，還與周圍環(huán)境有物質(zhì)、信息、能量進(jìn)行交換。1.2.3景觀生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)性景觀生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)是與時間相關(guān)的，這種關(guān)聯(lián)是隨時間的演替呈動態(tài)性變化的。景觀生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、各要素的分布位置、數(shù)量不是固定不變的，而是隨時間而變化的，同時系統(tǒng)與外界有同時景觀生態(tài)系統(tǒng)是由相互作用的斑塊組成，以相似的方式重復(fù)出現(xiàn)物質(zhì)、能量、信息的交換。動態(tài)性保證了這種物質(zhì)能量、信息交換的存在，在系統(tǒng)中可以表現(xiàn)為相對穩(wěn)態(tài)，這種穩(wěn)態(tài)是系統(tǒng)動態(tài)性的一種表現(xiàn)。1.2.4景觀生態(tài)系統(tǒng)的有序性景觀生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展是由無序向有序的成長，伴隨著系統(tǒng)組織性的增長，景觀生態(tài)系統(tǒng)中的生物、非生物成分的物質(zhì)、能量等組成了一個有序的動態(tài)序列，系列中的相關(guān)組成成分存在有機(jī)關(guān)聯(lián)，這些就決定了景觀生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性能量流方向以及景觀變化方式與速率。人類在有序結(jié)構(gòu)中占核心地位。物質(zhì)、能量、信息的交換。動態(tài)性保證了這種物質(zhì)能量、信息交換的1.2.5景觀生態(tài)系統(tǒng)的目的性景觀生態(tài)系統(tǒng)的目的是達(dá)到整個系統(tǒng)的持續(xù)性。在偶然因素的作用下，其異質(zhì)性會增大，適度的異質(zhì)性增大將有利于系統(tǒng)向較好的方向發(fā)展，過度的異質(zhì)性會破壞一個原本穩(wěn)定的景觀生態(tài)系統(tǒng)。綜合整體性、有機(jī)關(guān)聯(lián)性、動態(tài)性、有序性和目的性是一般系統(tǒng)論最基礎(chǔ)的出發(fā)點(diǎn)，也是景觀生態(tài)學(xué)的五個最重要的基本特征。1.2.5景觀生態(tài)系統(tǒng)的目的性2等級理論與尺度效應(yīng)尺度是對所研究對象的一種限度，是對對象在不同層次上細(xì)節(jié)（分辨率）的一種反映，在不同的尺度上反映的細(xì)節(jié)的精度是不同的。在景觀生態(tài)學(xué)中等級和尺度的效應(yīng)更是重要的。2.1等級理論等級理論認(rèn)為：自然界是一個具有多水平分層等級結(jié)構(gòu)的有序整體，在這個有序整體中，每一個層次或水平上系統(tǒng)都是由低一級層次或水平上的系統(tǒng)組成，并產(chǎn)生新的整體屬性。在等級系統(tǒng)中，任何一個子系統(tǒng)都有自己上一級歸屬關(guān)系，是上一級系統(tǒng)的組成部分，同時，其對下一級系統(tǒng)有控制關(guān)系，即它由下一級子系統(tǒng)構(gòu)成。等級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的每一層次都有其整體結(jié)構(gòu)和行為特征，并有自我調(diào)節(jié)和控制機(jī)制。2等級理論與尺度效應(yīng)尺度是對所研究對象的一種限度，是對例如：生物圈是一個多重等級層次結(jié)構(gòu)的有序整體。由基本粒子組成原子核，原子核與電子共同構(gòu)成分子，而許多大分子組成細(xì)胞，細(xì)胞又組成有機(jī)體，有機(jī)體組成種群、種群構(gòu)成生物群落，生物群落與周圍環(huán)境一起組成生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)又與景觀生態(tài)系統(tǒng)一起組成總的人類生態(tài)系統(tǒng)。例如：生物圈是一個多重等級層次結(jié)構(gòu)的有序整體。由基本粒子組成等級理論最根本的作用在于簡化復(fù)雜系統(tǒng)，以便達(dá)到對其結(jié)構(gòu)、功能和行為的理解和預(yù)測。許多復(fù)雜系統(tǒng)，包括景觀系統(tǒng)在內(nèi)，可認(rèn)為是等級結(jié)構(gòu)。將這些系統(tǒng)中繁多而山相互作用的組分按照某一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組合，賦之以層次結(jié)構(gòu)，是等級理論的關(guān)鍵一步。某一復(fù)雜系統(tǒng)是否能夠被由此而化簡或其化簡的合理程度通常稱之為系統(tǒng)的可分解性。顯然，系統(tǒng)的可分解性是應(yīng)用等級理論的前提條件。用來“分解”復(fù)雜系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)常包括過程速率（如周期、頻率和反應(yīng)時間等）和其他結(jié)構(gòu)功能上表現(xiàn)出來的邊界或表面特征（如不同等級植被類型分布的溫度和濕度范圍、食物鏈關(guān)系及景觀中不同類型斑塊邊界等）。基于等級理論，在研究復(fù)雜系統(tǒng)時一般至少需要同時考慮三個相鄰層次：即核心層、上一層和下一層。等級理論最根本的作用在于簡化復(fù)雜系統(tǒng)，以便達(dá)到對其結(jié)構(gòu)、功能2.2尺度效應(yīng)尺度是指研究系統(tǒng)過程中的空間分辨率（resolution）、時間單位（空間尺度與時間尺度）。尺度蘊(yùn)含了對細(xì)節(jié)的了解水平。時間和空間尺度包含于任何景觀的生態(tài)過程中。在景觀生態(tài)過程中，小尺度表示研究較小的面積或較短的時間間隔，因而有較高的分辨率，但概括能力低，而大尺度研究較大的面積或較大的時間間隔，分辨率較低，但概括能力高。生態(tài)過程和約束是與尺度有關(guān)的。不同尺度的研究，揭示不同的內(nèi)在規(guī)律。長期的生態(tài)研究，尺度往往是數(shù)年、數(shù)十年或一個世紀(jì)，短期的研究不足以揭示其變化發(fā)展的規(guī)律。2.2尺度效應(yīng)而生態(tài)系統(tǒng)的時間延滯效應(yīng)非常明顯，許多生態(tài)過程需要長期的觀測研究才可以完成。生態(tài)系統(tǒng)的時間延滯也主要由以下幾個主要原因造成:1、某些生物和物理過程需要時間，如生物量的積累等。2、環(huán)境雖然改變，但仍有生態(tài)和生物量等的殘余。3、物質(zhì)、能量及有機(jī)體在不同景觀單元之間的運(yùn)移需要時間。4、引發(fā)一個生態(tài)過程的幾個必要條件很少同時發(fā)生。5、一系列因果關(guān)系的事件也增加了延遲時間。6、空間上景觀尺度的擴(kuò)展也會造成時間延遲。而生態(tài)系統(tǒng)的時間延滯效應(yīng)非常明顯，許多生態(tài)過程需要長期的觀測在生態(tài)系統(tǒng)和景觀生態(tài)水平上的長期生態(tài)研究，尺度的擴(kuò)展十分必要。一個單獨(dú)監(jiān)測研究點(diǎn)的結(jié)果常常隱含于“不可見地點(diǎn)”（invisibleplace)的研究結(jié)果中，這樣就會造成研究結(jié)果的不明確性，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究便提供了一個更大范圍的空間尺度研究。長期生態(tài)研究在空間尺度上分為幾個層次：小區(qū)尺度(plotscale)、斑塊尺度（patchscale）、景觀尺度、區(qū)域尺度(regionscale)、大陸尺度(continentscale)以及全球尺度（globalscale）。尺度的研究也因不同的研究內(nèi)容和目的而定。在生態(tài)系統(tǒng)和景觀生態(tài)水平上的長期生態(tài)研究，尺度的擴(kuò)展十分必要在景觀尺度上，比較不同景觀結(jié)構(gòu)和功能時，會發(fā)現(xiàn)景觀內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)移、有機(jī)體的運(yùn)動和能量的流動有所不同。這些不同的特征影響到物種的多樣性、種群的分布，在研究環(huán)境變化、污染的遷移轉(zhuǎn)化、土地利用和生物多樣性等生態(tài)過程時必須要有足夠的空間尺度才行。注意：由于景觀生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，在研究中，需要利用某一尺度上所獲得的知識或信息來推斷其尺度上的特征。這種方法稱為尺度外推，尺度上推和尺度下推。而景觀生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，外推十分困難，往往以計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)學(xué)模型為工具。尺度外推是景觀生態(tài)學(xué)中最具挑戰(zhàn)的研究領(lǐng)域。在景觀尺度上，比較不同景觀結(jié)構(gòu)和功能時，會發(fā)現(xiàn)景觀內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論ppt課件景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論ppt課件3異質(zhì)種群異質(zhì)性是景觀生態(tài)學(xué)中的重要概念，用來描述系統(tǒng)和系統(tǒng)屬性在時間和空間上的變異程度。3.1景觀異質(zhì)性的意義景觀異質(zhì)性是景觀尺度上景觀要素組成和空間結(jié)構(gòu)上的變異性和復(fù)雜性，是景觀結(jié)構(gòu)的重要特征和決定因素。異質(zhì)性對景觀的功能及其動態(tài)過程都有重要影響和控制作用。景觀異質(zhì)主要來源于環(huán)境資源的異質(zhì)性、生態(tài)演替和干擾。3異質(zhì)種群異質(zhì)性是景觀生態(tài)學(xué)中的重要概念，用來描述系統(tǒng)個體尺度是什么？甲蟲生存的景觀與大象生存的景觀的尺度是一回事嗎？個體尺度是什么？甲蟲生存的景觀與大象生存的景觀的尺度是一回事3.2異質(zhì)性與景觀穩(wěn)定性景觀是由異質(zhì)景觀要素以一定方式組合構(gòu)成的系統(tǒng)，景觀要素之間通過物質(zhì)、能量和住處的流動與交換保持聯(lián)系，決定了景觀要素之間的相互影響和控制關(guān)系，也決定了景觀的整體功能。由于景觀的空間異質(zhì)性能提高景觀對干擾的擴(kuò)散阻力，緩解某些災(zāi)害性壓力對景觀穩(wěn)定性的威脅，并通過景觀系統(tǒng)中多樣化的景觀要素之間的復(fù)雜反饋調(diào)節(jié)關(guān)系，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的波動幅度控制在系統(tǒng)可調(diào)節(jié)的范圍。3.2異質(zhì)性與景觀穩(wěn)定性4景觀生態(tài)學(xué)的核心概念景觀生態(tài)學(xué)的核心概念是：4.1景觀系統(tǒng)的整體性和景觀要素異質(zhì)性景觀是由景觀要素有機(jī)聯(lián)系組成的復(fù)雜系統(tǒng)，含有等級結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立功能特性和明顯的視覺特征，具有明顯邊界、可辨識的地理實(shí)體。一個健康的景觀生態(tài)系統(tǒng)具有功能上的整體性和連續(xù)性，從系統(tǒng)的整體性出發(fā)來研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能與變化，將分析與綜合、歸納與演繹互相補(bǔ)充，可深化研究內(nèi)容，使結(jié)論更具有邏輯性和精確性。通過對景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析、功能評價、過程監(jiān)測與動態(tài)預(yù)測等方法，采取多種手段，得出景觀系統(tǒng)綜合發(fā)展模式的最好表達(dá)。4景觀生態(tài)學(xué)的核心概念景觀生態(tài)學(xué)的核心概念是：異質(zhì)性是系統(tǒng)屬性的變異程度，景觀由異質(zhì)要素組成，景觀異質(zhì)性是景觀生態(tài)研究的基本問題之一。異質(zhì)性是同抗干擾能力、恢復(fù)能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性密切相聯(lián)的。而景觀格局的異質(zhì)性具體表現(xiàn)為景觀要素分布的不確定性。而異質(zhì)性的存在，使人類可通過外界輸入能量的調(diào)控，改變景觀格局使之更適宜于人類的生存。異質(zhì)性是系統(tǒng)屬性的變異程度，景觀由異質(zhì)要素組成，景觀異質(zhì)性是4.2景觀研究的尺度性尺度是景觀生態(tài)學(xué)研究的一個重要概念，前面已經(jīng)有所討論?？臻g尺度是指所研究生態(tài)系統(tǒng)的面積大小，而時間尺度是其動態(tài)變化的時間間隔。大尺度主要反映大氣候分異，中尺度主要反映地表結(jié)構(gòu)分異，小尺度主要反映土壤、植物和小氣候分異。景觀生態(tài)學(xué)的研究基本上是在中等尺度范圍。4.3景觀結(jié)構(gòu)的鑲嵌性一個系統(tǒng)的組分在空間結(jié)構(gòu)上互相拼接而構(gòu)成整體，這一性質(zhì)稱為鑲嵌性。景觀和區(qū)域的空間異質(zhì)性表現(xiàn)為梯度和鑲嵌，鑲嵌的特征是對象被聚集，形成清楚的邊界，連續(xù)空間發(fā)生中斷和突變。4.2景觀研究的尺度性斑塊—廊道—基質(zhì)理論是以鑲嵌性的一種理論表述。景觀斑塊是地理、氣候、生物和人文因素構(gòu)成的有機(jī)集合體，具有特定的結(jié)構(gòu)形態(tài)，表現(xiàn)為物質(zhì)、能量或信息的輸入或輸出單位。斑塊的大小、形狀不同、有規(guī)則和無規(guī)則之分，廊道曲直、寬窄不同，連接度也有高有低，而基質(zhì)也有從連續(xù)狀到孔隙狀，從聚集到分散態(tài)，構(gòu)成了鑲嵌變化，豐富的景觀格局。景觀鑲嵌的測定包括多樣性、邊緣、中心斑塊和斑塊總體格局測定等方面。其測定指標(biāo)有多樣性、優(yōu)勢度、相對均勻度、邊緣數(shù)、分維數(shù)、斑塊隔離度、易達(dá)性、斑塊分散度、蔓延度等指標(biāo)。斑塊—廊道—基質(zhì)理論是以鑲嵌性的一種理論表述。景觀斑塊是地理4.4生態(tài)流的空間擴(kuò)散與聚集生物物種與營養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)、能量在各個空間組分間的流動稱為生態(tài)流，這是景觀中生態(tài)過程的具體體現(xiàn)。由于景觀格局的影響，生態(tài)流分別表現(xiàn)為聚集與擴(kuò)散，是跨生態(tài)系統(tǒng)間的流動，以水平流為主。這種流動要通過克服空間阻力來實(shí)現(xiàn)。景觀中的能量、物質(zhì)、養(yǎng)分、物種等，都可以從一種景觀要素遷移到另一種景觀要素。4.4生態(tài)流的空間擴(kuò)散與聚集這些運(yùn)動取決于五種媒介物或傳輸機(jī)制：風(fēng)、水、飛行動物、地面動物和人。在景觀水平有三種驅(qū)動力：首先是擴(kuò)散，與景觀異質(zhì)相聯(lián)系，是一種低能耗過程，只在小尺度上起作用。其次是傳輸，即