第8章 大尺度生态学和微观生态学
基础生态学各章小结

生态学各章小结0 绪论生态学是研究有机体与环境相互关系的科学。
环境包括非生物环境和生物环境。
生物环境分种内的和种间的,或种内相互作用和种间相互作用。
按生物组织划分,生态学家最感兴趣的研究对象是有机体(个体)、种群、群落和生态系统。
生态学是在很广泛的尺度上进行研究的。
现代生态学承认的尺度有空间尺度、时间尺度和组织尺度。
生态学研究的方法分为野外的、实验的和理论的三大类。
1 第一章环境的概念是对应于特定主体而言因此不同学科对环境的范围有不同的理解。
生物生活的环境,是指生物体周围影响该生物生存的全部因素。
环境可以分为大环境和小环境,大环境影响了生物的生存与分布,小环境直接影响到生物的生活,更受生态学研究重视。
生态因子是指环境要素中对生物起作用的因子。
环境中有多种多样的生态因子作用于生物。
每种因子不是孤立的、单独的存在,总是相互联系、相互制约综合性地对生物作用。
生态因子有主次之分,并非等价的,并有阶段性作用,有不可替代性和补偿性作用。
环境生态因子影响了生物的发育、生长、繁殖和生存,生物的存在又改变了生态环境。
最小因子定律指出低于某种生物的最小需要量的生态因子成为该生物生存的限制因子。
事实上,任何生态因子当接近或超过某种生物的耐受极限,而阻止生物生存、生长、繁殖或扩散时,都成为限制因子。
当一种生态因子在数量上或密度上的不足或过多,即当其接近或达到某种生物的耐受限度时,会影响该种生物的生存与分布。
生物的生态幅反映了生物对生态因子的耐受范围,通过生物驯化和维持体内环境稳定,可调和扩大生物对生态因子的耐受范围,提高适应能力。
2 第二章太阳辐射能到达地球表面,带来光和热,成为地球上的能量环境。
由于太阳高度角大小不同,地球轴心倾斜的位置、地面的海拔高度、朝向和坡度等不同,导致地球表面不同纬度、不同海拔、不同季节,太阳辐射的时间、强度及光质呈昼夜节律及年周期性变化。
地表温度差异的形成主要取决于太阳辐射量和地球表面水陆分布,地形变化及海拔高度等也产生了影响,使各地的温度日节律及年周期性变化有所不同。
生态学中的尺度问题内涵与分析方法

生态学中的尺度问题内涵与分析方法一、本文概述生态学作为一门研究生物与其环境之间相互关系的科学,其研究领域广泛且复杂,尺度问题在其中扮演着至关重要的角色。
尺度问题,即生态学研究中不同空间和时间尺度上的变异和规律,是理解生态系统功能和动态的核心。
本文旨在深入探讨生态学中的尺度问题内涵,分析不同尺度下的生态学现象及其相互关系,并介绍常用的尺度分析方法,以期为生态学研究和实践提供有益的参考。
本文将对尺度问题的内涵进行详细阐述,包括空间尺度、时间尺度以及它们之间的交互作用。
空间尺度涵盖了从微观到宏观的各个层面,如细胞、个体、种群、群落、生态系统和生物圈等;时间尺度则从瞬间到长期演变,涉及生物的生长、发育、季节变化、生命周期以及生态系统的演替等。
尺度问题的内涵在于,不同尺度下的生态学现象具有不同的特征和规律,而这些现象又相互影响、相互制约,共同构成了一个复杂而有序的生态系统。
本文将分析不同尺度下的生态学现象及其相互关系。
通过案例分析和实证研究,揭示不同尺度生态学现象之间的内在联系和相互影响机制,为理解生态系统功能和动态提供新的视角。
本文将介绍常用的尺度分析方法,包括统计分析、模型模拟和遥感技术等。
这些方法在生态学尺度问题的研究中具有广泛的应用前景,能够帮助我们更好地理解和分析生态系统在不同尺度下的变异和规律。
本文将从多个角度深入探讨生态学中的尺度问题内涵与分析方法,旨在提高我们对生态系统功能和动态的认识和理解,为生态学研究和实践提供有益的启示和指导。
二、尺度问题的内涵尺度问题在生态学中具有深远且复杂的内涵。
尺度,简单来说,可以理解为观察或研究对象的空间范围和时间跨度。
在生态学中,尺度问题主要关注的是生物与其所处环境之间的相互作用如何随着空间和时间尺度的变化而变化。
这种变化可能表现为物种分布、种群动态、群落结构、生态系统功能以及生物多样性等多个方面。
尺度问题的内涵包括多个方面。
尺度问题涉及到生态学研究中的尺度依赖性,即某些生态现象或过程在特定的尺度下表现明显,而在其他尺度下则可能被忽略或难以察觉。
生态学尺度概念

生态学尺度概念The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020关于生态学尺度概念通过学习和讨论,我对尺度的相关概念有了一定的了解和理解。
1、生态学尺度的三重概念:生态学尺度的维数、种类、组分,是尺度的三个不重叠且相互联系的方面,它们有机地组成一个整合统一的尺度概念体系。
在尺度概念中,我认为最难区分的是尺度组分的部分概念。
尺度的组分包括粒度、幅度、间隔、分辨率、比例尺、支撑、覆盖度等。
这些组分之间是相互联系的,有些时候甚至是对同一尺度单元的不同表述。
比如,就空间上的最小可辨别单元而言,既可以表示粒度,也可以表示分辨率。
而对于分辨率、比例尺,我们也往往认为是相通的两个概念,不过分辨率的内涵更为丰富。
在具体研究过程中,我认为还是有必要交代清楚尺度组分及其含义的。
2、尺度效应:(1)尺度效应的普遍性:尺度效应是普遍存在的,归根结底由于在时空上,在不同层次上普遍存在着异质性,使得各种现象的格局和过程等,在时空和不同层次上不是连续的均匀分布,存在着一些“突变”。
根据分形理论,由于系统的自相似性,系统在一定尺度范围内往往不会发生显著的或者说具有统计学意义的变化,但一旦超出某一尺度域范围,就会出现“突变”现象。
而对于跨等级的尺度外推就是对这种普遍存在的异质性的聚合或者分解。
(2)尺度效应的表现:在随着尺度(尺度域或者尺度等级)的变化,景观格局或过程的统计分布发生变化,景观空间格局的改变,即特征尺度组分发生变化,出现新的过程,新的景观特性。
(3)尺度效应的启示:正是由于景观效应的存在,我们在实际研究中,应该鉴别出所研究的格局和过程对应的特征尺度,特征尺度的识别依赖于多尺度研究。
而在大多数研究中,是没有考虑到特征尺度的识别的,往往基于经验判断等,具有一定的任意性。
对于后续研究的启发是,在进行生态现象的格局或过程研究时,首先要考虑其特征尺度,可以通过相关文献查阅,或前期研究准备过程中对其尺度现象的分析,在要求更为精细时可以收集相关的数据,通过相应的方法、途径识别特征尺度。
生态系统生态学复习资料

第一章生态系统概论1、生态学起源洪堡《植物地理学随笔》关注的是什么决定了群落的物种组成和相对多度。
达尔文《物种起源》“是什么驱动力决定着这一草坪上每种植物种类与比例”恩斯特.赫克尔首次提出“生态学Ecology”坦斯利 1935 首次提出“生态系统ecosystem”,定义强调了生态系统中无机成分与有机成分以及生物有机体之间物质交换的重要性。
G.Evelyn Hutchinson(G.伊芙琳.哈钎森) “现代生态学之父”Raymond Lindeman(莱曼德.林德曼)“十分之一定律”Odum兄弟,能流,开创了“生态系统”研究的热潮,创建了能值理论与方法。
20世纪中叶,“生物多样性导致稳定性”的观点形成了以Robert MacArthur(侧重于研究较小等级的生态学系统)和Eugene Odum为首的两大学派。
广泛应用数学模型工具。
20世纪50-60年代酸雨等环境问题,导致环境生态学兴起,开始了生态系统定位研究。
《寂静的春天》1962 蕾切尔.卡逊2、生态系统的特性:(1)生态系统是生态学上的主要结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次;(2)生态系统内部具有自我调节能力。
生态系统的结构越复杂,物种数目越多,自我调节能力也越强。
但生态系统的自我调节能力是有限度的,超过了这个限度,调节也就失去了作用;(3)能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。
能量流动是单方向逐级递减的,物质流动是循环式的,信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息,构成了信息网;(4)生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动过程中的巨大损失。
因此生态系统营养级的数目通常不会超过5-6个;(5)生态系统是一个动态系统,要经历一个从简单到复杂,从不成熟到成熟的发育过程,其早期发育阶段和晚期发育阶段具有不同特性4、反馈:指当生态系统中某一成分发生变化的时候,它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化,这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分的过程5、生态系统生态学:指研究(1)生态系统组成要素、结构与功能、格局与过程、变化与演替,(2)系统内部组分之间及系统与外部环境之间的能量流动与物质循环,(3)人类活动和环境变化对生态系统的影响和反馈,(4)人为影响与调控生态系统的生态学原理、过程机理及管理技术的科学。
生态系统生态学书籍内容(2010)

体。实际上,正如196
统是同义语。
此外,还有一些与生态系统一词相类似的概 念,如:
☛生物群落biocoenosis (K.Mobius 1887) ☛微宇宙microcosm (S.A.Fobes 1887) ☛生物系统biosystem (A.Thienemann 1939)
生态系统生态学
(Ecosystem ecology)
主讲:柳小妮
第一章 绪论
第一节 生态系统生态学的定义、研究内容 和特点 一、生态系统生态学定义
生态系统生态学(ecosystem ecology)是研究生态系统的组 成要素、结构与功能、发展与演替,以及人为影响与调 控机制的生态科学。它是以生态系统为对象,对系统内 植物、动物、微生物等生物要素和大气、水分、C、N 等非生物要素及其作用进行不同层次的全方位研究。总 目标是指导人们应用生态系统原理,改善和保护各类生 态系统可持续发展。
原苏联植物生态学家V.N.Sukachev(1944),
在深入研究植物群落中种间和种内竞争的基础上, 提出了生物地理群落(biogeocoenosis)的概念。 生物地理群落是指在地球表面上的一个地段 内,动物、植物、微生物与其地理环境组成的功能 单位。他强调了在一个空间内,生物群落中各个成 员和自然地理环境因素之间是相互联系在一起的整
个功能单元(functional unit),充分体现出生态系统的
专 一 性 (obligatory relationship) 、 相 互 依 存 性 (interdependence)和因果关系(causal relationship)。到 20世纪90年代,Odumn(1993)深刻指出,生态系统是 一个开放的、远离平衡态的热力学系统,并多次强调
生态学之大尺度生态学

斑块-廊道-基地模式
廊道类型
组成景观的结构单元
线状廊道
廊道是一条很窄的带,植 被类型基本上是边缘占优势。 一般有7种:道路、铁路、 堤堰、沟渠、输电线、草本 或灌丛带、树篱。 廊道是一条很窄的带,其 宽度是可以造成一个内部环 境,含有内部种,每个侧面 都存在边缘效应。
斑块 廊道(corridor) 基底
景观生态学中的一般概念和理论
尺度及其相关概念 格局和过程 空间异质性和缀块形 种-面积关系和岛屿生物地理学理论 缀块-廊道-基底模式 边缘效应 Meta-种群理论 景观连接度、渗透理论和中性模型 等级理论 斑块动态理论
尺度及其有关概念
尺度(scale)
粒度( grain ) 空间粒度 时间粒度 幅度(extent) 空间幅度 时间幅度
尺度及其有关概念
尺度(scale)
粒度( grain ) 空间粒度 时间粒度 幅度(extent) 空间幅度 时间幅度
指某一现象或某 一干扰事件发生的频 率。
尺度和比例尺
尺度及其有关概念
尺度(scale)
粒度( grain ) 空间粒度 时间粒度 幅度(extent) 空间幅度 时间幅度
景观生态学
景观及景观生态学 景观的概念 景观生态学 研究的对象和内容 发展简史 景观生态学中的一般概念和理论 景观生态学研究的方法 景观生态学的应用
景观及景观生态学
景观(landscape)的概念 “景观”的三种理解:
尺度 生态学概念

尺度生态学概念尺度(Scale)是人类对自然环境的研究过程中不可或缺的概念,它是指研究物种时必须考虑的概念。
它是由空间、时间和量级组成的。
空间尺度指的是研究的单位的大小,时间尺度指的是研究的持续时间,量级尺度指的是研究的变量数量。
尺度(Scale)对生态学研究具有重要意义,因为它能够支持研究者深入探讨生态学问题。
此外,尺度会影响研究者得到的结果,因为选择了不同的尺度会得到不同的结果。
例如,研究物种分布时,如果采用小尺度,则可以获得更为详细的结果,而采用大尺度则可以获得更广泛的结果。
尺度(Scale)可以用来识别生态学中的潜在模式和机制。
一旦识别了这些模式和机制,就可以使用尺度来更深入地了解这些模式和机制是如何影响生态系统的变化。
例如,在研究物种分布时,如果将尺度从小尺度扩大到大尺度,那么就可以从更宏观的角度更好地理解这种分布是如何形成的。
尺度(Scale)也可以用来更好地理解生态学的某些概念,比如生态系统。
生态系统是一个复杂的系统,它由许多元素(如物种、物种相互关系、生态环境等)组成,且它们之间有复杂的相互关系。
因此,只有考虑到足够的尺度,才能正确理解生态系统海拔等参数的影响。
另外,使用尺度,还可以更进一步地探索到受到什么影响,以及什么影响会对生态系统产生什么影响。
此外,尺度(Scale)也可以用来评估生态学中的概念。
例如,可以考虑物种的分布、生态系统复杂性和生态服务等,以评价城市绿化规划的效果。
从尺度的角度看,这些概念不仅与尺度有关,而且也可以用来评估某种情况下的物种分布、生态系统复杂性和生态服务等。
总之,尺度(Scale)是生态学研究过程中不可或缺的重要概念,它不仅可以帮助研究者深入了解生态学中的一些概念,也可以用来评估生态学中的一些概念,以达到更好的研究目的。
生态学尺度及尺度推绎方法综述重点讲义资料

(noise)成分,可在另一较小尺度下表现为
(uncertainty)及验证的
尺度推绎的途径和方法
尺度上推
和li将尺度上推的方法归纳为两大类:基于相似性原理的推
张娜.生态学中的尺度问题:内涵与分析方法[m].生态学报,
thomas m.lillesand,ralph w.kiefer.遥感与图像解译[m].
2003.424-427.
刘志民,陈怀顺,赵晓英等.干扰与植被关系研究的特点和
[j].地球科学进展,2002(17):582-58.生态学报,
王东升,汤鸿霄,栾兆坤.分形理论及研究方法[j].环境科
2001,s1:10-16.
傅伯杰,陈利顶,马克明等.景观生态学原理与应用[m].北
:科学出版社,2000. 16-41,202-236.
grain)或分辨率(resolution)。例如,野外测量生物量的取样
(如一个月或半个月取1次),某一干扰事件发生的频率,
[6],是时间粒度的例子。空间粒度如样方、像
coarse scale)是指大
fine scale)则常指小空间范围或短时间,往往对应
(characteristic scales)、尺度效应(scale effects)和
通过适宜的空间和时间尺度可以揭示和把握复杂的生态
生态学; 尺度; 尺度推绎
世纪60年代,生态学家就注意到了尺度问题的重要性,对于
20世纪80年代中期,现在普遍深入
根据产生不确定性的来源,一些不确定性能被定量和降低(如
);一些能被定量,但很难降低(如数据的多样
);而其它甚至不能被定量(如模型结构的不确定性)。无论如何,
方差、变异系数、
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2013-1-25
普通生态学
13-10
不同尺度上的森林格局-安徽森林分布
安徽省 森林分布
2013-1-25
普通生态学
13-11
不同尺度上的森林格局-合肥市森林分布
示合肥市 森林分布
2013-1-25
普通生态学
13-12
斑块-廊道-基底模式
美国生态家R.Forman和法国生态学家M.Godron (1986) 认为,组成景观的结构单元不外有三种:斑块、廊道和基 底。斑块泛指与周围环境在外貌或性质上不同,但又具有 一定内部均质性的空间部分,具体包括植物群落、湖泊、 草原、农田、居民区等。廊道指景观中与相邻两边环境不 同的线性或带状结构,如农田间的防风林、河流、道路、 峡谷和输电线等。基底指景观中分布最广、连续性最大的 背景结构,常见的有森林基底、草原基底、农田基底、城 市用地基底等等。斑块、廊道、基底的划分是相对,与观 察的尺度相联系,实际划分是十分困难的。 近年来,斑块、廊道、基底为核心的一系列概念、理论和 方法已逐渐形成了现代景观生态学的一个重要方面。 R.Forman(1995)称之为斑块-廊道-基底模式。
尺度(scale):一般指对某一研究对象或现象在空间或时 间上的量度,分别称为空间尺度和时间尺度。 粒度(grain)和幅度(extent):尺度往往以粒度和幅度来 表达。 空间粒度指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、 面积或体积。时间粒度指某一现象或某一干扰事件发 生的频率。 幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围,研究 区域的总面积决定该研究的空间幅度;研究项目持续 多久则确定其时间幅度。 尺度和比例尺:大尺度指较大空间范围内的景观特征, 往往对应于小比例尺、低分辩率;小尺度指较小空间范 围内的景观特征,往往对应于大比例尺、高分辩率。
2013-1-25
普通生态学
13-13
地理生态学
地理生态学(geographic ecology): 主要 是研究大尺度的生物多样性和分布格局, 如岛屿生物地理学、物种多样性的纬度格 局以及大尺度的区域性或历史过程对生物 多样性的影响。
2013-1-25
普通生态学
13-14
岛屿生物地理学的平衡模型
2013-1-25
普通生态学
13-8
空间异质性和斑块性
空间异质性是 指生态过程和 格局在空间分 布上的不均匀 性及其复杂性。 空间异质性一 般可理解为空 间斑块性和梯 度的总和。 空间异质性表 现对尺度的依 懒性。
2013-1-25
普通生态学
13-9
不同尺度上的森林格局-中国森林分布
示中国 森林分布
2013-1-25
普通生态学
13-20
厄尔利诺现象后果
强的El Nino 给地球的 大部分地区带来及端干 旱或极其湿润的气候状况
2013-1-25
普通生态学
13-21
人类活动和全球氮循环
1909年,Haber用元素合成了氨,在Bosch主导下, 到1913年,这一发明以惊人的迅速商业化,从而使得 氨的大规模生产成为可能,19世纪50年代后期氮肥施 用的迅速推广,到19世纪80年代后期,世界范围内的 氮肥使用量增加到近80百万吨(Mt),到90年代后期, 已经达到85Mt以上。 90年代中期,世界耕作土地所 获得约170Mt 。 人类对全球氮循环的改变将: 减小相关植物和真菌的 多样性,改变植物和共生菌之间的互利共生关系,威 胁整个生态系统的健康和稳定;引起水体富营养化, 改变环境条件,对生物多样性构成威胁;污染环境, 危害人的健康。
2013-1-25
普通生态学
13-18
大气层和温室效应
红外辐射 NOx、CO2 、 CH4
吸收 温室气体
吸收
大气 过程
辐射
温室 效应
大气层的温室气体(NOx、CO2 、 CH4等)如同温室的玻璃,将较多的 辐射能截留在地球表层而致温度上升,这种现象称温室效应。
2013-1-25
普通生态学
13-19
2013-1-25
普通生态学
13-5
景观生态学的一般概念和理论
景观生态学
生物控制论观点 空间异质性
景观结构
斑块动态理论
景观连接度
岛屿生物地理学理论 渗透理论与阈限现象 生态过渡带理论 斑块-廊道-基底模式 格局与过程
景观功能 等级理论 尺度
景观动态
2013-1-25
普通生态学
13-6
尺度及其有关的概念
2013-1-25
普通生态学
13-7
格局与过程
格局:往往指空间格局,即斑块和其他组成单元的类 型、数目以及空间分布与配置等。 过程:过程则强调事件或现象发生、发展的程序和动 态特征。景观生态学常常涉及到的生态过程包括种群 动态、种子或生物体的传播、捕物和捕食者的相互作 用、群落演替、干扰扩散、养分循环等。
厄尔利诺现象
经向大 气循环 大尺度大气和海洋系统在全 球范围内对生态系统产生的 影响称El Nino现象。通常在 每年的圣诞节期间在秘鲁西 海岸出现暖流。因此称El Nino(义为Christ child)在 El Nino过程中,大风暴形成 的地点向东移动
在东热带太平洋出 现的海面温度低, 平均气压较高的现 象称La Nina,在此期 间,太平洋形成的 风暴向西移动
2013-1-25
普通生态学
13-4
景观和景观生态学
景观(Landscape) : 由若干生态系统组成的异质区域 (heterogeneous area), 这些生态系统构成景观中明显的 斑块(patches), 这些斑块称景观要素(landscape elements)。 景观生态学(Landscape ecology): 研究景观单元的类型组成、 空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。其研 究对象和内容可概括为3个方面,即景观结构、景观功能 和景观动态。
2013-1-25
普通生态学
13-24
臭氧层破坏
外大气层 中大气层 平流层 臭氧层 O3+Cl-→ Cl O+ O2 对 O2+UV→O+O 流 Cl O + O3 → Cl O2+O2 O3+UV →O2+O Cl O2 + UV → Cl- +O2 层 O+O2→O3 O+ O3→ 2O2 NOx+O2 →O3
迁 入 率 或 灭 绝 率 迁入的 新物种
物种灭绝
随着岛屿 物种数的 增加,新 物种的迁 入率减少
出现在平 衡点处的 物种数
● 出现的物种数
●
与此同时, 随着岛屿上 出现的物种 数增加,物 种的灭绝率 上升 物种库中的 总物种数
2013-1-25
普通生态学
13-15
物种丰富度的纬度变化趋势
1000
2013-1-25
普通生态学
13-29
微观生态学
分子生态学及其研究内容 分子生态学的研究方法
2013-1-25
普通生态学
13-30
第六章 思考题
名词解释: 景观 Meta-种群 景观生态学 全球生态学 El Nino现象 温室效应√
● ● ●
30
20
½ ùï Ö ý Æ ¾ Î Ö Ê
100
●●● ● ●
10
0 0 0
0 20
30
40
50
10
30
50
70
90
³ È ø Î ¶ ´
中美洲到北美洲的鸟类物种数 的纬度变化(依Dobzhansky, 1950数据绘制)
中国干旱地区小哺乳动物物 种数随纬度的变化
2013-1-25
普通生态学
2013-1-25
普通生态学
13-28
地理信息系统
地理信息系统(Geographical Information System,简 称GIS)是一个用于对地理数据进行采集、管理、查询、 计算、分析与可视表现的计算机技术系统。一般所指的 GIS是大型应用软件系统。 地理信息系统的基本功能: 地图数字化和数据可视化 数据查询 空间分析 基本图形运算 缓冲区分析 空间叠加 网络分析 栅格数据的空间分析
2013-1-25
普通生态学
13-22
土地覆盖和土地利用变化
人类活动主要是农业和城市化使地球上1/3-1/2的 无冰土地发生了变化 湿地破坏 森林砍伐 河流改道 全球土地利用格局的改变对生物多样性构成严重的威 胁。
2013-1-25
普通生态学
13-23
人类对大气成份的影响
人类燃料化石燃料增加了大气层的CO2浓度,大气层 的CO2浓度的增加可能对全球气候以及从种群到景观 水平的生态系统结构和过程产生影响。 工业废气和化石燃料的燃烧产生氮氧化物、硫氧化物, 可形成酸雨,对生态系统造成危害。
地面 臭氧层没有遭破坏情况下
CFCS 臭氧层遭破坏情况下
2013-1-25
普通生态学
13-25
“3S”技术在大尺度生态学研究中的应用
全球定位系统(global positioning system,GPS) 遥感(remote sensing,RS) 地理信息系统(geographic information system,GIS)
2013-1-25
普通生态学
பைடு நூலகம்
13-1
第7章 大尺度生态学和微观生态学
§1 大尺度生态学 §2 微观生态学
参考文献 思考题
2013-1-25