生态学景观生态学的相关理论
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。
景观生态学七大原理
景观生态学七大原理1. 生态位原理（Niche Principle）：生态位是指生物在生态系统中所处的位置及其对资源的利用状况。
生态位原理指出，生物在生态系统中的存在和发展取决于其在生态位中的适应性和竞争力。
生态系统中的物种多样性是生态位分化和特化的结果，而生态位的变化则会导致物种多样性的改变。
2. 生物多样性原理（Biodiversity Principle）：生物多样性是指生态系统中所存在的生物种类的丰富程度和种内个体数量的多寡。
生物多样性原理强调，生物多样性是生态系统稳定性和功能的重要基础，也是生物资源可持续利用的关键。
保护生物多样性有助于维持生态系统的稳定和健康。
3. 空间异质性原理（Spatial Heterogeneity Principle）：空间异质性是指生态系统中生物和非生物因素在空间上的不连续性。
空间异质性原理指出，空间异质性是生态系统结构和功能的基本特征，也是生物群落演替和物种分布的重要影响因素。
空间异质性对生物种群的生长、繁殖和扩散具有重要影响。
4. 时间序列原理（Temporal Sequence Principle）：时间序列是指生态系统中生物和非生物因素随时间的变化规律。
时间序列原理强调，生态系统中的生物和非生物因素在时间上的变化会导致生态系统的动态演变。
时间序列原理对于理解生态系统的发展和演替具有重要价值。
5. 相互作用原理（Interaction Principle）：相互作用是指生态系统中生物之间以及生物与环境之间的相互影响和相互制约。
相互作用原理指出，生态系统中的生物和非生物因素之间存在着复杂的相互作用关系，这些关系决定了生态系统的结构和功能。
相互作用原理对于理解生态系统的稳定性和生物多样性具有重要意义。
6. 能量流动与物质循环原理（Energy Flow and Matter Cycle Principle）：能量流动是指生态系统中的能量传递和转化过程，物质循环是指生态系统中的物质循环和再生过程。
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” (dissipative structure) 。
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。
第四章景观生态学一些基本法则与重要理论
中的小廊道来实现。 第四章景观生态学一些基本法则与
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重要理论
4）斑块形状：为完成斑块的几个关键性功能，其生态 学上的最佳形状应为一个大的核心区加上弯曲的边界和狭 窄的指状凸起，且其延伸方向与周围流的方向相一致。
5）生态系统间的相互作用：景观中所有生态系统都是相 互联系的，物质运动或流的速率随着距离的增大迅速减小， 但同类生态系统中物种间的相互作用减小得较慢。
第四章景观生态学一些基本法则与
9
重要理论
二、景观生态学中的一些重要理论 （一）岛屿生物地理学理论
1 基本原理
岛屿作为一种特殊的生境类型，生态学家们最早关注的 是岛屿面积与物种数量之间的关系，并由Preston(1962)提出 以下关于岛屿种—面积关系方程：
Ss=cAz
logSs=logc+zlogA
12）必要格局：自然保护中生态效益无可替代的最首要 格局，是一些大型自然植被斑块，保护水道的宽阔绿色走 廊，供关键物种在大斑块之间运动的连接通道，以及发达 地区提供自然异质性的小斑块和廊道。
第四章景观生态学一些基本法则与
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重要理论
其中： 1）～2）为景观与区域方面的一般法则； 3）～6）为斑块与廊道方面的一般法则； 7）～10）为斑块方面的一般法则； 11）～12）则是景观应用方面的法则。
3）大型自然植被斑块：大型植被斑块是景观中唯一可以
保护水源和相互沟通的水系网络，使多数内部物种得以生
存，为许多大栖境脊椎动物提供核心栖息地和庇护所，并
允许有近自然状态干扰的一种结构。可以设想，最优景观
是由几个大型自然植被斑块所组成的，并由分散在基质中
的一些小斑块所补充。或者，小斑块的功能也可以由基质
6）景观变化原理：在无干扰条件下，景观的水平结构逐 渐向着均质性发展；中度干扰将迅速增加异质性；而严重 干扰则可能增加，也可能减少异质性。
第二章 景观生态学的理论框架
生物在景观中的渗透不但依赖于景观结构， 也取决于物种的行为生态学特征。 生境面积的减少对于生物个体和种群迁移 有生境损失效应与生境隔离效应两种影响， 其中后者表现出明显的临界阈现象。
三、渗透理论
在物理流体学上，当介质密度达到某一临 界密度（critical density）时，渗透物突然能 够从介质的一端到达另一端。这种因为影 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 过程被称为临界阈现象，显示出由量变到 质变的特征。
景观连接度对于种群动态、水土流失和干 扰蔓延等的影响，都属于广义的临界阈现 象。 火灾蔓延、病虫害扩散、生物多样性衰减 与生境破碎化
种群的个体分布并不总是与生境适应性相 一致，适宜的生境被种群占据，种群密度 也并非总能作为生境质量的指标。
某一物种的个体可能会出现在对其不适宜 的第生境中，甚至集中到汇生境，此时如 果没有持续的迁入量，将导致种群就地灭 绝，种群空间理论和源-汇系统理论从不同 侧面对此过程做出了解释。
第二节 景观生态学的基本原理
作为镶嵌体的景观按其所含的斑块粒度---用 斑块的平均直径量度，可区分为粗粒和细 粒景观。
由于景观结构的镶嵌性，其中若干空间要 素（廊道、障碍和高异质性区域）的组合， 决定了物种、能量、物质和干扰在景观中 的流动或运动，表现为景观的抗性作用。
五 景观生态流与空间再分配原理
生物物种与营养物质和其它物质、能量在各个空 间组分间的流动被称为生态流，他们是景观生态 过程的具体体现。 物质运动过程总是伴随着一系列能量转化过程， 斑块间的物质流可视为在不同能级上的有序运动， 版跨的能级特征是由其空间位置、物质组成，生 物因素以及其他环境参数所决定。
景观生态学的原理及应用pdf
景观生态学的原理及应用一、引言景观生态学是研究自然和人类活动对景观格局和功能的影响的学科。
它是生态学的一个重要分支，旨在理解景观变化的原因和后果，并提供可持续土地管理和保护策略。
本文将介绍景观生态学的基本原理，并探讨其在环境保护和土地规划中的应用。
二、景观生态学的基本原理1.景观格局：景观生态学关注的重点是景观的空间结构和组成。
通过研究景观格局，可以了解景观内各种生态系统之间的相互关系，以及它们对自然过程的响应。
2.生态过程：景观生态学研究的另一个关键领域是生态过程。
这些过程包括能量流动、物质循环、种间相互作用等。
了解这些过程对景观生态系统的功能和稳定性至关重要。
3.景观变化：景观生态学通过研究景观变化的原因和模式，揭示人类活动对景观格局和生态过程的影响。
这有助于制定有效的土地管理和保护策略，以实现可持续发展。
三、景观生态学的应用1. 环境保护景观生态学在环境保护方面发挥着重要作用。
通过研究和评估景观对生物多样性、生态系统功能和生态过程的影响，可以制定合理的保护策略。
例如，通过保护和恢复关键的景观连接和栖息地，可以促进物种的迁移和种群的稳定。
2. 土地规划景观生态学为土地规划提供了科学依据。
通过分析和评估不同土地利用方式对景观格局和生态过程的影响，可以优化土地利用规划，提高土地利用的效益和可持续性。
此外，景观生态学的方法还可以用于评估和预测基础设施建设对景观的影响。
3. 生态恢复景观生态学可以指导生态系统的恢复工作。
通过了解景观格局和生态过程对生态系统功能的影响，可以制定合理的恢复策略。
例如，通过恢复破碎的景观连接和栖息地，可以促进物种的迁移和重建生态系统的稳定性。
4. 城市规划景观生态学在城市规划中也有广泛应用。
城市景观的合理规划和设计可以提供更好的生态服务，改善城市环境质量。
通过研究城市景观的空间结构和组成，可以优化城市绿地系统的布局，减少环境污染，提高城市生态系统的弹性和可持续性。
四、总结景观生态学作为一门交叉学科，关注景观格局和生态过程对生态系统的影响，具有重要的理论和应用价值。
第六讲 景观生态学中的一些重要理论
第六讲景观生态学中的一些重要理论一岛屿生物地理学理论1岛屿生物地理学理论的数学模型岛屿为自然选择、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。
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（3.1） S(t) 表示t 时刻的物种丰富度，I是迁入率， E灭绝率。
假定I 和E 具有种间均一性、可加性以及随时间的稳定性，它们随物种丰富度的增加则呈线形变化。
I (s) = I0 [ S p – S(t)] （3.2） I0单位物种迁入率或迁如入系数，E0单位灭绝率或灭绝系数E(s) = E0 S(t) （3.3） S p大陆物种库中潜在迁入种的种数两方程合并（3.3）代入（3.2）（3.4）该微分方程表示非平衡状态是物种丰富度随时间的变化率，积分得：（3.5）S(0)是到上初始种丰富度。
当迁入率等于灭绝率（I=E）时平衡态的物种丰富度为：（3.6）该式表明，对于某以岛屿，平衡状态物种丰富度取决于单位种迁入率和灭绝率，以及大陆物种库的大小。
为了探讨物种丰富度变化率及其平衡态值的关系，方程可改写为：（3.7）由此可知，种丰富度的变化率与t时刻和平衡态时种数的差成正比，而当S(t)< Se 种的丰富度增加；S(t)>Se 时，种的丰富度减小。
如将方程（3.6）代入（3.5）得（3.8）该方程反映，种丰富度的非平衡态值与其初始值、平衡态值以及迁入系数和灭绝系数的关系。
根据方程（3.8）可以求得岛屿从某一非平衡状态达到或恢复到平衡状态所需的时间。
即，（3.9） R 是种丰富度相对于平衡值在t时刻的偏离与其初始偏离之比（3.10）物种的迁入与灭绝于岛屿的面积、大陆物种库大小以及距离岛屿的距离有关Sp 代表大陆种库的大小，D 代表距离大陆的距离 A 岛屿面积均衡理论：物种数目的多少由物种向区域中的迁入和老物种的消失的动态变化决定的，维持的物种数量是动态平衡的结果。
景观生态学 第二章 基本理论与原理
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。
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3）复合种群动态涉及到的两个空间尺度
➢ 亚种群或缀块尺度
——这一尺度上，生物个体通过日常采食和繁殖活动发生 非常频繁的相互作用，从而形成局部范围内的亚种群单元
➢ 复合种群和景观尺度
——这一尺度上，不同亚种群之间通过植物种子和其他繁 殖体传播或动物运动发生较频繁的交换作用
由于生境质量差而只能靠外来生物个体或繁殖体维持生存的亚 种群称为“汇种群” ，其所在的缀块相应地称为“汇缀块” 。 而提供给汇缀块生物个体或繁殖体的亚种群称为“源种群” ， 其所在缀块相应地称为“源缀块” 。
物种周转率或更替率：通常是指单位时间内原有种被新 来种取代的数目。在理论上，平衡态时的物种周转率在数值 上等于种迁入率或种绝灭率。 就不同的岛屿而言，种迁入率随其与大陆种库（种迁入源） 的距离而下降。这种由于不同种在传播能力方面的差 异和岛屿隔离程度相互作用所引起的现象称为“距离效应”。 另一方面，岛屿面积越小，种群则越小，由随机因素引起的 物种绝灭率将会增加，该现象为“面积效应”。
图中实心环表示被种群占据的生 境缀块；空心环表示未被物种占 据的生境缀块， 虚线表示亚种群的边界，箭头表 示种群扩散方向
第三节 景观生态学中的一些重要理论
➢ 岛屿生物地理学理论 ➢ 复合种群理论 ➢ 景观连接度和空间渗透理论 ➢ 尺度、等级理论和景观复杂性 ➢ 缀块动态理论
景观生态学的理论基础
❖ （1）、热力学定律与熵理论
熵（entropy）是系统无组织程度的量度，是系统不可 逆性和均匀性的量度。根据热力学第二定律，热量总是 从高温向低温一端传递，系统的最终状态在热力学定律 的作用下，趋向一种均质化，是一种熵增过程。任何系 统要维持一定的组织结构，必需存在一定量的负熵流。
4）广义的复合种群概念
所有占据空间上非连续生境缀块的种群集合体，只要缀块之 间存在个体（对动物而言）或繁殖体（对植物而言），不管 是否存在局部种群周转现象，都可称为复合种群。
2、复合种群的类型 ➢ 经典型或Levins复合种群 ➢ 大陆—岛屿型或核心—卫星型复合种群 ➢ 缀块性种群 ➢ 非平衡态复合种群 ➢ 中间型或混合型复合种群
❖ （2）、整体论和系统论
整体论(holism)（Smuts，1926）认为，客观世界是 由一系列处于不同等级系列的整体所构成的，每个整 体都是一个系统，即处于相对稳定态中的相互关系集 合。景观中广泛存在的尺度效应，可能就是景观中不 同等级系列存在的重要佐证。
相对于整体论，系统论(system theory)揭示了处于 同一系统同的各部分的相互关系，以及这种相互关系 的总体效果。景观中各相互作用的要素间的关系更多 地表现为乘数效应而不是加法效应。
2）复合种群满足的条件
狭义的复合种群概念强调复合种群必须表现出明显的局部种群 周转（即局部生境缀块中生物个体全部消失，尔后又重新定居， 如此反复的过程），因此，复合种群必须满足两个条件：
➢ 频繁的亚种群（或生境缀块）水平的局部性灭绝； ➢亚种群（或生境缀块）间的生物繁殖体或个体的交流（迁移 和再定居过程）
系统论不仅是一种理论，同时也是研究复杂系统的一 种重要技术手段。
一、岛屿生物地理学理论
1、理论的主要内容
物种丰富度随岛屿面积或陆地群落的取样面积呈单调增加 的趋势，Perston（1962)提出著名的种—面积方程
S = cAz logS = z logA +logc 式中，S是种丰富度，A是面积，c和z是正常数。Z的理论 值为0.263，通常在0.18与0.35之间；c值得变化反映地理 位置变化对丰富度的影响。实际研究中，c和z值常采用统 计回归方法获得。
3、岛屿生物地理学理论的数学模型
S（t）表示t时刻的物种丰富度； I 是迁入率Leabharlann E 是绝灭率二、复合种群理论
1、复合种群的概念
1）狭义的定义 美国生态学家Levins在1970年创造了复合种群metapopulation) 一词，用来表示“由经常局部性绝灭，但又重新定居而再生的种 群所组成的种群”。换言之，复合种群是由空间上彼此隔离，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(如植物种子、 袍子)或生物个体的交流。 亚种群出现在生境缀块中，而复合种群的生境则对应于景观缀块 镶嵌体。“复合”一词正是强调这种空间复合体特征.
2、对种—面积关系的理论解释 1）面积与生境多样性成正相关，因此，种丰富度与面积亦 必然成正相关； 2）岛屿生物类群可看做是来自种源生物群落的子集或样本， 因此，种丰富度是取样面积和频度的函数； 3）岛屿生物群落的动态平衡理论：即岛屿物种丰富度取决 于两个过程：物种迁入和绝灭。因为任何岛屿上的生态位或 生境的空额有限，已定居的种数越多，新迁入的种能够成功 定居的可能性就越小，而已定居种的绝灭概率则越大。因 此，对于某一岛屿而言，迁入率和绝灭率将随岛屿中物种丰 富度的增加而分别呈下降和上升趋势。当迁入率与绝灭率相 等时，岛屿物种丰富度达到动态平衡状态，虽然物种的组成 在不断更新，但其丰富度数值保持相对不变
I，迁入率 E，灭绝率 R，平衡点物 种周转率 Se，平衡点 的物种数目 Sp，定居库 中的物种数目
岛屿生物地理学理论图示 岛屿上的物种数目由两个过程决定：物种迁入率和灭绝率。 图A，面积固定，离大陆越远，物种迁入率越小（距离效应） 图B，距离固定，岛屿的面积越小其绝灭率越大（面积效应） 面积较大而距离较近的岛屿比面积较小而距离较远的岛屿的平衡态物种数目要大； 面积较小和距离较近的岛屿比大而远的岛屿的平衡态物种周转率要高
熵理论是分析景观功能、结构、动态、系统承载力的重 要理论基础，但熵理论的应用对于生态学者也不一定完 全带来对社会发展前显的悲观结局的结论。有一种乐观 主义的观点认为，人类技术进步可以有效提升系统的承 载力。通过有目的地调整景观的内部结构，减少不必要 的负熵消耗，提高效率。譬如城市景观中交通系统的优 化，就是一个非常现实的增加负熵效率的景观工程。