02景观生态学的理论基础

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。

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Landscape ecology二、景观生态学的研究内容与基本原理（一）研究内容景观生态学是研究景观的结构功能和变化及景观的规划管理。

景观结构：指的是不同景观要素之间的空间关系（各种生态系统的性状、大小、数目、种类和构图与能量、物质和物种分配的关系）景观功能：指的是多种景观要素之间的相互作用，即不同生态系统之间的能流、物质流和物种流。

景观变化：指的是景观在结构和功能上随时间的变化。

景观管理：是将景观生态学的基本理论，应用于生产实践。

主要内容是通过综合分析景观特征，提出景观利用管理最优化方案。

包括下述内容：①景观生态分类；②景观生态评价；③景观生态规划设计；④景观生态规划设计的实施。

（二）景观生态学的理论基础与基本原理景观生态学的理论基础是整体论（holism）和系统理论（system theory）。

整体论是1926年由Smuts提出的哲学思想，这一思想说明，客观现实是由一系列的处于不同等级系列的整体所组成，每一整体都是一个系统，即处于一个相对稳定态中的相互关系集合。

稳定态的维持机制称之为内稳定性，它是靠一系列正反馈和负反馈因素使系统处于两种动态平衡之中。

所以从根本上说，景观生态学研究的就是内稳态的机制，也就是研究地表所有作用因素之间的相互关系如何，它们又是如何造成水平和垂直的异质性的。

关于垂直异质性问题，由于欧洲学者对景观和景观生态学的理解，与R．Forman和M．Godron的定义有所区别，比如荷兰学者I.S.Zonneveld指出，应将景观视为一个生态系统，而又认为生态系统的概念不包括范围大小。

景观是在地球表面由所有作用因素形成的开放系统。

这些因素组成三维现象。

水平方面表现在互相联系的要素的水平格局上，垂直方面表现在存在着相互作用的很多“层”上。

景观的每一层成为一门科学的研究对象（如地质学、土壤学、植被学等），而独有景观生态学则将全部土地属性形成的垂直异质性作为一个整体来研究。

景观生态学第一章景观：狭义的景欢是指几十平方千米至几百平方千米范围内，由不同生态系统类型所组成的异质性的地理单元。

广义的景欢是指从微欢到宏欢不同尺度上的、具有异质性或斑块的空间单元。

景观生态学的学科特点：1.强调空间异质性2.注重尺度在研究景观格局和过程中的作用3.整体性和系统性4.综合性和宏观性5.人类主导性景观生态学形成的理论基础：1.整体论与系统论：整体论是1926年由斯穆茨提出的哲学思想。

这一思想表明：客欢现实是由一系列的处于不同等级系列的整体所组成，如原子、分子、有机体、人类社会、地球、宇宙等。

每一个整体都是一个系统，即处于一个相对稳定状态中的相互关系集合。

系统论是由美藉奥地利生物学家贝塔朗菲在第二次世界大战前后提出来的。

系统论认为；系统的性质和规律存在于全部要素的相互联系和相互作用之中，各组分孤立的特征和活动的简单加和不能反映系统的整体面貌。

2.等级理论：等级理论是20世纪60年代以来逐渐发展形成的、关于复杂系统的结构、功能和动态的系统理论。

其最根本的作用在于简化复杂系统，以便达到对其结构、功能和行为的理解和预测。

3.岛屿生物地理学理论：岛屿生物地理学理论是在研究海洋环境中岛屿上的物种成分、数量及其变化过程时提出来的。

它把物种或种群定居和灭绝作为基本过程来研究，认为海岛上的物种数目（多样性、丰富度）与岛屿的面积、孤立程度、年龄有关，并且受迁入和灭绝两个过程的控制。

以MacArthur和Wilson于1967年提出的“均衡理论”为标志，岛屿生物地理学理论已成为成熟的理论。

该理论认为，岛屿上的物种数决定于物种迁入和死亡的平衡，迁入率曲线与死亡率曲线交点上的种数，即为该岛上预测的物种数。

4.复合种群理论与源—汇模型5.渗透理论与中性模型6.空间镶嵌和斑块动态理论第二章斑块：是外貌和属性与周围景观要素有明显区别，且空间上可分辨的非线性景观要素。

斑块包括：环境资源斑块，干扰斑块。

引入板块，残存斑块。

景观生态学第一章景观：指几十平方千米至几百平方千米范围内，由不同生态系统类型所组成的异质性的地理单元。

还包括，美学概念，地理学概念，生态学概念景观生态学的学科特点：1.强调空间异质性2.注重尺度在研究景观格局和过程中的作用3.整体性和系统性4.综合性和宏观性5.人类主导性景观生态学形成的理论基础：1.整体论与系统论2.等级理论3.岛屿生物地理学理论（是指在研究海洋环境中岛屿上的物种成分、数量及其变化过程时提出来的。

可能考）4.复合种群理论与源—汇模型5.渗透理论与中性模型6.空间镶嵌和斑块动态理论第二章斑块：是外貌和属性与周围景观要素有明显区别，且空间上可分辨的非线性景观要素。

斑块包括：环境资源斑块，干扰斑块。

引入板块，残存斑块。

（图2-1）论述题：应用岛屿生物地理学理论论述斑块面积与物种数量的关系及形成机制。

第三章廊道按结构和性质划分：线状廊道，带状廊道，河流廊道（是指水生、陆生的交界面，指沿河分布在水道两侧不同于周围基质的植被带，包括河床、河漫滩、堤坝及部分岸上的高地，其宽度随河流的大小而变化。

重点）。

城市廊道分为：绿色廊道，蓝色廊道，灰色廊道。

绿色廊道：是以植物绿化为主题的现状要素，如街道绿化带,环城绿化，滨水河岸植被带等蓝色廊道：城市中各种河流，海岸等灰色廊道：指那些人工味十足的街道，公路，铁路等廊道的功能（选择题要了解）：资源功能，通道功能，屏障功能，防护功能，美学功能廊道效应：指交通廊道产生的各种自然，经济，社会综合效应，由此决定了影响交通用地价值的类型和强度，而且廊道效益由中心向外逐步衰减，遵循距离衰减率。

廊道效应包括：1.人工廊道和自然廊道2.廊道的宽度效应廊道的连接度包括：功能连接度和结构连接度。

功能连接度：以所研究的生态学对象或过程特征来确定的连通性。

结构连接度：指景观单元在空间上表现出来的表现连通性。

生态廊道设计过程中应该注意的关键性问题：数目，基质，宽度，连接度，构成，关键点。

景观⽣态学的理论基础许多学者对景观⽣态学基础理论的探索已经作出了重要贡献，例如Risser等提出的5条原则，Forman等提出的7项规则等等。

但从景观⽣态学理论研究现状来看，⽬前⽤理论这⼀术语表达景观⽣态学的基础理论，⽐⽤原理、定律、定理等⽅式更适宜些。

相关学科为景观⽣态学提供的基础理论，概括起来主要有以下7项。

1.⽣态进化与⽣态演替理论 达尔⽂提出了⽣物进化论，主要强调⽣物进化；海克尔提出⽣态学概念，强调⽣物与环境的相互关系，开始有了⽣物与环境协调进化的思想萌芽。

应该说，真正的⽣物与环境共同进化思想属于克⾥门茨。

他的五段演替理论是⼤时空尺度的⽣物群落与⽣态环境共同进化的⽣态演替进化论，突出了整体、综合、协调、稳定、保护的⼤⽣态学观点。

坦斯⾥提出⽣态系统学说以后，⽣态学研究重点转向对现实系统形态、结构和功能和系统分析，对于系统的起源和未来研究则重视不够。

但就在此时，特罗尔却接受和发展了克⾥门茨的顶极学说⽽明确提出景观演替概念。

他认为植被的演替，同时也是⼟壤、⼟壤⽔、⼟壤⽓候和⼩⽓候的演替，这就意味着各种地理因素之间相互作⽤的连续顺序，换句话说，也就是景观演替。

毫⽆疑问，特罗尔的景观演替思想和克⾥门茨演替理论不但⼀致，⽽且综合单顶极和多顶极理论成果发展了⽣态演替进化理论。

⽣态演替进化是景观⽣态学的⼀个主导性基础理论，现代景观⽣态学的许多理论原则如景观可变性、景观稳定性与动态平衡性等，其基础思想都起源于⽣态演替进化理论，如何深化发展这个理论，是景观⽣态学基础理论研究中的⼀个重要课题。

2.空间分异性与⽣物多样性理论 空间分异性是⼀个经典地理学理论，有⼈称之为地理学第⼀定律，⽽⽣态学也把区域分异作为其三个基本原则之⼀。

⽣物多样性理论不但是⽣物进化论概念，⽽且也是⼀个⽣物分布多样化的⽣物地理学概念。

⼆者不但是相关的，⽽且有综合发展为⼀条景观⽣态学理论原则的趋势。

地理空间分异实质是⼀个表述分异运动的概念。

第二章（II）景观生态学理论基础一、整体论和系统论客观现实是由一系列的处于不同等级系列的整体所组成，每个整体都是一个系统，即处于一个相对稳定状态中的相互关系集合中。

与整体论相反的是还原论。

还原论：所谓还原，是一种把复杂的系统（或者现象、过程）层层分解为其组成部分的过程。

还原论认为，复杂系统可以通过它各个组成部分的行为及其相互作用来加以解释。

例如，为了考察生命，我们首先考察神经系统、消化系统、免疫系统等各个部分的功能和作用，在考察这些系统的时候我们又要了解组成它们的各个器官，要了解器官又必须考察组织，直到最后是对细胞、蛋白质、遗传物质、分子、原子等的考察。

现代科学的高度发达表明，还原论是比较合理的研究方法，寻找并研究物质的最基本构件的做法当然是有价值的。

与还原论相反的是整体论，比如考察一台复杂的机器，还原论者可能会立即拿起螺丝刀和扳手将机器拆散成几千、几万个零部件，并分别进行考察，这显然耗时费力，效果还不一定很理想。

整体论者不这么干，他们采取比较简单一些的办法，不拆散机器，而是试图启动运行这台机器，输入一些指令性的操作，观察机器的反应，从而建立起输入──输出之间的联系，这样就能了解整台机器的功能。

整体论基本上是功能主义者，他们试图了解的主要是系统的整体功能，但对系统如何实现这些功能并不过分操心。

这样做可以将问题简化。

景观生态学强调研究对象的整体特征和系统属性，从整体和系统的角度揭示景观以及景观要素之间相互联系、相互作用的共同本质和内在规律性，从而避免单纯的使用还原论的研究方法将景观分解为不同的组成部分，然后通过研究其组成部分的性质和特点去推断整体的属性。

整体论的景观生态学把构成景观整体的所有元素都作为研究的变量和目标，通过合理的设计，将各组成分有机结合，使得“整体大于部分之和”，最终是景观系统结构和功能达到整体最优。

事实上整体论总是只能进行一些初步的研究，一旦深入下去就必须使用还原论的方法。

因此，对待自然界，我们总是首先了解其大致的、整体的规律，这是整体论的方法，接着一定要再对它层层进行还原分解，以此考察和研究它的深层次本质规律。