景观生态学的基本理论PPT推荐.ppt

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（二）尺度的表达尺度往往以粒度（grain）和幅度（extent）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或时间间隔。

幅度：

指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。

空间幅度：

所研究区域的总面积。

时间幅度：

研究项目持续的时间。

空间粒度和空间幅度,A、C、D、E具有同样的空间粒度。

A、B、E具有同样的空间幅度。

一般而言，从个体、种群、群落、生态系统、景观到全球生态学，粒度和幅度呈逐渐增加趋势。

大尺度（或粗尺度，coarsescale）:

是指大空间范围或时间幅度，往往对应小比例尺、低分辨率（因局部信息被忽略）地理学或地图学中的比例尺（Scale）不同于景观生态学中的尺度的用法，并且表现为相反的含义。

大比例尺-分辨率高，如1：

10万（大比例尺）分辨率高；

1：

100万分辨率低,景观生态学的研究基本对应着中尺度范围，即从几十公里到几百公里，从几年到几百年。

（三）、景观生态学的尺度研究,尺度转换的重要性,（四）尺度转换（尺度推绎Scaling）,生态学中大多数研究是在小范围和短时间内完成的，而且缺乏重复性。

然而，大尺度上的现象往往是很重要的。

因此，尺度转换在研究景观的格局和过程时非常重要。

尺度推绎尺度推绎（scaling）：

利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其它尺度上的特征，或者通过在多尺度上的研究探讨生态学结构和功能跨尺度特征的过程。

尺度上推（scalingup）和尺度下推（scalingdown）,将小尺度上的信息转换到大尺度上的过程。

将大尺度上的信息转换到小尺度上的过程。

尺度推绎的相关术语,粗粒化（coarse-graining）：

指当粒度增加时的信息转化过程，属于尺度上推的一种。

细粒化（fine-graining）：

指当粒度减小时的信息转化过程，属于尺度下推的一种。

外推（extrapolation）:

将信息从一个小的幅度转化到一个更大的幅度上的过程，属于尺度上推的一种。

空间内插值（spatialinterpolation）:

当涉及的空间数据不能覆盖整个研究区域时，需要用已测点的信息来估计未测点的数值，这一过程称为空间内插值。

（五）、尺度推绎的途径和方法,第一种方法：

简单聚合法通过同时增加模型的粒度和幅度，利用小尺度上的变量或参数的平均值来推出大尺度上的变量或参数平均特征。

第二种方法：

直接外推法（directextrapolation）把局部小尺度模型应用到景观中适合此模型的所有斑块，然后计算各种类型的所有斑块的（面积加权）输出总和，并作为对整个景观的估计。

粒度不变增加幅度,第三种方法：

期望值外推法（extrapolationbyexpectedvalue）先利用小尺度斑块模型对景观中不同类型的斑块进行模拟，然后根据其输出结果计算所研究景观特征的期望值，最后将期望值乘以景观的总面积而获得景观尺度的结果。

第四种方法：

显示积分法（explicitintergration）通过对小尺度模型在空间上的显示积分来实现。

该方法要求小尺度模型是空间显示的数学函数，而且能够积分。

三、岛屿生物地理学理论,岛屿：

是一种假设，被称作重要的自然实验室。

如沙漠中的绿洲、陆地中的水体、开阔地包围的林地和自然保护区等.,岛屿生物地理学理论,岛屿生物地理学理论定量阐述了岛屿上物种的丰富度与面积的关系,其关系式如下:

S=CAZ

（1）式中,S代表物种丰富度,A代表岛屿面积,C为与生物地理区域有关的拟合参数,Z为与到达岛屿难易程度有关的拟合参数。

距离效应：

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”。

面积效应：

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。

该现象称为“面积效应”。

岛屿上的物种数目由两个过程决定：

物种迁入率和绝灭率;

离大陆越远的岛屿上的物种迁入率越小（距离效应）；

岛屿的面积越小其绝灭率越大（面积效应）。

图1岛屿生物地理学动态模型,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大。

面积较小和距离较近的岛屿分别比大而遥远的岛屿的平衡态物种周转率要高。

岛屿生物地理学理论意义,1、丰富了生物地理学理论和生态学论；

2、促进了我们对生物种多样性地理分布与动态格局的认识和理解。

3、岛屿生物地理学理论的简单性及其适用领域的普遍性使这一理论长期成为物种保护和自然保护区设计的理论基础。

四、等级理论和景观复杂性,

（一）等级理论等级理论是20世纪60年代以来逐渐发展形成的，关于复杂系统结构、功能和动态的理论。

等级:

是一个由若干层次组成的有序系统，它由相互联系的亚系统（整体元holon）组成，亚系统又由各自的亚系统组成，以次类推。

属于同一亚系统中的组分之间的相互作用在强度或频率上要大于亚系统之间的相互作用。

整体元具有两面性或双向性：

相对于其低级层次表现出整体特性；

对于其高级层次表现出从属组分的受约束特性。

自然等级理论与尺度效应,等级理论认为：

任何系统皆属于一定的等级，并具有一定的时间和空间尺度。

整个生物圈是一个多重等级层次系统的有序整体，每一高级层次系统都是由具有自己特征的低级层次系统组成的。

景观是由不同生态系统组成的空间镶嵌体，同样具有等级特征，景观的性质依其所属的等级不同而异。

等级结构系统的每一层次都有其整体结构和行为特征，并具有自我调节和控制机制。

一定层次上系统的整体属性既取决于其各个子系统的组成和结构关系，也取决于同一层次上各相关系统之间的相互影响，并受控于上一级系统的整体特征，而很难与更低级层次或更高级层次上系统的属性和行为建立直接联系。

等级系统的结构,等级系统具有垂直结构和水乎结构：

垂直结构：

是指等级系统中层次数目、特征及其相互作用关系；

水平结构：

指同一层次整体元的数目、特征和相互作用关系。

等级系统分类：

巢式（或包含型，nested）：

在巢式等级系统中，高层次由低层次组成，即相邻的2个层次之间具有完全包含与完全被包含的关系。

例如，植被、土壤、地理等分类系统均为巢式等级系统。

非巢式（或非包含型，non-nested）：

在非巢式等级系统中，高层次与低层次不具有完全包含与完全被包含的关系。

例如，美国生物科学协会（AIBS）由许多学会组成（如生态学会、植物学会、分类学会、真菌学会等），各学会又由众多个人组成，从而形成一个等级系统。

然而许多人不只属于-个学会，因此该等级系统不具有完全包含性，应属于非巢式。

食物网往往形成非巢式等级系统。

等级系统理论的意义,概括地说，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结构、功能和过程，需要重点研究解决的问题也不相同。

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。

（二）景观复杂性,景观作为动态缀块镶嵌体，在空间和时间上都表现出高度复杂性。

复杂系统往往有许多组分，但系统复杂性主要还是由组分间相互作用来决定。

还与观察者有关。

生态系统的复杂性来源于时间和空间的异质性和大量组分间的非线性相互作用。

复杂性分类,Weave（1948）按照系统结构的性质将复杂性分为3类:

有组织简单性：

=小数系统（Weinberg，1975）。

所含变量少，相互作用形式简单，复杂性最小。

采用牛顿力学、传统的种群模型等。

无组织复杂性：

=大数系统（Weinberg，1975）。

其组分数量很多，但组分的性质相同或相似，而且组分有高度的随机行为。

采用统计学方法很有效（如统计力学、生物统计学）。

有组织复杂性：

=中数系统（Weinberg，1975）。

生态学和环境科学中的大多数问题涉及到中数系统，用分析数学的方法研究中数系统，因其变量太多而不宜;

若用统计方法，而因其变量不够多利组分的非随机行为也不适宜。

解决这一难题的两个途径就是，在条件允许的情况下将中数系统转换成小数系统，或者发展完全不同于分析数学和统计学的新方法。

从a到d连接度依次降低,1.景观连接度：

是指景观空间结构单元之间的连续性程度。

景观连接度可分为：

结构连接度：

景观在空间上表现出的表观连续性它要受研究的特定景观要素的空间分布特征和空间关系的控制，可通过对景观要素图进行拓扑分析加以确定功能连接度：

景观对象或过程表现出的特征连续性,五、景观连接度与渗透理论,景观连接度对研究尺度和研究对象的特征尺度有很强的依赖性，不同的尺度上景观空间结构特征、生态学过程和功能都有所不同，景观连接度的差别很大；

结构连接度和功能连接度之间有着密切的联系，许多景观生态过程功能与景观的功能连接度依赖于景观的结构连接度，但也有许多景观生态过程和功能的连接度与结构连接度没有必然联系。

仅考虑景观的结构连接度，而不考虑景观生态过程和功能关系，不可能真正揭示景观结构与功能之间的关系及其动态变化的特征和机制，也就不可能得出能够确实指导景观规划和管理的可靠结论。

渗透理论最初是用以描述胶体和玻璃类物质的物理特性，并逐渐成为研究流体在介质中运动的理论基础，一直用于研究流体在介质中的扩散行为。

其中的临界阈值现象也常常可以在景观生态过程中被发现，例如，种群动态、水土流失过程、干扰蔓延、动物的运动和传播等,2.渗透理论,临界阈现象:

是指某一事件或过程（因变量）在影响因素或环境条件（自变量）达到一定程度（阈值）时突然地进入另一种状态的情形。

也就是一个由量变到质变的过程，从一种状态过渡到另一种截然不同状态的过程。

渗透理论:

是研究临界阀现象的。

其最突出的要点就是当媒介的密度达到某一临界密度时，渗透物突然能够从媒介材料的一端到达另一端。

景观中的中性模型,自20世纪80年代以来，渗透理论在景观生态学研究中的应用日益广泛（干扰的蔓延、种群动态），并逐渐地作为一种“景观中性模型”而著称。

中性模型（neutralmodel）:

是指不包含任何具体生态学过程或机理的，只产生数学上或统计学上所期望的时间或空间格局的模型。

Gardner等（1987）相应地将景观中性模型定义为“不包含地形变化、空间聚集性、干扰历史和其他生态学过程及其影响的模型”。

景观中性模型的最大作用是为研究景观格局和过程的相互作用提供一个参照系统。

通过比较随机渗透系统和真实景观的结构和行为特征，可以有效地检验有关景观格局和过程关系的假设。

渗透理论基于简单随机过程，并有显著的而且可预测的阈值特征，因此是非常理想