景观生态学第二章.ppt

第二章 景观生态学的理论基础Landscape Ecology—Chapter Ⅱ 2 景观生态学的理论基础 2.1.2 “种—面积”曲线 2.4.1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。 景观生态学中的十大核心研究 2001年4月25-29日，美国景观生态学会年会上，由邬建国召集并主持的题为“21世纪景观生态学十大论题” 的研讨会。16位来自世界各地的景观生态学者讨论了“什么是21世纪景观生态学最重要的或最具挑战性的研究论题” 。 在2003年世界景观生态学大会上，由邬建国和RichardHobbs召集和主持题为“景观生态学中的关键论题和优先研究领域”的研讨会，成果为剑桥大学出版社出版的《 Key topic in landscape ecology 》。 （1）异质景观中的能量、物质和生物流过程 生态系统过程速率如何因空间和尺度而异? 在受人类活动不同特征和强度影响下的各种景观中，生态系统过程速率的差异性是由什么因素决定的? 在探究空间格局与生态过程之间的相互作用关系时，景观生态学须与种群生态学、群落生态学及生态系统生态学相整合。 （2）土地利用和覆盖变化的起因、过程和效应 土地利用利土地覆盖变化是影响景观结构、功能及动态的最普遍的主导因素之一。 土地利用和覆盖变化的主要驱动力是社会和经济过程，因此，经济地理学（研究经济活动的空间分布规律）和资源经济学（研究如何合理而高效地利用资源）在景观生态学中的应用尚有待发展。 土地利用和覆盖变化的过程及生态学效应（如对种群动态、生物多样性和生态系统过程的影响）还需要进行更深入的研究。 区域及全球气候变化和土地利用/覆盖历史对景观结构和功能影响的研究甚少，函待加强。 （3）非线性科学和复杂性科学在景观生态学中的应用 景观是空间上广阔而又异质的复杂系统。一些复杂性科学的概念和方法已在景观生态学中得到广泛应用 如分形理论、细胞自动机。 自组织、自组织临界态、复杂适应系统以及多稳态等理论 （4）尺度推绎 尺度推绎通常是指把信息从一个尺度转译到另一个尺度上。 尺度的概念在景观生态学中已受到广泛重视，但尚有许多重要研究问题函待解决： 研究格局与过程相互作用时如何确定合适尺度？ 如何在异质景观中进行尺度上推或下推? 小尺度实验结果如何外推到真实景观世界? 景观生态学研究中数据聚合和解聚的理论基础与操作原则是什么? （5）景观生态学方法论的创新 很多景观生态学问题都需以空间显式的方式在大尺度和多尺度上进行分析，而许多传统的生态学和统计学方法不宜用于研究空间异质性和景观复杂性。？？？ 空间隐式模型（非空间模型）：不直接考虑生境斑块的空间特征（面积、空间位置），使系统简化，方便数学推导和理论探讨，但其真实性受限； 空间显式模型（空间模型）：明确地考虑斑块空间特征及其亚种群动态，其数学形式往往较复杂，限制了其普遍性，但其真实性得以增加； 空间半显式（准空间模型）：特征介于两者之间。 应更多关注景观生态学研究中空间统计学（包括地统计学）方法应用的合理性、有效性及其生态学含义。 （6）景观指数与生态过程相结合，提高格局分析的科学性 如何把景观指数与生态学过程联系在一起 如何确定景观指数值变化的统计学或生态学显著性? 是否应该或如何去制定一系列标准以提高景观指 数选择和用其进行环境变化监测的规范化? 如何发展一些能反映社会、文化、生态多样性及异质性的整合型指数? （7）把人类和人类活动整合到景观生态学中 许多景观生态学研究是在大尺度上进行的，而大尺度生态学系统往往不可避免地受到人类活动的影响。 社会、经济过程驱动土地利用/覆盖变化，而土地利用/覆盖变化反过来也会影响景观结构、功能与动态。 （8