第二章景观生态学基础理论.doc

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“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。例如为了研究人体的生物性状，我们首先了解各个系统，如消化系统、神经系统、免疫系统等的功能，这时候我们是将各个系统当作一个整体来予以研究的；而接着，我们要继续研究组成系统的各器官的功能，再接着是组织、细胞、分子、原子等层面，这便是一个逐层还原的过程。随着层层还原过程的深入，我们对人体的机制就能够得到越来越多的了解。等级理论（hierarchy theory）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。整个生物圈就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。生物体由细胞组成，而生物体的聚集组成种群，种群又组成生物群落，生物群落与周围环境一起组成生态系统，生态系统又与景观生态系统一起组成总体人类生态系统。 （2）最根本作用在于简化复杂系统，以便对其结构、功能和动态进行理解和预测。 2、尺度效应 2.1尺度定义 从生态学的角度来说，尺度（scale）是指所研究的生态系统的面积大小（即空间尺度），或者指所有研究的生态系统动态的时间间隔（即时间尺度）。在城市生态系统中，生物多样性保护的空间尺度包括从生物个体到整个城市生态系统及其周边地区的各种尺度。时间尺度也是必须考虑的重要问题。城市生态系统中的物种多度（abundance）和多样性（diversity）会随着季节的变化而变化。生物多样性随着时间和空间尺度变化而异，离开尺度来讨论生物多样性保护是毫无疑义的。 2.2尺度表达：粒度和幅度 空间粒度是指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或者体积。如，斑块大小、样方大小、遥感影像的像元或者分辨率大小等。 时间粒度是某一现象或者事件发生的频率或者时间间隔，如取样事件间隔，洪涝发生时间等。 幅度是指研究对象在空间或者时间上的持续范围。 2.3注意内容 在景观尺度上，比较不同景观结构和功能时，会发现景观内的物质运移、有机体的运动和能量的流动有所不同。这些不同的特征影响到物种的多样性、种群的分布，在研究环境变化、污染的迁移转化、土地利用和生物多样性等生态过程时必须要有足够的空间尺度才行。 注意：由于景观生态系统的复杂性，在研究中，需要利用某一尺度上所获得的知识或信息来推断其尺度上的特征。这种方法称为尺度外推，尺度上推和尺度下推。而景观生态系统的复杂性，外推十分困难，往往以计算机模拟和数学模型为工具。尺度外推是景观生态学中最具挑战的研究领域。 2.4尺度对生态学格局和过程的影响 景观格局和生态过程在不同尺度上会表现出不同的特征，当尺度发生改变时，景观格局和生态过程都会随之变化 （1）尺度对空间异质性的影响： 假设幅度一定，粒度增大通常会降低空间的差异。假设粒度一定，幅度增大将会包含更多的空间异质性，体现多样化的景观类型或者研究区域内更多的景观要素。 （2）尺度对景观稳定性的影响： 一个系统是否平衡依赖于人们所观察的尺度。 小尺度上——生态系统常表现出非平衡特征或者“瞬变特征”，可能会出现激烈波动； 大尺度上——生态系统常常可以克服其中局部生物反馈的不稳定性，而体现出较大的稳定性。 2.5 等级理论