景观生态学：生态系统的空间异质性

许多生态现象对空间异质性与空间镶嵌体内的流很敏感,作为一门涉及空间动态变化（含有机体流、物质流和能量流）和受控于异质性镶嵌体内生态流方式的学科,景观生态学提供了探索空间异质性和揭示空间格局怎样控制生态过程的新途径。景观生态学是一门研究空间格局对生态过程相互作用的科学,它促进了空间关系模型和理论的发展、空间格局与动态方面新型数据的采集以及生态学中很少强调的对空间尺度的检验。从生态学发展史来看,为方便或简化起见,空间被假定为同质的,研究过程中的尺度也被强调为均质的,这样异质性就成为一种不受欢迎的复杂…     

景观生态学的核心:生态学系统的时空异质性

1　景观生态学与景观异质性景观生态学是研究在一个相当大的区域内 ,由许多不同生态系统所组成的整体 (即景观 )的空间结构、相互作用、协调功能以及动态变化的生态学新分支[1 ] 。它的出现促进了空间关系模型和理论、空间格局与动态的数据类型的获取以及经典生态学很少涉及的空间尺度检测等方面的发展[2 ] 。Ｒｉｓｓｅｒ等认为景观生态学研究就是异质性的研究[3] 。其实 ,“景观”本身就具有“变化的异质性整体”的含义[4] 。景观生态学集中关注于对生态系统空间关系的研究 ,它把景观视为空间上镶嵌出现和紧密联系的生态系统组合 ,景观可…     

景观生态学——概念与理论

现代景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓和迅速发展的学科。因此 ,不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同 ,就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点和论说。概括地说 ,景观生态学研究的重点主要集中在下列几个方面 ,即 :空间异质性或格局的形成及动态 ;空间异质性与生态学过程的相互作用 ;景观的等级结构特征 ;格局 -过程 -尺度之间的相互关系 ;人类活动与景观结构 ,功能的反馈关系以及景观异质性 (或多样性 )的维持和管理[1～ 6] 。反映这些研究重点的主要景观生态学概念和理论是什么呢 ?本文拟在总结该学科最近 2…     

生态学范式变迁综论

拟总结生态学研究在若干方面的最新进展,并涉及到平衡与非平衡、同质性与异质性、决定性与随机性,以及单一尺度与等级关联等问题。在此基础上,作者将对生态学中的范式变迁作一论述。缀块动态观点和等级理论的结合,使尺度与空间异质性明确地联系在一起,从而正在形成一个新的生态学范式,并导致了关于生态学系统时空动态的新观点。等级缀块动态范式的主要内容包括缀块等级系统概念、系统动态与缀块变化观点、格局－过程－尺度观点     

区域生态学的特点、学科定位及其与相邻学科的关系

区域生态学作为生态学的一门重要分支学科,起源于20世纪70年代的区域综合科学考察和环境污染调查,旨在研究区域生态环境问题形成背景和驱动因子,探讨区域生态环境问题解决的思路和方法。基于前人研究成果和文献综述,系统分析了区域生态学研究的特点,剖析了区域生态学的性质和学科定位。在此基础上进一步比较了区域生态学与景观生态学、生态系统生态学、区域自然地理学和宏观生态学的共性与差异。认为:(1)区域生态学研究对象是具有特定生态环境属性的区域生态综合体,既具有特定要素主导下的空间均质性,也具有多种要素耦合作用下的空间异质性特征,是一门问题导向的应用性基础学科;(2)区域生态学研究需要具有多元综合、问题导向和系统集成的思维,从多层次、多视角探讨区域生态环境问题的解决方案;(3)区域生态学属于宏观生态学研究的范畴,处于分子生态学、个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学这个生态学学科体系的较高层次。     

3S技术及其在生态学研究中的应用

随着国民经济的迅速发展,人类对资源环境的需求越来越高,及时、准确、动态地获取资源现状及其变化信息对资源、生态环境的保护及可持续发展具有重要意义。本文综述了3S技术即遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）的概念、特点及其研究进展,探讨了3S技术在景观生态学及景观异质性研究、空间格局分析与模拟的应用;并对3S技术在群落生态学、植被、生物多样性研究、植被制图以及其它生态学领域中的应用作了展望。     

景观生态学:海洋生态系统研究的一个新视角

全球海洋生态系统作为异质性的复杂巨系统是一类景观生态系统 ,具有明显的等级结构 ,因此 ,景观生态学的原理和方法完全可以应用到海洋生态学的研究中来。生态系统的尺度限制了海洋生态学向更加宏观的方向进一步发展 ,在景观的水平上 ,运用景观生态学的理论和方法可以更好地在多个尺度上开展深入广泛的研究。本文不仅讨论了海洋景观的空间异质性 ,而且就海洋景观生态学的若干研究方向进行了探讨。     

宏观生态学研究的特点与方法

宏观生态学是研究生态系统以上层次的生态学,研究对象为大尺度复杂系统,研究内容和方法都具有不同于传统生态学的明显特点．重视对空间异质性的研究,重视人类的生态作用,注意运用等级结构理论,其研究结果常常是非实验性和非稳定性的．遥感和地理信息系统是空间数据采集和管理、分析的主要手段,景观分析和景观模型是宏观生态研究的重要方法,定位观测试验的网络研究则是实现宏观整体研究的必由之路．     

景观异质性研究评述

通过对国内外大量资料的整理分析,对景观异质性的产生机制、分类、 在景观生态学研究中的地位及其测度方法进行了评述,在对景观异质性与景观稳定性、景观规划和管理以及生态学上的干扰、尺度、生物多样性之间相互依存关系论述的基础上,指出了当前景观异质性研究的复杂性,测度方法的不系统性,景观异质性建模在理论与实践上的困难性与局限性,并对生态复杂性研究的理论和方法应用于景观异质性研究进行了展望。     

土壤生物及其对土壤生态学发展的影响

土壤生物区系、土壤生物多样性和全球变化已成为土壤生态学研究的肖沿领域,土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性,某一等级层次上的土壤生物群落的组成和结构可以对其它等级层次上的资源空间异质性产生影响,而这种空间异质性受到许多生物圈层－－土壤功能区域所维持。本文评价了土壤生物区系在土壤生态系统过程中的作用,论述了土壤生物多样性与生态系统功能的关系,讨论了土壤生态系统对全球变化的影响。     

What kind of spatial and temporal details are required in models of heterogeneous systems?

Spatial and temporal heterogeneity can make ecological systems hard to understand and model. We propose a simple classification of the types of spatial and temporal complexity contained in ecological systems, and describe the kinds of data and models needed to account for each. We classify ecological systems by the presence of heterogeneity at the scale of study, the nature of their dynamics (linear vs non-linear), attributes of the patches that constitute the heterogeneous system, and the presence and directionality of interactions among patches. Heterogeneity in space and time are nearly equivalent in our framework. Advanced modeling skills are necessary to create appropriate mathematical representations of highly complex systems (with non-linear dynamics, patches with more than one kind of important attribute, or interactive patches). Simple models can work well when the scale of heterogeneity is much finer than the scale of observation, when low precision is sufficient, when patches interact only weakly, or when empirical approaches are used to fit functions and constants. Having a way to classify complexity in space and time in ecological systems should help ecologists to select modeling approaches consistent with their abilities and goals.     

Landscape Ecotoxicology and Assessment of Risk at Multiple Scales

Traditional approaches to ecotoxicology and ecological risk assessment frequently have ignored the complexities arising due to the spatial heterogeneity of natural systems. In recent years, however, ecologists have become increasingly aware of the influence of spatial organization on ecological processes. Landscape ecology provides a conceptual and theoretical framework for the analysis of spatial patterns, the characterization of spatial aspects of ecosystem function, and the understanding of landscape dynamics. Incorporating the insights of landscape ecology into ecotoxicology will enhance our ability to understand and ultimately predict the effects of toxic substances in ecological systems. Ecological risk assessments need to explicitly consider multiple spatial scales, accounting for heterogeneity within contaminated areas and for the larger landscape context. A simple simulation model is presented to illustrate the effects of spatial heterogeneity by linking an individual-based toxicokinetic model with a spatially distributed metapopulation model. Dispersal of organisms between contaminated and uncontaminated patches creates a situation where risk analysis must consider a spatial extent broader than the toxicant-contaminated area. In general, the addition of a toxicant to a source patch (i.e., a net exporter of individuals) will have a greater impact than the same toxicant addition to a sink patch (i.e., a net importer of individuals).     

生态学中的尺度问题——尺度上推

尺度推绎是生态学理论和应用的核心。如何在一个异质景观中进行尺度推绎仍然是一个悬而未决的科学难题,是对当今生态学家在全球变化背景下研究环境问题的重大挑战。就目前的研究,一般可分为四大类尺度推绎途径:空间分析法(如分维分析法和小波分析法)、基于相似性的尺度上推方法、基于局域动态模型的尺度上推方法、随机(模型)法。基于相似性的尺度上推方法来源于生物学上的异量关联,可将其思想延伸至空间上,研究物种丰富度、自然河网、地形特征、生态学格局或过程变量和景观指数等。基于局域动态模型的尺度上推方法需要首先确定是否进行跨尺度推绎,以及是否考虑空间单元之间的水平相互作用和反馈,然后再应用具体的方法或途径,如简单聚合法、有效值外推法、直接外推法、期望值外推、显式积分法和空间相互作用模拟法等。随机(模型)法以其它尺度上推方法为基础,根据研究的是单个景观,还是多个景观,采用不同的途径。理解、定量和降低尺度推绎结果的不确定性已经变得越来越重要,但相关研究仍然极少。以上所有有关尺度推绎的方法、途径和结果分析共同构成了尺度推绎的概念框架。     

生态学中的尺度问题：内涵与分析方法

尺度问题已成为现代生态学的核心问题之一.尺度问题主要涉及3个方面：尺度概念、尺度分析和尺度推绎.主要评述前两个方面.生态学尺度有三重概念：维数、种类和组分,其中每重概念又包含了多个定义,有必要进行澄清、分类和统一.尺度分析涉及尺度效应分析和多尺度空间格局分析.格局、过程及它们之间的关系,以及某些景观特性均表现出尺度效应,因此多尺度研究非常必要和重要.多尺度空间格局分析（尤其是特征尺度的识别）是进行尺度效应分析和跨尺度推绎的基础.多尺度分析需要特定的方法,景观指数法是最常用和最简单的方法,但也常产生误导;空间统计学方法（如半方差分析法、尺度方差分析法、空隙度指数法和小波分析法等）和分维分析法在最近十几年发展起来,并逐渐应用于生态学,在尺度分析上具有很大的应用潜力.各种方法在尺度分析上各有优势和不足,有必要同时使用两种或两种以上方法进行比较和评估.总之,有关尺度分析的研究需要进一步加强,从而为下一步的尺度推绎提供可靠的依据.     

空间粒度变化对景观格局分析的影响

认识空间异质性的多尺度依赖性和景观格局特征对尺度效应关系的影响是进行空间尺度推绎的基础。以2种真实景观(中国广东粤北植被景观与美国凤凰城城市景观)和SIMMAP景观中性模型产生的27种模拟景观为对象。利用景观格局分析软件FRAGSTATS对18种常用景观指数的尺度效应进行了系统的分析。根据这些指数对空间粒度变化的响应曲线和尺度效应关系,18种景观指数可分为3类。第1类指数随空间粒度的增大单调减小。具有比较明确的尺度效应关系(幂函数下降),尺度效应关系受景观空间格局特征的影响较小;这类指数包括缀块数、缀块密度、边界总长、边界密度、景观形状指数、缀块面积变异系数、面积加权平均缀块形状指数、平均缀块分维数和面积加权平均缀块分维数。第2类指数随空间粒度的增大将最终下降。但不是单调下降的;尺度效应关系比较多样,可表现为幂函数下降、直线下降或阶梯形下降。主要受缀块空间分布方式和缀块类优势度的交互影响;这类指数有5种：平均缀块形状指数、双对数回归分维数、缀块丰度、缀块丰度密度和Shannon多样性指数。第3类指数随空间粒度的变粗而增加。随缀块类优势度均等性的增加。尺度效应关系由阶梯形增加、对数函数增加、直线增加向幂函数增加过渡。尺度效应关系主要受缀块类优势度的影响;此类指数包括平均缀块面积、缀块面积标准差、最大缀块指数与聚集度。景观指数随空间粒度变化是一种1临界现象,当粒度大于或小于1临界值时,景观指数对空间粒度变化非常敏感。变化速率非常大。绝大部分情况下。真实景观粒度效应关系和曲线形状与模拟景观所得分析结果相似。说明模拟景观具有很好的代表性。文中也讨论了本研究结果与前人研究的异同。分析了造成差异的原因。景观指数的粒度效应关系与指数本身所反映的景观格局信息有一定关系,总体上来说。随粒度增加。缀块数、边界长度、缀块形状的复杂性、多样性将减小,而平均缀块面积和聚集度将增加。一系列的尺度效应图和不同景观指数的尺度效应关系可作为景观格局分析时指数选择、分析结果的解释和进行空间尺度推绎的参考。     

Riverine landscapes: taking landscape ecology into the water

1. Landscape ecology deals with the influence of spatial pattern on ecological processes. It considers the ecological consequences of where things are located in space, where they are relative to other things, and how these relationships and their consequences are contingent on the characteristics of the surrounding landscape mosaic at multiple scales in time and space. Traditionally, landscape ecologists have focused their attention on terrestrial ecosystems, and rivers and streams have been considered either as elements of landscape mosaics or as units that are linked to the terrestrial landscape by flows across boundaries or ecotones. Less often, the heterogeneity that exists within a river or stream has been viewed as a `riverscape' in its own right.
2. Landscape ecology can be unified about six central themes: (1) patches differ in quality (2) patch boundaries affect flows, (3) patch context matters, (4) connectivity is critical, (5) organisms are important, and (6) the importance of scale. Although riverine systems differ from terrestrial systems by virtue of the strong physical force of hydrology and the inherent connectivity provided by water flow, all of these themes apply equally to aquatic and terrestrial ecosystems, and to the linkages between the two.
3. Landscape ecology therefore has important insights to offer to the study of riverine ecosystems, but these systems may also provide excellent opportunities for developing and testing landscape ecological theory. The principles and approaches of landscape ecology should be extended to include freshwater systems; it is time to take the `land' out of landscape ecology.     

Patterns of resource tracking by avian frugivores at multiple spatial scales: two case studies on discordance among scales

Scaling is relevant for the analysis of plant‐frugivore interaction, since the ecological and evolutionary outcomes of seed dispersal depend on the spatial and temporal scale at which frugivory patterns emerge. We analyse the relationship between fruit abundance and frugivore activity at local and landscape spatial scales in two different systems composed, respectively, by the bird‐dispersed woody plants Juniperus communis and Bursera fagaroides, and their frugivore assemblages. We use a hierarchical approach of nested patchiness of fruit‐resource, where patches are defined by individual plants within site, at the local scale, and by sites within region, at the landscape scale. The structure of patches is also described in terms of contrast (differences in fruit availability among patches) and aggregation (spatial distribution of patches). For J. communis, frugivore activity was positively related to fruit availability at the landscape scale, this pattern seldom emerging at the local scale; conversely, B. fagaroides showed a general trend of positive local pattern that disappeared at the landscape scale. These particular trends might be partially explained by differences in contrast and aggregation. The strong contrast among plants within site together with a high aggregation among sites would promote the B. fagaroides pattern to be only local, whereas in J. communis, low aggregation among sites within region would favour a sharp landscape‐scale pattern. Both systems showed discordant patterns of fruit‐resource tracking among consecutive spatial scales, but the sense of discordance differed among systems. These results, and the available multi‐scale frugivory data, suggest that discordance among successive scales allows to link directly frugivory patterns to resource‐tracking mechanisms acting at particular scales, resulting, thus, more informative than concordance observational data, in which landscape patterns might result from accumulated effect of local mechanisms. In this context, we propose new methodological approaches for a better understanding of the hierarchical behavioural mechanisms underpinning the multi‐scale resource tracking by frugivores.     

城市景观格局的空间尺度分析

景观生态学研究的核心内容是景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中都存在的尺度多样性问题,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键,但是由于理论和方法的限制,目前对景观生态学的尺度研究还不够深入,特别是景则格局对尺度变化的响应特征。目前GIS与RS技术的发展为不同尺度下的空间格局特征和空间异质性研究提供了有效的工具。论文以上海市为背景,用景观生念学方法研究了不同粒度下景观格局特征,同时用半变异函数分析了不同幅度下景观多样性的格局特征。结果显示：(1)不同的指数对粒度的响应不同;(2)空间多样性在小幅度内变化较复杂;(3)不论粒度还是幅度都揭示出景观格局具有尺度依赖性规律。