啥是时空异质性尺度景观生态(时空异质性)
层级理论的启示
作为高氟地下水迁移聚集的地质环境系统，必然具有系统层次性的基本特点，即随着空间尺度的改变，系统的结构、特征和功能也发生变化，从而展现出不同等级关系，如从属或并列关系。近日几年出现的“层级理论”对地质环境系统和地质环境问题的研究具有重要的指导意义。
层级理论认为，系统不存在绝对的部分（子系统）和绝对的整体，它是根据研究者对研究对象与研究内容的理性认识来划分的。通常来讲可以按不同的时空尺度或功能分解为相对离散的多个部分（子系统）或等级层次。固然划分过程是由研究者完成的，但划分的结果却涌现出一些普适性的特性：①小尺度上表现的非稳定性、时空的异质性（不均衡性）可以转化为大尺度上的相对稳定性和均质性；②低层级行为过程的多样性和随机性在高层级上被平均化，呈现出一定的统计规律以及行为过程的单一性；③层级的转化也使控制条件和主导限制因素不全相同，并可能形成不同的时间结构，等级越高，地质环境系统的行为与大区域的作用与影响要素及其长久的变化关系更密切；低等级的地质环境系统如局域地质环境系统，则对局域要素及其短期动态变化更为敏感。
由此可以清晰地将这个地质环境系统按空间尺度从高档到低级划分为三个层级，即宏观的区域地质背景（宏观）、局部地下水流动系统（中观）、取样点水化学环境（微观）。依据这一划分，展现出来的规律有如下几点：①不同层次的系统的控制条件和主导因素不同。前文研究了高氟地下水分布的各式规律、特点及成因，更加的多是从地质背景、地形地貌、水动力条件等因素的角度进行剖析，这几个属于高氟地下水形成和分布于区域上的控制性因素。从微观的尺度来剖析高氟地下水的聚集，它本身和高氟地下水的地球化学环境有关。②在取样点水化学环境尺度上，各式化学组分及其种类出现非常不均衡，具有明显的多样性和随机性，呈离散状态。而在区域上，各区域里低层次的水化学组分和种类呈现出一定的统计规律，不同区域的水动力场和水化学场出现相对也比较稳定。
宏观和中观层次上的研究回答的是成因，不过真真正正经常提到的高氟地下水的形成机理，却是微观尺度地下水参加的地质循环中发生的一系列的物理化学过程。因为氟在地下水中的存在形态涉及对人的毒害大小，从细节与关键而言，这几个地方哪些可能以氟离子为主，哪些以配合物为主；哪些水化学类型与氟离子有相对较好的友好关系，哪些亲和能力差；尤其是深浅井在垂向上，或者局部地区要解释为啥此处地方氟含量高，周边地区氟含量低，宏观层次的因素就难以阐述清楚。宏观的分带性难以解决氟含量的高低及深浅部更细更具体的问题。
于是，在具体以取样点水化学环境的尺度来剖析高氟地下水的形成机理时，就必须认识到高氟地下水的聚集，和地球化学背景有关。这种化学背景既和宏观的地质背景有关，又和水动力流场有关，更加的重要的是这几个宏观的控制因素为其地球化学背景创造了条件。不同取样点不同深度不同位置化学微环境是有差异的，此时就难以用区域的概念来解释其分异的复杂性。
因 此，在研究高氟地下水的形成机理时要特别注意和提防核心尺度的把握，并且也要注重和重视邻近层级的剖析，以便将低层级上获得的信息或规律在高层级上予以整合，总结出有关系统整体性的认识，而高层级的规律对低层级有控制作用，又为俺们探索低层级系统演化的方向提供了重要线索。
自然和社会科学中的尺度问题
在地理学、生态学、环境科学以及其他自然和社会科学研究中，研究人员往往first of all需要回答以下问题：①研究在多大空间范围或多大空间分辨率（空间尺度）上进行?②在某一空间分辨率（空间尺度）上的研究结果是否能推广到另外空间尺度?这两个问题所关心的核心概念是钻石的尺度问题，因此尺度问题是很多科学研究中的核心问题之一。
一般而讲，尺度是指观测和描述实体、结构和过程的空间维（Marceau，1999）。生态学家定义的尺度具有两种含义：粒径（grain）和范围（extent）。前者对应于观测的最小空间采样单元，后者则指观测所覆盖的总面积（O'Neill and King，1998）。Lam等（1992）从地理学的角度，定义了三个意义上的尺度。Cao and Lam（1997）将此发展为四个意义上的尺度：①制图尺度或地图尺度，即地图比例尺，它是地图上的距离与对应的地面实际距离的比，大比例尺的地图一般提供更详细的信息；②地理或观测尺度，即研究区域的空间范围，它相应于生态学中的范畴，大尺度的研究覆盖较大的研究区域；③运行尺度，指特定地学过程运行的尺度。一些研究者将其称为“作用尺度（action scale）”，运行尺度是由所钻石的地学现象或过程本身决定的，而观测尺度的决定则往往具有很大主观性；④测量尺度或分辨率，空间分辨率是指研究对象的最小可分辨部分的大小，它等同于生态学中的粒径（grain）。不同尺度定义的意义如图3-1所示（Cao and Lam，1997）。在本书中，我们所讨论的尺度着重是测量尺度。
尺度转换（Scaling）是将数据或信息从一个尺度转换到另一个尺度的过程。尺度转换可以是向上尺度转换（Up-scaling），也可以是向下尺度转换（Down-scaling）。向上尺度转换也称尺度扩展，是从较小尺度观测中获得较大尺度上信息的过程，而向下尺度转换又称尺度收缩，那么是将大尺度上的信息分解到更小的尺度上的过程（Jarvis，1995）。
在自然和社会科学中，尺度并并非一个新的概念。例如，在物理学中，经典的牛顿力学只适合使用于宏观物质世界而不适合使用于微观世界便是一个典型的尺度问题。地理学家、生态学家、水文学家等也很早就认识到了尺度问题的重要程度，并在各自的范畴对尺度问题做了大量进一步钻研。尤其在生态学中，尺度问题得到广泛注重和重视和非常深入的研究。
图3-1 不同尺度定义的意义
在生态学中，早在20世纪50年代，Robinson（1950）就提出了“生态谬论（ecological fallacy）”的概念以解释聚集涉及到个体关系的统计推理中的误差问题。从此以后，尺度问题成为生态学中的一个主要研究方向。M。J。Crawley and J。E。Harral（2001）在11个尺度上探讨了植物多样性的尺度依赖性，发现植物的生物多样性统计随尺度不同而变化；在不同的空间尺度上，植物多样性有不同的生态过程决定。Carsten Rahbek and Gary R。Graves（2001）对鸟类的种群丰度进行了多尺度评价。周红章等（2000）研究了生物多样性的变化格局与时空尺度的关系。Qi and Wu（1996）利用空间自相关指数研究了尺度变化对景观结构剖析结果的作用与影响，这样的结果表明，随着剖析尺度的变化，空间自相关指数也随着变化。Wu and Gao et al。（1997）剖析了景观数据统计剖析结果随空间尺度的变化。生态学中尺度问题钻石的核心之一是选择适合的尺度剖析生态学现象，如检测植物群落的空间结构等。他们认为，生态学的研究尺度决定可以检测到的结构和过程，应该确定对于所钻石的现象或过程的最合拍的尺度。在这种认识的基础上，生态学家提出了尺度域（Scale domain）和尺度门限（Scale threshold）的概念。尺度域是指随着尺度变化，特别规定的现象或结构不变或单调变化的区域；尺度域由尺度门限分割开。尺度门限是连续的空间尺度上一些剧烈变化的过渡区或一些重要的点。在尺度门限附近一些变量的变化会作用与影响这个生态过程的发生。
除了尺度效应研究以及合适尺度的抉择研究以外，尺度转换问题也在生态学研究中得到注重和重视。如O'Neill 等（1986）将层次理论（Hierarchy theory）作为生态学中联系空间尺度和信息的论理框架。依据这个理论，景观被理解为一个具有连续层次组织结构的集聚实体。层次理论被普遍用于尺度转换研究中。如Pasotr and Post（1988）用层次理论评价北美北方森林对气候变化的多尺度响应；Haton and Wu（1995）利用层次理论将单个树的水分利用外推到立地的水分利用；Asner and Wessman（1997）利用层次理论检验叶子，植冠和景观水平上主动光合作用辐射吸收的控制因子。在景观生态学中，结合斑块动力学理论和层次理论，发展了层次斑块动力学理论（Hierarchical patch dynamics paradigm，HPDP）（Wu and Loucks，1995；Wu and Levin，1998）。斑块是在本质或表象上与其周围不同的空间单元，是景观的基本结构和功能单元。斑块是景观生态学中的核心概念。层次理论注重于研究由一定数量层次水平组成的景观的垂直结构，斑块动力学则注重研究水平方向上景观的空间异质性和斑块间的互相作用。层次斑块动力学理论通过结合层次理论和斑块动力学理论，提供了一个研究时空异质性、尺度和层次组织怎样作用与影响生态系统结构和动态的论理框架（Wu and Loucks，1995）。
在地理学，尤其是人文地理学中，尺度效应问题也早已经得到广泛关注。20世纪50年代，McCarthy et al。（1956）在研究产业关联时就认识到：“在地理研究中，不能期望在某一尺度上的研究总结出的结论能适合使用于其他尺度上，尺度的每一个变化都会引出新的问题，没有理由假设在某一尺度上的关联在其他尺度上仍然存在”。Openshaw（1977，1978，1979，1981，1984a，1994b）在前人工作的基础上，系统研究了地理学中的尺度效应问题，提出了著名的“可变面元问题（modifiable areal unit problem，MAUP）”，成为空间尺度效应剖析的经典理论。可变面元问题源于一个事实，即存在很多不同的方式将地理研究区划分为互不重叠的面元以进行空间剖析。通常情况下，定义这几个面元的标准是划分面元的可操作性。这样的结果是，这几个划分的空间面状单元往往缺少本质的地理学意义。因 此，假如这几个面元的划分是人为的和可变的，那么以这几个面元为单元的剖析结果是依赖于面元划分方式和面元大小的。人文地理学中很多统计剖析，如空间分配模型、投入产出剖析、空间互相作用模型以及守旧的多变量统计剖析等方面的研究中也揭示了可变面元问题。例如，Fortheringham 等（1991）指出：“可变面元问题给多元回归剖析中的参数估计带来严重问题…对面元数据进行多变量剖析的结果显然非常不可靠”。Arbia（1989）系统的研究了空间数据中尺度和聚集问题以及对数据统计特性、参数估计和显著性检验的作用与影响。到目前为止，Openshaw关于可变面元问题的研究是对尺度问题的最系统的研究，对地理学研究方法有着深远的作用与影响。
在水文、气象等科目中，尺度问题也被作为一个核心问题受到注重和重视。例如，刘苏峡和刘昌明（1993）在流域水文研究子单元划分问题上，提出了“代表单元尺度”的概念。他们认为，在划分子单元规模时，大于代表单元尺度的子区域之间互相单独，而小于代表单元尺度的子区域之间则彼此空间结构相关。于是，在小于代表单元的尺度上研究问题时，必须考虑区域内各量的空间结构，不能用简单容易的平均方法以点代面。无独有偶，Wood等（1990）提出了代表单元面积（Representative Element Area，REA）的概念。他们发现，当子流域面积小于REA时，降雨径流关系明显受地形、土壤及雨强的空间变异的作用与影响；而当子流域面积大于REA时，可以只对空间变异予以古典统计研究，而不用考虑其结构，对流域响应可以 使用简化模型模拟。并 且，水文学参数的尺度转换问题也受到广泛关注，尤其是结合遥感信息进行水文学参数尺度转换的方式方法取得很大进展（Beven and Fisher，1996）。
综上所述，在生态学、地理学以及水文学等很多范畴，尺度问题受到广泛关注并得到深入的研究。概括起来，对尺度的研究主要注重：生态、地理和水文模型的尺度效应问题；进行生态或地理等现象或过程观测、模拟的合适尺度选择问题；不同尺度间信息的转换问题。因为上述范畴是遥感信息的主要应用范畴，所以这些范畴中对尺度问题的研究，为遥感信息尺度问题的研究奠定了坚实的论理基础。
种子雨有几种表现形式，分别为什么?
种子雨是指在特别规定的时间和特别规定的空间从母株上散落的种子量。
种子雨的组成和大小具有时空异质性。种子雨的空间异质性表此刻种子雨的组成和大小因群落而异，种群间的种子雨因种群而异，种群内部的种子雨因个体而异；种子雨的时间异质性表此刻无论是群落、种群还是种群内部的个体，其种子雨既具有季节动态，又具有年际变化。种子雨、种子库、幼苗库和地上植被互相联系、互相作用。种子雨的研究对更佳地了解种群和群落动态等具有重要意义。应用现代的分子遗传标记技术、同位素标记法和荧光染料法等研究种子雨的散布过程和种子命运将是未来种子雨钻石的热点，种子雨和种子库的结合研究及其与动植物关系的研究尚需加强。
景观生态规划的原则
依照
Forman
和
Gordon
的看法，景观设计工作是六大
设计原理
的合理应用，即形状、尺度、多样性、可视性、个性及地方特征(
Forman，Godron，1986)
。而
景观规划
有五个一般性的原则，即:
自然优先原则、持续性原则、
针对性原则
、多样性原则、综合性原则(
傅伯杰
等，2002;
刘茂松
等，2004)
。在实际的景观规划中针对不同的景观在以上原则的基础下，确定对应的规划原则。就森林景观来讲，因为不同
时间和空间
尺度上林业或
森林经营管理
不同的目标，景观规划的最终目标就是实现森林可
持续经营
和保证生态系统的稳定性，这需要为森林景观规划制定既不失原则性，又明确、具体而具有可操作性的指导原则，具体为提高
异质性
原则、继承自然原则、关键因子调控原则、因地制宜原则和
社会满意
原则。归根结底，
景观生态
规划应该包括
8
个规则(
肖笃宁
，
李晓文
，1998;
贾宝全
，杨洁泉，2000;
Forman，1986)
。Forman
认为，
景观生态规划
与设计原则包括:
①考虑规划区域外较广阔的空间背景;
②考虑保护区较长的历史背景包括生物地理史、
人文历史
和自然干扰状况;
③设计中要慎重考虑对未来变化的灵活性;
④未来
5
年、10
年或
20
年内可预料的保护区面积变化是规划关键部分;
⑤规划应有选择余地，其中最优方案应基于规划者明智的判断，而不涉及现实条文，这样其他可供选择的交易性(
trade-off
)
方案才能清晰明确。于是，景观生态规划设计中有
5
个要素必不可少:
时空背景、整体景观、景观中的关键点、规划区域的生态特性和空间属性。汇总前人的各式原则，本文提出以下原则作为景观生态规划的原则(
曾辉
等，2003)
。
(
1)
整体优化原则:
整体性原则
是指在景观生态规划过程中，应从
整体观
、
系统观
出发，在此基础上再进行景观生态规划，以维护
生物多样性
赖以生存、繁衍的景观生态系统的地域完整性与各式
生态过程
的完整性。
(
2)
异质性与多样性原则:
异质性是景观的最要紧特性之一，景观
空间异质性
的维持与发展应是
景观生态格局
优化的一个重要原则。
景观多样性
是描述景观中镶嵌体复杂性的指标，同时要兼顾异质性与多样性。
(
3)
生态关系协调与可持续原则:
景观规划应该注重规划
人与环境
、
生物与环境
、生物与生物、
社会经济发展
与资源环境、景观利用的人力结构与自然结构以及生态系统之间的协调。以保护和改善生态环境、
保护生物多样性
为前提，开发利用必须服从于环境保护和生态改善的需要。
(
4)
综合性原则:
在全面和综合剖析景观自然条件的基础上，同时考虑社会经济条件、经济发展战略和人口问题，对景观进行有目的的调整，增强规划成果的科学性和应用性。
(
5)
突出重点原则:
将大江河流源头、库湖周围、水系干流两侧及主要山脊部，以及地带性顶极群落等区域环境、经济和社会可持续发展具有重大作用与影响的生态重点区与生态脆弱区作为区划重点。
(
6)
因地制宜原则:
根据各地不同自然条件和特点，生态环境脆弱程度，防火减灾对森林生态系统的区别需求，因害设防、因地制宜、因需施策。
(
7)
社会满意原则，人类是整个森林系统的主导成分，其能动性调动和负面作用与影响控制是景观规划得以顺利实施的关键，因而景观是否得到当地人群的满意，美学、生物多样性等综合景观生态功能和社会教导意义等皆为规划中必须考虑的，如生态恢复区模拟自然顶级群落时应注意和提防以用材林种、薪炭林种、果树、牧草种类和其它物种构成复合景观，并尽可能为更加的多物种的繁衍提供适宜栖息地。
简述景观生态学的重要理论有哪些
(一)景观结构和功能原理(landscape structure and function principle):在景观尺度上，每一单独的生态系统(或景观生态元素)可看作是一广泛的斑块，狭窄的廊道或基质。生态学对象在景观生态元素间是异质分布的。景观生态元素的大小，形状，数目，类型和结构是反覆变化的，其空间分布由景观结构所决定。
(二)生物多样性原理(biopersity principle):景观异质性程度高，造成斑块及其内部环境的物种减少，并且也增添了边缘物种的丰度。
(三)物种流动原理(species flow principle):景观结构和物种流动是反馈环中的链环。在自然或人类干扰形成的景观生态元素中，当干扰区能够起到好作用的外来种传播时，会造成敏感物种分布的的减少。
(四)养分再分配原理(nutrient redistribution principle):矿质养分能在一个景观中流入和流出，或被风，水及动物从景观的一个生态系统到另一个生态系统重新分配。
(五)能量流动原理(energy flow principle):空间异质性增添，会使各式景观生态元素的边界有更加的多能量的流动。
(六)景观变化原理(landscape change principle):在景观中，适度的干扰往往可建立更加的多的嵌块或廊道，增添景观异质性;当无干扰时，景观内部趋于均质性;强烈干扰可增添亦可减少异质性。
(七)景观稳定性原理(landscape stability principle):景观稳定性起因于景观干扰的抗性和干扰后复原的能力。
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之关联联系，开始有了生物与环境协调进化的思想萌芽。
应该说，名符其实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、保护的大生态学看法。
2。、景观异质性与异质共生理论
景观异质性的论理内涵是：景观组分和要素，如基质、镶块体、廊道、动物、植物、生物量、热能、水分、空气、矿质养分等等，在景观中总是不均衡分布的。因为生物不断进化，物质和能量不断流动，干扰不断，因此景观永久也达未到同质性的要求。
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主要表现：
第1是从景观的直观景象来认识。这是景观的最原始和最普通概念，它主要使用于景观建筑学，这里寓有美学因素。尽管现代景观建筑学对景观的理解不限于此，但它仍然是景观建筑学的主要目标。
第2是从个体的属性结构上理解景观。在地质学、地貌学、土壤学和植被科学中，景观原理用来说明个体各属性在地表的结构格局，这个属性是这几个学科的研究对象，如岩石、地表形态、土壤个体、植物群落等。地质景观、地貌景观、土壤景观和植被景观常被用以描述格局。
第3种看法是景观为一复合生态系统，这是最为综合的概念，包括了上述两种看法。这种看法认为：景观是地球表层自然的、生物的和智能的因素互相作用形成的复合生态系统。景观今生态系统有别于一般生态系统，它们有着不同的边界。
一般生态系统是生物和环境以及生物各式群之间长期互相作用形成的继往开来整体，着重硕士产者、消费者和环境三者之间的相互之关联联系。而景观生态系统是地表各自然要素之间以及与人类之间作用、制约所构成的统一整体。
参考资料来源：知识混装大无极-景观生态学
