理论教育 生态系统稳定性的内涵与影响因素研究

生态系统稳定性的内涵与影响因素研究

时间:2023-05-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)生态系统稳定性的内涵稳定性概念成为一种科学术语,最早始于牛顿力学体系,指物质系统的平衡性质,后来逐步发展为运动稳定性。生态系统稳定性的概念首先由Mac Arthur和Elton提出。May和Orians的研究工作使得生态系统稳定性概念具体化。(二)生态系统稳定性影响因素在所有文献中,对于生态系统稳定性影响因素的研究可归纳为复杂性、多样性与生态系统稳定性之间的关系研究。

生态系统稳定性的内涵与影响因素研究

(一)生态系统稳定性的内涵

稳定性概念成为一种科学术语,最早始于牛顿力学体系,指物质系统的平衡性质(静态稳定性),后来逐步发展为运动稳定性(轨道稳定性)。平衡稳定性最初的研究意图是解决静态物质系统受干扰后再回到初态的性质。在经典的控制学中,稳定性可理解为:如果对于小的干扰,运动所受的影响较小,则未受干扰的运动被视为稳定;如果对于小的干扰,运动所受的影响较大甚至无界,则未受干扰的运动被视为不稳定。

生态系统稳定性的概念首先由Mac Arthur和Elton提出。Mac Arthur(1955)根据群落五种变化大小,把群落分为稳定的群落和不稳定的群落。Elton(1958)在对物种侵入的研究后提出了与Mac Arthur相似的假设,认为一个相对简单的植物动物群落更易于受毁灭性的种群波动的影响,对外来种的抵御能力较弱,一个稳定的群落的种类组成和种群大小是恒定的。May(1973)和Orians(1974)的研究工作使得生态系统稳定性概念具体化。他们把生态系统稳定性定义为系统对干扰反应的两个方面,即受干扰后,生态系统抵抗离开非平衡状的能力,以及在干扰消除后,生态系统的恢复能力;把生态系统对干扰的第一种反应定义为阻抗力(Resistance),而把生态系统对干扰的第二种反应定义为复原力(Resilence)。之后,Stefan等人(2008)和Helge(2009)也认同了Orians关于生态系统稳定性概念时的二元组成观点,并认为抵抗力和恢复力往往是负相关的,抵抗力降低,恢复力提高,资源供应增加,但也可能显示为一种正向关系。与此不同,Margalef(1975)提出生态系统稳定性就是恒定性(Constancy)和持久性(Persistence),它是指系统或系统某些组分在一定空间范围内保持恒定或持续存在的时间。KimminsJ.P(1987)认为生态系统稳定性就是惯性(Inertia)和变幅(Arnplitude),前者是指生态系统在受到外界干扰(诸如干旱、风、病虫害、啃食等)时保持恒定和持久的能力,这个定义所标的内涵与恒定性概念基本相同,只是提法不同而已;后者是指生态系统被改变后能恢复原来状态的程度,强调其可恢复的受干扰范围,这个概念在惯性的基础上又进了一步,提出恢复范围,较之前者,概念更清晰一些。McCann(2000)提出生态学研究中稳定性有两种内涵:一种是指生态系统的动态稳定性;另一种是指系统对抗干扰带来的系统变化的能力,包含抵抗力和恢复力两个方面。Stephen等人(2008)认为除了恢复力(Recovery)和抵抗力(Resistance)外,生态系统稳定性的特征还包括可逆性(Reversibility),这三个特征也是整体弹性或鲁棒性(Robustness)的特征。

从外延来说,稳定性可分为:局部稳定性(Local Sta bility),或称为邻近稳定(Neighborhood Stability),表示系统受到较小的干扰后仍能恢复到原来的平衡,而受到较大的扰动后无法恢复到原来的平衡点;全局稳定(Global Stability),表示系统受到较大的扰动后远离平衡点,但最终仍能恢复到原来的平衡点;结构稳定性(Structure Stability),表示系统传递矩阵性能较好;物种丧失稳定性(Species Deletion Stability),表示系统丧失一个物种后,所有其他物种将维持在一个新的局部稳定的平衡点;相对稳定性(Relative Stability),反映系统稳定程度的量化概念;绝对稳定性(Absolute Stability),反映局部稳定和全局稳定,是质的概念。

我国许多学者在国外的研究基础之上,对生态系统的定义进行综述和剖析,提出了自己的观点,具有代表性的定义有以下几种。

邬建国(1996)认为,生态系统稳定性包括4种相关但不相同的含义和用法:抗变性或阻力、复原性或恢复力、持续性或持续力、变异性或恒定性。

柳新伟等人(2004)认为,生态系统稳定性是不超过生态阈值的生态系统的敏感性和恢复力。生态阈值是生态系统在改变为另一个退化(或进化)系统前所能承受的干扰限度;敏感性是生态系统受到干扰后变化的大小和与其维持原有状态的时间;恢复力就是消除干扰后生态系统能恢复到原有状态的能力,包括恢复速度和恢复后与原有状态的相似程度。

梁军等人(2010)将稳定性的4个内涵理解为:对于受非正常外力干扰(如受火烧、异常干旱、水灾、病虫害及人类活动等)的系统而言,抵抗力和恢复力是测度其稳定性的主要指标;对于受环境因子正常波动干扰的系统而言,持久性和变异性是衡量系统稳定性的指标。

综上所述,生态系统是比较复杂的系统,研究起来比较困难,而且学者们对生态系统稳定性的定义阐述众多,侧重点各有不同。但从目前的研究来看,当前受到学者们比较认可的概念仍是经典生态系统稳定性定义:生态系统对于干扰破坏的抵抗能力与避免能力,可以简称为“抵抗力”(Resistance);生态系统在受到干扰破坏后迅速恢复到最初状态的能力,可以简称为“恢复力”(Resilience)。(www.daowen.com)

(二)生态系统稳定性影响因素

在所有文献中,对于生态系统稳定性影响因素的研究可归纳为复杂性、多样性与生态系统稳定性之间的关系研究。

1.多样性

关于多样性与稳定性之间的关系存在着两种截然相反的观点,一种认为多样性导致稳定性,而另一种观点认为这不是正相关

多样性导致稳定性假说,即所谓的多样性理论,在1970年以前被认为是生态学的中心法则、核心准则。许多生态系统结构与功能的理论探索与实证研究成果也支持多样性与稳定性假说。然而,关于这一假说的争论从未停止。Hairostn(1968)对Mac Arthur的理论曾提出过含蓄的质疑:稳定性绝不能仅仅根据系统中能量通路的数量去决定。更有许多观点认为,多样性与稳定性不存在正相关关系或者是存在负相关关系,加剧了二者关系的讨论激烈程度,如May(1974)、Beeby和Brennan(1997)等。多样性与稳定性理论的探索已长达半个世纪。Loreua(2000)指出,在这场争论中一个主要的收获就是让人们意识到,由于多样性与稳定性的概念是如此的宽泛和模糊,以至于不可能得出一个强有力的理论概括。

2.复杂性

复杂性导致稳定性这一假说早在1972年就被质疑。May(1972)利用控制论理论的概念构造了一个理论观点,认为作为数学上的一个常识,复杂性的增加,将不可避免地削弱系统的稳定性,而在一个没有普适系统的自然界,稳定性不可能与营养水平的复杂性,以及植物与动物的多样性有关。但是,May的理论仅仅是从理论上解释,仍忽略了许多因素。在May的基础上,McCann(1998)通过增加三个合理的生物学假设构建一个新的数学模型,结果表明:物种之间微弱到中等强度的联系对促进群落持续和稳定起着重要的作用,这种联系的存在防止了种群趋向灭绝。然而,Pelletier(1988)重新考虑了多物种模型后指出,McCann的模型缺乏对捕食者可能行为的考虑,即猎物相对多地降低后,捕食者将对另一些猎物加大捕食。通过研究包含捕食者转移(Predatorswitching)的模型后,Pelletier认为一个大的复杂的生态系统在本质上更稳定。这个观点支持了复杂性导致稳定性这一假说。

综上可见,实验研究总会存在这样或那样的条件限制,而且受到客观因素的影响,每个实验的结果并不能完全证明结论的准确与否。因此,稳定性与多样性、复杂性的关系还有待于进一步研究。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈