生态脆弱区景观生态建设尺度性研究

生态脆弱区景观生态建设尺度性研究

1生态规划与管理中国生态学家提出的生态生态建设，是指应用生态规律，调整人与自然关系，组织能够恢复自然资源的生产和生态管理体系，实施积极的生态平衡，创造适合人类生存的新环境。生态建设一词在中国农村使用甚广,包含着空间跨度很大的不同类型。从农户家庭院落的生态设计到按照行政区域界定的生态规划和管理,如生态村、生态乡、生态市。前者是以具体的生态技术应用为特征,如北方农村已获得广泛推广的塑料大棚蔬菜栽培-温室猪圈-沼气池的联合运行模式,南方农村的稻田养鱼、立体种植等多种多样的生态模式。后者则是以一定行政管辖范围内的生态经济规划与管理为特征,重视经济产业结构的调整,力求按照经济目标与生态规律组织社会生产,改善区域生态环境。如生态县乃是指按生态经济学原理规划、管理与建设县级复合生态系统的简称。有鉴于此,有必要将景观尺度上的生态建设单独命名为景观生态建设,以强调在实际应用上十分普遍的一种类型,即一定地域、跨生态系统、适用于特定景观类型的生态建设。它以景观单元空间结构的调整和重新构建为基本手段,包括调整原有的景观格局,引进新的景观组分等,以改善受胁迫或受损失生态系统的功能,大幅度提高景观系统的总体生产力和稳定性,将人类活动对于景观演化的影响导入正向的良性循环。2受影响景观生态的目标、内容和设计的指导思想2.1提高生态多样性(1)保障生态安全,控制和改善生态脆弱区景观的演化,加强生态系统的稳定性。(2)提高景观内各生态系统总体生产力,如土地生产潜力或水体生产潜力,提高能量与物资投入的效率。(3)保护和促进包括生物多样性在内的景观多样性,发挥景观的综合价值(经济、生态与美学价值)。(4)建造适于人类生存的可持续利用景观模式。2.2生态补偿与农业生产(1)景观空间结构的调整。通过对原有景观要素的优化组合或引入新的成分,调整或构建新的景观格局,以增加景观异质性和稳定性。从而创造出优于原有景观生态系统的经济和生态效益,形成新的高效、和谐的人工自然景观。根据不同生境,选择适宜的又有较高经济价值的生物品种,提高第一性生产力。(2)控制人类活动的方式与强度,补偿和恢复景观的生态功能。如对土地利用方式的改变,对耕垦、采伐、放牧强度的调节,都将有效地影响到生态系统功能的发挥或恢复。(3)按生态学规律进行可更新自然资源的开发与生产活动。农业生产是一种典型的人类对于可更新自然资源(光、热、水、土、生物)的深度利用,从单纯追求农产品的数量到强调质量(绿色食品),从无限制地使用化肥、农药、机械等等人工投能,转变到今日生态农业(有机农业、补偿农业)技术的日益广泛运用和发展,最有力地反映出农田景观上生态建设的步伐。(4)依据仿自然原理,建设与自然系统和谐协调的新型人工景观,如某些风景旅游区的建设。2.3指导思想(1)景观生态学的基本命题景观结构或空间格局是景观中生态流的主要决定因素,结构和功能、格局与过程之间的联系与反馈是景观生态学的基本命题,也是景观规划与设计的出发点。(2)自然正义理论生物控制共生(BiocyberneticSymbiosis)理论使得人类可以通过共生来控制人类-环境系统,实现与自然的合作,共同创造新的未来。该理论的核心是通过偏差抵消的负反馈环和偏差增强的正反馈环相互耦合,使生态系统的自稳定和自组织得以实现,F.Vester进一步指出,在交错的调节循环中,负反馈耦合胜过正反馈耦合。因此生态规划设计中的一个重要任务就是在分析清楚景观生态系统演化的因果反馈关系的基础上,增加新的反馈键,使整个反馈环向着有利于稳定的方向发展。(3)复合生态系统的构建在景观和区域尺度上,自然、经济、社会三个不同性质的系统常常结合成为纵横交错、互相制约的复合生态系统。对于三个亚系统组分间的结构-功能关系和动态趋势,从空间配置的角度进行多目标、多属性的决策分析,按照自然系统是否合理,经济系统是否有利,社会系统是否有效的目标来设计最优的土地利用格局和资源生产方式,规划国土优化利用的满意景观。(4)生物多样性保护景观多样性是指景观要素在结构与功能方面的多样性,反映了景观的复杂程度,它对于物质迁移、能量交换、生产力水平、物种分布、扩散和觅食都有重要影响。对景观多样性的保护是对生物多样性保护的拓展,包括了对景观中自然要素和文化价值保护两个侧面。通过景观规划进行自然景观的改造和文化景观的构建。一个重要的设计原则是通过工程措施或生物措施以增加景观尺度上的空间异质性,有利于提高系统的抗干扰能力和恢复能力,增加系统的稳定性。(5)局部控制的原则景观生态系统是有物质和能量联系的多重等级组织,对低等级的局部干扰会影响整体,反之控制局部也可使整体得到调节。虽然目前人类对长时间、大范围的自然控制还无能为力,但对于小范围内的局部控制是行之有效的。成功的景观规划应抓住对景观内的生态流有控制意义的关键部位或战略性组分,通过对这些关键部位上景观斑块的引入或改变、以最少用地和最佳格局来维护景观生态过程的健康与安全。由于景观类型的多样性和复杂性,在采取有关生态工程措施时必须注意因地制宜、繁简得当,不可一味追求“完善”而过分添加各种环节,致使总体规划主次不分,华而不实,降低了可行性。当然,还应该注意兴利与除害相结合,近期和远期相结合,通过寻求满意解而逐步逼近最优解。3生态、环保、自然的研究我国中西部存在着大面积的生态脆弱区,从东北西部的半农半牧区到三北农田防护林区,从黄土高原的小流域治理到西北干旱区的绿洲农业,生活在这里的农民在长期的生产实践中创造出许多适应自然又改造自然的农业和土地利用经验。经过科技人员的总结和提高,运用生态学和其他相关学科的基本原理作指导,已出现许多成功的景观生态建设模式。本文仅介绍以下三例:3.1沙化地下干草原区的改造与营建对这种沙地退化生态系统进行重建,关键是要改变景观格局,建立林带、林网以控制沙化,同时在已经沙化的土地上种植豆科牧草沙打旺(Astraglushuangheensis),形成一个使干扰不断减弱的负反馈环。按照这种田、草、林体系进行的景观规划包括以下几种形式:(1)在平顶沙地上建立网格状复合生态系统,主林带间距200m,副林带间距300m;林带内侧种植宽50m的沙打旺草带,草带内可形成固定耕地。林草田的比例以2∶1∶5为适宜。(2)在外缘有沙地围绕,中间为碟形洼地的地段,可建立环状的林草田格局。3.2农田防护林网的景观构成我国大规模的农田防护林体系建立于东北西部、华北北部和西北的生态脆弱区,统称为“三北”地区。至20世纪90年代中期已有1100km2的农田实现了林网化,黑龙江、吉林西部地区、宁夏的引黄灌区、甘肃河西走廊和新疆和田地区,均已建成数县连片的大型防护林体系,发挥出巨大的生态和经济效益。甘肃“三北”防护林工程使69个县的森林面积由16.8万hm2增加到52.3万hm2,森林覆盖率由1978年的4.03%提高到1996年的6.2%,使长达千余公里的河西走廊基本实现林网化。武威地区在北部654km的风沙线上建起了一条长380km,宽2～6km,面积达8.3万hm2的防风固沙林带,保护了88.6%的农田,扩大绿洲面积3300hm2。大量的观测资料表明,在农田林网的有效防护范围内近地表风速可降低30%～50%,相对温度提高15%～25%,土壤蒸发量减少20%～30%,土壤含水量增高10%～30%,与空旷地带的同类型农田比较,粮食产量增加10%～30%。防护林网可视为农田景观中的廊道网络系统,从景观尺度上评价林网的空间布局,主要由其数量、分布均匀程度与空间构型来表征,可用林带与被防护农田斑块的面积比(林网带斑比)、林网的优势度、连接度和环度等指标建立数量界限标准。如何以最小的造林面积达到最大的防护效果乃是平原农田防护林区景观生态建设所要解决的问题。林网布局的理想状态是在最小重合度下,以较少占地面积,使被防护的农田斑块全部处于林带的有效防护距离之内,即林带使景观基质处于抗害风干扰的正边缘效应带之内。防护林区的水量平衡是森林覆盖率的限制因子,半湿润平原区以18%～24%为宜,半干旱平原区14%～20%,干旱区的绿洲可为10%～16%。林带配置在半湿润区多采用宽带和大网格,干旱区宜采用窄带和小网格。现以吉林省农安县前岗乡农田防护林网为例(表1),对现有林网在景观中的布局进行量度和评价。该乡有耕地11829hm2,林带占耕地的5.87%,林带形式以林路结合型为主,占65%,纯农田型只占35%,林带网格为534×569m。上述林网景观指标实际值是在航片上进行计算的,合理值是根据当地自然条件、立地类型分别对7个需被防护的农田斑块进行林网建设方案设计后经统计、计算所得。当林网各实际景观指标值在其合理值的0.85～1.15倍之间时属于优质林网,前岗乡的农田防护林网即达到了这一标准,可评价为在景观中布局合理,但其环度指标较差,尚有1/4的网格不成型。3.3田或坡耕地-草地-林地黄土高原生态环境的改善和农业发展的核心问题,是控制大范围、高强度、占全球首位的水土流失。据陕、甘、宁、晋、蒙五省区11个综合治理试验示范区的经验,以小流域为单元,以提高系统生产力和减少水土流失为目标,通过土地利用结构优化,系统内外能量和技术的强化投入,取得了巨大的生态和经济效益。11个试区内的农、林、草结构从1986年的1∶1.2∶1.5,改造为1990年的1∶1.43∶1.37,林地面积从占土地的18%增加到24%,1995年更增至34%,人均林地面积超过0.2hm2。水保工程的实施使试区内泥沙流失量同期减少62%,1995年又递减39%,而农民人均收入十年增长5倍。傅伯杰等对延安市羊圈沟小流域的典型研究,在黄土梁地上4种已持续15a左右的代表性土地利用结构中,以梯田(或坡耕地)-草地-林地类型具有较好的土壤养分保持能力和水土保持效果,是黄土丘陵沟壑区梁峁坡地上较好的土地利用结构类型。本区内一种以“坡修梯田、沟筑坝地、发展林草、立体镶嵌”为特色的景观生态建设模式已经形成,其主要内容是:(1)按土地的适应性调整农业生产结构,压缩陡坡耕地,发展林草,使耕地面积从当前占土地面积的45%～55%压缩到占25%,林地和草地面积占到总土地面积的60%,使农、林、牧业用地镶嵌配置、协调发展。(2)大搞农田基本建设,小于25°的梁峁坡地能修梯田的都修成水平梯田;在沟谷中打坝淤地,每平方公里可打坝淤地2.7～4.0hm2,发展灌溉,建设旱涝保收的基本农田。(3)造林种草恢复植被,25°～35°的梁峁陡坡地可种植多年生豆科牧草,以发展畜牧业;沟沿线以下的沟坡地可栽植灌木固坡保土,因地制宜发展林果业。当地群众把这种调整景观空间格局,实行综合治理的生态建设模式生动地形容为:“草带帽,林下沟,坡修梯田,坝地水浇。”这与朱显谟在整治黄土高原32字方略中提出的“米粮下川上原,林果下沟上岔,草灌上坡下呱”是完全一致的。林草植被的恢复是景观生态建设的核心。据测定,林冠对降水截流率为12.5%～26.7%,黄绵土上40～50龄山杨林地的土壤稳渗透率较农地高10倍,林地表土抗冲刷力较农地高93倍以上,比草地高32倍以上。离石试区对郁闭度85%的沙棘林观测表明,在45min降水75.3mm情况下,可减少径流85.2%,减沙98.4%,对12种人工牧草观测表明,平均减少径流47.5%,减沙74.7%。安塞试区研究结果,林草植被可减少侵蚀量60%～90%。林草建设在技术上要严格遵循生态规律性,按照生态分区适地适树,树种选择与种植方式依垂直地形而异,整地方式可采用水平阶、等高间隔带和燕翅形整地集水法等,以利于拦蓄降水。4农业可持续研究与农村景观规划4.1区域农业发展的体制机制持续农业与农村发展(SARD)是20世纪90年代以来国际上日渐流行的新概念,其核心是农业持续生产能力,农村经济振兴以及农村生态环境保护。它是有关制度与各项支撑技术体系的概括,其内涵要比有机农业、生态农业和替代农业更为丰富。根据我国国情和当前的需要,参照国家研究的动向,当前的研究热点主要有以下方面:(1)农业和农村可持续发展的转换机制。包括经济-社会转型和环境变化背景下的农业产业组织模式,农村经济结构调整与产业专业化、布局区域化,土地管理与农业规模经营,农村社会化服务体系,村镇建设与提高农村生活质量等研究内容。(2)区域农业发展的可持续性指标体系与决策支持系统。在研究农业可持续发展时要注意不同空间尺度的联系与相互作用,在生态、经济与社会三方面不同尺度的研究有不同的研究重点(表2)。(3)可持续农业发展的技术集成。包括土地利用布局和景观格局的优化,生态农业技术和农业防灾减灾技术,生态重建技术和区域模式设计,绿色食品和名、特、优产品的开发,设施农业、精细农业、精确农业等工厂化农业新技术等内容。(4)区域农业系统的模型研究。包括生产系统模型,经济供需模型,生态-经济社会复合模型,以及空间模型等研究内容。所谓区域农业系统的空间模型是指应用现代信息技术,以特定区域和时段为边界,估算区域系统的农业生产能力,以此为主要目标,从农村经济机制与生态环境两方面作约束性规范,得出符合持续目标的指标体系和实施模式。以上研究都需要分别或综合运用区域分析、模型模拟、遥感监测、田间测试以及问卷调查等方法。4.2新型景观规划模式按照持续农业与农村发展的目标,通过景观规划来实现生态重建,这在生态脆弱地区尤为重要。美国生态学家Forman提出了一种集中与分散相结合的景观规划模型,反映了北美与西欧地区土地利用与生态建设的经验。其核心是保护和增加景观中的天然斑块,通过景观结构的调整,使耕作斑块、居住斑块和自然斑块大集中、小分散,确立景观的抑制性来实现生态保护。这被称之为最优生态土地组合的可能景观设计(Possiblelandscapedesigning),对于我们有很好的启发。但中国是一个有着几千年农耕历史的文明古国,人口众多,生态负荷重。在长期高强度的土地利用之下,农村景观中自然植被斑块所剩无几,人地矛盾突出。我们的景观规划和生态建设不能脱离这种国情。本文提出的景观生态建设概念乃是一种具有中国特色的景观规划思路,它要解决的首要问题是协调提高人口承载力与维护生存环境,生态保育必须结合经济开发来进行,通过人类生产活动有目的地进行生产建设,如调整农业结构、营造防护林、修建水保工程等等。对于高强度土地利用区的农村景观规划,应贯彻如下原则:(1)建设高效人工生态系统,实行