景观生态学的发展及前景

景观生态学的发展及前景作者：指导老师：专业：年月日摘要景观生态学是生态学中一门年轻的分支学科，它的理论与方法和传统生态学有着本质的区别，它注重人类活动对景观格局与过程的影响。最近几年，园林生态学受到人们的关注。它是一项全新的生态学内容。它不但分析体系本身的发展和变化特征，分析了今后的发展方向。景观生态学为综合解决资源与环境问题提供了新的理论和方法，因而近年来受到高度重视。从景现生态学的理论框架、一般原理、研究方法和实际应用四个方面进行论述。景观生态学研究的焦点问题是景观结构、景观动态与景观功能。综述了景观格局、景观动态、景观异质性、景观尺度与景观功能的研究现状，并探讨了景观生态学理论的最新应用领域，展望了景观生态学的研究。关键词：景观生态学；理论框架；应用；发展趋势第一章景观生态学(landscapeecology)是生态学中年轻且发展迅速的一门分支学科。景观生态学起源于中欧和东欧，德国区域地理学家Troll于1939年创造了“景观生态学”一词（德文）[1]，20世纪60年伐末和70年代初形成为一门独立的生态学分支学科。近年来，景观生态学受到高度重视，因为景观生态学为综合解决环境与资源问题提供了新的科学理论和方法。景观生态学的重要性也同人们对生活质量的要求越来越高密切相关。景观生态学是地理学、生态学以及系统论、控制论等多学科交叉、渗透形成的综合性学科。作为一门新兴学科，景观生态学的理论体系尚待完善。在我国高校中，开设这门课程的还不多。1988年，中国科学院沈阳应用生态研究所成立专门的景观生态学研究室，1989年北京大学城市与环境系设立景观生态学研究室等，对景观生态学在我国的发展起到了推动作用。景观生态学的发展，必然会在资源的合理开发、利用和保护、城市发展规划、土地科学经营和管理、环境保护、国土整治等方面发挥巨大作用。这些都迫切需要培养这方面的人才，今后开设这门课程的高校会逐渐增多。景观生态学教材方面，最近国内出版了傅伯杰等‘21编著的《景观生态学原理及应用》和邬建国c列编著的《景观生态学一格局、过程、尺度与等级》。而以前所用的基本上是1990年肖笃宁主持翻译的由Forman等…于1986年出版的《landscapeecology》和1995年由徐化成主编昀《景观生态学》。国外目前的权威专著是由S．E．Gergel和M．G．Tumer编著的《LeamingLandscapeEcologyAPracticalCuideToConceptsandTechniques》(《景观生态学教程——关于概念和技术的实用指导》）。第二章景观生态学的理论与方法同传统生态学有着本质的区别，它注重人类活动对景观格局与过程的影响。景观生态学理论从对自然系统的研究扩大到管理系统，尤其注意对资源的管理。1.景观生态学的理论框架1.1景观结构（格局）和功能（过程）景观结构的基本组成要素包括斑块(patch)、廊道(corridor)和基质(matrix)。景观生态学将斑块一廊道一基质作为分析任何一种景观的模式。在景观生态学中，景观各组分不仅是作为整体的景观的一部分，它们之间还相互联系、相互作用、相互依存，这样就形成了各种景观流(fluxes)，如物质流、物种流、能流和信息流等。它是景观的功能并且与景观格局有重要的相互作用。景观各组分之间通过不同水平的景观流紧密联系在一起。结构和功能，格局与过程是景观生态学研究的核心内容，也是景观生态学研究的热点和难点。在欧美，搡讨景观格局与物种生存、物种或种群迁移等生态学过程间相互作用的研究较多，而研究景观格局与物质循环、能量流动等生态学过程间关系的较少，深入到景观格局与过程相互作用的研究工作数量更少。这主要是因为，一般来说，景观面积越大，观测、实验研究难以开展或控制，要探讨其格局与生态系统过程之间的相互作用就越困难[6]。现在认为集水区尺度是景观生态学布置试验的最佳尺度。1.2景观研究的尺度性格局与过程的时空尺度化是景观生态学的研究热点，尺度分析和尺度效应受到了格外的重视和发展。尺度分析一般是将小尺度上的斑块格局经过重新组合而在较大尺度上形成空间格局的过程，与之相伴的是斑块形状趋向规则化以及景观类型的减少。尺度效应表现为：最小斑块面积和随尺度增大而增大，其类型则有所转换，景观多样性减小。通过建立景观模型和应用GIS技术，可以根据研究目的选择最佳尺度，并对不同尺度的研究成果进行转换。由于景观尺度上进行控制性实验代价高昂，因此尺度的转换技术愈显重要。尺度外推涉及到如何穿越不同尺度约束体系的限制，至今仍是一难点。1.3景观异质性与干扰干扰是景观的一种重要的生态学过程。景观变化的动力机制有自然干扰与人类活动影响两个方面。景观异质性与干扰具有密切关系。从一定意义上讲景观异质性可以说是不同时空尺度上频繁发生干扰的结果。同时异质性可能是限制干扰传播的主要因素，景观异质性可能增加或减小干扰的传播，反过来干扰又会产生新的景观格局。近年来，随着人为活动的加剧，人类活动对景观的影响也日益严重。人类干扰引起了环境酌异质性和资源的再分配。人类活动加剧导致景观破碎化，引起生物多样性减少。干扰在不同景观中的传播也是景观生态学研究的热点问题之一。1.4景观价值的多重性景观是一个由不同斑块组成的镶嵌体，具有明显视觉特征的地理实体，兼具经济、生态和美学价值，这种多重性价值判断是景观规划和管理的基础。景观的经济价值主要体现在生物生产力和土地资源开发等方面，其生态价值主要体现为生物多样性与环境功能等方面。而景观美学价值是一个范围广泛、内涵丰富，比较难以确定的命题。关于景观美学值量的量度可从人类行为过程模式和信息处理理论等方面进行分析。2.景观生态学的一般原理2.1养分再分配原理干扰强度会影响景观结构中矿物养分的再分配及其运动速率。这是由于干扰破坏了养分的调节和保护机制，因而造成养分能够在景观内各组分之间流动，也能从景观中被转移出去，如破坏植被，引起水土流失和养分的流失。2.2景观稳定性原理景观稳定性可以看作不同干扰条件下景观的不同反应。稳定性是恢复和抗性的产物，一般来说，景观的抗性越强，即景观受到外界干扰时变化越小，景观越稳定；景观的恢复性越强，景观越稳定。事实上景观可以看作是干扰的产物。景观之所以是稳定的，是困为建立了其与干扰相适应的机制。3.景观生态学的实际应用与发展3.1在景观规划建筑学中的应用景观规划建筑学(LandscapeArchitecture)是适应现代社会发展的需要而产生的一门工程应用性学科，它是景观科学与建筑学的交叉，域市规划、风景园林设计与景观生态学的交叉。这门学科在美国已有百余年的历史，倡导自然与城市生活相融合，将生态思想与景观设计相结合。美国许多大学开设“景观规划建筑”课程远早于景观生态学，20世纪80年代以后北美景观生态学的兴盛无疑又为景观建筑与景观规划注入了新的活力。现在很多研究利用仿生学及景观生态学的启示分析生命，如海藻、海星、瓜蔓等生物是如何通过扩大自身表面来最大限度地获得自然界的营养，启迪我们如何通过景观生态格局的设计和建筑的布局来最大限度地使人与自然相接触。景观生态学通过自然斑块形状的设计来平衡边缘与核心的比例，形成完善的生态功能。如何通过景观空间结构的调整，优化组合原有景观组分或引入新的成分；控制人类活动的方式与程度，补偿与恢复景观的生态功能；按生态学规律进行可更新自然资源的开发与生产活动；建设与自然系统和谐协调、适于人类生存的可持续景观模式。3.2在自然保护中的应用景观生态学为保护生物学提供了新的理论基础。从景观生态学的角度来看，传统的以物种为中心的自然保护途径，缺乏考虑多重尺度上的生物多样性的格局和过程及其相互关系。、逝年来，景观生态学原理和方法在自然保护的研究和实践中应周广泛，对自然保护中从“物种范式”向“景观范式”的转变起到了积极推动作用。保护景观途径并不是指把整个景观作为保护区，而是强调应用景观生态学的理论和原理设计自然保护方案。3.3在生态系统管理中的应用近年来，景观生态学原理和方法在森林资源开发和管理方面的应用更为广泛和深入。不少学者认为，区域景观尺度(regionallandscapescale)是考虑自然资源的宏观永续利用和对付全球气候变化带来的生态学后果的最合理尺度。在自然资源管理和利用方面，景观生态学途径越来越受到重视。3.4在恢复生态学中的应用景观生态学为恢复生态学提供新的理论基础，并且为其发展不断提出新目标。利用景观生态学方法能够根据周围环境的背景来建立恢复的目标并为恢复地点的选择提供参考，从景观生态学的角度可以评价恢复是否取得成功。3.5在非点源污染研究中的应用现在非点源污染已成为环境污染的第一因素，在美国，60%的水资源污染起源于非点源污染。几乎所有的非点源污染来源都和景观变化密切联系。现在很多研究都是利用一些模型如NPS、AgNPS同景观生态学和GIS结合，评估不同景观造成非点源污染的严重程度，并在模拟预测结果的基础上捉出最佳利用方式。景观生态学是生态学最为活跃的分支学科之一，还有许多未知领域正等待着被研究和探索，研究技术和手段需要不断完善和更新。新成果、新发现和新技术必将进一步充实和完善景观生态学的理论体系。景观生态学(I。andscapeecology)是宏观生态学研究的一个新的领域。它是C-Troll于1939年首先提出并应用的，于20世纪60年代末至70年代初期形成一门独立的生态学的分支学科，研究与景观结构、功能以及变化有关的生态学原理及其应用，即这些原理在解决人类面临的问题时的应用【1]。研究焦点是景观的3个特征：(1)景观结构。不同生态系统或景观组分的分布格局，尤其是能量、物质和物种的分布与生态系统的大小、形状、数量、种类及生态系统的空间配置或排列方式之间的关系；(2)景观动态。生态镶嵌体的结构和功能在时间上的变化；(3)景观功能。空间要素之间的关系与作用，即组成景观的生态系统之间的能量、动物、植物、矿质营养及水的流动。对景观格局与生态过程（植被演替、生物多样性、放牧格局、捕食关系、扩散、营养动态、干扰的传播）相互作用的研究，有助于在宏观上解决物种的保护与管理、环境资源的经营管理、土地利用规划、生物多样性保护与维持、人类对景观及其组分的影响等生态问题。4.景观生态学的研究对象景观生态学以整个景观作为研究对象。在景观生态学中把景观定义为以相似的形式在整体上重复出现的、由一系列相互作用的生态系统组成的异质性区域。景观由景观要素或景观组分组成，而景观组分是相对均质的生态系统。每一个景观单元可以认为是由不同生态系统或景观组分组成的镶嵌体，因此不同的景观具有显著的差异，但是所有景观又具有共性，即景观总是由斑块、廊道和基质等景观组分组成的景观生态学特别关注4个问题：空间异质性的发展与劫态、异质性景观之间的相互作用和交换、空间异质性对生物和非生物过程的影响、空间异质性的管理。因此，景观生态学的理论核心也可以说就是生态空间理论，聚焦为研究景观空间异质性的保持与发展。5.景观格局的研究方法景观格局(landscapepattern)的研究是景观生态学研究的核心内容和热点问题之一。景观是由斑块、廊道和基质（事实上，廊道和基质也是斑块的一种形式）组成的。斑块的类型、起源、形状、面积大小、空间格局和动态是景观的重要代表特征。斑块的空间分布表示为景观格局，所以对景观格局的研究大多从斑块着手。景观格局，是景观区域内若干生物过程和非生物过程长期综合作用的产物；同时，景观格局对各种生物过程或非生物过程有直接或间接的影响。了解某一区域景观格局的变化可以为该区域资源的合理管理利用提供科学依据。植被的景观格局可以反映植被空间分布及其动态受环境异质性和干扰状况综合控制的基本特征。通过对景观格局成因机制的分析，确定系统的生产力、稳定性和生境质量的控制因素，进而有效地预测景观的动态，是确立景观管理和设计目标，制定景观管理措施的基础和依据。空间尺度从几米到几十千米；时间尺度从几年到几十年，而人类世代几十年的时间尺度往往成为景观生态学研究关注的焦点。在景观尺度上进行控制性实验代价较高，所以，人们越来越重视尺度转换技术，而尺度外推是景观生态学研究的一个难点，它涉及到如何穿越不同尺度生态约束体系的限制。不同时空尺度的聚合会产生不同的估计偏差，信息总是随着粒度或幅度的变化而丧失，信息的损失速率和空间格局有关，而映像来自于从尺度中获取的信息。时空尺度的对应性、协调性和规律性是尺度研究的一个重要特征。通常研究的地区越大，相关的时间尺度也越大。生态系统在小尺度上常表现出非平衡特征，而在大尺度上可体现一定的平衡特征。6.景观功能景观功能指的是空间景观组分之间的相互作用，即能量、物质、物种在生态系统之间的流动。有关景观组分之间的流动的基本概念有两个：一个是景观组分昀边缘，具有与半透膜一样的功能与作用，通过渗透使能量、物质、物种流进或流出景观组分。流动可以横穿过边缘，也可以沿着边缘流动。另一个是相邻的景观组分处于不同的成熟阶段，相对年轻的景观组分释放物质与能量，具有流动源的作用；而相对成熟的景观组分起着吸收物质与能量的库作用。与景观组分之间的物质、能量、物种的流动有关的媒介或运输机制包括5类：风、水、飞行动物、地面动物和人类。驱动运输机制运转的动力包括扩散作用、物流和携带运动，这些动力是确定流动的方向和距离时要考虑的因素。扩散作用又称弥散作用，指溶解或悬浮物质从高浓度区域流向低浓度区域的运动，其方向是随机的。物流指物质沿着能量（势能和动能）梯度的运动，包括河流、地表和地下径流。物流受重力支配，并受土壤、地形、植被等因素的影响。携带运动指动物和人在景观中的活动对能量、物质与生物体在空间上的重新分配，与前两种形式相比，携带运动常常造成能量、物质和生物在空间上的高度聚集。一般而言，种群动态、生物多样性和生态系统过程等都不可避免地受到景观空间格局的制约或某种影响。7.景观生态学的研究动向目前，景观生态学的研究呈现以下的动向：①景观格局的数量化研宄方法得到进一步的发展。近年来，对景观格局所作的定量分析包括空间异质性、空间相关性、空间规律性（趋向性和梯度）和景观格局的等级结构等参数。②以“3S”技术为代表的新技术在景观格局研究中日渐成熟，智能地理信息系统(IGIS，即地理信息系统与专家系统的结合)及其三维可视化多尺度分析也受到了重视。③对景观的动态进行生态监测和计算机模拟。④围绕景观的空间格局与生态过程的关系为中心的景观尺度上的结构和功能的研究不断深化，对景观格局是如何产生的，如何影响生态过程，系统数量化特征空间变化之源的分析以及景观镶嵌梯度如何影响通过空间的景观流等问题的探讨，对景观生态学的理论框架和概念体系的构建将产生积极的影响。⑤对景观生态学与文化关系的研究已成为一个新的热点。人类对景观的感知、认识和判别直接作用于景观，同时也受到景观的影响。文化习俗强烈地影响居住地景观和自然景观的空间格局，而景观外貌和格局也反映出不同民族和地区的人民的文化价值观。同时，人类活动正通过影响景观而愈来愈深刻地影响和改变着景观格局。这方面的影响包括改变人类干扰的类型和格局，广泛改变大气化学条件以及引入外来有机体㈧，而且其影响的空间茫围正在不断地增大，甚至于连远离人类的生态系统（如原始森林，南、北极）也未能幸免于难。⑥景观格局的研究与当代生态学的热点问题（生物多样性保护、全球变化和可持续发展）紧密结合，进而探讨适合本地区发展的景观格局。8.景观生态学理论的应用目前，世界正面临人口猛增、自然资源过度消耗、人类生存环境日益恶化等问题。同时，由于自然景观生态学研究进展普遍受到人类的干扰，就需要一种理论和技术对被人类破坏的自然环境进行重建。而这种重建并不是简单、机械地复古，而是建设既符合自然规律，又能可持续发展与生产更多物质财富的景观生态系统。这正是当前景观生态学的重要任务。因此，景观生态学的应用范围非常广泛，在国土整治、资源开发、土地利用、生物生产、自然与生物多样性保护、环境治理、区域规划、城乡建设、旅游发展等领域被用于探求合理利用、保护和管理景观的途径与措施。依据系统整体优化、循环再生、区域分异的原则，为合理开发利用自然资源、不断提高生态生产力、保护和建设生态环境提供科学依据，探求解决发展与保护、经济与生态之间的矛盾，促进生态经济持续发展的途径和措施。总结在自然保护和恢复生态学领域，景观生态学的发展为保护生物学和恢复生态学提供了新的理论基础，而保护生物学和恢复生态学为检验景观生态学理沦与方法提供了场所。生物多样性保护的理论和实践表明，生物多样性是一个具有等级、时空尺度和格局待征的复杂系统概念，物种的保护必然要同时考虑它们所栖息的生态系统和景观的多样性和完整性，也要考虑多尺度上生物多样性的格局和过程及其相互关系。在生态系统管理领域，景观生态学的原理和方法在森林资源、草地资源、湿地资源等的开发和管理方面得到了广泛、深入的应用。不少学者认为，区域景观尺度是研究与分析自然资源的宏观永续利用和全球气候变化带来的生态学问题的最合理的尺度。这是因为区域景观是能够反映自然生态系统和人类活动的种类、变异以及空间格局特征的最小空间单位。在自然资源管理和利用方面，景观生态学途径愈来愈受到重视。在土地利用规划方面，景观生态学可以为土地利用规划提供一个重要的理论基础，还为土地利用规划和设计提供了一系列方法、工具和资料。例如，格局分析和空间模型方法与遥感技术的结合，