第二章景觀生態(tài)學(xué)的基本原理

第二章景觀生態(tài)學(xué)的基本原理第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀的整體功能

景觀功能研究是景觀生態(tài)學(xué)研究中最薄弱的環(huán)節(jié)，問題的關(guān)鍵在于沒有形成自身的功能描述方式和特色研究范式。1景觀功能的自然觀把景觀生態(tài)功能歸結(jié)為各種生態(tài)流的實(shí)現(xiàn)。生態(tài)流類型：能流、物流、物種流運(yùn)動(dòng)載體：風(fēng)、水流、飛翔動(dòng)物、陸地動(dòng)物、人和機(jī)械研究?jī)?nèi)容：生態(tài)流的運(yùn)動(dòng)特征，如流量、流速及時(shí)空分布差異以及不同景觀組分對(duì)于生態(tài)流實(shí)現(xiàn)過程中的作用。2第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2景觀功能的社會(huì)人文觀（1）

在考慮生態(tài)學(xué)特色的基礎(chǔ)上，綜合考慮人為活動(dòng)的具體需求，將景觀功能進(jìn)行進(jìn)一步的現(xiàn)實(shí)化?！镒匀挥^點(diǎn)可以為景觀功能分析建立比較符合科學(xué)要求的分析內(nèi)容及研究范式，但功能的具體指向不明確，特別是針對(duì)與人為活動(dòng)聯(lián)系密切的景觀而言，這種研究方法很難得出對(duì)人類活動(dòng)具有指導(dǎo)意義的直接成果?！锶宋挠^點(diǎn)盡管可以有很明確的功能表現(xiàn)形式，但內(nèi)容無法形成景觀生態(tài)學(xué)自身的鮮明特色。這是關(guān)于形式與特色的一個(gè)顯著悖論。

3第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2景觀功能的社會(huì)人文觀（2）

1.調(diào)節(jié)功能氣候調(diào)節(jié)海岸保護(hù)與防洪保持水土、防止侵蝕固定生物能人體廢物的儲(chǔ)存與循環(huán)提供生物控制移棲生境和動(dòng)物繁殖場(chǎng)所生物多樣性保護(hù)2.載體功能水產(chǎn)養(yǎng)殖娛樂與旅游自然保護(hù)3.生產(chǎn)功能食物或營(yíng)養(yǎng)(食用植物和動(dòng)物)基因資源建筑原材料生物化學(xué)機(jī)質(zhì)能源（燃料、太陽(yáng)能等）觀賞資源（如黑珊瑚）4.信息功能美學(xué)信息精神或倫理信息歷史信息文化或藝術(shù)激勵(lì)科學(xué)或教育信息4第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2景觀生態(tài)學(xué)的基本原理國(guó)外許多景觀生態(tài)學(xué)研究者，都曾就景觀生態(tài)學(xué)的一般原理提出過建設(shè)性意見。其中又以Forman（1995）提出了12條更為系統(tǒng)。但從他們所表述的實(shí)質(zhì)內(nèi)容看，既有許多相近之處，又不夠全面。肖篤寧（1999）曾就景觀生態(tài)學(xué)原理提出過9項(xiàng)原理：①土地鑲嵌與景觀異質(zhì)性；②尺度效應(yīng)與景觀層秩性；③景觀結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系和反饋；④能量與養(yǎng)分的空間流動(dòng)；⑤物種遷移與生態(tài)演替；⑥景觀變化與穩(wěn)定性；⑦人為活動(dòng)，干擾、改造、構(gòu)建；⑧景觀規(guī)劃的空間配置；⑨景觀的視覺多樣性與生態(tài)美學(xué)。還有一些學(xué)者，將系統(tǒng)科學(xué)理論引入景觀生態(tài)學(xué)學(xué)科理論體系，重視生物圈與技術(shù)圈的交叉，提出總體人類生態(tài)系統(tǒng)（totalhumanecologicalsystem）的概念。本課程將景觀生態(tài)學(xué)基本原理總結(jié)為7個(gè)方面。第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.1景觀系統(tǒng)的整體性原理景觀是由景觀要素有機(jī)聯(lián)系組成的復(fù)雜系統(tǒng)，含有等級(jí)結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的功能特征和明顯的視覺特性，具有明確邊界和可辨識(shí)的地理實(shí)體。一個(gè)健康的景觀生態(tài)系統(tǒng)具有功能上的整體性和連續(xù)性。從系統(tǒng)的整體性出發(fā)研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能與變化，將分析與綜合、歸納與演繹互相補(bǔ)充，可深化研究?jī)?nèi)容，使結(jié)論更具邏輯性和精確性。通過結(jié)構(gòu)分析、功能評(píng)價(jià)、過程監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等方法，采取形式化語(yǔ)言、圖解模式和數(shù)學(xué)模式等表達(dá)方式，以得出景觀系統(tǒng)綜合模式的最好表達(dá)。第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀的系統(tǒng)整體性不僅表現(xiàn)在景觀總是由異質(zhì)的景觀要素所組成，景觀要素的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和生態(tài)過程中的功能關(guān)系等水平方向上，而且還表現(xiàn)在景觀在等級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中垂直方向上不同等級(jí)水平之間的關(guān)系上。第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2景觀研究的尺度性原理景觀生態(tài)研究一般對(duì)應(yīng)于中尺度的范圍，即從幾平方千米，從幾年到幾百年。特定的問題比如對(duì)應(yīng)著特定的時(shí)間與空間尺度，一般需要在更小的尺度上揭示其成因機(jī)制，在更大的尺度上綜合變化過程，并確定控制途徑。在一定的時(shí)間和空間尺度上得出的研究結(jié)果不能簡(jiǎn)單地推廣到其他尺度上。第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一格局與過程研究的時(shí)空尺度化是當(dāng)代景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，尺度分析和尺度效應(yīng)對(duì)于景觀生態(tài)學(xué)研究有著特別重要的意義。尺度分析一般是將小尺度上的斑塊格局經(jīng)過重新組合而在較大尺度上形成空間格局的過程，并隨著斑塊形狀規(guī)則化和景觀異質(zhì)性減小。尺度效應(yīng)表現(xiàn)為，隨尺度的增大，景觀出現(xiàn)不通過類型的最小斑塊，最小斑塊面積逐步減少。由于在景觀尺度上進(jìn)行控制性試驗(yàn)往往代價(jià)高昂，人們?cè)絹碓街匾暢叨韧馔苹蜣D(zhuǎn)換技術(shù)，試圖通過建立景觀模型和應(yīng)用GIS技術(shù)，根據(jù)研究目的選擇最佳研究尺度，并把不同尺度上的研究結(jié)果推廣到其他不同尺度。然而尺度外推涉及如何穿越不同尺度生態(tài)約束體系的限制，由于不同時(shí)空尺度的聚合會(huì)產(chǎn)生不同的估計(jì)偏差，信息總是隨著粒度或尺度的變化而逐步損失，信息損失的速率與空間格局有關(guān)，因此，尺度外推或轉(zhuǎn)換技術(shù)也是景觀生態(tài)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一時(shí)空尺度具有對(duì)應(yīng)性和協(xié)調(diào)性，通常研究的地區(qū)越大，相關(guān)的世紀(jì)尺度就越長(zhǎng)。生態(tài)系統(tǒng)在小尺度上場(chǎng)表現(xiàn)出非平衡特征，而大尺度上仍可表現(xiàn)為平衡特征，景觀系統(tǒng)常?？梢詫⒕坝^要素的局部不穩(wěn)定性通過景觀結(jié)構(gòu)加以吸收和轉(zhuǎn)化，使景觀整體保持動(dòng)態(tài)鑲嵌穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。例如，大興安嶺的針葉林景觀經(jīng)常發(fā)生弱度的地表火，火燒輪回期30年左右，這種林火干擾常使土壤形成粗粒結(jié)構(gòu)，火燒跡地斑塊的平均大小與落葉松林地斑塊的平均規(guī)模40-50hm2相接近。在這種林火干擾狀況的控制下，興安落葉松林景觀仍可保持大尺度上的生態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一可見，系統(tǒng)的尺度性與系統(tǒng)的可持續(xù)性有著密切聯(lián)系，小尺度上某一干擾事件可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)激烈波動(dòng)，而在大尺度上這些波動(dòng)可通過各種反饋調(diào)節(jié)過程被吸收或轉(zhuǎn)化，可以為系統(tǒng)提供較大的穩(wěn)定性。大尺度空間過程包括土地利用和土地覆蓋變化、生境破碎化、引入種的散布、區(qū)域性氣候波動(dòng)和流域水文變化等。其對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度是人類的世代，即幾十年，是景觀生態(tài)學(xué)最為關(guān)注的時(shí)間尺度，即所謂“人類尺度”，是分析景觀建設(shè)和管理對(duì)景觀生態(tài)過程影響的最佳尺度。第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3景觀生態(tài)流域空間再分配原理在景觀各空間組分之間流動(dòng)的物質(zhì)、能量、物種和其他信息被稱為景觀生態(tài)流。生態(tài)流失景觀生態(tài)過程重要的外在變現(xiàn)形式，受景觀格局的影響和控制。景觀格局的變化比如伴隨著物種、養(yǎng)分和能量的流動(dòng)和空間再分配，也就是景觀再生產(chǎn)的過程。物種運(yùn)動(dòng)過程總是伴隨著一系列的能量轉(zhuǎn)化，它需要通過克服景觀助力來實(shí)現(xiàn)對(duì)景觀的控制，斑塊間的物質(zhì)流可視為在不同能級(jí)上的有序運(yùn)動(dòng)，斑塊的能級(jí)特征由其空間位置、物質(zhì)組成、生物因素以及其他環(huán)節(jié)參數(shù)所決定。景觀生態(tài)流的動(dòng)態(tài)過程可以變現(xiàn)為聚集與擴(kuò)散2種趨勢(shì)。景觀中的能量、養(yǎng)分和物種主要通過5種媒介或傳輸機(jī)制從一種景觀要素遷移到另一種景觀要素，即風(fēng)、水、飛行動(dòng)物、地面動(dòng)物和人。第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀水平上的生態(tài)流有擴(kuò)散、重力和運(yùn)動(dòng)3種驅(qū)動(dòng)力，具體內(nèi)容第4章介紹。擴(kuò)散與景觀異質(zhì)性有密切聯(lián)系，是一種類似熱力學(xué)分子擴(kuò)散的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)過程，擴(kuò)散是一種低能耗過程，僅在小尺度上起作用，并且是使景觀趨向于均質(zhì)化的主要?jiǎng)恿ΑＶ亓Γㄎ镔|(zhì)流）是物質(zhì)沿能量梯度下降方向的（包括景觀要素的邊界和景觀梯度）流動(dòng)，是物質(zhì)在外部能量推動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)過程，其運(yùn)動(dòng)的方向比較明確，如水土流失過程。傳輸是景觀尺度上物質(zhì)、能量和信息流動(dòng)的主要作用力，如水流的侵蝕、搬運(yùn)與沉積是景觀中最活躍的過程之一。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)（主要是動(dòng)物）通過消耗自身能量在景觀中實(shí)現(xiàn)的空間移動(dòng)，是與動(dòng)物和人類活動(dòng)密切相關(guān)的生態(tài)流驅(qū)動(dòng)力，這種遷移最主要的生態(tài)特征是使物質(zhì)、能量在景觀中維持高度聚集狀態(tài)。第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總之，擴(kuò)散作用形成最少的聚集格局，重力居中，而運(yùn)動(dòng)可在景觀中形成最明顯的聚集格局。因此，在無任何干擾時(shí)，森林景觀生態(tài)演化使其水平結(jié)構(gòu)趨于均質(zhì)化，而垂直分異得到加強(qiáng)。在這些過程中，景觀要素的邊際帶對(duì)通過邊際帶的生態(tài)流進(jìn)行過濾，對(duì)生態(tài)流的性質(zhì)、流向和流量等都有重要影響。第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.4景觀結(jié)構(gòu)鑲嵌性原理景觀和區(qū)域的空間有2種表現(xiàn)形式、即梯度與鑲嵌。鑲嵌性是研究對(duì)象聚集或分散的特征，在景觀中形成明確的邊界，使連續(xù)的空間實(shí)體出現(xiàn)中斷和空間突變。因此，景觀的鑲嵌性是比景觀梯度更加普遍的景觀屬性。Forman所提出的斑塊—廊道—基質(zhì)模型就是對(duì)景觀鑲嵌性的一種理論表述。第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀斑塊是地理、氣候、生物和人文等要素構(gòu)成的空間綜合體，具有特定的結(jié)構(gòu)形態(tài)和獨(dú)特的物質(zhì)、能量或信息輸入與輸出特征。斑塊的大小、形狀和邊界，廊道的曲直、寬窄和連接度，機(jī)制的連通性、孔隙度、聚集度等，構(gòu)成了景觀鑲嵌特征豐富多彩的不同景觀。第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀的鑲嵌格局或景觀的斑塊—廊道—基質(zhì)組合格局，是決定景觀生態(tài)流的性質(zhì)、方向和速率的主要因素，同時(shí)景觀的鑲嵌格局本身也是景觀生態(tài)流的產(chǎn)物，即由景觀生態(tài)流所控制的景觀再生產(chǎn)過程的產(chǎn)物。因此，景觀的結(jié)構(gòu)和功能，格局與過程之間的聯(lián)系與反饋始終是景觀生態(tài)學(xué)研究的重要課題。第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5景觀的文化性原理景觀是人類活動(dòng)的場(chǎng)所，景觀的屬性與人類活動(dòng)密不可分，因而并不是一種單純的自然綜合體，往往由于不同的人類活動(dòng)方式而帶有明顯不同的文化色彩；同時(shí)，也對(duì)生活在景觀中的人們的生活習(xí)慣、自然觀、生態(tài)倫理觀、土地利用方式等文化特征產(chǎn)生直接或顯著的影響，即所謂“一方水土養(yǎng)一方人”。人類對(duì)景觀的感知、認(rèn)識(shí)和價(jià)值取向直接作用于景觀，同時(shí)也受景觀的影響。人類的文化背景強(qiáng)烈地影響著景觀的空間格局和外貌，反映出不同地區(qū)人們的文化價(jià)值觀。例如，我國(guó)東北的北大荒地區(qū)就是漢族移民在黑土漫崗上的開發(fā)活動(dòng)所創(chuàng)造的粗粒農(nóng)業(yè)景觀。第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一按照人類活動(dòng)的影響程度，可將景觀劃分為自然景觀、管理的景觀和人工景觀，并常將管理的景觀和人工景觀等附有人類文化或文明痕跡或?qū)傩缘木坝^稱為文化景觀。文化景觀實(shí)際是人類文明景觀，是人類活動(dòng)方式或特征給自然景觀留下的文化烙印，反映著景觀的文化特征和景觀中人類與自然的關(guān)系。大量的人工建筑物，如城市、工礦和大型水利工程等自然界原先不存在的景觀要素，完全改變了景觀的原始外貌，人類成為景觀中主要的生態(tài)組分，是文化景觀的特征。這類景觀多表現(xiàn)為規(guī)則化的空間布局，高度特化的功能，高強(qiáng)度能量流和物質(zhì)流維持著景觀系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能，因而對(duì)文化景觀的生態(tài)研究不僅涉及自然科學(xué)，更需要人文科學(xué)的交叉和整合。第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.6景觀演化的人類主導(dǎo)型原理景觀系統(tǒng)如同其他自然系統(tǒng)一樣，其宏觀運(yùn)動(dòng)過程是不可逆的。系統(tǒng)通過從外界環(huán)境引入負(fù)熵而提高其有序性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)化或演化。第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀研究的動(dòng)力機(jī)制有自然干擾與人為活動(dòng)兩個(gè)方面，由于人類活動(dòng)對(duì)景觀影響的普遍性與深刻性，在作為人類生存環(huán)境的各類景觀中，人類活動(dòng)對(duì)景觀演化的主導(dǎo)作用非常明顯。人類通過對(duì)景觀變化的方向和速率進(jìn)行有目的的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)景觀的定向演化和持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用生物控制共生原理進(jìn)行景觀生態(tài)建設(shè)是景觀研究中人類主導(dǎo)性的積極體現(xiàn)（景貴和，1991）。景觀生態(tài)建設(shè)是指在一定地域、生態(tài)系統(tǒng)，適用于特定景觀類型的生態(tài)工程，它以景觀單元空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整和重新構(gòu)建為基本手段，改善受脅迫或受損生態(tài)系統(tǒng)的功能，提高其基本生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，將人類活動(dòng)對(duì)于景觀演化的影響導(dǎo)入良性循環(huán)。第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一我國(guó)各地的勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造出許多成功的景觀生態(tài)建設(shè)模式，如珠江三角洲濕地景觀的基塘系統(tǒng)、黃土高原侵蝕景觀的小流域綜合治理模式、北方風(fēng)沙干旱區(qū)農(nóng)業(yè)景觀中的林—草—田鑲嵌格局與復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)模式等。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.7景觀多重價(jià)值原理景觀作為一個(gè)有不同土地單元鑲嵌組成，具有明顯視覺特征的地理實(shí)體，兼具經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和美學(xué)價(jià)值，這種多重性價(jià)值判斷是景觀規(guī)劃和管理的基礎(chǔ)。第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一景觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值主義體系在生物生產(chǎn)和土地資源開發(fā)等方面，景觀的生態(tài)價(jià)值主要體現(xiàn)為生物多樣性與環(huán)境功能等方面，這些已經(jīng)研究得十分清楚。而景觀美學(xué)價(jià)值卻是一個(gè)范圍廣泛、內(nèi)涵豐富，比較難于確定的問題，隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的審美觀也在變化。景觀的宜人性可理解為比較適于人類生存、走向生態(tài)文明的人