景觀生態(tài)學(xué)的興起

景觀生態(tài)學(xué)的興起

1景觀生態(tài)學(xué)的概念景觀生態(tài)學(xué)在歐洲有著悠久的歷史。早在19世紀(jì)初期,現(xiàn)代植物學(xué)和自然地理學(xué)先驅(qū)德國(guó)的A.VonHumbold就把“景觀”這一概念引入科學(xué)中。1939年,著名德國(guó)地植物學(xué)家C.Troll第一次提出“景觀生態(tài)學(xué)”一詞。但景觀生態(tài)學(xué)的真正興起是在第二次世界大戰(zhàn)后,隨著人口增長(zhǎng)、糧食需求增加、環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn),這些問(wèn)題集中地體現(xiàn)在對(duì)土地的壓力上。為解決這些問(wèn)題,中東歐一些國(guó)家如德國(guó)、捷克斯洛伐克、荷蘭等國(guó)開展了以土地為主要研究對(duì)象的景觀生態(tài)研究熱潮。1982年,在捷克斯洛伐克召開的“第六次景觀生態(tài)學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)”上正式成立了“國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)會(huì)”(IALE),標(biāo)志著景觀生態(tài)學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。從那以后,景觀生態(tài)學(xué)從中、東歐擴(kuò)展到世界各地。景觀生態(tài)學(xué)是地理學(xué)與生態(tài)學(xué)之間的交叉學(xué)科。它是以景觀為對(duì)象,通過(guò)能量流、物質(zhì)流、信息流和物種流在地球表層的交換,研究景觀的空間結(jié)構(gòu)、內(nèi)部功能及各部分之間的相互關(guān)系。簡(jiǎn)言之,景觀生態(tài)學(xué)就是表示支配一個(gè)區(qū)域不同地域單元自然生物綜合體的相關(guān)分析。它的優(yōu)勢(shì)在于集中了地理學(xué)與生態(tài)學(xué)的精華,克服了兩者的弱點(diǎn),把地理學(xué)研究空間相互作用的水平方法與生態(tài)學(xué)研究功能相互作用的垂直方法結(jié)合起來(lái),探討空間異質(zhì)性的發(fā)展和動(dòng)態(tài),空間異質(zhì)性對(duì)生物和非生物過(guò)程的影響及對(duì)空間異質(zhì)性的管理。目前,國(guó)際上對(duì)景觀生態(tài)學(xué)的認(rèn)識(shí)并非完全一致。德國(guó)地植物學(xué)家特羅爾在1939年提出此概念后,又于1968年將其進(jìn)一步修善。他認(rèn)為景觀生態(tài)學(xué)是“對(duì)景觀某一地段上物質(zhì)群落與環(huán)境間主要的、綜合的、因果關(guān)系的研究,這些相互關(guān)系可以從明確的分布組合(景觀鑲嵌,景觀組合)和各種大小不同等級(jí)的自然區(qū)劃表現(xiàn)出來(lái)”。后來(lái)德國(guó)的朗格(Langer)又將景觀生態(tài)學(xué)定義為:“景觀生態(tài)學(xué)是涉及景觀內(nèi)部的空間組織和景觀內(nèi)部有關(guān)系統(tǒng)的相互關(guān)系的學(xué)科”。荷蘭學(xué)者莊奈沃德(Zonneveld)在1972年指出:“景觀生態(tài)學(xué)是景觀學(xué)科的亞學(xué)科,它研究由不同要素彼此相互作用組成的整個(gè)實(shí)體的景觀”。美國(guó)學(xué)者里塞爾(Risser)、卡爾(Karl)和弗曼(Forman)則認(rèn)為:“景觀生態(tài)學(xué)不是一門獨(dú)立的學(xué)科,也不是生態(tài)學(xué)的簡(jiǎn)單分支,它是為了認(rèn)識(shí)對(duì)同質(zhì)性和異質(zhì)性的地貌及生物系統(tǒng)管理效果和基本過(guò)程的學(xué)科,是研究空間異質(zhì)性的發(fā)展與動(dòng)態(tài),強(qiáng)調(diào)景觀空間——時(shí)間模型的許多有關(guān)學(xué)科的綜合交叉。由以上敘述可見,不同專業(yè)的學(xué)者對(duì)景觀生態(tài)學(xué)的理解和強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是不同的,但無(wú)論其概念如何多樣化,可以肯定地說(shuō),景觀生態(tài)學(xué)是由景觀發(fā)展到生態(tài)學(xué)領(lǐng)域,跨地理學(xué)和生態(tài)學(xué)的一門邊緣學(xué)科,其同時(shí)涉及到經(jīng)濟(jì)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)及區(qū)位論。從這一角度來(lái)看,景觀生態(tài)學(xué)可以看作是以上學(xué)科綜合發(fā)展的最新表現(xiàn)形式。2景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展2.1技術(shù)發(fā)展的種限制景觀生態(tài)學(xué)在世界范圍內(nèi)傳播時(shí),由于受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的種種限制,其發(fā)展是緩慢的。經(jīng)過(guò)近40年的徘徊,進(jìn)入80年代,才由蕭條走向復(fù)興。目前,已成為一門復(fù)雜綜合的重要交叉學(xué)科。并表現(xiàn)出其發(fā)展時(shí)期的特殊性。2.1.1國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)的研究與規(guī)劃1981年在荷蘭召開了國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)第一屆學(xué)術(shù)討論會(huì)。1982年在捷克斯洛伐克召開國(guó)際景觀學(xué)專題討論會(huì),會(huì)上成立了國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)聯(lián)合會(huì)。從此以后,在國(guó)際上,景觀生態(tài)學(xué)的科學(xué)活動(dòng)日益活躍。1984年在丹麥舉行以“景觀生態(tài)學(xué)研究與規(guī)劃方法”為主題的國(guó)際性的討論會(huì),并成立了國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)聯(lián)合會(huì)下屬的若干工作組。1989年3月在美國(guó)召開了第四次景觀生態(tài)學(xué)年會(huì),主題是“景觀結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程的連接”。2.1.2景觀生態(tài)學(xué)在美國(guó)的實(shí)踐在德國(guó),有自然保護(hù)和景觀生態(tài)學(xué)研究所,景觀管理和景觀生態(tài)研究所。荷蘭有自然管理研究所,捷克科學(xué)院有景觀生態(tài)學(xué)研究所,加拿大成立了景觀生態(tài)學(xué)管理學(xué)會(huì)。美國(guó)的景觀生態(tài)學(xué)起步較晚,但從國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)聯(lián)合會(huì)成立以后,大有急起直追之勢(shì)。在美國(guó)科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助下,1983年4月在伊利諾斯州舉行了美國(guó)第一次景觀生態(tài)學(xué)討論會(huì),會(huì)后出版了《景觀生態(tài)學(xué)——方向和方法》,接著又出版了兩本頗有影響的《景觀生態(tài)學(xué)》。1989年又召開了第四次景觀生態(tài)學(xué)討論會(huì),可見其發(fā)展的迅猛。2.2景觀生態(tài)學(xué)的理論研究和實(shí)踐研究我國(guó)的景觀生態(tài)研究是從20世紀(jì)80年代初大量介紹景觀生態(tài)學(xué)概念、理論和方法開始的,當(dāng)時(shí)著名地理學(xué)家林超、黃錫疇、董雅文等,陸續(xù)在有關(guān)地理學(xué)術(shù)刊物上介紹國(guó)外景觀生態(tài)學(xué)的概念、原理、研究方法和研究成果,使人們看到了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。在之后的短短幾年內(nèi),先后又有一批學(xué)者進(jìn)一步對(duì)景觀生態(tài)學(xué)的理論、概念和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了評(píng)價(jià),并開始進(jìn)行一些理論性探索和研究。到80年代末,景觀生態(tài)研究開始成為我國(guó)地理學(xué)、生態(tài)學(xué)和林學(xué)研究工作者關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。1989年在沈陽(yáng)成功地召開了“第一屆全國(guó)景觀生態(tài)學(xué)術(shù)討論會(huì)”。除繼續(xù)進(jìn)行評(píng)介和引進(jìn)工作外,陸續(xù)有一些研究成果面世,概括起來(lái),主要集中在以下3個(gè)方面。2.2.1土地利用格局以城郊和農(nóng)業(yè)景觀為主要研究對(duì)象,探討土地利用格局的變化趨勢(shì)及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。如肖篤寧等對(duì)沈陽(yáng)市東陵區(qū)30年間景觀格局變化基本過(guò)程和特征以及未來(lái)變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。徐嵐和趙羿進(jìn)一步利用馬爾柯夫模型對(duì)土地利用格局變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。趙羿和吳彥明等對(duì)該地區(qū)土地生產(chǎn)力現(xiàn)狀和景觀生產(chǎn)潛力進(jìn)行了分析。謝志霄和肖篤寧等在原有研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)景觀動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了一些改進(jìn),將網(wǎng)格樣點(diǎn)位置及決策優(yōu)先水平作為影響因素介入模型中,一定程度上改善了模型的模擬和預(yù)測(cè)效果。陳利頂和傅伯杰利用土地利用現(xiàn)狀圖對(duì)山東省東營(yíng)市土地利用格局進(jìn)行了分析,應(yīng)用景觀多樣性、優(yōu)勢(shì)度、破碎度和分離度指標(biāo),分析了人類活動(dòng)與景觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,曾輝等對(duì)城市化過(guò)程及其制約因素的空間分析等。這些研究對(duì)區(qū)域土地利用規(guī)劃與布局、城市化過(guò)程控制和區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要的指導(dǎo)意義。2.2.2結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究農(nóng)用林業(yè)或林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)研究,包括農(nóng)田樹籬和林網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、空間配置與生態(tài)功能,林農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的研究等。在我國(guó)老一輩生態(tài)學(xué)家的倡導(dǎo)下,農(nóng)用林業(yè)或林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)研究是我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)已取得豐碩成果的一個(gè)研究領(lǐng)域,盡管許多研究還未納入景觀生態(tài)研究的范疇,結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究也多集中于小氣候效應(yīng)、農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)、系統(tǒng)投入產(chǎn)出關(guān)系、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)機(jī)制及其經(jīng)濟(jì)效益的分析等方面。但生態(tài)農(nóng)業(yè)所展示的良好前景及其在農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中的意義和作用已經(jīng)受到人們的重視,并已取得了許多研究成果。2.2.3生物多樣性研究林區(qū)森林景觀生態(tài)研究包括森林景觀結(jié)構(gòu)、森林景觀空間格局分析、森林景觀動(dòng)態(tài)及其群落生態(tài)效應(yīng)、森林邊際效應(yīng)及動(dòng)態(tài)、森林斑塊動(dòng)態(tài)與物種共存、森林景觀格局與生物多樣性等。這類研究將更好地為森林資源的管理和合理利用、天然林保護(hù)和管理、自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)與管理等方面的實(shí)踐提供理論依據(jù)?？傊?在80年代后,國(guó)際、國(guó)內(nèi)景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展固然與當(dāng)前的科學(xué)潮流正走向交叉學(xué)科的時(shí)代有關(guān),但更為重要的是景觀生態(tài)學(xué)通過(guò)對(duì)景觀生態(tài)分析、景觀生態(tài)評(píng)價(jià)、景觀生態(tài)建設(shè)及景觀生態(tài)規(guī)劃等工作,對(duì)自然資源管理、保護(hù)及開發(fā)利用等方面起著越來(lái)越顯著的作用。3景觀生態(tài)學(xué)的前沿和未來(lái)3.1景觀生態(tài)學(xué)研究3.1.1景觀異質(zhì)性的測(cè)量生態(tài)空間理論包括尺度、空間格局與鑲嵌動(dòng)態(tài)等方面內(nèi)容,對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)空間關(guān)系定量化研究是一個(gè)富有吸引力和挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。景觀異質(zhì)性研究一直是景觀生態(tài)學(xué)的基本問(wèn)題之一,因?yàn)楫愘|(zhì)性同抗干擾能力、恢復(fù)能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性有密切的聯(lián)系,通過(guò)景觀的生物、水分、養(yǎng)分和物質(zhì)流大多取決于景觀格局,即景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)?？臻g要素,尤其是障礙、通道和高異質(zhì)性區(qū)域的組合,決定著物種、能量、物質(zhì)和干擾在景觀中的流動(dòng)或運(yùn)動(dòng)。Forman在其新作中重點(diǎn)討論了鑲嵌與流的關(guān)系以及土地鑲嵌體的變化,總結(jié)了5種空間格局模式和7種土地轉(zhuǎn)變過(guò)程。O.Neill等應(yīng)用分維數(shù)(fractalindex)作為一種衡量景觀斑塊(patch)邊緣復(fù)雜性和自相似性的指標(biāo);Forman和Godon運(yùn)用負(fù)熵和信息論方法直接測(cè)度景觀的異質(zhì)性,把垂直的植物結(jié)構(gòu)、尺度、生物系統(tǒng)的相對(duì)開敞性和景觀異質(zhì)性的原因聯(lián)系在一起。不少研究者運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,把空間變異中的系統(tǒng)變異、局部變異和隨機(jī)變異加以區(qū)別。3.1.2空間格局的變化對(duì)于景觀變化在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬研究已成為國(guó)外研究者爭(zhēng)相采用的方法,不同研究者所建立的景觀空間動(dòng)態(tài)模型,或是把生物反饋引入空間動(dòng)態(tài)模型,或是把空間特征引入生態(tài)學(xué)模型。大多數(shù)空間模型都要把所研究的景觀網(wǎng)格化,通過(guò)這些基本空間單元(cell)的變化來(lái)體現(xiàn)景觀的空間動(dòng)態(tài)。除常見的轉(zhuǎn)移概率模型外,滲透模型(percolationmodel)也被一些研究者引入景觀動(dòng)態(tài)的研究中,利用二維滲透網(wǎng)絡(luò)模擬景觀格局,研究火、病蟲害和物種的傳播。景觀變化在許多情況下體現(xiàn)為土地的轉(zhuǎn)化,這種轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為一個(gè)有效的鑲嵌系列(mosaicsequence),即以時(shí)間為序的一系列空間格局。鑲嵌系列可以用來(lái)對(duì)許多變化的空間屬性進(jìn)行分析,如斑塊大小和邊界長(zhǎng)度等。在改造土地的一系列空間過(guò)程中,加劇了生境的喪失和孤立,人們談?wù)撟疃嗟纳称扑榛皇亲匀换蛉祟悓⑼恋貜囊环N類型變成另一種類型時(shí)的一個(gè)階段。大多數(shù)景觀的未來(lái)主要取決于人類活動(dòng),這些活動(dòng)改變了現(xiàn)在的景觀格局和過(guò)程,不論這些活動(dòng)是經(jīng)過(guò)審慎考慮的還是一時(shí)疏忽的,其后果都是純粹的自然景觀愈來(lái)愈難以存在,景觀的變化和人類的目的發(fā)生愈來(lái)愈緊密的聯(lián)系。3.1.3小面積矩陣的景觀形成機(jī)制Forman提出了一種基于生態(tài)空間理論的景觀規(guī)劃原則,可稱之為集中與分散相結(jié)合的模型(aggregatewithoutliers),它包括以下7種景觀生態(tài)屬性——大型自然植被斑塊、粒度,風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散,基因多樣性,交錯(cuò)帶,小型自然植被斑塊、廊道。主要是通過(guò)集中使用土地,確保大型自然植被斑塊的完整,以充分發(fā)揮其在景觀中的生態(tài)功能;引導(dǎo)和設(shè)計(jì)自然斑塊以廊道或碎部形式分散滲入人為活動(dòng)控制的建筑地段或農(nóng)業(yè)耕作地段;沿自然植被斑塊和農(nóng)田斑塊的邊緣,按距離建筑區(qū)的遠(yuǎn)近布設(shè)若干分散的居住處所,愈遠(yuǎn)愈分散,在大型自然植被斑塊和建筑斑塊之間也可增加些農(nóng)業(yè)小斑塊。顯然,這種規(guī)劃原則的出發(fā)點(diǎn)是管理景觀中存在著多種組分,包含著較大比重的自然植被斑塊,可以通過(guò)景觀空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整,使各類斑塊大集中、小分散,確立景觀的異質(zhì)性來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù),以達(dá)到生物多樣性保持和高度的視覺多樣性。3.2景觀生態(tài)研究我國(guó)景觀生態(tài)學(xué)研究從1989年召開的第一屆全國(guó)景觀生態(tài)學(xué)討論會(huì)之后已有長(zhǎng)足進(jìn)展。1988年以來(lái)國(guó)家自然科學(xué)基金資助的景觀生態(tài)研究項(xiàng)目已近30項(xiàng);國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表景觀生態(tài)方面的論文數(shù)量和質(zhì)量都呈逐年提高的趨勢(shì),內(nèi)容涉及城市與城郊景觀、農(nóng)業(yè)景觀、森林景觀、濕地景觀、生態(tài)過(guò)渡帶景觀變化等,以景觀格局、景觀動(dòng)態(tài)的研究居多,一些論文已開始應(yīng)用GIS和統(tǒng)計(jì)模型等先進(jìn)方法手段,但總體來(lái)看和國(guó)際水平還存在明顯差距。1996年5月在北京召開了第二屆全國(guó)景觀生態(tài)學(xué)術(shù)討論會(huì),提交會(huì)議的論文有70余篇,大會(huì)發(fā)言11人,并就景觀生態(tài)學(xué)與生物多樣性保護(hù)、景觀生態(tài)學(xué)與農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,景觀生態(tài)學(xué)與城市旅游等議題進(jìn)行了熱烈的討論和交流,認(rèn)為我國(guó)的景觀生態(tài)研究應(yīng)在深化理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域,如土地利用和管理,自然保護(hù)區(qū)建設(shè),城市與園林規(guī)劃,旅游與風(fēng)景區(qū)建設(shè)等。為了發(fā)展具有中國(guó)特色的景觀生態(tài)學(xué)研究,現(xiàn)就若干重要的理論與實(shí)際問(wèn)題提出一些看法以供討論。3.2.1景觀生態(tài)學(xué)的意義景觀生態(tài)學(xué)還在走向成熟,其學(xué)科地位日益上升并呈現(xiàn)出如下特點(diǎn):1)景觀生態(tài)學(xué)可稱為空間生態(tài)學(xué)。它以景觀生態(tài)系統(tǒng)的空間關(guān)系為研究重點(diǎn),注重空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程的相互影響,強(qiáng)調(diào)尺度的重要性與時(shí)空異質(zhì)性。2)景觀生態(tài)學(xué)又可稱為建設(shè)生態(tài)學(xué)。它以人類活動(dòng)對(duì)景觀的生態(tài)影響為研究重點(diǎn),注重景觀管理、景觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)的研究,相對(duì)于保護(hù)生態(tài)學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)而言,它是一門內(nèi)容更加豐富的宏觀尺度上的應(yīng)用生態(tài)學(xué)。3)景觀生態(tài)學(xué)也是(屬于)人類生態(tài)學(xué)。它以人類對(duì)景觀的感知作為景觀評(píng)價(jià)的出發(fā)點(diǎn),綜合考慮景觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值,圍繞建造宜人景觀這一目標(biāo),實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)與人文科學(xué)的交叉。關(guān)于景觀生態(tài)學(xué)原理,Risser、Forman和Godron、Turner等都曾有過(guò)近似的表述,尤以Forman新近總結(jié)的12條更為系統(tǒng),但似乎仍有不夠全面之處?，F(xiàn)歸納以下9條作為景觀生態(tài)學(xué)的理論框架:①土地鑲嵌與景觀異質(zhì)性原理;②尺度制約與景觀層序性原理;③景觀結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系和反饋原理;④能量和養(yǎng)分空間流動(dòng)原理;⑤物種遷移與生態(tài)演替原理;⑥景觀穩(wěn)定性與景觀變化原理;⑦人類主導(dǎo)性與生物控制共生原理;⑧景觀規(guī)劃的空間配置原理;⑨景觀的視覺多樣性與生態(tài)美學(xué)原理。3.2.2人類活動(dòng)作用的測(cè)量觀穩(wěn)定性取決于景觀空間結(jié)構(gòu)對(duì)外部干擾的阻抗和回復(fù)能力。其中景觀生態(tài)系統(tǒng)承載力的概念是從人類生存環(huán)境的優(yōu)化和生命支持系統(tǒng)的持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展出發(fā),借鑒于資源承載力和環(huán)境承載力的研究而提出來(lái)的,可定義為在某一時(shí)期特定狀態(tài)條件下,景觀系統(tǒng)所能承受人類活動(dòng)作用的閾值。其發(fā)展變量是人類生產(chǎn)和生活作用的量度,限制變量為環(huán)境狀況對(duì)人類活動(dòng)的反