生态视角下的景观规划设计研究

（一）景观尺度上的全球变化研究

生态系统是指相互作用的生态单元，通常包括一系列不同功能的生物体与变化的非生物环境。生态系统本身并不包含任何特定的空间概念，但是由于生态系统间相互交错、相互渗透，生态系统常在不同的尺度上得到体现。全球变化研究的核心问题是探讨土地利用变化和气候变化对生态系统的影响及其反馈机制以及人们在未来气候（环境）变化下要采取的适应性管理对策。因此，与传统的生态模拟相比，有关全球变化对生态系统影响的模型模拟都是以大尺度（全球或区域尺度）的空间格局及其动态变化作为主要研究对象。然而大尺度的生物地理模型都应从模拟小尺度的生态过程开始，并最终校正到大尺度的地理格局上。因此，研究尺度的选择是全球变化研究中所面临的主要问题之一，这关系到各种尺度之间的转换和大尺度模拟的精确度。由此可见，如何建立能够抓住所有尺度上重要过程的简单模型结构是问题的关键，这就要求我们对各种尺度有所了解，而斑块、景观和领域3种尺度在研究中至关重要。

1.斑块尺度

斑块是指可作为同质处理的土地单位。它具有生态系统的特性，其空间尺度通常为十几米到上百米（几百平方米至上万平方米）。

2.景观尺度

景观由一系列具有不同生物和非生物结构的不连续斑块所组成，它是一些异质性土地类型、植被类型以及土地利用的镶嵌体，其地理跨度从几千米到十几千米（即几平方千米至几百平方千米）。

3.区域尺度

区域由大量景观单元组成，空间尺度一般至少为100 km2，可大至几个GCM的网格单元（每个网格单元为500 km2）。

不同尺度在空间上形成了一个等级序列，而景观尺度在这一空间等级序列中起着承上启下的作用。此外，如气体交换、干扰、物种的扩散和迁移、养分循环、痕量气体释放以及水分交换等许多重要的生态过程都发生在景观的尺度上，而这些生态过程对全球变化影响的动态模拟至关重要，因而在景观尺度上开展全球变化的研究显得尤为关键。

与传统生态学强调过程的同质性不同，景观生态学将空间异质性看成是生态系统中的主要因果要素，并认为系统的空间动态和生态学所关注的系统的时间动态同等重要。因此，景观格局在时空尺度上的动态变化是其研究的一个主要方向。

由于大气组成的变化特别是CO2浓度的增加和气候变化将在景观水平上对生态系统结构和组成产生显著影响，在此尺度上人类活动造成的土地利用变化及与此相关的地面覆盖的变化都将对生态系统的结构和组成产生深远影响。景观格局的变化在一定程度上反映了土地利用变化状况以及干扰类型和程度，此外将对物种的迁移和扩散以及养分循环和痕量气体的释放等产生巨大影响。因此，了解和模拟景观格局的动态变化将对预测全球变化对生态系统的影响及生态系统的反馈机制具有重要作用。但是，由于自然界中生态系统的复杂性和多样性，不可能进行全面而细致的研究，这就要求依据其特性划分不同功能类型，在不同类型中选择一些典型区域和类型对环境因素（如温度和降水）、生态系统结构和组成、生物地球化学循环以及水文动态等方面的变化进行长期观测和研究，并利用这些研究成果，结合景观格局（斑块）的动态变化状况，建立斑块尺度的生物地球化学循环和水文等生态过程的模型，进行斑块动态的模拟，从而为景观和区域等更大尺度上生态系统动态变化的模型建立提供良好基础。然而，从斑块尺度建立景观及区域模型并非简单的模型聚合过程，因为一些生态过程可能体现在更大的尺度上，如物种的迁移和扩散就往往体现在景观尺度上。

物种的迁移和扩散是确定植被组成在全球变化条件下如何变化的一个重要生态因子。物种的迁移速率除取决于其本身的能力外，环境因素也起着极其重要的作用，景观的破碎化对物种的迁移起着很大的阻碍作用，因此在区域或全球尺度上模拟物种的迁移过程或植被的变化时应考虑景观动态变化所带来的影响。而以往有关物种迁移和植被变化的模拟研究都忽略了这些因素的影响，所以很难反映出物种迁移和植被变化的真实情形。为了准确地体现其未来的变化情形，就必须在景观尺度上加强对物种迁移、扩散和竞争机制以及景观格局的变化所带来的影响等方面的研究，从而建立一些景观尺度上的模型。如景观转换模型（landscape-transition model）利用细胞自动机（cellular-automata）方法（该方法在空间模型中主要是追踪各位置间的相互作用）发现植被边界的地点、大小、形状和组成的变化，该模型在土地利用变化和气候变化的结合中得到了很好利用。此外，Gardner等也发展了一个细胞自动机模型，来模拟物种分布中两个竞争物种在严重干扰下的空间分布状况。

人类活动引起的土地利用变化是造成景观格局和陆地覆被变化的决定性因子。此外，干扰和极端活动等的迅速改变将导致生态系统的变化，如火、极端干旱以及大风暴等。这些极端干扰事件的发生，常创造出年龄不一的斑块，极大地改变景观格局。因此，在景观尺度和区域尺度或更大尺度上对生态系统动态变化的模型预测必须能够解释人类活动和极端干扰事件的影响。

总之，模拟生态系统对未来气候变化的响应是一个十分复杂的进程，如何利用模型来精确预测未来气候变化的响应既是一个挑战，对于未来资源的管理也是至关重要的。因此，在全球变化的研究中只有充分运用景观生态学的原理和方法，加强对景观格局的动态变化及其相应生态过程（气体交换、物种迁移和扩散、生物地球化学循环和水文过程等）的变化和影响因素的研究，建立斑块、景观和区域尺度上的模型，有利于更准确地预测全球变化对生态系统的影响及其反馈作用。(www.xing528.com)

（二）海洋资源环境中景观生态学的主要应用

1.海洋赤潮景观

海洋赤潮是海洋中某些浮游藻类、原生动物或细菌，在一定环境条件下暴发性繁殖或聚集而引起海洋水体变色的一种有害生态异常现象。海洋赤潮不仅破坏海洋渔业资源和生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业，而且人们还会因误食被有害赤潮生物污染的海水产品而造成中毒、死亡。近年来，海洋赤潮灾害频繁发生，危害越来越大，已经成为工业化进程中沿海国家普遍面临的严重海洋环境灾害之一。

海洋赤潮是在正常海洋黄绿色水体景观本底上发生的褐色、棕红色、锈红色水色异常斑块镶嵌的海洋灾害景观。赤潮斑块的颜色、形状、方位随赤潮藻种类型、赤潮生态过程和海域环境特征等发生快速变化，其空间尺度一般在几十平方千米到上万平方千米不等。

海洋赤潮景观具有发生空间范围大、演化速度快、生命周期短、驱动机制复杂、危害性大等特点，使得从景观生态学视角研究海洋赤潮空间格局演变、赤潮空间格局变化与驱动力关系、赤潮空间格局与赤潮生态过程之间的关系、赤潮空间格局演变的环境效应、赤潮发生模型等方面具有独特的优势。景观生态学的格局分析方法可以用来分析海洋赤潮发生过程中各种藻类斑块的空间形态、运移、演变等空间格局演变过程。景观指数分析方法可以用来量化海洋赤潮发生的空间特征，作为海洋赤潮灾害风险评估的量化手段。景观驱动力分析方法可以用来分析海洋赤潮灾害发生、发展的海域环境特征（温度、营养盐、洋流等）驱动机理。景观格局与生态过程关系分析方法可以用来分析海洋赤潮灾害的空间格局与海洋赤潮藻（菌）类发生的生态过程、海洋水文过程等多种海洋过程之间的关系，建立海洋赤潮景观格局与赤潮生态过程之间的耦合途径。景观评价分析方法可以用来进行海洋赤潮的灾害、危害评估与评价。景观变化分析方法可以用来研究海洋赤潮灾害空间特征的演变过程。近10多年来，国内外就海洋赤潮灾害问题，从海洋赤潮的发生成因、动态过程、发生规律、生物/生态过程、检测方法，海洋赤潮的光潜特征、遥感监测方法、灾害损失评估方法、赤潮管理等多方面展开了大量研究工作。但纵观国内外的海洋赤潮研究，还没有从景观生态学视角来分析、研究和评价海洋赤潮灾害，从海洋赤潮景观尺度探索研究海洋赤潮灾害。

2.滨海湿地景观

与其他海洋领域相比，滨海湿地是景观生态学涉足较早的研究领域之一，但研究的领域仅限于河口湿地、红树林等少数滨海湿地类型。早在20世纪80年代，美国景观生态学者就关注了河口湿地。

国内的景观生态学研究开始于辽河三角洲湿地景观格局的研究。近年来，滨海湿地景观生态学研究出现了大量的报道，国内在辽河三角洲湿地、黄河三角洲湿地、长江三角洲湿地、珠江三角洲湿地等大河河口进行了大量的潮上带景观格局变化与分析、景观变化驱动力、景观生态功能等方面的研究，在红树林景观格局变化方面也有一些研究，但在海草床、珊瑚礁、滨海滩涂、海洋入侵物种等潮下带景观生态学方面研究的较少。景观生态学在滨海湿地方面的应用主要集中在潮上带河口湿地景观的实例研究，也有少量的红树林湿地景观研究，但是面对类型众多的滨海湿地景观，景观生态学还没有真正应用于滨海湿地空间格局演化的监测、评价和管理工作。虽然景观生态学中存在诸多用于描述空间格局的景观指数，但是针对类型多样的滨海湿地及其特殊的环境空间特征，构建和选取哪些景观指数才能反映滨海湿地环境演化的空间过程，目前还缺乏深入地研究。因此，针对各类滨海湿地类型空间特征的特殊性，如何应用景观生态学对其进行监测评价与研究，是滨海湿地景观生态学亟待解决的问题。

（三）自然资源适应性管理中景观生态学的应用

自然资源关系到人类长期的发展和生存，自然资源的管理和保护一直是人们关注的重点。现有对自然资源的静态管理和保护措施主要是考虑当前的土地覆被、物种丰度和气候特征的关系，因此还存在很多不足之处。人口的膨胀和人类活动的加强正在不断加速全球变化，全球变化直接导致生态系统结构、组成和分布区域的改变，从而影响人类对资源的利用和保护。因此，针对全球变化可能带来的影响，主要问题是如何减少全球变化带来的损失或从全球变化中受益。这就要求首先能准确预测未来全球变化的情形及其影响，在此基础上对未来全球变化下的自然资源采取适应性的管理和保护措施，做到未雨绸缪。

由于全球变化，尤其是全球气候变化可能带来巨大的潜在影响，有关未来全球变化情形下的自然资源和土地利用的管理引起人们极大的兴趣。人们根据对未来全球变化的预测结果，提出了一系列可能的管理措施，在这些管理措施中，生态学，特别是景观生态学的一些原理得到了充分利用，如景观连接度常被用来处理景观破碎化与物种迁移之间的关系。根据未来全球气候变化的预测结果，物种将向极地的方向迁移以适应不断升高的气温。物种能否与不断变化的环境保持一致，主要取决于气候变化的速率、物种的迁移能力、物种间的竞争压力以及物种迁移时遇到的物理障碍等因素。然而人们担心的是当前严重的景观破碎化可能会成为物种迁移路线中难以逾越的障碍，并最终导致一些物种在未来气候变化下灭绝。正是基于这种忧虑，人们首先想到的是人类帮助其渡过难关，因此一些原始而粗略的想法也随之产生，如在区域生态系统水平上为物种的迁移提供相互连接的廊道系统，建立一定的缓冲带等。一些学者更是认为这些在自然区域间相互连接的廊道系统应按照海拔方向、滨海内陆方向和南北方向（极地方向）排列，以利于物种在气候变化情形下的运动。但是，由于缺少试验上的证明，这些管理措施很大程度上是基于假设未来景观需求的一种直觉的、理论上的假想，并不具备普遍性。

Halpin对大气环流模型（GCM）预测的美国未来气候变化下潜在植被图和现实植被图进行叠加分析，发现自然景观过渡带和人类为主的自然景观过渡带（即农业自然过渡带）的边界具有明显变化，是对气候变化比较敏感和危险的区域。因为即使在当前气候条件下，生态过渡区也存在着高度的空间异质性和一系列环境变化梯度，因此，该区域内所包含的景观类型丰富多样，其景观格局和景观结构相当复杂，不同斑块间的物质和能量交换极其活跃，景观动态变化的时间尺度相对较短，尤其在人类为主的景观与自然景观过渡带内，受人类活动的强烈干扰，景观格局的变化更为急剧。