国内外景观格局分析与景观格局演变研究进展.doc

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1、国内外景观格局分析与景观格局演变研究进展摘要：自上世纪80 代景观生态学被引入中国以来，针对景观格局的研究发展迅猛，尤其是进入21 世纪后，相关的理论与应用研究文献数量直线上升，取得了可观的研究成果。本文从景观格局的含义内涵入手，对近20年来国内外对于景观格局指数空间分析和景观格局动态演变上的研究做了较为简要的综述，并对景观格局理论的研究进展及其在不同领域的应用进行了分析和论述，提出了研究的热点和发展趋势，为今后应用于实际的研究提供参考。关键字：景观生态学 景观格局分析 景观指数 动态Domestic and foreign landscape pattern analysis and lan

2、dscape pattern evolution research progressAbstract: Since the 1980s and landscape ecology since being introduced to China, aiming at the rapid development of the landscape pattern research, especially in the 21st century, the related theoretical research and practical application document number upw

3、ards, gained considerable research achievements. This article from the landscape pattern, the meaning of connotation of both at home and abroad in recent 20 years for landscape pattern index spatial analysis and landscape pattern on the dynamic evolution research done in a more briefly summarized, a

4、nd the theory of landscape patterns research progress and application in different fields is analyzed and discussed, puts forward research hot spot and the development trend in future application in practical research to provide the reference.Keywords：Landscape ecology, landscape pattern analysis, l

5、andscape index, dynamic前言： 景观生态学是一门相对年轻、应用广泛的生态学分支学科。它是传统生态学研究向宏观与空间方向发展的自然延伸，景观的异质性及其与生态过程的相互作用是景观生态学研究的核心问题之一。我国景观生态学虽然起步比较晚，尤其是在二十世纪八十年代之后才发展迅速，但是现在这个学科已成为现代生态学中重要的综合学科之一1。景观是一个区域，里面有许多斑块组成，这就是说景观涉及到了一个很大的概念包括地形，结构、空间功能等多学科生态系统综合体。2在研究方面上来讲，景观结构、景观变化，景观功能则是三个最基本的研究点。从研究内容来说，则是这三者包括景观的结构(空间格局)、功能(

6、生态学过程)、变化(空间动态)与生物活动(特别是指人类活动)之间的相互作用。景观格局的特征以及格局的形成原因，甚至是与各生态发展过程之间的关系则是景观生态学的研究核心之一3。1. 景观格局的含义与度量我国最早的景观格局文献大多是关于国外理论的介绍。20 世纪80 年代初期，景观生态学被林超、黄锡畴、陈昌笃等介绍到中国之后，一系列文献介绍了国外景观生态学概念和方法，景观格局作为其基础内容同时在中国引起广泛关注，这一阶段可以说是我国景观格局研究的起步阶段，主要以国外研究成果的介绍为主7。肖笃宁等多次将国际景观生态学研究进展与前沿问题介绍给国内学者4-6，随着对景观格局、功能和过程研究的不断深入，研

7、究者对景观格局及动态的研究、景观格局的优化、景观格局与生态过程的耦合途径和相互关系、景观格局演变分析方法和其驱动力机制的研究等热点和难点问题分别进行了总结，并预测未来的研究趋势7。如以郭晋平等人为代表的课题组开展的森林景观动态及其群落生态效应的研究首次对森林景观生态进行了比较全面、系统和深入的研究，为后人的进一步研究提供了基础8。于兴修等以浙江省西菩溪为例，对在不同年份间的土地利用变化所引起的景观结构和景观异质性变化以及该过程所产生的生境质量下降、边缘效应增强和土地退化等景观生态效应进行了分析，并在此基础上提出了调整土地利用方式的方案，使生态建设以及水土资源利用实现可持续发展9。1.1 景观格

8、局的内涵与意义不同生态系统反映在空间上即不同类型的土地利用单元，它们以各种形状和大小镶嵌组合，构成斑块、廊道、基质等景观要素。景观格局（Landscape pattern）即指景观的空间结构特征，是景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置，是景观异质性在空间上的综合表现10。在对景观进行生态学研究时，结构、功能和变化是景观的三大基本特征。格局可以影响景观中资源和物理环境的分布形式和组合、物种的分布和丰度等多种过程或功能；反之生态过程也会引起景观结构的变化11-12。景观格局还有的最大特征就是空间自相关性(spatial autocorrelation)。空间自相关性是指在空间上越靠近的事物或现

9、象就越相似。景观格局在多尺度上表现的空间异质性与生态系统变化过程相互作用，是景观生态学研究的核心内容之一，也一直是景观生态学研究的重点与难点13。空间自相关性现象是可以随处可见的，也是非常奇妙的，如果不存在景观格局的自相关，景观格局的分析、生态过程的研究和尺度转化规律这些都不可能进行。1.2 景观格局的度量景观生态学有别于传统生态学的重要标志就是它对空间数据的依赖和分析上。首先要有大量和较大范围的空间地学数据，然后对其进行分析和处理，由此而言，采取数量研究方法是必不可少的。有人甚至以为景观生态学的发展在很大程度上取决于它定量研究方法的发展，这样说当然有些失之偏颇，但它也从一个侧面说明了在现今景

10、观生态学的研究中，定量化研究确实起着很大作用。斑块-廊道-基底模式是现为大多数学者多接受的景观格局模式，斑块是景观中相对零碎的、均质的块状单儿，如植物、湖泊、民居等;廊道是指景观中与相邻环境不同的线性或者带状结构，包括河流廊道、道路廊道等;基质是在空间上分布最广、连接度最高且在景观功能上起优势作用的景观要素。景观格局的定量研究，就是对组成景观格局的斑块、廊道、基底进行定量的统计和分析，以获取景观的空间结构特征。利用景观生态学的数量方法，研究景观结构的动态变化过程，能很好地反映人类活动及自然环境变化对景观要素的影响，从而为合理地进行景观规划、管理和维护生态系统提供依据。2. 景观格局分析及其方法

11、景观空间格局的形成和变化受到自然环境和人类活动的共同作用，它不仅体现自然、生物和社会的各种生态过程在不同空间尺度上相互作用的结果，还决定各种自然环境因子在景观空间的分布和组合，从而制约生态过程。分析景观格局的目的是了解产生和控制景观空间结构的因子和机制，比较不同的景观格局及其生态效应，最终为景观的合理利用与规划提供依据14。对规划师来说，理解、规划和管理景观变化最有效的方法是了解结构和功能之间相互作用的驱动力，识别景观的主要结构组分及其主要的景观过程，建立格局和过程之间的关系，使得预期空间规划方案的生态后果成为可能。现在景观生态学的定量方法主要分两部分:景观指数方法和景观格局空间分析、数学模型

12、模拟方法。2.1 景观指数景观指数分析法作为景观格局分析的常用方法之一，在过去二十年的时间里得到迅速发展，它不仅可以定量化研究景观格局，最重要的一点就是景观格局指数可以直观清楚地反映一些格局特点15。而结合多尺度概念共同分析景观格局，也就是说对于同一景观采用不同粒度或是幅度分析有着重要的意义16。通过对景观指数的定量计算，可以了解景观格局的基本空间结构特征，如景观组成单元的数量、大小、形状、景观多样性、优势度、均匀度等，并为进一步的景观格局空间统计学分析提供基础和参考数据。景观格局指数通常采用Fragstats、Apack和Pach Analyst三种常用软件计算获得。目前反映景观格局变化的特

13、征指数已有200个左右，但这些指数中有些具有相同的生态学意义, 有些不具有明确的生态学意义，甚至有些指数之间相互矛盾17-18，因此根据研究内容的需要应对指数进行筛选。例如对于湿地景观而言，通常根据湿地的特性选用一些最能反映湿地景观格局变化特征的指数，如景观多样性指数、破碎度、优势度、分维数等指标来分析湿地景观格局，根据景观格局指数在不同时段内的动态变化来反映景观格局空间结构特征的变化。国内对湿地景观格局变化的研究始于20世纪90年代, 主要采用景观格局空间分布特征指数（景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数及斑块分维数）和景观异质性指数（聚集度以及破碎化指数景观破碎化指数、廊道密度指数、斑块

14、密度指数、景观斑块破碎化指数、景观斑块形状破碎化指数）等10余种指标来研究湿地景观格局的变化19。陈康娟等20选用景观格局空间分布特征指数以及空间构型指数（景观破碎化指数和聚集度）分析了人类活动影响下的四湖地区湿地的景观格局, 指出人类干扰程度的增加导致湿地景观多样性下降, 优势度和景观破碎化程度增强。王宪礼等21选用斑块密度指数、廊道密度指数、景观破碎化指数等6个指标定量分析了辽河三角洲的湿地景观格局, 结果表明景观破碎化与人类活动密切相关, 而且廊道的发展是景观破碎化的前提与动因。2.2 空间统计学方法由于景观指数分析是建立在同一景观内部是完全均质和不同景观要素之间是截然分明之上，而实际的

15、景观格局在邻近范围内的变化往往是连续的，并依赖于相邻的空间位置，即表现为空间自相关性现象（在空间上越靠近的事物或现象就越相似），因此针对实际景观采用景观指数分析方法，研究结果往往趋于理论化，与事实产生较大的误差。从另一方面而言，了解空间异质性在景观中是如何连续变化的，即是否具有某种趋势或统计学规律，是理解景观格局本身及其与生态学过程相互作用的重要环节。空间统计学正是通过分析空间异质性在景观中的连续变化情况，揭示景观格局本身及其与生态学过程之间的相互作用，以确定空间自相关关系是否对景观格局有重要影响。空间统计学的主要方法有空间自相关分析、趋势面分析、半方差分析等等。另外，遥感与地理信息系统技术的

16、结合，成为探讨景观格局演变、揭示其空间变化规律、建立其变化驱动力模型的有力分析手段22。地理信息系统使快速、准确地处理大规模空间数据成为可能，它与遥感技术相结合大大拓宽了人类的视觉范围，为区域景观水平上的监测与评价提供了有效的手段。遥感、地理信息系统与景观生态学理论共同形成了对大尺度生态系统空间格局进行研究的独具特色的研究模式。3. 景观格局动态研究 随着研究方法和遥感、GIS 技术的引入，景观格局的动态演变即时间异质性问题成为重点。时间异质性的研究主要集中在景观动态变化分析、模拟和景观动态驱动因子分析等方面，这有助于对人地关系的深刻理解，有利于对生物多样性、自然资源的有效保护，因而成为当前众

17、多研究案例的热点。3.1 景观格局动态景观格局动态研究是基于时间变化，通过分析景观组成部分的空间的相互作用、空间结构及其空间各功能的发展变化，预测景观生态系统的变化趋势23。同时这些异质性的斑块也制约着各种生态过程，因为它们决定着自然地理环境的分布特点、形成原因、和组成分配，进而与生态系统的干扰能力、系统稳定性、系统恢复能力和生物多样性有着不可分割的关系。具体地讲，景观格局动态变化包括景观结构单元的组成成分（包括景观斑块的类型、数目、面积）、多样性、形状和空间格局等方面的变化，以及由此导致的能量、物质和生物在分布与运动上的差异24。景观格局的变化具有3种典型类型：1）景观、基质更替：是指景观格

18、局中原来的基质被其他某一种新的景观元素所取代；2）景观面积比例变化：是指几种景观元素的面积比例大小发生了变化；3）景观元素的变迁：是指在景观系统内一种新型的景观元素的出现或者是一种原有的景观元素的消失。而在景观动态模拟模型方面，以细胞自动机模型和马尔柯夫模型应用研究最多。景观中基质、斑块与廊道之间的相互转化，可以采用生态学中的马尔科夫（Markov）转移矩阵模型来确定其变化的方向和速度。而细胞自动机模型的最大优点就在于可以把局部小尺度上观测的数据结合到邻域转化规则中，然后通过计算机模拟研究大尺度上系统的动态特征。如王学雷等25利用1990和1996年2个时期的卫星影像对四湖地区湿地景观格局的动

19、态变化进行了动态模拟和趋势预测，指出只有通过控制围垦和实施退田还湖措施才能实现湖泊面积增加的预测结果。Morot等26验证了气候-地形指数模型在预测欧洲湿地景观沿气候梯度分布状况的可行性和稳定性, 结果表明该指数在不进行区域校正的条件下能够预测下渗能力较弱的湿地结构和增长程度，但对于湿地的实际位置预测结果较差，且该指数目前还受DTM精度的限制。3.2 景观格局变化的驱动机制（自然&人文）景观格局变化主要是指由于土地利用/土地覆被变化(LUCC)所导致的景观格局和景观类型的时空变化27。景观格局动态变化可分为空间变化和过程变化，二者是同一变化中的两个方面。过程变化是空间变化的原因，而空间变化又影

20、响过程变化28。研究表明，景观变化的驱动因子可以简单地概括为两类：人为驱动因子和自然驱动因子23。但是在较短的时间尺度上，自然驱动力相对较为稳定，具有累积性效应，而人为驱动力则相对较活跃。人为驱动力包括人口变化、经济增长、贫富状况、科学技术进步、产业变迁、制度变革、政治经济结构以及价值观念等方面的内容。同时，景观格局演变的驱动力系统还存在着主导驱动力与非主导驱动力的区别，对其进行判别也是总结景观格局演变驱动力机制的基础。肖笃宁等29对辽东滨海湿地土地资源景观格局变化的驱动机制分析表明，辽东湾海滨湿地演变过程中同时受到自然与人为两种不同性质驱动力的影响。河口泥沙沉积使自然湿地向海淤张，带动整个湿

21、地景观向海推演以及海退导致湿地环境因子的变化，这种强烈的海陆作用在较大的时空尺度下构成区域地质历史背景，作为区域环境演变的内在驱动力，控制着整个辽河三角洲的形成及演变。另一方面，在较小的时空背景下，近现代人类的经济活动及区域开发历史作为人类外在的胁迫因子叠加与自然因子之上，加快了湿地环境演变的过程。王宪礼等30对该地景观变化的研究也认为，该区域的景观变化是自然人为两种作用力相互作用的结果。参考文献：1Fu BJ，Lu YHThe Progress and perspectives of landscape ecology in ChinaProgress in Physical Geograp

22、hy，2006，30(2)：232-244.2Doing HThe landscape as an ecosystemAgriculture，Ecosystems and Environment，1997，63：221-225.3Gardner RH，Mime BT，Turner MG，et a1Neutral models for the analysis of broad scale landscape pattern. Landscape Ecology，1987，1(1)：1928.4肖笃宁, 国际景观生态学研究的最新进展-第五届景观生态世界大会介绍J. 生态学杂志, 1999, 18

23、(6): 75-76.5肖笃宁, 苏文贵, 贺红士.景观生态学的发展和应用J. 生态学杂志, 1988, 7(6): 46-48.6肖笃宁, 李秀珍.景观生态学的学科前沿与发展战略J. 生态学报, 2003, 23(8): 1615-1621.7刘颂等.我国景观格局研究进展及发展趋J.东北农业大学学报，2001，6（6）：144-1518郭晋平，阳含熙，薛俊杰等.关帝山森林景观异质性及其动态研究.应用生态学报，1999，10(2):167-179于兴修，杨桂山，李恒鹏.典型流域土地利用/土地覆盖变化及其景观生态效应-以浙江省西菩溪流域为例.自然资源学报，2003，18(1):13-1910邬建

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28、, 吴宜进.马尔柯夫模型在四湖地区湿地景观变化研究中的应用.华中农业大学学报,2002 ,21(3):288-29126 Morot Ph. ,Squividant H. ,Aurousseau P. et al. Testing a climate-topographic index for predictinga wetlands distribution along an European climate gradient. Ecological Modelling,2003,163:51-7127刘红玉，吕宪国，张世奎.湿地景观变化过程与累积环境效应研究进展J.地理科学进展，2003，22(1):60-70.28宁龙梅，王学雷，吴后建.武汉市湿地景观格局变化研究J.长江流域资源与环境，2005，14(l):44-49.29肖笃宁，李晓文，王连平等.辽东湾滨海湿地资源景观演变与可持续发展.资源科学，2001，23（2）：31-3630王宪礼，肖笃宁.辽河三角洲湿地的景观格局分析.生态学报，1997，19（3）：317-324