景观生态学常用的研究手段和方法

1.4　景观生态学理论

景观生态学（Landscape Ecology）是一门相对年轻的、发展相当迅速的、应用广泛的交叉学科。它的产生和发展来自于人们对生态环境问题的日益重视，其理论和方法来自于现代生态学和地理科学的发展及其他相关学科领域如系统科学的知识积累。人们一般公认景观生态学一词是德国生物地理学家卡尔·特罗尔（Carl Troll）于1939年首次提出的。直到20世纪80年代后期，它才逐渐成为世界上资源、环境、生态方面研究的一个热点，吸引了众多的生态学家和地理学家投入研究。国际上景观生态学的研究呈现出更加多样化的趋势，不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同，就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点和论说^[2]。概言之，景观生态学是研究景观的结构（空间格局）、功能（生态过程）和演化（空间动态），研究景观和区域尺度的资源、环境经营管理问题，具有综合整体性和宏观区域性的特色，并以中尺度的景观结构和生态过程关系研究见长^[3]。景观生态学基本原理在本书研究中的重要意义可以体现在以下几个方面。

1.4.1 景观结构与功能理论

景观生态学认为，在景观尺度上，每一独立的生态系统（或景观单元）均可看作是由宽广的斑块（patch）、狭窄的廊道（corridor）和背景基质（matrix）等基本景观要素组成。景观结构一旦形成，将直接或间接影响能量、物种及营养成分等在景观元素间的流动，从而影响景观功能。景观生态学同时研究生态景观与视觉景观两个方面，注重协调形态与内容、结构与功能的统一，以人类对于景观的感知作为评价的出发点，追求景观多重价值（经济、生态、社会与美学）的实现。因此，土地生态系统应该以安全性作为其功能健康的目标，追求自然、社会和经济等多重价值的优化而不是单一价值的最大化，充分发挥土地生态系统自身的生产功能、空间场所功能和景观功能三大功能，综合采用政策、技术和行动对土地生态系统警情进行排除和调控。

景观结构与其生态过程，即功能之间的相互关系是景观生态学理论研究的核心部分。景观层次上的过程包括自然和人文两个方面，它们对景观空间结构的形成起重要作用，而景观结构对过程也有基本的控制作用。一定的景观结构才能实现一定的景观功能。因此，对土地生态系统的安全预警研究不仅要包括对土地生态系统功能的优化，还必须包括对土地生态安全格局与生态过程的相互关系进行分析。这种格局与过程的关联分析，正是近年来我国土地生态系统研究忽视的地方。当然也是本书尽力想考虑的部分。

1.4.2 生态整体性与空间异质性理论

生态整体性（Ecological Holism）和空间异质性（Spatial Heterogeneity）是景观生态学理论核心的集中体现。景观是由景观要素有机联系组成的复杂系统，含有等级结构，具有独立的功能特性和明显的视觉特征。一个健康的景观生态系统不仅具有结构上的完整性，还必须实现功能上的连续性，即具有整体性。景观不是各景观元素的简单集合，它具有各组成部分所没有的特性。景观功能的“整体大于部分之和”是生态整体性基本思想的直观表述。按照景观生态学的生态整体性理论，土地生态系统就是一个综合的功能整体。土地生态系统的特征并不能完全由组成要素的分析简单累积而来，而应将土地生态系统放在区域持续发展的背景下，把握系统的整体特征，明确土地生态系统警情所在，排除警患。

空间异质性是指生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度。景观是一个由异质景观要素所组成的镶嵌体，景观尺度上的空间异质性包括空间组成、空间构型和空间相关三方面的内容。异质性决定景观的格局多样性与生物多样性，是景观生态学的核心。一般认为，异质性高有利于物种共生，而不利于景观内部稀有物种的生存，一定范围内异质性的增高有助于提高景观稳定性，所以有意识地维持和增加景观异质性有时是必要的。在土地生态系统及其安全预警研究中，各组分之间具有明显的异质性特征，但又相辅相承、互相依存、相互制约，只有判明这些组分之间的相互关系才能维持、发展适合的空间异质性，实现土地生态系统的生态完整性。土地生态系统研究的实质就是研究土地生态系统发展过程中生态整体性的动态维持与空间异质性的持续构建。

1.4.3 等级尺度理论

等级理论（Hierarchy Theory）是景观总体构架的基础，认为景观同样具有等级特征，不同等级层次上的景观生态系统具有不同的特征，任何景观生态系统单元都既是较其层次水平更低的一系列单元功能耦合的结构实体，又是较其层次水平更高系统的结构组成部分。尺度（Scale）标志着对所研究对象细节了解的水平，景观尺度理论认为，时间和空间尺度包含于任何景观的生态过程之中，不同等级层次的景观生态系统具有不同的时空尺度。景观结构、功能和动态变化都受尺度制约，在不同的空间和时间尺度上有不同的表现，产生不同的生态效应，即一定的生态过程、景观结构对应于一定的时间尺度，尺度过大或过小都难以观察到生态过程的显著变化与特定的景观格局，其作用或重要性也将发生变化。格局与过程的时空尺度化也一直是当代景观生态学研究的热点之一。

基于景观生态学的等级尺度理论，土地生态系统及其安全预警研究也应在多重尺度上展开，探讨不同尺度上土地生态系统的相互关系，确定各尺度下土地生态系统及其安全预警研究的侧重点。不能把在一定时空尺度上得出的结果简单推广到其他尺度上。当不同尺度下的土地生态系统出现安全隐患时，大尺度的土地生态安全应重于小尺度的安全性。分析特定尺度的土地生态系统及其安全预警问题，不仅需要重点研究该尺度下的土地生态系统，同时还需要在更小的尺度上揭示其警情发生机制，在更大的尺度上综合变化过程，并确定调控措施。

1.4.4 景观变化与稳定性理论

景观稳定性指景观对外部干扰的抗性及其受干扰后的恢复能力，包括景观要素的稳定性与各要素构成的异质镶嵌体组合的稳定性两方面。其中，景观稳定性由景观要素的稳定性综合决定，但由空间关联与过程维持的镶嵌稳定性更具景观生态特色。通常认为，均质性可以增强干扰及其作用后果，减弱景观稳定性。景观变化原理则认为，景观是异质的，没有完全均质的景观；在不受干扰的条件下，景观水平结构逐渐向同质性方向发展，中度干扰会迅速增加异质性，而严重干扰则可能增加或减少异质性。一般地，干扰可分为自然干扰和人为干扰两类，由于人类活动对景观影响的普遍性与深刻性，对于作为人类生存环境的各类景观而言，人类活动在景观变化中无疑起着主导作用，通过对变化方向的改变和速率的调控可实现景观的定向演化和可持续发展。干扰对景观镶嵌体的作用，既与干扰自身的强度与大小有关，也相关于其所冲击的对象。不同结构的景观对干扰有不同的反应，即干扰受景观格局的限制。

在整个区域可持续发展背景下，土地生态系统时刻暴露在自然灾害和人类其他社会经济活动的扰动之下，必须随时采取各种预防警情发生和排除警患的措施，保证土地生态安全。同时，考虑到土地生态安全要求土地生态系统具有较高的稳定性，增加土地生态安全目标的多元性、土地生态系统结构的多样性与土地调控方式的多样化有助于提高土地生态系统对干扰的抗性，并促进其恢复过程。

综上所述，从景观生态学的研究对象和景观生态学的学科发展两方面来看，都可以看出景观生态学与土地生态系统及其安全预警研究联系密切。景观生态学既强调空间格局分析，又考虑生态关联，有助于实现土地生态系统及其安全预警时空尺度上的综合分析、评价与管理，是本书研究基础理论的重要方面之一。