土地类型结构与演替.ppt

第三章 土地类型结构与演替,上一章我们讲了土地类型的概念，着重讲了土地分级以及土地分类的方法步骤，并叙述了土地分级、分类系统国内外发展简史。,我们在进行土地类型研究时不可避免的会遇到下列问题： （1）不同的土地类型有那些组合或重复方式； （2）形成这种组合或重复的原因； （3）土地类型的组合或重复会有什么样的变化； （4）这种自然的变化在我们进行土地利用时会有那些有利和不利的影响等等。,第三章 土地类型的结构与演替,第一节 土地类型结构 第二节 土地类型演替 第三节 土地类型结构与演替研究的意义,1、土地类型结构的概念 土地类型结构，简称土地结构，是指在某一区域内，各种土地类型在质和量上的对比关系，以及它们组合而成的一定格局或图式。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念,1、土地类型结构的概念 三个方面： A 质的对比关系：区域内有哪些土地类型，它们的属性差异如何； B 量的对比关系：指每一种土地类型在该区域内所占的绝对和相对面积比例； C 格局或图式：在一定区域范围内，同一级土地群体重复出现的组合关系，它既包括土地的空间结构格局或图式，也包括土地的质和量的对比关系。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念,2、土地结构和土被结构 上世纪初，俄国学者西比尔席夫提出“土壤复域”概念。道库恰耶夫提出“土壤地形”概念。 英国学者米尔恩1935年提出“土链”的概念。 我国学者朱孝芳在上世纪六十年代制作了毛乌素沙区的的土被结构构图，为我国早期的土被结构研究。 上述土壤复域或土被结构均指不同形状的基本土域在空间上的分布规律，它们在发生上有不同程度的联系，并行成一定的空间格局。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念,2 、土地结构和土被结构 土地结构和土被结构相比较： 都研究土地或土壤类型的相互结合形式及其在空间上的格局。 不同之处：与土被结构相比，土地结构的研究范围更光，内容更丰富，涉及土地结构的组成成分，土地结构的构型、土地结构的形成与演化、土地结构类型的划分、土地结构的分析评价及制图等等。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念及类别,2 、土地结构的研究意义 研究土地类型结构的意义： 不同土地类型在空间上有规律地分布，有发生学联系并形成一定空间格局，在一定区域内具有相对稳定性区域特色。 （1）分析土地结构的构型、形成与演化，可进行土地质量差异的评价及制图。 （2）土地类型之间的相互关系，形成具有一定物质能量联系的土地利用组合，土地利用总效益达到最优。土地结构的研究为土地利用规划、管理奠定科学基础。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念,土地结构包括土地要素组成结构、土地空间结合结构、土地演替结构、土地单位内部结构等不同类型。从科学、实用和简明的角度出发，我们将土地类型结构归纳为以下三类： 空间结构 数量结构 演替结构,第一节 土地类型结构,二、土地类型结构的类别,1、空间结构： 土地类型的空间结构，又称土地的空间组合结构，是指在某个区域内，各类土地的空间位置及彼此间组合而形成一定的格局或者图式。土地空间结构是所有土地结构类型中最直观表现的形式，它反映出土地类型群体关系在空间上的有序性。,第一节 土地类型结构,二、土地类型结构的类别,土地空间结构根据其内部土地类型的组合形式，可归纳为以下两大类： A 递变型组合 指各种土地类型的空间分布按一定方向和方位发生依次变化，构成一定的系列（P37图31）。 如：丘陵或山地内部自下而上的层状组合； 海积平原中沿海岸带的条带状组合等等。,第一节 土地类型结构,二、土地类型结构的类别,B 重复型组合 土地类型的空间分布不按一定的顺序更替，而是呈相间排列或斑块状等形式出现，构成重复、分散的复区（P37图32）。 如：遭受冲沟切割的台地区，分布有浅凹地的草原等等。,第一节 土地类型结构,二、土地类型结构的类别,空间结构： 在实际研究中，常用一些形象化的名称去对土地的空间结构进行描述和分类。比如梅成瑞在宁夏北部干旱区的研究中，根据土地类型的组合及地貌、土壤和水文条件的差异，在该区划分出四种土地结构：带状结构、环状结构、扇状结构和树枝状结构（P38图33和图34）。,第一节 土地类型结构,二、土地类型结构的类别,空间结构： 梅成瑞宁夏分类 带状结构：分布于河套平原及清水河谷底。东起黄河，西至贺兰山麓，自东向西依次出现浅色草原土土质平原，中盐化和重盐化土质平原，轻盐化土质平原和灌淤熟化土平地，草原淡灰钙土土质平原和沙质平地，洪积沙砾戈壁等土地类型（银川平原P38图33）。,第一节 土地类型结构,一、土地类型结构概念及类别,空间结构： 梅成瑞宁夏分类 环状结构：封闭洼地及小型山体周围的典型土地结构，物质能量交换明显地具有由高向低转移的特征。例如兴仁堡盆地，周围低山丘陵区为丘陵半荒漠地，山麓为低盐淡灰钙土土质平地，它们成环行带状分布，盆地中心为盐湖（P38图34）。,第三章 土地类型的结构与演替,空间结构： 梅成瑞宁夏分类 扇状结构：见于贺兰山东麓沿断裂带构造线与平原交界处，地貌为100多个大小不一的洪积扇连接而成的洪积扇群（P38图33）。,第三章 土地类型的结构与演替,空间结构： 梅成瑞宁夏分类 树枝状结构：低山丘陵土地类型组合的典型特征，由丘陵和沟谷两种土地类型组合而成（P37图32）。,第三章 土地类型的结构与演替,空间结构： 应当注意的是： 土地的空间结构往往随地而异，即具有明显的地域差异。一般来说，平原地区的土地空间结构往往不甚明显。在丘陵山区，由于受地形和水系切割的影响，土地空间结构则比较明显，常常可以根据地形和水系的排列形式加以识别和判断。,第三章 土地类型的结构与演替,2、数量结构 土地类型的数量结构，是指在某个区域内包含哪些土地类型，它们各占多大面积比例。土地类型的数量结构实际上是指土地类型在质和量上的对比关系。 确切地说，土地类型的数量结构是指同一级土地类型之间在数量方面的对比关系。在实际研究中，常常用一些指标来表示这种对比关系。,第三章 土地类型的结构与演替,面积比 面积比是指各土地类型的面积占区域或样区的总面积的百分比。 式中，Ki为某种土地类型的面积比；ai为该种土地类型的面积；A为区域或样区土地总面积。,第三章 土地类型的结构与演替,数量结构： 面积比 面积比适合于不同土地类型的图斑面积有明显差异的区域或样区。可用直方图表示，一目了然（P39图35）。,第三章 土地类型的结构与演替,频率比 频率比是指各土地类型在区域或样区内的出现频率，也称为频度。 式中，Pi为某个土地类型的出现频率；mi为某个土地类型在区内的图斑数目；n为区内各土地类型的图斑总数。 频率比方法避免了烦琐的面积量算，比较简便和快捷，适合于不同土地类型的图斑面积相差不大的区域或样区。可用直方图表示。,第三章 土地类型的结构与演替,面积比和频率比可用直方图来表示,面积比和频率比的具体做法： 1）在研究区的不同地域选取若干具有代表性的样区。为便于比较，各样区的面积要尽可能相等； 2）在各样区内分别量测各土地类型的面积或者出现的图斑数； 3）计算各土地类型的面积百分比或者出现的频率； 4）将计算结果绘制成面积比或频率比的直方图，并对其进行分析。,第三章 土地类型的结构与演替,分异度 分异度是指一个区域或样区内某种土地类型的面积与所有的土地类型平均面积之间的偏差率；分异度越大，土地类型的组合关系越复杂。,第三章 土地类型的结构与演替,分异度 （i1，2，n） 式中，D为分异度；Pi为某种土地类型的面积；P为所有土地类型的平均面积；K为土地类型数。 D值越大，表示区域内土地类型的组合关系越复杂。,第三章 土地类型的结构与演替,多样性指数 多样性指数是指在一个区域或样区内土地类型的多样化程度。多样性指数是量度土地类型丰富性和复杂性的一项指标。,第三章 土地类型的结构与演替,多样性指数 式中，H为多样性指数；Pi为土地类型i所占面积的比例；m为土地类型的数目。 H值越大，表示区域内土地类型的多样性越大。,第三章 土地类型的结构与演替,优势度 优势度表示一个区域或样区内一种或几种土地类型支配该区域或样区内的土地类型的程度，它与多样性指数成反比。对于土地类型数目相同的区域或样区，多样性指数越大，其优势度越小。,第三章 土地类型的结构与演替,优势度 式中，D为土地类型的优势度；Hmax为最大多样性 指数（Hmaxln（m）。,第三章 土地类型的结构与演替,数量结构： 组成每种土地类型的图斑有大小之分，形状也不一致，它们与土地类型的结构也有一定的关系。一般来说，平坦地区的土地类型图斑面积较大，形状也比较规则；山地、丘陵区的土地类型图斑面积较小，形状也比较复杂。广义土地类型数量结构研究也包括土地类型图斑的大小和形状。也用一些指标来加以度量。比如平均面积、形状指数、分割度等等。,第三章 土地类型的结构与演替,土地类型图斑大小和形状研究指标 1） 平均面积 （i1，2，n） 式中，P为某一种土地类型的平均面积；Pi为组成该土地类型的个体图斑面积;N为组成该土地类型的个体图斑数。,第三章 土地类型的结构与演替,2）形状指数 式中，I为某种土地类型的某个图斑的形状指数；P为某种土地类型的某个图斑的周长；A为与该土地类型图斑等面积的圆的周长。一般来说I5.5，表示图斑形状极复杂。,第三章 土地类型的结构与演替,3）分割度 式中，KP为分割度；S为土地类型图斑的边长；A为土地类型图斑的面积；3.54为该图斑的面积与圆周长换算的系数。 KP值越大，图斑的形状越不规则。,第三章 土地类型的结构与演替,一、土地类型演替的概念 是指在一定时段内，一种土地类型向另一种土地类型演变的过程，或一种土地类型被另一种土地类型所替代的过程。,第三章 土地类型的结构与演替,第二节 土地类型的演替,土地类型演替实质上就是土地类型发生发展的动态过程。 发展变化观点：瞬间表现 系统观点：本身结构与功能的自组织,第二节 土地类型的演替,一、土地类型演替的概念 发展变化观点：瞬间表现 目前所见的土地类型都是土地类型动态发展过程中的“瞬间”表现，既是过去演替的结果，又是未来演替的开始。 系统观点：本身结构与功能的自组织 土地类型演替的本质是土地类型结构与功能的自组织。这种自组织是靠一定的地理过程来完成的。,第二节 土地类型的演替,二、土地类型演替的类别 从不同的角度来看，土地类型演替的类别可以归纳如下。 1）按演替性质分 时间演替：在同一地段，不同性质土地类型 沿时间序列有规律的更替； 空间演替：沿一定方向各不同土地类型呈有规律更替,第二节 土地类型的演替,2）按演替的原因分 自然演替：土地类型在自然状态下的演替。 比如黄褐土旱作丘陵地的自然演替（P42）。 人为演替：指土地类型在受到人为因素干扰下发生的演替。,第二节 土地类型的演替,2）按演替的原因分 人为演替经常表现在三个方面： A 改变土地类型的要素结构。例如增加或者改善土地上的植被覆盖。 B 增加或减少土地系统的物质和能量的输入与输出。例如人们有目的的、自觉的对土地进行施肥、灌溉和施加各种管理措施，促使农业土地类型向高功能类型演替。 C 改变土地类型的环境条件和空间组合结构。例如毁林开荒，造成水土流失，土地类型向低功能类型演替。,第三章 土地类型的结构与演替,第二节 土地类型的演替,3）按演替的方向分 正向演替：又称顺向演替或进化性演替，是指顺应自然规律和合理开发利用土地的前提下，土地类型向维持生态平衡方向发展的一种良性演化。 逆向演替：又称退化性演替，是指不合理开发利用土地，导致土地类型向破坏生态平衡方向发展的一种退化性演替，表现为土地质量退化，土地结构与功能变得愈益简单，土地生产力逐渐下降。,第二节 土地类型的演替,4）按演替的过程分 节律性演替和非节律性演替 节律性演替：又称周期性演替，是一种正常进行的土地类型的演替过程。比如亚高山暗棕壤云杉林土地类型，在云杉被伐掉后，一般会长出松林等，这种松林环境又特别适宜与云杉林的出现。那么土地类型经过一定周期的发展又回到了原先的状态。这就是所谓的节律性演替。,第二节 土地类型的演替,4）按演替的过程分 节律性演替和非节律性演替 非节律性演替：即非周期性演替。例如由于人类的经济活动或自然灾害引起的灾难性土地类型的演替，它可能引起土地类型的形态和属性产生彻底的变化或土地自然生产力的完全丧失。象常说的沧海桑田就属于这种情况。,第二节 土地类型的演替,三、土地类型演替的研究方法 定位观测和实验的方法进行定量、半定量研究和分析； 宏观分析法： 怎样演替； 为什么这样演替； 演替如何调控（封山育林等） 研究案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第二节 土地类型的演替,三、土地类型演替的研究方法 宏观分析法步骤： 1）对各类土地类型演替的影响因素进行分析，包括自然因素和人为因素，大致可以了解土地类型演替的成因。 2）进行土地类型演替过程或机制的研究，分别对不同土地类型的演替过程、演替方向、演替系列及演替特点等进行分析，这是土地类型演替研究的核心内容。,第二节 土地类型的演替,3）根据上两步的研究成果，对土地类型演替进行调控。 这是指为了实现生态经济目标，根据土地类型演替规律，合理改造利用土地，并根据土地利用的信息反馈，定向控制土地类型演替的方向，使之向着有利于实现土地生态经济目标、土地可持续发展演化。这是土地类型演替研究的目的。,第二节 土地类型的演替,关于土地类型演替模式的表示，刘胤汉提出了一种简便而又直观的方法，即在实地调查和研究的基础上，建立表示土地类型演替过程的框图模式。如内蒙古准格尔旗北部风沙区的演替模式（P44图36）。该区主要是流动沙丘和固定、半固定沙丘之间的演替。影响因素： 1 自然因素：风沙化、土壤潜育化和盐碱化等。 2 人为因素：砍伐林灌和过度放牧，滥垦草地引起的土地沙化和草场退化等。另一方面，体现在种树种灌草防风固沙和治理盐碱等。,第二节 土地类型的演替,现代黄河三角洲植被的演替模式,黄河三角洲东部自然保护区土地类型演替为两条演替系列：其一是盐生植被演替系列，其二是草甸湿生化植被演替系列。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,秦其明在晋西与晋西北地区的研究工作。该区位于吕梁山分水岭至黄河中游峡谷之间，大部分属于黄土高原。 第一步，进行土地类型演替影响因素分析。 1）地貌在该区土地类型演替中起着主导作用。 研究区在构造地貌的控制下，自南向北高度逐渐增大，而黄河中游峡谷向东至吕梁山脉分水岭地形逐渐增高。地貌形成的“分配效应”以不同组合形式和形态特征对土地系统中的能量和物质进行再分配，以致控制土地分异及土地类型演替的方向和速率。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,2）地表组成物质对土地类型的演替有深刻的影响。 该区大部分被堆积的黄土和次生黄土所覆盖，在现代流水作用和重力侵蚀作用下，因水土流失造成大量物质输出土地系统，因此加快了土地类型演替的速率； 同时，沙黄土带和黄土带的黄土物质特性和物理特性的差异，形成了不同的现代地理过程，诱发了不同方向的土地类型演替。紫金山以南，以水土流失为主，栗褐土残塬地向黄绵土梁峁地演化；紫金山以北，风蚀过程加强或者风蚀、水蚀过程并重，淡栗钙土峁地向风沙峁地演化。 因此，此区地表组成物质对土地类型的演替速率和方向有着深刻的影响。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,3）人类活动对土地类型演替有明显的作用。 一是滥垦、滥伐和滥牧，破坏了地表植被和土体结构，土体生产力下降，从而加快了土地类型的演替；二是诱发作用。滥垦诱发了以土地沙化为特征的土地类型演替；三是人类有目标的采取各种生物措施和工程措施，调节和控制土地类型演替速率，在这些地方，客观上延缓了土地类型的退化性演替，促进了土地类型的进化性演替。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第二步，是研究和阐明土地类型的演替过程。 具体内容是分析土地类型演替机理、演替系列及演替原因。晋西与晋西北地区土地类型复杂多样，按其发生的联系性和分布地段的共轭性归并为三种组合类型。 1）塬梁峁土地类型演替系列 指在晋西与晋西北黄土丘陵沟壑区和晋西南黄土高原沟壑区，在土地内部的自然地理过程（如流水侵蚀过程）及人类改造自然的活动两者共同作用下，所形成的塬梁峁土地类型演替过程。,塬梁峁,黄土高原上沟谷密布，地表破碎，山不像山，梁不成梁。山顶平阔的高地叫塬，长条状的丘陵称梁，被沟谷分割的圆型土丘为峁。,典型黄土峁（陕北）,黄土长梁,从飞机上鸟瞰黄土塬,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第二步，是研究和阐明土地类型的演替过程。 1）塬梁峁土地类型演替系列 源梁峁土地类型演替规律是： 褐土旱作残塬地与栗钙土旱作残塬地在流水侵蚀作用下形成黄绵土旱作残塬地，近一步变成草灌黄绵土塬坡地； 栗褐土旱作宽平梁地受土壤侵蚀与人类活动双重影响，形成栗褐土旱作窄斜梁地，进而演替成黄绵土窄斜梁地，弃耕撂荒后成为黄绵土草灌窄斜梁地； 栗褐土旱作峁地和间荒峁梁地，在土壤侵蚀和不合理利用下，演替为黄绵土草灌峁地和黄绵土覆草山地峁地； 晋西北的风沙土草丛缓平梁地，在人类不合理利用下形成风沙土旱作长梁地，进一步演替成为风沙土间荒梁地，直至形成雏形沙丘。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,2）平地台地土地类型演替系列 主要分布在晋西北神池与五寨的山地向黄土丘陵沟壑区过渡地带，基本的地貌类型是黄土台地和黄土倾斜平地。 风蚀水蚀过程加剧，是倾斜平地和黄土台地发生干草地向农田再向沙丘的演替； 在河流溯源侵蚀与流水的切割下，倾斜平地和黄土台地的土地类型则向黄土源梁峁和沟谷地土地类型演替系列转化； 近年来，随着对生态环境保护的重视，造林、种草以及调整农林牧用地结构，土地生态条件的改善促使部分土地呈现由沙丘或疏草台地向草原台地的演替。 P46图38,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,3）山地土地类型演替 主要是在吕梁山分水岭西侧，其土地类型演替主要是通过植物群落和土壤类型的变化表现出来。 纵向：演替规律是亚高山地 中山地 低山地 丘陵地； 横向：基岩亚高山、基岩中山、基岩低山和土石低山， 各有两个不同的演替系列。以基岩中山为例： 其进化性演替为：粗骨土草丛中山地 棕壤草灌 中山地 棕壤灌丛中山地 棕壤针叶林中山地； 其退化性演替过程：棕壤针叶林中山地 棕壤灌丛中山地 棕壤草灌中山地 粗骨土草丛中山地。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第三步，是进行土地类型演替的调控 对土地结构演替的研究的主要目的就是是土地类型向进化性演替方向发展，保证土地的可持续发展。 1） 黄土塬梁峁地演替的调控途径 按小流域进行综合治理，采取生物措施和工程措施（如打坝修沟）相结合的途径促使土地退化性演替发生逆转； 塬地，实行园田林网化，精耕细作，改土培肥。以林草镶边，草灌护坡，布设插柳谷坊，控制沟头前进和沟谷扩张； 黄土梁峁地，扩大植被覆盖，大力营造灌木林和多年生牧草。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第三步，是进行土地类型演替的调控 2）黄土台地和倾斜平地演替的调控途径 大部分已开垦为农田，应加强农田基本建设，引水灌溉，精耕细作。将沙化台丘地和风沙土台地退耕还牧。采用飞播牧草和人工种草灌方法加快弃耕地向牧草地的进化性演替速率。,案例：秦其明于晋西与晋西北地区（p44-46）,第三步，是进行土地类型演替的调控 3）山地土地类型演替的调控途径 山地土地类型演替的调控途径，一是积极更新阔叶杂木林，营造华北落叶松，扩大森林覆盖率。在远山积极营造水源涵养林，近低山则加速种植草被和灌丛，促进土地类型的进化性演替；二是在森林严重被毁地区实施封山育林，促使植被自然繁衍，逐步恢复土地生态功能，使土地类型演替向正向、进化性发展。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,一 、土地类型结构与大农业生产布局 一个地区的的大农业生产构成，即农、林、牧、副、渔等生产构成，主要取决于以下两个条件： 区域的水热条件：水热条件决定了大农业生产构成的方向，包括最适宜发展的作物组合，最适宜饲养的牲畜种类及其品种组合等等。也就是说，一定的水热条件下总有其最适宜发展的作物或林木、牲畜种类。 土地类型结构：土地类型结构使由水热条件决定了的大农业生成构成方向更加具体化。在相同的水热条件下一般存在多种不同的土地类型，而不同的土地类型适宜于不同的生产门类。 水热条件和土地类型结构两者结合起来，可以科学、合理地确定一个地区具体的大农业构成。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,一 、土地类型结构与大农业生产布局 一般说来，平原地区土地类型结构比较单一，常形成比较集中的专门化生产；而在地貌变化较大的丘陵山区，土地类型结构复杂，大农业生产不易形成集中优势，可进行具有一定农业构成的专门化趋势的综合发展，或采取综合发展的集约多元化发展。 土地类型结构对大农业各门类的内部构成也有一定影响。如，适于耕作业的土地类型的面积比例较大，耕作业在大农业构成中的比重也大；适于牧业的土地类型面积比较较大，牧业生产在大农业构成中的比例也就越大等等。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,一 、土地类型结构与大农业生产布局 土地结构对土地利用方式、作物和牲畜种类、农田水利措施和田间工程种类、农业机械配套等也有一定的制约和影响。 基于以上原因，在区域水热条件基础上，根据其土地类型结构，合理确定当地的生产发展方向，并采取与之相适应的利用、改造和保护措施，将会大大促进该区生产建设的生态保护。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,一 、土地类型结构与大农业生产布局 例子：陕西的北部 本区属森林草原地带，地貌上则属于黄土丘陵沟壑区。从水热条件看，本区农林牧业都有发展条件，也有限制因素。从土地类型上看，该区具有“一川、二沟、三坡、四峁梁”的土地类型结构特点。其中“川”地宜农，但须有一定的田间工程措施，防治水土流失；“坡”地和“峁梁”地目前水土流失已较严重，如果开垦耕种，势必导致更严重的水土流失。可见，该区的土地类型结构中适于农业的少，适于种植牧草地的坡丘地较多，部分还适于造林。因此陕西北部地区的生产建设方向应该以牧为主，农林牧综合发展。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,二 、土地类型结构和演替与土地生态设计 一）土地生态设计的含义 在研究土地类型结构和演替规律的基础上，根据景观生态学原理，从促进土地向正向演替的角度出发，建立由人工调控的自然、社会和经济复合的土地生态系统，并在其运转过程中使自然结构、社会结构和经济结构相互促进，从而可以合理地不断从土地取得更多的物质财富。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,二 、土地类型结构和演替与土地生态设计 一）土地生态设计的含义 1）概念 在研究土地类型结构和演替规律的基础上，根据景观生态学原理，从促进土地向正向演替的角度出发，建立由人工调控的自然、社会和经济复合的土地生态系统，并在其运转过程中使自然结构、社会结构和经济结构相互促进，从而可以合理地不断从土地取得更多的物质财富。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,二 土地类型结构和演替与土地生态设计 一）土地生态设计的含义 2）起源 土地生态设计就是景观生态设计的核心内容，它运用的就是景观生态设计的原理和方法。景观生态学的研究非常重视景观生态建设。前捷克斯洛伐克科学院实验生物和生态研究所曾从土地生态评价入手，进行景观生态建设和景观生态规划；前东德德累斯顿工业大学E.纳夫也曾明确提出：“生态学必须向生态设计发展”；荷兰自然管理研究所冯.莱文发表了从生态系统到生态设计的论文，对生态设计的原理和方法进行了阐述。,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,二、 土地类型结构和演替与土地生态设计 一）土地生态设计的含义 3）做法 在进行土地生态设计之前，首要的任务是，要将土地的自然结构与现状、土地利用结构加以比较和分析，目的在于查明土地的现状利用结构是否合理，借以总结经验，找出弊端。 找准问题后，在土地生态设计中明确目的，拟准战略方针和提出正确的措施。,二 土地类型结构和演替与土地生态设计,二）土地生态设计几个例子 1)1998年，刘黎明在黄土高原持续土地利用设计模式中指出：土地系统生态设计是在土地利用结构优化模式的前提下，根据不同作物的生态适宜性特点，按照一定的原则，合理设计各土地利用方式的时空组合形式，实现土地利用空间面积分配，主要包括：土地利用镶嵌模式；不同间轮作方式。 农业林业牧业=1.001.130.91,(1)山地土地类型的分异具有时空特殊性。在空间尺度上 ,随着海拔高度的变化 ,产生土地类型群聚体的垂直分异 ,从而引起土地类型结构格局的带层性系列变化 ;在时间序列上 ,由于自然环境的持续变化和人类经济活动的显著影响 ,形成土地类型互逆性演替序列。时空特殊性为山地土地利用的动态优化配置提供了理论基础。 (2)通过土地类型结构格局分析可以揭示区域土地类型结构与功能的异质性和有序性 ,为山地土地利用配置模式的设计提供重要依据。,2)中国科学院地理所的刘彦随研究案例 中国科学院地理所的刘彦随于1999、2000年以陕西秦岭山地为例 ,进行了土地类型的结构分析, 根据山地类型结构格局的空间层次性、结构多级性和功能多元性的特点 ,提出了不同空间尺度下山地土地利用配置的模式及其优化利用方案。,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,(3)山地土地利用优化配置 ,遵循景观生态学原理和可持续发展准则 ,其模式是对山地土地利用结构特征和功能属性的抽象概括。在空间尺度上 ,可包括宏观地域模式、中观产业模式和微观经营模式。土地利用优化配置方案是优化配置模式的具体化和综合反映 ,主要是依据各种土地类型的适宜性 ,着眼于中观尺度产业用地结构与布局的优化 ,对农林牧各业现状利用的方式进行合理调整 ,同时 ,强调微观土地经营方式的优化设计 ,因此在土地利用实践中具有较好的适用性与可操作性。,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,优化配置模式 秦岭山地的生态环境脆弱且地域差异明显 ,考虑山区经济发展中生态持续性的重要性,其宏观配置模式 ,应突出山区环境持续性与经济发展的地域差异性 ,立足不同垂直带层土地生态适宜性 ,科学设计山地资源的立体专业化利用与保护的地域格局 ;中观配置模式 ,主要着眼于产业结构的空间布局与调整 , 通过土地利用结构格局分析 ,将现状土地利用适宜性与土地类型的适应性匹配状况 ,同进行土地利用系统的改造决策有机地结合起来,走生态基地型和集约专业化的产业发展道路 ;微观配置模式 ,侧重于具体土地利用方式的优化设计 ,强调可操作性。主要目的是在农林牧各业内部因时因地制宜地设计多熟制作物种植、市场型林特生产、生态林草防护与适度开发利用等模式。模式主要依据土地类型适宜性评价结果 ,对每一种土地类型的现状利用方式与其适宜性进行匹配分析 ,鉴定出不宜利用的类型及其适宜利用的调整方向 ,从而提出面向山地产业用地结构与布局优化的动态方案 。,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,该方案以土地类型进化性演替为前提 ,以适宜性为依据 ,强调山地开发利用的生态适应性及其多种经营的经济特殊性 , 保证基本口粮田 ,优先安排林用地 ,大力发展林牧果业。考虑到山地环境脆弱性和水土流失等自然灾害的严重性 ,陡坡地逐步实行退耕还林还牧 ,即在现状基础上使林地、牧草地分别增加 614. 78km2和130.09km2 ,林牧业复合用地面积增加182.72km2,农林混合用地减少 243.22 km2 ,未利用地适度还林草28km2 。在海拔高度10001300m的低山地 ,农林牧用地交错布局 ,例如 ,褐土低山坡耕地目前为农林混作用地。虽然此高度已是耕作业一年一熟的临界适宜区 ,但考虑到山区人均粮食消费的巨大压力 ,在510年内尚可部分用于粮食生产 ,然而着眼于长远生态目标 ,应逐步向林用地转换。 此外 ,优化配置方案的落实还重视对微观土地经营方式的优化设计。例如 ,在不同的垂直带层或不同地段 ,通过实施粮、林 (经果林 )间作和林草复合等形式 ,逐步实现基地布局、专业化生产 ,提高土地利用的效率和效益 ,以促进山区自然、经济和社会的协调与可持续发展。,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,针对三峡库区自然与社会经济发展特点及其生态环境建设的总体要求，土地生态设计包括 3 个层次：即要素调控设计、地段生态设计和系统模式设计。 对典型生态样地生态要素调控从土肥条件、生物种类、生态目标等自然生态要素和投入水平、政策引导、战略决策等社会经济要素的调控入手 ，寻求多种生态要素的最佳组合方式 。如土肥控制要点 ：土地整理、修田兴水、耕翻、灌溉与排水；施肥、杀虫灭草与改良土壤；平衡施肥技术。途径与措施是落实土地规划与建设基本农田；坡改田；测土施肥。,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,地段生态设计是根据土地适宜性和产业发展要求，划出一定区位空间内占据优势的人工生态样地，在质量、功能及其样地间组合的合理结构和布局过程。其对象是具有不同形态格局的土地单元（地段），为特定区域产业用地模式设计服务。如高效生态农业示范区、园艺种植区、庭院周边土地利用配置。 土地系统模式设计着眼于宏观区域，以各层次生态设计为基础，通过对土地利用系统结构特征和功能属性的抽象概括与描述，来揭示土地系统的区域性、整体性及其内在联系性。分为宏观、中观与微观等 3 个层次.,2) 中国科学院地理所的刘彦随研究案例,土地利用优化配置： 根据近 10 年来各类用地单位面积效益的统计与调查数据，并进行变化的数理分析和模拟预测，得出平均的价值向量 。据此，构建了如下的目标函数: S(X)=5685X18742X2225X36645X42468500X598240X63615420X755400X862000X91935X10X11 S(X) 反映的是满足生态环境建设、耕地保护和劳动力就业等约束条件下的经济总量最大化目标。X1X11为优化后的面积。 通过 Mathematical 4.0软件运行求解，得出各类用地优化配置结果(下表).,吉林省中西部的沙地是温带亚湿润地区的沙地.有三个自然特点: (1)沙地上的水分条件比平地优越 降水比较少,降水降落在持水量低渗水性高的沙地,大部分形成壤中水而极少形成地表径流.在加上沙地毛管水微弱,土壤蒸发耗水量少,所以亚湿润地区的沙地比平地更为湿润.沙地上适于造林,草地适于种草. (2)沙地形态多样,异质性强,为多种利用提供了基础. (3)沙地上平地多,这些沙平地是沙地水、肥较好的 地带,开发潜力比较大.,3) 东北师范大学景贵和教授吉林省中西部沙地研究案例,对沙地资源利用存在的问题分析 (1)自然生产潜力得不到充分发挥 沙地上种植旱作,由于广种薄收,茎秆加籽粒的年产量仅为1.5-3T/hm2.a.远低于10-15T /hm2.a的生产潜力;沙地上的草地,多是耕地撂荒后形成的,不仅草产量低,而且草质差. (2)沙地上农林争地、农牧争地的矛盾一直得不到解决 农民在沙地上开垦种田,畜牧部门主张种草,林业部门主张造林,结果是除了一部分沙地成功地营造了人工林外,更多的是广种薄收的旱田、轮耕地及撂荒地. (3)沙化面积逐渐扩大 26年中,沙地面积增加了20.4%,平均每年增长0.78%.,3) 东北师范大学景贵和教授吉林省中西部沙地研究案例,景贵和根据沙地的自然特点及对沙地资源利用状况,设计了以下几种比较合理的土地利用模式: (1)网格状林草田复合生态系统模式 针对大沙垅顶部平地及大的沙丘间平地.合理的建设方案是建成网格状林草田复合生态系统,可保证达到以林护田、以牧养农、以农促牧,是农林牧相互促进各得其所的目的(P50图3-9). (2)平行结构林草田复合生态系统模式 针对沙垅边缘与甸子地交界处的长条形的沙缘沙平地.在沙垅顶部沙平地与沙垅斜坡交错带布设林带,保护农田.形成平行结构林草田复合生态系统模式(P51图3-10).,3) 东北师范大学景贵和教授吉林省中西部沙地研究案例,(3)镶嵌式结构林草田复合生态系统模式 针对孤立分散的小沙丘与丘间沙平地交错地带.采取镶嵌式结构建立林草田复合生态系统,因地制宜地充分利用自然资源(P52图3-11). (4)岛状森林生态系统模式 针对吉林省中西部沙地集中分布区的东部边缘和北部边缘的孤立沙丘.可以按等高种植方式,建立白城杨-沙棘人工群落,采取乔木与灌木登高间作的形式,使沙丘迅速变成森林岛(P53图3-12).,3) 东北师范大学景贵和教授吉林省中西部沙地研究案例,(5)林草田、麻稻苇复合生态系统模式 吉林中西部的沙地,许多地方是闭流区,无排水出口.可以选择既有经济价值又能迅速省长的植物品种,在沙垅上建立林草田复合生态系统,在常洼地可以种植水稻、红麻和芦苇等作物,充分利用自然资源. 需要注意的是,有关土地生态设计涉及的内容非常多,有关其理论和方法的研究尽管很热,但还不很成熟,有待于进一步探索和研究.,3) 东北师范大学景贵和教授吉林省中西部沙地研究案例,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,三 土地类型结构与自然区划 一）自然区划概念与意义 自然区划是根据自然综合体的相似性和差异性,将地表一定区域划分为级别高低不同的区域单元,并对这些区域的自然环境特点及自然利用和整体整治作出分析. 每一个划分出来的单位，其内部相似性逐渐增大(中国自然地理编辑委员会，1985)。自然区划为进行区域开发、安排生产建设、因地制宜制定农业发展战略提供科学依据，因而在现实中对生产有重大指导意义。,三、 土地类型结构与自然区划 二）自然区划的发展 传统的自然区划都是采用“自上而下”逐步分割的逻辑步骤和“要素 要素相互关系(即要素结) 区划单位”的区划模式. 土地类型的研究,为自然区划开辟了一条“自下而上”逐步归并的新途径,即“类型 类型结构 区划单位”的新区划模式.,第三节 土地类型结构与演替研究的意义,三、 土地类型结构与自然区划 自下而上区划具体做法: 在土地类型调查和制图的基础上,进行土地类型的组合格局,即土地空间结构类型的研究,根据一定的原则和方法,将土地类型组合成一定的自然区域单元. 在工作中应特别注意两个问题: 1)土地类型机构的相对一致性 归并出的每一个自然区域应具有相对一致的土地类型结构格局. 2)地域共轭性 归并出的每一个自然