（人文地理学专业论文）基于3s的银川市土地利用景观格局动态演变研究.pdf

摘要 土地利用土地覆被变化( l u c c ) 是全球环境变化的重要组成部分和核心内容，它对区域可持 续发展和区域土地管理具有重要意义，因而成为现代生态学研究的前沿与热点领域之一。只有对 土地利用时空变化规律进行分析，才能更好地了解土地利用变化的过程和机制，并且通过调整人 类社会经济活动，促使土地利用更趋合理，保证国家宏观战略决策的针对性、有效性，才能达到 土地资源可持续利用的目的。 本文以景观生态学理论为基础，借助l 塔和g i s 技术，对银川市1 9 9 7 年、2 0 0 5 年和2 0 0 8 年 三期遥感影像进行解译，完成了景观制图工作。对研究区进行景观区域划分，利用f r a g s t a t s3 - 3 软件计算银川市三期土地利用景观分类图的各种景观指数。最后对三期土地利用景观分类图进行 空间叠加，得到1 2 年间银川市各土地利用景观类型变化的转移矩阵和各景观区域的土地利用变 化。最后讨论了土地利用景观格局变化与社会经济发展之间的关系。主要研究结果如下： ( 1 ) 1 9 9 7 - 2 0 0 8 年间，银川市景观格局发生了较大的变化。总体变化趋势是景观类型向多样 化发展，景观破碎化程度加大，景观结构异质化程度增强，并且各景观类型斑块的形状逐渐趋向 于复杂。 ( 2 ) 景观斑块类型水平上主要从斑块面积和数量、斑块的密度、斑块形状变化和斑块破碎 度四个方面进行分析。虽然每类景观变化不同，但是总的趋势是斑块数量增加，斑块的平均面积 不断的减小、斑块密度变大、形状趋于复杂、破碎化程度加大。 ( 3 ) 1 9 9 7 - 2 0 0 8 年间，各土地利用景观类型斑块之间发生了很大的转化，并且这种转化存在 明显的地区差异。 关键词：银川市，土地利用，景观格局分析，3 s a b s t r a c t t h es t u d yo nl a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e ( l u c c ) h a sb e c o m eo n eo ft h ef r o n t i e r so fm o d e m e c o l o g ya si tn o to n l yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ng l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e , b u ta l s oh a sa ni m p o r t a n t s i g n i f i c a n c ef o rt h el a n dm a n a g e m e n ta n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nar e g i o n t or e a l i z et h e s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fl a n dr e s o u r c e ，i ti sc r u c i a lf o ru st oa n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft e m p o r a la n d s p a t i a lc h a n g e so fl a n d 啪e t ou n d e r s t a n dt h ec h a n g ep r o c e s sa n dm e c h a n i s mo fl a n du s e ，a n dt o i m p r o v et h el a n du s em a n n e ra n dt og u a r a n t e et h er e a l i z a t i o no f t h es t r a t e g i c & c i s i o n so f o u rc o u n t r yb y a d j u s t i n gt h ee c o n o m i ca c t i v i t i e so f h u m a ns o c i e t y i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ep r i n c i p l eo ft h el a n d s c a p ee c o l o g y , t h es p a t i a lp a t t e r n sa n dd y n a m i c c h a n g e so fl a n du s ei ny i n c h u a nc i t yf r o m19 9 7t o2 0 0 8w e r ei n v e s t i g a t e da c c o r d i n gt ot h er e m o t e s e n s i n gi m a g ed a t ab yu s i n gt h er sa n dg i st e c h n i q u e s c a l c u l a t e se a c hk i n do fl a n d s c a p ei n d e xo f t h r e e i s s u eo fl a n du s ol a n d s c a p ec l a s s i f i c a t i o nc h a r to fy i n c h u a nc i t yt h r o u g ht h e f r a g s t a t s3 3s o f t w a r e c a r r i e so nt h es p a t i a ls u p e r i m p o s i t i o nt ot h r e ei s s u e so fl a n du s el a n d s c a p ec l a s s i f i c a t i o nc h a r t ，o b t a i n s t h ev a r i o u sl a n du s el a n d s c a p et y p ec h a n g ec o n c r e t ep r o c e s sd u r i n g12y e a r so fy m c h u a nc i t y a tl a s t d i s c u s s e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec h a n g eo fl a n d s c a p eu t i l i z a t i o na n ds o c i a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t m a i nc o n c l u s i o n sa n 雒f o l l o w s ： ( 1 ) t h el a n d s c a p ep a r e mo fy m c h u a nc i t yh a sb e e nc h a n g i n gd u r i n gt h er e s e a r c hp 舐o d , t h e l a n d s c a p ed i v e r s i t y , i n c r e a s e m e n to ft h eu r b a nl a n d s c a p ef r a g m e n td e g r e ea n dc o m p l e x a t i o no fv a r i o u s l a n d s c a p e ss h a p et e n d st ob et h eo v e r a l lt e n d e n c y b u tv a r i o u sl a n d s c a p e sa r e al a n d s c a p ep a r e m a c t u a l l yp r e s e n t e dt h ed i f f e r e n tc h a n g et e n d e n c y ( 2 ) t oa n a l y s el a n d s c a p ep a t t e r na 他m a i n l yf r o mf o u ra s p o c t s ，s u c ha st h ea r e aa n dq u a n t i t yo f p a t c h e s ，t h ep a t c h e sd e n s i t y , t h es h a p ea n df r a g m e n td e g r e eo fp a t c h e s a l t h o u g hv a r i o u sl a n d s c a p e s t y p ea r e aa r ec h a n g i n g , t h et o t a lq u a n t i t yo fy m c h u a nc i t y sp a t c h e sa r ei n c r e a s i n g ，t h ep a t c h e sa v e r a g e a r e aa r ed e c r e a s i n gg r a d u a l l y , t h ep a t c h e sd e n s i t ya r ee n l a r g i n g ，l a n d s c a p ec o m p i l a t i o na n df r a g m e n t & g r e ea a l s or i s i n gg r a d u a l l y ( 3 ) f r o m19 9 7t o2 0 0 8 ，l a n d s c a p et y p e sh a v eh a dv e r yo b v i o u sc h a n g i n g ，a n dt h i sk i n d o f t r a n s f o r m e de x i s t e n c eh a sa p p a r e n tr e g i o n a ld i s p a r i t y k e yw o r d s ：y m c h u a nc i t y , l a n du s e ，l a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i s ，3 s i i 图表目录 图1 - 1 研究技术路线图4 图4 - 1 银川市地理位置图1 5 图4 - 2 本文研究范围图1 8 图4 3 银川市行政区划图1 8 图5 1 黄河区域纹理增强前后对比图2 l 表5 - 1 研究区影像解译标志2 3 表5 21 9 9 7 年t m 影像土地利用覆被分类误差矩阵2 5 表5 - 32 0 0 5 年t m 影像土地利用覆被分类误差矩阵2 5 表5 42 0 0 8 年t m 影像土地利用覆被分类误差矩阵2 5 图5 21 9 9 7 年银川市景观遥感分类图2 6 图5 - 32 0 0 5 年银川市景观遥感分类图2 7 图5 42 0 0 8 年银川市景观遥感分类图2 7 表6 - 1 银川市景观水平指数格局动态变化。3 2 图6 11 9 9 7 - 2 0 0 8 年银川市土地利用景观格局动态演变分析图3 3 表6 2 银川市景观类型水平斑块主要指数比较3 4 图6 2 银川市不同时期类型水平斑块数( n p ) 比较3 5 图6 3 银川市不同时期景观类型水平斑块面积( c a ) 比较3 5 表6 - 31 9 9 7 - 2 0 0 8 年银川市土地利用变化度3 6 图6 4 银川市不同时期斑块类型水平边界密度( e d ) 比较3 7 图6 5 银川市不同时期斑块类型水平散布与并列指数( i j i ) 比较3 8 图6 6 银川市不同时期斑块类型水平斑块密度( p d ) 比较3 8 图6 7 不同时期类型水平面积加权平均形状指数( a 1 | m s i ) 比较3 9 图6 8 不同时期类型水平面积加权平均斑块分维数( a w m p f d ) 比较3 9 表6 4 景观斑块类型破碎度指数变化分析。4 0 图6 - 91 9 9 7 - 2 0 0 8 年银川市景观类型破碎度指数分析图4 1 图6 - 1 0 银川市土地利用景观分区图4 3 表6 51 9 9 7 2 0 0 8 年银川市土地利用变化4 4 表6 61 9 9 7 - 2 0 0 5 年银川市景观类型变化转移矩阵4 5 表6 72 0 0 5 2 0 0 8 年银川市景观类型变化转移矩阵4 5 v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 研究生签名上蒸辛 时间： 如年琴月少日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 研究生签名立菝乎 导师签名：岳志。 嫡阃：l 毋e 其t 阳 时间： 如t o 每s 旯| 予p 宁夏大学硕卜学位论文第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 土地是人类社会经济活动的载体。随着世界人口的急剧膨胀，城市化、工业化的迅速发展， 人类对土地利用的广度和深度在不断的加强，由此也带来了一系列的资源环境社会经济问题，土 地利用变化成为全球变化的重要组成部分和热点问题之。如何合理利用有限的土地资源，提高 土地利用率和土地生产力，实现土地的可持续利用己成为越来越重要的研究课题。 由于土地问题关系着人类生存，生活和发展，2 0 世纪8 0 年代以来，国际上土地利用的研究 发展迅速，自从1 9 9 3 年国际科学联合会与国际社会科学联合会联合成立了l u c c ( 土地利用土 地覆被变化) 核心项目计划委员会以来，一些参与全球环境变化研究的组织和国家纷纷启动了与 土地利用有关的研究项目，这是因为土地利用与覆被变化不仅客观记录了人类改变地球表面特征 的空间格局，也集中体现了人类改造地球表面景观的过程，是引起全球气候变化的重要原因。在 中国，几千年来人类对土地的开发利用引起了土地利用的巨大变化，特别是目前随着经济的快速 发展、人口的大量增加、城市化水平的不断提高、对自然资源的需求量的激增，以及生存环境压 力的加大，使得土地利用的相关研究已经成为土地科学研究的重点。随着科技和信息快速发展的 时代，计算机技术的日新月异带动了地理信息系统( g l s ) 的快速发展，从而为更好的管理与使用 地理空间信息提供了工具与手段。遥感技术( r s ) 与g i s 技术的结合，为更好的研究土地利用、土 地覆被的时空演变提供了数据源与技术支持。 景观生态学形成于2 0 世纪6 0 年代的欧洲，近年来随着数量化方法和信息技术的广泛应用、 研究领域的逐步拓展及生态学理论体系的逐步完善，景观生态学已成为当前国际研究热点领域， 广泛应用于资源保护与开发、区域规划、园林建设、城市可持续发展等领域幢儿引。城市化所产生 的各种自然、社会和环境变化，从城市、区域乃至全球尺度上影响着地球表层的自然现象和生态 过程，人类活动的生态环境效应正成为世界各国、各地区高度关注的紧迫问题。由于城市土地利 用把以自然为主的土地利用景观变成了以工厂和住宅为主的人工土地利用景观，往往导致对各种 自然过程如径流过程、蒸散过程和生态过程的改变，带来复杂的生态环境后果，影响区域和全球 的可持续发展。从景观生态学的角度出发，城市所面临的环境污染、生态破坏等城市问题，大多 是由于不合理的景观格局造成城市内部各要素之间的不协调，从而削弱了城市景观的生态、经济 和社会功能。甚至由于城市规划建设的不合理，斑块、廊道、基质的各种空间关系会对城市可持 续发展产生空间阻力h 。人们已经广泛认识到，城市景观格局的研究，对合理进行土地利用规划 和管理，改善城市生态与环境具有至关重要的作用埔。因此，运用3 s 技术，结合景观生态学原理 和方法来解决城市资源、环境和发展问题已成为当今社会的重要研究课题。 1 2 研究对象与研究意义 银川市是宁夏回族自治区的省会，也是全国历史文化名城之一。从地理学的角度来看，自然 宁夏大学硕f ：学位论文第一章引言 景观绚丽多彩，高山、长河、大漠、草原，黄土丘陵，绿洲水乡，呈现出生态类型多样，地域差 异鲜明的环境特征；人文积淀厚重非凡，石器遗址，先民岩画，思路古道，历代长城，千年古渠， 历代名城，交织成黄河文明、西夏文化、回族风情的灿烂画卷，在自然和人文底蕴形成的过程中， 由于人类活动与地理环境的相互关系，城市景观也发生了相应的历史性变化。特别是改革开放以 来，伴随交通条件改善、省会地位确立、工业项目建设和国家宏观政策支持，银川市进入了快速 发展期，受人类活动和经济发展影响，城市扩展明显，景观格局和动态变化迅速。特别是近十年 来，“西部大开发”、“建设区域性中心城市”、“建设大银川”、“两宜城市”等政策和城市发展战 略的实施使银川市成为东西部经济合作及技术资金人才融汇地，必然促进银川市技术、信息、产 品和人口的大量集散，加速城市空间结构的变化。自从银川市进入快速城市化时期，在推动了社 会经济高速发展的同时，也引发了城市景观格局和生态过程的变化，产生了一系列生态和社会经 济后果，严重地影响城市进一步发展。本文的研究区范围包括银i i 市三区，即西夏区、金风区和 兴庆区，土地利用景观格局的动态变化。因此，探讨上世纪九十年代以来银川市土地利用景观结 构和动态变化特征，对于理解城市复杂的复合生态系统的演变趋势，建立可持续的城市化发展模 式具有重要意义。 景观生态学为解决城市的资源、环境和可持续发展问题开辟了新的思路，赋予了城市规划以 生态学的内涵，为实现城市景观具有较高的可持续能力提供了新的解决途径。今天的格局是过去 的景观流( 自然、社会、经济和各种生态过程) 形成的，又是今后景观格局形成的基础哺1 。城市 地域的可持续发展必须以生态环境的可持续发展为前提和保障。城市生态系统的状态是由系统 的结构和功能所决定的，系统的功能取决于系统的结构。要改善城市生态系统的状态，就必须从 调整城市生态系统的结构入手。城市土地既是城市空问格局的地域要素，又是人类活动及其影响 的载体，它的利用方式和格局成为调控城市生态系统结构的关键环节，同时决定了城市生态系统 的状态和功能哺1 。城市生态合理性目标的实现取决于城市景观结构与格局能否实现优化。因此， 通过研究景观格局可以更好地理解生态学过程，通过分析景观格局随时间的变化可以反映景观生 态过程，揭示景观演替的机制和规律，进而预测景观的变化趋势，最终实现资源的可持续利用。 景观生态学的研究对象一般为几平方公里至几百平方公里的中尺度异质性地表区域。这种范 围较大的宏观生态学研究单元涉及到的自然和人为过程复杂，景观组分类型多，时空格局及其变 化过程复杂，故在研究中需要采集和处理的数据量庞大，依靠传统的生态学调查方法难以完成。 由于传统数据采集方法具有覆盖面不全、定量化程度不高、尺度不匹配等缺陷，无法直接用于景 观生态学研究。 目前，遥感、地理信息系统和计算机技术已广泛应用于景观格局的定量化研究当中。以遥感 技术获取信息，在景观制图的基础上，运用g i s 技术进行景观指数计算或建模分析已成为景观格 局分析的有效模式；在周期性遥感资料的基础上进行景观动态监测，进行格局分析和变化研究， 进而推断功能的改变，对于自然资源的管理、景观规划和管理以及生物多样性保护具有重要的实 践意义，也是必不可少的手段。总之，遥感与地理信息系统的发展及其在景观生态学中的广泛应 用为景观空间分析提供了“空间手段”，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。 因此本文在g i s 技术的支持下，运用遥感影像，结合景观生态学理论，对银川市土地利用景 观格局进行分析，并对土地利用的动态变化进行分析，以期对该区土地管理，生态环境整治与恢 2 宁夏大学硕l 学位论文第一章弓f 言 复，土地可持续利用提供决策参考和数据支持，具有重要的现实意义 1 3 研究方法与技术路线 1 3 1 数据资料 本研究所需要资料包括：1 9 9 7 年、2 0 0 5 年和2 0 0 8 年的t m 影像，空间分辨率为3 0 m ； 2 0 0 5 年银川市土地管理局编绘银川市三区l ：1 0 0 0 0 土地利用现状图；2 0 0 8 年8 月g p s 调查 获取的银川市景观要素的空间位置数据：( d 银川市行政区划界限图；社会经济统计数据源于 银川市统计年鉴( 1 9 9 7 2 0 0 8 年) 和宁夏统计年鉴；银川市l ：5 0 0 0 0 地形图。 1 3 2 研究思路 本文遵循理论和实证相结合的思路，首先在确定银川市景观类型分类指标的基础上，依据不 同景观类型反射电磁波谱信息，对遥感影像进行分类以获取景观特征信息；然后分别选取不同的 景观格局指数，运用f r a g s t a t s3 3 软件进行计算，分析研究区不同时段的景观水平和斑块类型水 平景观格局特征、土地利用转移矩阵分析；最后在分析结果的基础上探讨了土地利用景观格局变 化与社会经济发展的关系。 本文研究的技术路线如图卜l 。首先根据研究区的地理空间数据和研究区l ：5 0 0 0 0 地形图及 其相关资料( g p s 实测数据、银川市土地利用现状图) ，利用e r d a si m a g i n e 遥感软件对研究区 的三幅影像分别进行几何校正，然后将校正后的e t m 多光谱影像与全色波段影像进行分辨率融 合处理、辐射校正和裁剪等预处理；利用监督分类和非监督分类相结合的方法解译及分类影像； 在a r c g i s 中处理分析矢量数据，将不同景观类型的信息分层提取，通过定义比例尺，加以地图 整饰，输出银川市景观要素类型图；a r c g i s 软件下进行数据处理，并通过选取合适的景观类型 指数和景观斑块类型指数对景观格局进行分析，并分区对土地利用动态变化进行分析；在此分析 的基础上，探讨了土地利用景观格局变化与社会经济发展的关系 3 宁夏人学硕l ：学位论文第一章引言 詈i；i i ii o 皇曼量曼曼曼皇曼曼舅詈舅量 图1 - 1 研究技术路线图 4 宁夏人学硕 ：学位论文第二章国内外研究现状 皇曼量曼璺曼曼皇曼鼍曼鼍曼皇i i i mi i im| i 鼍曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼鼍曼皇曼曼曼皇皇曼曼璺量曼曼曼曼曼皇曼篡皇蔓曼曼曼曼皇曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼鼍量皇 第二章国内外研究现状 2 1 土地利用动态变化研究进展 2 1 1 国外研究进展 早在2 0 世纪9 0 年代以前，国际上已经认识到土地利用是一个动态过程随着社会经济和 科学技术的发展，土地利用方式、结构和水平都在不断变化旧训在这一认识的基础上，开展了 一些土地利用变化的研究，其目的是通过综合分析影响土地利用各种因素的变化规律及其空间联 系，研究土地利用类型与区域变化规律，从而根据土地自然适宜性、经济合理性和技术可能性， 探讨远景土地利用的方向、结构、规律、布局及改善途径，为远景土地利用规划和决策管理提供 依据。这一阶段的土地利用变化研究着眼于土地利用本身的规划和管理n 。随着社会生产力的发 展，土地利用结构与布局趋向复杂化。为了查明区域土地利用现状特点、问题及开发利用方向， 世界范围内的土地利用调查、分类、评价、区划、规划等一系列工作先后开展起来。 在2 0 世纪3 0 到7 0 年代，土地利用的研究主要集中在土地利用类型分类描述、制图及引起 土地利用变化机理的初步研究，且主要是从经济学的角度进行研究。在7 0 年代，随着世界范围 的土地资源调查、评价研究的广泛开展，以及遥感技术、计算机技术的发展，土地利用研究的一 个显著特点是开始运用遥感、计算机技术手段来解决地域性或某一领域土地利用的一些具体问 题。主要包括土地利用变化的分析与监测；遥感技术支持的土地利用调查与分类研究：土地利用 的空间格局与模式；土地利用规划与制图等。从8 0 年代起，g i s 技术开始应用于土地资源调查 与土地资源评价、土地利用模式、农业土地利用规划、农业土地利用及其变化研究n 2 m 引。特别是 1 9 9 2 年世界环境与发展会议上1 2 1 世纪议程的颁布，大大推动了可持续发展的思想和理念， 实现土地资源可持续利用与管理。也成为新时期世界各国共同关注的目标u 制。2 0 0 2 年国际地理学 联合会( i g u ) “2 0 0 2 年区域地理大会”，对土地利用变化研究的范围、内容作了进一步拓展和深 化，总结出该领域的研究方向：应用遥感( r s ) 、地理信息( g i s ) 技术开展土地利用变化监测、评 价与制图；农村与农业土地利用变化分析；城市土地利用变化分析；土地利用变化动力学和土地 利用变化与生态环境等几个方面u 副。特别是近来，国外学者在土地利用与环境变化、土地利用规 划模式、可持续土地评价等方面开展了比较深入的研究，并己经取得了丰硕成果。 2 1 2 国内研究进展 我国有关土地利用土地覆被内容的研究由来己久，不过最初的研究主要集中于分类、分区 以及开发、管理等方面的研究工作，在2 0 世纪8 0 年代出版了1 1 ：1 0 0 万中国土地利用图集，1 9 9 2 年出版了与之相关联的专著 中国土地用。近年来跟随着国际上对土地利用土地覆被变化研究 的热点，我国学者对土地利用土地覆被的研究开始加强，自2 0 世纪9 0 年代起，我国学者紧跟 国际研究动态，开展了一些对土地利用变化的监测与驱动力及土地利用空间格局研究，其研究内 容主要是对国外研究动向和研究成果的介绍以及对模型方法的总结。而近年来的研究有两个明显 5 宁夏大学硕t ：学位论文第二章围内外研究现状 的趋势：一是采用“3s ”等先进技术引1 ；二是引用各学科的理论和方法，如景观生态学、经 济学等等。就研究方向来看，国内学者主要探讨了以下几个方面的问题：( 1 ) 土地利用结构的动 态变化，主要是通过各种模型来分析和模拟区域土地利用结构的变化u 引n 鲫；( 2 ) 从驱动力和影响 因子的角度来分析区域土地利用结构现状幅伽晗；( 3 ) 通过数量分析来研究区域土地利用结构从而 探讨区域土地合理利用的途径；( 4 ) 运用不同方法来分析区域土地利用的结构1 等。 2 2 景观生态学 2 2 1 国外研究进展 景观生态学的概念是德国地植物学家t r d l1 9 3 9 年在利用航片解译研究东非土地利用时提 出来的，认为景观生态学是两种科学观点结合的产物：一种是地理学的( 景观) ，另一种是生物 学的( 生态学) 。景观生态学是“表示支配一个区域单位的自然生物综合体相互关系的分析。 它不是一门新学科或学科的新分支，而是综合研究的特殊观点”。二战以后，许多国家都开展了 土地资源的调查、研究和开发与利用，从而出现了以土地为主要研究对象的景观生态学研究热潮。 上世纪6 0 年代开始，景观生态学首先在欧洲各地引起重视，并且被广泛接受，形成了德国、荷 兰和捷克斯洛伐克三个研究中心。他们以人类学为方向，强调人类在景观中的作用，并且把人类 视为景观的主要组成部分，进行土地生态规划与设计和自然保护、环境管理等研究，但在理论上 不够深入。 进入8 0 年代以后，景观生态学才真正意义上实现了全球性的研究热潮。影响这一热潮的主 要事件有两个，一个是1 9 8 1 年第一届“国际景观生态学大会”及1 9 8 2 年“国际景观生态学协会” 的成立；另一个是美国景观生态学派的崛起，“国际景观生态学协会”的成立，使广大从事这一 领域研究的人员从此有了一个组织，使得其国际性交流成为可能。进入上世纪9 0 年代以后，景 观生态学研究更是进入了一个蓬勃发展的时期，一方面研究的全球普及化得到了提高，逐渐成为 研究区域生态问题的新的有效手段，另一方面，该领域的学术专著数量空前。如：其中影响较大 的m g t u r n e r 和r h g a r d n e r 主编的景观生态学的定量方法一书( 1 9 9 0 ) 和t t f o r m a n 的土地镶嵌景观与区域的生态学( 1 9 9 5 ) 以及i s z o l i n e v e l d 的 土地生态学。l ：景观生 态学的定量方法一书对景观生态学的研究的进一步定量化起了很大的促进作用，而在土地镶 嵌景观与区域的生态学： 一书中，一方面更系统、全面、详尽地总结了景观生态学的最新研 究进展，另一方面还就土地规划与管理的景观生态应用研究进行了阐述，更重要的是，作者结合 持续发展的观点，从景观尺度讨论了创造可持续环境等具有前沿性的问题。景观生态学的迅速发 展也给它带来了相应的问题：上升为学科高度之后，它的核心内容不能再由地理学或生态学中的 原理来简单替代，它必须发掘出属于自己的核心内容，为了解决这一问题，美国2 0 0 1 年生态学 年会上进行了一场“t o p1 0l i s tf o rl a n d s c a p ee c o l o g yi nt h e2 1 或c e n t u r y ”的专题讨论，总结出6 个关键议题和l o 个研究热点，为景观生态工作者明确了研究方向，指引景观生态学的进一步发 展。 6 宁夏大学硕七学位论文第- 章同内外研究现状 2 2 2 国内研究进展 在我国，景观生态学则是属于最近几年受到重视的一个研究领域。中国的景观生态学起步较 晚，但起点并不低肖笃宁( 1 9 9 1 ) 将我国景观生态学的发展过程划分为三个阶段： 第一个阶段是1 9 8 0 年以前，主要是摸索阶段。著名的植物学家李继侗、刘慎愕等在生态学 方面做出了重要贡献。6 0 年代马凯的自然地带和景观科学研究，张维信对甘肃石羊河下游和疏勒 河中游自然景观及其分类的研究，7 0 年代黄锡畴等对长白山高山苔原的景观分析和垂直景观带的 化学地理特征分析，以及苏联的景观学、生物地理群落学说、生物地球进化学说、地理系统学说 等先后被介绍到国内，这些都为景观生态学的发展准备了条件。 第二个阶段是8 0 年代初到8 0 年代末，是发展阶段。8 0 年代初，少数地植物学工作者和自然 地理学工作者根据自己的实际工作经验，逐渐认识到了景观生态学研究的重要性，开始探索景观 生态学的学科方向和介绍国外景观生态学的研究情况。黄锡畴( 1 9 8 1 ) 的“德意志联邦共和国生 态环境现状及其保护”概括介绍了景观生态学和联邦德国景观生态保护、设计和管理的研究和教 学情况。刘国安( 1 9 8 1 ) 的“捷克斯洛伐克的景观生态学研究”介绍了捷克斯洛伐克景观生态学 研究所及其景观生态学研究的内容、方法和成果。傅伯杰( 1 9 8 3 ) 的“地理学的新领域景观 生态学”和黄锡畴等( 1 9 8 4 ) 的“长白山高山苔原的景观分析”是国内采用景观学概念和方法研 究景观生态学的研究报告。1 9 8 3 年，著名地理学家林超先后翻译并发表了两篇景观生态学的重要 文献，即t r o n 的“景观生态学”( t r 0 u ，1 9 6 6 ) 和n e e f 的“景观生态学的发展阶段”( n e e f ，1 9 8 1 ) ， 这是国内首次介绍景观生态学的代表性文献。1 9 8 5 年，陈昌笃发表“评价z 纳维等著的景观 生态学”一文，这是国内学者首次对景观生态学的理论问题的讨论。李哈滨( 1 9 8 8 ) 的“景观 生态学一生态学领域里的新概念框架”重点介绍了美国学派对景观生态研究的最新进展。 第三个阶段是从2 0 世纪8 0 年代末到目前，是景观生态学的研究实践阶段。有计划、有组 织的景观生态学研究始于1 9 8 8 年。1 9 8 8 年和1 9 8 9 年中国科学院沈阳应用生态研究所和北京大学 地理系先后成立了“景观生态学研究室”，组织开展景观生态学方面的研究工作。1 9 8 9 年，“全国 第一届景观生态学学术讨论会”在沈阳召开，并出版了论文集，对景观生态学的发展起了重要的 推动作用。同时，在这一时期，出版了一系列景观生态学专著及研究论文发表，取得了大量的研 究成果，如肖笃宁主编的景观生态学理论、方法与应用( 1 9 9 1 ) 论文集、傅伯杰编著的 景观生态学原理及应用( 2 0 0 1 ) 、邬建国编著的 的旧约书中，用来 描写所罗门皇城的瑰丽景色。这里的“景观”的含义同汉语中的“风景”、“景色”，等同于英语 中“s c e n e r y ”，是视觉意义上的概念，是一种审美对象，作为审美对象的景观有其明显的随意性旧1 。 园林( l a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e ) 学科中所理解的景观，基本沿用了这一概念。 在生态学中，景观的定义可概括为狭义和广义两种。狭义景观是指几十公里至几百公里范围 内，由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元嘞1 。而反映气候、地理、生物、经济、社会和 文化综合特征的景观复合体称为区域。狭义景观和区域可统称为宏观景观。广义的景观是指从微 观到宏观不同尺度上的，具有异质性或缀块性的空间单元。广义景观概念强调空间异质性，其空 间尺度则随研究对象、方法和目的而变化，而且它突出生态学系统中多尺度和等级结构的特征哺。 这一概念越来越广泛地为生态学家所关注和采用。肖笃宁对景观概念作了综合表述“景观是一个 由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体；它处于生态系统之上，大地理区域之 下的中间尺度：兼具经济、生态和美学价值。”这一定义清楚的表述了景观具有空间异质性、地 域性、可辨识性、可重复性和功能一致性等特征，又特别强调了景观的尺度性和功能性瞰1 。 1 9 3 9 年德国著名的植物学家c a r lt r o l l 在利用航片研究东非土地利用问题时首次提出“景观 生态学”( l a n d s c a p ee c o l o g y ) 一词，自此之后景观生态学以其多学科交叉性、综合整体性、宏 观区域性和与人类活动密切相关性的学科特点，在8 0 年代得以迅猛发展，并逐渐成为世界上资 源、环境、生态方面研究的一个热点，其作用被越来越多的研究者所认识和强调。现代生态学奠 基人e r o d u m 在他的基础生态学一书中指出，应把景观生态和土地合理布局利用作为解决 经济发展与生态维护间几乎是不可调和的根本性矛盾主要的可能出路。9 0 年代以来，景观生态学 逐渐成为研究区域生态问题的新的有效手段，并在景观尺度上对生态要素的空间格局与动态变化 研究方面，显示出很大优势。1 9 9 8 年，国际景观生态学会将景观生态学定义为“对于不同尺度上 景观空间变化的研究，它包括景观异质性的生物、地理和社会的因素，它是一门连接自然科学和 相关人类科学的交叉学科”。在2 0 0 1 年美国景观生态学年会上1 6 位来自美洲、欧洲和澳洲的知 名学者作了专题报告或提交了书面发言，反映出面向2 1 世纪的景观生态学学科前沿和研究热点， 景观生态学研究要更加关注现实世界中存在的问题。 景观生态学的一个主要目标是认识空间格局与生态过程之间的关系，尺度的重要性，以及在 越来越强烈的人类活动作用下所形成的异质性景观中的等级关系。目前，国际上对景观生态学的 认识并不完全一致。邬建国( 2 0 0 0 ) 认为景观生态学研究的内容主要包括景观结构、景观功能和 景观动态唧1 。国际景观生态学会( i j 此) 1 9 9 8 年指出，景观生态学是对于不同尺度上景观空间 变化的研究，包括对景观异质性、生物、地理及社会原因的分析。景观生态学的核心主体包括： l o 宁夏大学硕 学位论文第三章十地利用景观格局研究的理论基础 景观空间格局，景观格局生态过程尺度等级之间的关系，人类活动对于格局、过程与变 化的影响，景观异质性或多样性的维持和管理嘟。因而，景观生态学是一门实用性很强的科学， 它以研究人类社会同其生存空间的相互关系为主要内容，可以为区域的生态环境与社会经济可持 续发展提供有力的科学依据，在研究可持续发展方面显示出重大价值。景观生态学不仅可以指导 景观设计、规划和管理工作者，还可以服务于社会学家和决策者。 3 1 2 城市景观与城市景观生态 城市景观最大的特点是以人类为主体。在人类活动的影响和干扰下，城市的自然条件，从下 垫面性质到区域小气候，从动植物区系到景观外貌与自然景观相比较都发生了巨大的变化。城市 景观在区域尺度上，往往只当作斑块来研究，其镶嵌和分布格局具有一定的重复性和规律性。但 在较小尺度上，城市可以看作一个由工业区、居住区、公园、道路和河流等不同的景观要素组成 的景观镶嵌体嘲1 。城市景观中比较明显的斑块有城市绿地、湖泊、工矿企业、农贸市场和学校等， 城市廊道主要是大量以交通为目的的公路、铁路、街道和河流等，它们往往相互交织组成廊道网 络。从城乡一体化的角度，城市景观中包括了城市建成区、郊区农村地区以及二者之间的城乡过 渡地带，农田构成了景观的基质，而城镇的建筑是景观中最具特色的斑块，其它的斑块还有林地 斑块、湖泊( 池塘) 斑块、农村居住地斑块、城市中大型绿地斑块等；河流、道路、林带、树篱 则构成了城乡的廊道。城市景观的生态学特征主要表现为： ( 1 ) 以人为主体的景观生态单元。这是城市景观区别于其它景观最重要的特点。由于人类 活动的影响，城市中的自然环境包括水文、气象、地表结构和动植物区系等都发生了很大的变化。 不同地区的城市景观面貌，在一定程度上反映了当地的社会经济发展状况和历史文化特点嘞1 。城 市内部以及城市与其外部系统之间物质能量和信息的交换，主要是靠人类活动来协调和维持。 ( 2 ) 城市景观的不稳定性。随着社会经济的发展，以及政治、文化等因素的变动，城市景 观变化极快郾1 。城市景观的不稳定性，在其边缘区表现的尤为明显m 1 主要表现为耕地、林地等 自然景观单元转变为交通道路、建筑物等人工景观，相邻城市连接成为城市带或城市群。此外， 城市生态系统的高度对外依赖性，也是造成城市景观不稳定的一个重要因素。 ( 3 ) 城市景观的破碎性。城市内四通八达的交通网络和人类活动将城市切割成许多大小不 等的引进斑块，与大面积连续分布的农田等自然景观形成鲜明的对比。 c 4 ) 城市景观的梯度性城市是人为影响相对集中的地段，对于单核心型城市，由城市中 心至边缘区，人类活动的强度逐渐减小，方式也有所改变，表现为人口密度和功能等，呈现出梯 度性递变嘲1 。市中心一般建有大的购物中心，以及文教、司法、行政部门等，向外过渡为轻工业 区、大专院校、车站等，再向外围，则布局重工业区、较大的公园、居民区等等。由于各城市历 史、自然条件等不同，这种梯度性往往表现得不甚明显。 ( 5 ) 城市具有较低的景观多样性。城市在建设过程中，特别是在人口数量较多的国家和地 区，受经济利益的驱动，城市中的地块都可能成为建筑物的发展趋势，而对绿地、河流、湖泊等 自然、半自然景观往往很不重视。 城市景观生态学隶属于城市生态学的研究范畴，是景观生态学理论在城市地域的应用，主 要目的是协调入与自然的矛盾，并试图将自然组分重新引入城市嘲1 。城市景观生态学着重从景观 宁夏大学硕l - 学位论文第三章十地利用景观格局研究的理论基础 尺度，来研究城市不同空间、不同生态系统之间的布局规律、代谢过程和物流、能流和信息流的 转化利用效率等问题，对于促进城市生态建设，改善城市生态环境、维护生态平衡，实现城市与 自然共存的战略目标具有重大而深远的意义。从某种意义上讲，它是景观建筑学和城市生态学的 边缘学科虬1 。 3 1 3 景观格局 景观异质性是景观的基本属性，具体表现为景观空间格局。景观空间格局般指大小和形状 不一的相互作用的景观斑块在空间上的配置，是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用 的结果旧1 。景观格局在所有尺度上都存在，并且都是由斑块、廊道和基质构成，即所谓斑块廊 道基质模式。景观格局及其变化是自然、生物和社会要素相互作用的结果，景观斑块的形状、 大小、数量和空间组合影响着生物物种的分布、径流和侵蚀等生态过程脚1 。因此，景观格局的变 化对景观生态过程和景观流造成影响，导致景观功能发生变化。景观格局分析的目的是从看似无 序的景观斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律性。为了更加深入的理解景观格局，应该将景观 格局和各种生态过程、景观流联系起来。由于景观格局是在一定地域内各种自然环境条件与社会 因素共同作用的产物，研究其特征可以了解它形成的原因与作用机制，景观空间格局分析有助于 探讨景观格局和生态过程的相互关系，为人类定向影响生态环境并使之向良性方向演化提供依 据。近年来，随着景观生态学的发展，景观格局及其动态变化研究已成为景观生态学的研究热点 和重要研究领域忡7 0 1 。景观格局的研究不仅是景观生态学的核心内容，也是景观生态评价、景观 生态设计与管理等应用研究的基础m 景观格局分析的内容涉及不同尺度下景观的结构、功能、过程、变化及其机制，主要包括： 景观结构的时间变化规律、景观格局的分异及其控制因素、景观格局对干扰扩散的影响、利用景 观格局指标度量其生态功能、景观格局的尺度效应规律等。通过对格局成因机制的分析，确定系 统的生产力、稳定性、生境质量的控制因素，进而有效地