景观生态学原理在土地整理中的应用.doc

景观生态学原理在土地整理中的应用安晨/刘世梁/李新举/邱扬【专题名称】生态环境与保护【专 题 号】N2【复印期号】2010年06期【原文出处】地域研究与开发(郑州)2009年6期第6874页【英文标题】Application Of The Principles Of Landscape Ecology In Land Consolidation【作者简介】安晨(1984-)，女，山东日照市人，硕士，主要从事土地利用与规划方面的研究，山东农业大学资源与环境学院，北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，(E-mail)，山东泰安271018；刘世梁，北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室；李新举，山东农业大学资源与环境学院，山东泰安271018；邱扬，北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875【内容提要】 土地整理是实现土地资源合理配置、提高土地利用率和生产力的重要途径。目前土地整理项目比较重视增加耕地面积、提高土地的质量和生产力，而对整理过程对整理区造成的生态环境影响及整理后土地的生态效应尚未引起足够重视。景观生态学作为一门研究景观结构、功能和变化的交叉学科，其原理和方法能够应用在土地整理活动的全过程中。从景观生态学的原理入手，基于土地整理的全过程分析，系统阐述了景观空间镶嵌模式、景观时空异质性理论、景观连接度理论、景观安全格局理论，并分析了其在土地整理景观生态效应研究、景观生态规划设计、景观生态评价与管理等方面的应用，提出了我国目前土地整理景观生态研究存在的问题及其发展趋势。Land consolidation is an important action for China, both to realize the reasonable disposition of land resource and to enhance the land utilization efficiency. The goal of land consolidation in China is to increase arable land area as well as its productivity. However, there is less paid attention to the protection of the natural environment. The development of the landscape ecology provides the land consolidation with some promising theories, methods and technical means. Beginning with the basic principles of landscape ecology, such as landscape mosaic model, landscape heterogeneity theory, landscape connectivity and landscape security patterns theory, its application to the study on land consolidation and its landscape ecological effects, landscape ecology planning and landscape ecology evaluation has been elaborated. At last, the problems and prospects in study on landscape ecology of land consolidation were summarized in the paper. 【日 期】2008-12-01【关 键 词】土地整理/景观生态学/生态效应/景观生态规划/景观生态评价land consolidation/landscape ecology/ecological effects/landscape planning/landscape evaluation修回日期：2009-09-30中图分类号：F311文献标识码：A文章编号：1003-2363(2009)06-0068-07土地整理是指在一定地域范围内，按照土地利用规划，采取行政、经济、法律和工程技术手段，对土地利用状况进行调整改造、综合整治，提高土地利用率和产出率，改善生产、生活条件和生态环境的过程1。土地整理最早出现于德国、法国和俄国等国家。经过几个世纪的摸索，国外的土地整理已由早期的归并田块、调整权属、改善农业生产条件的简单土地整理转为以提高农业综合生产能力、保护和改善生态环境、居住环境为主要内容的综合土地整理。国内对土地整理的研究起步较晚，主要集中于土地整理的技术研究2-4、土地整理潜力的研究5-8、整理新增耕地土壤质量及生产力研究9-12、土地整理产权研究13-18等。我国目前开展的大都属于狭义的土地整理，以增加耕地面积、提高耕地的利用率和产出率为根本目的19，土地整理过程中的生态效应未受到足够重视。本研究通过论述景观生态学理论在土地整理中的应用，指出目前土地整理景观生态研究存在的问题，为今后景观生态型土地整理的规划设计提供科学依据。1国内外土地整理过程存在的问题20世纪60-70年代，欧洲各国纷纷把土地整理作为改善农业生产条件、提高农用土地利用率和产出率的首选措施。随着社会经济的发展、农业生产过剩和人们环境保护意识的提高，土地整理的内容不断调整和完善，其重点转向景观设计和生态环境保护。以德国为例，其早期的土地整理仅仅是为了提高农业生产力，土地整理改善农业生产条件、促进农业发展的同时也对农业生态环境产生了较严重的负面影响。为此，德国土地整理增加了生态景观和环境保护的内容，以期达到追求经济、社会和环境效益的协调与统一17。国内大规模的土地整理是在新中国成立后，虽然起步较晚，但开展较为迅速。多数土地整理的目标仍然是扩大耕地数量，追求耕地占补平衡。由于缺乏统一的规划和管理，盲目毁林开荒、围湖造田等破坏土地生态的现象加剧。从土地整理的发展历程来看，越来越多的国家认识到将生态环境因素纳入国民经济与社会发展决策中的重要性。进入21世纪以来，我国土地整理也由过去的单纯追求扩大耕地面积转为以全面提高人们生产、生活质量为目的的景观生态型土地整理18。2景观生态型土地整理的内涵景观生态型土地整理将传统土地整理措施与景观生态学原理相结合，探讨适宜具体区域的土地整理模式，即在传统土地整理内涵基础上，保证土地的可持续发展、生物多样性、景观多样性以及生态平衡的目标19。土地整理是一项复杂的系统工程，必然对区域内水资源、土壤、植被、生物等景观要素或景观属性及其生态过程产生直接或间接、有利或有害的影响20。近年来，土地整理中的生态环境问题受到广泛关注21-26，景观生态学基本原理越来越多地应用于土地整理活动中。严金明27首次提出在土地整理中引入景观生态学理论，并对国内景观生态保护型土地整理设计模式进行了构想；边振兴28等分析了目前制约我国景观生态型土地整理的因素，探讨了推动其发展的若干思路；罗为群19等探讨了适宜具体区域特点的景观生态型土地整理规划方案和措施，并预测了景观生态型土地整理的初步效益。3土地整理中的景观生态学原理与土地整理相关的景观生态学理论可以概括为以下几个层次：(1)整理区景观结构单元的空间镶嵌性理论，即景观的“斑块廊道基质”模式；(2)整理区景观异质性理论，即整理过程中景观变化的时空异质性；(3)整理区景观格局与生态过程关系理论，包括多尺度的生态效应、边缘效应与生态交错带理论；(4)基于整理区生物保护的景观空间模式理论，主要包括岛屿生物地理学理论、复合种群理论、“集中分散模式”理论，另外还包括整理区景观安全格局的构建、连接度模型的应用等。此外，系统理论、尺度效应、等级理论等景观生态学基础理论也被广泛应用。3.1土地整理区景观结构的镶嵌性原理整理区的各种土地利用类型都可看作是组成景观的结构单元，土地整理实质上就是斑块廊道在基质中重新组合。通过斑块特征的变化来反映整理区景观生态效应是整理区景观生态效应研究常用的方法。廊道影响着斑块间的连通性，斑块间物种、营养物质、能量的交流和基因交换，其结构因素，如曲度、宽度、连通性和内环境等29已成为揭示整理区景观生态效应的新角度。景观结构单元的划分总是与研究区实际情况相联系。多数整理区会以占所有景观类型50以上的耕地为基质；刘宗群30等把占总面积42.57的林地定义为整理区的基质；由于研究区多山且水资源丰富，Gu31等以水域作为基质，斑块定义为耕地、小于2m的道路以及水渠、河流、坑塘。景观结构单元的划分又与观察尺度相联系，某一尺度上的斑块可能成为较小尺度上的基质，又是较大尺度上廊道的一部分。3.2土地整理区的景观异质性原理与景观格局景观异质性体现在景观空间结构的变化(空间异质性)和景观及其组分随时间的动态变化(时间异质性)上。异质性原理应用于整理区规划时不仅要强调土地合理使用问题，还要考虑各种土地利用类型之间的结构和功能关系。如在农田规划中应避免大面积品种与作物单一化的趋向；保留农田边界作为害虫天敌的栖息地，对保护天敌有重要作用。研究表明景观异质性越大，景观的类型越多，防止外来干扰的能力越强，生态系统更加稳定32。景观生态学中的格局，一般指空间格局，表示景观要素斑块和其他结构成分的类型、数目以及空间分布与配置模式33。景观格局指数方法是整理区景观生态研究常用的分析方法，一般可以分为斑块水平指数、斑块类型水平指数以及景观水平指数3类。3.3土地整理区的景观连接度景观连接度是对景观空间结构单元相互之间连续性的量度，包括结构连接度和功能连接度。研究表明，景观连接度对破碎景观(如人类活动强烈的农业景观地区)中动物栖息地和物种保护具有重要意义34。土地整理规划中土地利用类型的调整是对景观结构影响最明显的方式之一，重新分配农业用地结构或将部分自然景观(如森林、草地、池塘等)划分为农田用地将导致一些具有基本功能的景观元素消失，导致生物多样性和景观多样性的降低。因此，规划中对农田林网的景观布局、复合农林系统的设计等都必须研究景观各元素之间的景观连接度水平，在影响生物群体的重要地段和关键点，保留生物的生境或不同生境地之间合理的廊道。3.4土地整理区景观安全格局的构建景观中存在关键性的局部、元素和空间位置及联系，它们对维护景观中的某种过程(包括生态过程、社会文化过程、空间体验、城市扩张等)的健康和安全具有关键意义，这些具有战略意义的景观局部、元素、空间位置和空间联系构成景观安全格局35。景观安全格局认为，生态过程对经济发展、人为干扰所带来的冲击的忍受能力是有阈值的。因此，整理区的规划就是要保证土地利用在生态阈值之内，规划后的土地利用格局最大程度满足生态、经济和社会的需要。景观安全格局在土地整理区规划中的应用潜力不容忽视，保存关键的种群源、节点、生物廊道等是景观生态型土地整理的重点。4景观生态学原理在土地整理中的应用土地整理中景观生态学理论的应用主要体现在：利用景观生态学的原理研究土地整理空间格局，分析生态状况和空间变异特征，研究环境、生态因子对土地利用布局的影响；通过模拟系统和规划设计，建立区域景观优化利用空间结构；评价和预测规划和设计可能带来的生态学后果。4.1土地整理区景观生态效应研究土地整理会引起景观斑块、廊道、基质的显著变化，研究中常用景观格局的变化来表征土地整理的生态效应。傅伯杰29等将景观格局数量研究方法分为3类，即用于景观组分特征分析的景观空间格局指数，用于景观整体分析的景观格局分析模型，用于模拟景观格局动态变化的景观模拟模型。土地整理区景观格局变化研究中常用景观指数法。Bonfant36，Sklenicka37等分别选取景观指数对意大利北部平原土地整理项目和捷克3个土地整理项目的景观格局变化进行了研究，揭示了整理区的景观生态效应；杨晓艳38从县级尺度，邓劲松39、曹顺爱40等从乡镇尺度，王军41、刘勇42、张慧43等从项目尺度选取景观指数对土地整理区景观格局的变化进行定量研究，发现景观类型和斑块分布向单一化和非均衡化发展。研究中选用的景观指数如表1所示。景观指数能够有效反映整理区的景观格局变化，但景观格局分析模型和景观模拟模型尚未在整理区中应用。应该注意的是，有些指数的相关性显著，选取指数时要做好检验，避免选取相关性显著的指数使分析结果可靠性降低；有些指数分析出来的结果相互矛盾，应结合整理区的实际情况，找到原因，提高研究的准确性。目前，针对区域景观生态效应的研究较多，网络分析法和景观连接度指数可从全新的角度揭示景观生态效应47。廊道及其形成的网络是景观的重要组成部分，直接改变景观格局，影响景观过程。从廊道的角度研究整理区景观格局的变化，能更全面地揭示整理区景观生态效应，但目前从廊道的角度出发结合网络分析法、景观连接度指数揭示整理区的景观生态效应的研究较少。4.2土地整理区景观生态规划与设计景观生态学作为土地整理规划的理论基础，为土地整理景观生态规划与设计提供理论依据。土地整理不能仅立足于单纯的地块合并、调整改造，还需应用景观生态学理念，明确土地的利用状态及生态保护情况，进行综合规划设计，建立生态流通畅的网络系统，即景观生态规划设计。不同的整理区，其景观生态规划设计的内容各不相同。边振兴48等从功能分区角度把整理区规划为农田系统功能区、水网系统功能区和人居系统功能区；鲁迪49等从景观分类的角度将整理区分为田块景观、道路景观、农田沟渠景观、堰塘景观、生态边界以及农村居民点；鲍海君50等从环境伦理学的角度，提出了生态板、生态孔、生态岛屿和生态边界等规划设计模式和运作模式；张慧51等把整理区项目工程分为土地平整工程、农田水利工程、田间道路工程和农田防护工程。农田景观生态工程是土地整理的重要内容，具有很高的生态价值。结合赵桂慎52等人的研究，将5种类型的景观生态工程中具体的生态保育设计归纳如表2。景观生态规划设计在生态脆弱区的土地整理中尤为必要。汪涛、彭轩明、许联芳57-59等分别分析了涪陵石灰岩地区、三峡库区、桂西北喀斯特山区水土流失严重、侵蚀强烈、滑坡灾害严重等区域特点，总结出了适合特定区域土地整理的一般模式。国内土地整理规划设计已渐渐向景观生态型规划设计转型，尝试在土地整理中增加景观生态工程建设内容，但尚未建立起相应的农田景观生态工程技术规范体系，总体上还处于理论探讨和尝试阶段。与国外特别是欧洲国家相比，尤其在自然景观和生态环境的保护与建设上，存在很大差距。4.3土地整理区景观生态评价土地整理通过生物及工程途径调整土地利用方式、结构以及土地覆被状况，是人类对农田生态系统的强烈干扰，大规模地改变了地表景观结构，导致自然生态系统组成结构、物质循环和能量流动特征发生了较大变化60，对区域景观生态环境产生深远影响。因此土地整理活动中引入景观生态评价方法参与决策十分必要。土地整理景观生态评价分为两种，一种是整理前的预测性评价，其结果为更好地开展土地整理提供理论依据和决策支持；另一种是整理后的景观生态效益评价，注重评价土地整理结束后整理区的景观生态效益，为今后的土地整理工作提供参考。景观生态评价内容广泛，在土地评价的基础上内容不断扩展(表3)。土地整理效益评价是整理区评价研究的重点61-65，景观生态评价大都作为整理区效益评价的一项指标，专门针对农地整理区景观自然属性和生态功能的评价未见报道。有学者对采煤塌陷地复垦区景观生态评价体系进行了研究，如胡振琪66等建立了小尺度采煤沉陷地复田景观质量评价三级指标体系；王启瑞67等构建了以景观生态质量为目标层、景观稳定性和景观宜人性为准则层的景观生态评价体系，并应用到胜利露天煤矿的景观生态评价中。5发展趋势目前整理区景观效应研究方法比较单一有限，大多是因地制宜选取景观格局指数来定量分析整理区景观格局变化，进而揭示整理区的景观效应。国内外学者已将景观生态学原理广泛应用到了各个领域，将这些先进的研究方法恰当地引入到土地整理区研究中，是目前土地整理项目区景观生态效应研究的关键所在。土地整理对生态效应具有显著影响，生态保育型土地整理模式有利于提高土地整理的正效应。通过设计条带状结构的生态道路，保留生态意义的岛屿型结构，设计方便动物通行的生态型沟渠，布设生态保护林和岸边植被缓冲带，能为物种生存提供有利条件。今后土地整理时融入景观设计和生态保育势在必行。土地整理的实施对整理区景观的影响不只是景观格局的变化，更重要的是景观功能的变化。土地整理后，土壤熟化程度、水文过程均处于动态变化中，相应的生物多样性和生态系统生产力数据难以准确获取，需要长时间观测和分析的累积。而目前土地整理效应的定量化评估持续时间短，很少有超过3年以上。在研究区建立观测站进行长期累次观测、获取整理区实时的数据才能为整理区的景观生态效应评价提供科学依据。总体来看，当前景观生态学在土地整理中的应用趋势包括：(1)整理区景观格局动态研究；(2)整理区景观格局和生态过程耦合作用研究；(3)整理区景观生态效应评价方法的适用性和评价指标选取、体系构建，评价标准的研究；(4)景观生态评价对于指导景观规划设计以及管理工作的作用研究；(5)国外景观生态学新技术手段和方法在整理区的利用研究等。 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