陳俊華，崔 勇，陳俊華，慕長龍*，朱志芳

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081;2.阿壩縣林業(yè)局，四川 阿壩 624600)

防護林(protection forest)是為了保持水土、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、減少污染所經(jīng)營的天然林和人工林［1］。防護林體系空間配置，是指防護林體系的土地利用結(jié)構(gòu)、林種結(jié)構(gòu)和林分系統(tǒng)的空間布局。

景觀(landscape)是一個由不同土地單元鑲嵌組成的、具有明顯視覺特征的地理實體;它處于生態(tài)系統(tǒng)之上，大地理區(qū)域之下的中間尺度;兼具經(jīng)濟、生態(tài)和文化的多重價值［2］。景觀格局(landscape pattern)是指景觀要素在空間上分散或聚集的展布，它是景觀組分的空間分布和組合特征的表現(xiàn)，是在景觀內(nèi)部的自然條件約束和人為活動影響雙重作用下，為了適應(yīng)特定的景觀功能要求而形成的一種景觀整體結(jié)構(gòu)［3］。景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。景觀格局可以有規(guī)律地影響干擾的擴散、生物種的運動和分布，營養(yǎng)成分的水平流動及凈初級生產(chǎn)力的形成等［2］。

防護林景觀格局的研究是景觀生態(tài)學(xué)的重要研究內(nèi)容。研究防護林的景觀格局，可以為防護林的空間配置、結(jié)構(gòu)調(diào)整及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。國內(nèi)學(xué)者對防護林的景觀格局做了大量的研究，并且取得了一定的研究成果，充分顯示了我國在防護林景觀生態(tài)研究方面的實力。此外，我國防護林景觀生態(tài)研究與國外相比，在深度和廣度上還存在較大的差距，需要開展進一步的深入研究。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 景觀分類與制圖

景觀分類與制圖是景觀生態(tài)學(xué)研究的主要內(nèi)容［7～13］，景觀生態(tài)學(xué)理論、方法和應(yīng)用的研究一直是與景觀分類和制圖同步進行的。景觀分類是景觀制圖的基礎(chǔ)，也是研究景觀格局與過程的前提，沒有一套成熟的分類體系，景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展將會受到很大限制。以A.P.伊薩欽科為代表的前蘇聯(lián)一部分景觀地理學(xué)家曾提出過一套復(fù)雜的景觀分類命名體系，對應(yīng)于不同的分類等級單元。美國景觀生態(tài)學(xué)派在生態(tài)空間理論方面貢獻突出，但對于景觀的分類似乎較少重視，F(xiàn)orman(1995)在其著的《土地鑲嵌:景觀與區(qū)域的生態(tài)學(xué)》一書中關(guān)于景觀類型只作了簡單的論述。他首先指出地形的影響，臺地景觀應(yīng)注意區(qū)分水域、風(fēng)域與冰川臺地3種類型，繼而提出基于主導(dǎo)空間所劃分的6種景觀類型，即城郊、水田、草地、森林、湖沼和工業(yè)景觀。Naveh(1993)提出總?cè)祟惿鷳B(tài)系統(tǒng)的概念，涵蓋了從生物圈到技術(shù)圈:將最小景觀單元定名為生態(tài)小區(qū)，集中了生物和技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，最大的全球景觀叫生態(tài)圈，從視覺上和空間上貫穿地理圈、生物圈和技術(shù)圈。他所建立的景觀分類系統(tǒng)分為開放景觀(包括自然景觀、半自然景觀、半農(nóng)業(yè)景觀和農(nóng)業(yè)景觀)、建筑景觀(包括鄉(xiāng)村景觀、城郊景觀和城市工業(yè)景觀)和文化景觀，上述各景觀有著不同的能源、物質(zhì)和信息輸入，構(gòu)成了不同性質(zhì)和強度的景觀驅(qū)動力。

中國景觀生態(tài)學(xué)家很早就致力于景觀分類和制圖工作，相繼取得了大量的研究成果。如80年代全國1∶1，000，000景觀要素圖的制作(如土地類型、植被、土壤、地貌、土地利用等)、90年代全國 1∶1，000，000土地利用圖的編制［10］等等，都是我國景觀分類和制圖工作的典范，也為景觀生態(tài)學(xué)的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。王仰麟(1996)提出劃分生產(chǎn)型、保護型、消費型及調(diào)和型4種景觀生態(tài)系統(tǒng)類型，其對應(yīng)的功能特征為生物生產(chǎn)功能、環(huán)境服務(wù)功能和文化支持功能。傅伯杰等(1999，2001)從生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)恢復(fù)出發(fā)提出了生態(tài)地理分類和中國生態(tài)區(qū)劃方案等。

總之，由于對景觀定義的理解不同，對于景觀的分類也就存在著不同的看法。其分類體系包括:按人類影響強度的景觀分類、以土地利用方式為主的景觀分類、據(jù)自然度不同的景觀分類、以及植被類型或地貌特征為主的景觀分類等分類方式(肖篤寧，1998)。目前尚未形成一個統(tǒng)一的景觀分類原則和方法，一般而言，分類原則可以從以下幾個方面綜合考慮:

(1)景觀分類首先必須明確景觀單元的等級，根據(jù)不同的空間尺度或圖形比例尺的要求來確定分類級別和景觀制圖單元。

(2)景觀分類應(yīng)突出體現(xiàn)人類活動對于景觀演化的決定作用，人類活動改變著土地利用和景觀格局，將自然和半自然景觀轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯す芾淼霓r(nóng)田。

(3)根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，以綜合性為指導(dǎo)，分類要反映出控制景現(xiàn)形成過程的主要因子，以引起景觀生態(tài)系統(tǒng)分異的主導(dǎo)因素為依據(jù)建立分類系統(tǒng)。

(4)景觀分類應(yīng)體現(xiàn)出景觀的空間分異與組合規(guī)律，即不同景觀之間既相對獨立又相互聯(lián)系。

(5)景觀分類中生態(tài)系統(tǒng)類型的歸并以空間形態(tài)為指標(biāo)。

(6)劃分出的景觀制圖單元應(yīng)具有相同的地貌、地質(zhì)條件、氣候條件、土壤條件和水文條件以及相同的植被類型。

對于防護林景觀生態(tài)分類方面的研究，有關(guān)文獻中未專門提及。但在防護林景觀格局、景觀功能等方面的研究中也有利用土地利用現(xiàn)狀圖、森林資源分布圖、衛(wèi)星遙感圖片解譯，并采用土地利用分級系統(tǒng)對景觀類型進行了分類［14～18］。例如，包曉斌［14］利用3 個時期(1974、1983、1992 年)的遙感航片、地形圖及土地利用圖(1∶150，000)對晉西昕水河流域的景觀劃分為分為農(nóng)地、林地、牧地、荒地、居民區(qū)、水域6大類型，并對林地再細分為經(jīng)濟林、水保林、用材林等，對該流域的生態(tài)經(jīng)濟型防護林景觀格局動態(tài)進行了研究。李清河等［18］通過調(diào)查，采用數(shù)量分類與傳統(tǒng)分類相結(jié)合的方法，對太行山石質(zhì)砂巖區(qū)的封育植被景觀從微觀的尺度劃分為人工油松林、人工側(cè)柏林、陽坡灌木林和陰坡灌木林4大類型22個群叢景觀要素等。

1.2 景觀格局的分析與評價

1.2.1 景觀結(jié)構(gòu)的度量與評價

景觀結(jié)構(gòu)(landscape structure)是景觀生態(tài)學(xué)研究的主要內(nèi)容之一［3］，它是指不同生態(tài)系統(tǒng)或景觀組成單元的空間與時間的組合關(guān)系，即景觀組成單元(景觀要素)的大小、形狀、數(shù)量、類型、多樣性及其空間配置、生態(tài)過渡帶、異質(zhì)性等。景觀結(jié)構(gòu)與景觀格局密切相關(guān)，景觀格局是站在景觀尺度上來考慮問題，而景觀結(jié)構(gòu)是站在生態(tài)系統(tǒng)尺度上來考慮問題［3］。

對景觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能的評價是確保景觀發(fā)揮其功能的前提，是在大尺度上開展景觀規(guī)劃設(shè)計，探討森林生態(tài)系統(tǒng)整合問題的基礎(chǔ)［19～20］。孫曉娟等［21］以GIS為平臺，借助于SPOT遙感影像建立了景觀空間數(shù)據(jù)庫，在摸清公別拉河流城的植被分布、水土流失現(xiàn)狀及土地利用狀況本底的基拙上，采用主成分分析和空間系統(tǒng)聚類分析方法，對公別拉河流城景觀生態(tài)功能進行了定量分析評價，并且利用景觀分異的主導(dǎo)因素劃分目標(biāo)景觀，以此進行直觀的景觀規(guī)劃，并對目標(biāo)景觀水土保持林現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行分析，按生態(tài)功能的得分值將森林資源劃分為良好狀態(tài)、一般狀態(tài)和較差狀態(tài)，其面積各占38%、43%、19%，提出應(yīng)分別采取不同的經(jīng)營措施加以保護、改良、改造。臧淑英等［22］采用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，借助于大型統(tǒng)計分析軟件包SPSS中的主成分分析和空間系統(tǒng)聚類分析方法，對黑龍江省二龍山水庫流域的景觀生態(tài)環(huán)境進行了定量分析與評價，獲得了4個景觀生態(tài)評價類型。其中，良好狀態(tài)的景觀生態(tài)類型占全流域面積的比重最大，為36%，一般狀態(tài)次之，為31%;較差狀態(tài)和理想狀態(tài)分別為17%和16%。并按景觀空間生態(tài)結(jié)構(gòu)，將全流域規(guī)劃與設(shè)計為3個景觀功能區(qū)，即農(nóng)業(yè)景觀功能區(qū)，其景觀過程以作物生產(chǎn)為主，發(fā)展方向為兼顧經(jīng)濟、生態(tài)和社會多種效益的生態(tài)農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)和高效農(nóng)業(yè);生態(tài)環(huán)境保護功能區(qū)，其景觀過程以水土流失、植被覆蓋減少等退化過程為主，主要執(zhí)行生態(tài)環(huán)境保護功能，大力發(fā)展水土保持林，努力提高植被覆蓋率，是本區(qū)發(fā)展利用的方向;森林景觀功能區(qū)，森林資源的合理采伐利用、林種的空間優(yōu)化配置、森林的撫育以及天然林的保護成為該區(qū)發(fā)展的主要方向。關(guān)文彬等［23］根據(jù)防護林學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)的原理，將野外調(diào)查與地理信息系統(tǒng)RegionManagerV4.0和遙感等技術(shù)相結(jié)合，從林帶和林網(wǎng)兩個尺度對北京市大興縣北藏鄉(xiāng)防護林體系的布局和結(jié)構(gòu)的合理性，進行了分析與評價。認(rèn)為該鄉(xiāng)主林帶防護能力不足，副林帶過寬;組成林帶的物種類型單一;整個景觀結(jié)構(gòu)與布局不夠合理。經(jīng)過分析論證，對該區(qū)防護林的經(jīng)營管理方向提出了建議:應(yīng)適當(dāng)增加主林帶的寬度，減少副林帶的寬度，重視混交林的營造，中間喬木樹種兩側(cè)輔以灌木的喬灌混交形式較適合，林帶透光疏透度應(yīng)保持在0.3～0.4，閉合林網(wǎng)數(shù)應(yīng)達到13個·km－2。此外，張錦春等［15］、費世民等［24］也對防護林景觀結(jié)構(gòu)進行了度量與評價。

1.2.2 景觀格局的分析

某一地區(qū)森林景觀格局的分析與景觀質(zhì)量控制的研究，能為該區(qū)土地利用的規(guī)劃決策和森林資源的可持續(xù)管理提供理論依據(jù)。福爾曼及其同事［25，26］對美國新澤西州瀕海平原松櫟林景觀組成與格局進行了分析，較為系統(tǒng)和全面地闡述了這一地區(qū)森林景觀的特點，并在景觀管理與規(guī)劃方面得出了一些有益的結(jié)論。

我國在防護林景觀格局分析方面的研究多集中在分析研究區(qū)的景觀格局特征、景觀格局多樣性及其景觀格局動態(tài)變化等［13，27～35］。例如馬克明等［27］利用親和度分析(affinity analysis)對北京東靈山地區(qū)森林的景觀格局多樣性進行了分析，得知該區(qū)鑲嵌多樣性值為7.1541＞3，意味著該區(qū)沒有明顯強烈的環(huán)境梯度，景觀是復(fù)雜的，由多個梯度控制。并且根據(jù)平均親和度值將該區(qū)森林類型劃分為3部分。王清春［28］等利用景觀多樣性指數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)等對北京喇叭溝自然保護區(qū)的森林景觀進行了分析。包曉斌［14］利用3個時期(1974、1983、1992年)的遙感航片解譯成果、地形圖及土地利用圖(1∶150，000)對晉西昕水河流域生態(tài)經(jīng)濟型防護林的景觀格局動態(tài)進行了分析。

1.3 景觀格局的優(yōu)化

景觀格局優(yōu)化是在景觀生態(tài)規(guī)劃、土地科學(xué)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上提出來的，同時也是景觀生態(tài)學(xué)研究中的一個難點問題［36］。景觀生態(tài)規(guī)劃從產(chǎn)生至今不過二三十年，在我國的歷史更短，歐洲學(xué)者普遍習(xí)慣稱為景觀生態(tài)規(guī)劃或景觀規(guī)劃，美洲學(xué)派則更傾向于使用景觀管理，區(qū)域規(guī)劃等名稱［37］。我國進入20世紀(jì)90年代以來，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化成了土地利用規(guī)劃的核心內(nèi)容［38］，由原來比較狹窄的農(nóng)業(yè)土地利用研究轉(zhuǎn)入更為廣泛、實踐性更強的農(nóng)林復(fù)合與牧業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村住宅用地、旅游用地等土地利用研究領(lǐng)域［39］。景觀格局優(yōu)化目標(biāo)是調(diào)整優(yōu)化景觀組分、斑塊的數(shù)量和空間分布格局，使各組分之間達到和諧、有序，以改善受脅受損的生態(tài)功能，提高景觀總體生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

景觀格局優(yōu)化的原則有:

(1)整體生態(tài)功能優(yōu)先原則。景觀格局的優(yōu)化目的是使景觀結(jié)構(gòu)達到合理，但因為景觀是由多個相互作用的生態(tài)系統(tǒng)組成的，所以我們需要把多個生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體來研究［37］。

(2)多目標(biāo)原則。景觀作為生態(tài)、經(jīng)濟和社會功能的載體，不同格局會產(chǎn)生不同生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益，景觀格局優(yōu)化應(yīng)將多種功能綜合考慮，要達到多目標(biāo)價值綜合最優(yōu)［40］。

(3)結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則。景觀格局是其功能的基礎(chǔ)，景觀斑塊的形狀、大小、數(shù)目和鄰接關(guān)系直接決定了物質(zhì)和能量在不同組分之間的流動過程，也就決定了景觀功能的發(fā)揮，所以要對景觀格局對生態(tài)流和功能的影響方式、機理分析理解，從而確定能為景觀帶來正效應(yīng)的景觀組分鑲嵌分布形式。

(4)尺度適宜原則。自從景觀生態(tài)學(xué)創(chuàng)建以來，尺度一直是景觀生態(tài)學(xué)的一個核心問題，不同尺度的分析結(jié)果可能會產(chǎn)生相當(dāng)大的差異，所以，對于景觀不同組分或不同類型景觀要在適宜的尺度上作分析才會帶來正確的結(jié)果。

(5)平衡原則。景觀格局優(yōu)化通常是一個復(fù)雜的系統(tǒng)分析過程，解決這一問題的需要采用多標(biāo)準(zhǔn)評價，通過多目標(biāo)分析和優(yōu)先級確定，在平衡的前提下得出多種備選預(yù)案［41］。

景觀格局優(yōu)化的研究方法有:

(1)概念模型

概念模型是最早出現(xiàn)的建立在景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論上的景觀規(guī)劃方法，在生態(tài)因子調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，考察景觀格局與功能關(guān)系的一般規(guī)律，以經(jīng)驗的或已有理論的模式對景觀的空間分布格局進行調(diào)整，也會有一些比較通用的土地利用模式。如Forman［42］等提出了兩個景觀整體模式，即可替代格局和最優(yōu)景觀格局。我國學(xué)者也有這方面的例子。如袁穗波［31］等通過對湖南衡陽縣麻嶺小集水區(qū)的水土保持林草植被景觀格局與生態(tài)過程，以及人類活動與植被景觀的相互作用的研究，在景觀生態(tài)分析、綜合及評價的基礎(chǔ)上，按照自然優(yōu)先、持續(xù)性、針對性、多樣性、綜合性、整體優(yōu)先、異質(zhì)性等原則的基礎(chǔ)上提出了該區(qū)的植被景觀最優(yōu)利用方案和對策。朱教君［43］等通過對遼寧省昌圖縣雙井子鄉(xiāng)的農(nóng)田防護林典型林帶調(diào)查、試驗示范基地林帶調(diào)查、林帶防風(fēng)效應(yīng)觀測的基礎(chǔ)上，通過綜合分析，對該區(qū)的林帶空間配置及布局進行了優(yōu)化。

(2)數(shù)學(xué)模型

①線性規(guī)劃法 線性規(guī)劃法是一種解決多變量最優(yōu)決策的數(shù)學(xué)方法，在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，解決或規(guī)劃一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的問題，即在一定數(shù)量的人力、物力和資源，如何應(yīng)用而能得到最大經(jīng)濟效益。其中目標(biāo)函數(shù)是決策者要求達到目標(biāo)的數(shù)學(xué)表達式，用一個極大或極小值表示。約束條件是指實現(xiàn)目標(biāo)的過程中資源和內(nèi)部條件的限制因素，用一組等式或不等式來表示。在景觀格局優(yōu)化中，要考慮到多個影響景觀格局的因子，該方法可以解決通常規(guī)劃中人為影響大的現(xiàn)象。楊曉勇等［44］1994年在以往土地利用線性規(guī)劃方法基礎(chǔ)上，提出了采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法的思想，保證了規(guī)劃結(jié)果自成體系，互相配合，聯(lián)合運用。

②多目標(biāo)規(guī)劃 決策是一個系統(tǒng)過程，對優(yōu)化過程進行數(shù)量化計算，包括一系列約束條件(對屬性數(shù)據(jù)，量化數(shù)據(jù)等)和一些計算規(guī)則。優(yōu)化過程的數(shù)學(xué)計算可以理解為不同目標(biāo)方程的組合，這些目標(biāo)之間大多存在相斥性。這種格局優(yōu)化方法是一個線性過程，最后得出的是個目標(biāo)綜合最大值，但是很可能不能滿足每個目標(biāo)都達到最大值，甚至出現(xiàn)目標(biāo)最大而其他目標(biāo)值都很小的現(xiàn)象。但在現(xiàn)實社會經(jīng)濟系統(tǒng)中，通常決策者面對的是一連串的目標(biāo)，換句話說，衡量一個方案的好壞，標(biāo)準(zhǔn)不止一個，也就是說，問題本身難以用一個標(biāo)準(zhǔn)來衡量，而需要一個以上的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。在這些標(biāo)準(zhǔn)或目標(biāo)中，彼此之間又往往不是那么協(xié)調(diào)，甚至是相互矛盾的、對立的。這些標(biāo)準(zhǔn)的度量單位也常常是各不相同的。景觀格局優(yōu)化正是這樣一個現(xiàn)實問題，其目標(biāo)不僅是要經(jīng)濟效益最大，而且是要注重經(jīng)濟、生態(tài)、社會的綜合效益。資源環(huán)境研究中常用的是有限方案的多目標(biāo)決策分析方法，有矩陣法和層次分析法(AHP)建立所分析問題的多層次結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)決策問題的性質(zhì)和要求，將總目標(biāo)及備選方案進行正確合理的層次劃分，確定各層要素的組成。在景觀水平上，需要考慮諸多生態(tài)問題，例如水土侵蝕、生物多樣性降低、養(yǎng)分流失和土地生產(chǎn)力下降等多目標(biāo)規(guī)劃和管理是解決景觀可持續(xù)發(fā)展的一種有效途徑。

③灰色系統(tǒng)規(guī)劃法 一般線性規(guī)劃要求目標(biāo)函數(shù)中效益系數(shù)、約束條件中的技術(shù)系數(shù)及其他限制量都固定下來。灰色線性規(guī)劃是在技術(shù)系數(shù)為可變的灰數(shù)、約束值為發(fā)展的情況下進行的，是一種動態(tài)的線性規(guī)劃，它彌補了一般線性規(guī)劃的不足。這種方法不僅可以知道既定條件下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，還可以知道最優(yōu)結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化情況。如李蘭海等［45］應(yīng)用灰色系統(tǒng)的微分?jǐn)M合法建立資源配置的動態(tài)模型，并用最優(yōu)控制理論進行優(yōu)化，研究南京市郊北城圩農(nóng)場的土地利用規(guī)劃，得到資源配置的優(yōu)化控制模型，開始將線性規(guī)劃中引入了灰色系統(tǒng)理論。但承龍等［46］對江蘇省啟東市土地利用結(jié)構(gòu)的研究，康慕誼等［47］對陜西關(guān)中地區(qū)土地資源的優(yōu)化配置應(yīng)用灰色線性規(guī)劃對土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了研究，彌補了一般線性規(guī)劃的不足。

④其它數(shù)學(xué)方法微分方程、指數(shù)生長到復(fù)雜系統(tǒng)和非線性微分方程以及模糊數(shù)學(xué)在土地資源利用中越來越多地被利用，能解決其他方法無法處理的問題，系統(tǒng)分析的思想也被廣泛利用。如陳俊華等［48］利用物元分析法對四川盆地低山丘陵區(qū)的閬中市岳家溝小流域的土地利用進行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，并采用目標(biāo)逐次逼近法［49］進行了土地利用優(yōu)化，使該小流域的土地利用利用趨于合理，農(nóng)林牧趨于協(xié)調(diào)，土地利用效率明顯提高。

1.4 景觀格局與功能的研究

景觀功能(Landscape function)指的是空間景觀組分之間的相互作用，即能量、物質(zhì)、物種在生態(tài)系統(tǒng)之間的流動［2，3］。有關(guān)景觀組分之間的流動的基本概念有兩個:一個是景觀組分的邊緣，具有與半透膜一樣的功能與作用，通過滲透使能量、物質(zhì)、物種流進或流出景觀組分。流動可以橫穿過邊緣，也可以沿著邊緣流動。另一個是相鄰的景觀組分處于不同的成熟階段，相對年輕的景觀組分釋放物質(zhì)與能量，具有流動源的作用;而相對成熟的景觀組分起著吸收物質(zhì)與能量的庫作用。與景觀組分之間的物質(zhì)、能量、物種的流動有關(guān)的媒介或運輸機制包括5類:風(fēng)、水、飛行動物、地面動物和人類。驅(qū)動運輸機制運轉(zhuǎn)的動力包括擴散作用、物流和攜帶運動，這些動力是確定流動的方向和距離時要考慮的因素。擴散作用又稱彌散作用，指溶解或懸浮物質(zhì)從高濃度區(qū)域流向低濃度區(qū)域的運動，其方向是隨機的。物流指物質(zhì)沿著能量(勢能和動能)梯度的運動，包括河流、地表和地下徑流。物流受重力支配，并受土壤、地形、植被等因素的影響。攜帶運動指動物和人在景觀中的活動對能量、物質(zhì)與生物體在空間上的重新分配，與前兩種形式相比，攜帶運動常常造成能量、物質(zhì)和生物在空間上的高度聚集。一般而言，種群動態(tài)、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)過程等都不可避免地受到景觀空間格局的制約或某種影響。如李清河［18］等通過對太行山典型石質(zhì)砂巖區(qū)－北京九龍山林場的植被調(diào)查和傳統(tǒng)與典型取樣技術(shù)，綜合闡述了九龍山地區(qū)景觀特點。在把該區(qū)封育植被劃分為4大類型22個群叢的景觀元素基礎(chǔ)上，分析了封育植被景觀的結(jié)構(gòu)、類型與物種多樣性及地形對格局的影響;并通過測定土壤貯水量和徑流量兩個指標(biāo)，分析了九龍山地區(qū)現(xiàn)有封育植被景觀格局下的水源涵養(yǎng)和保持水土兩大功能。通過該項研究進一步深刻認(rèn)識了景觀的結(jié)構(gòu)與功能的反饋作用關(guān)系。這為太行山石質(zhì)山區(qū)水土保持林景觀規(guī)劃和管理提供依據(jù)。

1.5 防護林景觀格局生態(tài)學(xué)研究方法

景觀生態(tài)學(xué)研究方法是促進景觀生態(tài)學(xué)理論發(fā)展和保證景觀生態(tài)學(xué)得到有效應(yīng)用的手段和保障。因此，在景觀生態(tài)學(xué)研究中，方法的研究是一個難度較大同時又是最為活躍的陣地，國內(nèi)外學(xué)者十分重視這一方面的研究。我們國家在這一方面的研究比較薄弱，從總體上看，我國在開展景觀生態(tài)學(xué)研究中，基本上都是采用國外尤其是美國景觀生態(tài)學(xué)的原理、方法;在景觀格局研究中，多是采用景觀指數(shù)或國外開發(fā)的計算機軟件包，如SPANS、Le、LSPA、FRAGSTAS等，其中以FRAGSTAS功能最強，使用最廣。FRAGSTATS［50］是由美國俄勒岡州立大學(xué)森林科學(xué)系開發(fā)的一個景觀指標(biāo)計算軟件，它有兩種版本，矢量版本運行在 ARC/INFO環(huán)境中，接受ARC/INFO格式的矢量圖層;柵格版本可以接受ARC/INFO、IDRISI、ERDAS等多種格式的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。兩個版本的區(qū)別在于:柵格版本可以計算最近距離、鄰近指數(shù)和蔓延度，而矢量版本不能;另一個區(qū)別是對邊緣的處理，由于柵格化的地圖中，斑塊邊緣總是大于實際的邊緣，因此柵格版本在計算邊緣參數(shù)時，會產(chǎn)生誤差，這種誤差依賴于網(wǎng)格的分辨率。FRAGSTATS軟件功能強大，可以計算出幾十個景觀指數(shù)。這些指數(shù)被分為3組級別，分別代表了3種不同的應(yīng)用尺度:(1)斑塊級別(patch-level)中單個斑塊的結(jié)構(gòu)特征，也是計算其它景觀級別指數(shù)的基礎(chǔ);(2)景觀類型級別(class-level)指數(shù)，反映景觀中不同斑塊類型各自的結(jié)構(gòu)特征;(3)景觀級別(landscape-level)指數(shù)，反映景觀的整體結(jié)構(gòu)特征。在使用FRAGSTATS時，用于分析的景觀是由使用者來定義的，它可以代表任何空間分布特征，F(xiàn)RAGSTATS定量化景觀中斑塊面積大小和空間分布特征，只能分析類型數(shù)據(jù)(如各種類型圖)。如同任何其他計算機軟件一樣，數(shù)據(jù)的生態(tài)學(xué)涵義是不可能“編入”軟件包中，而只能靠研究者將各種信息匯總并經(jīng)大腦加工后而獲得。因此，使用者必須根據(jù)景觀數(shù)據(jù)的特征和所研究的問題合理地選擇所分析景觀數(shù)據(jù)的特征，并根據(jù)所研究問題合理地選擇所分析景觀的幅度(Extent)和粒度(Grain)，進行適當(dāng)?shù)陌邏K分類及其邊界的確定。同時，由于許多指標(biāo)之間具有高度的相關(guān)性，只是側(cè)重面有不同，因而使用者在全面了解每個指標(biāo)所指征的生態(tài)意義及其所反映的景觀結(jié)構(gòu)側(cè)重面的前提下，可以依據(jù)各自研究的目標(biāo)和數(shù)據(jù)的來源與精度來選擇合適的指標(biāo)與尺度。

與此同時，我國學(xué)者也結(jié)合自己的研究專題，提出了一些創(chuàng)新的思路，如肖篤寧等［51］通過構(gòu)造城市化指數(shù)評價區(qū)域的城市化趨勢;趙景柱［52］建立了包括13個指標(biāo)的景觀生態(tài)格局動態(tài)度量指標(biāo)體系;郭晉平等［53，54］設(shè)計了兩種適用于GIS技術(shù)進行數(shù)據(jù)庫管理及空間分析的樣方取值方法，即基準(zhǔn)面積法和樣方斑塊數(shù)法，還提出了景觀要素空間關(guān)聯(lián)指數(shù);傅伯杰［7］實現(xiàn)了景觀多樣性的空間制圖;楊學(xué)軍等［55］基于生態(tài)系統(tǒng)和物種兩個水平的條件性研究，嘗試以W和Z兩個指標(biāo)對森林景觀的生物多樣性進行評價;江源［56］將測定溫度的轉(zhuǎn)化糖方法引入到景觀生態(tài)學(xué)研究中等。盡管這些方法、手段乃至基本思路不是十分完善，但已充分顯示了我國學(xué)者的探索精神。在景觀生態(tài)學(xué)方法的研究中，最值得一提也是最具發(fā)展?jié)摿Φ氖沁b感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)以及地理信息系統(tǒng)(GIS)。遙感技術(shù)可以為景觀生態(tài)學(xué)提供必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，如空間位置、植被類型、土地利用狀況、土壤類型等特征因子，這是景觀生態(tài)學(xué)研究所必需的基本技術(shù)條件;全球定位系統(tǒng)能為景觀類型提供精確的地理坐標(biāo)，根據(jù)定位采集的解譯標(biāo)志可為遙感圖片的解譯、分類提供方便;而地理信息系統(tǒng)具有強大的空間數(shù)據(jù)管理、分析和顯示功能，在景觀格局分析和景觀動態(tài)過程和模擬等應(yīng)用方面具有重要的意義。如果沒有遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展，景觀生態(tài)學(xué)將難以有效地對大尺度的景觀結(jié)構(gòu)、功能和過程開展研究。我國不少學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識到這個問題，而且已在不斷探索RS、GPS和GIS在景觀生態(tài)學(xué)中新的應(yīng)用。如邵國凡［57］應(yīng)用GIS對森林景觀動態(tài)進行了模擬;彭少麟等［58］、馬榮華等［59］則利用 RS 和GIS研究廣東植被光利用率、海南植被的變化情況;常禹等［60］在概括了基于個體的空間直觀模型的發(fā)展歷程后，分析了在柵格GIS內(nèi)部開發(fā)基于個體的空間直觀模型的過程及其所涉及的幾個問題;趙光等［61］則首次運用RS和GIS研究中國東北一原始針闊混交林的破碎過程，這些成果充分展示了RS、GPS和GIS在景觀生態(tài)學(xué)研究中的發(fā)展?jié)摿凸饷髑熬啊Ｓ捎谑芸陀^條件的限制，我國的遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展一直處于滯后的地位，從而限制了我國景觀生態(tài)學(xué)研究工作的廣度和深度。

2 我國防護林景觀生態(tài)學(xué)研究存在的問題

20年來，我國的景觀生態(tài)學(xué)研究不僅發(fā)展迅速，研究工作也卓有成效，充分展示了景觀生態(tài)學(xué)在我國的發(fā)展前景。但是，與國外相比較，我國的景觀生態(tài)學(xué)研究還有著較大的差距，主要存在以下幾個方面的問題:

(1)研究基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)手段相對落后。群落和生態(tài)系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)不足以及基礎(chǔ)資料積累不夠，使得在闡明景觀結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系時力不從心，而RS、GPS和GIS技術(shù)普及的滯后則阻礙了景觀生態(tài)學(xué)研究的深入;

(2)研究方法單調(diào)、不完善，尚未建立我國的景觀生態(tài)學(xué)理論體系。研究方法基本上停留在各類景觀指數(shù)的計算和分析上，方法上沒有實現(xiàn)質(zhì)的創(chuàng)新，尚未形成我國的景觀生態(tài)學(xué)理論體系和景觀生態(tài)學(xué)流派;

(3)研究專題過于集中，缺乏尺度的連續(xù)性。目前，我國的景觀生態(tài)學(xué)研究多集中在中、小尺度上，在較大尺度、大尺度以及跨尺度上的系統(tǒng)研究還比較少;

(4)研究深度和廣度不夠。研究多集中在景觀結(jié)構(gòu)和格局的研究上，缺乏景觀格局與生態(tài)過程間相互關(guān)系的研究;

3 我國防護林景觀生態(tài)學(xué)研究展望

針對以上問題，今后我國防護林景觀生態(tài)研究應(yīng)加強以下幾個方面:

(1)景觀格局的數(shù)量化研究方法應(yīng)得到進一步的發(fā)展。近年來，對景觀格局所作的定量分析包括空間異質(zhì)性、空間相關(guān)性、空間規(guī)律性(趨向性和梯度)和景觀格局的等級結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

(2)應(yīng)著重加強對典型林區(qū)的跨尺度綜合研究，深入探索景觀結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，為森林景觀研究提供可借鑒的指標(biāo)和方法。如森林景觀空間格局及動態(tài)分析，及分析的深度和廣度;確定森林景觀生態(tài)規(guī)劃的目標(biāo)、步驟、深度、廣度等，均有待進一步深入探討。

(3)應(yīng)加強以“3S”技術(shù)以及為代表的新技術(shù)在景觀格局研究中的應(yīng)用，智能地理信息系統(tǒng)(IGIS，即地理信息系統(tǒng)與專家系統(tǒng)的結(jié)合)及其三維可視化多尺度分析也應(yīng)受到重視。

(4)研究切實有效的數(shù)學(xué)模型，對景觀的動態(tài)進行生態(tài)監(jiān)測和計算機模擬。

［1］ 蔣麗娟.國內(nèi)外防護林研究綜述［J］.湖南林業(yè)科技，2000，27(3):21～27.

［2］ 肖篤寧，李秀珍，高峻，等.景觀生態(tài)學(xué)［M］.北京，科學(xué)出版社，2002.

［3］ 余新曉，牛健植，關(guān)文彬，等.景觀生態(tài)學(xué)［M］.北京，高等教育出版社，2004.

［4］ 傅伯杰，陳利頂，馬克明，等.景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用［M］.北京，科學(xué)出版社，2002.

［5］ 肖篤寧主編.景觀生態(tài)學(xué)研究進展［M］.湖南長沙，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［6］ 鄔建國.景觀生態(tài)學(xué)—格局、過程、尺度與等級［M］.北京，高等教育出版社，2000.

［7］ 傅伯杰.景觀多樣性分析及其制圖研究［J］.生態(tài)學(xué)報，1995，15(4):345～350.

［8］ 潘響亮，鄧偉，張道勇，等.東北地區(qū)濕地的水文景觀分類及其對氣候變化的脆弱性［J］，環(huán)境科學(xué)研究，2003，16(1):14～18.

［9］ 程維明.景觀分類與制圖淺議［J］.地球信息科學(xué)，2002，(2):61～65.

［10］ 程維明，柴慧霞，龍恩，等.中國1∶100萬景觀生態(tài)制圖設(shè)計［J］.地球信息科學(xué)，2004，6(4):20 ～24.

［11］ 李俊祥宋永昌.漸江天童國家森林公園景觀的遙感分類與制圖［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2003，22(4):102 ～105.

［12］ 李振鵬，劉黎明，謝花林.鄉(xiāng)村景觀分類的方法探析—以北京市海淀區(qū)白家瞳村為例［J］.資源科學(xué)，2005，27(2):163～167.

［13］ 李星照，袁正科，李妍，等.洞庭湖區(qū)植被景觀格局?jǐn)?shù)字化圖的編繪［J］.中南林學(xué)院學(xué)報，2006，26(2):90 ～95.

［14］ 包曉斌.晉西昕水河流域生態(tài)經(jīng)濟型防護林體系景觀格局動態(tài)分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán) 境，1997，11(4):22 ～27.

［15］ 張錦春，趙明，王鍵，等.民勤沙井子綠洲邊緣區(qū)防護林景觀結(jié)構(gòu)分析及評價［J］.干旱區(qū)資 源與環(huán)境，2001，15(1):91～96.

［16］ 楊國靖，肖篤寧，周立華.祁連山區(qū)森林景觀格局對水文生態(tài)效應(yīng)的影響［J］.水科學(xué)進展，2004，15(4):489 ～494.

［17］ 孟平，賈寶全，張勁松，等.太行山低山丘陵區(qū)景觀變化特征分析—以河南省濟源市為例［J］.生態(tài)學(xué)報，2004，24(4):825～830.

［18］ 李清河，李昌哲，石清峰.太行山石質(zhì)砂巖區(qū)封育植被景觀及其功能分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán) 境，2002，16(1):71 ～76.

［19］ 郭晉平.森林景觀生態(tài)研究［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2001，364.

［20］ 王軍，傅伯杰，陳利頂.景觀生態(tài)規(guī)劃的原理和方法［J］.資源科學(xué)，1999，21(2):71～76.

［21］ 孫曉娟，范文義，蔡體久.公別拉河流域景觀生態(tài)評價與目標(biāo)景觀生態(tài)功能定量分析［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，35(1):71～78.

［22］ 臧淑英，萬魯河，周道瑋.黑龍江省二龍山水庫流域景觀生態(tài)評價與規(guī)劃研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14(4):540 ～544.

［23］ 關(guān)文彬，李春平，范秀珍，等.京郊北藏鄉(xiāng)防護林景觀生態(tài)評價［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，26(2):25 ～30.

［24］ 費世民.四川盆地淺丘區(qū)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)的景觀生態(tài)學(xué)初步分析［J］.四川林業(yè)科技，1994，15(1):1 ～7.

［25］ Forman RTT.1979.The new jersey pine barrens，an ecology mosaic［A］.In:Forman RTT.ed.Pine Barrens:Ecosystem Landscape［M］.New York:Academic Press，569 ～585.

［26］ Forman RTT.1990.Ecologically sustainable landscapes:The of spatial configuration［A］.In:Zonneveld IS，F(xiàn)orman RT eds.Changing Landscape:An Ecological Perspective［M］.N York:Springer Verlag，261 ～277.

［27］ 馬克明，傅伯杰，周華鋒.北京東靈山地區(qū)森林的物種多樣性和景觀格局多樣性研究［J］.生態(tài)學(xué)報，1999，19(1):1 ～7.

［28］ 王清春，張向輝，張林艷，等.北京喇叭溝門自然保護區(qū)森林景觀多樣性研究［J］.北京林 業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，24(3):54～60.

［29］ 田奇凡，閻海平，劉燕等.北京西山國家森林公園景觀格局的初步研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，16(3):8 ～16.

［30］ 周志翔，唐萬鵬，王鵬程，等.京九鐵路麻城段防護林景觀格局與生態(tài)價值［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，34(1):31 ～39.

［31］ 袁穗波，袁正科.麻嶺小集水區(qū)水土保持林草植被景觀格局配置及優(yōu)化［J］.湖南林業(yè)科技，2003，30(4):28 ～31.

［32］ 趙清，鄭國強，黃巧華.南京城市森林景觀格局特征與空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.地理學(xué)報，2007，26(8):870 ～878.

［33］ 楊國靖，肖篤寧，周立華.祁連山區(qū)森林景觀格局對水文生態(tài)效應(yīng)的影響［J］.水科學(xué)進展，2004，15(4):489 ～494.

［34］ 張慧，張金柱，徐學(xué)華，等.太行山前南峪旅游區(qū)景觀格局及其多樣性研究［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，30(3):57 ～61.

［35］ 曹智偉，馬友鑫，李紅梅，等.西雙版納主干公路沿線森林景觀格局動態(tài)［J］.云南植物研究，2006，28(6):599 ～605.

［36］ Wu Jianguo，Hobbs R.Key issue and research priorities in landscape ecology:An idiosyncratic synthesis［J］.Landscape Ecol.，2002，17:355 ～365.

［37］ 賈寶全，楊潔泉.景觀生態(tài)規(guī)劃:概念、內(nèi)容、原則與模型［J］.干旱區(qū)研究，2000，17(2):70～77.

［38］ 吳次芳，葉艷妹..20世紀(jì)國際土地利用展望［J］.中國土地科學(xué)，2000，14(1):15 ～20，33.

［39］ 申桂芳，李林山.尉氏縣農(nóng)業(yè)土地利用結(jié)構(gòu)［J］.河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1989，(1):591～65.

［40］ Grabaun R，Meyer BC.Multicriteria optimization of land －scape using GIS － based functional assessments［J］.Landscape Urban Plan.，1998，43:21 ～34.

［41］ Bettinger P.2001.Challengesand opportunities for linking the model－ing of forest dynamics with landscape planning models［J］.Landscape Urban Plan.，56:107 ～ 124.

［42］ Forman RTT，Godron M.1986.Landscape Ecology［M］.New York:John Wiley.

［43］ 朱教君，姜鳳岐，范志平，等.林帶空間配置與布局優(yōu)化研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14(8)∶1205～1212.

［44］ 楊曉勇，李永貴.混合整數(shù)線性規(guī)劃方法在小流域規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.海河水利，1994，5:32～35.

［45］ 李蘭海，章熙谷.資源配置的灰色控制模型設(shè)計及應(yīng)用［J］.自然資源學(xué)報，1992.，(4):372～378.

［46］ 但承龍，雍新琴，厲偉.土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型及決策方法—江蘇啟東市的實證分析［J］.華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，7(3):38～40.

［47］ 康慕誼，姚華榮，劉碩.陜西關(guān)中地區(qū)土地資源的優(yōu)化配置［J］.自然資源學(xué)報，1999，14(4):363～367.

［48］ 陳俊華，慕長龍，陳秀明，等.基于物元分析的小流域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整及景觀格局變化［J］.生態(tài)學(xué)報，2006，26(7):2093～2100.

［49］ 袁正科，郎南軍，巫決新.長江上游高原山地丘陵區(qū)防護林體系建設(shè)配套技術(shù)—研究與示范.湖南長沙，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2002，225 ～251.

［50］ 景觀格局分析軟件包 FRAGSTATS3.3 http://www.nefu.edu .cn/other/vip/eco－ space/ecosoft.htm

［51］肖篤寧，趙羿，孫中偉，等.沈陽西郊景觀結(jié)構(gòu)變化的研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1990，1(1):75 ～84.

［52］ 趙景柱.景觀生態(tài)空間格局動態(tài)度量指標(biāo)體系［J］.生態(tài)學(xué)報，1990，10(2):182 ～186.

［53］ 郭晉平，陽含熙，張蕓香.關(guān)帝山林區(qū)景觀要素空間分布及其動態(tài)研究［J］.生態(tài)學(xué)報，1999，19(4):468 ～473.

［54］ 郭晉平，張蕓香.關(guān)帝山林區(qū)景觀要素空間關(guān)聯(lián)度與景觀格局分析［J］.林業(yè)科學(xué)，1999，35(5):28 ～33.

［55］ 楊學(xué)軍，姜志林.溧陽地區(qū)森林景觀的生物多樣性評價［J］.生態(tài)學(xué)報，2001，21(1):28 ～33

［56］ 江源.測定溫度的轉(zhuǎn)化糖方法及其在景觀生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用［J］.生態(tài)學(xué)報，2001，21(1):28 ～33.

［57］ 邵國凡，趙士洞，趙光.應(yīng)用地理信息系統(tǒng)模擬森林景觀動態(tài)的研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1991，2(2):103 ～107.

［58］ 彭少麟，郭志華，王伯蓀.利用RS和GIS估算廣東植被光利用率［J］.生態(tài)學(xué)報，2000，20(6):903 ～909.

［59］ 馬榮華，賈建華，胡孟春.基于RS和GIS方法的海南植被變化分析［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，23(1):7 ～10.

［60］ 常禹，布仁倉.地理信息系統(tǒng)與基于個體的空間直觀景觀模型［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2001，20(2):61 ～65.

［61］ 趙光，邵國凡，郝占慶，等.長白山森林景觀破碎的遙感探測［J］.生態(tài)學(xué)報，2001，21(9):1 393 ～1 402.