第1章景观格局空间分析概述
1.1景观生态学概述
1.1.1景观和景观生态学的定义
景观生态学中的景观将地理学家采用的表示空间的“水平”分析方法和生态学家使用的表示功能的“垂直”方法结合了起来。在生态学中，景观的定义可概括为狭义景观和广义景观两种。狭义景观是指在几十至几百千米范围内，由不同类型生态系统所组成的具有重复性格局的异质性地理单元；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。狭义景观和区域即人们通常所指的宏观景观；广义景观则包括从微观到宏观不同尺度上的、具有异质性或斑块性的空间单元。广义景观概念强调空间异质性，景观的绝对空间尺度随研究对象、方法和目的而变化。它体现了生态学系统中多尺度和等级结构的特征，有助于多学科、多途径研究（邬建国，2000）。
景观生态学（landscape ecology）*简单的表述是研究景观结构、功能和动态的一门新兴学科。简而言之，景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科，其强调空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用，也是景观生态学研究的核心所在。景观生态学是地理学、生态学系统论以及控制论等多学科交叉渗透而形成的一门新的综合学科。
1.1.2景观生态学发展简史
景观生态学起源于欧洲，早在19世纪中叶，近代地理学先驱亚历山大 洪堡就提出“景观是地球上一个区域的总体”，应研究地球各种自然现象的相互关系，将“景观”引入了地理学，并提出景观是地理学的中心问题。但由于相关领域知识累积不足，他的这种思想在当时并未得到普遍认识（余新晓等，2006）。19世纪中叶至20世纪30年代，不断有学者致力于对景观概念的探索，因此生态学得到了长足发展，这个阶段也可以称为景观生态学的萌芽阶段（郭晋平和周志翔，2007）。
景观生态学的发展历史可以追溯到20世纪30年代。德国地理学家卡尔 特罗尔（Carl Troll）于1939年首先将景观学和生态学概念结合起来，创造了“景观生态学”一词，首次用“景观生态”这一术语来表示支配一个地区不同地域单位的自然-生物综合体的相关分析。基于欧洲区域地理学和植被科学的研究，特罗尔将景观生态学定义为研究某一景观中生物群落之间错综复杂因果反馈关系的学科。特罗尔特别强调，景观生态学是将航空摄影测量学、地理学和植被生态学结合在一起的综合性研究。特罗尔对景观生态研究内容与特点的阐述，对使景观生态学成为一门独立的学科起到了关键性作用。同一时期，生物群落学（bwcoenology）在苏联生态学中发展起来，其内容与欧洲早期的景观生态学相似。欧洲景观生态学的一个重要特点是强调整体论（holism）和生物控制论（biocybernetics）观点，并以人类活动频繁的景观系统为主要研究对象。因此，景观生态学在欧洲一直与土地和景观的规划、管理、保护和恢复密切相关。
第二次世界大战后，人类面临资源、环境、人口、粮食等越来越多的大尺度生态危机，这使人们不得不对生态问题加以重视。许多国家开展了土地资源的调查、研究、开发和利用，加上这一时期遥感技术和计算机技术的高速发展，客观上为景观生态学作为一门新学科提供了前所未有的机遇。
20世纪80年代后，景观生态学进入蓬勃发展时期。1982年在捷克斯洛伐克召开的第六届景观生态学国际学术讨论会上，成立了国际景观生态学会（International Association for Landscape Ecology，IALE），标志着景观生态学进入新的发展阶段。学会的成立进一步推动了学术活动的开展，越来越多的国家接受景观生态学思想，开展了景观生态学研究。景观生态学理论和方法的教学也从中欧扩散到世界其他国家。1995年在法国举行的国际景观生态学大会由来自35个国家的250余人参加。此后，景观生态学的发展主要集中在以积极采用新技术与新方法进行景观生态学的应用研究阶段。
北美景观生态学直到20世纪80年代初才开始逐渐兴起，严重滞后于欧洲。1981年荷兰景观生态学会在荷兰费尔德霍芬（Veldhoven）举办了国际景观生态学会议，届时美国只有5位参会者。此后，北美景观生态学迅速发展。1981～1983年，理查德 福尔曼（Richard Forman）通过一系列文章介绍了欧洲景观生态学的一些概念，并强调了景观生态学与其他生态学科的不同，它是着重研究较大尺度上不同生态系统的空间格局和相互关系的学科，提出了“斑块-廊道-基质”（patch-corridor-matrix）模式。1983年在美国伊利诺伊州召开的景观生态学研讨会是北美景观生态学发展过程中*重要的里程碑之一。此次会议出版的综论就当时景观生态学发展现状和存在的问题进行了分析，提出了空间异质性和尺度的景观生态学定义，而且对景观生态学的研究内容和方法作了较为系统的阐述。美国独*的自然地理景观、雄厚的生态学研究基础以及对自然与环境资源的重视，促进了以自然景观为主，侧重研究景观生态学过程、功能及变化的研究特色的形成，将系统生态学和景观综合整体思想作为景观生态研究的基础，致力于建立和完善景观生态学的基本理论和概念框架，并逐渐形成了较为完整的学科体系。
与欧洲景观生态学的地理学起源不同，北美景观生态学明确强调了空间异质性的重要性。北美的景观生态学家着重于理论的研究，对计算机技术、数学模型、遥感及GIS等在景观生态学中的应用极为偏爱，欲建立理论与实际应用的桥梁。自20世纪80年代后期景观生态学在北美的兴起，很大程度上促进了整个生态学科在理论、方法和应用等方面的长足发展。
由此可见，景观生态学在欧洲和北美的起源和发展均有显著的不同。图1.1反映了欧洲和北美景观生态学的起源、发展和学科特点，以及两者之间的相互关系。
景观生态学在中国的起步较晚，但近年来的发展还是引人注目的，且颇具自身特色。20世纪80年代初以来，我国许多学者对生态建设与生态工程投注了极大的热情。1981年，《地理科学》发表了黄锡畴的《德意志联邦共和国生态环境现状及其保护》一文，同期还发表了刘安国的《捷克斯洛伐克的景观生态研究》，这是国内首批介绍景观生态学的文献。1983年，林超在《地理译报》上发表了两篇译文，一篇是卡尔 特罗尔的《景观生态学》，一篇是纳夫的《景观生态学发展阶段》。1985年，陈昌笃在《植物生态学与地植物学丛刊》发表《评介Z.纳维等著的〈景观生态学〉》一文，这是国内首次对景观生态学理论问题的探讨。1986年，景贵和在《地理学报》发表了《土地生态评价与土地生态设计》，这是国内景观生态规划与设计的第一篇文献。1988年，李哈滨在《生态学进展》发表了《景观生态学一生态学领域里的新概念构架》一文。同年的《生态学杂志》分别发表了金维根的《土壤资源研究与景观生态学》和肖笃宁等的《景观生态学的发展与应用》。1989年，中国科学院沈阳应用生态研究所牵头召开我国第一届景观生态学大会，并成立了中国的景观生态学会。1990年，肖笃宁主持翻译了理查德*福尔曼和米切尔*戈登（Michel Godron）的《景观生态学》一书。此后，《景观生态学》（徐化成，1996）、《景观生态学一格局、过程、尺度与等级》（邬建国，2000）、《实用景观生态学》（赵羿和李月辉，2001）、《景观生态学原理及应用》（傅伯杰等，2001）、《景观生态学》（肖笃宁等，2003）、《景观生态学一原理与方法》（刘茂松和张明娟，2004）、《景观生态学》（余新晓等，2006）、《景观生态学实践与评述》（李建新，2007）、《景观生态学》（郭晋平和周志翔，2007）等相继出版。与此同时，有关城市景观、农业景观、景观模型等方面的研究结论也相继发表，《国际景观生态学研究新进展》（傅伯杰等，2008）、《海绵城市规划及景观生态学启示》（睢晋玲等，2017）、《山地景观生态学研究进展》（王根绪等，2017）、《基于无人机航测的漯河市土地利用景观格局尺度效应》（汪桂芳等，2018）、《景观生态学三维格局研究进展》（张楚宜等，2019）、《区域生态学的特点、学科定位及其与相邻学科的关系》（陈利顶等，2019）等成果的发表充分显示了我国学者的探索精神。经过三十多年的发展，我国已在景观生态学领域取得了较丰硕的研究成果。然而，从总体上来讲，我国景观生态学尚缺乏系统的、跨尺度和多尺度的理论和实际研究。
1.1.3景观生态学研究对象和内容
景观要素构成景观，各景观要素在景观上的组合特征受到各种生态过程及资源格局的影响，景观构型对景观中各种生态过程（如物质能量的流动、物种迁移扩散和定居格局等）都有重要影响。揭示景观结构特征、景观功能特征及景观动态规律是景观生态学的重要研究内容。
（1）景观结构
景观结构即景观组成单元的类型、多样性及其空间关系。例如，景观中不同生态系统（或土地利用类型）的面积、形状和丰富度，它们的空间格局能量、物质和生物体的空间分布等，均属于景观结构特征。景观的结构特征是景观发生过程中各种生态过程综合作用的结果，这种发生在景观边界内的生态机制规定了景观的相应特征。
（2）景观功能
景观功能即景观结构与生态学过程的相互作用，或景观结构单元之间的相互作用。这些作用主要体现在各类生态客体（能量、物质、信息和生物有机体）在景观镶嵌体中的运动过程，具体表现为景观中的各种生态客体流根据景观结构与功能原理，景观的功能与景观的结构紧密相关。
（3）景观动态
景观动态即指景观作为一个开放式的耗散系统，在组成、结构和功能方面随时间而不断变化。具体来讲，景观动态包括景观结构单元的组成成分、多样性、形状和空间格局的变化，以及由此导致的能量、物质和生物在分布与运动方面的差异。景观动态的研究主要集中在景观的发生、景观状态与干扰的关系、景观的变化梯度、景观时间动态特征以及景观稳定性等方面，景观动态研究是认识与管理景观的基础。
邬建国（2000）把景观生态学的3个基本研究内容用图做了形象的表示，并指出景观的结构、功能和动态是相互依赖、相互作用的（图1.2）。事实上，无论在哪一个生态学组织层次（如种群、群落、生态系统或景观）上，景观结构与景观功能都是相辅相成的。结构在一定程度上决定功能，而结构的形成和发展又受功能的影响。通过对景观结构的优化，调整景观要素的时空格局，是人们利用景观功能*直接也是*自然的过程。例如，一个由不同森林生态系统和湿地系统组成的景观，在物种组成、生产力以及物质循环等方面都会明显不同于另一个以草原群落和农田为主体的景观。即使组成景观的生态系统类型相同，数量也相当，它们在空间分布上的差别也会对能量流动、养分循环、种群动态等景观功能产生明显的影响。景观结构和景观功能都必然会随时间发生变化，而景观动态反映了多种自然的、人为的、生物的和非生物的因素及其作用的综合影响。
1.2景观生态学基本原理
景观生态学作为一门新兴的交叉学科，其理论体系正在不断发展，学者从不同的学科基础出发，采用不同的观点和方法，对不同类型的景观进行研究，为建立和完善生态学理论体系做出了重要贡献，使景观生态学逐步走向成熟。
本书在归纳综合众多学者研究成果的基础上，结合今后景观生态学发展的各个方向，列述了以下9条基本原理。
1.2.1景观整体性与异质性原理
景观整体性和异质性是景观生态学研究的基础。
来自不同学科背景的景观生态学学者虽然使用不同的方法解决了不同的问题，但他们面临的研究对象是一致的，即景观系统。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，并且是具有明确边界和可变式的地理实体。对景观系统整体性的认识是景观生态学得以整合的理论基础。从整体性角度出发研究景观系统结构、功能与变化，通过结构分析、功能评价及动态监测，并集中结构与功能关系的研究，从而构建健康的景观系统。
景观异质性理
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