（生态学专业论文）绿地景观格局优化及崇明实证研究.pdf

u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 l0 7 1 3 0 0 0 8 1 o p t i m i z a t i o no fl a n d s c a p ep a t t e r no fg r e e ns p a c e a n d e m p i r i c a lr e s e a r c hi nc h o n g m i n gi s l a n d ad i s s e r t a t i o ni ne c o l o g y t ob es u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r h u i h u id o n g s u p e r v i s e db y a s s o c i a t ep r o f e s s o rc h u n j i n gz o u e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y , 2 0 1 0 ，s h a n g h a i l 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 华东师范大学学位论文原创性声明 l i l llll ll l lll llli ii i 、t17 4 2 0 9 4 郑重声明：本人呈交的学位论文翕卅身泓岛铊牝逃酿良犯破札 ， 是在华东师范大学攻读琶矽博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或 撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说 明并表示谢意。 作者签名： 日期：如l 。年箩月司日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 结谀戴确疵两，i 汛吱氮龄呦乱 系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的硕矽博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东 师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管 部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允 许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入 全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密 学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名二茎差口卜 如i 口年s 月1 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 、 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 董左左硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 王天厚教授( 博导)华东师范大学主席 王小明教授( 博导)上海科技馆委员 张恩迪教授( 博导)上海市浦东新区人民政府委员 、 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 摘要 摘要 城市绿地景观是人工与自然耦合的城市景观之一，其生态效益、社会效益和 经济效益，对于改善和恢复城市的生态环境质量，美化社会环境，进而促进整个 城市经济发展，起着非常重要的作用。 崇明岛位于我国东部海岸线的中心位置，是上海市未来社会经济发展的重要 支撑。依照崇明岛域总体发展规划，到2 0 2 0 年，崇明岛将基本建设成为环 境优美、经济发达、文化繁荣、保障健全、城乡融合的生态岛域和上海最优美的 “海上花园 。 本文选取了巴黎、深圳、新加坡、维也纳和柏林五个生态都市，以各城市最 近年份的土地利用与功能分区图为基础，选取绿化覆盖率( p l a n d ) 、斑块密 度指数( p d ) 、最大斑块指数( l p i ) 、连接度( c o n n e c t ) 四个景观指数， 借助g i s 及f r a g s t a t s3 3 等软件的分析与计算功能，比较分析城市间绿地景 观格局，比对崇明绿地景观状况，以期对崇明乃至我国生态城市的建设标准制定， 及城市景观规划与建设提供有益的借鉴和参考，基于渗透理论，通过生态适宜性， 生态敏感性及社会经济可行性三个方面的分析，对崇明岛土地利用现状及规划两 种情景下的绿地格局进行优化分析，并提出了不同情景下的岛区优先绿化区，绿 化区和补充绿化区，对崇明岛未来绿化及生态岛建设具有重要的理论和实践指导 意义。 结果表明： ( 1 ) 各生态城市整体绿地覆盖率较高( 在3 0 左右) ，斑块密度也较大， 但空间连接度并不高。城市各功能区绿地景观格局特征明显。其中，城市开敞空 间绿地覆盖率最高，在6 0 9 0 之间，且绿地斑块密度小，最大斑块指数和连 接度很大，绿地景观整体性较高。城市商业区都呈现出较小的绿地覆盖，但斑块 密度大，空间连接度甚至超过整体水平，充分体现了小的绿地斑块在城市中的“踏 脚石”功能。除维也纳外，各城市居民区绿地覆盖率介于以上两功能区之间，但 往往低于城市整体水平。由于斑块密度较大，连接度却高于整体。崇明岛绿地覆 盖率为1 8 1 ，斑块密度很高，连接度很低，仅为o 5 8 9 1 。崇东分区绿地覆盖率 较高，l p i 在所有分区中为最高；崇西分区和崇北分区斑块密度值很大；崇南分 区最大斑块指数最小；崇中分区绿地覆盖率很小，最大斑块指数值也较小。 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 摘要 ( 2 ) 通过生态适宜性，敏感性和社会经济可行性三方面的比较，状况较好 的优先绿化区，绿化区和补充绿化区面积在规划后都有不同程度的增长，特别是 补充绿化区增长幅度较大。而绿地可行性稍差的加强管理区和维持原状区较现状 都有一定减少。 ( 3 ) 现状下廊道长6 8 3 4 千米，而规划后廊道长7 6 0 7 千米，东平森林公园 到湿地公园的廊道因为绿地格局的改变，由崇北分区转移至崇南分区，根据规划， 廊道更接近于人类居住地，更易满足人们游憩休闲需求。 关键词：绿地景观；景观指数；景观格局优化；生态适宜性；生态敏感性；绿地 社会经济可行性；廊道优化； 、 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t u r b a ng r e e ns p a c el a n d s c a p ei so n eo ft h eu r b a nl a n d s c a p ew h i c hi sc o u p l i n g n a t u r ea n dm a n p o w e r , i t se c o l o g i c a lb e n e f i t s ，s o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s ，p l a yv e r y i m p o r t a n t r o l e si ni m p r o v i n ga n dr e s t o r i n gt h eq u a l i t yo fu r b a ne n v i r o n m e n t ， b e a u t i f y i n gt h ec o m m u n i t ye n v i r o n m e n t ，a n dp r o m o t i n ge c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h r o u g h o u tt h ec i t yi na d d i t i o n c h o n g m i n gi s l a n d ，w h i c hl o c a t e sa tt h ec e n t e ro ft h ee a s tc o a s to fc h i n a , w i l lb e t h ev i t a ls o c i a le c o n o m i cs u p p o r tt os h a n g h a ii nt h ef u t u r e a c c o r d i n gt ot h e ”t h e o v e r a l ld e v e l o p m e n tp l a no fc h o n g m i n gi s l a n d ”，i n2 0 2 0 ，c h o n g m i n gi s l a n dw i l l b e c o m eae c o l o g i c a li s l a n da n ds h a n g h a i sm o s tb e a u t i f u l ”s e ag a r d e n ”，w h i c hi s b e a u t i f u l i ne n v i o r m e n t ，d e v e l o p e di ne c o n o m y ，p r o s p e r i t yi nc u l t u r e ，p e r f e c ti n s e c u r i t y a n da c h i e v i n gt h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nr u r a la n du r b a n f i v ee c o - c i t i e s ，i n c l u d i n gp a r i s ，s h e n z h e n , s i n g a p o r e ，v i e n n aa n db e r l i nh a v e b e e ns e l e c t e df o rs t u d y o u rr e s e a r c hi sb a s e do nt h el a t e s tl a n du s em a p sa n d f u n c t i o n a la r e am a p so ft h e s ec i t i e s f o u rl a n d s c a p em e t r i c s ，p e r c e n t a g eo fl a n d s c a p e ( p l a n d ) ，p a t c hd e n s i t y ( p d ) ，l a r g e s tp a t c hi n d e x ( l p i ) a n dc o n n e c t a n c ei n d e x ( c o n n e c t ) h a v eb e e ns i n g l e do u tf o ra n a l y s i sw i t hg i sa n df r a g s t a t s m o r e o v e r , b a s e do np e r c o l a t i o nt h e o r y ,u s i n gg i sa n dl a n du s ed a t a ,c o m b i n i n gl a n d e c o - s u i t a b i l i t y , f e a s i b i l i t yi ns o c i e t ya n de c o n o m yo ft u r n i n gt og r e e n l a n da n d e c o s e n s i t i v i t y ，a n a l y z e da n dc o m p a r e dt h ef e a s i b i l i t yb e t w e e nt h es i t u a t i o nb a s e do n t h ec u r r e n ts t a t ea n do nt h ep l a no fc h o n g r n i n gi s l a n d t h ep u r p o s eo ft h i sa r t i c l ei s t e s t i n gt h ef e a s i b i l i t yo nt h ep l a no fc h o n g m i n gi s l a n di nt h er o u n d ，a n dp r o v i d i n g g i s tt oi t so p t i m i z a t i o no fg r e e n l a n dp a t t e r n t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w i n g s ： 1 t h a tp l a n d sa u sw e l la sp d so fe a c hc i t ya r er e l a t i v e l yh i g h ，w h i l et h e c o n n e c t sa r el o w t h eg r e e ns p a c el a n d s c a p ep a t t e r no fe a c hf u n c t i o n a la r e a e x h i b i to b v i o u sd i f f e r e n c e s c o m p a r i n gw i t ho t h e ra r e a s ，p l a n do fo p e ns p a c eo f e a c hc i t yi st h eh i g h e s to fa l l ，b e t w e e n6 0 a n d9 0 i t sp di st h el o w e s tw h i l el p i a n dc o n n e c ta r et h eh i g h e s t ，w h i c hi n d i c a t e st h ew h o l e n e s so fg r e e ns p a c ea n d h e l p si m p r o v et h ei n f l u e n c eo fo p e ns p a c ei nt h ec i t y p l a n do fc o m m e r c i a la r e ai s r 、 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 a b s t r a c t g e n e r a l l yt h el o w e s t ，b u tw i t hr e l a t i v eh i g hp d ，t h e i rc o n n e c t i se v e nb i g g e rt h a n t h a to ft h ew h o l ec i t y , w h i c hi m p l i e st h ei m p o r t a n tr o l eo f s t e ps t o n e s o fs m a l lg r e e n p a t c h e si nt h ec i t y e x c e p tf o rv i e n n a , p l a n d v a l u eo fr e s i d e n t i a la r e ai sb e t w e e nt h e t w om e n t i o n e da r e a sa b o v ea n di sa l w a y sl o w e rt h a nt h ew h o l ec i t yl e v e l b u tw i t ha r e l a t i v eh i g h e rp d ，i t sc o n n e c ti sh i g h e rt h a nt h a to ft h ew h o l e a b o u tc h o n g r n i n g i s l a n d ，i t sp l a n di s18 1 ，p di sv e r yh i g hw h i l et h ec o n n e c t i sv e r yl o w t h e p l a n do fc h o n g d o n gi sh i g h , a n di t sl p ii st h eh i g h e s ti na l lt h es u b a r e a s ，p di n c h o n g x ia n dc h o n g b e ii sh i g h , l p ii nc h o n g n a na r e ai sl o w e s t ；p l a n do f c h o n g z h o n gi sl o w , a n di t sl p ii sa l s os m a l l 2 t h ef e a s i b i l i t yo nt h ep l a no fc h o n g m i n gi s l a n di m p r o v e sm u c h t h e r ea r e f i v ez o n e sp l o t e da c c o r d i n gt ot h ef e a s i b i l i t yc o n d i t i o n t h e r e i n t o ，t h ec o v e r a g eo f p r i o r i t yg r e e nz o n e ，g r e e nz o n ea n da d d i n gg r e e nz o n ei n c r e a s eo nt h ep l a n ，e s p e c i a l l y t h ea d d i n gg r e e nz o n ei n c r e a s em u c h t h er e i n f o r c i n gm a n a g e m e n tz o n ea n dt h e s t a n d i n gz o n er e d u c e 3 t h el e n g t ho ft h ec o r r i d o rb a s e do nt h ec u r r e n ts t a t ei s6 8 3 4 k m ，w h i l ei t s 7 6 0 7 k mb a s e do nt h ep l a n b e c a u s eo ft h ec h a n g eo fg r e e n l a n dl a n d s c a p e ，t h e c o r r i d o rf r o md o n g p i n gf o r e s tp a r kt ot h ew e t l a n dp a r kt r a n s f e rf r o mt h en o r t ht ot h e s o u t h ，a n di t sm o r ec l o s et oh u m a nh a b i t a t i o na n de a s i e rt om e e tp e o p l er e c r e a t i o n n e e d s k e yw o r d s ：g r e e ns p a c el a n d s c a p e ；l a n d s c a p em e t r i c s ；o p t i m i z a t i o no fl a n d s c a p e p a t t e r n ；e c o s u i t a b i l i t y ；f e a s i b i l i t yi ns o c i e t ya n de c o n o m yo f t u r n i n gt og r e e n l a n d ； e c o - s e n s i t i v i t y ；o p t i m i z a t i o n o fc o r r i d o r ； 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 弓i j i 1 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究目的与意义2 1 2 国内外研究进展3 1 2 1 景观格局及景观指数3 1 2 1 1j 毫j ；( 3 1 2 1 2 景观生态学及景观格局与指数分析研究进展4 1 2 2 景观格局优化5 1 2 2 1 定义5 1 2 2 2 景观格局优化研究进展6 1 2 - 3 城市绿地景观格局7 2 研究内容9 2 1 研究区概况9 2 1 1f ! i 黎9 2 1 2 柏林9 2 1 3 深彭i l 9 2 1 4 维也纳1 0 2 1 5 新加坡1 0 2 1 6 崇明1 0 2 2 技术路线1 3 3 研究方法1 4 3 1 生态城市情况比较1 4 3 1 1 城市绿地景观数据的获取和处理。1 4 3 1 2 绿地景观格局评价指标的选取1 4 3 2 崇明绿地景观格局优化1 6 3 2 1 优化指标选取。1 6 3 2 1 1 生态适宜性1 6 3 2 1 2 绿地社会经济可行性1 7 3 2 1 3 生态敏感性1 8 3 2 2 绿地格局优化可行性分析。2 1 3 2 3 绿地格局优化方案情景分析。2 2 3 2 4 基于廊道的优化2 2 4 结果与分析2 4 4 1 各城市绿地景观格局状况2 4 4 1 1 巴黎绿地状况2 5 4 1 2 柏林绿地状况2 5 4 1 3 深圳绿地状况2 6 4 1 4 维也纳绿地状况2 7 4 1 5 新加坡绿地状况2 7 v 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文目录 4 1 6 崇明绿地状况。2 8 4 1 7 生态城市绿地状况综合分析。2 9 4 2 崇明岛优化状况分析2 9 4 2 1 初步分析结果。2 9 4 2 1 1 生态适宜性分析2 9 4 2 1 2 绿地社会经济可行性分析3 0 4 2 1 3 生态敏感性分析3 1 4 2 2 优化可行性分析3 1 4 2 3 优化方案分析。3 2 4 2 4 基于廊道的优化3 3 5 结论与展望3 3 5 1 城市各功能分区绿地系统景观格局特征3 3 5 2 对我国城市绿地建设的启示3 3 5 3 城市绿地系统格局规划与优化原则3 3 5 4 格局优化分析。3 4 9 f 录i ：；5 f 录i i ：1 9 参考文献4 0 j 目【谢4 5 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 1 引言 引言 1 9 世纪末美国的城市美化运动，以城市雕塑、公共建筑、公园绿化等建设 突出政府地位，使城市成为美的所在，基于城市形体空间的景观美化活动，为城 市发展先天性地赋予了自然、社会、经济三维意义( 娄晓琪等，2 0 0 3 ) 。随着人 类社会进步和城市化的迅速发展，城市人口与建筑物也大大增加，城市绿地系统 具有了更为明显的社会经济效益，越来越成为制约城市化进程的重要因素，被视 为维系城市可持续发展的主要因子之一( 白淑军等，2 0 0 3 ) 。城市环境发展的四 个基本目标是：减少能量消耗，减少和消除污染，建立一个令人愉悦的环境，利 于生物保护。而要达到这四个目标，绿地是其中的关键( b o t k i ne ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 城市绿地可以为人们提供优美的风景，可以改善其生活和工作的环境，提供 消遣的场所，愉悦人的心情，有利于保护生物多样性，保持水土，吸收污染物等 等，即城市绿地与城市的建设是息息相关的( b o o n ，2 0 0 3 ；w i l l i a me ta 1 ，1 9 9 5 ) 。 城市绿地景观的面积及空间结构在很大程度上控制着绿地景观功能及生态作用 的发挥( g e r m a n n c h i a r ic ，2 0 0 4 ) ，具有重要的社会效益、经济效益和生态效 益，对于改善和恢复城市的生态环境质量，美化社会环境，进而促进整个城市经 济发展，起着至关重要的作用( 白淑军等，2 0 0 3 ；n y u ke ta 1 ，2 0 0 5 ) 。然而， 城市规模日益扩大，土地寸土寸金，可用于绿化的土地越来越少，成本也越来越 高，老城改造中的绿地规划难度也更大。要有效解决城市环境保护与发展问题， 提高城市绿化的生态效益，仅将眼光盯在扩大绿地面积上远远不够，必须对绿地 系统格局进行合理规划，通过在生态类型、斑块群落结构、空间格局等方面改造 有限的绿地，提高城市绿地景观整体和单位面积的生态社会效应( 蔺银鼎等， 2 0 0 6 ) 。 生态城市是联合国教科文组织发起“人与生物圈( m a b ) 计划研究过程 中提出的概念，是城市生态化发展的结果；是自然、城市与人融合为一个有机整 体所形成的互惠共生结构，是社会和谐、经济高效、生态良性循环的人类居住形 式( 刘剑锋，2 0 0 7 ) 。这些生态城市不仅在城市建设与发展取得很大成效，同时 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文引言 注意环境保护和生态效益。 我国正处在高速发展的工业化时代，城市经济保持快速增长态势，并且长期 以来延续的是一种“高投入、高消耗和高排放 的粗放式增长模式。城市化进程 加快，城市人口增加，人民生活水平的提高和消费升级，都给原本趋紧的城市资 源、环境供给带来更大的压力。根据2 0 0 4 年5 0 0 个城市的统计结果，有2 9 0 个 城市的环境空气质量达不到国家环境空气质量二级标准( 居住区标准) ，5 0 个 城市的水环境功能区水质达标率低于5 0 。垃圾围城、机动车污染、扬尘污染、 油烟污染、噪声污染等环境问题，直接影响城市居民的生活质量，还有一系列新 的环境问题，如城市环境污染边缘化日益显现，绿色植物不断减少，城市生态失 衡加重，出现“城市荒漠 、“城市热岛 等问题。城市自然生态系统退化，进 步降低了城市自然生态系统的环境承载力，加剧了资源环境供给和城市社会经 济发展的矛盾，保护和改善城市环境质量的任务十分艰巨且刻不容缓( 国家环境 保护总局，2 0 0 5 ； s a i t oe ta 1 ，1 9 9 0 ) 。 1 1 2 研究目的与意义 崇明岛位于我国东部海岸线的中心位置，是上海市未来社会经济发展的重要 支撑。崇明生态岛，是指按岛域功能定位，遵循生态学的原理，建立起来的社会 经济与自然协调发展，物质能量信息高效利用，资源环境生态循环持续的，带有 岛屿自然环境特点的人类栖息地。根据规划的指导思想“留足自然生态环境涵养 空间 ，植被景观成为崇明生态岛规划与建设的重要内容，这一点在受到赞誉的 美国s o m 公司的“绿色之岛 以及同本设计株式会社“海上花园 的设计方案 中都得到了充分体现( 胡俊等，2 0 0 7 ) 。依照崇明岛域总体发展规划，到 2 0 2 0 年，崇明岛将基本建设成为环境优美、经济发达、文化繁荣、保障健全、 城乡融合的生态岛域和上海最优美的“海上花园 ，成为长三角地区生态环境最 优，自然环境独具特色的地区之一( 范徵，2 0 0 6 ；张锁山，2 0 0 4 ) 。崇明岛域 发展规划纲要提出的森林花园岛、旅游度假岛以及生态人居岛的建设目标，未 来崇明的植被生态系统不仅要提供更多更好的果品林产品，以满足更多建设和人 口消费需求，还承载着如何在人口压力增大，各项工程带来生态风险增加的情况 下，维持和提升完备的生态涵养和防护功能，同时也能满足人们欣赏风景、陶冶 情操的旅游需求( 王开运等，2 0 0 5 ；陈希等，2 0 0 7 ) 。崇明岛林业发展规划 ( 2 0 0 3 2 0 2 0 ) 提出，到2 0 2 0 年，崇明森林覆盖率要达到5 5 ，植被生态系统将 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文引言 成为崇明生态岛最为重要的生态系统( 王开运等，2 0 0 5 ) 。 本文选取一些重要景观指数，对几个较有特色的生态城市巴黎、柏林、维也 纳、深圳、新加坡城市绿地系统景观格局进行研究，比较分析城市间绿地景观格 局的异同之处，以期对崇明乃至我国生态城市的建设标准制定，及城市景观规划 与建设提供有益的借鉴和参考，进一步借助g i s 技术，结合崇明实地踏查数据， 通过生态适宜性，敏感性及社会经济可行性分析，对崇明岛区的绿地景观格局进 行优化研究，提出了不同情景下的优化格局，对其可行性以及优化优先性进行分 析，对崇明岛规划作出评价，以实现景观生态效益最大化。研究为景观格局优化 提供了新的研究方法，对崇明岛区绿地建设具有重要的实践和指导意义。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 景观格局及景观指数 1 2 1 1 定义 景观格局是景观生态学的一项主要内容。景观格局是指景观组成单元的类 型、数目及空间分布与配置( f o r m a n ，1 9 9 5 ) ，景观空间结构特征有规律的表 现形式，是景观异质性的具体表现，也是景观结构及生态过程相互作用的结果。 在长期的景观生态过程作用下，特定景观要素的类型、数目及空间分布和配置， 不同景观要素的空间排列和组合形式，不同景观结构成分之间的空间关系，总是 呈现出一些基本规律，符合特定模式，而景观格局分析的目的即是从看似无序的 景观斑块排列中，发现潜在的有意义的规律性。 对于景观结构的研究是研究景观功能和动态的基础。空间格局分析方法是指 用来研究景观结构组成特点和空间配置关系的分析方法，其基本步骤为：收集和 处理景观数据( 如野外考察，遥感，图像处理等) ，数字化景观后，选用适当格 局研究方法进行分析。景观生态学中空间分析方法很多，其中的一大类即为格局 指数方法。 景观指数是指能高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方 面特征的简单定量指标。景观格局特征可以在3 个层次上分析：单个斑块，若干 个斑块组成的斑块类型，以及包括若干斑块类型的整个景观镶嵌体。即景观格局 3 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 引言 指数可相应地分为斑块水平指数，斑块类型水平指数和景观水平指数。通过景观 指数描述景观格局使数据获得定统计性质，并可分析不同尺度上的格局特征 ( 邬建国，2 0 0 0 ) 。 1 2 1 2 景观生态学及景观格局与指数分析研究进展 景观生态学起源于欧洲传统的区域地理学和植被科学，其发展历史可追溯到 2 0 世纪3 0 年代。德国著名区域地理学家特罗尔( t r o l l ) 于1 9 3 9 年利用航空照 片研究东非土地利用问题时首次提出景观生态学一词，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。2 0 世纪6 0 年 代，景观生态学作为- - n 学科在欧洲真正发展起来，2 0 世纪8 0 年代初在北美逐 渐开始兴起，其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 用等发面的长足发展，景观生态学也进入了迅速繁荣的崭新时代，并成为了生态 学的前沿领域。 现代景观生态学有效地结合了地理学的空间分析和生态学的时序分析，充分 吸收社会学、自然保护学等相关学科的研究成果，形成了较完整的概念框架和理 论体系，为探索空间异质性，揭示空间格局与生态过程的相互关系提供了新的途 径。 景观格局研究在生态学文献中占有很大比重( 傅伯杰，2 0 0 1 ) ，自1 9 8 6 年 来一直为研究人员所重视，近年来研究理论原理的比重相对下降，研究方法和景 观过程越来越受到青睐，从未来的发展方向看，景观格局和景观优化成为热点。 研究方法中的模型和“3 s ”等技术，随着计算机技术的发展，也成为景观生态学 新的支撑点，同时分形学、地统计学等其它学科也为景观生态学注入新的血液。 当前国外景观格局研究以区域景观格局与过程遥感研究居多，主要包括：对景观 格局理论问题的探讨，f o r m a n 等( 1 9 8 6 ) 为景观格局研究提供了良好的概念基 础；对景观格局尺度问题的研究，如k i n g ( 1 9 9 1 ) 归纳了利用生态学模型进行 尺度推绎的4 种基本方法；对遥感和地理信息系统的研究，如m i l n e 等( 1 9 8 9 ) 以遥感和地理信息系统为工具，对景观格局的变迁过程进行了分析，其中对景观 时空变化的研究方法也是景观格局研究的重要方法；对建立空间模型方法的研 究，r o b e r t ( 1 9 9 0 ) 等建立神经模型来研究景观格局对物种丰富度的影响，其它 如人口和生态系统动态模型、地理模型等也都是景观格局与生态过程的数量化方 法；研究手段与技术的应用研究，如应用空间统计学方法研究景观格局与尺度问 4 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 引言 题( t u r n e r ，1 9 9 0 ) o 我国学者在北美学派的影响下，对景观格局空间分析开展了许多研究，内容 涉及农业、湿地、森林和城市景观等的格局与动态变化研究，很多研究运用了 g i s 、遥感与统计分析模型等先进方法和手段。王宪礼( 1 9 9 7 ) 利用r s 、g i s 手 段对辽河三角洲湿地景观的格局与异质性进行了研究；王永军等( 2 0 0 6 ) 利用 a r c v i e w3 2 和a r c i n f o7 1 对陕西省榆林地区景观分类进行处理与分析；白丽月 等( 2 0 0 7 ) 应用a s t e r 遥感影像及g i s 研究福清市景观空问格局指标体系，揭 示各景观类型的空间格局和形态特征；李红梅等( 2 0 0 7 ) 基于r s 和g i s 对西双 版纳土地覆被动态变化进行研究分析。 近年来关于景观格局指数的研究也很多，o n e i l l 等( 1 9 9 8 ) 对于生态过程、 尺度和景观格局指数的关系进行研究，确定在不同尺度上如何选取适宜的指数来 描述当前景观格局、生态过程及选用适当的参数预测景观格局，在其将许多数量 指标引入景观生态学以来，先后产生了几个优秀的计算机软件包：s p a n s ，h e ， l s p a ，f r a g s t a t s 等，尤其f r a g s t a t s 的功能最强，它以g i s 的软件为数 据输入平台，能计算出5 7 个主要的景观指数；t i s c h e n d o r ( 2 0 0 1 ) 通过模拟不同 物种在不同景观格局中的迁移扩散，对模拟过程、景观的格局指数和变量进行相 关分析，检验景观格局指数对生态过程的反映能力；谢志霄、肖笃宁( 1 9 9 6 ) 在 国内最早开展了城市景观生态的研究，运用景观指数和马尔柯夫模型对沈阳西郊 景观格局进行分析和预测；布仁仓等( 2 0 0 5 ) 的研究进行了景观指数之间的相关 分析；龚建周等( 2 0 0 7 ) 以t m 遥感影像为数据源生成植被覆盖度等级图，在景 观类型水平上探讨各类型指数间的相关性及对景观分类数的敏感程度。 1 2 2 景观格局优化 1 2 2 1 定义 景观格局优化是建立在综合理解景观格局、功能和生态过程相互作用的基础 上，在合理的土地利用和管理措施下，调整优化各种景观类型在空间和数量上的 分布格局，使各组分之间达到有序、和谐，以改善受胁受损的生态功能，提高景 观总体生产力和稳定性，使景观综合价值达到最大化，产生最大景观生态效益， 实现区域的可持续发展( 韩文权等，2 0 0 5 ) 。 景观格局优化问题从本质上说就是利用景观生态学原理解决合理利用土地 5 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文引言 的问题，首先要假设景观格局对景观中的物质、能量和信息流的产生和变化有决 定性影响，同时这些生态流对景观格局也有维持和调整作用。通过调查研究取得 自然与社会数据，并分析相应景观类型空间合理的分布格局，根据生态因子调节 景观组分在空间和数量上的分布，运用景观生态学理论和方法对景观管理方法进 行优化。对于特定目的的景观格局优化( 如自然保护区的选址等) ，以单个目标 价值最大作为景观空间格局优化设计思想；景观格局优化研究需要建立在对不同 景观类型、空间格局与过程以及功能之间的关系深入理解基础之上。 根据热力学第二定律和耗散结构理论，系统有序才稳定，而景观格局优化的 目的是在外力的作用下改变景观格局，并在负熵( 人类管理) 的作用下维持其 状态稳定，并达到最大生态、经济和社会综合效益。由于景观格局强烈影响景观 中能量、物质的交换和流动，反过来生态流的作用又会改变现有的景观格局，使 系统向更加稳定的自然状态转变，为了保持这种人工干扰格局的稳定，需要外界 的能量来维持，因而要达到生态、经济和社会综合效益最大的景观格局常常需要 人类的干预和管理。 1 2 2 2 景观格局优化研究进展 景观格局优化是在景观生态规划、土地科学和计算机技术的基础上提出来 的，从产生至今不过二三十年。早期，f o r m a n 等( 1 9 8 6 ) 对景观格局优化进行 了总结与归纳，强调景观空间格局对过程的影响和控制作用，并通过格局的改变 来维持景观功能、物质流和能量流的稳定，其格局优化理论把生态学理论融入空 间格局规划过程中，是目前景观格局优化中较为明确的理论依据。在各国学者共 同努力下，景观优化和管理研究逐渐被各国关注，且随着计算机技术和3 s 技术 的发展，模拟景观格局在生态流的影响下发生变化，通过驱动力因子预测景观格 局的变化，对不同模拟结果进行适宜性评价，为区域可持续发展提供理论指导。 目前，国内外学者对景观格局优化研究的范围已从森林景观、农业景观扩展到土 地利用变化及土地适宜性分析，因研究区域空间和时间尺度不同，研究角度不同， 采用的模型也越来越多元化，且逐步由静态到动态，由定性到定量研究。还有学 者们分别从森林景观、农业景观和水环境系统方面建立空间优化模式和系统，为 其它类型景观的优化提供范例( b e t t i n g e r ，2 0 0 1 ；s e p p e l tr ，2 0 0 0 ；v a nd e rm i s t ， 1 9 9 8 ) 。 景观格局优化目标和评价标准的确定是景观格局优化设计的前提条件，目前 6 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 引言 对于该研究还处于试验阶段，所以景观格局优化设计的指导思想和评价标准是必 不可少的环