景观生态学研究热点论文

景观生态学在生物多样性保护中的作用

生物多样性是人类赖以生存的物质基础,随着人类的发展,生物多样性受到了严重的威胁,并得到全世界的关注。下面就来看看景观生态学在生物多样性保护中的作用吧。

引言

生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果,是全球的宝贵财富,是人类赖以生存的物质基础,也是构成人类生存的生物圈环境。随着人口的迅速增长,人类经济活动的不断加剧,尤其是盲目地大量的向自然界索取生物资源,作为人类生存最为重要的基础--生物多样性受到了严重的威胁。生物多样性问题已不再仅仅是科学家关心研究的问题了,它已引起国际社会和多国政府的广泛关注。

生物多样性表现在生命系统的各个组织水平,即从基因到生态系统。各个组织水平的多样性都是十分重要的。不同水平的生物多样性是紧密联系、不可分割的。

景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓和迅速发展的学科,与传统生态学研究相比,景观生态学明确强调空间异质性、等级结构和尺度在研究生态学格局和过程中的重要性以及人类活动对生态学系统的影响,尤其突出空间结构和生态过程在多个尺度上的相互作用。就生物多样性保护而言,景观生态学注重景观多样性与生物个体行为、种群、群落动态及生态系统在不同时空尺度上的作用。强调景观空间格局、生态过程与尺度之间的相互作用是景观生态学的核心所在。

生物多样性研究主要有两条途径,一是从遗传多样性、物种多样性等底层开始的“Bottom-up”的途径,这种研究途径强调系统的组分作用,利于揭示自然状况下生物多样性发生、维持、丧失的微观机制,但往往忽略人为干扰等外部环境的作用。目前人类活动通过直接或间接作用,对种群、生态系统等各层次生物系统均造成巨大影响,生物多样性的丧失、物种绝灭早已不是自然界正常演化过程的结果。因此,生物多样性保护应特别重视另一条“Top-down”的研究途径,这种途径将人为干扰看作生物多样性丧失的主要因素,强调人为干扰下景观格局的改变对遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性的影响,并据此制定相应的生物保护战略,这正是景观生态学所侧重的研究途径。

1 生物多样性保护中运用的景观生态学原理

在生物多样性保护中运用到的景观生态学基本原理主要有:斑块-廊道-基质理论;等级斑块动态和复合种群理论;景观异质性与景观多样性;景观连接度、连通性及渗透理论;干扰理论等。

斑块-廊道-基质理论

景观是一个由不同生态系统以相似方式重复出现的异质性陆地区域。按照在景观中的地位和形状,景观要素可以分为斑块、廊道、基质三种类型。

斑块 斑块是指与周围环境在外貌或性质上不同,但又具有一定内部均质性的空间部分。其大小、类型、形状、边界、位置、数目、动态以及内部均质程度对生物多样性保护都有特定的生态学意义。

斑块大小不仅影响物种的分布和生产力水平,还影响能量和养分的分布,决定斑块甚至整个景观的生态功能。最优景观是由几个大型自然植被斑块组成,并与众多分散在基质中的小斑块相连,形成一个有机的景观整体。斑块类型对物种动态的影响是非常明显的,它通过影响某一特定的物种从斑块中迁入或消失,来影响该物种在该斑块中的种群数量和丰富度,进而影响物种的多样性。斑块的形状在影响生物多样性方面与面积同等重要,对生态学过程和各种功能流有重要的影响。斑块形状主要通过影响斑块与基质或其他斑块间的物质和能量的交换而影响斑块内的物种多样性。圆型斑块物种多样性可望较高,而长条形斑块易于促进斑块与周围环境物质、能量、生物方面的交换。一般而言,两个大型的自然斑块是保护某一物种的最低斑块数目,4～5个同类型斑块对维持物种的长期健康与安全较为理想。此外,斑块的边缘效应是造成不同形状斑块中生态学差异的最重要原因。在相同的面积下,内部面积与边缘面积之比,圆形的大于矩形的,细长斑块的比最低。所以在景观规划中应综合考虑斑块的形状、大小、数量以及其产生的边缘效应等因素,从而得出最优方案。

廊道 廊道是指与基质有明显不同的狭带状地,是具有通道或屏障功能的景观要素,是联系斑块的重要桥梁和纽带。廊道在很大程度上影响着斑块间的连通性,也在很大程度上影响着斑块间物种、营养物质、能量的交换和基因交换。廊道的生态功能取决于其结构特征,包括:宽度、组成内容、内部环境、形状、连续性、及与周围环境的相互关系等。廊道在景观中具有双重性质,一方面将景观不同部分隔开,成为两个隔开景观的障碍物;另一方面可作为一个通道,将景观中不同部分连接起来,起到运输、保护等作用。廊道在生物多样性保护中的重要作用,主要表现在:①为某些物种提供特殊生境或暂息地。②增加斑块的连接度,提高斑块间物种迁移率,促进斑块间的物种流动和基因交换,方便不同斑块间同一物种的交配,有利于物种的空间运动,增加物种重新迁入机会。同时使本来孤立的板块内物种的生存和延续,给缺乏空间扩散能力的物种提供一个连续的栖息地网络,从而使小种群免于近亲繁殖遗传退化。③促进种群的增长和斑块中某一种群灭绝后外来种群侵入,从而在维持物种数量方面起到积极作用,增加景观的破碎化程度。廊道功能上的矛盾性与复杂性,要求在廊道设计时慎重考虑,使廊道最好具有原始景观自然的本底及乡土特性。带状廊道较宽,包含一个有丰富内部生物种组成的中心内部环境,对周围环境的干扰有一定的抵抗性,其内部中和边缘种的多样性格局随廊道宽度不同而变化,这对生物多样性保护中廊道的设计有重要意义。

基质 基质是景观的本底,是景观中面积最大、连接度最好、对景观控制力最强的景观要素。基质对斑块嵌体等景观要素内及景观要素之间的物质能量流动、生物迁移觅食等生态学过程有明显的控制作用。因而作为背景的基质对生物多样性保护起关键作用。其作用主要表现在:①为某些物种提供小尺度的生精;②作为背景,控制、影响着生境斑块之间的`物质、能量交换,强化或缓冲生境斑块的“岛屿化”效应;③控制整个景观的连接度,从而影响斑块间物种的迁移。

等级斑块动态和复合种群理论

斑块动态理论在生物多样性保护中有指导作用,它强调:①生态系统是由斑块镶嵌体组织的等级系统;②生态学系统的动态是斑块个体行为和相互作用的总体反映;③非平衡观点在生态学系统中是普遍存在的,局部尺度上非平衡性和随机过程往往是系统稳定的组成部分;④兼容和复合稳定性。

复合种群理论是由空间上相互隔离,功能上相互联系的多个亚种群组成的种群斑块系统。复合种群有两个基本特点:一是各亚种群系统频繁的绝灭;二是亚种群之间存在生物繁殖体的交流,使复合种群在景观水平上表现出复合稳定性。复合种群理论为生物多样性保护提供了新的思路。

景观异质性与景观多样性

景观异质性是景观的基本属性,包含两重意义:景观各组成要素的不均质性和复杂性;任何景观由结构和功能不同的低层次的异质景观构成的镶嵌体。它强调景观的变异程度和景观类型的差异。有些物种在生活周期内需要不同的生活环境,不同物种具有迁徙、洄游等生活习性也需要不同的栖息环境,景观异质性能提供多种生活环境,因而有利于物种的生存、延续和生态系统的稳定。景观异质性程度高,一方面引起大镶嵌体及其内部环境物种减少,另一方面引起镶嵌体边缘生境、边缘物种数目增加,是稀有内部种丰度减少,边缘种丰度增加,同时提高了潜在总物种的共存性。

景观多样性是指景观单元在结构和功能方面的多样性,包括斑块多样性、类型多样性和格局多样性。景观多样性对物质、能量和物种在景观中的迁移、转化和迁徙有重要的影响。斑块多样性与生物多样性的关系比较复杂,两者不是简单的正比关系。格局多样性强调景观类型空间分布的多样及各类型之间空间联系和功能联系,对各生态过程有一定的影响作用,所以在景观规划时要特别注意生物群体关键地段的建设与景观格局的优化。

景观连接度、连通性及渗透理论

景观连接度是对景观空间结构单元之间连续性及生态过程、功能联系的度量,包括结构连接度和功能连接度。对生物群落而言,当景观连接度较大时,生物群落在景观中迁徙觅食、交换、繁殖和生存较容易,受到阻力较小;相反运动阻力大,生存困难。生物多样性保护的一个重要研究领域是对片段化生境的保护。各生境之间连接的潜在作用,特别是在促进斑块之间生物的运动、种群局部灭绝后的重新定居和基因流动方面的作用引起景观生态学者的广泛关注。

景观连通性是指景观元素在空间结构上的联系。具有较高连通性的景观,不一定具有较高的连接度;连通性较小的景观,其景观连接度不一定小。

景观连接度对种群动态、水土流失过程、干扰蔓延等生态学过程的影响具有临界阈值特征,这就涉及到渗透理论。渗透理论最突出的特点是当媒介的密度达到某一临界值时,渗透物突然能够从媒介的一端到达另一端。渗透理论对生物多样性保护提出了更多有趣味又极富挑战的课题。

干扰与生物多样性

干扰是景观异质性的主要来源,可分为人为干扰和自然干扰。它是时间和空间上环境和资源异质性的主要来源之一,它可以改变资源和环境的质与量以及所占据空间大小、形状和分布。研究表明,干扰对生物多样性的影响,一方面通过增加斑块数量和群落类型数量提高总体生物多样性;另一方面,由于斑块形状指数的下降和群落间邻接结构的简化,又降低了生物多样性。所以,人类的干扰对生物多样性的影响具有双重性。Sufflin指出中度干扰有利于提高物种多样性。干扰目前也是景观生态学的研究热点,为生物多样性的保护提供了新的思路和途径。

2 景观生态学原理的运用

景观生态学为生物多样性保护提供了新的理论方法,它注重研究景观结构单元的类型组成,更多地关心通过生态流和过程的研究,更加侧重生物生境的较高层次的保护,它通过合理调控现有景观生态系统和规划设计新的景观格局来保护景观的生物多样性,是一种行之有效的方法。目前景观生态学原理在生物多样性保护的运用方面根据人为干扰的程度的不同,可以归纳为:城市生物多样性保护、自然保护区的生物多样性保护、风景旅游地的生物多样性保护。

城市及自然保护区的生物多样性保护

城市生物多样性保护的景观生态对策主要包括如下方面:①城市规划中加大对城市园林板块的建设和保护:首先增加园林斑块的物种,其次提高园林斑块类型的多样性,提高城市园林空间异质性。②合理建设城郊大型森林斑块。把城郊森林斑块作为改善与维护城市景观的支持系统,一方面利用其净化空气、提供野生生物栖息地,另一方面,为城市园林物种提供源,增加生物多样性的良性生态库。③加强城市的廊道优化建设。城市廊道可以分为三种:绿道、蓝道、灰道。绿道是指以植物绿化为主的现状要素,给生物提供栖息地,有助于城郊自然环境中野生动植物向城区公园迁移。蓝道主要是城市中各种河流、海岸等,合理的蓝道规划有利于消减洪水的灾害性和突发性。灰道指那些人工建设的街道、公路、铁路等。在规划建设中应注意绿道、蓝道、灰道的有机结合,形成协调、一致、互益的整体。总之在城市生物多样性保护中,关键是建立最优的景观格局,建立城市绿色生态网络系统。在城市外围建立一定宽度的防护林带,各卫星城镇之间建立生态廊道,为城市多样性保护提供丰富的生境资源和生态环境。

目前对于自然保护区生物多样性保护的景观规划途径研究已经日趋成熟,规划的主要步骤包括:选择保护区的地点,合理规划保护区面积;根据异质种群和岛屿生物地理理论等,因地制宜设计合理的保护区形状与数目;并对保护区的内部进行合理的功能分区;优化廊道设计。

风景旅游区的生物多样性保护

对于风景旅游地的生物多样性保护的研究起步较晚,这里所指的风景旅游地泛指介于城市景观和自然保护区之间的一种,在自然环境的本底上施加有一定的人为干扰的地区。胡海胜指出应在对景区进行全面考察的基础上,确定保护的物种、群落和区域,特别是对在区域尺度上,科学合理地划分核心保护区、保护小区、资源类型保护区、景观保护区和珍稀物种繁育试验区等保护斑块。从生物多样性保护的角度出发,在景区的廊道设计必须考虑如下几个因素:减少人为廊道密度。少一条人为廊道就相当于为物种的空间运动多增加一个可选择的途径,为其安全增加一份保险。乡土特性。景区必须修建的公路和步道两旁种植乡土植物,与原生基质保持一致。越窄越好。尽量少建宽阔的现代公路,游步道的宽度以方便通行为原则,严格控制景区内缆车、索道以及空中廊道的建设。融入自然。廊道应是与自然基质融为一体,减少景观中的硬质边界,尽可能地为动植物的交流提供机会,如相互交错的行道树可为小动物提供空中的通道。从大尺度范围来看,某一景区仍只是整个地球基质的一个斑块,仍是快速城市化下的一个“孤岛”。因此,有必要建立起景区间的联合网络体系:建立起相互连接的廊道;保持景区间的景观异质性;恢复栖息地;理顺景区间的管理体制。

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金娘聋再巾历嵋唐渠如善谡画聂弃另未衣愈姚华综合自然地理学(Integrated physical geography)是在部门自然地理学的基础上对自然地理环境整体进行系统的综合研究。早在20世纪50年代末期，前苏联.伊萨钦科来中国讲学，系统介绍了有关地理壳、自然区划和景观学的进展。这个讲学的进修班在林超教授领导下经集体讨论，确定了“综合自然地理学”的学科名称，并发展为自然地理学的一门独立分科。综合自然地理学是中国学者创立和命名的学科，这与中国传统文化的影响有关，也与老一辈地理学家的长期努力有关。在此之前，林超、黄秉维等就已从事自然地理的综合研究工作,如黄秉维在20世纪30年代编撰了《自然地理原理》和《中国地理》等，周廷儒在30-40年代开创对历史时期环境变化的综合研究。我国综合自然地理学实际上既经历了20世纪初的西方近代地理学的传入，又继承了中国古代地理学的传统，还受到原苏联地理学思想的深刻影响，并且与国家的经济建设密切结合，形成和发展成为具有中国特色的综合自然地理学。20世纪80年代，钱学森提出要发展地球表层学，本来即以地球表层为研究对象，并在全球自然地域分异规律方面有所建树的综合自然地理学正好与之契合。面对地球表层这一复杂巨系统，综合自然地理学在研究中采用了系统科学的理论和方法。90年代针对西方提出的地球系统科学和可持续发展，黄秉维提出建立“陆地系统科学”[6]的理论体系。他指出，区域持续发展研究的理论基础是对地球表层（主要陆地表层）自然与人文各种要素的综合规律的揭示，即陆地系统科学。地球系统科学中大气基本是气体，海洋基本是液体，陆地由固体、液体、气体组成，生物界亦最复杂，受到人类活动的影响最深，与人类生存和发展关系又最密切[6]。建议以研究中国区域可持续发展为任务带动陆地系统科学的发展[7]。陆地系统科学的提出进一步体现了综合性地理研究的思想，促进了综合自然地理学的理论建设。进入21世纪，综合的理论和方法在与国际重大研究计划结合中进一步得到发展。综合自然地理学还大量展开了综合研究实践，如综合自然区划、资源综合开发、国土整治、区域规划、环境保护等工作，以自然地理学为基础，结合相邻学科的理论方法，去解决那些具有综合性特点的复杂问题，这使它的发展能够适应时代发展的需要。有老一辈综合自然地理学家如林超、黄秉维、周廷儒、赵松桥、陈传康等奠定的基础，也有许多中、青年综合自然地理工作者的不懈努力，目前的综合自然地理学已经有了长足的发展。50多年来，中国的综合自然地理学研究在古地理学、现代自然地理过程、土地科学、综合自然区划与区域可持续发展等领域的发展均取得了显著进展[3]。综合自然地理学理论和应用的深化对整个地理学综合研究的深入发展起到了促进作用。综合自然地理视角的景观生态学景观生态学(Landscape ecology)是研究和改善空间格局与生态和社会经济过程相互关系的整合性交叉学科。其核心内容包括景观结构、景观功能和景观动态等，研究重点集中在景观格局与生态过程相互关系及其尺度效应、人类活动对于景观结构、过程和功能的影响，及其景观异质性的持续性利用与管理等[8]。景观生态学既有地理学派也有生态学派，目前在地理科学领域中与综合自然地理学难分伯仲，许多景观生态学家也是综合自然地理学家。这要从它的渊源说起。景观生态学起源于欧洲，一般认为其创始人是德国地理学家特罗尔(Carl Troll，1899-1975)，他于1939年正式提出“景观生态学”一词[9]，并在1968年将其定义为：“研究一个给定景观区段中生物群落和其环境间的主要的、综合、因果关系的科学。这些关系在区域分布上具有一定的空间结构(景观镶嵌体与组合)，在自然地理分布上具有等级结构”。欧洲的景观生态学不论从诞生的学科背景还是其完善过程和学科贡献，以及应用指向，都带有浓重的综合自然地理学色彩。其关注的重点从土地利用评价与规划逐渐扩展到资源开发与管理、生物多样性保护等领域，在理论上强调景观的多功能性、综合整体性、景观与文化的协同，并提出了整体性景观生态学的概念框架。北美的景观生态学是在欧洲影响下，从20世纪80年代初开始发展，并逐渐形成了自己的特色，以景观生态过程、数量化和模拟研究以及自然景观研究见长。欧洲和北美的景观生态学研究基本上引领了国际景观生态学发展的主要方向，二者也在不断地相互影响、相互渗透，推动着景观生态学学科体系的不断发展和完善[10]。中国的景观生态学从介绍国外先进国家的同类研究工作开始。早期翻译欧洲景观生态学文章的有刘安国、林超、陈昌笃等，而李哈滨则是较为系统地介绍了北美学派的景观生态学。1990年，肖笃宁主持翻译了和的《景观生态学》一书[11]，标志着景观生态学的概念、理论和方法已基本被我国学界所接受。此后，我国景观生态学工作者相继开展了实质性的研究工作[12]。经过20余年的努力,在景观格局与生态过程、土地利用与动态、景观规划与设计、环境影响评价与自然保护等方面的研究与应用中取得了重要进展[13]。从整体上看，尽管我国的景观生态学发端于对欧洲景观生态学理论、方法和技术的引进，但研究范式接近于北美地区，即更多的带有生态学方法论色彩。基础研究与理论进展陆地表层系统自然地理过程陆地表层系统自然地理过程研究与近年来国际上非常活跃的地球系统科学、全球环境变化研究相呼应，结合“全球变化与区域响应”、“人类活动对地球系统的影响机制”等科学命题[14,15]，自然地理过程研究从自然过程研究转向自然过程与人文过程的综合研究，从无机过程研究转向无机—有机的综合研究，从单一要素研究转向多要素综合研究，从宏观研究转向宏观与微观的结合研究。研究强调人为因素在各种过程中的作用，强调人为因素作用下的地理过程对自然资源和环境的影响，强调地理过程与全球变化之间的耦合作用以及可能引发的后果，强调地理过程在土地退化过程中的关键作用。研究内容从地域系统的结构与功能向动态拓展。理论研究从系统变化的驱动力与过程向机制研究深化，并从简单综合向系统综合与集成转变[16]。进而开展了自然和社会经济驱动、时空变化过程以及资源、环境、生态和灾害效应等地表环境变化的驱动力、过程和效应的研究。综合自然地理学在陆地表层系统、环境系统、人地系统方面的理论建设更加系统化；通过要素综合、过程综合与区域综合，综合性不断得到加强；通过自然与人文的交叉、科学与技术的交叉、多学科交叉研究，交叉性更加明显。在理论上，发展了综合的格局—过程、驱动力—过程—效应的研究[17]。从近3年国家自然科学基金资助的综合自然地理(D010106)项目看，与上述命题相关的研究2006年占，2007年占，2008年占，3年平均占，足见陆地表层系统自然地理过程研究在综合自然地理学中的基础研究地位和重视程度。土地科学土地科学的研究重点结合国际地圈生物圈计划(IGBP)与国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)的联合核心项目“土地利用/覆被变化(LUCC)”及新阶段的“全球土地计划(GLP)”取得进展。近年来所发表的论文可以归为土地利用分类系统与分区、土地利用现状分析、LUCC及其驱动力、土地可持续利用和土地利用规划等5个研究主题。据张镱锂等对土地利用文献的统计，我国在2002-2007年发表的论文占1978年以来文献总量的，2007年一年的论文数量达到796篇。这表明我国土地利用研究的领域不断扩展，从事土地利用研究的科技队伍不断加强的同时，国家有关部门对该领域研究的支持力度持续加强，项目资助数和经费额度均明显提高[16]。随着国际上将LUCC这一研究主题上升为“土地变化科学”的学科范畴[18]，随着土地利用问题在国际科学研究与区域可持续发展领域研究的不断深化，更加重视基础理论探讨[19]。土地资源学的学科基础理论问题主要围绕土地资源的可持续利用展开，包括土地资源的伦理观问题、土地资源的系统理论问题、土地资源的过程理论问题、土地资源价值论问题、土地资源产权理论等诸多问题[20]。土地保护学所涉及的基础理论问题主要是围绕土壤学、生态学以及经济学的基础理论问题展开的[21]，作为土地退化及其防护的重要研究内容—水土保持及荒漠化防治仍旧属于土地保护学研究领域关注的主要对象。土地生态学的基本理论问题则主要是基于系统理论和生态学理论提出的，主要包括土地的生物生产力、土地的生物栖息和承载功能、土地的能量平衡和水循环功能、土地的环境功能、土地生态过程、土地生态变化规律以及土地生态的分异理论问题等[22]。土地利用与规划基础理论问题研究主要包括地租和地价理论、土地区位理论、土地可持续利用理论、生态经济理论、人地协调理论以及系统工程理论等[19,23,24]。自然区划上一世纪，以林超、罗开富、黄秉维、任美锷、侯学煜、赵松乔和席承藩等为代表的科学家为中国综合自然区划工作做出了卓越贡献[25-32]，奠定了我国这一领域在国际上的领先地位。郑度等的“中国生态地理区域系统”[33]是近年自然区划的代表性研究，在分析前人区划研究工作与成果的基础上，探讨了自然地理区划方法论及其体系。自然地理区划既是区域划分的结果，也是区域划分的方法与过程，同时还是认识地理特征和发现地理规律的一种科学方法。郑度提出了包括区划本体、区划原则、区划等级系统、区划模型和区划信息系统的自然地理区划范式,并通过区划模型，实现区划原则、指标体系和单位等级系统的综合[34]。另一个基础性研究是“中国主体功能区划”，樊杰阐述了主体功能区划的科学基础，提出了区域发展的空间均衡模型。并探讨了地域功能演替对空间均衡过程的影响，提出了区划方案效益最大化是同区域如何划分和对地域功能随时间变化的正确把握程度相关的[35]。自然区划已向带有自然区域划分性质的综合区划发展，在《中国地理多样性与可持续发展》一书中，蔡运龙阐述了三大地带和七大地区及其内部的地理多样性，可视为综合区划性质的著作[36]。自然区划的趋势还表现为区划方案多样、应用领域广泛、影响决策显著等。在中国期刊网上检索到2007-2008年发表的自然区划及其相关研究文章约有696篇。景观生态学近年来中国的景观生态学研究发展迅速，人才培养成果显著，研究队伍不断扩大。在中国期刊网上，以“景观生态”作为主题词检索到的博士和硕士论文呈现快速增长的态势。由2000年的3篇，增加到2007年的127篇；与此同时，以景观生态为主题的学术论文发表数量也急剧增加，由2000年的86篇，增加到2007年的504篇。据傅伯杰等的检索统计，从1996到2007年，在以“景观生态学”为主题词检索到的3164篇SCI论文中，有96篇来自中国，约占总数的3．03%，位列全球第七。景观生态学研究在深度和广度上得到加强，促进了新的学科生长点的产生和发展。广度上，开始注重自然与社会经济、人文因子的综合，以解析景观的复杂性；深度上，注重宏观格局与微观过程的耦合，深入的微观观测和实验为宏观格局表征和管理策略的制定提供可靠依据；宏观格局的规划和管理反过来强化了微观研究的实践意义。并进一步加强了格局-过程和尺度效应研究[10]。随着景观生态学研究范式从平衡范式向远离平衡范式、线性范式向非线性范式、平稳范式向非平稳范式，以及简单性范式向复杂性范式转换，一些新的理论成为景观生态学继续发展的重要科学支撑。近年一些复杂性科学的概念和方法在景观生态学中得到广泛应用，如分形理论、元胞自动机、自组织临界理论、复杂适应系统理论等等[8]。建立了空间分析法(如分形分析法和小波分析法)、基于相似性的尺度上推方法、基于局域动态模型的尺度上推方法、随机(模型)法的尺度推绎途径[37]，正在试图将这些途径和转换方法构建成统一的尺度推绎理论框架。一些新的理论如空间自相关理论、空间非平稳理论和地统计理论等被应用到景观生态学研究的采样技术体系上。吕一河等则提出了一个景观格局与生态过程耦合研究的基本框架[38]。方法和技术进展面对复杂的研究对象，利用现代手段进行定量化研究和过程模拟以及建立模型仍然是综合自然地理学与景观生态学特别是地理—生态过程研究的趋势。通过借鉴和集成其他众多学科的研究方法，特别是非线性科学和复杂性科学在研究中的应用，定位试验、模拟实验和遥感技术的应用，多源数据复合分析和信息挖掘，地理—生态过程模型的发展、有效性检验与验证等，促进了综合自然地理与景观生态学的研究并使之提高到新的水平。数据采集方法技术在实验数据采集方面，从监测、分析、模拟三个方面，加强了数据的科学性和可验证性。利用化学分析技术，加强物质迁移转化过程和机理的研究；应用物理实验，了解地表物质的物理结构及物质运动的动力学特征；利用遥感对地观测系统和典型地理单元长期定位、半定位观测网络，加强典型地区地理要素、地理格局和过程的变化研究；利用室内外模拟实验，简化地理环境的复杂性,加强不同要素作用方式和过程的识别研究[39]。在区域与全球尺度上，卫星遥感已成为自然地理和景观生态学研究中最主要的信息来源之一。遥感数据在分辨率、高光谱方面更加多样化。并发展了利用夜间灯光影像为数据源，用来研究城市土地扩展和蔓延。地理信息系统与遥感、全球定位系统与计算机相结合，具有对时空信息的综合处理能力、对现实世界的模拟能力，并能产生和发现新的信息，为综合自然地理和景观生态学的区域研究提供了强有力的支持。近年来，对地观测系统的建立与全球准同步动态监测已成为现实，使人类有能力对全球性问题进行系统研究和综合集成[17]。在微观尺度上，定位试验观测、实验模拟与分析方法得到进一步发展，野外观测台站建设在科技部的推动下已经实现网络化体系；实验室数量、仪器设备、试验方法不断完善。通过对历史文献记载的深入挖掘和利用树轮、冰芯、湖芯、石笋等自然证据，过去300年全国和区域性的土地利用/覆盖变化数据集已经形成。过去2000年的气候与环境变化重建等方面也取得了很大进展。模型与数学方法在计算机网络和数字技术的支撑下，系统模型模拟技术也在不断强化过程中。已经涌现出大量的环境变化和LUCC模型。部分影响较大的模型包括：Ehrlich的“I=PAT”公式[40]、国际应用系统分析研究所(IIASA)建立的世界粮食与农业系统全球模型[41]、(Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect)模型[42]。特别是CLUE(The Conversion of Land Use and its Effects)[43,44]、元胞自动机模型(CellularAutomata，CA)[45]等以GIS技术为支撑进行空间格局模拟的模型得到广泛应用。包含生态学过程与机理的景观机制模型被越来越多地应用到景观生态学的模拟中，特别是这类模型与元胞自动机相结合，极大地增强了对于景观形成和演变机制模拟的能力。目前基于智能体的个体模型成为景观生态学模拟的热点途径之一，已经应用到土地利用/土地覆被以及城市景观的形成演化上。空间显式斑块动态模型是另一类景观机制模型，常常用于格局和过程作用频繁、斑块周转率快的景观系统[8]。各种数学方法被用于地理评价和规划，如模糊逻辑、人工神经网络、小波分析、遗传算法、多目标线性规划、主成分分析法、灰色评价、聚类分析等。另外，分形原理、三维景观模型、Google Earth技术、DEM分析技术、生态足迹法、能值法等等也得到广泛应用。研究者以定量的精确判断、抽象的数学模型及合理的趋势推导，使研究结果更科学、更准确，推进了综合自然地理学研究方法的创新[16]。目前正朝着以地球系统科学为指导、以并行计算、网络计算等信息科学新技术为依托的学科体系稳步发展[17]。成果应用土地科学的成果应用针对我国粮食安全、城市化占用耕地、土地退化等问题，近几年来在土地利用和土地覆被变化研究领域开展了大量的研究工作，主要工作包括：土地利用和土地覆被的状况及其历史变迁，土地利用和土地覆被变化的驱动因子分析，土地利用／土地覆被变化的环境与生态效应，土地利用和土地覆被变化与全球气候变化的相互作用，土地利用和土地覆被变化与耕地、粮食、土地退化等可持续发展重点问题的相互关系，现有土地利用方式的可持续性及其调控途径等。这些研究为解决国家战略需求、区域社会经济发展与环境方面的问题做出了贡献。自然地域系统和格局、过程的成果应用在多年综合自然区划和土地类型研究基础上，进一步将区域单元作为资源与环境的整体来认识，针对我国水土资源短缺与生态退化等区域问题，研究了不同地区的土地人口承载力、水资源承载力、自然生产潜力、生态承载力，并探讨了环境影响评价、环境变化方向等一系列问题。自然地域系统研究也由初期的感性认识、单项自然区划、综合自然区划，发展到近几年的生态地理区域系统研究[46]。近年来，区划的应用范围也进一步扩大，尤其在制定全球变化区域响应对策、灾害预防、重大基础设施建设带来的生态环境效应评估等方面发挥着重要作用。选择青藏高原、海岸地带、半干旱农牧交错地带、黄淮海平原、长江三角洲等敏感地域，开展了环境演变的综合研究。针对我国水土流失、水资源短缺、土地退化、自然灾害等主要资源与环境问题，中国自然地理学界开展了坡地侵蚀发育过程与坡地的改良利用、水文循环过程与水量转化、土地退化过程及其逆转机制、土壤—植物—大气系统、多界面过程的复杂耦合理论与模型等方面的大量研究工作。景观生态学的应用研究景观生态学的理论和方法在自然保护区规划设计中如功能区划定、廊道设计以及整个保护区的空间布局上发挥了重要作用。另外，景观生态学的原理促进了自然保护理念的更新，自然保护正从物种保护向景观保护乃至流域保护方向转变。景观生态学中的格局分析、格局—生态过程关系分析，以及空间模拟技术为土地利用规划设计的科学性提供了保证[47]；其模拟预测技术，为土地利用规划环评提供较好的技术支持；利用景观生态学及其他学科理论评价区域生态风险和构建区域生态安全格局[48,49]。生态建设与生态评估综合自然地理学研究成果在我国的生态恢复重建中得到广泛应用，包括以生态农业为主要建设内容的示范区建设，以工业污染防治与乡镇企业合理规划布局为主要内容的示范区建设，以生态旅游为主要建设内容的示范区建设，生态城市、城郊型的示范区建设，农工贸一体化型的示范区建设，以矿区生态破坏恢复治理为主要内容的示范区建设，湿地资源合理开发利用与保护的示范区建设，土壤退化综合整治的示范区建设，以重要生态功能区环境保护为主要内容的示范区建设，农村环境综合整治的示范区建设。为配合联合国千年生态系统评估计划(MA)的实施，我国启动了中国西部生态系统综合评估项目，研究成果为西部大开发中的生态系统保护、管理与生态建设提供了科学依据。通过较多学者的努力，在生态系统服务领域的多方面都有所进展，对国家的生态政策产生了重大影响[17]。对重大工程、环境治理和决策的贡献综合自然地理研究成果为大型工程提供可行性论证，为工程建设及运行中的各种可能灾害提供预防措施，为环境治理提供理论和技术以及为国家重大决策提供指导性意见。例如，在青藏铁路工程建设中，从选线、施工场地选址、施工时段安排等方面提出方案，最大限度地减少了工程建设对自然保护的冲击。综合自然地理工作者在铁路修建过程中和建成后一直进行环境的监测、脆弱性和生态安全的评估以及环境效应的追踪研究。在南水北调工程对沿线生态与环境的影响、塔里木沙漠公路防护林生态工程、西气东输工程沿线地区不同类型区生态恢复中都有综合自然地理学的贡献。在西部大开发过程中，综合自然地理学的工作聚焦在生态与环境的研究与保护方面，主要研究了西部生态与环境的演化过程、水土资源的持续利用、生态与环境现状评价及未来50年变化趋势预测等，为科学认知我国西部地区生态与环境变化规律，促进西部地区水土资源可持续利用等提供科学依据和技术支撑[50]。在东北地区水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展，黄土高原水土流失治理，长江中下游湖泊富营养化治理，“三农”问题，生态系统碳收支问题等方面都发挥了很大作用[17]。奚寒讯唐冀离荦葭澈冀至淯勾保玷骝寒钱炬岿琏