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論現代景觀科學的形成與發展

[日期：2007-10-12] 來源：景觀中國作者：發表評論(0)打印

　　景觀地理學是誕生于德國與俄羅斯的一個地理學學派［1，2］，可說是源遠流長。經一個多世紀的發展，充分吸收了生態學、系統學與人類科學的重要思想，逐步推陳出新，至本世紀80年代，更是形成了以景觀生態學為代表的新一代的景觀科學。景觀生態學將生態學中結構與功能關系的研究與地理學中人地相互作用過程的研究有機融合，形成了以不同時空尺度下格局與過程、人類作用為主導的景觀演化等概念為中心的理論框架，形成強調自然與人文因子相結合的景觀規劃與管理等實際應用領域。景觀規劃建筑學則體現了景觀學與工程科學的交叉，它將生物措施與工程措施相結合，營建能充分展示景觀多重價值的人居環境［3～5］。本文系統論述了現代景觀科學的形成與發展，從科研認識論的角度對景觀生態學的核心概念做了重點介紹。

　　1　景觀地理學的源流

　　本世紀初景觀地理學在德國的興起，標志著用發生學的觀點和綜合分析的方法劃分地表類型并研究其發展演變的近代地理學的誕生。景觀一詞源于德語Landschaft,具有地表可見景象的綜合和某個限定性區域的雙重含義［6］。施呂特爾(O.Schluter1872-1952)是德國景觀學派的創始人，他是從自然與人文現象的綜合外貌角度來理解景觀，倡導景觀研究作為地理學的中心問題，探索由原始景觀變成人類文化景觀的過程。帕薩格(S.Passarge)創造了景觀地理學一詞，于1913年建立了一套地理學性質的景觀學體系，強調對分類要素的描述和解釋。他在小區域的詳細考察方面及在全球范圍內對景觀學的發展作出了貢獻。其代表作有：《景觀學基礎》和《比較景觀學》，他還提出了城市景觀、空間景觀等概念，力求完善景觀形態與分類的解釋。由于中歐地區有限的生態地理空間和較長的開發歷史，使得景觀外貌呈現出高度的人文化，同時由于德國地理學研究有著很深的地質地貌學淵源，因而德國的景觀地理學以重視人文景觀及具有強烈的地理、地貌學色彩為其特色，制圖分析是其主要研究方法［7～9］。1939年特羅爾(G.Troll)在利用航空像片判讀進行東非土地利用研究時，提出了“將地理學的區域空間分析與生態學的結構功能研究相結合“的景觀生態學新方向，這一思想對歐美各國的景觀學研究產生了重大影響。

　　美國的景觀地理學深受德國的影響，索爾(C.O.Sauer)也是從地貌入手轉入文化地理研究，他于20年代中期發表的著作“景觀形態學“，把景觀看作地表的基本單元，認為景觀是由自然與文化要素兩部分疊加而成。以他為代表的伯克利(Berkeley)學派研究了大量景觀變遷的實例，揭示了人在改變地球面貌中的作用，促進了景觀學派的發展。

　　按照A.F.伊薩欽科的觀點(1959)，景觀學說與自然地理分異理論和綜合自然區劃一起構成了俄國與蘇聯景觀地理學的三大理論成就［2］。與德國和美國的地理學家不一樣，原蘇聯的地理學家多偏重于自然景觀的研究，認為自然景觀即自然綜合體是自然地理學的主要研究對象，景觀的類型方向和區域方向并存。這當然是與原蘇聯的國土遼闊、開發程度較低有關。貝爾格(L.S.Berg)發表了“蘇聯景觀地帶“提出了關于自然區以下尺度土地單元的等級與類型劃分的景觀學說，主要依據植物群落和地形單元的組合。1942年蘇卡切夫(V.N.Sukachev)提出了與生態系統相近似的生物地理群落概念，并將其作為景觀的最小單元，重點研究群落各組成成分之間的物質循環與能量交換。60年代，蘇聯開始了景觀結構與功能的定位實驗研究，著重于水熱平衡、生物地球化學過程的監測和實驗，波雷諾夫(B.B.Poleinov)建立了景觀地球化學的研究方向，卡列斯尼克(S.V.Kalesnik)提出景觀學定義和景觀分類、類型和結構等概念。A.A.克勞克利斯的“實驗景觀學“和B.Б.索恰瓦的“地理學系統學說導論“作為其理論總結，反映了蘇聯地理景觀研究的實驗思想、系統思想和生態學方向的新趨勢［2］。

　　德國和蘇聯在景觀地理學方面的理論成就，特別是關于自然區劃和土地單元的等級、類型劃分的理論與方法，在第二次世界大戰以后激發了歐美各國廣泛的應用研究，包括景觀及其以下尺度的土地資源分類、評價和區劃規劃、景觀制圖、景觀設計和綜合管理。其中荷蘭、捷克斯洛伐克、加拿大、澳大利亞和英國等國的工作形成了很有特色的理論和方法體系，特別是引進生態學的思想和方法，廣泛應用遙感和地理信息系統手段為景觀學的新發展注入了強大的活力。概言之，1950年以前的景觀學主要是地理學性質，植被、土地利用與環境的關系只是作為自然綜合體中不同要素的相互關系。其后的景觀學經過三十多年的應用與發展，生態系統概念的影響日漸深入，生物(包括人類)與環境的關系問題成為景觀結構的中心，研究從分析走向預測。80年代以來，景觀學再次成為地理科學中的矚目問題，在景觀的形態與發生、景觀的穩定與演化、景觀的分析與綜合、景觀與環境、景觀的價值與應用等方面都有長足的發展，并產生了若干新的分支，如景觀生態學、景觀地球化學、人文景觀學等。

　　2　景觀地理學的推陳出新

　　景觀學本來是從綜合自然地理學中脫胎而來，在蘇聯經多方面發展，景觀地理學形成了第一個高峰，但是后來一些學者的經院式研究使其逐步進入了死胡同。80年代以后北美景觀生態學的興起，為景觀學帶來了新的理論突破，加之在廣泛應用中的技術發展，形成了景觀學的第二個高峰。目前新一代的景觀科學可以景觀生態學為代表，在理論層面上包括原有的景觀地理學和景觀地球化學等，在應用層面上包括景觀建筑規劃學，景觀生態建設(建設地理學與建設生態學)等和眾多的交叉分支學科。除了研究范圍的擴大與原有研究內容的深化，景觀科學的推陳出新還突出表現在以下幾個方面：

　　1)新一代景觀科學突破了原先只是從類型和區域角度對自然綜合體進行研究，發展到從過程與類型(或區域)兩方面對自然-人文綜合體進行有強烈應用色彩的研究。除空間結構與地域分異以外，地理過程與生態過程也成為研究的重心［10］。

　　2)從單純的地理過程研究發展到人地相互作用過程的研究。人地關系中地域關系的優化是區域可持續發展研究的基礎，而以可持續空間格局的研究為熱點。在景觀和區域尺度上對人地關系的調整和構建可稱之為景觀生態建設，這應成為建設地理學的研究重點［11］。

　　3)學科的交叉融合極大地豐富和發展了景觀科學，并形成了若干新的學科框架體系。如理論地理學與宏觀生態學的交叉形成了景觀生態學；而在應用層面上，可以說建設地理學與生態工程學的交叉形成了景觀生態建設這一新的研究范疇。國際景觀生態學會的新會章中對于景觀生態學作出了如下的新定義(IALE mission statement, 1998)：“景觀生態學是對于不同尺度上景觀空間變化的研究，它包括景觀異質性的生物、地理和社會的原因與系列，無疑它是一門連接自然科學和相關人類科學的交叉學科。“可見景觀研究還涉及自然與人文科學的交叉，如景觀生態美學、生態經濟學與環境倫理學等。
　　關于景觀生態建設可定義為一定區域、跨生態系統、適于特定景觀類型的生態建設措施，以景觀單元的空間結構調整或重新構建為基本手段，改善受脅迫或受損失的生態系統的功能，提高景觀系統的總體(生物)生產力。其主要內容包括：景觀空間結構的調整，優化組合原有景觀組分或引入新的成分；控制人類活動的方式與程度，補償與恢復景觀的生態功能；按生態學規律進行可更新自然資源的開發與生產活動；建設與自然系統和諧協調、適于人類生存的可持續景觀模式等［11］。

　　3　景觀生態學的理論貢獻

　　景觀生態學在當代景觀科學中的“一枝獨秀“，是因為其認識論和方法論上的進步，為一種正在形成中的“尺度-等級系統“新模式作出了重要的理論貢獻［12］。從科研認識論的角度對于景觀生態學的核心概念和一般原理可作如下歸納［13］：

　　3.1　景觀系統的整體性和景觀要素的異質性

　　景觀是由景觀要素(elements)有機聯系組成的復雜系統，含有等級結構，具有獨立的功能特性和明顯的視覺特征，是具有明確邊界、可辨識的地理實體。一個健康的景觀系統具有功能上的整體性和連續性，只有從系統的整體性出發來研究景觀的結構、功能和變化才能得出正確的科學結論。景觀系統同其它非線性系統一樣，是一個開放的、遠離平衡態系統，具有自組織性、自相似性、隨機性和有序性等特征。異質性本是系統或系統屬性的變異程度，而對空間異質性的研究成為景觀生態學別具特色的顯著特征，它包括空間組成、空間構型和空間相關等內容。異質性同抗干擾能力、恢復能力、系統穩定性和生物多樣性有密切關系，景觀異質性程度高有利于物種共生而不利于稀有內部種的生存。景觀格局是景觀異質性的具體表現，可運用負熵和信息論方法進行測度。景觀異質性也可理解為景觀要素分布的不確定性，其出現頻率通常可用正態分布曲線描述［10］。

　　3.2　景觀研究的尺度性

　　尺度是研究客體或過程的空間維和時間維，可用分辨率與范圍來描述，它標志著對所研究對象細節了解的水平。在景觀學研究中，空間尺度是指所研究景觀單元的面積大小或最小信息單元的空間分辨率水平，而時間尺度是其動態變化的時間間隔。景觀生態學的研究基本上對應于中尺度范圍，即從幾平方公里到幾百平方公里、從幾年到幾百年［14］。

　　格局與過程的時空尺度化是景觀生態學的研究熱點，尺度分析和尺度效應受到格外重視和發展［15］。尺度分析一般是將小尺度上的斑塊格局經過重新組合而在較大尺度上形成空間格局的過程，與之相伴的是斑塊形狀趨向規則化以及景觀類型的減少。尺度效應表現為：最小斑塊面積和隨尺度增大而增大，其類型則有所轉換，景觀多樣性減小。通過建立景觀模型和應用GIS技術，可以根據研究目的選擇最佳尺度，并對不同尺度的研究成果進行轉換。由于景觀尺度上進行控制性實驗代價高昂，因此尺度的轉換技術愈顯重要。尺度外推涉及到如何穿越不同尺度約束體系的限制，至今仍是一難點。

　　時空尺度的對應性、協調性和規律性是一重要特征，通常研究地區越大、相關的時間尺度越長，生態平衡即自然界在動蕩中表現出的與尺度有關的協調性。生態系統在小尺度上常表現出非平衡特征，而大尺度上仍可體現出與平衡模型相似的結果，景觀系統常常可以克服其中局部生物反饋的不穩定性。

　　尺度性與持續性有著重要聯系，細尺度生態過程可能會導致個別生態系統出現激烈波動，而粗尺度的自然調節過程可提供較大的穩定性。在較高尺度上，作為非線性耗散系統演化中一種普遍現象的混沌可提高景觀生態系統的持續性而避免碎裂種群(Metapopulation)滅絕。大尺度空間過程包括土地利用和土地覆蓋變化、生境破碎化、引入種的散布、區域性氣候波動和流域水文變化等。在更大尺度的區域中，景觀是互不重復、對比性強、粗粒格局的基本結構單元。景觀和區域都在“人類尺度“上即在人類可辨識的尺度上來分析景觀結構，把生態功能置于人類可感受的范圍內進行表述，這尤其有利于了解景觀建設和管理對生態過程的影響。在時間尺度上，人類世代即幾十年的尺度是景觀生態學關注的焦點。

　　3.3　景觀結構的鑲嵌性(Mosaic)

　　景觀空間異質性通常表現為梯度與鑲嵌，后者的特征是對象被聚集形成清楚的邊界，連續空間發生中斷和突變。土地鑲嵌性是景觀的基本特征之一，forman提出的斑塊-廊道-基質模型即是對此的一種理論表述［16］。

　　景觀斑塊是地理、氣候和生物、人文因子影響所成的空間集合體，具有特定的結構形態，表現為物質、能量或信息的輸入與輸出單位。斑塊的大小、形狀不同，有規則、不規則之分；廊道曲直、寬度不同，連接度也有高有低；而基質更顯多樣，從連續到孔隙狀，從聚集態到分散態，構成了鑲嵌變化、豐富多采的景觀格局。空間格局是景觀功能流的主要決定因素，而這些景觀形態結構又是昨天的流所產生。結構和功能，格局與過程之間的聯系和反饋是景觀生態學的基本命題。

　　景觀鑲嵌的測定包括多樣性、邊緣、中心斑塊和斑塊總體格局測定等方面，包括多樣度、優勢度、相對均勻度、邊緣數、分維數、斑塊隔離度、易達性、斑塊分散度、蔓延度等指標。此外，網絡理論、中心位置理論、滲流理論(隨機空間模型)等也被用于景觀空間結構的研究。

　　3.4　生態流的空間聚集與擴散

　　生物物種與營養物質和其它物質、能量在景觀組分間的流動被稱為生態流(eco-flow)，它們是景觀中生態過程的具體體現。受景觀格局的影響，這些流分別表現為聚集與擴散，以水平流為主，它需要通過克服空間阻力來實現對景觀的覆蓋與控制。物質運動過程同時總是伴隨著一系列能量轉化過程，斑塊間的物質流可視為在不同能級上的有序運動，斑塊的能級特征由其空間位置、物質的組成、生物因素以及其它環境因素所決定。

　　景觀空間要素間物種的擴散與聚集，礦質養分的再分配速率通常與干擾強度成正比，穿越邊緣的能量與生物流隨異質性的增大而增強。無任何干擾時，景觀水平結構趨勢于均質化，而垂直結構的分異更加明顯。

　　生態流的傳輸機制有風、水、飛行動物、地面動物和人，其驅動力可分為擴散、傳輸和運動，后二者是景觀尺度上的主要作用力。擴散形成最少的聚集格局，傳輸居中，而運動可在景觀中形成最明顯的聚集格局。

　　景觀的邊緣效應對生態流有重要影響，它可起到半透膜的作用，對通過的生態流進行過濾。此外，在相鄰景觀要素處于不同發育期時，可隨時間轉換而分別起到源和匯的作用。

　　3.5　景觀演化的不可逆性與人類主導性

　　景觀變化的動力機制有自然干擾與人類活動影響兩個方面。由于當今世界上人類活動影響的普遍性與深刻性，對于作為人類生存環境的各類景觀而言，人類活動對于景觀演化無疑起著主導作用，通過對變化方向和速率的調控可實現景觀的定向演變和可持續發展［17］。

　　景觀穩定性取決于景觀空間結構對于外部干擾的阻抗及恢復能力，其中景觀系統所能承受人類活動作用的閾值可稱為景觀生態系統承載力。其限制變化為環境對人類活動的反作用，如景觀空間結構的擁擠程度、景觀中主要生態系統的穩定性、可更新自然資源的利用強度、環境質量以及人類身心健康的適應與感受性等。

　　景觀系統的演化方式有正、負反饋兩種。負反饋有利于系統的自適應和自組織，保持系統的穩定，是自然景觀演化的主要方式；而不穩定則與正反饋相聯系。從自然景觀向人工景觀的轉化多為正反饋，如圍湖造田、毀林開荒和城市擴張等。耗散結構理論揭示，非平衡不可逆性是組織之源、有序之源，通過漲落達到有序。景觀系統的演化亦符合這一規律，人類活動打破了自然景觀中原有的生態平衡，放大了干擾，改變了景觀演化的方向并創造出新的生態平衡，重新實現景觀的有序化。

　　3.6　景觀價值的多重性

　　景觀作為一個由不同土地單元鑲嵌組成，具有明顯視覺特征的地理實體，兼具經濟、生態和美學價值，這種多重性價值判斷是景觀規劃和管理的基礎。景觀的經濟價值主要體現在生物生產力和土地資源開發等方面，其生態價值主要體現為生物多樣性與環境功能等方面，這些均已研究清楚。而景觀美學價值卻是一個范圍廣泛、內涵豐富，比較難以確定的命題。隨著時代的發展，人們的審美觀也在變化，人工景觀的創造是工業社會強大生產力的體現，城市化與工業化相伴生；然而久居高樓如林、車聲嘈雜、空氣污染的城市之后，人們又企盼著親近自然和返回自然，返樸歸真成為時尚。

　　關于景觀美學值量的量度可從人類行為過程模式和信息處理理論等方面進行分析，不同民族和文化傳統對此有深刻影響。如中國的園林景觀和歐洲相比特色較鮮明，它注重野趣生機、自然韻味，情景交融、意境含蓄，以小見大、時空變換，增加景觀容量與環境氛圍。

　　價值優化是管理和發展的基礎，景觀規劃和設計應以創建宜人景觀為中心。景觀的宜人性可理解為比較適于人類生存、體現生態文明的人居環境，包括景觀通達性、建筑經濟性、生態穩定性、環境清潔度、空間擁擠度、景觀優美度等內容，當前許多地方對于居民小區綠、靜、美、安的要求即是這方面的通俗表達。景觀特別重視景觀要素的空間關系，如形狀和大小、密度和容量、連接和隔斷、區位和層序……，如同它們所含有的物質和自然資源質量一樣重要。如城市景觀規劃應注意合理安排城市空間格局，相對集中開敞空間(open space)，建筑空間要疏密相間；在人工環境中努力顯現自然；增加景觀的視覺多樣性；保護環境敏感區和推進綠色空間體系建設。

　　4　景觀規劃建筑學的實際應用與發展

　　景觀規劃建筑學(Landscape Architecture)是適應現代社會發展需要而產生的一門工程應用性學科，它是景觀科學與建筑學的交叉，城市規劃、風景園林設計與景觀生態學的交叉。這門學科在美國已有百余年的歷史，F.L.Qlmsted于1863年就提出了Landscape Architecture的概念，并首先在紐約中央公園的設計和建造中提出了一系列建設城市公園綠地系統的思想，?quot;創造性地利用景觀，使城市環境變得自然而適于居住“，使自然與城市生活相融合，將生態思想與景觀設計相結合，美國許多大學開設“景觀規劃建筑“課程遠早于景觀生態學，但是80年代以后北美景觀生態學的興盛無疑為景觀建筑與景觀規劃注入了新的活力。這一階段有3本有影響的書，即I.Mcharg 1969年出版的“設計結合自然“(Design With Nature)， C.A.Smyser1982年出版的《自然的設計》(Nature“s Design)和H.Hough1984年出版的《城市形態與自然過程》(City from and Nature Process)，他們在應用中豐富和發展了景觀生態學的思想，并將景觀規劃建筑學納入到現代景觀科學的范疇。

　　關于“景觀建筑“(Landscape Architecture)通常定義為集中活動區建筑物與周圍環境的整體配置與構建，可分為小區(Site)、城市(Urban)和區域(Region)等不同尺度的景觀設計和規劃，包括土地發展規劃、生態規劃、景觀設計和人文因素等不同側重點。近來關于人居環境的研究漸成熱點，其內容包括自然環境、人口(居民)、社會結構、建筑與城市以及交通、通訊網絡等。景觀規劃建筑學在人居環境研究中起到了十分重要的作用。城市屬于一種人工創造的、以建筑物為基質的特殊人類文明景觀，具有高密度(空間擁擠)、高流量(能流、物流、信息流大)的特點，景觀建筑規劃追求的目標是把自然引入城市和使建筑體現文化。這門應用學科的發展具有鮮明的時代特征，符合人類走向綠色文明的浪潮，同時也推動了景觀科學的革新和發展。

　　5　我國景觀生態學研究的重要成果

　　自80年代景觀生態學被林超、黃錫疇、陳昌篤等介紹到中國之后，第一批結合中國實際進行研究的成果有地理學報發表的黃錫疇等“長白山高山苔原的景觀生態分析“(1984)和景貴和的“土地生態評價與土地生態設計“(1986)。應用生態學報發表的肖篤寧等“沈陽西郊景觀格局變化的研究“(1990)等幾篇論文。黃錫疇的文章應用景觀地球化學的方法對我國一類極具特色的景觀進行了別開生面的剖析；景貴和的文章則將景觀生態學的思想應用到土地類型和評價的研究，反映出加拿大和澳大利亞土地生態學派的特點；其后傅伯杰、王仰麟等在這個方向先后開展了深入的工作，主要集中于黃土高原和華北地區的農業景觀。肖篤寧的文章首次將美國景觀生態分析的方法引入我國并運用于研究城郊景觀，對于景觀空間格局的指標提出了若干創見。其后景觀格局的研究漸成熱點，對農區、林區、城郊、城市以至于風景名勝區景觀格局的研究論文層出不窮［18］。

　　隨著景觀生態研究的蓬勃開展，先后召開過兩次全國性的學術交流會(1989沈陽，1996北京)和一次國際性的學術交流會(1998沈陽)，同時在地理學會和生態學會主持召開的有關學術活動中也有大量的景觀生態學論文。出版的景觀生態學研究成果有：肖篤寧主編的《景觀生態學理論、方法及應用》(中國林業出版社，1991)董雅文著《城市景觀生態》(商務印書館，1993)，徐化成編《景觀生態學》教材，中國林業出版社，1996)，俞孔堅著《景觀：文化、生態與感知》(科學出版社，1999)，肖篤寧主編《景觀生態學進展》(湖南科技出版社，1999)。據不完全統計，1985年以來國內重要的地理學、生態學刊物共發表景觀生態學研究論文六十余篇，具體案例研究論文約占一半，其中格局研究的占44%，景觀評價與對策研究占25%，主法研究論文占12%。從文章發表的時段分析，95年以后發表文章劇增，每年達到10篇。其中傅伯杰［19］、陳利頂對于景觀多樣性的研究，俞孔堅對景觀安全格局的研究，徐化成、郭晉平對森林景觀的研究，肖篤寧、胡遠滿、王憲禮對濕地景觀的研究，高瓊對草地景觀的研究，吳兆錄對景觀尺度生物多樣性保護的研究，崔海亭對農牧交錯帶景觀和環境變化的研究，曾輝對經濟快速增長區景觀變化的研究，邵國凡、謝志霄對景觀動態模型的研究，尹澄清對于水陸交錯帶景觀的研究，趙羿對城郊景觀的研究，李秀珍對巖溶區景觀生態脆弱性的研究，賈寶全、王根緒對干旱區景觀生態的研究等等，都是比較有影響的成果。還需要指出的是，景貴和(1991)、肖篤寧(1997)提出的景觀生態建設理論與實踐總結［20，21］，顯示出景觀規劃與景觀管理的中國特色，強調在人地相互作用研究中貫徹積極的生態平衡思想和新的人地觀，反映了以人類為主導的格局與過程關聯研究的新方向。

作者簡介：肖篤寧中國科學院沈陽應用生態研究所研究員，國際景觀生態協會副主席

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