景观生态学在水土保持中的应运

景观生态学在水土保持中的应运摘要：景观生态学是20世纪80年代迅速崛起的一门交叉学科,它已被广泛运用于多个学科领域。本文希望通过借鉴景观生态学原理，完善土壤侵蚀学在宏观尺度上研究的不足。从景观水平上综合考虑，从中找出主要的生态因子，讨影响水土流失的众多因素。从整体出发，考虑各种生态因子，探讨土壤侵蚀学、水土流失动态监测等的景观生态学本质，并从大尺度的研究中才可以找出治理的对策。关键词：景观生态学；水土保持；土壤侵蚀；水土流失监测前言景观生态学是本世纪70年代以后蓬勃发展起来的一门新兴的交叉学科。它以生态学理论框架为依托,吸收现代地理学和系统科学之所长,研究景观和区域尺度的资源、环境经营与管理问题。具有综合整体性和宏观区域性特色，并以中尺度的景观结构和生态过程关系研究见长。自80年代后期以来,逐渐成为世界上资源、环境、生态方面研究的一个热点。景观生态学是20世纪80年代迅速崛起的一门交叉学科，它已被广泛运用于多个学科领域。与传统的生态学相比，更强调空间异质性、等级结构与尺度在研究生态格局与过程中的重要性，以及人类活动对生态系统的影响，尤其突出了空间结构与生态过程在多个尺度上的相互作用。随着景观生态学的不断发展和完善，景观生态学原理也日渐成熟,成为其他学科借鉴的重要内容。目前对土壤侵蚀的研究多集中在坡面尺度,但是土壤侵蚀在小尺度上的研究只可以摸清其机制,而在大尺度的研究中才可以找出治理的对策。水土流失是人们关注的主要陆地生态过程之一，目前研究景观格局与水土流失时，更多的是利用小区的观测试验结果来推断大尺度上景观(土地利用)格局对水土流失的影响，但许多研究表明，随着尺度增加，水土流失的发生机制会发生明显的改变。近年来，景观生态学理论作为一种方法体系用来指导水土保持工作，是景观生态学应用方面比较活跃的领域。本文希望通过借鉴景观生态学原理，从整体出发,考虑各种生态因子，完善土壤侵蚀学在宏观尺度上研究的不足。一、景观生态学与水土流失等相关概念1.1景观生态学的相关概念景观是一个由不同地理单元镶嵌组成，具有明显特征的地理实体，它处于生态系统之上大地理区域下的中间尺度，兼具经济、生态和文化多重价值。景观生态学以景观为研究对象，重点研究景观的结构、功能和变化，以及景观的科学规划和有效管理的一门宏观学科。景观生态学基本理论耗散结构与自由组织理论，等级系统理论，空间异质性与景观格局，空间镶嵌与生态交错带,景观连接度与渗透理论，岛屿的生物地理学理论，原理是景观的系统整体性原理，景观生态研究的尺度原理，景观生态流与空间再分配原理，景观的镶嵌结构原理景观的结构是景观中景观要素要素的类型、分类属性和数量关系的特征（斑块-廊道-基质）景观的格局是景观中景观要素在空间上的组合配置关系及其变化规律（规则均匀聚集线状平行）。景观功能:景观内能量和物质的流动所引起的景观各要素之间的空间相互作用及其表现出的效果（生产生态美学文化）。1.2水土保持相关概念水土流失：指在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失包括土地表层侵蚀和水土损失。荒漠化：由于人为和自然因素的综合作用，使得干旱、半干旱甚至半湿润地区土地退化（包括盐渍化、草场退化、水土流失、土壤沙化。水土流失与荒漠化是进行水土保持与荒漠化防治的原因二、景观生态学原理及其在土壤侵蚀学中的应用景观生态学原理开始运用于土壤侵蚀学中。目前对土壤侵蚀的研究多集中在坡面尺度，但是土壤侵蚀在小尺度上的研究只可以摸清其机制，而在大尺度的研究中才可以找出治理的对策.而应该从景观水平上综合考虑，从中找出主要的生态因子，讨论影响水土流失的众多因素.从整体出发，考虑各种生态因子，完善土壤侵蚀学在宏观尺度上研究的不足。2.1等级理论和尺度效应等级是一个由若干单元构成的有序系统，每一级组成单元相对于低层次表现出整体特性，而对于高层次表现出从属性或受制约性.根据等级理论，复杂系统可以看作是由具有离散性等级层次组成的等级系统。对于土壤侵蚀研究来说，坡面尺度、流域尺度、区域尺度是研究的三个主要等级。在坡面尺度上，对土壤侵蚀的研究主要集中在降雨因子、土壤可蚀性因子、坡度坡长因子、作物经营管理因子和土壤侵蚀控制措施因子。而在流域尺度，主要的研究集中在植被覆盖度因子和土地利用因子，但是大多是统计和规律分析，对于它们的影响机制涉及的比较少。从流域角度看，土地利用是一个很好的研究对象.因为它包含坡面尺度上作物经营管理和土壤侵蚀控制措施因子，而且它由于受人为因素影响严重，因此给土壤侵蚀赋予了人类影响的因素，符合目前人为加剧侵蚀的现状.但是对土地利用的研究应加强以下两个方面，一是加强对机制的研究，用模型或较为通用的方法加强定量研究。二是加强区域间的对比研究.区域间的土地利用与土壤侵蚀关系的对比研究除了要考虑土地利用格局的差异，还要考虑降雨、土壤、地貌等综合因素。尽管这样的研究存在一定的难度，但具有较高的研究价值。2.2渗透理论和源汇系统理论土壤侵蚀是一种水流和土流的运动过程，这种运动往往会因为地面物质而改变，或加剧或减缓.由于土壤侵蚀是一种重力运动，因此相对高差在决定运动速度和方向上起着绝对作用。因此土地利用格局可以在一定程度上改变土壤侵蚀的程度，尤其是在等高方向和顺坡方向的格局特征，对于判断土地利用格局对土壤侵蚀的作用有重要意义。土地利用格局中的一些带状斑块对土壤侵蚀起着“渗透膜”的作用，当这些斑块的阻碍作用达到一定程度后，就能阻止土壤侵蚀，淤地坝就是应用了这一原理，使坝前地不断淤积，最终形成良田。2.3格局过程关系理论景观格局一般是指其空间格局，即大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合，包括景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置。景观格局与土壤侵蚀过程的研究往往体现在土地利用格局对土壤侵蚀的影响上。土地利用格局对土壤侵蚀的影响往往表现在三个方面.一是不同斑块大小，包括不同类型斑块面积所占比例和每类斑块破碎度；二是斑块的形状，由于不同斑块对于土壤侵蚀的功能不同，因此不同斑块的不同形状对于土壤侵蚀都有不同的意义。比如沿等高方向的林地带状斑块对土壤侵蚀有阻碍作用，而顺坡方向的耕地斑块对土壤侵蚀则有加剧作用；三是斑块的排列顺序，尤其是在沿坡面方向土地利用类型的排列顺序不同，对土壤侵蚀的影响也不同。对于景观格局的数量表示方法目前有很多种，但专门针对土壤侵蚀的还比较缺乏。针对土壤侵蚀的景观格局指数的确立要依据土壤侵蚀发生的机制和影响因素。三、景观格局分析法在水土流失动态监测中的应用3.1多样性指数多样性指数反映景观中类型的多样性。多样性指数采用信息论的hanon-Weaner指数来表示.其计算公式为：例如，若两个时期的多样性指数增加，说明景观异质化程度在增高，景观类型所占面积在减小。分析不同景观要素的变化，可指示出水土流失的变化趋势。如果监测区内若干年前主要由草地控制，而监测当年主要由侵蚀斑块控制，这就说明监测区内水土流失正在加剧。分析和了解加剧的原因，即找到造成这种情况的根源。3.2优势度指数优势度指数计测景观中一种或几种景观类型支配景观的程度，Hmax—监测区内各类景观所占比例相等时，景观拥有的最大多样性指数。支配能力较弱景观类型的影响在增强，而对景观类型起控制作用的景观类型的影响在减弱。这与多样性指数和优势度指数的分析结果应该是一致的。假如侵蚀斑块的均匀度指数在监测当年与若干年前变化不大，也可揭示出其向均匀化发展的趋势。3.3均匀度指数均匀度指数是描述景观中不同景观类型分配均匀程度，其计算公式为：式中：E—均匀度指数：H—Simpson修正的指数。3.4马尔可夫转移矩阵模型马尔可夫转移矩阵模型在景观格局上的应用，关键是转化概率的确定问题。有研究表明，转化概率可通过不同区段时间内斑块的平均年转化概率作为矩阵中的元素，则转移矩阵模型式中：Pij为斑块i向斑块j的转化速率。对比不同历史时期航片或卫片，利用马尔可夫转移矩阵模型，不仅能说明不同程度水土流失土地之间相互转化的状况，而且能用来分析水土流失土地与其它景观要素(农地、草灌地、林地等)之间的转化情况来揭示它们之间的转移速率。分析若干年前和监测当年监测区内景观类型之间的相互变化，结果表明造成侵蚀景观发展的原因是多方面的，有自然因素，也有人为因素。这就要视具体情况具体分析.自然因素如滑坡、泥石流、崩塌、陷穴、泻溜等，人为因素如过度放牧、滥采、滥挖、修建公路、开矿等。从而提出有效的保护措施和必要治理的途径，并为水土保持监督执法提供依据。景观分析方法在水土流失监测上具有广阔的应用空间，辅以“3S”技术，更加突出了它动态、即时、灵活的综合分析的特点.景观系统分析的理论和方法均在发展之中，还有许多技术问题尚需解决。四、景观生态学对水土保持与荒漠化防止的应用4.1景观生态原理及其在土壤侵蚀学中的应用景观生态学原理开始运用于土壤侵蚀学中，目前对土壤侵蚀的研究多集中在坡面尺度，但是土壤侵蚀在小尺度上的研究只可以摸清其机制，而在大尺度的研究中才可以找出治理的对策应该从景观水平上综合，考虑从中找出主要的生态因子，讨论影响水土流失的众多因素。从整体出发考虑各种生态因子完善土壤侵蚀学在宏观尺度上研究的不足。等级是一个由若干单元构成的有序系统，每一级组成单元相对于低层次表现出整体特性，而对于高层次表现出从属性或受制约性。根据等级理论，复杂系统可以看作是由具有离散性等级层次组成的等级系统。对于土壤侵蚀研究来说坡面尺度、流域尺度、区域尺度是研究的三个主要等级，在坡面尺度上对土壤侵蚀的研究主要集中在降雨因子土壤可蚀性因子、坡度坡长因子、作物经营管理因和土壤侵蚀控制措施因子。而在流域尺度主要的研究集中在植被覆盖度因子和土地利用因子，但是大多是统计和规律分析对于它们的影响机制涉及的比较少，从流域角度看，土地利用是一个很好的研究对象，因为它包含坡面尺度上作物经营管理和土壤侵蚀控制措施因子，而且它由于受人为因素影响严重，因此给土壤侵蚀赋予了人类影响的因素符合目前人为加剧侵蚀的现状，但是对土地利用的研究应加强以下两个方面：一是加强对机制的研究，用模型或较为通用的方法加强定量研究；二是加强区域间的对比研究区域间的土地利用与土壤侵蚀关系的对比，研究除了要考虑土地利用格局的差异，还要考虑降雨土壤地貌等综合因素。尽管这样的研究存在一定的难度，但具有较高的研究价值土壤侵蚀是一种水流和土流的运动过程，这种运动往往会因为地面物质而改变或加剧或减缓，由于土壤侵蚀是一种重力运动，因此相对高差在决定运动速度和方向上起着绝对作用，因此土地利用格局可以在一定程度上改变土壤侵蚀的程度，尤其是在等高方向和顺坡方向的格局特征，对于判断土地利用格局对土壤侵蚀的作用有重要意义。土地利用格局中的一些带状斑块对土壤侵蚀起着渗透膜的作用，当这些斑块的阻碍作用达到一定程度后就能阻止土壤侵蚀，淤地坝就是应用了这一原理，使坝前地不断淤积最终形成良田。4.2景观生态学原理在水土保持与荒漠化防止中的应用水土流失与荒漠化一直是生态学研究中的一个重要领域，也是一个严峻的资源环境问题。水土流与荒漠化失造成了大面积的生态系统退化和环境灾变，严重地影响了社会经济的可持续发展。因此，水土保持与荒漠化防治成为一项刻不容缓的工程。然而，我们应该采取什么样的方法进行这项严峻的工程呢？现在我们普遍采用的方法有：生物措施、工程措施和农耕措施。我们进行水土保持与荒漠化防治的目的是为修复退化的生态系统，或者可以说减缓景观的破碎化。在不同的地域，不同的气象条件，不同的生态环境，我们会采取不同的方法。当然生物措施是我们首选的措施，如果条件实在不允许我们才考虑用工程措施。五、结论伴随着生态系统结构、功能的变化过程，土地沙漠化发生发展。在变化过程中,由于生境的破坏,系统的功能受阻或不能正常进行,其生物多样性也遭到威胁或破坏。沙漠化过程中融合着当地地区景观的变化过程；沙漠化的研究同样包含着景观生态学的研究内容,即系统的结构、功能变化及生态作用的研究。所以景观生态学原理在沙漠化的研究过程中有着重要的意义。但是应该注意的是沙漠化研究包括宏观、中等和微观尺度的变化,而景观生态学的研究一般以中等和宏观尺度