第六章-景观生态分类

第六章景观生态分类概述景观生态分类是景观生态研究的重要组成部分，它不仅是进行景观格局分析、景观评价、规划与设计的基础和前提，也是景观生态学理论与实践相结合的重要环节，其实质是根据景观系统内部水热状况的分布和物质能量交换形式的差异以及人类活动能够对景观的影响统一考虑景观的自然属性、生态功能和空间形态特征，按照一定的原则用系列指标反映这些差异，从而可以将各种景观生态类型进行划分和归并，并构筑景观生态分类体系。1.景观生态分类的概念与原则1.1景观生态分类的概念既是景观结构与功能研究的基础，又是景观生态规划、管理等应用研究的前提条件，是景观生态学理论与应用研究的纽带。景观生态分类理论和方法论方面的进展，在很大程度上能够反映整个学科的发展水平。由于景观生态分类是早期生态土地分类和景观分类的深化，是新兴景观生态研究的重要组成部分，因此，其概念由以下2个方向进行阐述。（1）土地分类19世纪末期，景观的概念被引入地理学，渐渐成为了土地分类的深化方向。科学的土地分类始于20世纪30年代，德、苏、英、美等国开展了较广泛土地和景观研究。20世纪中叶，人们意识到仅注重单一资源开发和管理产生了一系列严重的社会和生态后果。因此，根据生态原则进行土地分类研究的新方法便孕育而生，即生态土地分类。（1）土地分类生态土地分类是按照等级巢式组织，对不同时空尺度上的生态系统进行定义、认知和表达的科学方法和艺术手法的综合，是为设计、实践和评价基于生态系统的可持续性、生物多样性保护和综合资源管理等各种管理目的而进行的科学尝试。因此，与单一的土地分类有所区别，其关注的核心是生态系统。（2）景观生态分类景观生态分类是土地分类的深化，也是新兴景观生态研究的重要组成部分。其基本思想与生态土地分类一脉相承，强调以系统的观点进行多要素综合研究，是以着眼于土地形成过程、以发生的关联与相似性为依据进行分类的发生法，与通过景观空间形态分异性的识别进行分类的景观法相结合的综合分类方法。景观生态分类不仅强调土地水平方向的空间异质性，还力图综合土地单元的过程关联和功能一致性，把土地视为特殊的生态系统。（2）景观生态分类肖笃宁等（2003）将景观生态分类定义为根据景观生态系统内部水热状况的分异、物质和能量交换形式的差异以及反映到自然要素和人类活动的差异，按照一定的原则、依据、指标，把一系列相互区别、各具特色的景观生态类型进行个体划分和类型归并，揭示景观的内部格局、分布规律、演替方向。因此，景观生态分类是包括分类和制图在内的一个整体的过程。1.2景观生态分类的原则首先，要根据研究目标和尺度，确定景观单元的等级，再根据不同的空间尺度或图形比例尺确定分类的基础单元；其次，景观生态分类应体现出景观的空间异质性和组合，即不同景观之间相互独立又相互联系；最后，景观分类要反映出控制景观形成过程的主要因子。景观分类包括单元确定和类型归并，单元确定以功能关系为基础，类型归并以空间形态为指标。景观生态分类除遵循景观生态学结构和功能原理、景观动态原理等基本原理外，还应遵循其他一些原理。（1）等级理论尺度问题反映到景观分类系统中就是景观分类等级体系的确定。高层的分类标准应该具有广泛综合而概括的特性，以稳定因素为主；低层的分类标准则是确定景观单元小尺度上的差异，可以考虑多变的因素。景观分类必须在明确景观单元等级的前提下，根据不同空间尺度和图形比例尺的要求，来确定分类的基础单元，同时分类过程应包括单元确定和类型归并2个步骤，来体现景观的层次性和等级性。（1）等级理论有2种主要的过程可以进行分类，在实际应用上二者往往结合起来使用。分解式分类或自上而下的分类：根据研究对象的各不同部分之间的区别，从最高等级层次开始，逐渐将对象分解成区域或单元。聚集式分类或自下而上的分类：根据外貌特征和相关属性的相似性，从最低等级层次开始，将基本的单元聚集成类，也称类型化。聚集式分类是纯粹的数量化和抽象过程，不考虑景观生态单元的形状及其空间分布和位置。在现实中人们常常会发现上述2种分类原则的结合。（2）综合性和主导型原则景观是区域综合体，因而对其分类应体现出综合体特征。景观分类要根据与研究内容相关的所要考虑的主要因子来划分景观。景观生态系统特征可以分4个方面来考察：空间形态、空间异质组合、发生过程与生态功能。指标具有可得性、可测性和可比性。（3）目标和实用原则对景观类型的划分，应因其实用目的而定，对同一景观而言，不同的研究者，其目的不同，研究的侧重也不同，因而对景观的分类也就不可能一样。考虑到人类活动对于景观演化的主控性，当前流行的景观分类多在其高级单元中体现出人类活动对景观形成的影响，区分出自然景观和人类主导景观。（4）定性与定量相结合的原则定性分析可以对研究的对象有一个总体的把握和了解，但是缺少可比性的量化指标；定量分析可以明确提出乡村景观类型的界线、景观格局，但是没有总体观。因此，二者相互结合、相互补充是很有必要的。2.景观生态分类体系与方法2.1景观生态分类体系根据景观生态分类的特征及指标选取，分类体系的建立宜采取功能与结构双系列制。功能性分类，是根据景观生态系统的整体特征，主要是生态功能属性来划分归并单元类群，同时要考虑体现人的主导和应用方向的意义。功能至少包括两方面内容：一是类型单元间的空间关联与耦合机制，组合成更高层次地域综合体的整体性特征；二是系统单元针对人类社会的服务能力。从理论上讲，个体景观生态系统的功能一般都不是单一的，却往往具有一个基本体现其自身整体结构特征的主要功能，这是功能分类的基本立足点。2.景观生态分类体系与方法2.1景观生态分类体系根据景观生态分类的特征及指标选取，分类体系的建立宜采取功能与结构双系列制。结构性分类是景观生态分类的主体部分，包括系统单元个体的确定及其类型划分和顶级体系的建立，是以景观生态系统的固有结构特征为主要依据。这里的结构意义，不仅空间形态，也包括发生特征。相对于功能性分类，结构性分类更侧重于系统内部特征的分析，其主要目标是解释景观生态系统的内在规律和特征。2.景观生态分类体系与方法2.1景观生态分类体系在体系构成方面，功能性分类主要是区分出景观生态系统的基本功能类型，归并所有单元于各种功能类型中，分类体系是单层次的。景观生态系统发生过程的多层次性，形成了结构的多等级层次，要求结构性分类只能是多等级的。地球表层地域空间单元的层次由生物圈（biosphere）到生态立地（ecotope）可以划分出许多层次。具体区域研究中，可以分为2个或3个层次，景观生态系统（LES）与景观生态立地（LET）两者之间还可插入景观生态单元（LEU）一级。景观生态分类过程中，要获取一致看法和共同理解，就必须选择具有直观性的一些指标和属性。而进行景观生态系统及其等级结构内在本质和过程关联的客观透视，则有必要选取与发生直接相关的特征和因素。景观生态分类服务于应用目的并试图探析单元的空间关联本质，就必须使用其功能指标和特征。任何分类工作都是综合性的，它们的基本要求也都是以尽可能少的依据和指标反映尽可能多而全面的对象性质。景观生态分类的基本内容就是选取能代表景观生态系统整体特征的几个综合性指标，这也是进行有效而可靠分类的前提。对复杂系统组成要素相互关联无法定量确定时，就难以确定不同指标对系统整体特征的贡献率。太多的指标相互干扰就多，就更难把握分类的可靠性。具体区域的景观生态分类，一般包括3个步骤：第一、根据遥感影像（航、卫片）解译，结合地形图和其他图形文字资料，加上野外调查成果，选取并确定区域景观生态分类的主导要素和依据，初步确定个体单元的范围及类型，构建初步的分类体系。第二、详细分析各类单元的定性和定量指标，表列各种特征。通过聚类分析确定分类结果，逻辑序化分类体系。第三、依据类型单元指标，经由判别分析，确定不同单元的功能归属，作为功能性分类结果。实际上，前两步是结构性分类，第三步属功能性分类。初始分类的主要指标，一是地貌形态及其界线；二是地表覆被状况，包括植被和土地利用等。地貌形态是景观生态系统空间结构的基础，是个体单元独立分异的主要标志。地表覆被状况间接代表景观生态系统的内在整体功能。两者均具直观特点，可以间接甚至直接体现景观生态系统的内在特征，具有综合指标意义。区域不同，景观生态系统的单元分异要素就不相同，类型特征指标中选择的内容就应有所区别，一般包括地形、海拔、坡向、坡度、坡形、地表物质、构造基础、pH值、土层厚度、有机质含量、剥蚀侵蚀强度、植被类型及其覆盖率、土地利用、区位指数气温、降水量、径流指数、干燥度、土壤主要营养成分含量以及管理集约程度等。2.2景观生态分类方法整体方法是一种把生态系统看作整体的研究方法。以景观生态系统的结构作为分类依据，或者说以景观生态系统中生产者、分解者与环境之间的关系作为分类标准；表明特定的气候、地貌、土壤、水文状况、植被以及特征动物区系分布以及相互作用、相互转化形成具有一定特征的整体，可以作为景观生态系统分类的依据。反复方法是对景观生态系统进行逐步综合，相对2个组分的相互影响关系进行研究，再逐步深入研究组分之间的相互关系以达到最后综合的目的。综合方法是指生态系统各组分的整体性综合，对较低水平的分类单位进行反复综合，组后形成较高水平上的分类单位，以景观生态系统内部最基本单元的水平组合特点为分类依据。随着空间遥感技术的不断发展，景观生态分类研究逐步侧重于与遥感技术和数学方法及土地利用和土地覆被特征的研究。遥感成为景观生态分类获取数据的主要手段，通过它实现景观生态分类的思想。许多专家提出了基于卫星影像解译景观类型的应用尺度、步骤和原则。随着人类活动对生态系统影响的关注度的提高，自20世纪80年代以来，遥感技术多用于分类指标中反映人类活动影响的土地利用/土地覆被数据的提取。与此同时，一些计算机、数学等相关学科比较成熟的研究方法被引入景观生态分类过程中，如二元指示种法、多变量聚类方法、模糊聚类方法、模糊逻辑、神经网络、小波变换等，以及尝试将多种方法相结合进行分类。随着“3S”技术的发展，景观生态分类研究逐步侧重于利用定量化数学方法和“3S”技术的结合及土地属性和土地覆被特征的研究，进行景观生态分类。Lioubimtseva等（1999）基于空间数据库和等级理论对欧洲的景观进行了分类研究；王兮之等（2002）借助于SPOT4多光谱遥感数据、GPS测定的地面控制点和地面景观类型调查数据，一个用ERDAS图像处理软件对卫片进行处理，对策勒绿洲景观进行了分类，并形成了荒漠-绿洲景观的分类图。陈仲新等（1996）在对毛乌素沙地景观生态类型研究中，引入了广泛应用与植物科学的数量分类方法，以TWINSPAN为工具，对毛乌素沙地景观生态类型进行了自上而下的等级式的数量研究，并提出了毛乌素沙化景观生态分类系统。我国的景观生态分类也基本上是在土地—生态分类基础上发展起来，特别是进入20世纪90年代，开始研究国外景观生态分类，并进行了探讨。在借鉴国外经验的同时，也应该考虑到我国的具体情况。如结合我国国情的乡村景观分类的方法和理论的研究应该称为我国景观生态学研究的一个重要方面，特别是景观变化比较剧烈的城市郊区和生态脆弱区的景观研究。景观生态分类不但要考虑到大、中尺度景观的宏观分类，而且也要涉及小尺度景观的详细划分，大、中尺度景观的分类可以宏观的协调景观生态系统的平衡，小尺度的景观生态分类则直接为景观的规划与设计来服务，这就要求小尺度的景观类型单元的划分应具有相对单一的土地利用方式和明显的空间形态特征。除此之外，文化景观与自然景观研究应进一步相结合。景观不仅包括自然景观，而且也包括文化景观。但是，目前作为景观重要构成部分的文化景观的研究与自然景观的研究是分离的。地理学者和生态学家主要侧重自然景观研究，而对文化景观的研究有所忽略或者均未涉足；而人文地理学家相反则主要侧重研究文化景观。因此，我们在进行景观分类研究时，不能把自然景观类型的划分方法照搬到文化景观，更