景观生态学与水土保持

景观生态学与水土保持

景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓与迅速发展的学科，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。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。

一、景观生态学

景观生态学（Landscape Ecology）是研究在一个相当大的区域内，由许多不同生态系统所组成的整体（即景观）的空间结构、相互作用、协调功能及动态变化的一门生态学新分支。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。景观生态学给生态学带来新的思想和新的研究方法。它已成为当今北美生态学的前沿学科之一。

二、景观生态学基本原理

景观生态学的基本原理包括: 景观结构和功能原理、生物多样性原理、物种流动原理、营养再分配原理、能量流动原理、景观变化原理和景观稳定性原理等。

1、景观结构和功能原理(landscape structure and function principle)

在景观尺度上，每一独立的生态系统(或景观生态元素)可看作是一宽广的斑块，狭窄的廊道或基质。生态学对象在景观生态元素间是异质分布的。景观生态元素的大小，形状，数目，类型和结构是反覆变化的，其空间分布由景观结构所决定。

2、生物多样性原理(biodiversity principle)

景观异质性程度高，造成斑块及其内部环境的物种减少，同时也增加了边缘物种的丰度。

3、物种流动原理(species flow principle)

景观结构和物种流动是反馈环中的链环。在自然或人类干扰形成的景观生态元素中，当干扰区有利于外来种传播时，会造成敏感物种分布的的减少。

4、养分再分配原理(nutrient redistribution principle)

矿质养分可以在一个景观中流入和流出，或被风，水及动物从景观的一个生态系统到另一个生态系统重新分配。

5、能量流动原理(energy flow principle)

空间异质性增加，会使各种景观生态元素的边界有更多能量的流动。

6、景观变化原理(landscape change principle)

在景观中，适度的干扰常常可建立更多的嵌块或廊道，增加景观异质性；当无干扰时，景观内部趋于均质性；强烈干扰可增加亦可减少异质性。

7、景观稳定性原理(landscape stability principle)

稳定性指一个系统对干扰或扰动的反应能力。景观参数的长期变化呈水平状态并且在其水平线上下波动幅度和周期性具有统计特征，可以称景观是稳定的。景观稳定性的动力来源于景观生态系统内部普遍存在的异质性、景观生态系统的开放性、景观生态系统物种及遗传多样性、以及干扰的作用。

三、景观生态学与水土保持

任何景观都处于不断的变化之中，但景观又具有相对的稳定性，是景观在一定的时空和尺度上表现为特定的稳定状态。其中引起景观动态变化驱动力有自然因子和人为因子，而水土流失就是在各种外营力和人为干下产生的引起地貌和各种生态条件变化的现象。所以，水土流失能引起景观的变化。在各种外营力作用下产生的荒漠化景观是一种有异质性很高的景观向同质性景观转变的过程，其实质是景观退化的过程。

1、景观稳定性原理在水土保持中的应用

生态系统是指生物群落与其环境间相互作用而形成的一种关系相对稳定的自然系统, 实际上也应该包括人工生态系统和半人工生态系统。生物群落从环境中不断获取能量和营养,生成自身的物质。这些物质沿着食物链由一种有机体转移到另一种有机体,最后又返回到自然环境。这些返回到自然环境的物质,在微生物的作用下,分解转化为可以重新被植物利用的营养物质。这种有序的物质循环和能量流动在排除人为干扰的条件下,使生态系统向着一定的方向演替,最终使生态系统达到某种稳定状态。

事实上,由于自然和人为活动的干扰,系统始终处于某种变化的状态。与景观一样,适度的干扰使沙漠化生态系统的异质性增加,如农田防护林和防沙林带等人为斑块的引入导致沙漠化生态系统异质性增加的现象；外界的干扰既可能导致异质性的增加,也可能导致异质性的减少。在沙漠化发展的初期,地表被破坏,原来的草原景观被具有不同覆盖的斑块所取代,景观的异质性增加。但是,当沙漠化发展到一定程度后,初期形成的农田、固定沙丘、半固定沙丘、流动沙丘和沙丘间低地交错分布的景观为大面积流沙所取代, 景观异质性减小。无论是异质性增加, 还是减小, 沙漠化生态系统的变化与生态系统本身的稳定性有关。稳定性则取决于系统本身的组成、结构、环境条件和干扰。一般来讲,偶然事件常常导致系统的较大波动,而周期性的干扰使沙漠化生态系统处于某种平衡状态。系统是否处于稳定状态可以用系统边缘或相邻生态系统间界面层的变化来衡量。

在采用生物措施的时候，在规划设计时我们必须考虑生态系统的稳定性与合理性。然而从土壤侵蚀的角度可以将景观理解为地貌、植被、土地利用和人类居住地格局的特别结构。常见的基质有森林、草原、城市和农田等。随着空间尺度的变化，斑块、廊道和基质互相转化，在特定的空间尺度下，景观基质控制着主要生态过程。森林植被对防治土壤侵蚀均有明显作用。枯落物层有吸水，削减降水能量，削减地表径流流速，提高入渗能力，增强土壤抗蚀的能力。植被根系同样具有很强的抗剪防蚀作用从广义上来说，景观格局包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。景观空间格局(林地、草地、农田、裸露地等的不同配置)对径流、侵蚀和化学元素的迁移影响也不同。不同土地利用类型在坡面的有效排列组合建设了不同的景观格局，可以通过树冠截留、地表滞留、植物根系固定土层，以及改变坡度坡长的途径减少水土流失。梯田具有降低坡度、缩短坡长的作用；位于耕地的下坡位置的林草带能够起到有效阻滞土壤流失的作用。

2、景观结构和功能原理在水土保持中的应用

土地利用影响景观格局的变化，进而导致景观功能的动态变化。应用遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和统计分析的方法进行景观结构和功能变化的研究是当前景观分析的主流方法。RS作为土地利用和景观的数据源，GIS作为分析处理数据的平台，统计分析用以寻找土地利用与景观变化之间的关系。通过土地利用对景观变化的影响分析来预测景观未来的发展趋势是当前景观生态学研究的热点。土地利用中最剧烈的变化是交通和建设用地的扩张，有研究表明，建设用地和未利用土地增加，会使耕地面积减少，同时景观破碎化程度加剧。这些都从定量的角度描述了景观的变化，但缺乏在人力驱动和景观格局之间建立定量关系，缺乏未来景观发展趋势的预测。

土地整理中景观生态学理论的应用主要体现在利用景观生态学的原理研究土地整理空间格局，分析生态状况，研究环境和生态因子对土地利用布局的影响。

国外研究者们重视土地利用对景观格局的影响，同时，他们还认为景观属性及地形地貌和地质沉积物也是影响景观格局的重要因素，它们可作为限制性因子存在而不是驱动力，国外在努力克服的缺陷就是土地利用驱动的景观格局变化偏重在过程的分析，而且景观生态这