景观可持续性与景观可持续性科学

人类活动已经剧烈地改变了自然环境,全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染等种种迹象表明当今世界正处在一个不可持续的运行轨迹上,实现可持续发展成为21世纪人类面临的巨大挑战。景观是理解与塑造人类社会和环境关系最具操作性的尺度,也是提供景观服务,实现人类福祉最重要的场所。景观可持续性研究对于人类具有重要意义。景观可持续性是指特定景观所具有的、能够长期而稳定地提供景观服务、维护和改善本区域人类福祉的综合能力。景观可持续性具有跨学科、多维度特征,强调景观弹性和可再生能力;景观服务是景观可持续性研究中的重要概念,它是连接自然资本与人类福祉的关键桥梁,也是将景观可持续性与景观生态学紧密联系在一起的纽带。格局-过程-设计新范式的产生是景观可持续性研究的新发展。在景观可持续性快速发展的同时,聚焦于景观和区域尺度的景观可持续性科学应运而生。景观可持续性科学以景观格局、景观服务、人类福祉三者之间的动态关系为主要研究内容,充分融合了景观生态学空间显示方法、可持续性指标体系和GISRS等方法技术,其理论框架和研究方法体系正在逐步形成和完善之中。景观可持续性科学是可持续性科学的重要组成部分,虽然处于刚刚起步阶段,它必将成为未来十多年可持续性科学的研究热点。     

生态系统服务与景观格局集成研究综述

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,并提出知识集成的概念框架:1)在要素层,\"政策-决策—景观—生态系统服务—社会经济系统\"的跨学科知识反馈环是集成理论基础; 2)在模型层,结构化、多层次的集成模拟模型是核心方法; 3)在数据层,多源数据集成是模拟模型的数据基础。集成生态系统服务与景观格局为区域生态环境治理实践提供了科学参考,能更好地应对生态系统服务科学与应用的挑战。     

景观生态学研究：传统领域的坚守与新兴领域的探索——2013厦门景观生态学论坛述评

由城市与区域生态国家重点实验室、中国科学院城市环境与健康重点实验室联合举办的厦门景观生态学论坛,于2013年11月1日至3日在中国科学院城市环境研究所顺利召开。来自中国科学院、国内高校、国土资源部等单位的30多名景观生态领域的专家学者参加了会议。本届论坛的科学议题集中在四个方面：（1）生态系统过程与服务的尺度推绎和区域集成;（2）生态文明的科学基础;（3）全球气候变化背景下城市化过程中的城乡形态、足迹与系统可持续性;（4）景观的生态过程与全球化响应。论坛强调国家战略需求与景观生态学科发展,景观生态学研究的国际前沿,学科、区域和尺度的多元融合与交叉研究。我国未来景观生态学的研究需要加强国际交流与合作,注重在尺度转换与区域集成的综合、生态过程与生态系统服务的耦合、生态文明与景观可持续性的结合、新技术新方法的应用等方面的探索。     

四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别

明确多重生态系统服务与生态系统服务簇的空间格局对于维持区域生态安全格局与可持续发展至关重要。在评估四川盆地2015年6种生态系统服务的基础上,计算了表征综合水平的多重生态系统服务景观指数;进而分析了生态系统服务间权衡与协同关系;并基于K-均值聚类法识别了研究区内生态系统服务簇的空间格局。研究结果表明：（1）研究区的多重生态系统服务景观指数平均值达到3.12,同时具有明显的空间分异性,整体上呈现出东南高西北低的空间分布格局,高值区主要分布于川东平行岭谷区,以林、草地为主的区域最高,城市建成区及其邻近地区最低。（2）6种生态系统服务空间异质性显著,且不同服务间协同与权衡关系并存,其中碳汇、生境质量和水土保持服务三者间的协同关系显著,碳汇、生境质量和水土保持服务与娱乐和粮食供给服务间的权衡关系均较强;产水服务与其他各项服务间的权衡与协同关系均较弱。（3）四川盆地可划分为文化旅游、食物供给、生态保育和多功能复合均衡型4种服务簇,其空间布局与内部结构分异明显。文化旅游型服务簇面积最小,面积占比为3.11%,主要分布于成都和重庆城镇及其周边地区,其提供多重生态系统服务功能的能力最弱;食物供给型服务簇主要位于成都平原、浅丘及部分河谷区域,面积约占36.23%;生态保育型服务簇主要分布于盆周山地,以林地为主导,其提供多重生态系统服务功能的能力最强,面积占比达22.61%;多功能复合均衡型服务簇分布最广,面积占比为38.04%,集中于川中、川东丘陵及平行岭谷槽谷区域。采取差异化优化措施有利于整体提升四川盆地生态系统服务能力,维护区域生态安全格局。     

福建东山岛防护林景观格局与生态价值研究

运用景观生态学原理和森林环境价值计量方法,对东山岛防护林景观格局与生态价值进行研究。首先选取斑块密度、边缘密度、分维数、景观多样性、景观优势度和均匀度指数等指标,分析东山岛防护林景观的空间分布和空间格局特征,并从中小尺度的防护林生态系统及其重要生态服务功能角度出发,运用市场价值法、造林成本法、生产成本法、影子工程法等方法进行生态价值评估。结果表明人类活动对东山岛防护林的景观格局产生很大影响,得出东山岛防护林生态系统固定CO₂、释放O₂及防风固沙服务功能的平均价值为39.45×10⁶～92.55×10⁶元。     

景观多功能性:概念辨析、近今进展与前沿议题

景观多功能性是指景观同时提供多种功能,且不同功能间存在相互作用的特性。良好的景观多功能性可以有效提升区域人类福祉,使景观多功能性成为一项典型的人地耦合研究议题。然而,概念不明确、计量方法粗略、实践应用较少是当前制约景观多功能性研究继续深化的重要障碍。通过明晰景观多功能性与生态系统功能、生态系统服务、土地功能、景观服务、景观可持续性等近似概念的逻辑关系,梳理近年来国际上农业景观多功能性、城市景观多功能性以及其他具有区域特色的景观多功能性研究进展,发现格局-过程-服务-可持续性的级联研究链条已逐渐显现。未来景观多功能性研究有待基于供需原理优化景观功能评估指标与方法,正确认知景观功能主导性与多样性的关系,探究可持续发展目标达成的多目标协同途径,为国土空间优化提供理论、方法与实践指引。     

景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响

景观空间异质性与生态系统服务的关系极为密切,适当调整景观空间异质性有助于生态系统服务的持续形成与稳定供给。研究景观空间异质性和生态系统服务形成与供给之间的相互影响作用及响应机制具有重要的理论与现实意义,是保护生物多样性、管理生态系统服务与优化景观空间配置的基础。现有研究大多在不同尺度上探讨了景观格局与生态过程或生态系统服务间的相互影响关系,而缺乏景观格局-生态过程-生态系统服务三者间有效联结等方面的研究。景观空间异质性是怎样直接或间接地作用于生态系统服务形成与供给的,目前还没有一个较为明确的解释。因此,通过分析国内外文献,回顾了景观格局或景观空间异质性与生态系统服务之间关系的研究进展、研究内容和研究方法;从景观组成、景观构型的变化入手,讨论了景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响及其强度,并认为景观组成异质性变化能够直接影响生态系统服务,而景观构型异质性变化会通过改变生态过程而间接影响生态系统服务;阐述了景观空间异质性在影响生态系统服务形成与供给的同时,也使生态系统服务在空间上产生了异质性分布,并从自然因素和人为因素两个方面对其进行解释;强调了尺度问题在景观空间异质性与生态系统服务研究中的重要性;最后,明确了对生态系统服务形成与供给的景观空间异质性影响研究不仅有助于生态系统服务的维持与调节,也能更深层次地揭示其中的生态学意义。     

景观生态学——概念与理论

现代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。因此 ,不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同 ,就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点和论说。概括地说 ,景观生态学研究的重点主要集中在下列几个方面 ,即 :空间异质性或格局的形成及动态 ;空间异质性与生态学过程的相互作用 ;景观的等级结构特征 ;格局 -过程 -尺度之间的相互关系 ;人类活动与景观结构 ,功能的反馈关系以及景观异质性 (或多样性 )的维持和管理[1～ 6] 。反映这些研究重点的主要景观生态学概念和理论是什么呢 ?本文拟在总结该学科最近 2…     

柑橘园扩张对生态系统服务和景观格局的影响——以江西省信丰县为例

柑橘园扩张是我国柑橘主产区较典型的土地利用/覆盖变化过程之一。但柑橘园扩张对区域生态系统服务和景观格局的影响尚不清楚,探明柑橘园种植的生态效应对柑橘主产区实现生态-经济协同发展具有重要的理论和现实意义。以江西省信丰县为研究区,基于第二次、第三次全国国土调查数据,借助InVEST模型、景观格局指数、图谱分析等方法,结合地形梯度和相关性分析,对柑橘园扩张所致的生态系统服务和景观格局变化及其权衡与关联进行分析。结果表明：①2010-2019年,柑橘园扩张方向以占用林地和耕地为主,柑橘园面积从9961.29 hm²增至12633.84 hm²,其中新增柑橘园7504.72 hm²,退出柑橘园4832.16 hm²,区域内柑橘园转换频繁。②柑橘园扩张导致信丰县景观格局总体呈现破碎化趋势,景观连通性降低,并对土壤保持服务和碳储量服务产生负向影响,对柑橘供给服务产生正向影响,对产水服务几乎无影响。③不同类型柑橘园在不同地形梯度上的扩张对生态系统服务的影响方向和程度存在差异。④在权衡与协同分析中,供给服务与支持服务呈权衡关系,碳储量-产水、碳储量-土壤保持等支持服务之间呈协同关系;景观破碎化与生态系统服务显著关联。研究结果可为经济作物大规模种植区的园地合理开发利用和生境保护提供科学依据。     

基于玻尔兹曼熵的延河流域景观格局复杂度计算及生态可持续性分析

将流域视作自组织、有生命力的系统,构建了适用于土地利用数据的玻尔兹曼熵改进模型,提出了流域景观格局复杂度定量表征方法。通过计算1980—2020年延河流域景观格局复杂度及其动态变化,从“格局”和“动态”两个维度分析了延河流域的生态可持续性。结果显示:(1)延河流域景观格局复杂度呈现显著的空间异质性,不同地理位置和土地利用类型之间存在显著差异:延安市辖区北部地区景观格局复杂度最高,南部地区较高,上游地区呈现交错分布的特点,下游地区最低;水库和坑塘平均景观格局复杂度最高,有林地、高覆盖度草地和灌木林地平均景观格局复杂度最低;(2)延河流域景观格局经历了显著的变化: 2000—2010年,75%的景观单元格局复杂度增加; 2010—2020年,整体景观格局复杂度显著下降后趋于稳定,流域景观格局有序性增强。研究提出的基于玻尔兹曼熵的景观格局复杂度计算及生态可持续性分析方法原则上也适用于其他流域或景观类型,可为流域生态保护和管理提供新的视角和方法。     

农作物景观生态研究:概念框架与研究方向

针对当前农业系统中农作物景观变化迅速、人地关系趋于复杂、粮食安全保障需求迫切,提出景观生态学和农业科学交叉产生的农作物景观生态研究这一新兴研究方向。通过构建农作物景观生态研究的概念框架,辨明农业生产中复杂的景观等级结构,为农业可持续发展提供理论依据。综述从农业景观到农作物景观的研究变化,指出农作物景观具有高动态性、尺度性和格局复杂特征。针对由种植者、消费者、耕地及其周边自然环境组成的农业景观,需要遵循相应的生态和农业经济发展规律,研究农作物种植格局变化、农作物的社会-生态效应和农作物种植可持续性的景观生态途径。重点开展以下四个研究方面的内容,农作物景观时空动态及其形成机理、农作物种植的多功能评价与权衡、景观农艺管理措施及情景模拟、可持续的农作物景观生态评价。从而构建\"格局-过程-服务-管理-可持续性\"的农作物景观生态研究范式,为农业可持续发展提供综合的空间分析与管理途径,为实现农业农村现代化与城乡人类福祉提升提供科学支撑。     

城市公园生态系统文化服务的空间格局特征及其影响因素

城市公园作为城市生态空间的主要类型之一,在维持、增加和提升城市生态系统服务中发挥着重要作用。人们对高质量生活的追求驱动着生态系统服务需求的演进,生态系统文化服务也日益受到关注。然而,对城市公园生态系统文化服务的空间格局特征及其影响因素的研究还显薄弱。以杭州市主城区239个城市公园作为研究对象,以微博数据测算生态系统文化服务,利用逐步多元线性回归和地理加权回归模型分析公园生态系统文化服务空间格局特征和影响因素的空间异质性。结果表明：（1）杭州主城区城市公园的生态系统文化服务空间分布差异性明显,生态系统文化服务小于0.44的公园,集中在拱墅区、西湖区和上城区,成条带状聚集;生态系统文化服务在0.45—0.54的公园,其空间分布呈现双核心聚集;生态系统文化服务大于0.55的公园,呈现多核心聚集分布特征,并且分布最广,涉及的公园最多。（2）逐步多元回归分析表明城市公园面积、NDVI（归一化植被指数）、公园水景观、路网密度、丰富度指数和聚集度指数是公园生态系统文化服务的主要影响因素,其中NDVI、城市公园面积、公园水景观、斑块丰富度指数和聚集度指数对生态系统文化服务有显著正影响,路网密度对生态系统文化服务有显著负影响。（3）地理加权回归分析表明不同影响因素对公园生态系统文化服务呈现出不同的正负影响效应,具有明显的空间异质性;城市公园面积、NDVI、公园水景观和斑块丰富度指数对公园生态系统文化服务具有显著正向影响,公园水面积占比、路网密度和公园PM2.5浓度对公园生态系统文化服务具有显著负向影响,人口密度、不透水面积占比、斑块数量和蔓延度指数对公园生态系统文化服务具有正负两种影响。对公园生态系统文化服务影响强度从高到低依次是公园路网密度、人口密度、NDVI、不透水面积占比、公园水景观、斑块丰富度指数、城市公园面积、斑块数量、公园PM2.5浓度、蔓延度指数和公园水面积占比。     

景观格局对生态系统服务的非线性影响和阈值调控——以福建省生态高效协同区为例

考虑生态系统服务间协同权衡关系,摸清协同化背景下景观格局特征与生态系统服务整体效益（TES）间的非线性关联机制,明确主控因子和最优驱动阈值,有利于生态决策在顺应自然的前提下有效落实。研究方法：自组织特征映射神经网络模型、随机森林（RF）+可视化表达算法。结果显示：（1）福建省生态高效协同区主要分布于高海拔地区,其内部TES整体呈现出西部高于东部的空间趋势。（2）耕、林和建设用地景观特征对TES的影响程度都呈现出面积>形状>空间布局的趋势。其中,耕、林景观面积的影响>斑块面积的影响,草、建设用地斑块面积的影响>景观面积的影响。（3）各景观格局因子对TES的影响存在最优驱动阈值区间和敏感调控区间,当建设用地面积占比超过10%后,其对TES的负面影响不再随建设用地扩张而显著增加。研究结论：各景观格局指数与TES间的关联过程是非线性的,其关联过程存在明显阶段性,不能用单一的线性模型拟合。在解决TES与景观特征因子间关联问题上,研究测试了机器学习模型和线性模型的拟合效果,其中随机森林模型表现最优异。本研究的方法和思路可为其他地区和尺度的生态系统服务协同权衡关系研究提供参考。     

旅游景观生态系统格局：概念与空间单元

旅游景观生态系统作为一个复杂的自然-人文生态系统,内部的人地关系区别于一般景观生态系统,但现有的格局研究难以反映.基于景观生态学与空间结构理论,在已有研究基础上,提出旅游景观生态系统格局的概念,并构建空间单元体系.首先,旅游景观生态系统格局可理解为旅游者的活动作用于系统地域范围所形成的空间分异与组织形式;其次,旅游景观生态系统格局的空间单元可划分为斑块、廊道和基质,其中斑块由节点与域面组成.旅游景观生态系统格局理论提出的目的是通过旅游者空间分布状况的分析,反映系统内部要素之间相互作用过程的空间差异.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,并能为区域旅游业发展的空间协调管理提供理论支持.     

农业文化遗产生态系统服务的复合增益——以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例

农业文化遗产是农村与其所处环境长期协同进化和动态适应下所形成的独特的土地利用系统和农业景观,具备丰富的景观要素。景观要素的耦合会对景观整体的生态系统服务供应产生影响。研究构建了多景观要素的“生态系统服务复合增益”理论框架,并以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例,将其景观要素划分为农田生态系统和水域生态系统,并分别评估其景观要素生态系统服务价值、景观整体生态系统服务价值和生态系统服务复合增益价值。研究结果显示：(1)2019年浙江瑞安滨海塘河台田系统生态系统服务总价值为187.72亿元,文化服务价值最高,占总价值的91.8%;(2)农田的生态系统服务价值为6.03亿元,占总价值的3.2%,水域的生态系统服务价值为8.15亿元,占总价值的4.3%;(3)生态系统服务复合增益价值为173.54亿元,占总价值的92.5%。研究表明,农田和水域两种景观要素的耦合能提高浙江瑞安滨海塘河台田系统中食物供应、气体调节、盐碱地改良、休息游憩四种生态系统服务价值,致使其产生生态系统服务复合增益。