論現代景觀科學的形成與發展

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摘要 景觀地是誕生於德國與俄羅斯的1個地理學學派[1,2],可說是源遠流長。經1個多世紀的,充分吸收了生態學、系統學與人類的重要思想,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1代的景觀科學...... 
  景觀地理學是誕生於德國與俄羅斯的1個地理學學派[1,2],可說是源遠流長。經1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1代的景觀科學。景觀生態學將生態學中結構與功能關係的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框架,形成強調與人文因子相結合的景觀規劃與管理等實際領域。景觀規劃建築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,標誌著用發生學的觀點和綜合的劃分地表型別並研究其發展演變的近代地理學的誕生。景觀1詞源於德語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(uter1872-1952)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,探索由原始景觀變成人類文化景觀的過程。帕薩格(arge)創造了景觀地理學1詞,於1913年建立了1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範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。由於中歐地區有限的生態地理空間和較長的開發,使得景觀外貌呈現出高度的人文化,同時由於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,製圖分析是其主要研究方法[7~9]。1939年特羅爾(l)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1思想對歐美各國的景觀學研究產生了重大。 

   美國的景觀地理學深受德國的影響,索爾(r)也是從地貌入手轉入文化地理研究,他於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例項,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1起構成了俄國與蘇聯景觀地理學的3大理論成就[2]。與德國和美國的地理學家不1樣,原蘇聯的地理學家多偏重於自然景觀的研究,認為自然景觀即自然綜合體是自然地理學的主要研究物件,景觀的型別方向和區域方向並存。這當然是與原蘇聯的國土遼闊、開發程度較低有關。貝爾格()發表了“蘇聯景觀地帶“提出了關於自然區以下尺度土地單元的等級與型別劃分的景觀學說,主要依據植物群落和地形單元的組合。1942年蘇卡切夫(chev)提出了與生態系統相近似的生物地理群落概念,並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迴圈與能量交換。60年代,蘇聯開始了景觀結構與功能的定位實驗研究,著重於水熱平衡、生物地球化學過程的監測和實驗,波雷諾夫(inov)建立了景觀地球化學的研究方向,卡列斯尼克(snik)提出景觀學定義和景觀分類、型別和結構等概念。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,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,特別是關於自然區劃和土地單元的等級、型別劃分的理論與方法,在第2次世界大戰以後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、景觀製圖、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資訊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係只是作為自然綜合體中不同要素的相互關係。其後的景觀學經過310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)與環境的關係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,併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1個高峰,但是後來1些學者的經院式研究使其逐步進入了死衚衕。80年代以後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2個高峰。新1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築規劃學,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。除了研究範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1代景觀科學突破了原先只是從型別和區域角度對自然綜合體進行研究,發展到從過程與型別(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。人地關係中地域關係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係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,並形成了若干新的學科框架體系。如理論地理學與巨集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1新的研究範疇。國際景觀生態學會的新會章中對於景觀生態學作出瞭如下的新定義(IALE mission statement, 1998):“景觀生態學是對於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、地理和的原因與系列,無疑它是1門連線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、生態學與環境倫理學等。 
   關於景觀生態建設可定義為1定區域、跨生態系統、適於特定景觀型別的生態建設措施,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、適於人類生存的可持續景觀模式等[11]。$False$  3 景觀生態學的貢獻 

   景觀生態學在當代景觀中的“1枝獨秀“,是因為其認識論和論上的進步,為1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於景觀生態學的核心概念和1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)有機聯絡組成的複雜系統,含有等級結構,具有獨立的功能特性和明顯的視覺特徵,是具有明確邊界、可辨識的地理實體。1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1樣,是1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徵。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徵,它包括空間組成、空間構型和空間相關等。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係,景觀異質性程度高有利於物種共生而不利於稀有內部種的生存。景觀格局是景觀異質性的具體表現,可運用負熵和資訊理論方法進行測度。景觀異質性也可理解為景觀要素分佈的不確定性,其出現頻率通常可用常態分佈曲線描述[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,可用解析度與範圍來描述,它標誌著對所研究物件細節瞭解的水平。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資訊單元的空間解析度水平,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於中尺度範圍,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,尺度和尺度效應受到格外重視和[15]。尺度分析1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型別的減少。尺度效應表現為:最小斑塊面積和隨尺度增大而增大,其型別則有所轉換,景觀多樣性減小。通過建立景觀模型和GIS技術,可以根據研究目的選擇最佳尺度,並對不同尺度的研究成果進行轉換。由於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1難點。 

   時空尺度的對應性、協調性和性是1重要特徵,通常研究地區越大、相關的時間尺度越長,生態平衡即界在動盪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徵,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區域性生物反饋的不穩定性。  

   尺度性與持續性有著重要聯絡,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1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、引入種的散佈、區域性氣候波動和流域水文變化等。在更大尺度的區域中,景觀是互不重複、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,把生態功能置於人類可感受的範圍內進行表述,這尤其有利於瞭解景觀建設和管理對生態過程的。在時間尺度上,人類世代即幾10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,後者的特徵是物件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徵之1,forman提出的斑塊-廊道-基質模型即是對此的1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、能量或資訊的輸入與輸出單位。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,連線度也有高有低;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絡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,理論、中心位置理論、滲流理論(隨機空間模型)等也被用於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1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,斑塊的能級特徵由其空間位置、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,景觀水平結構趨勢於均質化,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,後2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,在相鄰景觀要素處於不同發育期時,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。由於當今世界上人類活動影響的普遍性與深刻性,對於作為人類生存環境的各類景觀而言,人類活動對於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]。 

   景觀穩定性取決於景觀空間結構對於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。負反饋有利於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絡。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1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並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1個由不同土地單元鑲嵌組成,具有明顯視覺特徵的地理實體,兼具、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1個範圍廣泛、內涵豐富,比較難以確定的命題。隨著的發展,人們的審美觀也在變化,人工景觀的創造是強大生產力的體現,城市化與工業化相伴生;然而久居高樓如林、車聲嘈雜、空氣汙染的城市之後,人們又企盼著親近自然和返回自然,返樸歸真成為。

   關於景觀美學值量的量度可從人類行為過程模式和資訊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。如的園林景觀和歐洲相位元色較鮮明,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建立宜人景觀為中心。景觀的宜人性可理解為比較適於人類生存、體現生態文明的人居環境,包括景觀通達性、建築經濟性、生態穩定性、環境清潔度、空間擁擠度、景觀優美度等內容,當前許多地方對於居民小區綠、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係,如形狀和大小、密度和容量、連線和隔斷、區位和層序……,如同它們所含有的物質和自然資源質量1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),建築空間要疏密相間;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 景觀規劃建築學的實際與 

   景觀規劃建築學(Landscape Architecture)是適應發展需要而產生的1門工程應用性學科,它是景觀與建築學的交叉,都市計畫、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餘年的,ted於1863年就提出了Landscape Architecture的概念,並首先在紐約中央公園的設計和建造中提出了1系列建設城市公園綠地系統的思想,?quot;創造性地利用景觀,使城市環境變得而適於居住“,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“景觀規劃建築“課程遠早於景觀生態學,但是80年代以後北美景觀生態學的興盛無疑為景觀建築與景觀規劃注入了新的活力。這1階段有3本有的書,即rg 1969年出版的“設計結合自然“(Design With Nature), er1982年出版的《自然的設計》(Nature

論現代景觀科學的形成與發展

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