如何识别景观成分？
地理学报，1998，第53卷，增刊:12-18于。
(摘自博士论文:以华南地区为例的景观规划中的安全模式。哈佛大学设计研究生院博士理论，硕士。USA.1995，变化很大)。
景观中的一些点对水平生态过程起着关键的控制作用，占据景观中的这些战略点会给生态过程带来主动性、空间联系性和高效率的优势。假设物种在景观中的水平移动是克服某些阻力的竞争过程。本文讨论了如何根据景观阻力的表面特征来区分景观生态学的战略要点。本文讨论了三种类型的景观阻力面:岛屿型、网络型和高原型。对应于各种类型的阻力面，得到了5个景观战略点的空间位置:马鞍战略点、交汇战略点、中心战略点、边缘战略点和拐角战略点。文章还通过一个案例说明了景观战略点识别的方法。GIS技术为这项研究提供了强大的支持。
关键词:空间分析，景观生态学，景观格局，景观规划
1.介绍
1。1问题:战略点
如何识别景观中的一些关键点，并通过控制这些点来控制或促进一个生态过程，如物种的空间移动、火灾和害虫的传播、营养物质和污染物的流动等。这些关键点称为景观战略点(Forman 1995，Yu 1995A-C1996)。通过对景观战略点的识别、改变和管理，可以有效地维持和控制一个生态过程。
根据起源的不同，可分为两类景观生态战略点:一类是资源型战略点，另一类是结构型战略点。资源型战略点直接依赖于地段的资源属性，如地质、土壤、水文、热量、营养条件、人类活动等，决定了物种的生物多样性和稀有性，从而决定了地段在生物保护中的战略意义。本文将讨论后一种景观生态战略要点。它的策略取决于它在整体景观格局中的位置及其对横向生态过程的影响。
许多学者注意到在一些关键区域设置生物保护斑块对整体生物保护和景观基础设施的形成具有重要意义(frankel and soul 1981；哈里斯1984；福尔曼1990；Erwin 1991)。在异质性景观中，一些景观战略点是明显的，如一个盆地的进出口和走廊的断裂(Merriam 1984；Forman和godran 1986)，具有垫脚石作用的残块，河网交汇处，谷脊结合处(Harris，1984，P141-165)。位于景观中心的森林斑块比位于其他地段的森林斑块更容易成为鸟类的栖息地(刘等1994)。连接岛屿的“陆桥”将比其他路段拥有更多的生物物种。这些都是可以根据经验识别的景观生态战略点。
然而，景观生态学的战略点有时并不被直接观察到，它们往往是潜在的。这种潜在战略点的识别依赖于对生态过程动力学的理解和模拟。到目前为止，很少有人讨论区分景观生态战略点的方法论，直到最近才被少数学者注意到(Forman 1995，PP 310-317；于1995a-c，1996a).相关研究包括Knaapen等利用最小累积阻力(MCR)分析景观斑块的隔离程度。根据MCR表面，确定生物保护斑块的引入位置。战略点是安全模式(SPS)的重要组成部分(YU 1995A-C，1996A-B)。博弈论与博弈防御策略(冯诺依曼和摩根stem 1947；Luce和Raiffa 1957)，为判断景观安全格局提供了评价原则。有学者认为围棋和类似的棋类游戏会有助于景观战略要点的讨论(福曼和于的讨论见福曼1995 p.316)。围棋是一种黑白双方通过争夺空间中的战略点来控制棋盘的竞赛(Boorman 1969)。为了最有效地控制棋盘，每个棋子必须放置在关键位置，这些位置的策略遵循三个原则(图1):
(1)先动者原则，即通过对某一点的控制，获得局部控制的主动权。
(2)空间联系原则，即通过对某一点的控制，可以获得整体的空间优势。
(3)高效原则，即通过对某一点的控制，以最少的棋子数获得最大的棋盘控制。
图1中国围棋基本空间策略
图1围棋游戏的策略
在一定的假设下，这些原则也可以应用于景观生态战略点的理解和判别。比如生物的空间运动，可以讨论为景观的竞争控制过程，本质上是一个“博弈”过程(Sigmund 1993)。生物能否成功控制景观取决于如何平衡空间扩散和维持这两个方面。维持是指个体必须依赖现有的种群和群落才能生存，扩散是指个体离开种群和群落栖息地，向外部扩展。一个个体离开现有栖息地越远，他的风险就越大，但他对整个景观控制的潜在贡献也就越大。在空间的某些点上，当物种扩张带来的潜在报酬达到最大，个体承担的风险达到最小时，这些空间位置就是战略点。这可以理解为最小最大原理(Minimax定理，冯诺依曼和摩根1947；Luce和Raiffa 1957)中的空间控制策略。从功能上来说，这些战略点在促进和阻碍生态进程方面起着关键作用。如何找到这些景观战略点？围棋战略和理论地理学的表层分析模型可以给我们一些启示。
1。2横向控制过程和理论地理面模型
本文讨论景观生态战略点的识别，基于以下关于该过程的假设:
(1)景观水平生态过程是景观的竞争控制过程。
(2)某一过程必须通过克服景观阻力来控制景观。
在实际的生态过程中，这两个假设基本都能满足。例如，植物往往需要克服景观阻力才能覆盖某一区域，灾害性昆虫的水平移动、动物穿越景观、种群的空间迁移等都具有竞争控制空间和克服空间阻力的特点(Johnson 1988；弗雷里奇等人1993；Mack 1995；Liebhold等人1992；于等1996；威廉森1993；布恩和亨特，1996；辛贝洛夫和威尔逊1969；托布勒1981；蕨菜1991)。许多模型被用来描述这些水平运动过程，包括重力模型、势模型、扩散模型、随机模型等。(详细概述见:奥尔森1965；巴特利特1975；Sklar和co stanza 1990；Chou和Liebhold 1995)。
覆盖和控制景观的生态过程的可能性和动态可以用阻力或其相关概念来表示，如可达性(Arentze等人1994)、可通过性(Boone和Hunter 1996)、成本距离(例如ESRI 1991)、最小累积阻力(mminimum累积阻力、MCR、knaapen、Scheffer和Harms 1992；于1995a-b)、景观抗性(福曼和戈德隆1986；Forman 1995)，以及隔离程度(isolation，MacArthur和Wilson 1967；辛贝洛夫和威尔逊1969)。所有这些阻力措施实际上都是距离概念的变体或延伸。在国际象棋棋盘中，阻力被理想化为距离，即棋盘格子。在岛屿生态学中，类似的理想化距离被用来描述空间隔离(MacArthur和Wilson 1967)。在陆地景观中，阻力不仅是几何距离，还有基底特征(Forman，1995)。这些阻力度量可以用势面或趋势面形象地表示出来(Warntz 1966；；乔利和哈格特1968).
理论地理学家和区域科学家W. Warntz (1966，1967)等人在哈佛大学对地表的一般特征和空间分析做了大量的研究，有助于探讨景观生态战略点的识别方法。沃恩茨球场的特点是“峰”、“坑”、“隘口”、“谷”(1966，1967)，以及“脊”和“谷”。quot“峰”是指表面的局部最大值，流动从该处分散，“凹”是指表面的局部最小值，流动汇聚到该处“脊线”是连接两个“峰”的分流线，“谷线”是连接两个“洼”的汇流线。”关”是指脊线上的最小值，“鞍”是指谷线上的最大值。根据景观生态过程的阻力面确定战略点具有指导意义。
本文将讨论如何根据景观阻力的表面特征来判断景观生态学的战略要点。这些战略要点由围棋战略启发的三个原则来评价。本文将侧重于控制物种水平移动的战略点，但该方法论适用于其他水平移动和生态流战略点的判别。案例研究只是方法论的说明，其实际应用还需要进一步的实地验证。
2?方法
确定景观生态战略点的过程分为四个步骤，其中第一至第三步的内容已在以往的研究中讨论过，本文将重点讨论第四步:
第一步是确定景观生态过程。本文讨论的生态过程是物种的空间移动，很多学者讨论过如何选择重点物种作为保护对象(如Frankel和Soul 1981；阿姆斯特尔等人1988；Selm 1988).其他水平生态过程可以包括风、水和养分的流动，以及干扰的扩散(如火灾和虫害)。
第二步，确定生态过程的来源:一种方法是根据具体物种，以栖息地为来源(见Selm 1988)。另一种方法是选择现有的景观元素，从一棵大树到一个国家公园，作为生态过程的来源(见哈里斯1987；诺斯和哈里斯1986；Noss 1991)
再次，以生态过程的源头为原点，计算景观阻力，得到景观阻力面。典型的阻力面将类似于地形面，由峰、谷、鞍和脊组成，反映了生态过程的动态。不同的生态过程可能有完全不同的阻力面。阻力面受空间距离和表面特性的影响，也取决于过程本身的扩散能力。
第四步，根据阻力面确定影响生态过程的战略点。根据阻力面的形态特征，可分为岛屿型、网络型和高原型三种类型(图2-4)。相应地，有许多生态战略要点:
图二。岛屿阻力面和马鞍战略点
图二。群岛型阻力面和鞍点的战略点
图3。网络阻力面和交叉点上的战略点
图3。网络型阻力面和交叉点上的战略点
图4。高原型阻力面和中心、边缘和角落战略点
图4。高原型阻力表面和中心、边缘和角落的战略要点
(1)群岛阻力面和马鞍地貌战略要点
在岛屿型阻力面中，低阻力的生态源分散在高阻力的景观基质中，这在现代人干扰的景观中很常见，如分散在农田景观中的残林斑块。电阻等值线围绕每个源同心地向外延伸。鞍形形成在以每个源为中心的等效阻力线的切线部分，它们是阻力面上的极小值或平衡点。当生态过程的扩散能力超过一定程度时，这些最小点和最大点就成为连接不同源头的关键点，即战略点。在这些点引入生物斑块将有效地促进和维持生态过程的健康和安全，并优化整体景观结构。这些点的战略意义在于，它们促进了孤立源之间的空间联系，实现了景观控制的高效率(图2)。
(2)网络型阻力面和交汇处的景观战略点。
在网络电阻面中，低电阻部分呈直线状，纵横交错形成网络。这个阻力面反映的景观包括树枝状水系和农田防护林体系。此外，在其他类型景观的阻力面上，也存在由低阻力区组成的潜在廊道网络。就像地形表面的河谷河流系统一样，生态过程在分支点或交叉点上会聚或发散，因此这些点是控制生态流的战略点。其战略意义在于控制空间联系，有效控制景观中的生态流动。根据分流位置和等中心点的不同，交叉口的景观战略点可以形成多层次的等级体系。如图3所示，点a1是最重要的，因为它控制着多个生态源之间的流动。点a2和a3是次要的，因为它们控制一个源和其他相邻源之间的流量。a4和a5点仅控制一条走廊，因此它们的战略意义最小。在这些战略性景观点引入生态保护区，可以大大提高整体景观基础设施的连续性和完整性。
(3)高原型阻力面和中央、边缘、角落战略点。
高原型电阻表面的特点是高电阻区域被低电阻环境所包围。典型的景观是通过选择性切割森林片、被森林包围的农田或自然景观中被扰乱的斑块而形成的景观。周围低阻的残留景观成为生物向中心高阻区扩散的源头。如果生物扩散能力大到可以克服阻力面的最大累积值，那么景观战略点就位于高阻力高原的中心，因为占据这些中心部分可以最大限度地为生物控制景观过程提供第一手的、空间上的联系和高效的优势，而生物个体所承担的风险在可承受的范围内。如果生物扩散能力不足以一次性克服景观阻力，比如荒野规模超过了树木种子的最大扩散能力，那么景观战略点就位于高原边缘，尤其是角落，可以形象地描述为Go战略。有限的实际实地观察为上述战略点在中心、边缘和角落景观中的存在提供了有力的支持(如波特诺伊和王绍博1993；阿迪科特等人1987；培生1993；福尔曼1995 p . 106-109).
上述各景观战略点的空间位置虽然不同，但本质上是相同的，即它们为生态过程竞争和景观占有提供了第一手的、空间联系的、高效率的优势。因此，这些地点的景观变化将对景观生态过程产生极其强烈的影响。
3?景观生态学战略点的识别:一个案例研究
案例研究是广东省丹霞山风景名胜区和国家地质保护区，研究面积约300平方公里，由典型的丹霞地貌和纵横沟谷组成。大部分自然植被已被破坏，但仍有一些南亚热带的季雨林零星分布在整个地区。该研究是在中山大学和北京大学大量基础工作的基础上开展的(陈传康等1990)。GIS数据存储在25× 25m2的网格中，基础数据层包括地形、植被、水系、农田等人工景观要素。以下操作将应用GIS的各种功能，包括叠加、成本距离、集水区表面等。，结合片段程序。具体计算过程见于(1995a)。
(1)生态过程
这种情况下考虑的生态过程是各种生物的扩散和保存，目的是最有效地保护这一地区的当地生物多样性。为此，选择了三组具有广泛代表性的动物作为研究对象。，包括:中型哺乳动物(限于果子狸和鹿科)；雉鸡和两栖动物(仅蛙科)。
(2)来源
对于中型动物和雉鸡，其空间扩散过程的来源是残存的亚热带季风森林斑块，该区域有7个大小不同的斑块(图5-8)，而对于两栖动物，空间扩散的来源是河流和山谷(图9)。
图5。从中型哺乳动物的阻力面确定的鞍战略点。
图5 .中型哺乳动物阻力面上鞍点的战略点
图6。根据雉鸡阻力面确定马鞍战略点。
图6。野鸡在阻力面上鞍点的战略点
图7。网络型低阻在中型哺乳动物阻力面的分布及交叉点的战略点。
图7。中型哺乳动物低电阻网络交叉点的战略点
图8。网络低阻在雉鸡阻力面的分布及交叉点的战略要点。
图8。野鸡低阻网络交叉点的战略要点
图9。水陆两用车阻力面和低阻力网交汇处的战略点和高原阻力面的拐角战略点。
图9。野鸡在低阻力网络交叉点的战略点和在阻力高原角落的战略点
(3)阻力面
本研究采用最小累积阻力模型计算景观阻力面(见Knaapen等人1992；于1995c).公式如下:MCR = fmin ∑ (dij× ri) (I = 1，2，3...n，J-1，2，3，...m)。
Dij代表物种离开源J经过景观I的扩散距离，Ri是景观I的阻力，MCR是物种从源J扩散到空间某一点的最小累积阻力。函数f未知，但反映了MCR与变量(Dij×Ri)的比例关系。每个景观对物种扩散的阻力Ri是由景观的基本特征和物种本身的扩散能力决定的。对于中型哺乳动物来说，植被和坡度是主要因素。对于森林中的雉鸡来说，植被类型是主要因素。决定景观对两栖动物扩散阻力的主要因素是水文条件，在本案例研究中，水文条件由海拔因素决定。根据相关文献(如Forman和godran 1986；塞尔曼和多尔1991，刘承赵等人1962；王松等1962)。将各种景观对三组动物的抗性分别进行分类。原则上，如果景观的植被组成更接近原生植被，对所有动物的扩散阻力会更小。地形越平缓，越有利于中型动物的空间扩散，而对于雉鸡来说，地形影响不大。相对而言，海拔越低，水文条件越好，越有利于两栖动物的传播。计算结果得到三个阻力面，分别适用于三个动物群体。这些表面表达了相应动物类群对景观控制的潜在可能性和动态，是确定景观生态学战略要点的基本依据(详见于，1995a)。
(4)根据阻力面确定战略点。
中型动物和雉鸡的阻力面以岛状为主，但潜在的低阻力区形成树枝状网络，连接相邻的生态源并从中辐射出去(图7-8)。两栖类的阻力面以网状为主，但也有一个由河谷低阻力区包围高干区高阻力区形成的高原阻力面(图9)。从技术上讲，三类阻力面的景观战略要点可以根据本文的方法论部分来确定。
A.鞍形战略点:图5-6显示了从中型哺乳动物和雉鸡的抗性表面获得的鞍形战略点，它们是相邻源的切点，即残余南亚热带季风森林斑块的生态影响范围，是连接相邻源的潜在跳板。
B.战略交汇点:对于两栖动物来说，河谷系统构成了一个低阻网络，支流和支流的交汇形成了一个战略点。在中型哺乳动物和雉鸡的抗性表面，低抗性网络也存在于生态源之间或从源向外辐射。据此，可以按照文章开头提到的方法来识别路口的景观战略点。图7-9显示了一些典型的交叉点战略点。
C.棱角战略点:除了网络型，图9中还有一些高原阻力面。考虑到两栖动物克服阻力的扩散能力非常有限，本文只将一些角落定义为战略点(如河谷凹岸)。仅举一个例子，预设战略点所在的凹岸弧直径不超过75米(见图9)。
将上述所有景观战略点进行归纳叠加，可以得到景观生态战略点的总体分布格局，对景观生态保护具有重要意义。它们也是生态敏感和低门槛的部分(余，1991)。通过保护或改变这些景观战略点，可以最有效地提高景观生态系统结构和功能的完整性，最大限度地降低人类为保护生态系统所付出的经济成本。
4。讨论
假设景观生态的水平过程是克服某种阻力的空间竞争和控制过程，应遵循扩散最大化和成本风险最小化的基本原则。景观生态学的战略点是空间上的最小和最大点或平衡点，这些点上的景观变化活动会给生态过程带来异常的影响。景观阻力面表达了生态过程控制和覆盖的可能性和动态性。阻力面的空间分布可表现为岛型、网络型和高原型，相应地有马鞍战略点、交汇战略点、中心战略点、边缘和拐角战略点。战略点具有多层次的层级特征。本研究从中国围棋战略模式中得到一些启示。围棋战略的三个基本原则包括第一手、空间联系和高效率。但是，生态过程并不是理想化的黑白竞争和棋盘控制，所以研究并没有直接用围棋过程来模拟生态过程，而只是用围棋策略作为类比来说明方法论，在以下两点进行说明:
第一，生态过程竞争的“棋盘”不是简单的网格，而是复杂的非线性阻力面。这种阻力面所表达的生态源之间的关系并不是简单地反映在空间距离上，而是距离和景观基础特征的综合反映。
其次，围棋中的黑白棋子是没有意义的，即没有重量和等级。然而，作为生态过程中“棋子”的生境斑块(源)具有结构和功能，其形状和等级结构会影响它们与相邻源的关系。本文不讨论这一点，只讨论景观生态学的战略要点，不考虑源头本身的属性。本文中的案例研究仅用作方法论的示例。由于野外观测数据有限，所确定的景观生态战略点不适合实际的景观管理和改造，但可以作为进一步野外调查的思维模式。