1.2 水平控制过程与理论地理学表面模型
本文关于景观生态战略点的识别讨论基于对过程的如下假设:
(1)景观中的水平生态过程是一种对景观的竞争性控制过程。
(2)某种过程必须通过克服景观阻力来实现对景观的控制。
实际生态过程中,这两个假设基本上可以满足。如植物往往需要克服景观阻力达到对某地段的覆盖,灾害性昆虫的水平运动,动物穿越景观,仍至于人口的空间迁移,都带有对空间的竞争性控制和克服空间阻力的特性(Johnson 1988; Frelich et al 1993; Mack 1995; Liebhold et al 1992; Yu et al 1996; Williamson 1993; Boone and Hunter, 1996; Simberloff and Wilson 1969; Tobler 1981; Bracken 1991).有许多模型被用来描述这些水平运动过程,包括引力模型,潜能模型,扩散模型,随机模型等等(详细的综述见:Olsson 1965; Bartlett 1975; Sklar and Costanza 1990; Chou and Liebhold 1995).
生态过程对景观的覆盖和控制的可能性及动态,可用阻力或其相对概念来表述如可达性(Accessibility, 如Arentze et al 1994),可穿越性(Permeatibility,如Boone and Hunter 1996),费用距离(Costdistance,如ESRI 1991),最小积累阻力(Mminimum Cumulative Resistance, MCR, Knaapen, Scheffer and Harms 1992; Yu 1995a-b),景观阻力(Landscape Resistance, Forman and Godron 1986; Forman 1995),以及隔离程度(Isolation, MacArthur and Wilson1967; Simberloff and Wilson 1969). 所有这些阻力度量实际上都是距离概念的变型或延伸,在围棋棋盘中,阻力被理想化为距离,即棋盘方格网。在岛屿生态学中,类似的理想化距离用来描述空间隔离(MacArthur and Wilson 1967)。而在陆地景观中,阻力不只是几何学意义上的距离,基面特性也有重要作用(Forman, 1995)。这些阻力量度都可以通过潜在表面(Potential Surface)或趋势表面(Trend Surface)形象地表达出来(Warntz 1966;Chorley and Haggett 1968) 。
理论地理学家和区域科学家W. Warntz (1966,1967)等人在哈佛大学所做的大量关于表面一般特性和空间分析的研究,有助于对景观生态战略点识别方法的探讨。Warntz 用 "峰"(Peaks)、"陷"(pits),"关"(Passes) 和"鞍"(Pales) (1966, 1967)等点的特征,和"脊线"(Ridges),"谷线"(Courses)等线的特征来分析趋势表面,类似于地形的分析,进一步认识过程之动态格局?quot;峰"是指表面的局部最大值,流动从此分散,"陷"是指表面的局部最小值,流动向此合聚。"脊线"是连接两"峰"的分流线,"谷线"则是连接两"陷"的合流线。"关"是指的脊线上之最小值,"鞍"则是谷线上之最大值。这对根据景观生态过程阻力表面来识别战略点有启发意义。
本文将探讨如何根据景观阻力表面特性来判别景观生态战略点。而用启发于围棋战略的三项原则来评价这些战略点。论文将着重讨论控制物种水平运动过程的战略点,但方法论适用于其他水平运动和生态流战略点的判别。案例研究只作为对方法论的说明,实际应用还待进一步实地验证。
2方法
判别景观生态战略点的过程分为四步,其中第一~三步的内容在以往研究中有较多的讨论,本文将着重第四步的讨论:
第一步,确定景观生态过程。本文讨论的生态过程是物种的空间运动,至于如何选择关键物种作为保护对象,许多学者都有探讨(如Frankel and Soule 1981; Amstel et al 1988; Selm 1988)。 其他水平生态过程可包括风,水,营养元素的流动,干扰(如火灾,虫灾)的扩散。
第二步,确定生态过程之源:方法之一是根据具体物种来将其栖息地作为源(见Selm 1988).方法之二是选择现存景观元素,小至一棵大树,大到国家公园,作为生态过程之源(见Harris 1987; Noss and Harris 1986; Noss 1991)
第三步,以生态过程之源为原点,计算景观阻力,得出景观阻力表面。典型的阻力表面将类似于地形表面,由峰、谷、鞍、脊等所构成,它反映生态过程之动态。对不同的生态过程,可有完全不同的阻力表面。阻力表面受空间距离,地表特征因素的影响,也取决于过程本身的扩散能力。
第四步,根据阻力表面识别影响生态过程之战略点。根据阻力表面的形态特征,可以分为三个类型:岛屿型,网络型和高原型(图2-4)。相应的存在多种生态战略点:
图2、岛屿阻力面及鞍部战略点
Figure 2. An archipelago-type resistance surface and strategic points at saddle points
图3、网络型阻力面及交汇处战略点
Figure 3. A network-type resistance surface and strategic points at intersections
图4、高原型阻力面和中央,边缘及角落战略点
Figure 4. Plateau-type resistance surface and strategic points at the center, edges and corners (1)岛屿型(Archipelago)阻力表面与鞍部景观战略点
在岛屿型阻力表面中,低阻力的生态源散布于高阻力的景观基质中,这在现代人工干扰的景观中极为常见,如残遗森林斑块散布于农田景观之中。阻力等值线以各源为中心同心圆式地往外扩展。在各源为中心的等值阻力线相切的部位,形成鞍,它们是阻力表面上的最小极大值(Minimax),或平衡点。当生态过程扩散能力超过一定程度时,这些最小极大值点便成为联系不同源之间的关键点,即战略点。在这些点引入生物斑块将极有效地促进和维护生态过程的健康与安全,使景观整体结构优化。这些点的战略意义在于其促进孤立源之间的空间联系和达到景观控制的高效性(图2)。
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责任编辑:伊Ⅴ依