生態(tài)單元制圖的發(fā)展歷程及應(yīng)用

生態(tài)單元制圖的發(fā)展歷程及應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的增加，群落自然棲息地的數(shù)量顯著減少，質(zhì)量逐漸下降。這樣劇烈的變化通常伴隨著諸多的生態(tài)問題,例如:綠色空間的減少、能源消費(fèi)的增長以及諸如城市熱島效應(yīng)等的環(huán)境惡化問題。然而,缺少相關(guān)生態(tài)方面詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的具體措施已經(jīng)成為當(dāng)今生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市可持續(xù)發(fā)展的最大障礙。自上個(gè)世紀(jì)70年代,德國各州都相繼利用生態(tài)單元制圖進(jìn)行自然景觀保護(hù)工作。至2000年,德國約有223個(gè)大中城市,2000多個(gè)小城市以及鄉(xiāng)村完成或正在實(shí)施生態(tài)單元制圖,該方法已經(jīng)成為德國各級(jí)政府生態(tài)規(guī)劃的基本工作內(nèi)容。由于生態(tài)單元制圖能夠提供研究區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)詳細(xì)和便于使用的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)信息,英國、瑞典、土耳其、日本、韓國、新西蘭、巴西等越來越多的國家也加入到應(yīng)用生態(tài)單元制圖的行列中來,著手于生態(tài)單元的調(diào)查和圖譜的繪制,以期為景觀規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)提供最基礎(chǔ)的生態(tài)信息。本文從辨析生態(tài)單元的概念和功能入手,對(duì)比分析了生態(tài)單元制圖的兩種主要方法,著重?cái)⑹隽松鷳B(tài)單元制圖在國外三十多年不同階段的發(fā)展歷程以及歸納了生態(tài)單元制圖在自然保護(hù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃中應(yīng)用的主要方面。接著進(jìn)一步探討了生態(tài)單元制圖研究中存在的問題、不足和深入研究的思路。最后分析了我國生態(tài)單元制圖的研究現(xiàn)狀及其在自然保護(hù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃中應(yīng)用的前景。1生態(tài)單元的概念和功能1.1生態(tài)單元的定義生態(tài)單元的概念隨著生態(tài)學(xué)研究的深入一直在更新著。根據(jù)1908年F.Dahl提出的概念,即任何可以圈定的動(dòng)植物可以生存的空間。直至1988年,生態(tài)學(xué)家Sukopp和Weiler將生態(tài)單元重新定義為:一個(gè)具有相同或相似環(huán)境條件的區(qū)域,并且能夠?yàn)樘囟ǖ膭?dòng)植物群落提供的生存環(huán)境。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,Forman教授融入了景觀生態(tài)學(xué)的信息再次修改了生態(tài)單元的定義。該概念是依據(jù)景觀的相關(guān)尺度和所包含的部分特定物種來界定的。因此,一個(gè)生態(tài)單元可以被看作是一個(gè)特定尺度下環(huán)境條件一致的景觀單元,例如一片開敞的草地或者一處濕地,它們的特點(diǎn)都是含有特殊的環(huán)境和特定的生物群體。1.2生態(tài)生物監(jiān)測(cè)功能生態(tài)單元是生物大環(huán)境的重要組成部分,在特定的尺度下,各個(gè)生態(tài)單元或若干生態(tài)單元的組合可被視作一種“生態(tài)功能單元”,其包含以下重要功能:①自然資源保護(hù)的功能,其中包括:環(huán)境的保護(hù)以及生態(tài)的平衡,如促進(jìn)水分循環(huán)、改善水源凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、阻隔噪音等;物種與生境的保護(hù),如物種的繁殖和棲息的場(chǎng)所、物種驅(qū)散遷徙的走廊、區(qū)域間的連接度等;對(duì)環(huán)境變化和人為干擾的監(jiān)測(cè),起到了生物指示劑的作用;生態(tài)學(xué)的研究。②提高人們生活質(zhì)量的功能(感受和享受自然),包括:游憩場(chǎng)所、提供多樣化的經(jīng)歷和知識(shí)、造園、教育等。③構(gòu)建城鄉(xiāng)特色景觀的功能,包括:增添富有層次和生命力的城鄉(xiāng)景色,反映不同地域獨(dú)特的自然和文化歷史。2生態(tài)單元圖式的實(shí)現(xiàn)生態(tài)單元制圖作為景觀生態(tài)學(xué)研究中的一個(gè)方法,是依據(jù)特定動(dòng)植物集合識(shí)別、劃分和記錄不同土地使用/覆蓋類型的過程,其描述的主題是植物和動(dòng)物,需要完成物種定向性的生物學(xué)工作,如特定森林生態(tài)單元中木本植物清單的制備、繁殖鳥分布密度的鑒定等。因此,生態(tài)單元制圖與土地利用/覆蓋制圖以及景觀生態(tài)制圖是有明顯區(qū)別的。生態(tài)單元制圖是基于生態(tài)單元分類系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的,制圖對(duì)象可以是連續(xù)的區(qū)域整體(涵蓋區(qū)域內(nèi)所有生態(tài)單元類型),也可以是區(qū)域中的局部范圍(僅含有區(qū)域中的部分生態(tài)單元類型),例如濕地生態(tài)單元圖譜、森林生態(tài)單元圖譜等這類的專類圖譜。制圖主要有兩種方法,分別是選擇性生態(tài)單元制圖法(Selectivebiotopemapping)和全面性生態(tài)單元制圖法(Comprehensivebiotopemapping)。2.1不同生態(tài)單元的差異該方法是1983年由景觀生態(tài)學(xué)家Wittig和Schreiber創(chuàng)新的一種在城鎮(zhèn)自然景觀地保護(hù)中對(duì)一些重要生態(tài)單元評(píng)估的快速方法。這些生態(tài)單元都是含有保護(hù)或潛在保護(hù)價(jià)值的動(dòng)植物的生存空間。它們至少具備一種以下特征:①物種豐富度高并且含有一些稀有物種;②生境結(jié)構(gòu)豐富;③能夠?yàn)橛捎诩s化的土地利用而被驅(qū)散的動(dòng)植物提供庇護(hù)場(chǎng)所。這也意味著選擇性生態(tài)單元制圖法的對(duì)象往往只考慮綠色空間,不包括建成區(qū)。在制圖過程中,根據(jù)幾個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)綠色空間進(jìn)行評(píng)估,這些標(biāo)準(zhǔn)包括每個(gè)生態(tài)單元的發(fā)展時(shí)段(年齡及群落生境的連續(xù)性等),生態(tài)單元的尺寸大小,物種的稀有度,生態(tài)單元的結(jié)構(gòu)等。依據(jù)每一項(xiàng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)對(duì)生態(tài)單元進(jìn)行打分。綜合得分高的生態(tài)單元將需要重點(diǎn)保護(hù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于花費(fèi)較低,不需要過多的專業(yè)人員同時(shí)從事作業(yè),幾個(gè)專業(yè)人員在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)就可以記錄下生態(tài)單元有關(guān)生物學(xué)方面的信息,缺點(diǎn)就是將每個(gè)生態(tài)單元進(jìn)行孤立地觀察而忽略了每個(gè)生態(tài)單元周邊大環(huán)境的作用。2.2生態(tài)單元分析全面性生態(tài)單元制圖反映了研究區(qū)域內(nèi)所有生態(tài)單元類型有關(guān)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的信息。在全面性生態(tài)單元制圖中,生態(tài)單元信息的采集與記錄通常使用兩種方法:①全區(qū)域調(diào)查法(Comprehensivebiotopeinvestigation)是調(diào)查研究區(qū)域內(nèi)的所有生態(tài)單元并記錄相關(guān)信息數(shù)據(jù);②典型樣本區(qū)調(diào)查法(Representativecomprehensivebiotopeinvestigation)是按照生態(tài)單元類型對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行調(diào)查,在每一類生態(tài)單元類型中選取若干生態(tài)單元作為代表樣本進(jìn)行調(diào)研,最后將結(jié)果應(yīng)用于相同類型生態(tài)單元的區(qū)域。無論使用哪種方法,圖譜都包含了各種類型的生態(tài)單元,其結(jié)果都將以含有同種性質(zhì)的單元為一類展示研究區(qū)域。全面性生態(tài)單元制圖不僅將所有生態(tài)單元進(jìn)行適當(dāng)分類并繪制了其分布圖譜,而且還對(duì)每一個(gè)生態(tài)單元及其所構(gòu)成的景觀模式進(jìn)行了評(píng)估。其最本質(zhì)的目的就是檢驗(yàn)生態(tài)單元在城市環(huán)境中已經(jīng)發(fā)揮特殊功能的程度和一些特殊生態(tài)單元發(fā)揮潛在作用的程度。與選擇性生態(tài)單元制圖法相比,全面性生態(tài)單元制圖法的優(yōu)點(diǎn)在于為整個(gè)區(qū)域生態(tài)數(shù)據(jù)的判讀提供了一個(gè)更為詳細(xì)和廣泛的基礎(chǔ)。但是,此項(xiàng)工作需要投入相對(duì)較大的人力、財(cái)力資本,并且對(duì)于從業(yè)人員知識(shí)背景的要求也相對(duì)嚴(yán)格,通常需要生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)等方面的專家學(xué)者以及景觀規(guī)劃師和設(shè)計(jì)人員的共同參與。所以在實(shí)際操作中,為了節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用,往往選用典型樣本區(qū)調(diào)查法繪制全面性生態(tài)單元圖譜。2.3基礎(chǔ)類別或土地利用/覆蓋的調(diào)查與分類生態(tài)單元制圖工作程序主要包括以下六個(gè)步驟:①界定研究區(qū)域范圍;②基于地圖集、航空像片、遙感圖像等,收集與分析初步數(shù)據(jù)以及劃分生態(tài)單元的基礎(chǔ)類別(通常依照土地利用/覆蓋類型初步劃分);③實(shí)地調(diào)查:記錄各個(gè)土地利用/覆蓋類型的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)信息以及歷史文化和美學(xué)方面的信息等,檢驗(yàn)初步數(shù)據(jù)和生態(tài)單元基礎(chǔ)類別的準(zhǔn)確性與可靠性;④細(xì)分生態(tài)單元的類別并繪制圖譜(通常借助地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)對(duì)相關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示);⑤依據(jù)不同目的對(duì)生態(tài)單元價(jià)值進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),最終提出保護(hù)、管理和發(fā)展的措施方案;⑥制圖更新。3德國自然保護(hù)條例生態(tài)單元制圖從20世紀(jì)70年代產(chǎn)生,至今已發(fā)展了30多年。它不僅成為德國自然保護(hù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃的基礎(chǔ)工具而且也被越來越多的國家所使用和創(chuàng)新。其發(fā)展經(jīng)歷了如下三個(gè)主要階段。3.1生態(tài)單元民族自然保護(hù)生態(tài)單元制圖思想的源頭始于1974年對(duì)德國慕尼黑農(nóng)村地區(qū)中具有特殊自然保護(hù)價(jià)值和潛在保護(hù)價(jià)值的生態(tài)單元研究中。1978年,德國首次嘗試在城市人文區(qū)域開展生態(tài)單元制圖工作,并且為了使此方法形成一套完備的理論基礎(chǔ)體系,同年成立了德國聯(lián)邦與各州參與并聯(lián)合協(xié)調(diào)的“人文區(qū)域生態(tài)單元制圖工作組”(下文簡稱工作組)。工作組將慕尼黑市、奧格斯堡市和柏林市作為試點(diǎn)城市。1986年,工作組基于對(duì)試點(diǎn)城市工作的總結(jié)正式提出了“德國人文區(qū)域生態(tài)單元制圖基本方案”。在1980年德國柏林第二屆歐洲生態(tài)學(xué)會(huì)議后,生態(tài)單元制圖的理念在英國也相應(yīng)產(chǎn)生。為了促進(jìn)地方政府開展自然保護(hù)工作,則需要一套關(guān)于所有具有潛在意義地點(diǎn)的詳細(xì)生態(tài)學(xué)資料,包括生態(tài)單元的類型以及對(duì)它們重要性的評(píng)價(jià)。1984年在大倫敦會(huì)議(GLC)的領(lǐng)導(dǎo)下開展了倫敦地區(qū)野生生物生境的綜合調(diào)查,第一次提供了野生生物生境的范圍、質(zhì)量和分布的資料,在這個(gè)基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)了每一個(gè)生態(tài)單元的保護(hù)價(jià)值,并繪制了圖譜?；诖酥贫藗惗氐貐^(qū)的自然保護(hù)方針。3.2技術(shù)層面的生態(tài)單元民上世紀(jì)80年代中后期,德國的眾多城市以及英國、奧地利的一些區(qū)域都加入到生態(tài)單元制圖的行列中來,而制圖的目的從單純的保護(hù)稀有、瀕危物種以及保護(hù)有保護(hù)價(jià)值的生態(tài)單元逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌叨认鲁青l(xiāng)規(guī)劃和管理的一種手段。生態(tài)單元圖譜所提供的信息也越來越詳細(xì)并且更加定向化,例如為建筑景觀規(guī)劃提供生態(tài)數(shù)據(jù)(生態(tài)單元的方位、類型、面積)、為自然保護(hù)專題規(guī)劃與管理提供生態(tài)數(shù)據(jù)(生物群落、物種數(shù)量、優(yōu)勢(shì)物種)等。這意味著生態(tài)單元制圖不僅包括對(duì)生態(tài)資源的調(diào)查,還包括規(guī)劃定向的生態(tài)單元信息的判讀。進(jìn)入90年代,仍然以德國專家學(xué)者為主要力量,開始嘗試于技術(shù)層面制圖方法的改進(jìn)。例如,1991年德國學(xué)者kuebler等基于航空多譜掃描數(shù)據(jù)(AirborneMultispectralScannerData)來優(yōu)化城市生態(tài)單元分類系統(tǒng)。同年,德國學(xué)者Gopfert將融入地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的生態(tài)單元制圖用于環(huán)境和景觀規(guī)劃的分析。在技術(shù)更新的基礎(chǔ)上以及兩德的統(tǒng)一,工作組設(shè)立了新的專家組并更新和完善了1986年制定的基本方案,方案的修訂版在1993年正式發(fā)表,主要章節(jié)包括制圖目標(biāo)、基本理論、程序和方法、判讀和評(píng)價(jià)、方案實(shí)施和效果監(jiān)測(cè)。這為工作組進(jìn)一步擴(kuò)大德國生態(tài)單元制圖研究區(qū)域奠定了理論基礎(chǔ),也為其它歐洲國家借鑒生態(tài)單元制圖經(jīng)驗(yàn)提供了有力保障。同年由芬蘭學(xué)者Oulasvirta和Leinikki首次對(duì)水下生態(tài)單元進(jìn)行了圖譜的繪制,這標(biāo)志著生態(tài)單元制圖又邁向一個(gè)新的領(lǐng)域。3.3國外生態(tài)單元民間法律研究建言1997年底,受聯(lián)合國環(huán)境署、聯(lián)合國科教文組織和德國環(huán)保部資助,在德國德累斯頓大學(xué)舉辦了有21個(gè)國家人員參加的生態(tài)單元制圖研討會(huì),這次會(huì)議為生態(tài)單元制圖的推廣奠定了良好的基礎(chǔ)。在歐洲,生態(tài)單元制圖的應(yīng)用除了在德國已經(jīng)成熟以外,在英國和瑞典的應(yīng)用也比較系統(tǒng)。英國將生態(tài)單元制圖除了用于城市景觀保護(hù)和規(guī)劃外,還用于海洋生態(tài)單元制圖工作,并致力于如何提高技術(shù)手段更加準(zhǔn)確地收集海底生態(tài)單元的信息,并對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及對(duì)環(huán)境變化敏感和瀕危的物種進(jìn)行保護(hù)。瑞典主要基于制圖完成對(duì)城鎮(zhèn)環(huán)境和特定環(huán)境的監(jiān)控以及構(gòu)建豐富城市生物多樣性的城市規(guī)劃模型。除此之外,捷克、斯洛伐克、愛沙尼亞、荷蘭、希臘、土耳其、西班牙、匈牙利等其它歐洲國家也加入到應(yīng)用生態(tài)單元制圖的行列中來,目的都是為了依靠該方法得到足夠的生態(tài)單元詳細(xì)信息來滿足不同級(jí)別不同類型的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和保護(hù)措施的需求[6,39,40,41,42,43,44,45,46]。自90年代末,生態(tài)單元制圖首次離開歐洲,先后被引入以日本、巴西、韓國、新西蘭、南非等為代表的國家。其中日本和巴西直接借鑒德國的經(jīng)驗(yàn)在本國進(jìn)行生態(tài)單元制圖的研究,主題仍然以保護(hù)地方有保護(hù)價(jià)值的區(qū)域?yàn)橹鳌?003年,新西蘭開展了繪制城市生態(tài)單元圖譜的工作,此圖譜包含了全市各種從本土物種到外來物種的生態(tài)單元,創(chuàng)建了適合本土土地利用和生物群落的分類系統(tǒng),并將圖譜及相關(guān)信息應(yīng)用于未來城市開敞空間設(shè)計(jì)中。近年來在韓國,生態(tài)單元制圖的應(yīng)用比較廣泛,方法和理論也有所創(chuàng)新。主要致力于制定城市可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃以及解決土地開發(fā)和保護(hù)之間的矛盾。到目前為止,已有10余個(gè)城市已經(jīng)完成或正在開展制圖工作。從方法創(chuàng)新而言,始興市于2006年首次將雷達(dá)激光技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)單元制圖,不僅完成了對(duì)生態(tài)單元結(jié)構(gòu)的分析而且還對(duì)各類土地利用類型的特征進(jìn)行了描述;2008年底,韓國政府又開展了一項(xiàng)基于無線信息技術(shù)名為“U型生態(tài)城市(U-EcoCity)”的計(jì)劃,其研究目的就是利用高分辨率的圖像和雷達(dá)信息來繪制和更新生態(tài)單元圖譜內(nèi)容,為促進(jìn)城市的可持續(xù)化發(fā)展制定相應(yīng)的景觀規(guī)劃方針。當(dāng)今,很多國家已經(jīng)陸續(xù)開展了生態(tài)單元制圖工作,其中部分國家已經(jīng)將生態(tài)單元制圖作為自然保護(hù)和景觀規(guī)劃的基本工具。為了提高生態(tài)單元圖譜所反映信息的準(zhǔn)確程度,并且減少人力、物力以及時(shí)間成本的消耗,致力于制圖技術(shù)層面改進(jìn)的研究仍然在不斷地進(jìn)行著[32,37,38,51,52,53,54,55,56],例如柵格GIS的圖像處理技術(shù)(Raster-BasedGIS)、彩色紅外航空攝影技術(shù)(CIRAerialPhotograph)、衛(wèi)星遙感技術(shù)(satelliteRS)、航空成像高光譜技術(shù)(AirborneHyperspectralImaging)等應(yīng)用的改進(jìn)。4自然保護(hù)和教學(xué)管理通過分析生態(tài)單元制圖的發(fā)展歷程,發(fā)現(xiàn)其在自然保護(hù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用比較廣泛,主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:①物種和生境保護(hù);②土地利用規(guī)劃和管理;③不同尺度景觀規(guī)劃和管理。4.1生態(tài)單元制gis保護(hù)物種和生境一直是生態(tài)單元制圖的基本目標(biāo)。其保護(hù)的物種和生境的概念是廣義的,既可以是瀕危物種和稀有生境,也可以是人們?nèi)粘＝佑|的普通物種及其生境。例如,Müller和Fujiwara利用生態(tài)單元制圖對(duì)日本東京城鎮(zhèn)群中含有瀕危和稀有物種生境的保護(hù)以及德國紐倫堡市政開展的生態(tài)單元制圖工作,專門以保護(hù)與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相連的功能綠地為目標(biāo)。這些功能綠地包括了居住區(qū)附近的普通綠步道以及市郊供人們周末休閑的綠地。利用生態(tài)單元制圖來進(jìn)行物種和生境的保護(hù)通常都是按照以下四大步驟完成的:①確立當(dāng)?shù)匦枰Ｗo(hù)的目標(biāo)種和目標(biāo)生境;②基于RS和GIS技術(shù)繪制目標(biāo)種和生境的分布圖譜,并分析現(xiàn)狀;③制定物種和生境相對(duì)價(jià)值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而對(duì)目標(biāo)種和生境進(jìn)行保護(hù)定級(jí)。目前選用最多的評(píng)價(jià)因子包括物種稀有度、物種和生境的多樣性、生境自然化的程度、恢復(fù)和更新的能力、受人為干擾的威脅程度以及可取代性等;④依據(jù)保護(hù)等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果制定專類保護(hù)方針,最終將其納入整個(gè)地區(qū)自然保護(hù)項(xiàng)目中。4.2建筑區(qū)結(jié)構(gòu)—土地利用規(guī)劃和管理城市生態(tài)單元制圖不僅能夠明確城市各類土地利用類型的優(yōu)缺點(diǎn)而且還能反映出各類土地利用類型中的物種多樣性和生境質(zhì)量。利用生態(tài)單元制圖對(duì)土地利用形式的規(guī)劃和管理往往是借助態(tài)勢(shì)分析法(SWOT)來實(shí)現(xiàn)的。SWOT分析能夠?qū)Ρ炔煌恋乩妙愋椭g和不同地點(diǎn)相同土地利用類型之間的優(yōu)缺點(diǎn)以及物種多樣性和生境質(zhì)量所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn),因此,目前歐洲很多國家都將生態(tài)單元制圖獲取的信息通過SWOT分析來制定土地利用規(guī)劃和管理的戰(zhàn)略,并通過這些戰(zhàn)略方針來輔助其它相應(yīng)的規(guī)劃。例如,德國哈瑙市政府利用生態(tài)單元制圖結(jié)合SWOT分析將該地區(qū)劃分為五類區(qū)域,并針對(duì)每一類區(qū)域制定具體的規(guī)劃和管理措施。這5類區(qū)域具體為:①復(fù)興區(qū)域:該區(qū)域生境質(zhì)量差,缺少開敞綠色空間。建議只有改變建筑區(qū)結(jié)構(gòu)才能有助于改善生境質(zhì)量。②恢復(fù)區(qū)域:生境質(zhì)量較低,開敞綠色空間不足。需要改變部分建筑區(qū)結(jié)構(gòu)來改善生境質(zhì)量。③適宜發(fā)展的區(qū)域:生境質(zhì)量平均一般,仍有潛在的建筑區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的問題,但具備開發(fā)建設(shè)的能力。④生境良好區(qū)域:該區(qū)域可以進(jìn)行拓展。⑤生境優(yōu)質(zhì)區(qū)域:重點(diǎn)保護(hù)。在這5類區(qū)域性質(zhì)的基礎(chǔ)上提出了每一類具體的發(fā)展計(jì)劃,最終用于今后的城市發(fā)展和建設(shè)中。4.3生態(tài)單元及其權(quán)力依據(jù)判讀不同規(guī)劃定向的生態(tài)單元制圖信息,往往可以完成不同尺度景觀規(guī)劃和管理的要求。例如,為了評(píng)估城市景觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性,Young和Jarvis基于土地利用與覆蓋類型、結(jié)合航空像片判讀和野外調(diào)查,將英國伍爾弗漢普頓地區(qū)景觀特征進(jìn)行大致分類,然后融入已制定的21個(gè)生態(tài)單元結(jié)構(gòu)元素(生態(tài)單元結(jié)構(gòu)元素被認(rèn)為是影響景觀異質(zhì)性的最小空間特征)完成生態(tài)單元圖譜。他們將各類景觀中含有生態(tài)單元結(jié)構(gòu)元素的個(gè)數(shù)按照灰度等級(jí)劃分為6個(gè)級(jí)別,并歸納了每類景觀類型主要含有的結(jié)構(gòu)元素特征,最終按照結(jié)構(gòu)元素多樣性和生態(tài)單元面積不相關(guān)的分析結(jié)果,著重制定了兩類不同尺度景觀的規(guī)劃和管理計(jì)劃。這兩類分別是含有生態(tài)單元結(jié)構(gòu)元素較少的大面積生境和含有結(jié)構(gòu)元素豐富的小面積生境。另外,L?fvenhaft等人利用判讀生物多樣性價(jià)值的生態(tài)單元信息,將瑞典斯德哥爾摩國家城市公園地區(qū)按照生態(tài)單元組合現(xiàn)狀以及土地覆蓋歷史現(xiàn)狀劃分為核心區(qū)、連接區(qū)、緩沖區(qū)和障礙區(qū)四類規(guī)劃區(qū)域,并指出各類區(qū)域的規(guī)劃和管理要求,為該地區(qū)開展生物多樣性定向的景觀規(guī)劃與管理提供了有力保障。在小尺度空間的設(shè)計(jì)中,例如新建成居住區(qū)綠色空間的設(shè)計(jì)、老城區(qū)小規(guī)模綠色空間以及綠色廊道的維護(hù)等,生態(tài)單元信息的判讀和評(píng)價(jià)依然發(fā)揮著重要的作用。使用生態(tài)單元制圖必須確定現(xiàn)實(shí)問題和規(guī)劃目標(biāo)所需要的數(shù)據(jù)類型,因此細(xì)化和定向性的描述景觀結(jié)構(gòu)是非常重要的。在生態(tài)單元制圖的應(yīng)用中,對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的描述通常包括四個(gè)層面:①基本利用結(jié)構(gòu)或覆蓋類型(居民居住建筑層次結(jié)構(gòu)、綠地、公園、果園等);②土地基本特征(地表土壤和建筑密度、支撐土地密集利用的能力、土壤參數(shù)等);③生物資源(生態(tài)單元要素的結(jié)構(gòu)、多樣性和形式等);④動(dòng)植物種群和植被現(xiàn)狀(種類、數(shù)量以及分布等)。5生態(tài)單元調(diào)查過程中主觀性的問題目前,生態(tài)單元制圖研究無論理論還是實(shí)踐都取得了很大的進(jìn)展,在一些國家已經(jīng)成為自然保護(hù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃工作的基本工具,但是仍然存在一些需要解決的問題,其主要表現(xiàn)在:(1)生態(tài)單元制圖的主觀性傳統(tǒng)的生態(tài)單元制圖工作大多數(shù)是基于對(duì)彩色紅外航空像片的判讀結(jié)合實(shí)地調(diào)研完成的。這種制圖方法雖然可以得到生態(tài)單元組成和現(xiàn)狀的一系列復(fù)雜定性化的信息,但是這類定性化的信息都是基于外觀評(píng)定而確立的,然而觀測(cè)者的主觀判斷會(huì)或多或少地影響外觀評(píng)定的結(jié)果[53,54,55,56,57,65]。在生態(tài)單元調(diào)查過程中主觀性往往存在于對(duì)植被類型的詮釋中。通常調(diào)查按照事先規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)將生態(tài)單元進(jìn)行分組,并按照標(biāo)準(zhǔn)化的生態(tài)單元調(diào)查清單進(jìn)行野外調(diào)研,確保野外調(diào)研信息的一致性,但是,實(shí)地生態(tài)單元的分布情況十分復(fù)雜,并不是所有生態(tài)單元的邊界都很明顯。生態(tài)單元邊界范圍可以從尖銳、明顯到模糊,例如,由道牙分割的草坪和道路兩個(gè)單元的明顯邊界或者自然與半自然式植物群落之間形成的模糊邊界(如新西蘭牧草地與叢生草原)。所以如何客觀的界定生態(tài)單元邊界問題使圖譜準(zhǔn)確的反映實(shí)地情況是有待解決的問題。(2)比例尺與GIS技術(shù)比例尺的問題在生態(tài)單元制圖過程中也是一個(gè)突出的問題。要想完成整個(gè)城市詳盡的全面性生態(tài)單元圖譜一般是很難實(shí)現(xiàn)的。通常依據(jù)研究區(qū)域的大小,進(jìn)行指定生態(tài)單元數(shù)字化信息的處理,這也就不能保證研究區(qū)域中所有出現(xiàn)的生態(tài)單元都被繪制到圖譜當(dāng)中來。換句話說,很可能丟失重要的生態(tài)小單元信息。例如,一個(gè)住宅區(qū)附屬公共綠地或私家花園(院落)的總面積小于該地生態(tài)單元制圖中最小生態(tài)單元的面積時(shí),往往被歸屬為與其相鄰的生態(tài)單元類型。但是住宅區(qū)綠地以及私家花園的重要性已被很多研究所證實(shí),它們對(duì)于城市物種的遷移和生存起到了生態(tài)步石的作用。所以生態(tài)單元制圖比例尺的確定以及如何利用高分辨率的遙感數(shù)據(jù)來得到小面積的制圖單元,進(jìn)而為利用GIS技術(shù)進(jìn)行生態(tài)單元系統(tǒng)分類和大尺度的生態(tài)單元制圖提供可能性將是今后生態(tài)單元制圖法技術(shù)突破問題的關(guān)鍵。6我國生態(tài)單元的研究現(xiàn)狀6.1國內(nèi)外景觀生態(tài)研究景觀生態(tài)學(xué)于上世紀(jì)80年代引入我國,隨著近30年的發(fā)展,我國景觀生態(tài)學(xué)研究已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步,逐步走上國際舞臺(tái)。在Scopus文摘索引數(shù)據(jù)庫中以“LandscapeEcology”為主題詞、“China”為文章從屬關(guān)系檢索到包括中文和英文(含SCI論文)共535篇論文(1984—2009年),其中456篇是基于景觀分類系統(tǒng)運(yùn)用景觀格局指數(shù)對(duì)景觀空間格局、景觀功能和景觀動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析,試圖為景觀生態(tài)評(píng)價(jià)、規(guī)劃和模擬以及景觀生態(tài)保護(hù)與生態(tài)恢復(fù)提供策略。例如高峻、宋永昌以1984、1989和1994年3個(gè)時(shí)相的航空遙感圖像為主要數(shù)據(jù)源,選取了景觀破碎化指數(shù)、多樣性指數(shù)、分維數(shù)等一系列指數(shù),對(duì)上海西南地區(qū)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶開展了景觀演變的研究,通過對(duì)比揭示出研究區(qū)域發(fā)展和演變的規(guī)律。然而國內(nèi)關(guān)于生態(tài)單元制圖的研究還處于初級(jí)階段,僅有個(gè)別學(xué)者對(duì)其做了相關(guān)的研究,并且面向城市生態(tài)要素的層次還僅停留在對(duì)城市局部地區(qū)的調(diào)查中。孟偉慶等人建議將生態(tài)單元制圖有選擇性的運(yùn)用到我國西部生態(tài)環(huán)境保護(hù)中,在生態(tài)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上,把各種生態(tài)單元類型落實(shí)在地圖上,并建立生態(tài)信息數(shù)據(jù)庫,為西部規(guī)劃提供基礎(chǔ)的生態(tài)數(shù)據(jù)。趙振斌等基于GIS和RS技術(shù),對(duì)西安市南郊陜西師范大學(xué)附近的城鄉(xiāng)過渡帶的保護(hù)規(guī)劃進(jìn)行了研究,繪制出生態(tài)單元圖譜并對(duì)生態(tài)單元的保護(hù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià),依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)建了城市生境鏈的規(guī)劃方案。另外,高大偉等又利用彩色紅外航片,在城市土地利用類型劃分的基礎(chǔ)上結(jié)合野外植被調(diào)查繪制了上海市閔行區(qū)的生境圖譜,并依據(jù)相對(duì)蓋度和相對(duì)物種豐富度以及地表水水質(zhì)質(zhì)量劃分了生境質(zhì)量等級(jí)圖。然后以生物多樣性因子為基礎(chǔ)探討和評(píng)價(jià)了閔行區(qū)的生境質(zhì)量,為該地區(qū)的生物多樣性保護(hù)和城市生態(tài)規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。但這些研究在實(shí)踐范圍和理論深度上與國外一些國家相比都有一定的差距,并且在生態(tài)單元制圖成果的進(jìn)一步應(yīng)用方面也缺乏探討。6.2關(guān)于研究6.2.1對(duì)城市生境的保護(hù)我國正處于城市化的加速期,新的發(fā)展理念要求城市發(fā)展應(yīng)與自然發(fā)展相互協(xié)調(diào)起來。城市因?yàn)楹懈鞣N不同特色的城市生境(如居住區(qū)綠地、城市公園、道路綠地、城市廢棄地等)和城市自然遺留地(如森林、河流等)以及近自然生境(如草地、耕地等),往往被認(rèn)為是一個(gè)生物多樣性很高的生態(tài)系統(tǒng),所以對(duì)于城市中含有生物學(xué)價(jià)值的生境都應(yīng)該進(jìn)行積極的維護(hù)。然而,現(xiàn)有的我國城市自然保護(hù)還僅停留在孤立保護(hù)、掛牌保護(hù)階段,使得很多有保護(hù)或潛在保護(hù)價(jià)值的生境在城市化的迅猛發(fā)展以及蔓延式的