基于景观生态模式的农田景观格局变化研究——以江苏扬中为例

维普资讯 http://www.cqvip.com ．．．——２５６．．－——　江苏农业科学２００７年第５期　基于景观生态模式的农田景观格局变化研究　——以江苏扬中为例　赵言文　，李煦征　，江峰秦。，施毅超　（１．河海大学／水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８；２．南京农业大学，江苏南京２１００９５；　３．江苏省环境监测站，江苏南京２１００３６）　摘要：在遥感和ＧＩＳ技术的支持下，结合试验农区８种农田生态模式和实地调查数据，在对不同农区５年间　景观格局特征（多样性指数、匀度指数、优势度指数和破碎度指数）分析的基础上，找出了以生态模式为尺度的主　要影响因子与景观格局变化之间的对应关系，揭示了生态模式尺度下景观格局变化的生态学意义。研究认为：生　态模式作为农田景观破碎度的限制性因子影响明显；城郊农区及环岛农区比规模生产农区生态模式对农田景观　格局的影响大；稻田中的生态模式对景观格局影响不显著。　关键词：景观生态；功能设计；结构设计；生态过程　中图分类号：Ｑ１４９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２００７）０５—０２５６—０３　景观格局的研究越来越受到广泛关注。在大力　以区域生态系统的整体为对象，研究自然和社会经　发展生态农业的情况下，２００４年江苏新型生态模式　济输入、输出的调控机制。而生态农业中的农业生　的推广度已经达到９０％，而农田生态模式对景观格　态系统是人们利用生物与非生物以及生物种群之间　局变化的研究很少报道。农田生态模式重视农业系　的相互作用而建立的按人类社会需求进行物质生产　统中小尺度下各生物组分（如农作物、家畜等）之间　的有机整体，是介于自然生态系统和人工生态系统　及其与环境（包括自然环境与人工环境）之间的物　之间被人类驯化了的自然生态系统，它不仅受自然　质能量价值流分析，而对于该尺度下农田景观优化　规律的制约，还受人为过程的影响。养分循环作为　布局的研究不够深入。借助ＧＩＳ和景观生态学将景　农业生态系统的主要生态过程及稳定机制，是系统　观格局与生态模式统一起来是很值得探讨的问题。　生产力及其持久性的决定因素，促进养分在系统内　因此本试验研究生态模式尺度下农田景观的变化规　的循环和提高养分利用率等，进而促进生态循环和　律，并重点比较不同农区生态模式对农田景观格局的　经济循环，其生态效益、经济效益、社会效益的共同　影响，旨在为合理选择农区生态模式提供科学依据。　体与景观生态学的区域生态系统模型浑然一体。　１　景观生态模式原理的运用　１．２　时空尺度组合与等级层次原理　时空组合是在区域大尺度下，以几个大型的自　１．１整体性原理　然植被斑块为主体，有足够宽和一定数目的廊道以　景观生态学的整体性原理与生态农业设计的整　及一些小的自然斑块和廊道构建区域优化景观格　体效益原理不谋而合。景观生态学中的区域复合生　局　Ｊ。在关键地段上，对那些具有关键生态作用或　态系统模型是根据区域中不同土地利用类型的生态　生态价值的景观地段给予特别重视，以及对空间属　功能，将区域分成４个景观单元类型：生产性单元、　性（如斑块及其边缘属性、廊道及其网络属性）进行　保护性单元、人工单元和调和性单元　］。并侧重于　确认，并随着景观利用的生态和社会需求而进一步　各单元类型间物质和能量的转移过程和机制，同时　改变，这就是等级层次原理的内涵。在生态系统的　小尺度下，是以粮食生产性功能片区为主体，配以农　收稿日期：２００７一Ｏｌ一３Ｏ　林渔以及果蔬功能片区等具有边缘效应的生态农业　基金项目：国家高新技术研究发展计划项目（编号：２００２ＡＡ２Ｚ４３３１）。　功能分区进行设计。生态农业设计在区域水平的空　作者简介：赵言文（１９６５一），男，江苏徐州人，博士，副教授，主要从　间布局上运用要素的空间分异安排景观的功能分　事农业生态学、景观生态学研究。Ｔｅｌ：（０２５）８３７８７９０３；Ｅ—ｍａｉｌ：　区。将生产、种养、花果、观光等要素按照不同等级、　ｙｗｚｈａｏ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。　不同层次进行布局优化，有助于合理安排景观要素　通讯作者：李煦征．Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｘｕｚｈｅｎｇｎｊａｕ＠１２６．ｃｏｒｎ。　的镶嵌组合（包括边缘设计），同时也体现了景观生　维普资讯 http://www.cqvip.com

赵言文等：基于景观生态模式的农田景观格局变化研究——以江苏扬中为例　一２５７一　态学中的时空组合原理。　１．３镶嵌稳定性与生态控制原理　ｃ：　．　该原理在把研究区域作为一个整体后，重点分　析系统景观要素之间的相互关系与相互作用，从而　３结果与分析　３．１各农区景观格局分析　把握系统的整体行为，并在系统对要素变化反应的　基础上，对系统进行动态调控，最后运用生物控制论　原理，调节系统要素的关系（增强或削弱），以提高　系统的自我调控能力。而在生态农业设计中可以充　从１９９９年和２００４年扬中景观斑块镶嵌动态比　较得知（表１），景观的分布面积呈减少趋势。２００４　年较１９９９年，斑块总面积减少了３％，斑块数量则　呈现增加了３６９块，平均每年增￣ＪＨ７３．８块。斑块密　度从１９９９年的８．０７块／ｋｍ　增加到２００４年的９．４８　块／ｋｍ　。这些结果表明，５年来，在农田、果园和鱼　分利用景观的空间镶嵌与多熟种植原理，合理组合　作物的空间结构，适当安排轮作顺序，逐步扩大间、　套、带面积。例如功能片区中的结构可以按照生态　脆弱地区生态农业发展模式、生态资源优势区发展　塘等生态模式应用的条件下，扬中景观镶嵌体发生　了较大变化。直接的变化就是面积的减少，此外，斑　模式、农牧结合增值模式和城郊经济农牧结合模式　来设计，集中体现了生态控制效应和研究区域整体　的统一。　块数量的增加，平均斑块面积的减少也都说明扬中　农田景观破碎化程度的加重，生态模式作为农田景　观破碎度的限制性因子影响明显。　表１　１９９９年和２００４年扬中景观格局动态变化比较　年份斑　１９９９　２　）４　２材料与方法　２．１尺度的确定　目斑　３３　１８０　１４　３２１４０　３６　积　１２．３８９　８　１０　５４８　２　瞅　７　５４２　５９６　８４５８　７５２　由于不同尺度上影响景观格局的因子差异较　大，研究景观格局与生态模式之间的关系比较困难，　２　６７８　３　０４７　ｌ　９５８．２５　】５３７　２１　因此在大尺度上选取３个农区（Ａ．规模生产农区，　Ｂ．环岛农、畜、渔复合农区，Ｃ．城郊粮、蔬农区）共８　种农田生态模式。　２．２分析因子　３．２不同农区景观格局变化比较　表２结果表明：（１）规模生产区景观过程以水　土流失等退化过程为主，具有较大的一致性，可视为　一选取多样性指数、优势度指数、均匀度指数、破　碎度指数作为研究景观格局的主控因子。这样可以　个整体单体。以稻田为优势景观要素而使优势度　和破碎度增加，秸秆养菌生态和稻田立体种养等生　态模式的应用，使景观的整体性降低，不利于各单元　类型问物质和能量转移，导致破碎度有所增加。　体现尺度的多维性，时空尺度的复杂性、变异性等　特点　。　（１）多样性指数　Ｐ　ｌｏｇ２Ｐ　Ｈ＝一　２：ｌ（２）环岛农、畜、渔复合农区景观过程以农业耕地利　用为主，由于种草养畜禽生态和虾蟹鱼分层立体共　养生态等模式的应用使优势度增加，其余指标均减　少。不同景观类型分配均匀程度降低，向稻田、畜禽　养殖场等优势景观要素发展；景观整体较为完整；景　观功能多样性及结构多样性降低。（３）城郊粮、蔬　Ｐ　）　（２）优势度指数　Ｄ＝Ｈｍ　Ｐ　ｌｏｇ２Ｐ　，其中Ｈ…＝ｌｏｇ２ｎ　（３）均匀度指数　Ｅ＝（Ｚ／ｎ…×１００％（４）破碎度指数　其中Ｈ＝一ｌｏｇ　农区以粮食作物和蔬菜为主，景观过程以作物种植　为主。该区多样性和均度降低，其余指标增加。该　表２不同试验农区景观格局特征指数的变化　维普资讯 http://www.cqvip.com

一２５８一　江苏农业科学２００７年第５期　区受人类活动影响大，整体性较低，且不同景观分配　不均。整体上以城郊农区及环岛农区对农田景观格　一　－一面积　口数量　１　Ｏ４Ｏ　１　０２０—　局的影响较显著。　３．３研究区稻田景观格局变化分析　Ａ区的斑块以稻田为主，直接反映出生态模式　对景观格局的影响。结果显示：研究区稻田的分布　值　面积呈增加趋势（图１）。５年间，稻田景观面积增　１９９９年　２００４年　蒌～Ｌ　Ｉ【］ｊ　１　０００　９８０阅　９６０　９４ｏ　９２０　加了４％，而斑块数量减少了６７块，平均每年减少　图１　１９９９年和２００４年研究区稻田景观格局变化　１３．４块。斑块密度从１９９９年的１３块／ｋｉｎ　减少到　景观破碎度指数１９９９年为０．２，２００４年为０．１５，破　２００４年的１１：￣／ｋｍ　。与１９９９年相比，２００４年最大　碎程度较低，景观整体较为完整。　斑块面积扩大了１２．９２％，表明扬中稻田景观的破　３．４不同生态模式景观过程分析（表３）　碎度程度不但没有加重，反而有所减轻。扬中稻田　表３　生态模式尺度下景观过程分析　农田生态模式　景观过程分析　稻田立体种养模式　改变了单一的稻田景观，提高了景观的空间异质化程度，增强了景观系统抗干扰能力　麦稻套作两熟秸秆全量机械还田技术模式　促进景观生态系统内物质、能量的良性循环，使景观和土地利用方式适应于生态过程　秸秆养菌生态模式　可使物质循环与能量多层次利用，使农业资源多级增值，显著提高物质转化率与能量利　用率　种草养畜禽生态模式　使得农业景观的美学和生态效益得到发挥。提高了集约化程度；在堤坝上种植优良牧草，充　分利用了扬中丰富的滩涂资源　虾蟹鱼分层立体共养生态模式　景观内的异质性是保证景观稳定的源泉，以垂直过程的连续和生态过程上具有共同性的土　地景观生态单体作为规模经营的单位，从而集约利用资源　果基林基鱼塘模式　基塘农业生态系统是根据水陆相互作用原理，合理利用地形。水陆结合，根据农、渔、牧之间　的相互关系建立起来的成分多样、结构复杂的人工生态农业系统　设施化高效立体种植技术模式　充分利用景观的空间镶嵌与多熟种植原理，合理组合作物的空间结构，对构成区域的相对　低层次景观生态系统及空间进行配置　以沼气为纽带的农牧复合生态模式　主要是通过沼气池把种植业和畜牧养殖业连接起来，改变以往的生产模式中不合理的结构　配置，以解决景观系统中的生态问题。规模化的斑块一廊道一基质景观结构拓宽了各个系　统间的物质和能量流的循环转化　４讨论　态过程涉及到不同的研究尺度，而且随着尺度的变　化而变化，使得定量描述景观格局与生态过程之间　面对同一研究对象，如果采用的不是生态模式　的关系成为目前景观生态学研究的一个热点和难　这一尺度，分析得出的景观格局变化也会大不相同。　点。本研究为解决农田景观学中的尺度转换提供一　如何对研究区选择合适的研究尺度开展相应的研究　种新的研究思路。　工作，或者整合出一套通用的尺度标准来研究生态　参考文献：　过程变化将会是未来生态学家研究的重点和难点。　本文研究方法是基于地理信息系统的景观格局　［１］Ｗａ　ＪＧ，ＧａｏＷ，ＰａｕｌＴＴ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｓｐａｔｉａｌ　ｓｃａｌｅ　ｏｎｔｈｅ　ｒｅ－　评价，如果从格局一过程的角度，建立针对特定生态　ｓｕｉｔｓ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｉｔｈ　ｌａｎｄｓｃａｐｅ　ｄａｔａ．Ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｇｅ－　ｏｇｒａｐｈｉｃ　ｈｆｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．１９９７．３：３０—４１．　过程的基于景观格局评价的尺度转换方法和模型，　［２］Ｗｉｎ　Ｊ，Ｌｅｖｉｎ　Ｓ　Ａ．Ａ　ｓｐａｔｉａｌ　ｐａｔｃｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｐａｔ－　这样对生态过程的评述会更加有深度。本文在尺度　ｔｅｒｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｇｒａｓｓｌａｎｄ［Ｊ］．Ｅｃｏｌ，１９９４，６４（４）：４４７　转换方面采用大小两种尺度，初步实现了时空尺度　—４６４．　转换。有研究者进行尺度转换时涉及４个尺度域：　［３］Ｆｏｒｍａｎ　ＲＴＴ，ＧｏＭｏｎＭ．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ　Ｅｃｏｌｏｇｙ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｊｏｈｎ　微观尺度域、中观尺度域、宏观尺度域、超级尺度　Ｗｉｌｌｅｙ，１９８６．　域＿】。］，这对以后的研究具有借鉴价值。　ｆ４］钟来元，郝晋珉．粤西低山丘陵区景观生态及景观优化研究——　以高州市新垌镇为例［Ｊ］．中国生态农业学报，２００６，１４（２）：２２７　正确解决生态模式与景观格局的关系是进一步　—２２９　深化景观生态学研究的关键。但由于景观格局和生