第二节 干旱区景观格局相关研究进展

一 干旱区的生态脆弱性

（一）生态脆弱性的概念

生态脆弱性具有非常广泛的概念和认识，从生态脆弱性的历史进展看，在不同的研究领域、研究方向、研究目的中，对于生态脆弱性有着不同的理解（文剑平等，1993：131～133）。到目前为止，对于生态脆弱性的概念认识可以从以下几个方面理解。一是从生态环境方面理解，当生态环境受到外界破坏，而且超出了本身的修复能力，那么生态环境将发生变化，达到脆弱的状态，进而使生态系统进入不稳定状态（常学礼等，1999：115～119）；二是从人类的能力上认识，当人类对生态环境起不到修复作用的时候，说明生态系统达到十分不稳定的状态（赵桂久等，1993），因此整个生态环境就具有生态脆弱性（赵桂久等，1995）；三是从人与自然两者的联系上研究，人类在生态系统中扮演着重要的角色，人类的种种行为直接影响着生态环境的变化（邓楠，1991：23～24）。结合上述分析和认识，生态脆弱性是指当整个生态系统受到外力破坏的时候，最终变得不稳定。

（二）国内研究进展

对于生态脆弱性的认识与研究，我国接触得稍晚一些，在20世纪末期（黄益斌等，1999：316～321）才刚刚进入这方面的研究。最开始接触生态脆弱性这一概念是在20世纪90年代的会议上（张国防等，2000：51～55），在这一年生态脆弱带的概念被牛文元指出（牛文元，1989：97～105），并且对于脆弱带一些指标的相关研究进行了详细的总结，最终得到的结果表明生态脆弱带的空间分布可分为七种类型，此后国内关于生态脆弱性的研究开始兴起。杨明德从系统的概念以及人与自然的方面出发（杨明德，1990：21～29），阐述了部分区域生态系统环境的功能、结构和特性，并且对于这些地区地形地貌的生态脆弱性进行了研究，最终得出的结论是由于生态体系变异的较高的敏感度，较小的环境容量和较小的灾变经受阈值的弹性是环境脆弱性的主要特征。朱震达研究了国内土地荒漠化和生态脆弱性（朱震达，1991：15～16），通过研究他得出的结论是生态环境的退化是由人类活动的侵占性和不合理地利用资源造成的，因此，他认为我国生态环境脆弱性由两种类型带构成。同年杨勤业统计了我国的生态环境脆弱区（杨勤业等，1992：1～10），通过统计得出我国生态环境脆弱区分为三个级别，其中生态环境极脆弱区大约有100个，生态环境脆弱区大约有210个，生态环境较脆弱区大约有90个。孙武在1995年提出衡量脆弱的重要指标是人口（孙武，1995：419～424）。王经民等在1996年研究了黄土高原的生态脆弱性，通过划分系统区域得出了脆弱性方程，赋值指标权重，最终得到数字化的脆弱性结果（王经民等，1996：32～36）。周劲松在1997年认为脆弱性的影响与生态系统内部和外界人为压力这两方面有关（周劲松，1997：10～16）。赵跃龙在1996年研究了黄河流域的生态脆弱性（赵跃龙等，1996a/b），研究了该领域生态脆弱性的特征、类型和形成，而且提出了很多建议和措施。张龙生分析了甘肃省的生态环境脆弱性（张龙生，2009：60～61）；刘正佳等基于SRP概念模型评价了沂蒙山区生态脆弱性，从生态恢复力、生态压力和生态敏感性三个方面选取了13个因子形成了评价体系（刘正佳等，2011：2084～2090）；贺新春等比较了生态脆弱性评价方法在生态环境中地下水环境的应用（贺新春，2007：2386～2387）；勒毅等研究了环境预测方向的应用进展和生态脆弱性的评价；陈焕珍通过分析山东省大汶河流域的人为干扰情况和自然环境情况，研究了一套符合该流域生态脆弱性的指标体系（陈焕珍，2005：208～210）。上述大量的研究内容，为我国生态脆弱性理论研究方法提供了重要的积累过程（商彦蕊，2000：73～77）。在2008年之后，生态脆弱性的研究逐渐受到重视，越来越多的国内相关人员开始关注生态脆弱性的发展，并把多方位的研究趋势综合起来。生态脆弱性内涵已经成为研究的热点，大量的研究表明，把实际的理论研究与实践对接是接下来的发展趋势。为了更加清晰、更加准确地研究生态脆弱性，最终达到脆弱性的整体综合性研究，李贺等把现有的生态环境脆弱性理论分析分成了五大类，从而综合考量这五大类，得出各自的优点和缺点，最终得到一些分析方法和基本原则（李贺等，2009：196）；崔胜辉等结合敏感性的探究去分析全球一体化下敏感的内涵、特征以及发展的趋势（崔胜辉等，2011：7441～7444）；乔青等人得出生态脆弱性评价的基本判定指标包括生态弹性度指数、生态压力度指数以及生态脆弱度指数，最终总结出某一区域生态脆弱性的空间分布规律（乔青等，2008：117～123）；陈云等在分析方法和地理信息的基础上，选取了生态环境的恢复指数和社会存在的压力指数（陈云等，2008：33～36）；范强等在GIS与空间模型相互作用下，对断裂点模型进行改进，划分和分级了内蒙古自治区科尔沁左翼中旗城镇体系结构（范强等，2014：601～607）。随着生态脆弱性研究的发展，我国生态系统正朝着多元方向前进（马骏等，2015：7117～7129）。但是，目前来看，由于研究区域存在差异性，研究目的不同，最终得不到一个准确的概念，评价方法过于单一，评价指标过于广泛，导致不能够完全体现出地理环境的综合影响。

（三）国外研究进展

国外对于生态脆弱性的研究已经有一段历史了，内容十分广泛，生态学的概念是在20世纪初期由Ecotone提出的（商彦蕊，2000：73～77）。1905～1960年称为初级阶段，美国研究人员提出了“生态过渡带”的概念后（刘平等，2003：32～36），生态脆弱性的研究受到更多人的关注与重视。随着环境逐渐受到破坏，人们开始重视环境问题，从而促进了相应研究领域的发展。法国学者Margat和Albinet在20世纪60年代引入了“生态脆弱性”的概念，后来Foster和Verhuff等人对其进行了深入的研究和探讨。1962～1990年称为发展阶段，由于工业的不断发展，各国学者开始热衷于研究生态环境问题。国际生物学计划（IBP）在未考虑人类活动影响的前提下，运用生态系统的评价模型分析生态环境（高洪文，1994：32～38）。MAB研究不同层次的生物圈（Dow，1992：417-436），从而推测生物圈所产生的巨大影响是人类活动的结果。在这一阶段举行了很多相关的会议：预示着联合国统一负责国际环境管理的人类环境会议在1972年召开，Ecotone新概念在1988年重要生态会议上通过，“生态过渡区”的概念再次确定，这次会议促进了各国学者对Ecotone的研究（Evans et al.，1981：29-50）。同年，IPCC成立，预示着生态环境研究进入新的时代（Djuraev，1986）。1991年至今这一阶段，全球已经把生态脆弱性研究作为主要研究的问题。到21世纪，把人与自然的研究结合到生态脆弱性中（Nitsche et al.，2008：169-180）。之后，众多学者运用RS、GIS等技术来分析出现的生态环境问题。当前，国外主要将研究重点聚焦在沿海地区生态相对脆弱的地方，并进行相应的生态研究。Dwarakish和Taramelli通过研究分析了沿海区域的生态环境脆弱性，提出了针对保护类似区域的生态环境和降低自然灾害风险的对策。

二 干旱区景观格局的重要性

（一）国外研究进展

现如今对于景观格局的研究已经成为社会各界的热点话题，文献统计显示大多来自国外。最初对景观格局概念进行研究的是Forman等（Forman et al.，1995），并且奠定了坚实的基础，之后Turner等研究了景观格局干扰的问题。随着研究的进展，各界学者开始研究景观尺度的问题，Turner（Turner，1990）、O’Neill等（O’Neill et al.，1988：196-206）和Krummel等（Krummel et al.，1987：153-162）研究了尺度、生态过程和景观格局指数之间的关系，这一研究充分证明了景观格局可以在不同尺度上选取适宜的参数和指数来描述。伴随着新的技术和研究手段的出现，研究人员开始着重在空间统计学上对景观格局和尺度问题进行研究，如Sandra，J.等对地理信息系统和遥感技术的研究（Sandra et al.，1990），Iverson把地理信息系统和遥感技术作为工具，分析了景观格局的变迁过程（Iverson，1988），得出景观格局研究的重要方向是景观时空变化。Robert，H.（Robert et al.，1990）研究了空间模型方法的运用，并在神经模型的基础上对景观格局物种丰富度之间的关系进行分析。生态系统动态模型、人口模型和地理模型也是景观格局空间的模型方法。随着地理信息系统和遥感技术的迅猛发展，景观格局动态的变化逐渐成为重要的研究方向。

（二）国内研究进展

景观格局的研究，国内发展得相对比较晚，其中关于景观生态方面的研究比较多，研究的范围基本与国外相似，但是在研究技术和研究方法上相对比较落后，在研究的深度方面与国际水平也存在较大的差距。其中具有代表性的研究有：高琼等通过运用空间仿真的手段，使用空间格局指数与多样性指数分析和预测的功能，对景观动态的发展及气候变化进行研究（高琼等，1996：18～30），模拟了东北松嫩平原碱化草地景观动态变化；傅伯杰通过把地理信息系统与分维分析和统计分析相结合（傅伯杰，1995：454～462），对黄土区农业景观格局进行了研究；傅伯杰等对景观多样性的生态意义进行了研究（傅伯杰等，1996：454～462），得出了景观类型多样性和物种多样性之间呈正态分布的关系的结论；王宪礼等在RS、GIS的支持下，分析了辽河三角洲湿地地质变性与景观格局（王宪礼等，1997：317～323）；王仰麟对农业景观格局和过程进行了研究，并把规范的理论、定量的方法和广泛的实证内容作为其未来的研究方向（王仰麟，1998：29～34）；程国栋等主要研究了景观结构的特点和景观格局在干旱区的变化过程（程国栋等，1999：11～15），并对干旱区生态环境建设的研究方法和理论及生态建设策略进行了分析；郭晋平运用ARC/INFO手段进一步分析了关帝山森林中各景观要素的空间关系（郭晋平，1998：468～473），从而得出了研究地区景观格局的控制因素和空间分布的基本规律；田光进等通过使用景观生态学的数量方法（田光进等，2002：1028～1034），利用TM遥感影像得到海口市景观变化过程，并对城市的景观结构和周围区域的动态变化进行了研究；彭建等通过选取24种常用的景观格局指数，分析了土地利用分类系统对景观格局指数变化的影响（彭建等，2006：157～168）；王玉杰等分析了上海市浦东新区城市景观格局变化，在GIS支持和航空遥感影像分析的覆盖数据与土地利用的基础上，运用梯度分析与景观格局指数法进行测算（王玉杰等，2006：20～23）。

三 林业生态工程

（一）国外研究进展

沙尘天气的形成不是某个因素作用的结果，而是与很多因素有关，应客观地评价林业生态工程对沙尘防治效应在不同因素方面起到的作用（邱玉珺等，2008：93～98），如何定量地描述沙尘天气的变化情况，在研究中难以解决，完善的林业生态环境建设是解决问题的关键。由于环境污染、资源短缺等问题的出现，各国先后实施了不同的生态工程，林业生态工程是随着生态工程的发展而出现的，其实施的目的也是保护生态环境。沙尘天气属于生态环境问题，防治沙尘天气是林业生态工程建设的一部分（李红丽等，2011：84～87）。生态工程建设的目的是就人类影响和自然影响下的不同因素对环境影响程度进行有效的改善。

林业生态工程是生态工程的一部分，其目的是保护环境和实现自然资源的可持续利用（臧玉环，2012：230；邹文胜，2016：216）。环境污染、资源浪费、全球变暖等生态环境问题的出现，严重影响了人们的生活，为了改善生态环境，提高资源利用效率，各国在结合本地资源和条件的基础上，寻找适合当地发展的技术和政策。1962年美国学者Howard T.Odum首次使用了生态工程（Ecological engineering）的概念，林业生态工程是随着生态工程的兴起开始发展的（汪子栋，2014）。

1943年美国的“罗斯福工程”是国外大型的林业生态工程开始实施的标志。随后由于人类的过度开发开垦，环境开始恶化，各种自然灾害频繁发生，如沙尘天气、气候变暖、土壤侵蚀等（代维佳，2018）。世界各国先后实施了一批投入巨大的林业生态工程建设，除了美国的“罗斯福工程”外，影响力比较大的还有日本的“治山计划”、法国的“林业生态工程”、加拿大的“绿色计划”、韩国的“治山绿化计划”，等等（郑洁玮，2011：245；石培贤，2005），这些工程在各国生态环境治理中起到很大作用。

国外把林业生态工程当作一项系统的工作，具有以下几个方面内容。（1）实施林业生态工程要树立科学的环境资源观、工程质量观和综合效益观等，注重资源保护、利用和开发相结合，不以破坏环境为代价追求经济的发展。（2）要重视林业生态工程的可持续发展以及改善生态环境（商春生，2016：119；潘金志等，2013：183～186），Landell-Mills就林业生态工程的发展对大气改善情况进行了详述（杨帆，2015）。（3）把林业生态作为一个系统去经营，研究不同树种之间的最优比例，以及如何实施不同的林业生态工程，使其最大限度地发挥设计功能，也是研究热点。（4）实现林业信息化，对数据进行收集、加工和整合，研究林业生态工程技术水平，并对其未来进行预测。（5）研究林业生态工程实施中存在的问题，并提出解决方案（刘吉善，2018）。

随着林业生态工程建设的不断深入，在初级基础上进行生态环境质量的建设，包括内容众多，主要有环境质量、脆弱性生态环境、生态健康、生态安全、生态退化等（Canter，1982：6-40；Kooistra et al.，2001：359-373；Stockle et al.，1994：45-50；Tilman et al.，1996：718-720）。Costanza发表了关于全球生态服务系统及自然资本的价值论述，使得生态环境工程建设成为研究的热点（Costanza et al.，1997：3-15）。对生态工程建设的研究主要是定性的，如Jun，M.Y.通过一个“输入-输出”系统模型对城市的经济和社会系统进行了评价（Jun，2004：131-147）。Trevisan等采用非点源农（林）业危险指数分级评价了农（林）业行为对生态环境的影响（Trevisan et al.，2000：577-584）。Scott等从经济学的角度采取了可能价值法、旅行费用法等，分析了农（林）业集雨河岸缓冲带的工具（Scott et al.，1998）。在这一发展过程中，随着3S（GIS、RS、GPS）技术在各个领域的应用，生态环境工程建设在技术上取得了重大突破，如利用遥感影像和景观生态学方法对景观格局变化（Iverson et al.，2001）进行生态环境工程建设。Fang等评价了哥伦比亚流域的生态环境工程建设，用不同的指标对草地、水域和森林生态系统的情况（Fang et al.，2008）进行评价。在此之后，生态环境工程建设继续发展，从定性描述到定量分析，根据定量分析结果进行环境综合治理。Démurger等研究农户参与退耕还林工程的驱动力，认为工程本身的特性（如退耕还林的限制）是主要驱动力之一（Démurger et al.，2015：25-33）。Barros等研究美国俄勒冈州东部瀑布的野火修复可增强生态恢复力，认为恢复野火可以提高森林的抗灾能力及促进火灾后森林的恢复（Barros et al.，2018）。

（二）国内研究进展

林业生态工程建设对于我国来说已经不再陌生，其对防护沙尘起到的作用更是有目共睹，如垄稻沟鱼、桑基鱼塘等是很好的生态工程。新中国成立至今，我国的林业生态工程大致可以分为四个时期。一是起步阶段（20世纪50年代到60年代中期），我国开展了各种建造防护林的工程，从功能上分为水土保持林、风沙防护林、农田防护林等，但这时造林树种单一、功能单一、目标单一，缺乏统一规划（杨斯玲，2012）。二是停滞阶段（20世纪60年代中期到70年代后期），“文化大革命”时期，各行各业都处于发展缓慢或停滞阶段，林业生态工程也不例外。三是体系建设阶段（20世纪70年代后期到90年代末），改革开放后我国林业生态工程建设进入新时期，此时我国大规模建设林业生态工程，陆续开展了十大林业生态工程，注重林业生态体系的建设，目的是改善生态环境、扩大林业资源等，形成了我国林业生态工程的基本框架（宋阳光等，2018；郭俊杰，2015：74；吴月仙等，2006：80～82）。四是大工程带动发展阶段（20世纪90年代末至今），要实现林业跨越式发展，就要以大工程发展为主，发挥其带头作用，根据发展目标（董晖，2004：36～40），国家林业局对林业工程做出调整，形成了六大林业生态工程，即天然林保护工程、退耕还林还草工程、环北京地区防沙治沙工程等（邓长宁，2013）。

有关我国林业生态工程的研究主要有以下几个方面。（1）对发展状况、基本特征进行分析，对林业生态工程发展现状的研究（刘艳军，2014：253）。（2）对林业生态工程建设技术进行研究，包括林业生态工程中林种树种选择、林业工程的施工和管理等方面（董冶等，2000：50～52）。（3）研究林业生态工程建设中存在的问题，涉及监督机制、效益评价、工程管理等多个方面，如贲克平在《治山治水及对国民经济部门管理问题的思考》中，提到长防林一期工程中存在的投资问题等。（4）研究解决林业生态工程建设问题的相关建议和政策，如有学者等针对西部地区林业生态工程建设中存在的工程管理和造林技术等问题，提出要加强对现有天然次生林和人工植被的保护，改变传统经营思想与模式。（5）就林业生态工程对经济、社会的影响进行研究，如有学者就退耕还林工程、天然林保护功能对地方经济和社会的影响进行调查分析。而内蒙古在长期西风的影响下，西部地区受沙尘影响比较严重，开展林业生态工程建设对内蒙古进行防沙治沙意义重大。

我国对生态工程系统性的研究起始于1998年林业生态工程的整合，分为三个阶段（陶涛，2012）：探索阶段、发展阶段和深入阶段。随着计算机和3S技术的发展，生态环境工程建设也进入了一个新的阶段，如江振蓝等建立了福州市的生态环境模型，用ENVI、ArcGIS等软件处理TM影像提取福州市的生态环境评价因子，用等高线生成高程和坡度，用线性回归方法确定各因子的权重，对该研究区的生态环境状况进行了评价（江振蓝等，2008：80～85）。

何翠在相关文章中提出，在林业工程建设中要提高生态化的建设水平和天然林的保护能力，实现林业工程可持续发展，并提出了林业工程建设具体对策，为相关人员提供借鉴和参考（何翠，2019：55～65）。好斯巴雅尔分析了中国林业生态工程建设的原则及现存的问题，并针对现存的问题提出了一些建设性意见（好斯巴雅尔等，2018：149）。乔轶华积极从事林业生态工作，研究了内蒙古抗旱造林技术的工作要点和技术措施，认为其为改善内蒙古的生态环境做出贡献（乔轶华，2018：165～166）。王馗等通过网络分析与实地调查相结合的方法分析了不同区域林业工作人员对森林生态安全、现存的问题及成因、安全压力的认知等，分析范围涉及东、中、西部五省的728位县域林业工作人员（王馗等，2019：72～79）。高磊等以位于西南地区的重庆市为研究区域，分析了退耕还林的生态和经济效益（高磊等，2019：353～358）。刘振露研究了贵州省石漠化地区的林业生态修复模式和以林业为主的生态农业模式，提出要关注经济林和生态林的比例，采用经济与生态效益、长期与短期效益相结合的治理措施（刘振露，2019：103～106）。何振荣研究了甘肃省定西地区林业发展现状，分析林下经济和林业生态建设的概念及关系，对甘肃省定西地区的林下经济与林业生态建设提出建议并对未来发展进行展望（何振荣，2020：59～60）。魏轩等使用文献整理与比较研究相结合的方式，对中国生态工程效益的评价指标、评价对象和评价方式多个方面的国内外研究情况进行对比（魏轩等，2020：377～383）。

从已有气候变化与重大生态工程影响的研究可以发现，大部分研究关注重大生态工程地区的生态效益、气候因子变化趋势等方面，小部分研究关注区域植被生产力（邵全琴等，2013：1645～1656）、植被覆盖度、土壤侵蚀（邵全琴等，2016：3～20）和水体与径流变化方面，很少有研究关注区域生物多样性与脆弱性对生态系统结构等方面的影响。