国内外多功能景观研究进展与展望
彭建1, 吕慧玲2, 刘焱序1, 陈昕2, 胡晓旭1
1. 北京大学城市与环境学院,地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京 100871
2. 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院,城市人居环境科学与技术重点实验室,广东深圳,518055

作者简介:彭建(1976-),男,四川彭州人,副教授,主要从事景观生态与土地利用、区域生态持续性评估等方面研究. E-mail:jianpeng@urban.pku.edu.cn

摘要

作为沟通自然景观与人类社会的重要桥梁,景观功能一直以来都是景观生态学的重要研究内容;多功能景观通过对自然景观功能赋予人类价值评判,与土地利用决策紧密相关,已成为当前景观功能研究的重要发展方向、多学科景观综合研究的重点领域和景观生态学新的学科生长点。在系统梳理多功能景观概念内涵的基础上,对比分析了其与景观多功能性、生态系统服务及多功能农业的概念异同;并从景观多功能性评价、多功能景观空间识别、多功能景观规划与管理等3个方面,重点探讨了近年来国内外多功能景观研究的进展及其主要不足;最后,展望了当前国内外多功能景观研究的重点发展方向,即多功能景观权衡机理解析、多功能景观区域类型识别、多功能景观尺度与划区效应评估、多功能景观动态预测及情景模拟。

关键词: 多功能景观; 景观多功能性; 空间识别
中图分类号:P901 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2015)04-0465-12
International Research Progress and Perspectives on Multifunctional Landscape
Peng Jian1, Lü Huiling2, Liu Yanxu1, Chen Xin2, Hu Xiaoxu1
1.Laboratory for Earth Surface Processes, Ministry of Education, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
2. Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences, School of Urban Planning and Design, Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China
Abstract

As a bridge between natural landscape and human society, landscape function is always an important content of landscape ecology. Multifunctional landscape becomes closely related with the decision of land use by means of endowing landscape function with human value judgments. Till now, it has been an important development direction of landscape function research, an important field of multi-disciplinary integrated landscape study, as well as a new discipline growth of landscape ecology. Based on comprehensively analyzing the conceptual connotation of multifunctional landscape, the similarities and differences among the four concepts, i.e., multifunctional landscape, landscape multi-functionality, multifunctional agriculture, and ecosystem services are also fully contrasted and clarified. Focused on such three key issues as landscape multi-functionality assessment, spatial identification of multifunctional landscape, and multifunctional landscape planning and management, the updated research progress and main shortcomings on multifunctional landscape are deeply discussed. Finally, five topics are proposed as future research directions on multifunctional landscape, i.e., mechanism analysis of trade-offs in multifunctional landscape, regional categorization of multifunctional landscape, scaling and zoning effects assessment of multifunctional landscape, dynamic prediction of multifunctional landscape, and scenario simulation of multifunctional landscape.

Keyword: Multifunctional landscape; Landscape multi-functionality; Spatial identification.
1 引言

景观是由自然、半自然和人工生态系统的部分或全部空间镶嵌所构成的地表综合体[1], 以结构与功能为其外在表征, 兼具生态、经济、社会、文化和美学价值。其中, 景观功能指景观结构与生态学过程或景观结构单元之间的相互作用[2], 通过景观的结构以及镶嵌在景观结构之中的生态系统过程、功能来体现[3], 是景观生态学的重要研究内容。本质上, 景观功能的概念源于生态系统功能, 主要用来描述景观所提供的与人类福祉息息相关的产品和服务的能力[4]。人类需求及其活动的多样性以及自然生态系统的有限性决定了景观作为地表综合体, 其功能与利用方式会随着人类活动的增强愈趋多样。在此背景下, 景观功能的多样性, 即景观多功能性逐渐受到国内外学者的关注, 并形成了多功能景观这一新兴研究方向。多功能景观研究最早起源于对现代农业生态环境影响的反思, 即多功能农业的关注[5]。而多功能景观并不是特殊类型的景观, 只是通过对自然景观功能赋予人类价值评判从而与土地利用决策紧密关联[6]。因此, 作为构建自然景观与人类社会之间桥梁的重要基础, 多功能景观已成为景观功能研究的重要发展方向和景观生态学新的学科生长点[6]

景观综合研究的基本科学问题是景观的格局、过程、功能、尺度及其相互关系[7], 其中格局与功能的关联研究一直以来都是景观生态学研究的核心领域。但综观近二十年来国际景观生态学的发展, 虽然景观格局动态演变与模拟分析取得了长足进展, 景观功能及其与空间格局的相互关联研究却长期滞后[6, 8], 景观生态学家对于景观功能与生态过程互馈的认识仍需加强[9]。尽管人们已明确生态系统服务权衡的不可避免, 但由于对生态系统服务形成机理及相互作用关系缺乏深入的生态学理解[10~13], 目前学界对于生态系统服务区域集成及综合权衡的实现途径与方法尚不明晰。而多功能景观作为不同生态系统服务相互作用的空间结果, 则提供了一个可能的景观途径[14, 15]。因此, 本文从多功能景观的概念内涵出发, 对比分析多功能景观与景观多功能性、生态系统服务、多功能农业的概念异同; 进而从多功能景观评价、识别以及规划管理角度, 对多功能景观的国内外研究进展进行系统梳理、归纳评述, 并展望进一步研究的重点方向, 以期深化中国的多功能景观研究, 推动生态系统服务在景观尺度的综合权衡。

2 多功能景观概念

尽管早在景观生态学发展初期, 景观生态学者们就对景观的多功能性有了基本的认知, 但国际多功能景观研究在二十世纪的进展仍较为缓慢[16]。自2000年在“ 多功能景观— — 景观研究和管理的跨学科方法” 国际研讨会上首次明确提出“ 多功能景观” 的概念以来, 多功能景观研究得到了学术界的广泛关注和发展, 但目前仍然没有统一的概念界定。各国科学家先后从人类学、多学科交叉、系统学、经济学、生态学、地理学和可持续科学等视角对多功能景观的概念进行了界定(表1):①Naveh[17]首先从人类生态系统观点出发, 将多功能景观定义为一个自然— 文化交织的复杂系统; ②Brandt[18]基于抽象的空间观点, 认为多功能景观是指同时具有生态功能、有关土地利用的功能和社会功能等的景观; 周华荣[19]进一步将其明确为同时发挥经济、社会文化、历史和美学等功能的复合景观; ③Brandt等[20]从复杂系统理论出发, 将多功能景观视为自组织系统研究科学范式的一个中心概念, 指具有复杂功能和整体性的不同等级空间单元组成的文化景观; ④Barkmann等[21]基于经济学供需理论, 将景观多功能性定义为景观实际或者潜在提供的物质、非物质商品以满足社会需求的现象; ⑤Annette等[22]强调景观多样性, 将景观多功能性表征为景观尺度生物多样性; ⑥傅伯杰等[6]认为多功能景观就是为了多种目的对景观中的土地采用多种利用方式同时加以使用的景观; (7)O’ Farrell等[23]则提出了可持续性多功能景观的概念, 表征在景观创建与管理过程中将人类活动和景观利用、保留有决定性生态系统功能、服务流以及生物多样性相结合的景观。由此可以看出, 在不同学科视角、理论基础和关注焦点下, 学者们对多功能景观概念的理解和表述有所差异, 但究其本质仍强调景观多重功能的时空协同; 而不同时期多功能景观概念关注点的变化则反映了随着多功能景观研究的逐步深入, 其研究重点从多重景观功能耦合表征向景观多功能可持续性探讨的转变。

表 1 多功能景观概念内涵对比 Table 1 Connotation contrast for the concept of multifunctional landscape

景观多功能性是多功能景观的重要衍生概念, 二者关联密切但内涵不同。其中, 多功能景观由欧洲传统乡村景观发展而来, 是“ 自然景观” 系统中不同功能的表达, 也就是说多功能景观是多种自然生态系统有机结合而成的特殊景观类型, 指向社会-生态系统中耦合不同土地利用类型和相关土地覆被的物质生态结合体(material-ecological links)[20]; 而景观多功能性是指景观在发挥其主要生态功能的同时, 还兼具社会、经济、文化、历史和美学等其他功能及不同功能相互作用的特性[24]。因此, 相较而言, 景观多功能性是表征景观的一种内在特质, 而多功能景观则是景观的一种外在表现方式; 多功能景观和景观多功能性是现象与本质的关系, 后者是前者的内在本质, 前者则是后者的外在表象(图1)。目前, 具体研究中一般并不将景观多功能性与多功能景观二者进行区别对待, 亦即景观多功能性评价往往被视为是对多功能景观作用机理的阐释, 而多功能景观识别则是表征景观多功能性的基本途径。但是, 互为表里关系的两个概念在使用上并不能完全等同, 景观多功能性更侧重于对景观特质的定量描述, 倾向于机理探讨; 而多功能景观是对景观类型的界定, 大多指向空间识别。

图 1 多功能景观与多功能农业、生态系统服务及景观多功能性的关联关系Fig.1 Relationships among multifunctional landscape, multifunctional agriculture, ecosystem services and landscape multi-functionality

值得注意的是, 多功能景观还与生态系统服务密切关联。生态系统服务指人类直接或间接从自然生态系统获取的收益, 包括有形的产品与无形的服务[25]; 多重自然生态系统服务与社会经济功能在景观这一社会— 自然综合体的耦合则形成了景观服务的概念, 而多重景观服务的空间协同就构成了多功能景观。对应多功能景观的自然景观功能(这些功能同时构成了景观社会经济功能的重要基础), 生态系统服务常常被视为景观功能研究的重点内容、纳入多功能景观识别框架。由于生态系统服务和景观功能的同源性, 生态系统服务的多样性也被视为景观多功能性的物质基础[26]; 多功能景观识别与生态系统服务权衡也常常关联在一起, 相关研究视角与方法具有较大的一致性。但是, 尽管多功能景观与生态系统服务的实现均受景观(生态系统)结构、功能与过程的制约, 依循景观生态学格局-过程互馈的核心范式, 多功能景观更强调多重功能相互作用的时空关联, 以及景观异质性对多功能性的影响。因此, 考虑到从生态系统到景观的等级关联特征, 生态系统服务是实现多功能景观的基本要素, 而多功能景观则是生态系统服务上升到景观服务层面权衡结果的综合表征(图1); 从生态系统服务到多功能景观, 实质上对应了自然-社会耦合系统景观综合研究视角从以自然生态系统(功能与服务)为主向以人(的需求)为主、兼顾自然的转型。此外, 多功能景观研究实质上反映了景观生态学从理论探讨向实践应用的重要拓展; 这一拓展的重要实践形式, 则是多功能农业— — 一种综合权衡社会、经济与生态效益的农业发展模式及其景观表征。因此, 多功能农业代表了当前多功能景观的重要实践应用方向, 而后者则是前者的理论延伸(图1)。

3 多功能景观研究进展

自2000年“ 多功能景观” 研究议题正式提出以来, 多功能的概念开始广泛应用于景观分析、评价、规划与管理研究[18]; 2011年第八届国际生态学大会上关于“ 多功能景观:研究历史、现状和未来” 议题的提出, 则进一步明晰了多功能景观在景观生态学中景观功能综合研究的学科领域属性, 指明了多功能景观未来的发展趋势与研究热点方向。经过近十余年的持续关注, 景观多功能性与多功能景观研究已经发展成为国际上多学科景观综合研究的一个重要领域, 景观生态学者围绕多功能景观的概念内涵界定、多功能性评估、形成机理与空间识别、规划设计与管理等研究主题开展了大量的理论方法探讨及个案研究(图2)。

图 2 多功能景观主要研究内容及其进展Fig.2 Main contents and research progress on multifunctional landscapes

3.1 景观多功能性评价

景观功能相互作用机理分析与景观多功能性评估, 一直以来都是多功能景观研究的重点内容, 其测度方式目前已从传统的定性分析发展到定量评估。其中, 对景观多功能性的评价是目前的研究热点, 也是进行景观服务间权衡的强有力工具; 评价往往以生态系统服务权衡为基础, 从多功能景观的途径来实现。目前, 国内外对景观多功能性评价的研究重点仍集中于景观综合功能的定量评估, 生态学家们在这方面做了大胆的尝试和探索[27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39], 提出了多种评价模型与方法。相较于生态系统服务定量评价指标及方法的多样化, 景观多功能量化的研究重点仍在于单一景观功能及其综合的定量评估。

目前, 对景观综合功能的评价方法主要有3种:①使用货币等统一计量单位对景观功能进行核算。例如, Jose提出农林复合系统作为多功能陆地景观类型的一部分, 通过币值化对固碳、生物多样性保护、土壤富集和改善空气和水的质量4种生态系统服务进行评价[36]; ②使用指标体系对景观功能进行单独核算。例如, 角媛梅基于层次分析法将多功能景观分为生产功能、生态功能、美学功能和文化功能4个维度的准则层, 筛选25个具体指标评价了哀牢山区梯田景观多功能价值, 发现梯田景观具有较高的美学和文化功能[37]; Gloria Rodrí guez-Loinaz等提出“ 多种生态系统服务景观指数” (multiple ecosystem services landscape index, MESLI)这一景观层面的生态系统服务综合指标, 通过在西班牙北部巴斯克自治区的案例研究表明, MESLI指数能够有效表征区域尺度景观多功能性, 并有助于地区政策制定者和土地管理者的决策制定[38]; ③使用模型对景观功能进行综合评价, 常用的模型主要包括概念模型、模糊评价理论和人工神经网络模型等。例如, 冯喆等在物质生产、碳汇、土壤保持、生境维持和居住等单一景观功能的空间化模型模拟基础上, 采用SOFM模型对北京及其周边地区景观功能组合的空间分异特征进行了定量识别与聚类分析[39]

景观具有社会、经济、美学和生态等多种功能, 但目前的评估通常是对单一功能或单一环境压力的分析, 不能反映景观多功能性的本质, 并且不同景观功能(过程)是如何相互影响的在很大程度上仍是未知数。因此, 景观综合功能的评价不仅要结合景观功能的作用机理识别出单一景观提供给社会的潜在收益, 还需将这些潜在收益进行整合, 综合评价多功能景观的价值。上述三种景观综合功能评价方法, 相较而言, 币值化度量方法操作简单、单位统一, 便于不同景观功能之间的比较, 且能很好的表征多功能景观的整体性, 但多重景观功能价值的直接加和忽略了各项功能间的独立性; 指标体系法评价过程与结果简单明了、易于公众认知, 且较好地体现了各项功能间的独立性, 但难以表征多功能景观的整体性[39]; 综合模型法基于生态学、社会学、经济学等多学科机理评估景观功能, 结果更加科学化, 既保有各项功能间的独立性, 又能体现景观多功能的整体性, 应用前景广阔。需要指出的是, 尽管目前景观多功能性评价研究的模型方法与具体指标各异, 但均出现所有景观功能趋向均衡发展的问题, 未能凸显特定区域不同景观功能的重要性差异, 景观多功能性评价模型与方法的深入探讨成为当前多功能景观定量研究面临的重要问题。

3.2 多功能景观空间识别

景观生态学对空间维度的传统关注, 使基于空间制图的多功能景观识别成为近年来多功能景观研究的热点方向, 学者们对此开展了大量的研究[40~47]。多功能景观的跨学科概念提供了一个合适的平台来整合或分解作用于景观的多重环境压力, 通过对景观功能的协同、冲突及兼容进行权衡分析与制图, 可以直观的了解外部环境对景观的作用结果, 从而为决策者和社会提供一个方便的实践方法来评估区域景观功能, 为当前发展和潜在的未来发展做出合理的规划[43]

景观功能定量化制图的方法多种多样, Willimen等[44]基于景观功能供给的空间化特征总结了景观功能定量及其空间制图的三种基本途径:①基于土地覆被表征景观功能并制图。例如, Willemen等[44]基于土地覆被信息对荷兰Gelderse Vallei地区的居住地、高强度养殖、饮用水和文化遗产4种景观功能进行了定量化评估和制图, 得到各景观功能空间分布特征, 并利用区域重点保护文化景观位置进行验证, 证实该方法的合理性; Kienast等[3]基于土地覆被特征综合考虑生产功能、调节功能、栖息地功能和信息功能等4种景观功能对欧洲581个行政单元的景观多功能性进行量化和制图; ②整合相关空间指标对不能完全通过土地覆被类型表征的景观功能进行修正制图。例如, Burkhard等[45]认为人类活动对环境的影响可以通过土地覆被和土地变化进行表征, 利用29种生态系统服务和44种土地覆被类型建立评价矩阵, 并基于此选择生态系统完整性和生态系统服务评价指标, 对德国莱比锡行政区生态系统服务的供需空间特征进行制图分析; Gulickx等[46]通过野外调查数据得到荷兰的土地覆被信息, 从而识别出多功能乡村景观的湿地栖息地、森林游憩、养殖和娱乐休闲4种景观功能, 并对野外调查数据与海拔、土壤和道路类型等选定的空间指标进行相关性分析, 从而利用空间指标对该地区的景观功能进行评价和制图; ③基于特定判定法则集成相关文献信息替代难以通过土地覆被类型表征的景观功能。例如, Gimona等[47]通过总结已有文献的方法对苏格兰东北部农业景观的生物多样性、视觉享受以及休闲游憩3种景观功能进行定量化评估和制图。其中, 生物多样性景观功能制图采用物种中心法选择指标, 视觉享受景观功能制图的指标选择参考人口分布、公众偏好、景观和网格单元森林覆盖4个关键变量, 休闲游憩景观功能制图的方法则通过评估各个网格单元内游客期望值以及游客距离研究区的距离来进行景观功能识别。

从景观功能到空间实体的直观可视化是景观多功能性研究的一个重要组成部分; 通过空间制图, 政策制定者与规划者可以直观地对特定景观功能及多功能组合进行系统综合评估。目前, 依据景观功能的数值空间分异, 基于GIS空间叠置分析对同时具有多项较高景观功能值的多功能景观热点区域进行定量辨识已成为多功能景观空间识别的基本研究范式。这一热点区是多重景观功能协同作用的实质体现, 但与之相对应的多功能冲突区在空间识别中则较少涉及。同时, 这一范式还忽略了景观多功能组合的差异、导致景观功能重要性的均一化; 大多仅能识别2种景观功能的相互作用关系, 很少涉及3种及3种以上景观功能相互关联的研究; 更无法表征景观功能或生态系统服务流的特征, 揭示不同地域空间的景观功能关联; 并且, 这种识别多为针对不同尺度景观功能大小的相对量判定, 而非定量判定区域多重景观功能的真实供需状况。因此, 基于景观功能相互作用机理分析的多功能协同、冲突区域的识别与对比更有助于多功能景观权衡机理的理解, 对于多功能景观管理的指示意义也更为明确, 如何更准确界定多功能景观内涵并实现多功能景观识别的定量可视化将是今后研究的热点方向。

3.3 多功能景观规划与管理

基于多功能景观视角, 景观被视为一个以自然生态系统为本底, 同时涉及社会、经济和人类的心理、精神、美学及内在功能等多方面的有形综合体, 强调自然过程与人类生活的协调, 追求人地共生[48]。区别于传统景观规划与管理对景观数量结构及其空间格局的关注, 多功能景观规划与管理强调通过基于空间途径的规划与管理手段, 实现多重景观功能的可持续协同, 代表了景观规划与管理关注焦点从结构到功能的重要转变。2005年在瑞士阿斯科纳举办的“ 我们共同的景观” 大会, 对多功能景观规划与管理进行了重点讨论。会议试图探索多功能景观规划与管理在美学、生态、社会经济和土地利用方面的共同点和冲突, 并关注如何从理论和实践的视角来整合这些问题, 通过评估景观价值从而保护、规划和管理多功能景观, 以期在未来能够更好的指示区域发展[49]

国内外已有的大量研究表明, 多功能景观的规划与管理对景观功能的利用与保护具有重要意义[50~58]。Williams等[55]在英国德文郡Fernworthy种植园开展了森林景观生态变化调查, 探究森林景观规划与管理对多功能景观发展的生态影响, 结果表明森林景观管理显著反映了研究区持续增长的环境问题, 多功能景观规划对区域经济与环境协调发展具有指示意义, 研究同时阐释了景观规划与管理在多功能景观发展中具有保护景观、控制生产的重要作用; Gren等[56]在瑞典中部Hovran集水区的研究证明对多功能景观的管理不仅保护了环境, 同时补偿了景观产生的水质、生物多样性和美景等非市场商品; Stockdale等[57]通过对苏格兰国家公园的案例研究论证了规划和管理对多功能景观的影响, 指出国家公园发展战略规划及其实施方法的提出使得多功能景观的可持续发展成为可能; Lovell等[58]认为通过景观规划与管理可以使其更好地为人类提供环境、社会和经济功能, 并遵循生态规则提出了一个多功能景观规划方法, 具体实施步骤包括定义项目站点和景观环境、分析景观结构和功能、基于生态方法编制总体规划、设计站点以强调生态功能和对生态功能进行监测; 王紫雯[48]则认为通过对多功能景观的规划与管理可以为区域发展提供参考依据, 促进可持续多功能景观的发展, 并进一步强调了多功能景观规划与管理对景观功能发展的重要意义。

社会— 自然耦合系统视角下, 景观规划与管理必须综合考虑景观中的自然生态过程与社会经济过程及其相互作用的空间关联关系, 从而实现兼顾美学、文化功能的同时保持生态维度的健康发展、满足社会需求的生产力等多种景观发展目标。而特定区域景观功能之间的相互作用类型是不同的, 相应的景观功能对于区域发展可能起到迥异的促进或抑制作用。所以, 人为因素在多功能景观的研究中愈加受到关注, 从多功能景观角度考虑景观规划与管理显得尤为重要。近年来, 有关景观功能的研究取得了巨大进展, 但将其整合入多功能景观的规划与管理中仍是难点, 尤其缺乏景观规划的多功能性整合途径。这主要是由于, 一方面从多利益相关者的角度, 景观功能相互关系明晰及多功能权衡的定量方法还不完善; 另一方面, 多重景观功能协同导向下的景观空间格局与社会— 生态过程关联机理的理解还有待深入。因此, 基于景观功能定量表征的多功能景观规划与管理的基本空间途径仍有待进一步明晰; 景观功能相互作用机制的探讨将逐渐从定性走向定量, 进而通过优化功能组合, 科学规划、管理面向可持续性的多功能景观。

4 多功能景观研究展望

随着近年来多功能景观识别、规划与管理以及景观多功能性评价等研究领域的迅速发展, 多功能景观研究已经引起了学术界和公众的广泛关注, 尤其是中国景观生态学者的重视。尽管多功能景观概念源起于欧洲, 肖笃宁等[59]早在2000年即基于景观生态评价视角提出了景观多功能性的概念。自2005年周华荣[19]在国内首次明确引入多功能景观概念以来, 周华荣等[60]对塔里木河中下游河流廊道景观进行了景观功能分区; 王紫雯[48]将多功能景观概念融入景观规划与管理, 以实现可持续景观发展; 角媛梅[37]综合评估了哀牢山区梯田景观的多功能价值; 张雪峰等[61]结合多功能景观、生态系统服务以及景观服务研究, 整合提出一种多功能景观制图的研究框架; 汤茜等[62]则提出了多功能景观研究的主要发展方向。总体而言, 我国对于多功能景观的研究涉及面仍较窄, 研究案例相对较少, 研究区域主要聚焦于农业景观、干旱景观; 目前, 景观多功能性评价和区域类型划分是国内学者关注的热点领域, 相关研究案例不断增加, 但对于多功能景观的过程机理、相互关联、动态监测及模型模拟等方面基本上仍处于空白阶段。因此, 针对多功能景观自身组织结构的复杂性及其理论体系与技术方法的不完善, 需要从多学科交叉出发, 基于人类— 自然相互作用的复杂系统视角对多功能景观开展更深层次地综合研究。

基于前述对国内外多功能景观相关研究进展的系统梳理, 当前应重点强调五个研究方向, 即多功能景观权衡机理解析、多功能景观区域类型识别、多功能景观尺度与划区效应评估、多功能景观动态监测及多功能景观情景模拟(图3)。其中, 多功能景观权衡机理的解析提供了多功能景观研究的理论基础, 是后续相关研究开展的重要前提; 多功能景观尺度、划区效应的评估强调景观功能的时空异质性表征, 是多功能景观定量研究的关键环节, 其研究结果构成其他研究方向的重要基础; 而多功能景观区域类型的识别作为多功能景观研究的核心目标, 其研究既以景观多功能性影响机理分析、多功能景观尺度与划区效应评估为理论基础, 又为多功能景观的动态监测与情景模拟提供方法支撑; 动态监测是多功能景观研究的重要内容, 以前述3方面的理论方法研究为方法基础, 并为多功能景观情景模拟提供数据支撑; 多功能景观情景模拟则指向多功能景观研究的实践应用, 其能够指示特定区域人类— 自然耦合系统视角下多功能景观的发展及优化方向。

图 3 多功能景观重点研究方向Fig.3 Key issues in multifunctional landscape research

4.1 多功能景观权衡机理解析

多功能景观研究的核心在于不同功能之间的协调机制和权衡准则, 因而对多功能景观权衡机理的解析是多功能景观研究的理论基础。景观多重功能之间存在密切关联, 这一不同功能间的相互作用可以概括为协同(正向作用)、冲突(负向作用)、兼容(无显著作用)等三种基本类型, 其具体的关联关系判定往往依托于Spearman秩相关方法, 对照显著性检验列表完成。需要注意的是, 特定景观功能之间的相关性在不同研究区往往不是恒定的, 而依赖于研究区域的特征差异, 以及相关分析样本的空间观测尺度, 并会随时间演进发生改变。如何实现多重景观功能之间的协同, 一直是多功能景观权衡研究的核心和重点。然而, 目前对于景观多功能性的综合研究只是单纯的在GIS平台下对多种景观功能进行空间叠置, 未能明晰特定景观功能阈值划分对于多功能区识别的影响及其随景观变化的响应特征, 更没有关注景观多功能性的形成机理。即使关注景观功能相互影响的研究, 也多是两种功能之间的变化与响应分析, 较少涉及多重景观功能之间的相互影响机理识别、模式构建。同时, 景观结构与功能相互影响的定量识别受当地人群的感觉、认知力与价值观的显著影响[63]。尽管满足环境目标与人类需求的景观功能组合可能存在着强相关性, 但是很少有研究系统地探究生态可持续性与人类感知的景观功能之间的关系[64]。因此, 揭示多功能景观权衡机理可以指引可持续景观的发展方向, 从而实现景观功能的综合效益最大化, 为景观多功能性评估和多功能景观规划提供重要科学依据, 是当前多功能景观研究的关键问题[65]; 而景观功能相互作用、人类感知对景观功能及其多功能性的权衡机理研究则是未来研究的重点发展方向。

4.2 多功能景观区域类型识别

传统的多功能景观空间识别仅仅强调多重景观功能(服务)叠置的空间冷热点区识别, 而目前通过空间热点区制图评价景观功能并依此进行景观功能间权衡、协同与冲突分析的研究正逐渐增多。不过, 目前国际上对这一做法仍存在较大质疑, 因为景观功能不是在时空上直接反映的能够准确测算的单一变量, 而是综合多种驱动因素、具有高度时空异质性的混合变量。当前, 景观功能评估通常提供的是建立在单一功能或单一压力源的单因果信息, 不同功能之间的相互影响仍未难以定量刻画; 而对于多功能景观热点区域的识别则是在单一功能评价的基础上, 通过叠加多种功能得到综合指数来实现。但是, 景观多功能性具有明显的时空差异性, 在同一或不同时间、同一或不同空间单元, 均具有不同类型的景观功能, 且其在景观功能综合指数中的重要性均有所差异。因此, 在基于协同、冲突分析的多功能景观识别中, 需要重点关注城市腹地、粮食主产区、生态脆弱区等不同类型研究区域背景, 分析单一景观功能在区域主体功能背景下的重要程度, 厘清区域内部人类生产、生活、生态景观空间需求, 从而识别出对保障特定区域主体功能目标最为突出的景观功能, 实现多功能景观在不同区域的统筹与协调发展。

4.3 多功能景观尺度、划区效应评估

景观研究有其独有的地域特色, 而多功能景观发生在一定地域空间内, 同样具有显著的地域差异性。作为景观空间异质性的重要方面, 尺度已成为景观生态学的核心概念之一, 景观格局、功能与过程研究都必须考虑尺度问题[65]。景观功能相互作用机理及多功能景观动态同样依赖于不同空间和时间尺度上的生态、经济与社会过程, 明确尺度效应(Scaling effect)有助于选择合适的时空尺度来揭示多功能景观的规律性。尽管已有学者关注到尺度效应在景观功能评估中的重要性[66, 67], 但尚未有研究定量分析空间粒度或幅度变化对景观多功能性评估及多功能景观空间识别的影响。另一方面, 尺度效应的实质是景观分析随空间面积单元变化而呈现不同的结果, 即“ 可塑性面积单元问题(Modifiable areal unit problem, MAUP)” ; 而MAUP除了目前学术界广为关注的尺度效应, 还包括划区效应(Zoning effect), 即同一尺度(粒度或幅度)下由于不同聚合方式引起的景观分析结果的变化[2]。同一研究区域, 分别选取小流域、乡镇或县区作为景观多功能性评价及多功能景观识别研究的基本空间单元, 相关研究结果的时空异质性将存在显著变化, 进而影响多功能景观的驱动因素分析及其规划与管理。因此, 有必要加强多功能景观的尺度效应、划区效应研究, 明晰基本空间单元划分对于多功能景观评估、识别的影响特征, 从而准确认知多功能景观形成、演化规律。

4.4 多功能景观动态监测

时空异质性是景观的基本特性之一[68], 多功能景观同样存在时空动态。多功能景观是一个有形的自然和文化耦合系统[17], 人类的干预使得其自身及外部不断发生着动态变化, 而静态的方法难以准确认知景观多功能性的发展趋势, 并对其进行有效地规划和管理。但遗憾的是, 已有的多功能景观研究恰恰大多基于现状数据静态表达景观多功能性的空间异质性, 缺乏对长时间序列上景观功能相互作用机理与景观多功能性动态演变及其驱动机理的分析。因此, 有必要明确多功能景观动态监测在理解景观功能及多功能性长期发展模式和过程中的关键作用, 基于长时间序列数据对多功能景观的动态变化进行定量分析并明晰其驱动机理, 进而调控人类活动使其对多功能景观发展的影响趋向正效应。同时, 多功能景观动态监测也是可持续的多功能景观规划、管理的基本要素, 通过系统梳理随时间序列变化的多功能景观发展模式及主导功能变化, 从而根据未来区域发展目标调控多功能景观发展方向。

4.5 多功能景观情景模拟

情景模拟的目的旨在为决策者和公众了解未来可能发生的情景, 从而采取合理的行动达成可持续发展的目标[69]。但由于动态变化研究的不足, 目前多功能景观的情景模拟研究缺乏应有的关注。而在情景模拟的基本途径上, 作为以多种方式对土地加以综合利用而展现出来的地表景观, 多功能景观对土地利用变化具有敏感的响应, 基于土地利用/土地覆被变化情景能够很好的实现多功能景观的模拟研究。同时, 土地利用/土地覆被变化情景模型的构建进一步方便了分析土地利用、管理模式或气候条件等因素的改变对多功能景观的影响, 进而有助于多功能景观管理和保护等复杂决策的制定[70~72]。因此, 基于土地利用的情景模拟方法被视为设定情景来反映多功能景观未来可能的动态变化的重要途径。随着RS和GIS技术的日益发展, 包括CA, GA, CLUE-S, SLEUTH和ABM等土地利用空间分布预测模型发展迅速。其中, CLUE-S 模型综合考虑了经济、地形、气候等驱动因子, 反映了土地利用变化在空间上的过程和结果以及不同土地利用方式之间的关联关系, 具有较高的可信度, 因而在土地利用空间模拟中得到广泛应用[73~75]。然而, 多功能景观是社会— 生态耦合系统中的不同土地利用类型和相关土地覆被的生态结合体, 其更关注社会、经济、生态、人文等综合要素对土地利用的影响, 而CLUE-S 模型虽然有效模拟了景观功能的空间格局变化, 但是缺乏社会、文化和人文等因素的考虑, 无法实现对人类— 自然耦合系统的综合模拟和预测。因而, 考虑到多功能景观对景观生态、经济、社会乃至文化、美学等功能的多重关注, 以及对景观社会— 自然耦合系统的高度强调, 基于土地利用/土地覆被变化情景的多功能景观情景模拟需要充分考虑社会、经济和自然多维度的驱动力因素, 尤其需要针对国民经济与社会发展目标合理设定土地利用/土地覆被变化及景观动态情景, 模拟多重景观功能及相应多功能景观的变化。

The authors have declared that no competing interests exist.

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