“源—汇”景观理论的研究综述

源 汇”景观理论的研究综述*田仁伟,赵翠薇▲,贺中华,徐志荣(贵州师范大学　地理与环境科学学院,贵州　贵阳　550025)摘　要:　研究异质景观中静态格局与动态过程的关系一直是景观生态学研究的热点内容之一㊂源汇景观理论的提出能较好地将动态的过程融入静态的格局之中,有利于分析生态过程的产生㊁发展和消亡与景观空间格局之间的相互作用㊂并在洛伦兹曲线理论的基础上,构建了不受空间尺度限制的景观空间负荷对比景观指数,使定性分析过程与格局的关系转向定量分析成为可能,为研究景观生态效应提供一种新的视角,并在流域景观格局与非点源污染以及土壤侵蚀等问题的研究中得到进一步运用㊂源汇景观只针对某一特定的生态过程而言,不同的生态过程源汇景观类型的功能将重新被划分,且随着生态过程发展强度的变化也会进行源汇景观功能之间的转换,所以应加强景观格局对过程影响的机理性及生态环境的效应性研究,为流域景观的合理规划和布局㊁流域水土流失的治理和环境的保护提供重要参考㊂关键词:　景观格局,洛伦兹曲线,非点源污染,水土流失中图分类号:X826 文献标识码:A 文章编号:1003⁃6563(2019)03⁃0024⁃06Research review of source⁃sink”landscape theory*TIAN Renwei,ZHAO Cuiwei▲,HE Zhonghua,XU Zhirong(College of Geography and Environmental Science,Guizhou Normal University,Guiyang550025,China)Abstract:　The relationship between the static pattern and the dynamic process in heterogeneous landscape has al⁃ways been one of the hot topics in landscape ecology.The concept of source⁃sink”landscape theory can better in⁃tegrate the dynamic process into the static pattern,which is beneficial for analyzing the interaction between the eco⁃logical process of production,development and extinction,and the spatial pattern of landscape.Based on Lorentz curve theory,a landscape pattern assessment model has been constructed,namely the space⁃load contrast index, which is not restricted by spatial scale,and makes it possible for the quantitative analysis of the relationship between process and pattern.It has provided a new perspective for exploring the ecological effects of landscape,and is further applied in the study of basin landscape pattern,non⁃point source pollution and soil erosion.The source⁃sink”land⁃scape pattern is directed at a specific ecological process,the functions of the source⁃sink”landscape will be re⁃di⁃vided in different ecological processes,and the conversion between the source⁃sink”functions will appear as the intensity of the ecological process develops.Therefore,it is necessary to strengthen the study of the mechanism of landscape pattern and its effect on ecological environment,so as to provide reference for the rational planning of the basin landscape,for the treatment of soil erosion in the basin and for the protection of the environment. Keywords:　landscape pattern,Lorenz curve,non⁃point source pollution,soil erosion0　引言景观生态学是一门实用性较强的新兴学科,主要用于生态环境的治理和保护㊁城市生态建设和生物多样性保护等方面的研究[1-5]㊂异质景观中格局与过程关系的研究一直是景观生态学研究的一个热点问题[6-7],由于生态过程较为复杂,要将静态的格局与动态的过程联系起来仍存在许多挑战㊂因此,从新的角度来探讨格局与过程的关系变得非常有必要㊂自20世纪70年代以来,随着景观生态学的发展许多相应的景观分析指数被提出[8-11],并试图分析动态的过程,由于依然停留在简单的数学计算与分析,缺乏对生态学意义的深入探讨,仅从数量关系上很难反映出景观格局的生态效应[12]㊂陈利顶[13]基于大气污染物的研究,提出了 源 汇”景观格局理论,源景观能够起到正向加速生态过程的发展的作用,而汇景观可以起到负向延缓生态过程的发展的作用,在动态的过程中一些景观会起到 源”的作用,一些起到 汇”的作用,而有一些起到运输的作用,但只针对某一特定的生态过程而言㊂基于洛伦兹曲线理论,通过研究不同景观类型在非点源污染过程中所起作用,从流域景观单元到流域出水口(监测点)的相对距离㊁高度和坡度3方面构建了不受空间尺度限制的景观评价模型 景观空间负荷对比指数[14],从而将具有面状特性的景观单元与点状的监测数据联系起来,使定性描述流域景观格局与非点源污染过程的转向定量描述成为可能,进而为研究静态格局与动态过程之间的关系提供一种新的视角㊂常用于研究流域非点源污染㊁流域土壤侵蚀㊁水污染以及城市热岛效应和生物多样性等问题,研究可为流域景观格局合理规划㊁非点源污染的控制及治理㊁水土保持工作的开展以及生态环境保护提供科学依据㊂1 源”㊁ 汇”景观的概念大气污染是现代社会发展面临的一个严峻问题,大气污染物主要来源于工厂㊁居民生活及交通废气等的排放[15],并可被视为大气污物染产生的 源”,一些可以吸附或降低大气污染物的建筑物或绿地则称之为 汇”,源和汇的提出能够准确地分析大气污染物的来龙去脉㊂在此基础上,提出了景观生态学中 源”和 汇”景观的概念,用于研究生态过程发生和消亡的过程[16]㊂源 汇”景观理论的提出充分体现景观生态平衡的原理[17]㊂通过合理规划源和汇景观,充分发挥空间格局的积极效应,促进生态系统的良性循环[18]㊂2 源 汇”空间景观对比指数的引入在传统的景观空间分析中,通常采用一些典型的景观分析指数,如利用斑块平均面积㊁分维数等指数研究景观空间格局的效应,但易受到土地分类的影响,不能准确刻画景观格局与生态过程的关系[19],由此引入源汇景观指数㊂流域非点源污染研究是景观生态学研究的热点问题之一[20-23],由源汇景观理论可知,一些景观类型对非点源污染过程起到加强的作用,一些起到削弱的作用[24]㊂陈利顶在此基础上提出了景观空间负荷对比指数亦可称之为源汇景观指数[14],借用洛伦兹曲线理论[25],依据不同类型景观在此过程中贡献的差异,统计各类景观相对于流域出口(监测点)的相对距离㊁高度和坡度的累积面积,计算出距离㊁高程和坡度的指数,最后算出综合的景观空间负荷对比指数,综合分析景观格局贡献值[26]㊂考虑流域景观的贡献差异,源汇指数的计算公式为[27]: LWLI=Asource/[Asource+Asink](1)式中:Asource和Asink分别表示流域中源和汇景观的累积面积㊂LWLI值的变化范围为0.5~1.0,值越大表示流域景观空间布局利于促进土壤养分流失或土壤侵蚀等过程的发展,生态环境所受威胁越大;值越小则表明景观格局能减缓土壤养分流失的过程,将有利于生态环境的改善㊂实际上不同景观对非点源过程的贡献差异较大,仅考虑源汇两种景观类型,不能准确表征景观格局对动态生态过程的影响机制㊂不同类型景观的土壤质地㊁植被类型和地形状况等因素对非点源污染过程贡献差异较大㊂在计算时需进行标准化处理,赋予一定的权重[27-29],其计算公式可表示: LWLI=∑m i=1Asource i×W i/∑m i=1Asource i×W i+∑n j=1A sin k j×W[]j(2)其中,W i和W j指不同类型源景观和汇景观所赋予的权重,赋予权重之后,景观指数的大小能清晰的刻画不同景观对非点源过程的贡献差异㊂不同类型景观面积占流域总面积比例差异较大,且造成产生的贡献较为明显,在计算时需要考虑其所占比例,其计算公式为:LWLI=∑m i=1Asource i×W i×AP i/∑m i=1Asource i×W i×AP i+∑n j=1A sin k j×W j×AP []j(3)其中,AP i㊁AP j表示第i种源景观和第j种汇景观在流域总面积中所占百分比,LWLI值能体现出不同类型景观在非点源污染过程中的贡献差异,有利于分析格局与过程的关系㊂若源和汇景观的生态效应相同,则LWLI的值则为0.5[25]㊂最后利用距离㊁高程和坡度指数计算综合的景观空间负荷对比指数,其指数计算公式为: LWLI′=LWLI distance×LWLI elevation/LWLI SIOP(4)由此可知,距离流域出水口(监测点)越近,景观空间布局对非点源污染过程贡献就越大,距离越远其贡献越小;高度越低其贡献越大,反之越小;坡度越大其贡献越大,反之越小㊂除此之外,根据流域出水口(监测点)的位置,可将计算的源汇景观指数与养分流失(土壤侵蚀)㊁水土流失等过程联系起来,评价景观格局对水土保持的重要意义[30]㊂3 源 汇”景观理论的应用3.1 源 汇”景观理论与非点源污染研究美国清洁水法(Clean Water Act)将流域非点源污染定义为: 污染物以广域的㊁分散的㊁微量的形式进入地表水及地下水引起水质状况的恶化的过程”[31],与点源污染过程相比,其时空分布范围更广㊁不确定性更大㊁影响因素更多㊁作用过程更加复杂且监测较为困难[32-34],是造成流域生态环境质量下降和水质状况恶化的主要原因之一㊂流域土壤养分流失㊁农业化肥的滥用以及废弃物的堆积等是造成非点源污染过程的重要原因,而不合理的土地利用方式是使其加重的关键所在[35-36]㊂我国在相关方面的研究始于20世纪80年代初的全国湖泊㊁水库富营养化调查和河流水质规划研究[37],研究得出治理流域非点源污染问题主要方法有两方面:其一是充分发挥流域内每一种景观对污染物的吸附和降解作用,以减少多余污染物的产生;二是通过景观空间的合理布局充分发挥格局对污染物的拦截作用,从而起到降低水体污染物浓度和提高水质状况的作用[38]㊂由源汇景观理论可知,在非点源污染过程中,一些景观起到了 源”的作用,一些景观起到 汇”的作用㊂源汇景观类型的划分,有利于探讨不同景观在非点源污染的形成㊁发展和削减过程中所起的贡献作用,且景观空间格局对其过程有显著影响,因此从景观格局的布局角度来研究非点源污染问题可为防治工作的开展提供科学依据[39]㊂岳隽,王仰麟等[40]基于 源 汇”景观理论初步探索了流域景观格局对水环境保护的优化理念㊂陈利顶等[41]以于桥水库流域4个典型小流域作为研究对象,探讨流域源汇景观指数与流域出口非点源污染物监测值之间的关系㊂张亚娟,李崇巍等[42]以于桥水库流域为例,研究了城镇化背景下流域景观格局对河流氮磷元素空间分异的影响作用㊂佟磊[43]基于源汇景观理论,研究水源地面源污染治理途径㊂刘芳等[44]定量研究长江上游源汇景观的分布格局与农业非点源污染之间的关系㊂孙然好等[26]通过收集海河流域2009年夏季26个子流域的总氮浓度数据,研究海河流域总氮流失状况与源汇景观指数之间的相关性,从而有效评价海河流域总氮流失对水质状况造成的危害㊂王瑛㊁张建锋等[45]基于源汇景观理论研究了太湖流域宜兴段非点源污染的时空变化特征㊂黄宁等[46]基于源汇景观理论,研究了厦门市马銮湾流域非点源污染控制景观格局调控框架㊂蒋孟珍[47]基于遥感技术对九龙江河口区非点源污染 源 汇”结构进行了分析㊂李明涛等[48]对潮河流域景观格局与非点源污染负荷关系进行了相关研究㊂连鹏[49]基于源汇景观理论,研究了无锡市土地利用管制分区对水污染总量的控制㊂源汇景观理论能将动态过程融入静态景观格局之中,有利于研究格局与过程之间存在的关系㊂通过研究表明源汇景观指数(LWLI)能够较好反映流域景观格局与非点源污染程的关系,使定量描述过程与格局的关系成为可能,可作为评价流域水质状况的有效方法之一[45]㊂源汇景观指数的大小,进一步反映流域景观格局对非点源污染过程的贡献程度,通过景观格局的合理调整实现景观类型的增汇减源作用,最大程度发挥景观格局的生态效应,使污染源的产生得到控制,减缓污染发展过程,降低生态环境的危害㊂3.2 源汇”景观理论与土壤侵蚀研究土壤侵蚀是造成生态环境破坏的全球性突出问题之一,主要表现为降水或径流对土壤的侵蚀作用,导致土壤或养分发生流失,从而生态环境遭到破坏[50-53],且土壤侵蚀会造成土壤肥力及土地生产力降低等问题,从而导致农业生产的损失,影响人民群众生活和社会经济发展[54-59]㊂土地利用覆被变化会造成景观的重新布局,对土壤侵蚀过程会起到重要影响[60-62]㊂根据源汇景观理论可知,一些景观类型起到加重土壤侵蚀过程的作用可划分为 源”,一些起到延缓土壤侵蚀过程作用的景观类型则可划分为 汇”[13],源汇景观的划分清晰地反映出流域景观与土壤侵蚀过程的关系,通过研究可为流域景观的合理规划㊁水土流失治理和水土保持工作的开展提供科学依据㊂李海防等[63]基于 源 汇”景观理论,研究定西关川河流域的土壤水蚀问题,研究表明源汇景观格局变化与土壤水蚀存在密切关系,能较好反映流域土壤水蚀规律㊂王金亮等[64]基于源汇景观理论,选取位于三峡库区的綦江流域作为研究区,利用源汇景观指数对流域土壤侵蚀风险进行评价㊂杨孟等[62]基于 源 汇”景观理论,研究了岷江上游小流域景观格局对土壤侵蚀过程的影响㊂李建丽[65]基于源汇景观理论,对延河流域景观格局与土壤侵蚀的关系进行了研究㊂源汇景观的划分能表征景观格局对土壤侵蚀过程的影响,且源汇景观指数的提出可作为评价流域土壤侵蚀过程的有效方法之一,但目前研究中,由于土壤侵蚀过程的复杂性以及缺乏土壤侵蚀过程基础等导致在研究过程中仍存在许多不足[66]㊂3.3　其他领域的应用李丽光㊁许申来等[67]基于源汇景观理论,采用2001和2010年的遥感影像以及GIS技术识别沈阳城市热岛源区和汇区,并采用源汇景观指数评价沈阳土地利用布局模式对城市热岛效应的影响㊂李晶等[68]通过利用SWAT模型模拟的延河流域的41个子流域的水文响应单元,建立延河流域的 源 汇”水文响应单元景观格局指数,综合分析了延河流域景观格局对生态水文过程的影响㊂方淑波等[69]基于源汇景观理论,研究浦东新区土壤重金属沿城乡梯度的分布特征㊂王琦等[70]基于源汇景观理论和最小累积阻力模型,对安徽省宁国市城市生态安全格局的构建进行了研究㊂李道进等[71]基于景观生态学源 汇理论对自然保护区功能分区进行了研究㊂韦薇等[72]基于源汇景观调控理论,对天津市蓟县于桥水库水源区水源地面源污染控制途径进行了研究㊂马瑞明[73]基于 源 汇”景观格局理论,对深圳市温度调节服务进行了定量研究㊂丁影影[74]基于 源 汇”景观在绿道中的概念,对安徽省凤阳县绿道选线进行了研究㊂ 源 汇”景观理论的应用范围的进一步扩大,为生态环境的保护和建设提供重要的科学依据㊂4　结语源 汇”景观理论充分体现了景观生态学中的平衡理念,为研究景观格局和生态过程提供一个新的视角,可将动态的过程融入到静态的格局之中,阐述生态过程的产生㊁发展和消亡过程与格局的关系㊂基于洛伦兹曲线理论所构建的 源 汇”景观指数能够定量分析格局与过程的关系,研究可为景观格局的合理规划㊁水土流失的治理和生态环境的保护提供重要的科学依据,从而促进生态环境良性发展,使人类活动及社会发展的强度维持在生态环境的最大承载力之下㊂但源汇景观只针对某一特定生态过程而言,一方面不同过程其源汇景观的功能将发生变化,另一方面生态过程发展的强度变化也会导致源汇景观功能之间发生转换,且转换所影响因素较多,需进一步研究生态过程发生及发展机理与景观格局的关系,为探明源汇景观的生态学意义和适用条件提供参考㊂此外,所构建的源汇景观指数评价模型主要针对非点源污染和土壤侵蚀过程而言,但不同流域环境背景差异较大,造成景观的性质差异较大,且面上过程监测数据获取困难等导致所计算的源汇景观指数可比性较小,所以在计算时需要对其它影响因子进行标准化处理并赋予相应的权重,以利于不同流域之间源汇景观指数的比较和分析㊂由于研究案例有限, 源 汇”景观理论需要进一步的完善,以求能应用于更多领域,为社会发展和环境保护提供科学依据㊂参考文献【REFERENCES】[1]　傅伯杰,陈利顶,马克明,等.景观生态学原理及应用[M].北京:科学出版社,2001.[2]　肖笃宁,李秀珍,高峻,等.景观生态学[M].北京:科学出版社,2003.[3]　邬建国.景观生态学 格局㊁过程㊁尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2000.[4]　OPDAM P,FOPPEN R,VOS C.Bridging the gap between ecology and spatial planning in landscape ecology[J].Landscape ecology,2001,16(8):767⁃779.[5]　HAASE D,HALLE L.Development and perspectives of landscape ecology[J].Landscape Ecology,2004,19:567⁃569.[6]　肖笃宁,布仁仓,李秀珍.生态空间理论与生态异质性[J].生态学报,1997(5):3⁃11.[7]　ZENG H,JIANG Z Y,KONG N N,et al.Auto⁃correlation analysis of landscape pattern for a fast urbanization area:a case 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