土地生态规划设计.ppt

第十五章 土地生态规划设计,第十五章 土地生态规划设计,第一节 土地生态概述第二节 土地生态规划与设计,第一节 土地生态概述,第一节 土地生态概述,土地是地球生物圈的重要组成部分，是生态系统的构成要素之一，也是人类最基本的可循环再生的生态经济资源。20世纪以来世界人口的急剧增长和人类需求的不断增长，从生产资料到活动空间方面都对土地资源产生了巨大压力，同时，土地资源的过度开发及土地利用的不合理导致了水土流失的日益严重，造成了土地退化和土地污染等众多土地生态问题在土地与人之间相互关系的矛盾不断尖锐的情况下，为解决土地利用过程中产生的众多生态问题，确保人类社会的可持续发展，促使人们将生态学应用到土地研究和土地利用上，以实现土地资源的最佳利用和管理。,1)土地生态含义,从国外有关土地生态的研究项目和研究内容看，土地生态学是研究一个区域内由气候、岩石、地形、土壤个体水文地质以及地上、地下动植物群落所构成的土地生态系统物质流、能量流、信息流和价值流的相互作用和转化；研究由相互作用组成的土地利用系统(土地生态系统)组成的异质三维立体空间结构景观、内部功能和演替、时间与空间的相互关系。,2）土地生态的特征,人类自诞生以来长期依赖土地进行生产、生存和发展，可以说土地是人类生存和发展之本。土地本身的特性及与人类活动的密切关系(即人类行为的决定性作用)，反映了土地生态具有的特征。明确地认识这些特性，对合理有效地开发利用土地资源亩重要意义。土地生态具有异质性土地生态系统内容复杂土地生态系统是一个开放系统,1.2 土地生态类型,这是土地生态学首先要研究的基本内容。广义土地生态类型，它至少包括三个具体研究内容：(1)土地生态分类，即土地生态系统类型的划分。其目的是使研究区域内复杂多样的土地生态系统类型得以条理化、系统化，为后续各项(土地生态评价、土地规划与设计和土地管理等)研究奠定基础依据。(2)土地生态系统的组成与结构。着重研究区域内各类土地生态系统的组成和基本特征、空间分布格局，为从宏观和微观两个方面合理地布局和安排各类生态系统的比例、充分发挥各自的功能提供基本依据。(3)土地生态系统的形成与演替。土地生态系统是一个动态的开放系统。通过对各类土地生态系统的形成和演替过程等的研究，揭示其发生与发展现律，为人类定向控制土地生态系统的演替方向的过程，促进系统结构和功能的优化提供基本依据。,1.2 土地生态类型,1）土地生态系统分类土地类型是指对土地进行分类学研究。它属自然地理范畴，也称为景观形态单元。它是气候、地表物质、地形、土壤、水文、动植物等自然因素与人类活动长期作用的产物。它遵循地域内以上各要素的分异规律和相互作用，最终形成有规律的、大小不同地域组合的、相对均一的单元地域划分。这些相对均一的土地单元的含义是：第一，每一个相对均一的土地单元都有一定的外貌形态，这些外貌特征一般可从其地貌、植被或土壤反映出来；第二，每一个相对均一的土地单元都有相近似的成因及可比拟、相近似的土地属性，这些属性不仅是指坡度、岩性、水文条件、土壤等自然属性，一定程度上也指土地利用、土地改良及整治等社会经济属性；第三，每一个相对均一的土地单元，均在一个上下等级的层阶(hierarchy)关系中占有一个位置，它与其他土地单元构成一个土地分级系统，即土地类型的划分系统。土地类型的分类和命名，较多强调的是土地的自然属性，往往以一定地域的变异较大的要素-地质、地貌为主体。,1）土地生态系统分类土地生态系统类型的划分则更加注重地表各自然地理要素之间以及与人类之间的相互作用、相互制约所构成的统一整体，依据地球陆地表面各自然地理要素相互作用、相互联系以及它们与人之间的物质迁移和能量转换，把具有相同或相近组成、结构和功能，或者是具有密切生态关系的区域划分成同一土地生态系统。由于土地生态系统强调生物群落(包括人)的作用和影响，强调各组成部分的生态关系，因此土地生态系统的分类和命名主要以占主导地位的生物群落或与人的关系为基础来进行。如森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、农村聚落生态系统、城市生态系统等等。,1.2 土地生态类型,2）土地生态系统的结构与功能,（1）土地生态系统的组成和结构地球陆地表面上具有多种多样的土地生态系统类型，它们在空间分布上都有其相应的部位，但彼此之间在分布上又是相互联系的，即构成一定的空间组合形式。各类型土地生态系统结构，包括土地要素的组成结构、土地空间组合结构及土地演替结构。下面分别对结构上的组成成分及空间结构做出说明，而土地演替结构将在后面做进一步阐述。土地生态系统的组成成分土地生态系统的空间结构土地演替结构,（1）土地生态系统的组成和结构,土地生态系统的组成成分土地生态系统的组成成分是指系统内部所含有的若干相互联系的各种成分。按其结合的特点及其功能，可分为两大部分，即有生命的生物群体部分和无生命的无机环境部分。生物群体部分：有生命的物质、即生物群落。尽管生物种类多种多样，但据其取得营养和能量的方式，以及在能量流动和物质循环中所发挥的作用可分为作为生产者的光合成植物和化学合成的生物、作为消费者的动物以及作为还原者的有机营养微生物三部分。无机环境部分：无生命的物质，包括水、太阳光、二氧化碳、氧、氢、矿质营养盐类、有机化合物等。它们组合成水、空气和土壤环境它们是土壤生态系统赖以正常运行的物质基础，各自起着不同的作用。土地生态系统的空间结构稳定的土地生态系统具有一定的结构特征。由于土地生态系统中的生物成分与其环境条件有着密切的关系，且具有相同或相近的生态要求，从而形成生物群体在空间上有明显的垂直层次和水平分异现象。,（1）土地生态系统的组成和结构,a.垂直结构土地生态系统中，依环境条件的差异，以及与此相关连的生物群落的种类和它们在系统中所起的作用有所不同，从而形成土壤生态系统的垂直结构。其复杂程度依据不同的自然状况、环境条件的不同而不同，但一般均有三个主要层次构成；第一层是地上的生物群体层，它是植物进行光合作用的主要场所，所占空间的高度依植物种类而异；第二层是生物地被层，包括地面的生物群体及植物根系所及的土层，其中土壤动物和土壤微生物丰富，是生物物质的累积、分解、转化，矿质元素的淋溶、淀积以及水分蒸发蒸腾的活跃场所；第三层是土壤底层与岩石风化层，生物有机体少，是土壤矿质营养元素与水分补给的基地。b.水平结构由于土壤形成因素在土壤生态系统内不同地区的不均匀作用，使土壤的性状产生一定的差异，生物群落内的植物的组合亦有所不同，从而表现出种群或群落的分布状况和程度上的差别。它是以二维空间的研究为基础的，它在土壤生态系统中的分布一般有三种格局。均匀分布、簇生分布、随即分布,2）土地生态系统的结构与功能,（2）土地生态系统的功能各类型土地生态系统除研究它们的组成结构外，也对它们的功能特征及其在地球生物圈的位置和作用进行研究，因为结构影响功能，研究功能特征等有益于了解生态系统的演替过程和趋势。由于土地生态系统是开放的，它与外部环境有着十分密切的关系，所以它是由物质代谢、能量交换、信息交流、价值增减以及生物迁徒等五种功能流而结成一个自组织系统的。土地生态系统中的能量流动土地生态系统中的物质循环,（2）土地生态系统的功能,土地生态系统中的能量流动土地生态系统中最初的能量主要来源于太阳辐射，土地和植物是能量转换的中心。生产者将太阳能通过植物的光合作用转换成化学形式的潜能而被固定和利用，而消费者却把化学形式的潜能转换成机械能和热的形式，一个活有机体，可看做是一个利用太阳能以维持并复制自身的化学系统。无机环境的土地，其能量的转化包括于湿交替、冷热变化、蒸腾等。土地生态系统中，植物与土地间进行着各种物质的交换和转化，都涉及能量的转化。土地生态系统中的植物利用太阳辐射能进行光合作用，制造有机物质，供消费者需要。这种能量通过食物链首先转移给草食动物、然后再转移给肉食动物。动植物死亡后其有机残体被分解者分解，将复杂的有机物转变为简单的无机物，其分解过程又将有机物质贮存的能量返回环境中。同时生产者、消费者和分解者的呼吸作用，又消耗部分能量，并返回于环境之中。通过这种能量的流动，维持整个土地生态系统的平衡与发展。,（2）土地生态系统的功能,土地生态系统中的物质循环物质循环的基本概念：土地生态系统中的生命活动依赖于物质循环和能量流动，二者密不可分。土地生态系统中的物质，主要是指生物体生命活动所需要的各种化学元素，包括常量元素和微量元素。在循环过程中，化学物质被暂时固定、贮存的场所称为物质的贮存库。依照场所的类型和被固定、贮存的物质性质，可分为：大气库、水圈库、土壤库、动物库和植物库。物质在单位时间、单位面积(或体积)的移动量称为流通率(单位：天/hm2)。又可以用周转率和周转时间来表示：周转率为流通率库中营养物质量；周转时间为库中营养物质量流通率。物质的生物循环微量营养元素的生物循环,3）土地生态系统类型的演替,（1）土地生态系统的平衡与过程稳定性生态系统平衡，即通常所说的生态平衡。土地生态系统是一个动态的开放系统，具有自身的发生、发展和演化的过程。在这过程中，生物有机体与其所存在的环境之间，经过长期的相互作用，逐渐形成了一个复杂的统一整体，有机体与其作用的环境之间存在着互相依存、互相制约的关系，这种复杂的关系称为生态关系，这种生态系统维持生物有机体与环境之间，以及生物各种群之问的某种协调，并由生态系统内的调节机制，使能量流动、物质循环和信息传递达到并保持一种相对的稳定性，这种稳定性为土地生态系统的平衡。也就是说土地生态系统的平衡表现为生物种类的组成和数量、食物链营养级结构的相对稳定，以及彼此协调；能量和物质的输入和输出基本相等，趋于收支平衡；物质循环在土地生态系统的各处环节的移动速度大致均衡，物质的贮存相对恒定；信息传递畅通，从而使有机体与环境达到相互适应与协调的动态平衙之中。稳定性是土地生态系统的一个最基本的特征，稳定性不仅与土地生态系统的结构、功能和进化特征有关，而且与外界干扰的强度和特性有关。,3）土地生态系统类型的演替,（1）土地生态系统的平衡与过程稳定性土地生态系统的稳定性首先表现在系统结构组成上，这是土地生态系统平衡的基础，也是土地生态系统进行能量流动和物质循环的通道，无论是地上还是地下的生物群落在环境因素的长期作用和选择之下，使其形成一定规律的空间分布，生物的种类成分和数量保持相对协调，并被控制于环境条件所允许的范围内，因而土地生态系统的发展总是趋向于结构和组成更加复杂、多样和稳定，并成为系统中物质循环和能量流动所体现的整体功能的基础。其次，土地生态系统的稳定性还表现在系统功能的正常。生物有机体通过同化和异化作用不断和环境之间以及生物有机体之间进行着能量流动和物质循环，土地生态系统功能的正常，即能量和物质的输入和输出相等，趋于平衡。若输人大于输出，则系统内物质库存量不断增加，生物量逐渐提高，生物种群和个体数量相应增加，从而使系统结构和组成发生变化，改变了原来的平衡状态、达到新的不平衡，并不断向更高的平衡状态发展。如果输入小于输出，也使系统的组成和结构发生不利的变化，系统内物质的贮存量减少，某些生物种的不断迁出或死亡，破坏原来的生态平衡，甚至会使整个土地生态系统趋向崩溃。可见，这种系统功能的正常运行深刻地影响到土地生态系统结构和组成的相对稳定，进而影响到土地生态系统的平衡。,3）土地生态系统类型的演替,（1）土地生态系统的平衡与过程稳定性自然界总是由低级向高级，由简单向复杂的方向发展的，土地生态系统的能量流与物质流过程，以及组成和复杂的网络结构，经过长期不断地演变达到一种相对均衡与稳定的动态平衡。任何土地生态系统都遵循这一演变规律，任何土地生态系统中的生物有机体与环境条件之间经过互相渗透、互相影响、互相制约，形成一个复杂的统一的整体，自然环境的剧变会引起生态平衡的破坏，这就是通常所说的生态危机。在地质历史时期，生态危机通过对生物的自然选择导致某些物种的衰落或灭绝，促使新物种的形成，为构成新的土地生态系统创造了条件。但是，一个新的物种或生物种群出现后，其代谢类型和生物性状是相对稳定的，因此要求有一个稳定的能够适应的环境条件。生物群落和土地生态系统也是如此，在它发展和演替的阶段上要求有一个稳定的适应的环境条件，并逐步向它的顶极方向演化、发展。因此，土地生态系统的平衡是一种动态平衡，而不是静态平衡。,3）土地生态系统类型的演替,（1）土地生态系统的平衡与过程稳定性土地生态系统的动态平衡与他的自动调节能力分不开的，而任何一个土地生态均具有内部自动调节能力，以保持自己的稳定性和相对平衡的状态。土地生态系统在其演化、发展的过程中，总有适应具体条件自然地趋向于平衡。出现这种或那种偏离，可以自行调节，回到平衡的状态。因此，土地生态系统在其发展过程中，总是有平衡一不平衡平衡的波动状态。土地生态系统的这种调节能力有赖于组成成分和结构的多样性、能量流动和物质循环的复杂性，这些都是决定土地生态系统调节能力强弱的重要条件。但是土地生态系统的自动调节能力具有一定的限度，即使调节能力很强的土地生态系统对于外界冲击的忍受力也是有限度的，在这个限度以内，土地生态系统可以自我表现调节外界的干扰和破坏，超过这个限度或界限，自动调节就降低或不起作用，从而使土地生态系统中，生物有机体的数量减少，能量流动和物质循环发生障碍，结构功能失调，土地生态系统受到伤害，乃至逐渐崩溃，这个限度称为阂限(或阂值)。,3）土地生态系统类型的演替,（2）土地生态系统的演替和控制生态演替是随时间而变化的生态过程，土地生态系统演变理论的最重要方面是对土地生态系统的整体性的认识，它着眼于整个土地生态系统的动态特征，并试图解释整体现象是怎样由较低水平现象相互作用而产生的。本节在土地生态系统平衡中说明了作为动态的开放系统的土地生态系统，具有自身的发生、发展规律，它通过内部各成分之间以及外部环境之间的物质交换，能量转化、信息传递等表现出动态演替过程，即由低级向高级、由简单向复杂的发展和变化。这种演替过程可分为天然演替过程和人为演替过程。天然演替过程是一种自我调节、自我修复、自我维持、自我发展的过程。自从人类诞生后，这种完全不受人为影响的土地生态系统已经很少了。人为控制的演替过程是在人类的定向干预下为着某种目的进行的，人类活动参与了(或主宰)系统中物质交换、能量转化。,3）土地生态系统类型的演替,对土地生态系统演替的研究，把握演替的过程和机制，有助于人类对土地生态系统类型演替的调控、这是指人类为了实现生态经济目标，根据土地生态系统类型的演替规律，合理改造利用土地，并根据土地利用的信息反馈，定向控制土地生态系统类型演替过程和方向，使得人工生态系统的结构向良性发展，用生态系统的观点合理布局和安排农、林、牧、副业和工矿、城市、交通事业以及住宅、文化等设施。在重视结构优化演替的同时，促进和达到功能演替的优化，即土地生态系统的生活功能不断扩大，生产功能不断提高达到土地生态的目林，又实现环境功能的更加完善，促进土地的可持续发展。,第二节 土地生态规划与设计,2.1 土地生态规划,1）土地生态规划的含义和类型（1）土地生态规划的含义生态规划(ecological planning)这一思想在20世纪60年代首先在欧洲引起重视，被引入到土地生态规划与设计和自然保护与环境管理中。在发展过程中，生态规划的内容日益丰富，其方法也逐步成熟。仅生态规划这一概念，由于不同时期不同的人对其理解不尽相同，至今仍没有一个大家所能共同接受完整定义。一般说来，生态规划是指按照生态学的原理，对某一地区的社会、经济、技术和生态环境进行全面的综合规划，以便充分有效和科学地利用各种资源条件，促进生态系统的良性循环，使社会经济持续稳定地发展。土地生态规划的定义是以生态学的一般原理为依据，通过对土地生态系统功能(主要是生产力)进行研究，从而对某一地区的土地生态适宜性及土地生产潜力进行评价，在此基础上制定符合生态学要求的土地利用规划称为土地生态规划。,1）土地生态规划的含义和类型,（1）土地生态规划的含义生态学原理是生态规划所依据的重要理论基础。随着生态学的迅速发展及向社会、经济等各个领域渗入，我国目前所进行的区域性发展规划中有关生态规划方面的内容，已不仅限于空间结构布局及土地利用等方面，而且渗入到经济、人口、资源、环境等方面，与国民经济发展、生态保护及资源合理开发紧密结合起来。因此生态规划基本上可以理解为：应用生态学的基本原理，根据经济、社会、自然等方面的信息，从宏观、综合角度，参与国家、地区及县、乡、村镇宏观及中、微观范围的发展战略或中长期发展规划的研究和决策，提出合理开发战略和开发层次及相应的土地及其他资源的利用、生态建设和环保措施。即从整体效益出发，克服开发建设中单纯的技术经济观点，使人类活动行为与自然资源保护的协调关系成为可能，从而促进生态系统的良性循环，使社会经济持续稳定发展。,1）土地生态规划的含义和类型,（2）土地生态规划的类型土地生态规划(土地生态总体规划)-在实际工作中可以有两种：其一是以土地生态评价结果为基本依据来布局和安排各类土地生态系统的比例和空间分布格局，这种规划较少考虑社会经济因素，因此所得出的用地结构和布局规划方案，在某种程度上可成为理想土地利用结构和布局模式；其二是在充分考虑土地生态评价结果的同时，还要考虑经济社会发展规划、土地供给能力和各项建设对土地的需求，据此编制土地利用结构与布局方案。应该说后者更有实用价值，因为这种规划结果既符合生态学原理，又满足了经济社会发展的需要。土地生态规划中的专项规划-土地生态规划是以特定的区域为依据的，研究区域内具有复杂多样的土地生态系统类型。根据规划目标及专项规划需求，要对研究区域内的各类土地生态系统的组成和基本持征、空间分布格局等进行研究，为从宏观和微观两个方面合理地布局和安排各类生态系统的适当比例，充分发挥各自的功能提供基础依据。,2）土地生态规划的基本原则,土地生态规划方法充分体现了人为调控生态功能的能动性，具有明确的整体性、协调性、区域性、层次性和动态性等特点，并有明确的经济、社会和生态建设目标，因而被国际上公认为是一种现代规划方法而加以发展。在实践中，生态学的三个基本原则可以作为土地生态规划的理论基础。整体性原则循环再生原则区域分异原则,3）土地生态规划的基本方法和基本程序,土地生态规划方法的实质，是从生态学的基本思想出发，通过对土地等自然资源和社会环境的组成、结构、功能等进行综合分析和评价，确定规划区内的土地对生物及人类活动的适宜性和可承受的能力，并据此合理地安排、布局区域内工业、农业(含林业、牧业、园艺、渔业等)、交通、居件等各项开发建设活动。在土地生态规划的过程中，有两个基本方面需要考虑：一是由规划区土地的水文、地质、生物及相关的气候、地形、人文等特征所决定的土地对某种用途的固有适宜性；二是规划区土地在不损失或不降低其生态质量的情况下，人类活动对其影响的可接受程度，即对人类活动强度所能承受的极限值。,3）土地生态规划的基本方法和基本程序,基于生态学考虑的土地利用规划要求为：生产结构的确定、产品布局的安排等必须切实做到因地制宜，并与当地的环境条件相匹配；对自然资源的利用不能超过资源的可更新能力；在能源和资源的利用上，要做到有取补，维持生态平衡；在利用可更新资源的同时，要注意抚育和增值自然资源，使利用系统向良性方向发展。,4）生态规划的发展趋势,高度综合从定性的描述和分析方法向定量的综合分析方法过渡由“软科学”向“软”“硬”结合所涉及的区域越来越大，从一个局部到一个地区，从一个地区到一个国家，以至于全球范围。,2.2 土地生态设计,1）土地生态规划设计的含义土地生态规划与设计是土地管理的重要手段，同时它也是土地生态学的重要组成部分，他集中体现了土地生态学的应用价值。土地规划与设计涉及土地生态系统的结构、功能及其演变规律和最佳控制途径的研究。在土地规划与设计的制定过程中，始终把景观生态系统组合作为一个整体单位来考虑，从景观这个整体上协调人与环境、社会经济发展与资源、环境、生物与作生物环境、生物与生物及生态系统与生态系统之间的关系。,1）土地生态规划设计的含义,它涉及生态学、地理学、社会政策法律、经济学、环境学、人类生态学等多方向的知识，具有高度综合性；它的目的是协调竞争的土地利用，提出生态上健全的、文化上恰当的、美学上满意的解决方法，以保护自然过程和重要的文化与自然资源，使社会建立在不破坏自然与文化资源的基础上，即人与自然的和谐；它既协调自然、文化和社会经济之间的不协调性，又丰富人的生物环境；它涉及景观保护、生产、发展、开垦、管理和美学；它集中于土地利用的空间布置；它是关于景观结构和功能的规划设计；它是根据景观优化利用原则，通过一定地点的最佳利用或一定利用方式的最优地点进行土地生态规划和设计；土地生态规划与设计的工具主要是计算机辅助规划技术，土地生态规划与设计集中于立地尺度特定功能的美学工程设计。,土地生态规划与土地生态设计是既紧密联系又有区别的两个部分。土地生态规划属于“总体规划”的性质(当然也可以有专项土地生态规划)，体现了“区域”感；而土地生态规划设计具有“详细规划”的性质，在总体土地生态规划(或专项规划)的控制下，具体地进行各种土地生态系统的内部组织，它是总体现划的继续和延伸，为总体规划和专项规划增加了可操作性，是由规划向实施过渡的主要环节，由于它属于微观规划，范围小、措施具体详细，因而体现了较强的“地段”感。另一方面，两者之间又有交叉渗透：从层次上看，土地生态规划(总体规划)为宏观控制，向土地生态设计(详细规划)逐渐过渡到微观操作；从时段上看，有总体现划一详细规划(一般是长期)一中(短)期规划的关系。所以，土地生态规划与土地生态设计相辅相成，共同成为土地生态学研究的核心。,1）土地生态规划设计的含义,2）土地生态设计的基本原则,(1)整体化原则。(2)异质性原则。(3)多样性原则。(4)景观个性原则。(5)生态关系协调原则。(6)生态美学原则。,3）土地生态规划设计的主要类型,（1）自然景观规划设计（2）农村景观规划设计（3）城镇景观规划设计（4）区域景观规划设计,