自然保护区生态安全设计的理论与方法

第一章绪论

自然保护区是指为了自然保护的目的，把包含保护对象的一定面积的陆地和水体划分出来，进行特殊的保护和管理的区域(中国自然保护纲要》编写委员会，1987)。自然保护区的建设是生物多样性就地保护的主要措施，在维持生态平衡、保持水土、涵养水源、调节气候、改善人们的生活环境、促进国民经济发展等方面发挥着重要的作用。自然保护区是保护生物多样性的基地，亦是就地保护生物多样性的最有效手段。目前，中国70％的陆地生态系统、80％的野生动物和60％的高等植物，特别是国家重点保护的珍稀濒危动植物绝大多数都在自然保护区里得到较好的保护。完整的生态系统、丰富的物种和生物群落及其赖以生存的环境，为开展生物多样性监测与编目、生态过程研究、生态系统管理、珍稀濒危物种保护、遗传资源保存等方面的科学研究提供了得天独厚的基地和天然实验室。必须指出，建立自然保护区的目的，并不是单纯的消极保护，而是为了在实现有效保护的前提下，发挥自然保护区的资源优势和科技优势，合理开发利用自然资源，促进自然保护区与社区的协调发展。

1．1 国内外自然保护区建设研究

1872年，美国建立世界上第一个国家公园——黄石公园。从此，自然保护区事业受到许多国家和国际组织的重视。到20年纪20年代，世界各大洲都相继建立了国家公园。本世纪中叶以来，由于人类掠夺式地开发自然资源，出现丁严重的环境问题。1972年，联合国教科文组织(UNESCO)启动了人与生物圈(MAB)计划。到1997年底，已经在87个国家建立了352个生物圈保护区(李文华，1998)。

中国系统地建立自然保护区是从20世纪50年代开始的。1956年建立第一个自然保护区——广东鼎湖山自然保护区。以后，在云南西双版纳、内蒙古大兴安岭、吉林长白山、广西花坪、四川王朗等地建立了一批自然保护区。20世纪80年代，中国的自然保护区飞速发展。到109年底，中国已建立不同级别、各种类型的自然保护区1146个，总面积8815.2万阶(其中陆地面积8450．9万阶，海域面积364．3万附)，占陆地国土面积的8．8％(国家环保总局，2000)。

国际上主要在分类标准、监测、战略和政策等方面研究自然保护区的建设问题。国际自然保护联盟(IUCN)于1978年提出了保护区分类标准，1994年修改了这一标准，分为严格自然保护区／荒野地、国家公园、自然纪念地、生境／物种管理区、保护性陆地／海洋景观区、资源经营管理保护区(Phillips,1998)。INCN的分类标准正在被世界上越来越多的国家采用。

保护区监测趋向于网络化和国际化，成立了一些区域性或专门针对某一生物类群的监测网络。例如，1996成立了“东亚一澳大利亚涉禽保护区网络”，中国、日本、俄罗斯、韩国、澳大利亚、新西兰等9国的21个保护区组成，该网络每年都要进行一些监测和信息交流活动。1997年成立了由东北亚18个保护区组成的“东北亚鹤类保护区网络”。

生态评价已应用于不同的层次，从整个保护区系统到单个保护区。生态评价一般涉及三个方面：(1)生物评价，如植被和鸟类评价；(2)非生物脆弱性评价，如土壤评价；(3)生态敏感度评价，它是由生物和非生物的多准则加权来评价的。生态敏感度指标结出了保护区内生物和非生物因素的主要变化趋势，可以改进监测样地的抽样设计，指导保护区的管理。

为了保护生物多样性和生物资源，大部分国家都制定了自然保护区的政策，如保护区投资政策、信贷政策、保护政策和资源利用政策。加拿大国家公园局制定了系统的国家公园规划政策、资源保护政策和经费使用政策，并且每一国家公园都有一个由议会批准的法律。世界资源研究所、INCN和联合国环境规划署(UNEP)于1992年共同制定了《全球生物多样性策略》，提出了全球自然保护区发展的优生重点以及行动计划(WRI/IUCN/UNEP，1993)o

针对人类活动和气候变化引起的生境退化和破碎化，国际上自然保护区建设开始把注意力转向自然保护区系统规划(保护区网络设计相功能分区)上，试图在保护区系统的设计阶段就注意生物多样性保护的有效性和代表性。

1.1.2国内自然保护区建设研究

中国的自然保护区建设主要侧重于自然保护区分类标准、规划、有效管理和政策研究。我国于1993年发布了(自然保护区类型与级别划分原则》(GB/T 14529-93)，将自然保护区划分为自然生态系统、野生生物和自然遗迹3个类别及9个类型。我国也发布了一系列保护区的发展规划，如《中国自然保护纲要》、《中国生物多样性保护行动计划》和《中国自然保护区发展规划纲要(1996一2010年)》，也制定了有关条例，如《自然保护区条例》、《风景名胜区管理暂行条例》和《森林和野生动物类型自然保护区管理办法》。为了改变保护

区与当地社区日益尖锐的矛盾，保护区的管理已经从封闭式走向开放式，注重社区发展，强调社区参与或社区共管。

我国自然保护区事业起步较晚，已取得了很大成绩，但对保护区系统规划重视不够，造成保护区分布不平衡、发展重数量、内部功能分区不合理等问题。针对这种情况，我国开展了保护区栖息地评价，以重新划分功能区，如卧龙自然保护区(欧阳志云等，1995)、盐城自然保护区(Li等，1997；Ma等，1998，1999)、西双版纳勐养自然保护区(李芝喜等，1996)和陕西洋县自然保护区(李欣海等，1999)。我国还提出了自然保护区生态评价指标和评价标准(郑允文等，1994)。

1.2 国内外自然保护区设计研究

自然保护区建设是生物多样性就地保护的主要措施，而自然保护区设计是自然保护区建设与管理的关键性基础工作。如果一个保护区系统的设计出现问题，就很难维护一个生态系统的完整性，难于维持生态过程，以保护珍稀濒危物种赖以生存的栖息环境。

自然保护区设汁的主要问题，是自然保护区系统包括核心区、缓冲区、保护区网络和廊道的合理布置，以有效地影响生态过程，保护生态系统的完整性和代表性，实现生物多样性保护的目的。这些问题对自然保护区的建设具有战略意义，在国际上引起广泛重视。

1．2．1 国外自然保护区设计理论

(1)岛屿生物地理学假说

岛屿有许多显著特点，如地理隔离，生物类群简单。这些特点为重复性研究和统计分析奠定了基础，从而有利于许多深入而细致的生物学研究。因此，岛屿为发展和检验自然选择、物种形成及演化，以及生物地理学和生态学诸领域的理论和假说，提供了重要的自然实验室。MacArthur和Wilson(1963，1967)认为，岛屿生物种类的丰富程度完全取决于两个过程，即新物种的迁入和原来占据岛屿物种的灭绝。当迁入率和灭绝率相等时，岛屿物种数达到动态的平衡状态,即物种的数目相对稳定，但物种的组成却不断变化和更新，这是岛屿生物地理学理论的核心，所以岛屿生物地理学理论也称为“平衡理论”。达到平衡状态的物种数主要取决于岛屿的大小和岛屿离种源的距离，物种数随岛屿面积的增加而增加，这是所谓的“面积效应”；岛屿离陆地和其它岛屿越远，其上的物种数目就越少，这称为“距离效应”。

岛屿生物地理学(MacArthur-Wilson学说)的研究对象是海洋岛和陆桥岛。然而其理论被广泛地应用到岛屿状生境的研究中。岛屿生物地理学认为，岛屿化是生物地理学的普遍现象，岛屿生物地理学理论也适用于陆地“生境岛”。自20世纪70年代以来，这方面的研究已颇为广泛。岛屿生物地理学一时成为自然保护区设计的主要理论基础。此学说认为：

①保护区面积越大，物种灭绝率越小，生境多样性越大，物种丰富度亦越大；

②隔离程度越高，物种迁入率越小，物种丰富度越低；

③面积大而隔离度又低的自然保护区具有较高的平衡物种丰富度功能；

④面积小或隔离程度低的生境岛具有较高的物种周转率(邬建国，1989，19如)。

因此，自然保护区设计应遵循下列原则：

①保护区面积愈大愈好；

②一个大保护区比具有相同总面积的几个小保护区为好；

③对某些特殊生境和生物类群，最好设计几个保护区，且相互距离愈近愈好；

④自然保护区间最好用通道相连，以增加物种迁入率；

⑤为避免边缘效应，保护区以圆形为佳。

这些原则已被国际自然保护联盟纳入《世界自然保护策略》。然而，对于麦克阿瑟一威尔逊理论在自然保护区中的应用争议很大，其中“保护区以圆形为佳”这一准则存在许多不同的观点(韩兴国，1994)。保护区的形状并非总是圆形最佳，保护区的形状对真正的岛屿可能不重要。Blouin等(1985)检验了33个海洋岛屿上物种丰富度与岛屿形状的数据，在考虑了岛屿面积效应后，岛屿形状并不能说明岛屿上物种丰富度的差异。因此，如果控制海洋岛屿物种丰富度的机制与陆地生境岛屿的相同，那么形状不是保护区设计的主要因素。保护区彼此越接近越好这一准则是与保护区圆形的准则不一致的(Game，1980)。保护区间的通道可以增加种的迁入率，并可通过种群互补效应减少局部绝灭率，但传播疾病和扩散干扰源的弊端也不容忽视。

大保护区建立常会受到社会、经济以及管理方面因素的限制，因此以上设计准则中(2)成为争论的焦点，也称为“SLLOSS之争”即一个大保护区好还是几个小保护区。几个小保护区中物种的重叠程度是决定物种丰富度的一个关键因素。

许多研究和分析表明，几个分散的小保护区通常比一个具有相同总面积的大保护区有更多的物种丰富度。因为每个小保护区含有不同的地方性物种、不同的小生境。

岛屿生物地理学理论实际上还没有得到实证，仅仅是一种假说，因此应用于保护区设计是危险的。但该理论对异质环境中种群动态模型(如反应—扩散模型)的发展有着明显的促进作用，对于景观生态学的发展有一定的贡献。

(2)异质种群理论、种群生存力分析与自然保护区的设计

在MacArthur和Wilson探索岛屿生物地理学的同时，Levins(1970)提出了异质种群的思想。由于生态破坏和环境污染，形成了在空间上具有一定距离的生境斑块。同时由于栖息地的破碎化而使得一个较大的生物种群被分割成许多小的局域种群。异质种群指的是在空间上具有一定距离，但彼此间通过扩散个体相互联系在一起的许多小种群或局域种群的集合。这些小局域种群呈斑块状分布，很不稳定，经常面临灭绝。因此，异质种群在时间、空间和功能上均是一个生态单元。异质种群理论着重研究局域种群灭绝、再定居规律及异质种群的生存力，这是近年来保护生物学研究重点的一个重要转移。岛屿生物学从群落水平上研究物种数的变化规律，而异质种群理论则从种群水平上研究局域种群消失灭绝规律。

异质种群理论在保护区设置原则上与岛屿生物地理学理论所倡导的观点有很大不同。它认为建立若干个小保护区，要比建立具有相同总面积的—个大保护区好。由于人类的干扰，栖息地破碎化已成事实，在世界各地，建立一个大的完整的保护区已很困难，异质种群理论在保护区设计上更具有现实意义。将分散的栖息地碎片用廊道连接起来，是异质种群理论在自然保护区设计上所着重强调的，它巧妙地解决了相关性灭绝和扩散问题之间的矛盾，既保护了局域种群之间的独立性，又能实现局域种群之间的再定居。

种群生存力分析(Population viability analysis，简称PVA)是研究物种以一定概率存活一定时间的过程。PVA得出的主要结论是最小可存活种群(MVP)，它是维护保护对象长期安全的重要标志。根据最小可存活种群可确定保护区面积的大小，岛屿生物地理学理论只能给出保护区越大越好的原则，并不能得出具体的保护区面积。在本世纪初建立的保护区，只排除了人为活动对物种的影响，并末考虑随机因素对物种灭绝的作用，而PVA就是研究随机因子对物种的影响，分别计算一定面积或一定大小的种群在一定时间内的存活概率，因此它是自然保护区设计的重要依据。PVA已在世界上得到广泛应用(表1—1)。PVA是一种新的、正在发展的、涉及到复杂问题，而且其经验、实验和理论知识还不完备的技术。尽管MVP实际应用存在较多困难，但它对于确定保护区有效面积是一个有用的概念。

(3)景观生态学、生物多样性保护与自然保护区的设计

景观生态学是一门新兴的正在深入开拓和迅速发展的学科，与传统生态学相比，景观生态学明确强调空间异质性、等级结构和尺度在研究生态格局和过程中的重要性以及人类活动对生态系统的影响，尤其突出空间结构和生态过程在多个尺度上的相互作用。就生物多样性保护而言，景观生态学注重景观多样性与生物个体行为、功能、群落动态及生态系统在不同时空尺度上的作用。

按照景观生态学的观点，一个自然保护区即是一个由生态系统组成的景观。在该景观上存在着狭长的廊道，如山岭、河流；非线性的斑块，如森林、湖泊、草地；以及基质，如地带性植被等景观组分。这些景观要素本身在大小、形状、数目、类型和外貌上的变化，直接影响自然保护区景观的结构。上述自然保护区景观的差异导致了景观功能的差异。因此，按照网络结构和景观功能的原理，在设计保护区时，应使景观组分间的连接度尽可能大，以防止种群的隔离，增加种群内变异和遗传多样性。景观生态学认为，自然保护区的最佳形状应为一个大的核心区域加上弯曲的边界和狭窄的裂开形延伸，其延伸方向与周围生态流的方向一致。其中，紧凑或圆形斑块有利于保护内部资源；弯曲的边界有利于多栖息地的物种生存和动物逃避被捕食；狭窄的裂开形延伸有利于斑块内物种灭绝后的再定居，或物种向其它斑块的扩散过程；斑块的长轴方向是几种生态的关键，如林地班块的延伸方向与迁移鸟类有关。

生物多样性保护分为两种途径：以物种为中心的途径和以生态系统为中心的途径(俞孔坚等，1998)。前者强调濒危物种本身的保护，而后者则强调景观系统和自然栖息地的整体保护，力图通过保护景观的多样性来实现生物多样性的保护。随着生物多样性保护战略由目标物种途径转向区域景观途径，景观规划在生物多样性保护中的意义日益得到重视(李晓文等，1999)。Wilson(1992)认为，作为一个发展中的专业，景观设计将在生物多样性保护中起决定性作用、在环境日益人工化情况下，仍然可以通过林地、绿化、水系、水库和人工池塘及湖泊的巧妙布置来使生物多样性保持很高程度，总体规划不但考虑经济效益和美学价值，同时考虑生物种类的保护。

景观规划从景观要素保护出发提出了一些有利于生物多样性保护的空间战略，为自然保护区的设计提供了有效的指导。多种空间战略被认为有利于生物多样性的保护，包括保护核心栖息地，建立缓冲区，构筑廊道，增加景观异质性和引入或恢复栖息地。国内外学者相继提出了一些关于生物多样性保护景观规划的途径和方法，如“集中与分散相结合”及“必要的格局”的原则。俞孔坚(1999)提出景观生态安全格局。这一方法对于确定保护区设计的生态安全水平具有重要指导意义。

综上所述，自然保护区设计还没有形成自己的理论体系和方法，无论是岛屿生物地理学、异质种群理论、种群生存力分析，还是景观生态学，单独应用于自然保护区的设计都是有局限性的。因此，吸取异质种群理论、种群生存力分析和景观生态学理论的精华，建立自然保护区设计的理论与方法体系，是今后发展的重要方向。

1．2．2 国外自然保护区设计实践

UNESCO的人与生物圈(MAB)计划，经过近30年的发展，已经在世界上建立了涵盖不同生态系统类型的生物圈保护区网络。通过这一网络，地球上所有具有代表性的、重要的陆地、沿海或海域的生物地理区域都将受到保护。它的建立是为了解决我们当今世界所面临的最重要的问题之一，即如何才能使生物多样性和生物资源的保护同它们的可持续利用很好地结合起来。MAB从全球角度提出了保护区网络的重要性，拟定了《生物圈保护区行动计划》(UNESCO，1984)。但是该指南政治性太强，涉及的技术问题并不多，也没有提出网络设计的科学方法，无法用于景观层次特别是国家范围内的保护区网络设计。一个网络是—个具有节点和联接通道的、具有内部相似特性的相互联接或联系的系统。因此，生物因保护区网络在成员间必须有相同性。把一些单个地区随意组成一个网络是有问题的，如用于保护山地景观的生物圈保护区不能与一个用于保护沿海湿地的生物圈保护区组成一个网络。

在管理模式上，生物圈保护区内部划分为：严格保护的核心区、可以进行与保护目的相一致的活动的缓

冲区和开展可持续资源利用的过渡区：但如何划分核心区、缓冲区和过渡区，MAB没有提出一套定量化的方法。

加拿大于197l完成国家公园系统规划。该规划根据加拿大地质、自然地理和植被特点，分成39个自然区域，从区域的宏观角度确定国家公园系统的空间布局，强调保护自然生态系统的代表性，应在每一个自然区域建立国家公园，目前，已在24个自然区域中建立了38个国家公园，面积达22.23km2，占加拿大国土面积的2.25％。加拿大国家公园局正在完善国家公园系统以及国家公园与其它类型保护区之间的联系。

美国国家公园的设计很少考虑保护区的大小和形状，而机遇、管理费用、土地利用、经济和政治等因素对美国国家公园建立的影响较大，国家公园的边界很难与保护生态过程所必需的景观要素相一致。美国国家公园和其它保护区没有对生物多样性提供有效的保护。

世界自然基金会(WWF)已经确定200个对保护全球生物多样性具有重要意义的生态区域。生态区域是进行全球生物多样性保护分析、规划和实施的单元。它的最终目标是在生态区域内建立基因、物种、群落和生态过程之间的联系，并加以保护。“全球生态区域200”为区域层次建立保护区和保护区系统提供了一个思路。

综上所述，虽然世界上已建立了大量保护区，并在就地保护方面取得了显著的成效。但大部分国家仅凭经验、政治需要和主观认识建立保护区；自然保护区的设计过分强调濒危物种本身的保护，对生态系统的完整性和自然栖息地的整体保护重视不够。因此，保护区系统在保护生态系统的完整性、代表性和维持生态过程方面存在较多问题。针对保护区设计中存在的问题，国外在保护区设计的理论与方法方面进行了大量探索。澳大利亚、南非、挪威开展了保护区网络设计的研究，提出了保护区网络设计的计分方法、迭代法和整数规划方法，并应用于特定区域或生物类群的保护区网络设计；由于《濒危物种法》的需要，美国开始评估现有保护区保护珍稀濒危物种的有效性，改善保护区缓冲区和廊道的设计

1．2．3 国内自然保护区设计现状

长期以来，我国自然保护区的设计缺乏理论基础。1987年国务院环委会发布的《中国自然保护纲要》，提出了选择自然保护区的条件、自然保护区评价标准、自然保护区网络建立的步骤以及自然保护区的结构(《中国自然保护纲要》编辑委员会，1987)。1994年由国务院发布的《自然保护区条例》，规定在代表性的自然生态系统区域，珍稀濒危动植物的天然集中分布区，具有持殊保护价值的海域、海岸、岛屿、湿地、内陆水域、森林、草原和荒漠，有特殊意义的地质建造、地质剖面和化石产地建立自然保护区，并提出自然保护区功能分区的原则。但所提出的原则针对性、可操作性不强，难于应用于实际工作。我国一些学者借鉴国外保护区早期设计思想，提出了保护区选划的依据和标准，但由于国外早期设计思想本身存在的问题，已不适用当今保护区设计的要求。

由于没有从区域生态系统高度出发选划保护区，只注重保护区数量的快速增加，目前我国的自然保护区存在分布不平衡、内部功能分区不合理等问题。由于缺少国家层次的保护区网络设计规划，在一些地区形成了国家级自然保护区群，如陕西秦岭中部的太白山、长青、周至金丝猴、佛坪5个国家级自然保护区紧挨在一起，内蒙古和吉林交界处的科尔沁、莫莫格、向海等相距很近，且主要保护对象基本相同，这种情况不利于国家级自然保护区的合理布局和有序发展。

一些地区资源开发与保护的矛盾日益加剧，为了使开发保护区的资源合理化，随意变更保护区的边界和功能分区。如云南怒江自然保护区，当地为了脱贫，把保护区近10万阶森林划出采伐；有的把保护区核心区肆意变更为实验区，开展所谓的生态旅游活动。

对此，国内开展了一些保护区栖息地评价，对保护区功能分区进行重新评估，也提出了保护区功能分区的一些方法。但总体上，还没有对保护区网络有足够的认识，没有从区域生态系统高度研究保护区系统的合理布局；保护区功能分区缺乏科学、实用的方法；保护区往往成为孤立的岛屿，保护区间缺少物种迁移和基因交换的通道；如何使保护区系统有效地保护生态系统的完整性、代表性和生态过程还是空白。

1.3本研究的目的和意义

1.3.1履行国际公约的需要

我国政府于1992年6月11日在联合国环发大会上签署了《生物多样性公约》，并于1993年1月5日批准了该公约，成为世界亡率先批准《生物多样性公约》的少数几个国家之一。《生物多样性公约》第8条(a)款规定，“建立保护区系统或需要采取特殊措施以保护生物多样性地区”；(b)款规定：“于必要时，制定难则据以选定、建立和管理保护区或需要采取特殊措施以保护生物多样性地区。”

我国政府对国际公约的履行采取积极认真的态度；履行国际公约需要有科学技术的支持。《生物多样性公

约》要求缔约国建立保护区系统、制定保护区选择和建立的准则。为此，有必要探讨自然保护区生态安全设计的概念、理论、原则和方法，为我国自然保护区系统的建立和完善奠定科学基础。

我国政府还加入了《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(拉姆萨公约)。该公约规定，“缔约国应设置湿地自然保护区，无论该湿地是否已列入名册，以促进湿地和水禽的养护并府对其进行充分的监护。”丹顶鹤被国际自然保护联盟(IUCN)列为易危种，是具有国际重要意义的迁徒性水禽。丹顶鹤在我国的栖息地大部分是具有国际重要意义的湿地，如扎龙、向梅自然保护区。丹顶鹤及其栖息地的保护，不仅是我国野生动物保护的需要，也是履行拉姆萨公约的需要。因此，从生态安全高度，研究丹顶鹤保护区系统的空间构型，对于保护丹顶鹤的栖息地，提高保护区系统的代表性和有效性具有重要意义。

1．3．2 生物多样性就地保护的需要

在我国自然保护区系统中，自然生态系统类自然保护区和野生生物类自然保护区是以生态系统和珍稀濒危物种及其自然生境为保护对象的自然保护区，它们是生物多样性就地保护的主要途径。到1997年底，我国自然生态系统类自然保护区有533处，面积5068．5万hm2。分别占全国自然保护区总数和总面积的57．6％和65．8％；野生生物类自然保护区达335处，面积26M．9万hm2，分别占全国自然保护区总数和总面积的36．2％和33．9％。两类自然保护区总数达既8处，总面积7675．4万hm2，分别占全国自然保护区总数和总面积的93．7％和99。7％。自然生态系统类和野生生物类自然保护区的保护效果和安全水平，直接关系到我国生物多样性保护事业的命运。因此．探讨自然保护区网络、保护区核心区、缓冲区和廊道的设计原则与方法，对于保护区系统的建立与完善和保护区功能合理分区具有重要指导意义，将促进我国自然保护区建设事业的健康发展。

1．3．3科学研究的需要

世界上，保护区的建设已有一个多世纪的历史，我国保护区的建设也有40多年的历史。但目前还没有形成保护区建设的科学理论。传统(岛屿生物地理学)的观念认为保护区越大越好。然而，由于人类活动的影响，栖息地破碎化已成事实。在世界各地、建立一个大的完整的保护区已很困难。事实上，保护区建设还受到社会、经济以及管理等因素的制约，大保护区在管理上和经济上都存在困难。因此，必须阐明多大的保护区才能达到既定的保护目标。对于如何设计核心区和缓冲区，如何设计廊道，如何合理布局保护区系统，国内虽然有一些原则性的提法，但缺乏科学性和可操作性。自然保护区设计的理论和方法还相当薄弱，需要加强这方面的研究，以指导我国自然保护区的建设。

1.4 本书主要研究内容

1.4.1 主要研究内容

由于国内外目前还没有建立完整的自然保护区设计理论与方法，也没有提出自然保护区生态安全设计的概念。因此，本文重点考虑以下内容：

(1)建立自然保护区生态安全设计的理论基础

通过大量国内外资料的调研，综述异质种群理论、景观生态学理论和种群生存力分析关于自然保护区的设计思想，评价各理论的特点，建立自然保护区生态安全设计的理论基础。

(2)建立自然保护区生态安全设计的原则与方法

通过国内外文献资料调研，综述自然保护区网络设计、核心区设计、缓冲区设计和廊道设计的原则与方法，特别是澳大利亚、南非和挪威等国的自然保护区网络设计方法包括GAP分析、迭代法、整数规划方法，美国、加拿大和澳大利亚等国的核心区、缓冲区和廊道设计方法，比较各方法的特点，并根据我国自然保护区设计的实际和需要，建立自然保护区生态安全设计的原则与方法。

(3)案例研究

将新建立的自然保护区生态安全设计的原则与方法应用于某一生物类群自然保护区系统的设计。本研究选择丹顶鹤保护区作为案例研究。这是因为丹顶鹤是国家一级重点保护野生动物，属迁徙性鸟类，在我国有其繁殖地和越冬地。虽然我国已建立了若干以丹顶鹤为保护对象的自然保护区，但由于湿地开垦和环境污染，丹顶鹤的栖息地遭到严重破坏，有必要首先针对某一重点保护物种开展试点研究。根据丹顶鹤的生活史和资料情况，案例研究的内容有所侧重：

①丹顶鹤自然保护区网络设计，主要包括丹顶鹤生态特征综述、网络设计的指标体系、网络设计和网络的评价。

②丹顶鹤繁殖地自然保护区的生态安全设计，主要研究丹顶鹤繁殖地保护区网络的完善。

③丹顶鹤迁徒停歇地自然保护区的生态安全设计，主要研究丹顶鹤空中迁徒走廊和停歇地的安全性。

④丹顶鹤越冬地自然保护区的生态安全设计鹤越冬地自然保护区核心区和缓冲区的设计。

1.4.2案例研究方法

(1)案例研究目标的确定

自然保护区生态安全设计的最终目标应考虑区域生态系统中的所有物种。本案例研究是一个有限目标，即以重点保护物种为突破口，在不同地区研究内容有所侧重。具体地说，以丹顶鹤作为试点研究的突破口，在丹顶鹤繁殖地研究自然保护区的网络设计，在丹顶鹤迁徙停歇地研究空中迁徒走廊和停歇地的安全性，在丹顶鹤越冬地研究保护区核心区和缓冲区的设计。

(2)地点的选择

由于丹顶鹤是迁徒性鸟类，在国内有其繁殖地、迁徒停歇地和越冬地，因此研究地点应包括所有丹顶鹤的繁殖地、迁徒停歇地和越冬地。

(3)资料调查方法

本研究采用资料调研和实地调查相结合的方法。资料调研从国内外发表的文献或内部出版物及专家咨询，获取丹顶鹤的分布、保护区的背景资料以及丹顶鹤栖息地的本底资料。实地调查主要是对资料调研获得的数据进行补充和更正，了解保护区设计存在的问题。

(4)数据处理和分析

数据处理采用MAPCAD3.0和ARC/INFO软件，计算机硬件包括PⅡ 400兼容机、HP DesignJet 750 C／755CM 和HP LaserJet 6 l，保护区网络设计采用迭代法和整数规划方法，保护区核心区和缓冲区设计采用最小累积阻力模型。

第二章自然保护区生态安全设计的理论基础

2.1 前言

由于没有从区域生态系统高度对保护区系统进行分析和设计，保护区的主要功能即保护生态系统的完整性、代表性、生态过程以及保护生物多样性受到质疑，现有保护区系统不能对自然生态系统和珍稀濒危动植物的天然栖息地提供有效保护，不能抵御人类干扰、环境污染和生态破坏的影响，因此我们地球仅存的自然遗产能否安全地世世代代传下去引起人们的担心。自然保护区的生态安全已引起广泛关注。

安全这一概念有多种内涵．可以分为军事安全、国家安全、经济安全、社会安全、环境安全和生态安全等。安全这一概念最早是一个军事术语，很少考虑非军事威胁和解决威胁的非军事手段。现代安全概念指的是通过军事手段保卫一个国家的主权。然而，世界经济和环境的交流与合作不断发展，安全已不仅仅局限于军事和主权等领域。人类社会为满足其物质和文化的需要，不断扩大生产、消费和废物排放的规模，这将对一切生物赖以生存的空气、水和土壤带来严重负面影响。1992里约地球首脑会议的召开和一系列国际环境公约的签署，唤起了全球对环境问题的认识，提高了人们的生态保护意识。环境外交日趋活跃和公众环境意识的提高，要求对安全这一概念重新审视。Mathews提出扩展安全这一传统概念，认为环境退化会削弱经济发展的潜力，影响人类社会的进步，导致社会的不稳定。有的反对这一观点，认为安全是一个军事术语，环境安全或生态安全容易使人误解为用军事手段解决环境问题。但安全这一概念本身有多种涵义，环境安全或生态安全并不是指用军事手段解决环境问题。

1998年6-9月，长江流域发生全流域性特大洪水灾害。这次洪水，流域汛期降雨总量仅为1954年的80％—90％，入江径流总量比1954年少350亿m3，但洪峰之多、水位之高、持续时间之长、受灾范围之广、损失之大、情势之严重，都是历史上所不多见的。长江上中下流域大范围的生态破坏是造成1998年“中水量、高水位、大灾害”洪水的根本原因。从这次洪水中，国内有识之士认识到生态安全的重要性。生态安全已关系到一个流域牛态系统、区域生态系统的安全，关系到一个国家的安全。生态安全指的是这么一种状态，一个群落的自然环境能满足群落持续生存的需求，而不损害自然环境的潜力。

生态安全是社会安全和经济安全的基础。因为如果人类或群落的生存环境受到威胁，人类赖以生存的自然生态系统遭到破坏，就会威胁到社会安全和经济安全。同时，生态安全需要社会安全和经济安全来保障。因为如果社会动荡不安，人民生活穷困潦倒，偷猎、乱砍滥伐十分猖派、生态安全就无从谈起。

生态安全与环境安全经常互用，但它们是有区别的。环境安全更在重资源保护，着重讨论自然资源的保护和防护，因为在很多地区和国家大范围的环境退化危及政治稳定。环境安全指的是环境退化对政治稳定构成的威胁，而生态安全指的是创造一种状态，在那里群落的自然环境能满足群落的需要而不降低自然环境的潜力：当人们在研究环境退化的根本原因时，他们是在讨论生态安全。例如，恢复生境或防治生境损失，保

护热带雨林或古树林，这些工作间接地提高生态安全。如果一个国家为了获取自然资源，或保护自然资源，或确保其能持续地获取自然资源，而侵略另一个国家，这个国家的行为属于环境安全范畴。讨论环境退化深层次的原因，如采取长期的保护措施，这是生态安全的范畴。

自然保护区生态安全设计就是从区域生态系统高度，根据保护生态系统的完整性、代表性和生态过程的原则及一定的保护目标，提出一个区域内自然保护区网络、保护区各功能区和保护区间廊道的合理布置，以有效地保护生物多样性和自然栖息地。自然保护区生态安全设计并不是一个新的概念，在以往保护区设计工作中，实际上已体现了生态安全设计的概念。如保护区分为核心区、缓冲区和实验区，这实际上是一种安全考虑。当然，自然保护区生态安全设计不仅与生物因素有关，而且与社会、经济等因素有关。它是在一定的保护目标如物种丰富度、面积百分比和预算的条件下，提出的一种保护区系统优化配置方案。一个保护区的选址、大小和形状，不仅取决于生态系统和保护对象的生态学特征，还取决于当地经济、土地利用、社会等因素。因此，自然保护区生态安全设计是综合考虑了生态、社会、经济的一种协调设计战略。

自然保护区生态安全设计专门针对生物资源类保护区，即我国目前保护区分类标准中的自然生态系统类和野生生物类保护区。

自然保护区生态安全设计有三个层次。首先要从区域层次研究保护区网络的优化设计；其次，在网络的每个节点(保护区)，研究保护区的面积、形状和内部功能分区(核心区、缓冲区和实验区)；最后，研究网络与节点的连接(廊道)。自然保护区生态安全设计程序见图2-1。

图2-1 自然保护区生态安全设计程序

由于是首次提出自然保护区生态安全设计的概念，有必要建立其理论框架，主要理论包括异质种群理论、景观生态学理论和种群生存力分析理论。

2．2异质种群理论

在20世纪70年代以前，生物地理学家和生态学就已注意到生境在时间和空间上的异质性作用将会对群落结构、种群动态以及物种多样件和遗传多样性产生重要影响。生境的空间异质性理论中有一个十分重要的分支，就是贝世纪60年代末由著名生态学家Levins发展起来的异质种群(Metapopulation)理论。

2.2.1异质种群的概念和结构

栖息地的破碎化，形成了一个个在空间上具有一定距离的生境斑块，也使得一个较大的种群被分割成许

多小的局域种群(Local population)。生境斑块的随机变化，使得那些被分割的小的局域种群随时都有可能发生随机灭绝，但由于个体在生境斑块之间的迁移作用，有可能在那些还没有被占据的生境斑块内建立新的局域种群。异质种群指的是在空间上具有一定距离，但彼此间通过扩散个体相互联系在一起的许多局域种群的集合。一个典型的异质种群，一般满足下列四个条件：

(1)适宜的生境以离散斑块形式存在。

(2)即使是最大的局域种群也有灭绝风险。否则，异质种群将会形成大陆—岛屿型异质种群。

(3)生境斑块不可过于隔离而阻碍局域种群的重新建立。

(4)各个局域种群的动态不能完全同步。如果完全同步，那么异质种群不会比灭绝风险最小的局域种群续存更长的时间。

根据物种的扩散情况，Hanski等从空间尽度上进一步明确了异质种群的特征，划分为：

①局部尺度：个体在这一尺度内完成取食和繁殖活动；

②异质种群尺度：在这一尺度内，扩散个体在不同的斑块生境(或局域种群)之间迁移，但并不是所有个体都将迁移，这意味着当一个斑块生境不利于特定个体的取食和繁殖时，该个体将会迁出这个斑块；

③地理尺度：这一尺度也称为一个物种所占据的整个地理区域上的尺度，在这一尺度内个体几乎没有扩散出这个地理区域的可能。

但需要指出的是在一般情形下，这种尺度不是离散的，而是连续的，或者说在三个典型尺度之间还存在许多不同等级的尺度。

异质种群的结构一般分为三种情况(图2—2)；(a)大陆-岛屿型异质种群结构，这里一个斑块(大陆)如此之大，该局域种群实际上不会灭绝，且是迁入剩余小生境斑块的唯一来源。这一结构也称为Boorman-Lecitt 异质种群结构；(c)Levins结构，所有斑块的面积相同，且非常小以致于所有局域种群都有非常大的灭绝风险；(b)中间型，大部分异质种群结构介于(a)和(c)之间。

2．2．2异质种群动态理论

自然生境和动植物种群的破碎化，使对异质种群动态产生广泛兴趣。传统的方法只关注单种群动态。异质种群动态把注意力放在局部灭绝、局域种群间的迁移和空间生境斑块被重新侵入(Recolonization)等过程对物种长期生存的重要性。

Levins模型首先区别了单种群动态与异质种群动态之间的不同。该模型假定有大量的离散生境斑块，它们大小相同，且只分为已被定居和末被定居两种，而局域种群的真实大小则忽略不计变量P(t)描述异质种群的状态，它被定义为在时间t已被一个种所占据的生境斑块的数量与总的生境斑块的数量之比。种群建立的概率与斑块有种群定居的比例及当前末被定居斑块比例成正比：

式中：c、e——分别为侵占和灭绝参数o

P的平衡值为：根据Levins模型，只要e

Levins模型虽然简单，但它抓住了典型异质种群动态的一个关键属性：异质种群若要持续生存，局域种群的重建速率必须高到足以补偿灭绝速率，并使异质种群大小在很小时能够增长。

Gurney等和Nisbet等分析了Levins模型的一种随机形式，并得到异质种群灭绝的预期时间TM的近似值：

这里：TL--局部灭绝的预期时间； H--适宜的生境斑块数。

这说明，随着适宜斑块数日的增加，异质种群生存力呈指数增加，异质种群生存里呈指数增长。

当种群过分碎裂，小局域种群个体数量太小时，由于统计上的生灭随机件，异质种群将很快灭绝。随着小局域种群个体数量的增加，统计随机件的作用急剧减少。然而，环境随机性如食物短缺、火灾、疾病等将起决定作用。它与统计随机性不同，同一局域种群内个体所受环境随机性的影响是相关的。但是，若不同局域种群之间相立独立，且局域种群个体数量又不是太小的话，这样的一个异质种群要比一个大局域种群具有更高的生存力。当然，自然界中异质种群的各局域种群之间并非是绝对独立的，而是有一定相关的。局域种群之间独立性越强，越能较好地对抗环境随机性带来的相关性灭绝的影响，但同时不利于再侵入，这样对异质种群的生存人又会有不利的作用。可见，隔离度对异质种群的生存力至关重要。过分的隔离会使局域种群之间孤立起来，无法实现扩散和再侵入，不利持久生存；反之，局域种群之间相距太近，关联太强，相关性灭绝的概率就大，也不利于异质种群的生存。只有适度的隔离才利于异质种群的长期生存。Hanski定义了斑块之间的隔离度：

式中：Nj--斑块j的种群数量(为计算方便除以100)； dij--斑块i和j之间的距离(km)。Ij对除斑块i以外的所有斑块求和。

栖息于生境斑块网络中的异质种群是否能持续生存?提高强块的大小、数量或质量，是否改善异质种群的生存力？如果50%的生境斑块面积将丢失，丢失占总面积50％的最大斑块是否比各斑块都丢失50％的面积好?对于这些问题，国外已建立大量复杂的计算机模拟模型。如Hanski建立了异质种群空间模型、用于分析芬兰和英国的三种蝴蝶异质种群结构。该模型可以评估特定生境斑块网络支持异质种群持续生存的可能性，也可以评价环境变化对异质种群的影响，如生境斑块面积的减少或丢失。因此它对物种保护具有重要潜在价值。

2.2.3对自然保护区设计的启示

虽然异质种群理论还处于不断发展之中，理论还有待完善，特别是很多模型都有一些基本假设，但它对自然保护区设计有如下几点启示：

(1)异质种群的长期续存需要维持生境斑块网络

异质种群概念对生活于破碎景观中的各种植物、两栖类、鸟类、哺乳类是合适的。以往生物保护主要是通过维持局部生境质量来减少局部灭绝的速率，但一个物种很难在一个孤立的生境斑块中持续很长时间，保护的重点应从单一生境斑块中某一物种的保护转化为维持这种斑块网络上来。

(2)适度的隔离有利于异质种群的长期生存

如果斑块之间的距离太远，以致于无法通过迁移和再侵入来拯救种群的灭绝，那么即使有大量的小生境片断也无法保证异质种群长期存活下去。对异质种群长期续存所需的最低斑块密度是一个重要的参数，斑块密度增加有利于侵占，因而对异质种群的长期生存是有益的。但如果生境斑块之间的距离太近则可能导致局部动态的空间同步性上升，而对异质种群的长期续存有负作用。理论上讲，一系列连接良好的生境斑块通常比紧密的班块簇更有利于物种的长期生存。

(3)生境质量在空间上的较高异质性是有益的

提高斑块生境质量的异质性可降低异质种群灭绝的风险。如对网蛱蝶(M．cinxia)来说，植被低矮的干草甸通常对幼虫的生长和存活有利，而在很干燥的夏季，干草地上的寄主植物可能会枯萎，造成幼虫死亡率激

增。当然实质性地改变斑块内的异质性是不可能做到的，但当有多个备选地点时，被选定生境斑块的质量应当包含或多或少的变化。尽管提高保护区的生境质量很吸引人，但仍有理内保留多种生境类型，这样可以缓冲环境和区域随机性对异质种群造成的负面影响，并可以保持较高的遗传多样性。

边缘效应也有利于异质种群的生存。适度的片段化，使得局域种群单位面积接触到其它类型生境的机会增多，它增加了局域种群个体觅食的机会及躲避自然灾害的能力；异质种群产生了更多交错带，因而有利于生物多样性的保护。

2．3 景观生态学理论

景观生态学以整个景观为研究对象，强调空间异质性的维持与发展，生态系统之间的相互作用，大区域生物种群的保护与管理、环境资源的经营管理，以及人类对景观及其组分的影响。景观生态学给自然保护区设计带来许多新思想、新理论和新方法；

2．3．1 景观生态学的基本原理

(1)景观异质性

景观异质性是景观的重要属性之一，它对景观的功能与过程有重要影响。异质性是系统(如景观)或系统属性的变异程序，包括时间异质性(如植被演替)和空间异质性(如植被的镶嵌结构)。空间异质性包括三个方面：空间组成，如生态系统的类型、数量和面积；空间构型，如生态系统的空间分布；空间相关，如生态系统的空间关联程度及尺度。景观生态学强调空间异质性的绝对性和空间同质性的尺度性质，因此在讨论空间异质性时，必须阐明其空间尺度。关于景观异质性的指数有多种表述，如多样性指数、镶嵌度指数和距离指数。

(2)景观格局

景观格局是生态系统或系统属性空间变异程序的具体表现，它决走着资源环境的地理分布，制约着各种生态过程。影响基本生态过程的景观格局参数包括：

①斑块大小：影响单位面积的生物量、生产力、养分储存、物种多样性，以及内部种的移动和外来种的数量。大的自然植被斑块在景观中可以发挥多种生态功能，起着关键作用。

②斑块形状：影响生物种的发育、扩展、收缩和迁移。

③班块密度：影响通过景观的“流”的速率。

④斑块的分市构型：影响干扰的传播和扩散。按结构特征可以划分为4种景观类型，即斑块散布的景观、网络状景观、指状景观和棋盘状景观：

景观格局可以分为：点格局(如鸟类的巢穴分布)、线格局(如河流的分布)、网格局(如保护区网)、平面格局(如湖泊中岛屿斑块的分布)和立体格局(如森林的林相结构)

(3)廊道

廊道可以看作一种线状或带状斑块，在很大程度上影响着斑块间的连通性，从而影响着斑块间物种、营养物质和能量交流。廊道的生态功能取决于其内部生境结构、长度和宽度及目标种的生物学特性等因素。廊道对物种多样性影响主要表现在：

①为某些物种提供特殊生境或暂息地；

②增加生境斑块的连接性，促进斑块间基因交换和物种流动，给缺乏空间扩散能力的物种提供一个连续的栖息地网络，增加物种重新迁入机会；

③分割生境斑块，阻断基因或物种流．造成生境破碎化，或引导外采种及天敌的侵入，威胁乡土物种生存。

廊道功能上的矛盾，要求谨慎考虑如何使廊道有利于乡土物种的保护，其中最重要的一点是必须使廊道具有原始景观自然的本底和乡土特征，廊道应是自然的或对原有自然廊道的恢复，任何人为设计的廊道都必须与自然的景观相适应。廊道在生物群体之间的个体交换、迁移和生存起着重要作用，但斑块之间并非廊道的数量愈多愈好，生物群体的生存还与不同斑块上生物个体的数量有密切的关系，也取决于廊道的组成和质量。

(4)景观连接度

景观连接度(landscape connectivity)是对景观空间结构单元相互之间连续性的量度，包括结构连接度和功能连接度。前者是景现在空间中直接表现出来的连续性，后者则与研究对象或过程的特征尺度有关，如种子传播距离、动物取食和繁殖活动范围、以及养分循环的空间幅度等，都与景观连续性相互作用，并共同决定景观的功能连接度。景观连接度是研究同类斑块之间或异类斑块之间在功能和生态过程上的有机联系。许多研究表明，景观连接度对于破碎景观中动植物栖息地和物种保护具有重要意义。影响景观连接度的因子

主要有；

①组成景观的元素和空间分布格局；

②研究的生态过程；

③研究的对象和目的。

景观连接度不同于景观连通性。景观连通性是指组成景观的元素在空间结构上的联系，而景观连接度是景观中各元素在功能上和生态上的联系。且有较高的连通性，不一定有较高的景观连接度；连通性差的景观，其景观连接度不一定较小；如尽管不同鸟类栖息地在景观中不存在廊道连通，但鸟类可以飞越较长距离，达到其它同类斑块，对于鸟类来说，只要斑块直接的距离限定在其可飞越的距离之内，仍具有较好的景观连接度。

廊道是景观连接度在空间的具体表现形态，不能反映景观连接度的水平，景观连接度的大小还取决于廊道的质量。斑块之间可以有廊道存在，但其景观连接度也许为零。在较大程度上，景观连接度与具体的生态过程、研究目的或廊道的组成、宽度、形状和质量有关。

(5)等级—尺度理论

等级理论认为，任何系统皆属于一定的等级。并具有一定的时间和空间尺度。景观是生态系统组成的空间镶嵌体，同样具有等级特征。景观的性质依其所属的等级不同而异。不同等级上的生态系统都是由低—高级的系统所构成，如斑块构成景观，景观又构成区域。某一等级的组成既受其高一级水平上整体的环境约束，又受下一级水平上组分的生物约束(伍业钢等，1992)。

时间和空间尺度包含于任何景观的生态过程。景观格局和景观异质性随我们所测定的时间和空间尺度的变化而变化。观察异质性景观在不同尺度上的动态，可以了解景观的空间等级结构。

(6)干扰学说

干扰是空间上和时间上环境与资源异质性的主要来源之一，是景观的一种重要生态过程，可分为自然干扰和人为干扰。干扰造成景观的异质性，决定斑块的大小、密度和时间频率，改变景观的格局，同时景观对干扰也具有一定的抗性。

2．3．2 生物多样性保护的景观规划

(1)景观规划途径

生物多样性保护可以分为两种途径，即以物种为中心的途径和以生态系统为中心的途径。前者强调濒危物种本身的保护；后者强调景观系统和自然栖息地的整体保护，力图通过保护景观的多样性来实现生物多样性的保护。

这两种不同保护送途径也体现在景观规划设计中，以物种为出发点的规划途径和以景观元素为出发点的规划途径。尽管两者的目标都是保护生物多样性，但前者从物种到景观格局，而后者是从景观元素到景观格局。

1)基于物种的景观规划途径

为了使所作的景观规划有效地保护生物多样性。该途径强调要选准保护对象，并充分掌握保护对象的生态学特性。选择保护对象一般从三个方面考虑：

①保护对象的稀有性、特有性和受威胁状况；

②保护对象在生态系统中的作用；

③保护对象的进化意义。

基于物种的景观规划途径，通过叠加和协调单一保护对象的景观最佳格局，来产生整体优化的生物保护景观格局。

由于要求掌握有关物种和栖息池的详尽信息护物种，该方法在应用上存在较多限制。

2)基于景观元素的规划途径

该途径并不根据对单一物种的深入研究来作景观规划，而把生物等级系统作为—个整体来对待，集中针对景观的整体特征如景观的连续性、异质性和动态变化来进行规划设计。它分析现存景观元素及相互间的空间联系或障碍，提出利用或改进现存格局的方案，包括在现有景观格局基础上加宽景观元素的连续廊道，增加景观的多样性，引入新的景观斑块和调整土地利用格局。

基于景观元素的整体规划途径强调：①在广泛的时空尺度上包含生态过程和生物多样性各组成成分，因此一个全面的规划应该以生物等级系统的各个层次或节点作为保护对象；②)将节点连接成为一个整体的保护网络，建立区域景观保护体系，维持景观的多样性和稳定性。

(2)景观生态安全格局的概念

对于核心区、缓冲区和廊道的设计，提出了景观生态安全格局的概念。不论景观是均质的还是异质的，景观中的各点对生态过程的重要程度是不相同的，其中有些局部、点和空间关系对控制景观水平上的生态过程起着关键作用。景观中存在着某种潜在的空间格局，它们由一些关键性的局部、点和位置关系所构成，对维护和控制某种生态过程有着关键性的作用，这种格局称为景观生态安全格局，一个典型的安全格局包括以下几个景观组分：源间连接、辐射道和战略点。

①源：现存的乡土物种栖息地，它们是物种扩散和维持的源泉。

②缓冲区：环绕源的周边地区，它们是物种扩散的低阻力区。

③源间联接：相邻两源之间最易联系的低阻力通道。

④辐射道：由源向外围景观辐射的低阻力通道。

⑤战略点：对沟通相邻源之间联系有关键意义的“跳板”。

需要指出的是，安全是有等级层次的和相对的，不向水平上的安全格局可以便生态或其它过程维护在不同的健康和安全水平上；安全格局可以根据过程的动态和趋势来定义。

因此趋势表面的空间特性可以识别生态安全格局。

(3)景观生态安全格局的识别方法

提出了景观生态安全格局的识别步骤。

1)源的确定

生物多样性保护的景观规划，其保护对象应是具有广泛代表性的多个物种或类群及其栖息地。在生物区系调查的基础上，一般可以确定主要保护物种及其栖息地(源)。

2)阻力面的建立

物种对直观的利用被看作是对空间的竞争性控制和覆盖过程，这种控制和覆盖必须通过克服阻力来实现。因此，阻力面反映了物种空间运动的趋势。一般采用最小累积阻力模型(MCR)来建立阻力面、该公式考虑三个方而的因素，即源、距离和景观介面特征。

3)根据阻力面判别安全格局

阻力面可以用等阻力线表示为一种矢量图(图2—3)。这一阻力面在源处下陷，在最不易达到的地区阻力面呈峰突起，而两陷之间有低阻力的谷线相联，两峰之间有高阻力的脊线相连。根据阻力面进行空间分析，可以判别缓冲。其基本公式为：

2．3．3对自然保护区设计的指导

(1)景观异质性或时空镶嵌性有利于物种的生存和延续以及生态系统的稳定，如一些物种在幼体和成体不同生活史阶段需要两种完全不同的栖息环境，还有不少物种随着季节变换或进行不同生命活动时(觅食、繁殖等)，也需要不同类型的栖息环境。

(2)按照等级—尺度理论，自然保护区仅是更大时空尺度系统中的一个组分。因而，在对自然保护区景观的研究和管理中，不仅要加强自然保护区内景观的研究，而且应注重研究保护区与周围其它生态系统或影响因素的关系，以及保护区与保护区之间的关系。目前以单个、孤立自然保护区为主的生物多样性保护模式是远远不够的，应在广泛的时空尺度上包含生态过程和生物多样性各组成成分，因此一个全面的自然保护区设计应以生物等级系统的各个层次或节点作为保护对象，将节点连接成为一个整体的保护网络：

(3)景观规划在自然保护区设计中起着决定性的作用，多种空间战略被认为有利于生物多样性的保护，包括保护核心栖息地，建立缓冲区，构筑廊道，增加景观异质性和引入或恢复栖息地。落实这些空间战略必须明确选择什么和在什么地方设计上述景观元素。传统的生物保护战略被动地强调濒危物种和景观元素的保护，如果将物种运动利生态过程作为一个能动的景观控制过程来对待，就建立一种全新的景观规划途径。其中三个方面的概念对这种新的景观规划途径有启发意义：景观的空间构型对生态过程的作用，生物进化审问轨迹与景观格局设计，以及景观阻力与潜在的牛态基础设施的设计。景观生态安全格局途径正是在这些方向上的新思想和新方法。

(4)生物多样性保护的焦点仅停留在保护区的数目、选址和面积大小是一个误区，生物多样性保护必须看作是一个更高层次和更综合性的工作，包括斑块、廊道和基质。为了减少生物多样性和景观多样件的降低，必须研究景观各元素之间的景观连接度，在影响物群体的关键局部和地点，保留生物栖息地或在不同生境斑块间建立廊道。廊迈在破碎景观中生物栖息地和物种的保护上处于举足轻重的地位，廊道作用的大小关键取决于廊道的组成和质量。而廊道的组成和质量要视不同的生物类群而定。种群生存力分析理论

2．4种群生存力分析理论

2．4．1 种群生存力分析的概念和原理

种群的局部灭绝往往是景观斑块的主导过程。要想保持一个物种生存下来，最小可存活种群应该多大？把最小可存活种群定义为：在考虑种群统计学特征随机性、环境随机件、遗传随机性和自然灾变等情况下，能够保证90％的几率存活1000年的最小种群。虽然不同学者在定义这一概念时也许采用不同的概率值和存活时间尺度，但上述定义已被广泛接受。

由于生物学、生物学方面的差异，不同物种种群的MvP大小可能迥然不同。提出了估计最小可存活种群的一般性概念构架和途径，并将此过程称为种群生存力分析(简称PvA)。PvA用分析和模拟技术，估计物种以一定概率存活一定时间的过程，得出的主要结论是最小可存活种群。

种群的灭绝原因分为两类：确定性灭绝和随机灭绝。确定性灭绝通常由一种来自外界的无法逃脱的力量所造成的，如冰川运动，它导致许多物种灭绝。随机绝灭是由正常的随机变化和干扰引起，它一般不毁灭种群，但削弱种群，使种群灭绝概率增加。随机灭绝分为四类：

①统计随机性，指个体在繁殖和生存特征(包括出生率、死真率、性比等)方面的随机变异性；

②环境随机性，指气象条件、资源供应及种群间的竞争、捕食、寄生和疾病随时间变化而引起；

③遗传随机性，指遗传漂变、近亲繁殖的基因频率变化而引起；

④自然灾变，如洪水、大火、干旱等以随机时间间隔的方式发生，它可视为环境随机性的极端情形。

确定性灭绝往往无法避免，因此PvA一般研究随机灭绝问题。不同的种群大小对随机干扰的反应是不同的。在没有确定性灭绝的情况下，大种群对随机干扰不敏感，种群不易灭绝；而小种群对随机干扰极为敏感，种群易灭绝。PvA主要研究小种群的随机灭绝问题。PvA研究的是一些对生态系统、遗传学以及政治经济等有重大意义的物种。

2．4．2 种群生存力分析的方法

PvA主要以分析模型和计算机模拟模型研究种群灭绝过程。分析模型主要是一些数学模型，一般考虑理想条件或特定条件下的灭绝过程；模拟模型主要是用计算机模拟种群真实动态。

(1)分析模型

对于一个小种群，首先面临的是统计随机因素的作用。提出了原始种群数量为N的期望存活时间公式：

以上分析模型的估计仍然较多地依赖模型推理，缺乏实际数据，没有把四种随机因素统一考虑。

(2)模拟模型

1)Shaffer模拟模型

Shaffer于1978用计算机模拟美国黄石公园大灰熊种群的灭绝过程，使用的是1959—1970年的种群动态数据。该模拟模型采用离散时间离散数量公式，考虑了种群的性比、年龄结构、死亡率和繁殖率以及密度制约关系。离散个体模型包含有统计随机性，通过伪随机数字发生器产生个体，确定其存活和繁殖。用死亡率方差和繁殖率方差表示环境随机性。MvP定义为95％概率存活100年的种群大小。模拟结果显示50—90个个体能满足此MVP。

2)ALEX模型

ALEX是一个种群生存力分析的计算机程序，该模型有四个假设；(1)只模拟一个性别；(2）不考虑种群的遗传学因素，也不考虑近亲繁殖；(3)个体分为三个年龄组：新生个体(小于1岁)，幼体(1至2岁)，成年(大于2岁)，每个年龄组的死亡率、繁殖率和扩散是稳定的；(4)死亡率与密度无关，除非每一斑块的承载力(实际面积除以最小生存面积)有限；当承载力超过后，个体剔除为新生个体。

图2—4是ALEX的流程图。用累积二项分布的随机数发生器模拟生死过程。模拟允许个体在斑块间的迁移。ALEX的一个重要特性是有一个模拟斑块变量动态的模块，这对于分析火那样的灾变因素对生境的长期影响有重要意义。由于忽视了雄性和近亲繁殖，种群为二个雌性个体这种情况被称为“准灭绝”事件。在种群

图2-4 ALEX模型的流程图

当景观被分割成更小的生境斑块时，有必要确定保护生态系统功能的最小面积。由于没有一种方法可以根据生态系统的特性确定保护区的最小面积，生物学家不得不根据个别物种的生存力分析，来讨论整个系统的生存力。在北美已对很多物种进行了研究，大灰熊、美洲狮等是这种分析的理想对象，因为它们密度低．需要大范围的区域。Brier(1993)研究了美洲狮的种群动态，预测为避免种群灭绝所需的最小面积和迁入率。

模型预测，在面积不小于2200km2时，灭绝的风险很小；当面积小于2200km2时，灭绝的风险增大(没有迁入情况)。如果每10年有1—4头动物迁入小种群，种群续存能力可大大增强。因此。在生境遭受损失的地区，迁移的廊道对小种群很重要：模型应用于加利福尼亚南部的美洲狮种群(约20头)，野外数据支持模型的结论，该种群在统计学上是不稳定的。

如果生境降到目前受保护和连接的区域(1114km2)，灭绝的风险很高。在邻近种群中设立迁移廊道可以大大提高种群续存能力。然而，最后一个迁移的廊道由于人类活动已受到破坏。

1994年通过对猫头鹰生存力模型的分析认为，增加保护区面积能提高猫头鹰的生存力，但当保护区面积达到20—25对猫头鹰的领域面积时，增加保护区面积所起的作用并不大。此时应改善保护区的连接度和廊道。野生动物管理需要评估不同的管理计划对野生动物种群长期存活的影响。1994年用种群生存力分析评估了澳大利亚东南部林区树栖有袋类的生存力：他收集了剩余古树林斑块小有袋类种群的大小和空间分布，以及这些生境斑块的动态信息，把数据输入计算机模拟模型，并设计了不同纳方案来评估不同斑块的价值和林火的影响，以预测不问方案条件下袋类在Ada林区持续生存的概率。结论认为，面积小于20hm2的古树林对种群的持续生存几乎没有任何贡献。另外，火的控制将大大提高剩余生境中物种的生存力。

PvA分析可能认为，一个特定种群是不能存活的，但这并不意味着应放弃保护该种群的努力。)用PvA研究了澳大利亚维多利亚州西部的一种袋狸小种的脆弱性。发现该小种群15年内灭绝的概率是91％．除非采取积极的保护措施：对于一个不可存活的种群，迫切需要采取保护措施，以减缓其灭绝的过程。

PvA技术所确定的心存活种群大小并不是静态的，它随物种、个体所处的环境和地变化，这是因为灭绝的概率部分地与统计随机性和环境随机性而变化，而环境随机性在时间和空间上均有差异。

通过种群生存力分析，可以知道一定面积或一定大小的种群在一定时间内的存活概率，因此，它是自然保护区设计的重要依据，可以确定自然保护区所需的最小面积。其具体步骤为：

①确定目标类群；

②用种群生存力分析求解最小可存活种群；

③评估目标类群的生境需要；

④确定最小面积。

PvA与最小面积之间的重要联系是根据如下因素确定的：

①物种的生境和面积需要；

②适宜生境在空间和时间上的可达性；

②剩余生境(如野生生物廊道)对维持最小面积的有效性。

目前对大多物种的生境了解很少。对可存活种群所需要的面积也知之甚少，但PvA在确定保护区最小面积中有重要指导价值。

PvA也可以与其它方法一起用于设计和评价保护区系统，评估不同土地利用对保护价值的影响。(1985)检查了美国西北部8个公园和公园系统。发现只有一个能支持广布的哺乳类种群，其它7个公园和公园系统的面积都不足以维持MW为50的种群；(1983)报道了美国55％的国家公园对大多数脊椎动物和长寿命植物很

少提供保护，即使是最大的公园(10万hm2以上)，也难以保护繁殖较慢和高度特化的物种长期存活。(1987)比较了当今世界各国的公园面积和哺乳动物存活所需面积，分析表明，在自然条件下，在0—20％的公园中，最大型的食肉动物(10—100 kg)能期望存活100年，但没有一个公园大到能保证最大的食肉动物存活1000年；4％—1仍％的保护区将允许最大的食草动物存活100年，0—22％的保护区将允许其存活1000年。

针对野生动物的分4J和丰富度在空间上的差异，可以利用PvA、GIS和生境模型集成的办法，识别保护区和具有长期保护价值的地区，设计野牛动物廊道。

当然，获取种群和环境的难确参数依赖于对种群进行长期观察并编制生命表。绝大多数濒危物种的PvA研究缺乏有效资料。模型参数的估计需要经验，并要掌握物种的生态学知识，在大多情况下模型缺乏验证，这大大影响了模型的实际应用。

PvA强调物种灭绝的概率，但没有考虑物种的生态功能，或个体在生态系统中的相互依赖性。种群的减少或损失对生念系统中重要生物和生态功能有影响，但目前估计生态上的功能种群是小可能的。PvA通常是单种群的野生生物保护途径，可以用生物指示种、关键种或动态联系的物种的存活力研究生态系统的存活力。 PvA简化丁参数的相互关系，没有考虑影响实际种群的所有综合因素，实际种群动态比计算机模拟的要复杂得多。因此，PvA只能提供野外种群实际动态的一个相对简单估计，反映了种群行为的一般趋势。虽然PvA 还缺乏完善的方法论或广泛接受的标准，然而它已被保护生物学家和野生动物管理者逐渐认同和接受，并以多种形式协助不同物种的保护决策)。

第三章自然保护区网络设计与功能分区

自然保护区生态安全设计就是根据一定的保护目标和要求提出保护区系统的优化配置方案，包括保护区网络、保护区功能区和廊道三个层次，其中自然保护区网络设计是生态安全设计的基础，因为只有明确保护区的具体位量后，才能讨论保护区的最小面积、功能分区及必要的廊道设计，保护区功能分区是生态安全设计的保障，而廊道设计是生态安全设计的补充。

3.1自然保护区网络设计的原则与方法

自然保护区的建设需要大量资金和土地资源的投入，成本(土地、资金等)的无限制增长会影响保护区的持续生存．因此保护区实际能使用的预算是有限的，受自然保护区预算的限制，保护区实际能提供保护的生态系统、物种或生境也是有限的。自然保护区网设计就是在一定的预算(如土地面积、资金等)范围内，最大程度地保护生物多样性，或者在一定的保护目标(如包含所有物种或典型生态系统)下，使保护区数或总面积最少。

3．1．1 自然保护区网络设计的原则与指标

(1)自然保护区网络设计的原则

1)完整性原则

按照景观生态学的等级—尺度理论，自然保护区仅是更大时空尺度中的一个组分，因此自然保护区网络设计应在广泛的时空尺度上包含生态过程和生物多样性各组成成分，应以生物等级系统的各个层次或节点作为保护对象，将节点连接成—个完整的保护网络。根据保护对象的生物学特征，应考虑保护对象的各生长阶段或各季节生活所必需的生境需要。对游迁性的物种，应包括冬夏两季的栖息地，或几种不同类型的栖息环境。对鱼类，要注意保护产卵场、越冬场、幼体索饵场以及洄游通道。对于候鸟，更应考虑繁殖地和越冬地的联合保护；因此，维持生态系统的地域完整性和生态过程的完整性是自然保护区网络设计的基本原则。2)生物多样性原则

自然保护区网络应最大程度地代表所处生物地理区域的生物多样性。通过这一网络，所处生物地理区域内的典型生态系统、野生生物资源以及珍稀濒危物种的集中分布区都将受到保护。为了尽可能维持生态过程和进化，保护区网络应包括一个区域的大部分地方特有种和稀有物种，因为它们是该地区群落的主要组成部分。如有可能，保护区应从自然的或受到干扰很少的地区选择。

(2)自然保护区网络设计的指标

自然保护区网络设计包括两种指标，一种是代表性指标，如多样性指标和稀有性指标；另一种是控制性指标，限制保护区网络的成本，如保护区个数或面积百分比。代表性指标主要包括：

1)多样性指标

多样性是评价自然保护价值的最重要标准，在实际应用中可细分为物种多样性和生境多样性。物种多样性指标分为不加权多样性指标和加权多样性指标。不加权多样性指标直接计算每一单元中的物种种数。由于

一些物种只代表非常特殊的类群，而有些物种则有很多近缘种，因此物种的遗传学意义不同。加权多样性利用现有分类系统中已有的特有性信息来确定物种差异的程度，它实际上是分类多样性指标。

2)稀有性指标

稀有性是指地理分布受限与统计上量值低少的概念，它可以划分为物种稀有性和生境稀有性。稀有性可以分成五种类型：地理区域上广布但每个分布区数量均很少的广泛分布稀有种；具有严格地理区域的地方种；与物种主要分布区发生地理学分离的分隔种群；处于物种地理分布区边缘的边缘种群和曾经丰度很高或者广布但现在已为数小多的濒危种(张更生等，1995)。稀有性也可分为全球性、国家性或生物地理区、区域性或地方性的稀有性。

(1995)提出了南非蛇类的稀有性指标。每种蛇的稀有性指标是按以下公式计算的：

稀有性指标=(分布范围)+(特有性)+《红皮书》物种)+(广布性)，其中右边四项根据表3—1计算分值，把四项分值相加就得到该物种的稀有性指标；每一单元对所有物种的稀有性指标相加，就得到该单元的稀有性指标。

表3-1 南非蛇类稀有性指标量化方法

(3)保护目标的表达

选择保护区的最基本问题是“从特定生物区域选择最少量的保护区，以尽可能代表这一区域的所有物种”。因此，保护目标一般可以表达为：

①以最少的保护区数或保护区总面积包含所有物种；

②以最少的保护数或保护区总面积，包含每一物种一定比例的分布面积。

保护目标应根据实际保护需要确定。

3．1．2 自然保护区网络设计的地理途径(GAP分析)

自然保护区网络设计的地理途径(GAP分析)是通过对研究区域的植被状况、物种分布及其丰富度、野生动物生境等分布信息的分析，寻找生物多样性保护的热点地区(hot spots)，然后对比当地土地利用现状和生物多样性保护现状，最终识别当前生物多样性保护的空白点(gaps)和差距。GAP分析强调至少应该使每一物种和植被类型在已有保护区系统中出现一次，对于没有保护或在已有保护区系统中没有包括的物种和植被类型，需要立即采取行动进行保护。它识别的热点地区或空白点为选择自然保护区网络提供了依据。GAP分析一殷利用地理信息系统(GIS)作为数据获取、存贮、处理和可视化的平台。

美国广泛开展了GAP分析，如对夏威夷森林濒危鸟类的保护现状分析，表明现有保护区几乎没有对濒危物种分布的热点地区提供保护，该研究发现的多数关键地区后来被美国联邦或州政府列入保护计划。对美国爱达荷州进行的GAP分析，预测出一种尖尾鸥(Tympamuchus phasianellus)有可能分布在以前从未记载过的地区，后来的野外调查证实了预测结果，其方法被认为是GAP分析的标准格式而在美国各州推广。

GAP分析可以改进保护区网络的有效性,Ramesh等研究了印度西高止山脉(Western Ghats)Agastyamalai 地区的保护区现状。该研究用GIS作为保护区GAP分析的工具，分析了从1900至1990年之间的森林采伐和土地利用变化，搜集了详细的植物分布图，并以此得出植物物种丰富度、植物特有性和持有动物生境的图层。植物物种丰富度图层分成5级：无，<50种，51—100种,101—150种，150—200种；植物特有性图层分成5级：无林区，无特有植物区，低特有植物区(1％—8％的特有植物)，中特有植物区(9％—16％)，高特有植物区(17％—24％)；特有动物生境图层也分成5级：无特有动物，1—5种特有动物，6—10种特有动物，ll—15种特有动物，16—20种持有动物。对各图层的不同级别赋以不同的分值，并对每一图层的分值叠加产生总的保护价值图层。最后，把保护价值图层与现有保护区分布图比较，识别尚未受到保护的优先保护地区，提出保护区网络的修改方案。

GAP分析从景观尺度上将物种保护和生境保护结合起来，它提出的热点地区是对国家或区域范围内生物多样性保护状况的初步评估。GAP分析一般适用于大范围的区域。如果考虑的区域太小，无法区分各指标的空间差异。

3.1.3自然保护区网络设计的计分方法

计分方法根据一个或一组指标如多样性指标和稀有性指标，计算各单元的得分，把这些单元依得分大小排序，然后根据保护要求取位于前n位的单元，作为保护区网络的备选地点。因此，计分方法(包括以下网络设计方法)首先要把研究区域划分为若干个单元，单元可以是规则的栅格，或不规则的栅格如生境类型、土地利用类型。其次，要提出一个或一组指标，量化各单元保护价值的相对重要性，得分高的单元表明其保护价值也高。一般常用的指标包括物种多样性、分类多样性、稀有性或斑块面积等。计分方法已用于澳大利亚和南非的保护区网络设计。

计分方法给出的一组单元序列，表明各单元保护价值的相对重要性。自然保护区网络设计应尽可能代表一个区域的自然属性，即包括物种和自然环境在地区上的差异性。保护区选择的主要目标是以尽量少的地点保护所有属性(生境或物种)。由于经济和其它因素，能作为保护区各选地点的单元是有限的，因此，有必要研究所选网络设计指标如何影响保护区备选地点集的数量和面积。自然保护区网络设计的有效性指数E可以表示为：

E＝1-(X／T)

式中：X--一次或若干次包含所有属性所需的单元数或面积；

T--总的单元数或面积。

E值位于0和1之间；E越接近于1，所选区域代表所有属性的有效性越高。用这一系数可以很方便地比较不同方法和指标在选择保护区网络时的优劣。

影响计分方法有效件的因素包括指标类型、单元的大小和排列次序。不同的指标其有效性指数变化较大。一般稀有性指标比多样性指标和面积百分比指标好。但总体上，计分方法的有效性相当低。计分方法没有考虑单元的特殊属性，在一些优先单元清单中，某些属性会重复出现，产生较明显的冗余；某些属性会丢失，代表性较低。计分方法中各单元的物种互补性较差，往往需要选取更多的单元才能达到网络设计目标。因此，仅根据计分方法不能确定保护区网络的备选地点。

3．1．4 自然保护区网络设计的迭代法

迭代法，即启发式算法，最早由Kirkpatrick提出，此后澳大利亚、南非、挪威和美国广泛应用于保护区网络设计。它是逐步进行的，每一步往备选地点集添加的单元最大程度地补充备选地点集中单元的属性，即每次添加的单元对整个保护区网络的代表性贡献最大。

迭代法的运算步骤与计分法相似。首先要确定自然保护区网络设计的目标，如以最少的单元数或总面积使所有物种至少出现一次；然后把研究区域分成若干单元，制定筛选单元的算法(一组规则)，如对于湿地类自然保护区网络选择问题，可以设定保护目标为“以最少的湿地数使所有物种至少出现一次”。其迭代算法由下面一组规则组成：

①选择所有物种只出现—次的湿地；

②从未包含的最稀有物种开始(即数据矩阵中频率最低的物种)，在有该物种出现的湿地中，选择未包含物种最多的湿地。

③如果有两个以上的湿地其未包含物种数相同，选择拥有最低频率生物类群的湿地。最低频率生物类群指的是在未选中的湿地中，出现频率最小的生物类群。

④如果两个以上的湿地有相同数量的稀有种，选择第一个遇到的湿地。

当然也可以把保护目标改为：以最少的湿地数使所有物种至少出现两次。这时上述规则①改为：选择所有物种最多出现两次的湿地。

上述规则④是序依赖的，即如果有选择可能的话，往往首先选中单元清单的第一个单元。在选择具有相同资格条件的单元时，可制定更多的规则，使序依赖的风险最小。另外，由上述规则求得的保护区备选地点集可能分布较分散，不符合保护区设计的原则，不利于实际操作。可增加一条“邻近”算法规则，使作出的选择限制在邻近单元，这样保护区备选地点集的空间分布是聚集的，而不是相互独立的。因此，可以提出更完善的迭代算法：

①这一步是可选的，根据用户要求，在选择开始前就包括某些单元，如已建的保护区，或已有珍稀濒危物种分布的单元；

②选择包含唯一物种的单元；

③确定次一级最稀有的物种，选择那些单元，它们使增加的其它物种数达到或超过既定的代表性要求；

④如有选择可能，选择离已选中单元最近的单元；

⑤如果仍有选择可能，选择那些对物种代表性贡献最大的单元；

⑥如果仍有选择余地，选择那些单元，它们使代表程度低或没有包含的稀有物种的代表性达到规定的要求；

⑦如仍有选择可能，选择那些单元，它们对代表程度低或没有包含的稀有物种的代表性贡献最大；

⑧如仍有选择余地，选择那些单元，或者a)以最低的面积百分比获得规定的物种代表性；或者b)如果没有哪个单元能达到规定的代表性，使物种所占的面积最大；

⑨如仍有选择可能．选择面积最小的单元(如以栅格为单元，则本步不适用)；

⑩如仍有选择余地，选择清单中的第一个。

上述算法在实际应用时存在三个困难。首先，如果涉及的单元数较少，计算量较小，但如果单元数较多，计算量就很大。其次，这些算法只给出一个保护区网络方案，而没有给出不同保护目标的替代方案。在论证一个保护区网络可行性项目时，将很难对一个保护区的去留作出判断，也排除了选择替代地点的可能性。最后，这些算法往往根据单元位置确定保护区的边界，给实际操作带来困难c因此，编制一些方使的计算机程序，有利于这些方法的推广和应用。

CODA(Conservation Options and Decision Analysis)是一个基于计算机程序的交互式的迭代法，它允许用户修改由迭代法选出的分散的保护区、来满足保护区设计和土地利用的要求。首先，要确定网络设计的指标。保护区网络设计所要考虑的自然属性包括物种、群落和土地类型等。其次，确定每一个属性的保护日标，可以把目标表示为能对自然属性提供有效保护的代表性程度。利用种群生存力分析可以确定物种和栖息地的代表性目标。CODA有九个步骤．分成三个阶段：数据预处理，用迭代法初选保护区网络，修改保护区网络。

(1)预处理

1)剔除不适合的保护属性

这里指的是对设立新保护区没有影响的保护属性，包括只在某地区边缘有分布而在邻近地区已受到很好保护的属性，在受到高度干扰的地区只以残迹存在且有其它更好方法保护的属性。

2)计算单元的保护属性和成本

保护属性包括物种、群落和土地类型的分布及数量。成本以货币表示，用于确定建立保护区的成本。最简单的成本是单元的面积，其它的有土地价格、木材蓄积量等。

3)确定单元的土地适宜性级别，剔除不适合的单元

由于农业高强度开发、居民区建设或其它土地利用，有些单元不适合作为保护区c这一阶段可以剔除这些单元，使它们不影响新保护区的设立。对于包含特别重要属性的单元，如稀有物种的残余种群或一个植物群落的残存斑块，更好的做法是把它们设立为一个小保护区，或提出土地利用限制；

4)定义每个属性的代表性目标

代表性目标表示保护区网络中每个属性应有的数量和分布程度。目标的制定相当灵活，不同的属性可以制定不同的目标。例如，目标可以是一个地区残余分布的稀有植物群落的出现次数。对于广泛分布的植物群落，目标可以是整个分布面积的百分数。

在已建有保护区的情况下，应从初始代表性目标中减去已经受到保护的属性的值。类似地，当单元从保护区网络中加入或剔除时应更新代表性目标。在该方法的任何阶段，具有正目标值的属性在保护区中的代表程度较低，而具有零或负目标值的属性在保护区中的代表程度较高；

5)确定关键单元

关键单元指的是：(a)全部或部分位于已建保护区中；(b)包含具有重要意义的属性，它必须包含在保护区网络中；(c)由于其它原因，必须要包含在保护区网络中。关键单元是扩展保护区网络的核心。

(2)初选新保护区

6)应用保护区选择算法

在这一步骤，使用迭代算法，形成一个保护区网络的备选地点集。这时形成的备选地点集在整个区域内往往分布较散。CODA制图模块用来显示备选地点相对于关键单元的位置。

(3)修改保护区网络

7)替代不适宜的单元

建筑材料生态设计需要注意哪些问题

建筑材料生态设计需要注意哪些问题 介绍了建筑材料生态设计的目的及特征、生态设计的定义及生态建材的优点，探讨了建筑材料生态设计需要的注意问题。 1 绿色生态建筑设计中对建筑材料的相关要求 在选择适合生态化建筑建设的相关材料之前，首先的一点就是要对生态化和科学化设计规划有一个基本的认知和了解，只有在此基础之上，我们的建筑材料选择才能够切实有效，真正符合相关的规定。那么，在当前的生态化、绿色化建筑过程中对建筑材料具有哪些要求呢？经过相关的调查和分析，笔者总结发现一般存在以下的一些要求： 1.1建筑的材料最好是绿色建筑材料，也就是通常我们所说的生态建筑材料，这种建筑材料一般都是和生态环境较为协调和吻合的建筑材料，其在自身的性能上一级环境性能上都是较为生态和绿色化的。 1.2更清洁、更节能、规模化、大型化的新型材料。随着生态化建设的要求以及绿色化建设的需要，在建筑建设的过程中一般要求具有高性能，而且具有节能性的建筑材料。在这些建筑材料的使用上业更加 的趋向于低能耗、高性能的绿色水泥制品和环保水泥品种。 1.3绿色化健康化的建筑材料。随着人们对建筑生态化绿色化的要求，那么在建筑材料的选择上业相应的要求是具有健康元素的、对人体

没有较大危害的建筑材料，因此在建筑的过程中建筑的无害性以及环保上有具体的要求。 2 建筑材料生态设计的目的及特征 建筑生态材料（Environment Conscious Materials）一般指对资源和能源消耗最少、对生态环境影响最小、循环再利用最高或可降解使用的新材料；换言之，是考虑到资源和环境问题的新材料的总称，已被认为是21世纪新材料发展的必然方向。在决定材料发展的五个判据（资源、能源、环保、经济和性能）中，经济和性能一直受到高度重视，而材料发展中的资源、能源，尤其是环保问题重视不足，我国是一个世界上人口最多的发展中国家，在制定材料发展战略时，在追求材料的高性能、低成本的同时，务必要给予相关的能源、资源和环境保护问题更高的重视。建筑工程材料，也是影响生态环境的主要因素。 3 生态设计的定义及生态建材的优点 所谓生态设计，其所采用的材料应该是很少产生并能有效控制污染，形式和内涵必须充分体现出自然生态与社会生态；在具体功能上，必须节约能源、降低建筑造价和使用费用，强调实用性和对人体及环境有益而无害等对生态环境材料的定义，虽有不同的看法，但要取得共识，例如，生态环境材料是具有满意的使用性能和优良的环境协调性的材料。所谓优良的环境协调性是指在原料的采取制各、产品的生产制造、

景观生态设计理念的运用

随着城市化和工业化进程的飞速发展，人类在创造了越来越多的物质文明的同时，也带来了一系列迫切需要解决的生态环境问题，例如环境污染。能源紧缺。资源浪费等。人与自然和谐共处，有效地利用一切资源，建立自然和人类永生共存。循环良好的生态环境，走可持续发展之路，将是未来环境建设的主题。 生态设计是一种以现代生态学为基础和依据，生态理念贯穿设计全部过程，与生态过程相协调，设计本身不会对环境造成影响和破坏的设计思维方式。其特点是将景观作为一个整体考虑，协调人与环境。社会经济发展与资源环境。生物与非生物环境。生物与生物以及生态系统之间的关系，使景观空间格局和生态特性及其内部的社会文化活动，在时间和空间上协调，达到景观的优化利用[1]。 景观设计是一门涉及面广。综合性强的应用学科。与传统的景观设计相比，景观生态设计重视对自然环境的保护。运用景观生态学原理建立生态功能良好的景观格局，可促进资源的高效利用与循环再生，减少废物的排放，从而增强景观的生态服务功能[2]。 今天人类活动对自然景观的影响日益加剧，人类的足迹无处不在，自然中原有的生态平衡关系日渐受到破坏，直接对人类生存与发展造成了严重威胁。将生态理念引入景观设计，为其提供一种新的设计模式，具有相当大的必要性和紧迫性。 1生态理念的培养 贯穿生态理念的景观设计是设计师对社会负责对人类负责的设计表现，从生态学出发，结合传统的审美观念，人类完全可以通过自身的努力探索，不断美化和改善自然环境，促进社会持续稳定向前发展，为自身造福对于现阶段我国的实际情况，生态理念的培养应该做好以下几方面的工作： 1.1重视高校景观教育，加强景观设计专业人才的培养 高校景观教育不仅要加强美术学科的基础性教育，还要注重培养学生多学科综合能力，从地球生态的角度来看待所学专业，在此基础上应进一步加强与相关学科的联系。行为心理学。人体工程学。生态学应当作为景观设计专业学科必修的基础课程，比如我们设计了一个公园，公园内垃圾桶的放置，如果不从人的行为心理学和人体工程学角度考虑而随意放置，游人很可能会随处乱扔垃圾，那么这个设计就谈不上环保，更谈不上生态，也就是说设计本身没有考虑生态因素，那它的合理性也是空中楼阁，经不起时间的考验。因此各类高等院校景观设计专业制定符合当前实际的教学大纲，加强景观设计专业人才的培养，提升景观设计人员的整体素质，带动景观设计学科走可持续的。生态的设计道路，已迫在眉睫。 同时，培养优秀学生离不开优秀师资队伍，目前高校景观专业师资水平普遍提高，教师队伍不断在扩大，尤其一些归国留学人员学习国外先进经验并结合国情建立了相应的景观设计知识结构体系，一部分人员在倡导生态设计方面做了不少工作，但是生态理念不是一句话或一篇文章就可以解决的，它有待于我们乃至全社会，全人类的共同努力，其中景观设计师应当起主导作用，将生态理念真正付诸于实践，真正体现在我们的设计当中。 1.2提高全民素质，共同促进景观设计学科持续健康发展

设计的生态方法(1)

设计的生态方法(1) 简介：这里介绍的是某些生态设计的衡量标准。然而，要提醒设计者的是，生态设计不只是满足这些标准，而是要尽量全面的确保一个设计：对生态系统和生物圈内的不可再生能源产生最小的系统影响（或者产生最大的有益影响）。 关键字：设计生态绿色方法 一、简介这里介绍的是某些生态设计的衡量标准。然而，要提醒设计者的是，生态设计不只是满足这些标准，而是要尽量全面的确保一个设计：对生态系统和生物圈内的不可再生能源产生最小的系统影响（或者产生最大的有益影响）。 生态设计牵扯到对设计的整体考虑，对被设计系统中能量和材料的慎重使用。通过设计、努力减少这种使用对自然环境的影响（以及它与自然环境的结合）。牵扯到被设计系统中从原料到废弃物的周期。 我们可以在一套包括建设环境和生态环境之间相互作用的框架里，构筑这些需要考虑的要素。这些相互作用类似一个开放系统的概念。基于以上要素，这些相互作用可被归纳为几种基本类型： 被设计系统的外部相互依赖性（系统的外部或者环境关系）； 被设计系统的内部相互依赖性（系统的内部关系）； 能量和物质的内外交换（对系统输入）；

在一个设计的生态研究途径中，我们必须同时考虑所有这几方面因素以及它们的相互关系。 二、关键的衡量标准1．评估对建筑的需求：把使用者置于硬件之前考虑；评估提供内部环境系统保障的水平。在对设计进行投资之前，从生态敏感的角度，评估设计要点、项目依据和使用者要求。 2.评估建筑用地：地段规划（例如建筑位置、凹凸轮廓、道路和铺装区域等）应该基于生态的土地使用方式。建筑要布置在地段内，对所处地方的生态系统产生最少的破坏和影响的部分。结合有当地特色的动植物种群，提高地段的生态价值。 评估风对当地的影响：减少风对步行者和周围建筑影响。 检验对其他建筑的阴影遮挡；确定建筑在地段中的位置，要避免存在的对附近建筑和地段的遮挡。建筑的体形可以基于地段的日照包络线，从而避免对附近的地段潜在的阴影遮挡。这一点影响到比邻地段潜在的太阳能应用以及温带气候地段的越冬情况。 检验室外噪音：通过设计，保证暴露的最近的居住建筑室外的噪音强度，低于一天中早晨7时至夜间11时中任何时段的背景噪声水平不少于5分贝，并且不超过至夜间11时至次日早晨7时中任何时段的背景噪声水平。 3.评估建筑的属性：加入材料的完整再生周期和再生可

景观的生态化设计原理与案例

2006年4月6日出版:《建设科技》(绿色建筑特刊)2006(7):28-31 作者:俞孔坚 关键字:生态设计；景观设计；城市设计；生态城市；可持续景观 对应与绿色建筑，“绿色景观”是指任何与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏达到最小的景观。景观的生态设计反映了人类的一个新的梦想，一种新的美学观和价值观：人与自然的真正的合作与友爱的关系。在理论和实践上包括：地方性，保护与节约自然资本，让自然做功，和显露自然等几条基本原理，具体措施包括雨洪利用、乡土植物和材料的应用、自然风、水和光的利用，避免使用化学和农药，材料的可循环性等等。景观的生态化设计不是一种奢侈，而是必须；生态化设计是一个过程，而不是产品；生态化设计更是一种伦理；生态设计应该是经济的，也必须是美的。最后，报告例举作者的三个实践案例，包括浙江台州永宁江的生态治理，中山歧江公园的废弃工业遗址的改造和再利用，和沈阳建筑大学的稻田景观，它们分别展示了景观设计中如何利用雨洪、利用乡土物种和当地材料，包括农作物物，来营造美的、实用而富余环境伦理的“绿色景观”。 从上个世纪60-70年代开始，Rachel Carson的“寂静的春天”把人们从工业时代的富足梦想中唤醒；Lynn White揭示了环境危机的根源来自西方文化的根基，即“创世纪”本身，而Garrett Hardin 的“公有资源的悲剧”则揭示了资源枯竭来源于人类的本性和资本主义经济的本质；Donella Meadows则计算出地球资源的极限，警示了人类生存的危机。所有这些都把设计师们从对美与形式及优越文化的陶醉中引向对自然的关注，引向对其他文化中关于人与自然关系的关注。设计师开始懂得用植物而非人工大坝更能有效地防治水土流失，微生物而非化学品能更持久地维持水体干净；太阳能比核裂变更安全；泥质护岸比水泥护岸更经济而持久；自然风比人工空调更健康。这是对自然和文化的一种全新的认识。在此背景下，产生了In McHarg的“设计尊重自然”(Design with Nature，1969)，也产生了更为广泛意义上的生态设计，包括建筑的生态设计，景观与城市的生态设计，工业及工艺大生态设计，等等。本文将着重讨论景观与城市的生态设计。 景观与城市的生态设计反映了人类的一个新的梦想，它伴随着工业化的进程和后工业时代的到来而日益清晰，从社会主义运动先驱欧文的新和谐工业村，到霍华德的田园城市和70-80年代兴起的生态城市 (e co-city，eco-community)，以及可持续城市 (sustainable cities，sustainable communities)(Walter，Arkin，et al，1992；Aberley，1994；Register，1994；Roseland，1997；王如松，1988；黄肇义，杨东援，2001；宋永昌等，1999；黄光宇，陈勇，1997；沈清基，2000；李团胜石铁矛，1998；王军待等，1 999；欧阳志云王如松，1995；宗跃光，1999)。这个梦想就是自然与文化、设计的环境与生命的环境，美的形式与生态功能的真正全面地融合，它要让公园不再是孤立的城市中的特定用地，而是让其消融，进入千家万户；它要让自然参与设计；让自然过程伴依人人的日常生活；让人们重新感知、体验和关怀自然过程和自然的设计。 1、关于生态设计 “设计”是有意识地塑造物质、能量和过程，来满足预想的需要或欲望，设计是通过物质能流及土地使用来联系自然与文化的纽带。参照Sim Van der Ryn 和Stuart Cown(1996 ，p18)的定义:任何与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计，这种协调意味着设计尊重物种多样性，最少对资源的剥夺，保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量，以有助于改善人

湿地的概念与设计原则

湿地的概念和设计原则 今年2月2日是第13个世界湿地日，其主题为“从上游到下游，湿地连着你和我”。 湿地与森林、海洋并称全球三大生态系统，具有巨大的生态功能，对维护地球的生态平衡具有十分重要的作用。由于兼具陆地生态系统和水生生态系统的特点，湿地是地球上生产力最高的特殊生态类型，具有保持水源、净化水质、蓄洪防旱、调节气候、美化环境和维护生物多样性等重要生态功能。湿地也因此被誉为“地球之肾”、“天然水库”和“天然物种库”。 然而随着人类社会经济的发展，全球湿地不断遭到过度开发和破坏。为加强对湿地的保护和利用，19 7 1年2月2 日，来自18个国家的代表在伊朗南部海滨小城拉姆萨尔签署了《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》〉。这一公约于1 9 7 5年12月正式生效。为了纪念这一创举，并提高公众的湿地保护意识，1 9 9 6年《湿地公约》常务委员会第19次会议决定，从1 9 9 7年起，将每年的2月2日定为世界湿地日。 中国湿地资源丰富，单位面积大于10 0公顷的湿地总面积为3 8 4 8万公顷，居世界第四、亚洲第一。中国自19 9 2年加入《湿地公约》后，采取了一系列重要措施保护湿地，目前已有超过4 0 7。的自然湿地得到有效保护。2008年我国新增国际重要湿地6块，总数达到3 6块；新建国家 湿地公园2 0 个，总数达到38个；全国湿地类型自然保护区达到550多处。 住房和城乡建设部十分重视城市湿地公园的建设和管理，到目前为止已批准建立5批共30个国家城市湿地公园。 世界自然资源保护联盟、联合国环境规划署和世界自然基金会编制的世界自然保护大纲 中，湿地与森林、海洋一起并列为全球三大生态系统。湿地学是一门自身科学体系尚待完善 的年轻学科。由于湿地环境的过渡性、生物群落的相兼性、所处自然条件的复杂性，使湿地 边界的划分非常困难。近一个世纪以来，世界各国给湿地所下的定义就有50多种。 湿地的定义 根据性质差异可分为狭义和广义的湿地定义两种。 1.狭义的湿地定义 1956年美国渔业和野生动物保护组织的定义为：被浅水、暂时或间歇水体所覆盖的低地， 包括以出露植被为明显特征的浅湖和池塘；不包括永久性河流、水库和深湖泊的水面，以及 那些对湿地植被生长没有什么效果的暂时性水面。 20世纪70年代末该组织对湿地定义作出修正：陆地生态系统和水域生态系统之间的转 换区，其地下水位通常达到或接近地表或处于浅水淹覆状态。 湿地的三个基本特征：湿地水文、湿地植物和湿地土壤。 狭义的湿地定义强调湿地生物、土壤和水文的彼此作用，以及三大因子的同时存在。符 合湿地处于水陆过渡带的特殊地位，反映了湿地生境多样性的典型特征。 可能出现的问题：由于湿地与开阔水体是紧密联系的，人为地彼此隔离开来，会在保护 管理上出现难题。 2．广义的湿地定义 1971年《关于特别是水禽栖息地的国际重要湿地公约》定义为：不问其为天然或人工、 长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体，包括低 潮时水深不超过6m的水域。 广义的湿地定义告诉我们什么可以划入湿地，并未指出湿地共同的本质特征。陆地生态 系统和水域生态系统之间的转换区，其地下水位通常达到或接近地表或处于浅水淹覆状态。 有学者认为广义的湿地定义在管理上有明显的优点：陆地是湿地镶嵌的背景基质，沼泽、

景观中的生态设计理念初探

景观中的生态设计理念初探 一、生态设计原理以西蒙·范·迪·瑞恩和斯图亚特·考恩提出的生态设计原理为框架，结合约翰·莱尔(John Lyle)等提出的人类生态系统设计和再生设计原理，罗伯特·萨尔(Robert Thayer)等提出的可持续景观，并进一步结合目前国际景观设计的动态，系统阐述景观生态设计的几条基本原理。 1.1地方性 1.1.1尊重传统文化和乡土知识 这是当地人的经验，当地人依赖于其生活的环境获得日常生活的一切需要，包括水、食物、庇护、能源、药物以及精神寄托。其生活空间中的一草一木，一水一石都是有含意的，是被赋予神灵的。他们关于环境的知识和理解是场所经验的有机衍生和积淀。所以，一个适宜于场所的生态设计，必须首先应考虑当地人的或是传统文化给予设计的启示。 1.1.2适应场所自然过程 生态设计告诉我们，新的设计形式仍然应以场所的自然过程为依据，依据场所中的阳光、地形、水、风、土壤、植被及能量等。设计的过程就是将这些带有场所特征的自然因素结合在设计之中，从而维护场所的健康。 1.1.3当地材料 植物和建材的使用，是设计生态化的一个重要方面。乡土物种不但最适宜于在当地生长，管理和维护成本最低，还因为物种的消失已成为当代最主要的环境问题。所以保护和利用地方性物种也是时代对景观设计师的伦理要求。 1.2保护与节约自然资本 地球上的自然资源分为可再生资源和不可再生资源。要实现人类生存环境的可持续，必须对不可再生资源加以保护和节约使用。即使是可再生资源，其再生能力也是有限的，对它们的使用也需要采用保本取息的方式。因此，对于自然生态系统的物流和能流，生态设计强调的解决之道有四条：保护(Renewable)利用可再生资源、可回收材料，保护不可再生资源，不在万不得已，不予以使用。减量(Reduce)尽可能减少包括能源、土地、水、生物资源的使用，提高使用效率。再利用(Reuse)废弃的土地、原有材料，包括植被、土壤、砖石等服务于新的功能，可以大大节约资源和能源的耗费。如，在城市更新过程中，关闭和废弃的工厂可以在生态恢复后成为市民的休闲地。再生(Recycle) 在自然系统中是物质和能量流动是一个由“源－消费中心－汇”构成的、头尾相接的闭合环循环流，因此，大自然没有废物。 1.3让自然做功 1.3.1自然界没有废物 每一个健康生态系统，都有一个完善的食物链和营养级，秋天的枯枝落叶是春天新生命生长的营养。公园中清除枯枝落叶实际上是切断了自然界的一个闭合循环系统。在城市绿地的维护管理中，变废物为营养，如返还枝叶、返还地表水补充地下水等就是最直接的生态设计应用。 1.3.2自然的自组织和能动性 自然是具有自组织或自我设计能力的，进化论的倡导者赫胥黎就曾描述过，

自然保护区建设标准

自然保护区工程项目建设标准 (试行) 2002 北京

编制说明 本标准是根据国家林业局林计财建字[2000]008号文《国家林业局发展计划与资金管理司关于下达2000年林业工程建设标准、定额工作计划的通知》要求，依据国家有关自然保护区和基本建设的有关法规、规范和技术标准编制，并经多次征求有关方面的专家意见、反复修改后而形成的。 自然资源和自然环境是人类赖以生存和促进社会发展的重要物质条件，自然保护区是保护、研究自然资源的重要场所，是人类认识自然、拯救和保存某些濒于灭绝的生物物种、合理利用自然资源的科学基地。自1956年我国建立第一个自然保护区以来，经过各级政府和林业部门的共同努力，基本形成了布局合理、类型齐全、覆盖全国的自然保护区网络，在涵养水源、保持水土、调节气候、防风固沙、改善环境等方面发挥了重要的作用，已经成为了国家生态环境建设的极为重要的组成部分，极大地树立了我国重视生态保护的良好的国际形象。随着我国经济的发展，我国政府对生态环境建设的投资力度也日益加大，作为六大林业重点工程之一的“全国野生动植物保护及自然保护区建设工程”的主要建设内容，自然保护区的投资力度也不断加大。由于自然保护区类型不同、规模不一、基础设施和管理条件变化大、建设内容复杂，为了因地制宜地确定自然保护区建设规模，充分发挥自然保护区工程项目的功能，使自然保护区工程建设投资合理而有效，在总结以往自然保护区工程项目建设经验的基础上，编制了《自然保护区工程项目建设标准》。 本标准共分为6章27条。第一章总则，主要说明了自然保护区建设的指导思想、原则和建设自然保护区的条件；第二章自然保护区类型与规模，主要提出了保护区类型与规模的划分标准；第三章工程项目构成，主要给出了自然保护区建设的工程项目；第四章主要建设项目与工程量，分别类型和规模提出了自然保护区各工程项目的建设内容和规模；第五章人员配置；第六章主要技术经济指标，分别类型和规模给出了自然保护区工程项目的主要技术经济指标。 《自然保护区工程项目建设标准条文说明》是对《自然保护区工程项目建设标准》编制的依据以及执行中要注意的事项的说明。 本标准由国家林业局计划与资金管理司提出。中国林业工程建设协会组织制订工作。 编写组 二〇〇二年九月

浅谈生态性景观设计方法

浅谈生态性景观设计方法 随着科学技术的飞跃发展，人类的生产、生活对自然资源、环境利用与改造的强度越来越大，不可避免地带来对水体、大气、土壤、生物等环境的影响和破坏，导致环境污染事故和生态灾害等频频发生，自然、人为灾害愈演愈烈，生物多样性及生态系统的健康状态持续下降，给环境及生态安全带来了严重的威胁。同时，生态环境的恶化也威胁到了人类的生存和发展，人类不得不反思自身的发展模式，探索科学的发展观。 城市的可持续发展是我们追求的目标，它的实现必须符合事物发展的客观规律。根据城市的生态承载力、人均生态足迹和人均生态赤字，采取相应的生态策略削减生态赤字，达到生态平衡。通过城市生态资源的综合评价，构建区域生态安全格局，确定合理的城市发展方向。构建城市自然生态安全网络，确保城市基本的生态安全。并为城市规划和城市设计提供科学的设计依据。 生态设计一词来源于如何对自然的物质与功能进行合理的利用、循环并用于社会经济的发展，从而满足人们的生产与生活、社区与区域可持续发展的各种需要。生态设计的概念产生之前，一般的表述为环境保护、环境修复、环境净化等。 生态设计是一种与自然相作用和相协调的方式，其涉及的范围非常广：建筑师对房屋设计及材料选择的考虑；水利工程师对洪水的重新认识与控制利用途径；工业产品设计者对有害物的节制使用；工业流程设计者对节能和减少废弃物的考虑以及农业生产者对于种植养殖对象的合理空间、时间结构的设计利用等，都属于生态设计的范畴。由于生态设计的多样性及方法同环境紧密结合联系在一起，国际上生态设计和国内关于生态设计及生态规划的相关原理，都结合了环境学、生态学及工程学的一些原理，并在此基础上进行发展演化。目前就有关的生态设计实践中及设计系统所应用的实例，阐述生态设计的几条基本原理。 一、尊重自然、整体优先的设计原则 建立正确的人与自然的关系，尊重自然、保护自然，尽量小地对原始自然环

生态环境材料

生态环境材料 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

高分子材料论文 题目生态环境材料 学院理学院 年级 2013级 专业材料化学 姓名魏佳 学号 生态环境材料 魏佳 （甘肃农业大学理学院材料化学专业，甘肃兰州，730070） 摘要：90年代初,在可持续性发展理论和应用的推动下,国际材料界出现了一个新的领域——环境材料,在这种材料的研究和开发的过程中,既要追求良好的使用性能,又要深刻认识到自然资源的有限性和尽可能降低废弃物排放量,并在材料的提取、制备、使用直到废弃与再生的整个过程中都尽可能地减少对环境的影响。它在生产的过程中对资源和能源的消耗量比较少,废弃后能够回收再生利用的可能性比较大,其从生产使用到回收的全过程对周围的生态环境的影响也最小。因而它可以称为“绿色材料”或者“生态材料”。 关键词：环境；生态；发展；材料

生态环境材料的研究内容比较广泛,归纳起来可以概括为材料的环境协 调性评价,生态环境材料的设计,材料在制备加工中的环境协调技术包括零排 放和零废弃加工技术,以及材料在使用过程中的环境协调性技术如制备环境 协调性制品等等。具体从材料的性能上来说主要包括以下几个方面:再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、在家用电器中能够加以 回收利用的电路基板,在生产和使用过程中污染较少并且能够回收再生的纸 张等。能够经自然界微生物分解或者能够自动降解的材料如新型的包装袋, 由天然材料加工成的高分子材料等。为净化环境和防止污染而设计的材料如 新型的不释放有害气体的墙体材料,高吸油性树脂等。替代传统有污染的材 料的新型材料如冰箱内的全无氟制冷剂等。与洁净能源相关并且能够利用它 们的材料,如燃料电池中的储氢材料。环境材料有区别于传统材料的特点。 环境材料的主要特点就是在保证了它们具有良好的使用功能的前提下,在其 生产、使用和回收处理过程中对资源的利用率很高并且在上面的三个过程中 对生态环境无副作用。而传统材料在上面三个方面的效果往往是比较差的。一、定义 生态环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高。生态环境材料的研究进展将有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题，促进社会经济的可持续发展。 这类材料对资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高或可降解化和可循环利用，而且要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。因此，所谓生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是由材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料所获得的。我们之所以强调它并非仅特指新开发的新型材料，并不是它的新材料体系，是因为实际上任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，它就应视为生态环境材料。 这种定义、概念有助于调动更广大的材料工作者的积极性，鼓励和支持他们

生态与设计文献综述

生态与设计文献综述 一、生态设计的起源、概念和基本原理 生态设计一词来源于如何对自然与功能进行合理的利用、循环并用于社会经济的发展，从而满足人们的生产与生活、社区与区域可持续发展的各种需要。 1999年2月在日本东京召开了生态设计国际会议“Eco-design99”，并通过了相关的宣言。生态设计涉及广泛，所有的东西都应该成为生态设计的对象。生态设计的概念最早是由荷兰公共机关和联合国环境计划署（UNEP）最先提出的，类似的术语还包括环境设计（Design for environment,DFE）,生命周期设计（Life cycle design，LCD）等。 生态设计是一种与自然相作用和相协调的方式，其涉及的范围非常广：建筑师对房屋设计及材料选择的考虑；水利工程师对洪水的重新认识与控制利用途径；工业产品设计者对有害物的节制使用；工业流程设计者对节能和减少废弃物的考虑以及农业生产者对于种植养殖对象的合理空间、时间结构的设计利用等，都属于生态设计的范畴。 生态设计的基本原理： 尊重自然、整体优先的设计原则 同环境协调，充分利用自然资源的生态设计原理。减量使用（Reduce）、重复使用（Reuse）、资源循环使用（Recycle）、回收（Recovery） 发挥自然的生态调节功能与机制设计原理 生态设计的参与性与经济性原则 乡土化、方便性、人文性原则 二、生态建筑与仿生建筑 戴志中认为，从生态学的角度看，生态建筑的基本内涵可以概括为:运用生态学的生态平衡、循环、有机统一等原理、方法来指导建筑设计；以人、建筑、自然和社会协调发展为目标，有节制地利用和改造自然，寻求适合人类生存和发展的建筑生态环境；将建筑作为一个有机的、具有结构和功能的整体系统来看待，追求建筑节能、环保、有机维持、设计高效率等具体技术指征，使其与环境成为一个有机结合体。 生态思想在古代就已经有了自觉的运用，到了近代，随着西方社会生产力的快速进步，生态理论在当代建筑设计中也不断演化。 1963年，V·Olgyay完成了《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》，概括了20世纪60年代以前的建筑设计与气候、地域关系研究的各种成果，提出了“生物气候地方主义”的设计理念，认为应该将满足人体的生物舒适感觉作为设计出发点，注重研究气候、地域和人体生物感觉之间的关系，认为建筑设计应遵循气候——生物——技术——建筑的过程。 20世纪60年代初，Paolo Soleri创建了“城市建筑生态学理论”，把生态学和建筑学合为一体，即城市建筑生态学。他力图用新的城市模式取代现有模式：设计一种高度综合、集中式的三维尺度的城市，以提高能源、资源利用效率，减少能耗，消除因城市无限水平扩张而产生的各种城市问题的负面影响。 1969年，美国景观建筑师麦克哈格所著《设计结合自然》的出版，标志着生态建筑学的正式诞生。麦克哈格认为：所谓生态建筑学，是建立在研究自然界生物与其环境共生关系的生态学理论基础上的建筑规划设计理论与方法；或者说是探索地球上生命活动功能均衡发展的生态学延伸于建筑学领域的一个分支，反映了现代建筑思潮的价值取向。生态建筑学在追求自然生态学系统的稳定与平衡的一般原理的同时，认为自然环境不仅要满足人乃至整个生物界的生理本能需要，而且更具有心理的审美愉悦的功能作用，构成人类精神需求的风景

设计尊重自然

设计尊重自然——景观生态规划设计探讨 【导读】本文从景观生态的概念出发，论述了景观生态规划设计的原则，并以城市的景观生态规划设计为例，提出了一些具体的景观生态规划设计的方法。[摘要]本文从景观生态的概念出发，论述了景观生态规划设计的原则，并以城市的景观生态规划设计为例，提出了一些具体的景观生态规划设计的方法。 [关键词]景观生态；景观生态规划设计；城市景观生态规划设计 景观是一个广泛的概念，包括视觉、美学意义，也包括生态意义，文化意义等。景观是人类的世界观、价值观、伦理道德的反映，而景观规划设计是人们实现梦想的途径。 然而，当代一系列的环境恶化、水土流失、自然资源枯竭等问题带来了不仅是人类生存的危机，还有整个地球的危机。人们越来越关注自然，设计师们在对美与形式及优越文化的陶醉中开始更加关注人与自然的关系。他们开始懂得用植物而非人工大坝更能有效地防止水土流失，微生物而非化学品能更持久地维持水体干净；太阳能比核裂变更安全；泥质护岸比水泥护岸更经济持久；自然风比人工空调更有利于健康。"设计尊重自然"这一概念引起了设计师们的共鸣。景观的概念之中融入了生态的思想，景观规划设计也逐步与生态设计结合起来，从而导致了景观生态学这门学科的兴起，也引起了景观生态规划设计、城市生态规划、生态旅游规划等多方面的研究与实践。 1 景观生态思想 "景观生态"一词最早是由Troll于1939年提出的，科学家们利用航片能有效地在景观尺度上进行生物群落与自然地理背景相互关系的分析。但直到80年代之后，景观生态学才真正在把土地镶嵌体作为对象的研究中逐步总结出自己独特的一般性规律，使景观生态学成为一门有别于系统生态学和地理学的科学。它以研究水平过程与景观结构(格局)的关系和变化为特色。 始于30年代而兴于80年代的景观生态学则为解决水平过程与景观格局的关系提供了强有力的理论指导，从而使景观的生态规划进入了一个新时代，即景观生态规划时代。景观生态强调水平过程与景观格局之间的相互关系，它把"斑块－廊道－基质"作为分析任何一种景观的模式。而无论景观的格局或是过程，都随时间的推移而变化，所以，景观生态学是研究景观格局和景观过程及其变化的科学。 2 景观生态规划设计 任何与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计，这种协调意味着设计尊重物种多样性，减少对资源的剥夺，保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量，有助于改善人居环境及生态系统的健康。 如果我们把景观设计理解为是一个对任何有关于人类使用户外空间及土地问题的分析、提出解决问题的方法以及监理这一解决方法的实施过程，而景观设计师的职责就是帮助人类使人、建筑物、社区、城市以及人类的生活同地球和谐相处。那么，景观设计从本质上说就

城市公园水体的生态设计手法

摘要：随着城市化进程的发展，国内很多城市面临着生态危机，由于缺乏有效的实施方式，很多生态设计理论难以起到很好的效果。通过对北京市14个公园中水体生态设计手法的调研，进一步探讨了生态设计在城市公园水体中的实践方式，总结出了一套具有可操作性的水体生态设计理论。 关键词：公园；水体；生态设计 随着中国城市化进程的发展，国内很多城市面临着生态危机，城市逐渐出现水资源不足、洪涝灾害频发与水环境恶化共存的现象。为了应对城市发展中出现的此类危机，国内学者纷纷提出各种生态设计理念。目前关于水体生态设计的理论还不完整，一方面局限于宏观而缺乏实践性，另一方面关注于细部而缺乏整体性。在实践方面，为了迎接在京举办的奥运会，响应党的十八大生态文明的号召，北京先后在一些公园中进行了水体的生态设计探索，成效明显但缺乏后期的理论总结。 1北京地区14个城市公园水体现状调查 为了总结出一套完整的可操作性强的水体生态设计框架，笔者查阅相关资料，并对北京地区14个城市公园中的水体现状进行了调查，其中有11个综合公园以及3个以水体生态设计为主题的公园，调查内容包括雨水和中水利用情况、水体状况、水生动植物使用情况、绿地设置方式及灌溉方式。调查结果如表1、表2所示。 2城市公园水体的生态设计理论探讨 通过对文献资料的研究，以及对北京市公园水体的现场调研，从以下3方面探讨城市公园水体的生态设计理论。 2.1公园规划尺度 2.1.1突出水系的连通性，注重生物的多样性。有学者提出，通过城市公园与城市河道水系之间的联系来达到生态廊道与斑块的连接，从而使水体发挥更好的生态效益。此外，可以通过营建曲折多变的岸线，为水生动植物创造各种适宜的生境，配置丰富多彩的水生动植物，从而增加生物多样性。通过公园水系的贯通，以确保水质清洁。从表2看出，除西海子公园，这些公园中的水体都是连通的。 2.1.2雨水收集与利用。调查中有10个公园使用了雨水收集技术，主要包括硬质地面、建筑屋顶和绿地中的雨水收集。 硬质地面包括透水性和不透水性2类，渗水地面的雨水可通过下渗的方式汇入地下水，多余的水则通过透水毛管最终到达雨水收集池。而不透水铺装则可以采用下凹式的绿地设计方案，将雨水汇集于周边的渗透型排水沟，最终到达雨水收集池。 公园建筑屋顶雨水的收集，主要通过屋顶花园的设计，将雨水截留就近使用，或将雨水通过管道引入滤水槽，并最终到达蓄水池，亦可让雨水最终与植物的种植槽相连，用于浇灌

景观中生态设计理念

景观中的生态设计理念初探 摘要：设计中尽量使其对环境的破坏达到最小的形式都称为生态设计。景观的生态设计反映了人类一种新的美学观和价值观：人与自然的真正的合作与友爱的关系。生态设计理念包括：地方性，保护与节约自然资本，让自然做功和显露自然等，遵循4r原则、自然优先原则、最小干预最大促进原则的生态设计是使人居环境走向生态化和可持续发展的必由之路。关键字：景观设计，生态设计，生态设计原理，遵循原则 abstract: the design make its environmental damage minimum form called ecological design. landscape ecological design reflects the human a new aesthetics and values: the man and the nature to the real cooperation and friendship relationship. ecological design concept including: local, protect and save the natural capital, let the natural work and reveal natural, follow the principle, natural 4 r the priority principle of minimal intervention, the biggest of the principle of promoting the ecological design is to make living environment to ecological and sustainable development grants. key word: landscape design, the ecological design, ecological design principle, follow the principles

现代园林生态设计方法研究

现代园林生态设计方法研究 发表时间：2018-05-10T13:38:14.870Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：阮少华 [导读] 本文主要通过对现代园林生态设计的原则、设计的内容进行分析，再提出相关的设计方法。 齐齐哈尔园林管理处黑龙江省齐齐哈尔市 161000 摘要：近几年，我国城市化进程得到了很大的发展，人们的生活水平也得到了很大的提高，可持续发展的观念渐入人心，人们对生活环境质量上的关注越来越高，现代园林作为人们生活当中的生态景观，为了满足人们多样化的需求，将现代化元素加入其中是非常有必要的。本文主要通过对现代园林生态设计的原则、设计的内容进行分析，再提出相关的设计方法。 关键词：现代园林；生态设计；方法；分析 1现代园林生态设计需要遵守的原则 1、“3R”原则 首先是“3R”原则，“3R”原则所指的是将减量化、再利用以及再循环进行结合的一种原则，目前，有不少国家都将这类原则实施在自己国家生态园林的建设当中去。[1]其中减量化所指的是尽可能的减少对能源、土地、水、生物等资源的使用，提高对资源的使用效率，避免不必要的损失发生；再利用则是指对已经废弃了的土地、材料、植物、土壤等等实现再利用，发挥其另外一种功效，这样可以节约不少的资源；而再循环则是指实现再生系统，意思就是说对自己已经使用过资源的功能通过某种工序来实现再次使用该类功能，例如水资源和土地资源等等。 2、地方人文原则 一方水土一方人，由于不同地域的地理环境的不同，导致区域内部人们的人文环境也是不同的。由于现代园林是一种由人们来观赏的一种景观，设计师在对其进行设计的时候一定要符合当地人的审美观念，也就是人文环境，因此对现代园林的生态设计一定要保证园林的选材需要与当地的乡土文化为主，并且适时的建立一些与当地人文原则相关的设施。例如南昌的八一公园，该公园也属于现代园林的一种，在该林园中除了有景观，还设立了当地的戏曲。 3、舒适性原则 舒适性原则主要所指的是现代园林在设计规划的过程当中，一定要留有一定的活动空间，也就是将娱乐设施与景观进行结合，现在大部分的园林当中都设立了不少娱乐设施，例如划船、主题游乐园等等。 4、保护原则 保护原则是对现代园林景观当中的一些历史文物、文化遗迹的一种保护性原则，现代园林在设计规划的过程当中，一定要将对历史文物、文化遗迹的损害降到最低，尽可能的保护我国的文化遗产。 2园林生态设计理念 作为城市人类亲近自然，享受户外生活的一个重要场所，园林景观是整个城市生态系统的一个重要组成部分。而在这个生态系统当中，人类是以设计者、使用者以及管理者的身份存在的。园林设计的内容具有比较大的人工成分，主要包括：建筑、山水地形、植物以及水体等，而所有保证这个系统能够正常运转的能源和物质都来自于系统的外部。从这个角度来看，该系统又具有很大的不稳定性与开放性。 基于生态设计理念的园林设计就是要将之视为一个生命的存在，借助自然的力量实现园林系统的自我调节、控制以及循环。确保其中的建筑物、人、社区、整个城市，及至人类生活的地球都能够和谐相处。从本质上来讲，园林设计就是对地上和户外的空间进行设计，而基于生态原理的生态设计就是将生态学作为设计的核心，属于一种生态系统的设计，以达到最大限度的减少对自然的影响的目的。同时，它也是一种建立在自然系统自我更新能力之上的再生性设计。 3清洁能源利用与节能 任何一种能源的开发和利用都给环境造成了一定的影响，尤其以不可再生能源引起的环境影响最为严重和显著，它们开采、运输、加工、利用等环节都会对环境产生严重影响，如造成大气污染、增加大气中温室气体的积累和酸雨的发生等。而开发使用清洁能源和可再生能源则是改善环境、保护资源的有效途径，因为通过使用像太阳能和风能这样的更新能源，可减少燃烧煤炭、石油等不可再生能源，从而减少空气污染、水体污染和固体废弃物。 清洁能源主要是指能源生产过程中不产生或极少产生废物、废水、废气的优质可再生能源，包括太阳能、风能、地热能、水能、生物质能和海洋能等。降低能源需求，减少能量消耗，使用高效节能技术，使用可更新和高效的能源供应技术，是利用清洁能源及节能的根本原则。 1、太阳能利用 太阳能是洁净的、可再生的、丰富且遍布全球的自然能源。它取之不尽、用之不竭，具有很大的利用潜力。对太阳能的利用主要包括两方面：一是太阳热能利用，即太阳用作热水的加热源，为不同用途提供热水；二是太阳能光电利用，即将太阳能转换成电能，用作制冷或照明的能源。目前世界各国通常都把太阳能利用作为节能的有效手段。 2、风能利用 风能是潜力巨大的能源，有专家曾指出，如能将地球上1%的风能利用起来，即可满足整个人类对能源的需求。由于发电成本不断下降，风力发电是目前增长最快的能源。在风力资源比较丰富的地区，利用风能发电是十分可靠的动力来源。利用风能发电通常采用传统风车或风轮的形式在景观设计中风能应用也有可行性，如作为水体的循环流动的动力能源，即用风能替代电能进行水的提升，从而推动景观水体运动，据研究，考虑电能到机械能的转换效率、能量损失及其它能量损失，采用风能替代电能全年可节约用电约8，7万KW·h。 3、其它清洁能源利用 未来地下冷或热能将会仅次于太阳能成为非常重要的可再生能源。因为这种能源普遍存在，几乎没有限制且易于获得。利用地热能一方面既没有污染物排放，也不生成污染物，对生态和环境有利，另一方面运作费用极低。目前德国只有很少一些利用地热的试验性设计，

从“设计的自然”到“自然的设计”

从“设计的自然”到“自然的设计” 工业文明是人类探索与改造世界的伟大成果，人们在科学理性主义的助力下建立了人工的第二自然界。随着晚期资本主义发展阶段的到来，人类行为表现出过度贪婪的倾向，引发了一系列思考，有识之士开始呼吁人与自然共生，进行真实、健康和自然的设计，这将是现代设计观念的溯源式回归。 人类通过创物活动建立了“第二自然界”，体现了人类在追求生存质量时显现出强大的改造自然的能力，通过建造房屋、交通工具等生活设施显示自身的不同，人们生活在自己设计的自然之中，其任何成分都打上了人类深深的烙印。设计作为一种文化现象，它的变化反映着时代的物质生产和科学技术水平，科技设计也正站在信息社会中对科学技术的发展与创新给予一种再认识。 “设计的自然”与“自然的设计”是设计文化发展的不同阶段，在“设计的自然”阶段，体现理性的、科学的、机械的功能主义特征，形式服从功能，形式追随功能，形式作为功能的从属品。“设计的自然”发到一定程度就达到“自然的设计”阶段，形式与功能合为“洋葱模式”，形式本身就是内容，形式决定设计，其多元化特征表现为强调民族性和地方性，尊重个人情感与满足个人需求、怀旧的情绪；回

归自然，亲近自然，注重天人和谐；表现风格折中杂糅、形式多样、平民化、戏谑化。这两个阶段并没有明确界限，反而在相互渗透和较量中构成设计的主体，在一种否定自身为发展标准的前提下实现前进性与曲折性的统一。 一、设计的自然 现代工业文明从第一台蒸汽机的诞生开始，在交通、棉纺织业、冶铁业和采矿业等领域便焕发出旺盛的生命力，体现了现代机器的体力大爆发。汽车、火车、轮船等海陆空现代交通工具的发明影响了城市规划布局、交通公路铁路的建设，刺激商业诸如旅游等产业的发展。美国福特公司的流水生产线展示了机械文明强大的生命力，并让人热衷于追求高速行驶在公路上前所未有的刺激与速度感。火车编织出通达四方的交通脉络，将土路升级为铁路，将物流运输、旅行等活动半径迅速扩大。这些都离不开新材料与新领域的探索与实验，化学合成成为引领人工制品的新领域，德国有机化学以李比希肥料业为首，建立德国煤炭化学工业并发展成合成化学工业，带动了各产业的发展，很多天然制品被化学制品取代，新材料成为功能实现的物质基础。新材料、新工艺领域的发展实现了建筑、交通等机械化批量生产，水晶宫的建造速度和材料美学向世人大声呐喊。机械文明实现了人类物理空间的“乾坤大挪移”的初级阶段。 电力的发明，在机械文明的基础上实现了通信领域、动