第２６卷第５期
２００７年９月地理科学进展ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＧＥＯＧＲＡＰＨＹＶｏｌ．２６，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔ．，２００７
收稿日期：２００７－０６；修订日期：２００７－０８．
基金项目：中国科学院知识创新工程项目（ＫＳＣＸ２－ＹＷ－Ｎ－４６－０６）。五种能力
作者简介：姚允龙（１９８２－），男，山东蒙阴人，博士研究生，主要研究方向：湿地变化及其环境效应。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｌ．ｙａｏ＠１６３．ｃｏｍ
景观敏感度的理论及其应用意义
姚允龙１，２，吕宪国１，佟守正１甲减的原因
a4纸边框>年轻的嫂子迅雷（１．中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春１３００１２；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：景观敏感度（ＬａｎｄｓｃａｐｅＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）是景观某一组分受到干扰（包括自
然的和人类的）后引起的景观发生变化的速率，速率越大，敏感度越强。本文综述和剖析了景观敏感度的定义，分析了其决定因子：干扰力的类型和景观的属性，其中干扰力分为跳跃型（ｐｕｌｓｅｄ）和蔓延型（ｒａｍｐｅｄ），景观的属性主要是指景观变化的趋势和对干扰的承受能力（抗性）；综述了景观敏感度的空间敏感度（ｓｐａｔｉａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）和时间敏感度（ｔｅｍｐｏｒａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）。景观敏感度对非线性动态系统及其对变化的响应能力和抗性的描述，将有助于我们对景观变化的进一步理解。
关键词：景观敏感度；干扰力；抵抗力；空间敏感度；时间敏感度
景观是由不同生态系统组成的地表综合体，并通过自然过程来维持，是环境历史（包括人类的影响和管理）的表征［１￣５］，同时也是动态的地球表面系统［６］，不仅包含物体，而且也包括能量与物质的存储，这些能量与物质通过增长、衰退、流和转换过程来维持。景观及其变化是人类与自然界长期相互作用的结果，一切自然作用力和人类活动都将引起景观的变化。目
前，人类面临的许多环境与发展问题都与景观变化有关，如地表水文过程、
客服的英文土壤侵蚀过程、生物地球化学过程、区域气候以及生物多样性变化过程等，都与景观结构特征密切相关［７￣１１］，而这种相关性的揭示不仅仅在于一般意义上景观格局与生态过程关系的存在性，而在于探求具体的哪种格局与哪种过程相关、程度如何以及如何调控等［１２］。源于地貌学的景观敏
感度，其目的就是寻找景观内的敏感区和不敏感区，及其变化的速率，本文通过阐述景观敏感度的一些理论，希望将有助于景观变化的进一步研究。
１景观敏感度的概念
景观敏感度（ｌａｎｄｓｃａｐｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）的概念最初来源于地貌学，Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ，１９７９年首次将景观敏感度引入地貌系统［１３］，目的在于更好地理解侵蚀和沉积过程。因而，开始运用景观敏感度的主要是那些对土壤侵蚀和保护感兴趣的地貌学家和土壤学家。１．１概念
Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ将景观敏感度定义为“
一种可能性，即：在系统控制条件下，一种变
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地理科学进展２６卷化所引起的系统敏感的、可认知的、持续的且复杂的响应”［１３］。此概念是景观稳定性基础理论的基本组成部分。这个概念也可描述为抵抗力和干扰力的时空分布函数，同时也被认为是安全性指数或稳定性指标。
敏感度包括两个方面的内容：系统发生变化的倾向和系统承受变化的能力［１４］。Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ，１９７９年运用图形类比法描述了景观敏感度的概念［１３］，如图１所示。
图１河床组分敏感度示意图
注：根据参考文献［１３］公子昂
Ｆｉｇ．１Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｒｉｖｅｒｂｅｄ
（ｆｒｏｍＢｒｕｎｓｄｅｎａｎｄＴｈｏｒｎｅｓ，１９７９）
自从Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ引入景观敏感度的概念，此术语的解释和应用得到了很大发展。Ｔｈｏｍａｓ和Ａｌｌｉｓｏｎ总结了众多学者的观点，发现许多研究者将一常见的生态学定义，“一个系统对干扰的易感性”融入了景观敏感度［１５］。而且他们还发现景观敏感度的研究主要集中于理解景观对外部干扰（包括自然和人类两方面的干扰）的响应。Ｕｓｈｅｒ等人将景观敏感度表述为：因某一景观组分发生变化所引起的系统发生变化的速率［１６］。速率越大，敏感度越强。我们也更倾向于Ｕｓｈｅｒ等人的观点，但是在上述所提及的定义之中，它们都没有将时空尺度考虑进来，而在不同的时空尺度之下，景观的敏感度是不同的。虽然景观敏感度的理论包含时空敏感度（
见文中第３部分），但作者认为景观敏感度定义中应把时空尺度也考虑进来。１．２对景观敏感度的理解
景观敏感度是一个非常有弹性的术语，它适应于很多方面，如：土地利用，地貌演化、生态演替变化和旅游承载力评估等方面［１５，１７￣１９］，而对景观敏感度的深入理解是应用的前提。
Ｕｓｈｅｒ等人利用图形简单描绘了一下景观敏感度（如图２），图中中心部分描述的是组成生态系统的要素［１６］。当然，其他的要素也可以加进来，如在左边添加空气、水，在右边添加微生物等。在这些要素下面的是两个相互作用的自然系统。作用于岩石和表面沉积物的是一系列的物理系统，这些系统与岩石的风化、碎屑物的运移有较大的关系［２０］；而与生物圈相联系的是动植物群落——
—生物系统。物理系统和生物系统在土壤里联系最密切，因此在“土壤”下面用的是有两个箭头的虚线。
在要素上面的是系统“工程师”，描述那些能改变系统或能创造全新系统的任何因子，如水流、气温、植物、动物、人类等。这些“工程师”能通过一系列的生态过程真正的改变景观，这些生态过程包括植物的生理生态［２１，２２］、群落演替［２３，２４］、动物种群和群落动态［２５￣２７］、土壤质量演
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变［２８，２９］、水文变化［３０］和干扰［３１］等在特定景观中构成的物理、化学和生物过程［３２］以及人类活动过程，其中人类活动对地球系统的影响赶上甚至超过了自然变化［３３］。对于每一个因子，我们需要了解它能对景观产生多大的影响，以及景观对这些改变能产生多大的响应。敏感度的思想就来源于变化强度及对变化的响应程度［３４］。这与微分类似，即：因变量的变化量与自变量（各影响因子）的变化量具有相关性（△ｙ／△ｘ，ｏｒｄｙ／ｄｘ，当△ｘ无限小时），因此，可用微分度量平衡系统的敏感度。如果用Ｓ表示敏感度，则等式可以表示如下［１６］。外事工作总结
Ｓ＝（△系统的变化）／（△系统组分的变化）
图２景观敏感度的简单描述
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓｃａｐｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
２景观敏感度的决定因子
景观是由不同的生态系统组成的地表综合体［１￣５］，这些系统中的能量总是随着时间和空间的变化而波动；景观也总是受到不同干扰力的影响，如干旱、降雨事件和农业开发活动等，景观对这些干
扰的敏感度依赖于干扰力的类型和景观的固有属性。
景观发生变化的可能或概率依赖于干扰力的大小、类型和景观系统抵抗干扰力的能力（抵抗力）［１３］。对于干扰力来说，地貌学家认为地质构造、气候变化、生物和人类活动是影响景观系统的主要干扰力，它们影响着景观系统的地质、水文和地貌，可以根据它们与景观系统的作用方式进行分类。Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ根据干扰力的速度和作用时间将它们分为跳跃型（ｐｕｌｓｅｄ）和蔓延型（ｒａｍｐｅｄ）［１３，３５］。
跳跃型干扰力的频率较低、规模较大，趋向于通过剧烈的事件形成新的景观［１３］，地质构造运动等。蔓延型的干扰力通过逐渐地向景观系统输送能量，进而造成景观变化。气候、植被、土地利用和海平面的变化都是蔓延型的干扰力，它们随着时间的推移而影响着景观的平衡，并促使景观发生变化［１３］。
景观的属性决定着景观的抵抗力，这里的景观属性主要指景观变化的趋势和对干扰的承受能力（抗性）。景观的物理属性、系统组织和地质历史决定着景观变化的趋势和景观抵抗干扰力的能力。景观变化被认为是上述系统特性的一个常规过程——
—响应函数，涉及到物质流动、地貌演化和超越阈值时的结构重组［２０］（系统阈值的逾越可能是由于一个或多个大事件
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地理科学进展２６卷所造成的，也可能是长时间的小事件累积结果）；而系统的抗性是系统受到干扰时维持其原始状态的能力。Ｂｒｕｎｓｄｅｎ和Ｔｈｏｒｎｅｓ将系统的抗性划分强度抗性（Ｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、形态抗性（Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、结构抗性（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、过滤抗性（Ｆｉｌｔｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）和系统状态抗性（Ｓｙｓｔｅｍｓｔａｔｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ），其详细定义如表１［１３，３６，３７］，但对抗性的抵抗能力没有进一步的划分，还有待进一步的研究。
表１景观系统抗性的类型及其描述
Ｔａｂ．１Ｔｈｅｔｙｐｅａｎｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ
这些抵抗力同时抵抗干扰力，但两个系统不会经历完全一样的数量、顺序、频率、持续时间和强度的事件。因此，在某一干扰事件之中，某些抵抗力在阻止系统发生变化时所起的作用会更大一些；同一个系统也不会在整个景观范围内经历相同的干扰。因此，系统的响应方式具有时空变异性。
３时空敏感度
３．１空间敏感度（ｓｐａｔｉａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）
Ｔｈｏｍａｓ将空间敏感度描述为景观变化的区位敏感度（ｌｏｃａｔｉｏｎａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）或景观发生变化的位置［３８］。景观抵抗力的大小是由景观属性所决定的，而且这些属性在空间上是异质的，也是不断变化的。这就决定了景观中的某些组分比其他组分对干扰的敏感度要高或其抵抗力要低，即所谓的区位敏感度。如，在相同的降雨条件下，坡度较大、植被覆盖度较低地方的水土流失较坡度较小、植被覆盖度较高的地方要大。
我们认为这只是空间敏感度的一方面，在不同的空间尺度上，景观应对干扰的响应方式、变化速率等也可能是不同的。如，Ｍｉｌｅｓ等人在０．０１ｍ２，１ｍ２和１００ｍ２三个尺度上对植物变化进行监测，结果发现：维管植物在应对放牧强度的变化上在不同尺度上反应不同，在１００ｍ２和１ｍ２尺度上丰富度是降低的，而在０．０１ｍ２尺度上丰富度是增加的［３５］。而在一个更大的尺度上，Ｍａｃｋｅｙ等人发现苏格兰从１９４７￣１９８８年之间５０％的植被发生了变化［３９］。
６１５期姚允龙等：景观敏感度的理论及其应用意义小矶国昭
３．２时间敏感度
时间敏感度是事件的频率和强度对系统的影响［３８］。干扰事件会在不同的时间以不同的频率发生，其干扰力也会发生时间变化。另外，景观的抵抗力在时间上也是变化的，如同一抵抗力应对短时间的干扰事件和应对长时间的干扰事件可能会不同。在进行景观敏感度的研究时，要根据具体的研究目的和研究对象，选定不同的时间尺度。因为在不同的时间尺度下，景观的变化是不同的：如在苏格兰的一个面积为６．２５ｋｍ２高位沼泽地，２０世纪５０年代时，石南花Ｃａｌｌｕｎａｌｕｌｇａｒｉｓ是优势种，大约占地５７３ｈａ，到了７０年代，减少到仅仅１９０ｈａ，然而，１０年后，占地面积又增加到３１１ｈａ［３４］；而对另一些景观组分来说，它们还在为适应过去的变化而变化着［４０］，如，海岸环境［４１］，我们现在所观察到的，或我们若干年所观察到的只是某个过程的一瞬间，这个过程可能已经持续了数百年或数千年，并且还会持续下去。由此也看出，对古记录研究（如，对孢粉、硅藻沉积物、土壤剖面和化石的研究）也非常重要，它们不仅能推断更长的时间尺度［４２］；同时还记录了从古冰川作用时期到现代的历史。它们能够评估生态演替过程，探测侵蚀事件，确定工业革命以来的环境变化。
４景观敏感度的应用
当今景观敏感度的研究体系还不够完备，研究方法仍需探讨；景观敏感度的重要性仍然是以如何保护和持续利用土地为中心，但景观敏感度对非线性动态系统及其对变化的响应能力和抗性的描述，有助于我们从三个方面研究系统对外界干扰的响应：（１）环境发生多大的变化强度才能导致先前景观集
合体发生改变，及其变化的过程是怎样的；（２）系统的哪个部分（要素或区域）对何种干扰力或各种干扰力是最容易和最不易被影响的；（３）系统的特征在发生变化之后需要多长时间才能到达准平衡状态，即回到原状的平衡或达到新的平衡。
２００１年《ＣＡＴＥＮＡ》出版一期关于景观敏感度的专题，内容涉及到景观敏感度的理论和应用。在这些应用的文章里，主要涉及到了高地（ｕｐｌａｎｄｓ），河谷（ｖａｌｌｅｙｓ）、河滩和海岸带等景观的变化及其变化过程［２０，４３￣４５］，并对以上所述的三个问题进行了有侧重的回答。如，Ｋｎｏｘ分析了密西西比河从上游源头的小支流到大的河漫滩沉积物的变化情况，并对比分析了草地和森林转化为农田前后，密西西比河的沉积物变化状况，对农业土地利用活动如何影响景观对径流和土壤流失的敏感度有了更好的理解［２０］。另外一些关于土壤和植被对环境变化敏感反应方面的应用也开始出现［４６，４７］。
我们认为景观敏感度的另一应用是景观格局优化，维护区域生态安全。如果要维护区域生态安全，首先应关注的是我们在何种程度上使景观偏离了自然规律，以科学的理论和方法认识这种偏离，才可能切中生态安全问题的要害［４８］。在给定的环境中，景观总是受到各种不同事件（包括自然的和人类的）的干扰，景观的某一个或多个组分可能对某一变化或干扰比较敏感，这一敏感的区域，可能会在一系列的干扰事件中发生不稳定性的蔓延，进而造成景观整体的不稳定性，如１９９９年３月，赞比亚东部一个高地，在一次异常的暴风雨期间，浅冲沟源头在不到２４ｈ内移动了大约１ｋｍ，对一
个灌溉水坝的溢洪道造成了严重威胁［３８］。为控制不稳定性的蔓延，必须对寻求景观中的敏感区及敏感区的组分，进而对景观组分、格局进行调整和优化，以使各组分之间达到和谐、有序，改善受威胁受损的生态功能，提高景观总体生
