第一章 引言

第一节 研究问题与动机

一 景观格局的优劣决定区域生态环境稳定与否

景观是由一组相互作用的生态系统所组成的异质性陆地区域，其空间上的格局分布称为景观格局（landscape pattern），分析景观格局要考虑景观及其斑块的拓扑特征（傅伯杰等，2011：264～270；刘茂松等，2004：1～3）。

传统的生态学思想认为生态系统应该是平衡的、稳定的、均质的以及可预测的，这种“自然均衡”的思想在自然保护和资源规划管理的实践中长期占据着主流地位。然而，实际上，生态系统并非一直处在“均衡”状态，相反，时间和空间上的异质性才是它们的常态，日益频繁的人类活动使得这一特征愈加明显，景观异质性是景观格局的具体表现（贾程等，2018：53～57）。在现实景观斑块中，发生着一系列的生态过程，包括垂直过程和水平过程，垂直过程发生在景观斑块或生态系统的内部，而水平过程则发生在不同的斑块或生态系统之间，这些生态过程可能是自然的，也可能是人为的，景观格局是自然与人类活动共同作用的结果。景观格局与生态过程相互作用，驱动着生态系统整体的动态服务体系，随之展现出一定的景观功能，从而构成生态系统服务，是景观生态学研究的核心内容（苏常红等，2012：277～283；胡巍巍等，2008：18～24）。

目前，景观格局的研究集中于空间异质性问题与时间异质性问题两个方面。空间异质性（spatial heterogeneity）是景观格局的静态分析，研究景观格局和生态过程的不均匀性与复杂性，其方法主要有景观指数及其空间特征统计分析。随着研究方法和遥感、GIS 技术的引入，时间异质性（temporal heterogeneity）问题即景观格局的动态演变逐渐成为重点，主要集中在景观动态演变分析、模拟和驱动因子分析等方面（于守超等，2011：7～9）。研究景观格局的方法，一般采用指数法。数据分析时，一般需要获取各景观要素的栅格数据，通过软件来计算高度概括景观现状的景观格局指数，然后通过分析这些指数得到景观特征。不同的指数代表着不同的生态意义，比如，斑块类型面积（CA），其数值越大，意味着斑块内的物种越丰富；面积加权的平均分维数（AWMPFD），该指标反映总体上人类活动对景观格局的影响程度和景观的复杂程度，它的值介于1～2，值越大，意味着影响越大、越复杂；等等。景观格局分析主要指用来研究景观构成及其空间配置的方法，最基础的手段是利用景观斑块计算景观格局指数，根据计算结果进一步分析景观格局与生态过程的复杂作用，从不同尺度上诠释生态环境，为进一步的生态规划和格局优化提供依据。简单地讲，景观格局分析能比较直观定量地反映出生态环境的情况，并为进一步的生态网络优化与生态环境改善提供依据。

二 生态网络结构稳定可有效遏制荒漠化

荒漠化是当今世界最重要的生态环境问题之一，土地荒漠化不仅影响生态环境，同时也制约着社会经济的发展（陈浩等，2003：58～62）。我国土地荒漠化最严重的地区主要分布于昆仑山、祁连山和乌鞘岭诸山北麓、位于贺兰山西部的内蒙古后套及乌兰布和沙漠、塔克拉玛干沙漠、河西走廊、阿拉善高原、宁夏银川灌区等地。荒漠化的成因根据衡量的时间尺度不同，得到的结论是不同的。目前已经得到广泛认可的结论是，近几十年来荒漠化的加速发展，主要是由于人类过度经济活动，包括滥垦、滥牧、滥樵、滥采等对资源的破坏造成的（樊胜岳等，2000：37～44）。

荒漠化的发展意味着绿洲的萎缩，相应的绿洲化作为逐渐修复区域生态环境的一种措施，是遏制荒漠化进一步扩张的切实有效的手段（于强等，2018：214～224）。一般来说，荒漠化地区必要的资源（水、土、生物等）都相对较少，并且分布比较破碎零散，相隔距离通常也比较远，这意味着这一地区的生态节点比较少，并且它们之间的连通性相对较差，整个生态网络处于不稳定状态，难以抵抗外界的干扰，并且恢复能力较差（王宪成，2004：5～9）。在荒漠化地区人为地建设绿洲，实质上就是增加了生态网络的生态节点，建设沟渠、道路和林带，就是增加了生态廊道。在生态网络分析中，生态源地节点的空间布局，决定了生态网络是否稳定，因此当重要的节点增多，生态网络的连通性就会增强，生态网络的空间结构随之将会得到很大的优化，整个网络的抗干扰能力和恢复能力将进一步提升。

三 复杂系统科学的发展促进景观生态学的进步

复杂系统理论（system complexity）是系统科学中的一个前沿方向，它是复杂性科学的主要研究任务。复杂系统科学认为，可以将一个复杂系统分成若干个小的子系统，根据复杂系统的规模和子系统之间关系的密切程度，一个复杂系统的子系统的数量是不定的，可以很多，也可以较少。因此，可以根据复杂系统中子系统之间的关系来定义复杂系统的规模，将其分为简单系统和巨系统（汪秉宏，2008：21～28）。在实际中，大多数复杂系统都是开放的系统，可以称为开放的复杂巨系统，这种系统由多种不同的组分构成，它们之间的关联关系是多种多样且动态变化的。复杂系统从不同角度出发可能存在不同的形式、状态和规模，并广泛存在于地理学、生态学、社会学以及经济学等众多研究领域。

景观生态学起源于欧洲，1939年，德国著名地理植物学家C.Toll提出将研究景观中生物群落与生物群落之间、生物群落与环境之间综合因果关系的科学定义为景观生态学（黄冬蕾，2016）。随着研究的不断深入，景观生态学的原理和方法与土地规划、土地利用评价、自然资源规划等实际问题相结合，对于解决与生态相关的实践问题发挥着极其重要的作用（赵永强，2019：70～74）。

复杂系统理论经历了从分形理论、自组织理论、涌现理论到人工生命、复杂网络的发展过程，由此衍生出一个非常重要的景观生态学研究内容——生态网络。作为生物保护领域的重要概念，生态网络在空间规划中日益得到认可（黄冬蕾，2016）。复杂网络将系统中的不同个体看作网络的一个个节点，两个节点之间的某种特定关系被视为网络的边。生态网络则是一个由多种类型生物组成的复杂网络，生态廊道是其最为基本也最为重要的网络结构。生态网络也是一个复杂系统，在每一个节点和廊道中存在多种生态过程，从这个角度理解，生态网络可以被认为是一个为了维持生态过程一致性和完整性而演变的复杂系统。事实上，大多数生态网络都是人为规划设计的，生态网络中的各个要素之间会产生相互影响，共同抵抗自然产生的或者人为造成的干扰。

四 层级生态网络构建现实意义重大

生态网络是为了降低大规模的自然和半自然的生境的破碎化，保护生物多样性和生态系统健康而提出的概念，整个复杂系统由具有重要生态价值的斑块构成，网络的优化则是在功能和空间的基础上进行高效布局，涉及生物、气候、水文、土壤等因素（周秦，2011）。2002年，约翰内斯堡的世界可持续发展峰会强调，生态网络是一项重要的生物多样性保护战略，并且该策略应与可持续发展的综合目标相结合。此后，学者将生态网络与多门学科相结合，研究领域不断拓展，研究对象和地域、运作实施及与其他规划的协调合作、规划资料和技术方法等各个方面都有了长足的进步和发展，该理论日益成熟和完善。生态网络的基本构成有核心区、缓冲区和生态廊道。部分研究在此基础上，增加了可持续利用区或恢复区，这些区域主要是根据其地质地貌和水文特征，同时考虑其与核心区联系的密切程度确定的。

中国传统的生态网络规划存在许多问题：在规划方面，缺乏统一有效的构建方法和技术标准，思路难以从线性规划向网络整体转变，不同层级之间的规划难以实现整体的配合；在功能方面，现今的大多数生态网络规划与优化，整体倾向于为经济建设服务，或者侧重观赏休闲等功能，对生态系统服务功能的维持、生物多样性保护等方面不够重视。在这样的情况下，各国学者开始探索涉及国家、区域和地方等多个层次的层级生态网络构建。目前，国外已经逐渐形成一套层级更加丰富、功能兼顾更加全面的生态网络构建方法。欧美包括德国提出“国际-国家-区域-地方”的层级生态网络结构，这种结构有利于各个层级的细化，实现生态网络构建的整体协调（张阁等，2018：85～91）。这样从不同空间尺度上对生态网络进行规划，大尺度的规划与小一级尺度上的细致规划相互协调，在此基础上，对景观斑块构成与配置进行合理优化，以达到使区域生态结构与功能更加稳定的目的。不同尺度的生态网络规划针对不同物种和环境、社会等的空间需求，从上到下多层级之间纵向协调，并可以根据不同的规划目的，通过不同的区域、地方之间横向协同配合，使得层级生态网络联系更加紧密、规划更加完善。

五 林业生态工程的意义

随着人口的增加，工业和经济快速发展引起了一系列问题（黄玉敏，2014），如环境恶化、生态破坏、土壤被侵蚀和能源紧张等。内蒙古地区存在严重的环境问题，特别是西部地区气候干旱造成了内蒙古土地沙化问题严重，土壤被侵蚀，风沙灾害天气出现，严重影响人们生活的环境以及质量，不利于经济可持续发展和社会不断进步（詹秀娟，2011：24～26）。近年来，这些问题引起了人们的广泛关注，经济和环境的可持续发展是人们追求的目标，生态环境合理发展是经济健康发展的必要条件。为了可持续发展，人们开始关注环境的保护。

为了保护环境和提高环境质量，政府开展了一系列的生态工程建设（孟天琦，2014）。自1998年至今20多年的时间国家已经启动六大林业重点工程，如：天然林保护工程、退耕还林还草工程、“三北”和长江中下游地区等重点防护林体系建设工程等（张力小，2010），内蒙古每年造林任务占全国任务的1/10。自生态工程实施以来，生态环境建设取得了良好的效果。尤其是以“三北”防护林、退耕还林工程等国家林业工程为依托（褚卫东等，2005：44～45），扎实推进重点区域林业生态建设工作的开展（张建龙，2010：5）。

沙尘天气是在大风的作用下形成的，大量的沙尘被卷起，使空气变得混浊（范一大等，2002：289～294），是一种危害性天气。由于沙尘不利于人类生存，会对人的身体造成伤害，对人们的经济和社会活动都会产生不利影响，人们意识到沙尘天气亟须治理。

内蒙古自治区位于中国的北部，形状狭长，由东北方向向西南方向斜伸，东西距离为2400km2，南北距离为1700km2，内蒙古面积为118.3万km2，在东北、华北、西北三区均有分布，占全国总面积的12.3%，名列第三。在4200km的国境线上接壤着蒙古国与俄罗斯，内与我国8省市毗邻（乌云塔娜，2013：15～17）。由于内蒙古存在这样的地理环境，随着林业生态工程的实施，全区林地类型结构发生明显变化，主要体现为：东部区域林地面积增加明显，西部则表现为灌木林地大幅度增加，充分反映了宜林则林、宜灌则灌、宜草则草的林业生态建设原则。

本书选取内蒙古地区来研究生态工程建设对沙尘天气带来的影响，不仅是因为内蒙古是我国各项林业生态建设工程唯一全覆盖的重点省份，该地区有很高的代表性，而且由于气候和人文因素，内蒙古地区有一半以上受沙尘天气的影响，35%以上为沙化土地，是我国防沙治沙的重点区域。

内蒙古地区面积大，存在复杂多变的自然环境，生态环境也比较脆弱（巴雅尔等，2006：91～95）。社会发展的同时，人们对自然的索取也越来越多，造成了内蒙古土地沙化问题严重，土壤被侵蚀，风沙灾害天气出现的频率提高。通过“三北”防护林工程、天然林保护工程、退耕还林工程、京津风沙源工程四大林业生态工程的实施，希望可以改善内蒙古地区的环境状况（杨艳霞，2014）。

本书是在中国生态建设进入“治理与破坏相持的关键阶段”、林业生态工程实施的关键时期、政府政策和资金支持在其中起主导作用的情况下（董晖，2006：9～14），对内蒙古的林业生态工程实施效果进行研究。本书在理论和实践相结合的基础上，利用GIS和RS技术对全区生态系统结构特征和变化进行分析，用森林蓄积量、森林覆盖率、植被覆盖度三个指标分析全区的林业资源情况（黄勇，2013：5412～5413）。通过对生态问题变化的分析，可以反映林业生态工程取得的效果（宋羽中，2014：234）。本书通过面板数据模型，就生态工程建设对沙尘灾害的驱动效应进行分析。

因为我国的林业内部体制变化比较慢，所以在很长的时间里，林业一直都是缓慢发展的（高军，2013：267）。之后随着经济的发展，再加上国家对林业开始重视，进行了林业生态工程建设，这是我国林业发展的重要方式，但现在需要进行转变（程伟，2013：31～32），为了林业更好地发展，要加快林业生态工程的实施。