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杂谈 |
4.2.1
景观生态的“斑块—廊道—基质”模式 斑块（patch）、廊道（corridor）和基质（matrix）是景观生态学用来解释景观结构的基本模式，普遍适用于各类景观，包括荒漠、森林、农业、草原、郊区和建成区景观（Forman
and
Godron，1986），景观中任意一点或是落在某一斑块内，或是落在廊道内，或是在作为背景的基质内。这一模式为比较和判别景观结构，分析结构与功能的关系和改变景观提供了一种通俗、简明和可操作的语言。这种语言和景观与城乡规划师及决策者所运用的语言尤其有共通之处，因而景观生态学的理论与观察结果很快可以在规划中被应用，这也是为什么景观生态规划能迅速在规划设计领域内获得共鸣，特别在一直领导世界景观与城乡规划设计新潮流的哈佛大学异军突起的原因之一。美国景观生态学奠基人Richard
F T.Forman与国际权威景观规划师Carl Steinitz紧密配合，并得到地理信息系统教授Stephen
Ervin的强有力技术支持，从而在哈佛开创了又一代规划新学派（Wenche et
al，1996）。目前，哈佛大学设计研究生院的高级研究中心（包括设计学博士计划）中已专门设有景观规划与生态这一方向，使景观生态学真正与规划设计融为一体。
运用这一基本语言，景观生态学探讨地球表面的景观是怎样由斑块、廊道和基质所构成的，如何来定量、定性地描述这些基本景观元素的形状、大小、数目和空间关系，以及这些空间属性对景观中的运动和生态流有什么影响。如方形斑块和圆形斑块分别对物种多样性和物种构成有什么不同影响，大斑块和小斑块各有什么生态学利弊。弯曲的、直线的、连续的或是间断的廊道对物种运动和物质流动有什么不同影响。不同的基质纹理（细密或粗散）对动物的运动和空间扩散的干扰有什么影响等等。围绕这一系列问题的观察和分析，景观生态学得出了一些关于景观结构与功能关系的一般性原理，为景观规划和改变提供了依据。
4.2.2 景观生态规划的一些基本原理
尽管景观生态学的基本原理在很大程度上是通过对生物运动的观察得出的，但它们具有关于运动和流动等景观格局关系的一般性意义，也适用于各种类型的景观。在景观生态规划，这些基本原理体现在对景观元素空间属性及由景观元素所构成的空间格局的设计上，（详见俞孔坚，李迪华，1998）它们包括：
（1）关于斑块的原理，即关于斑块尺度、斑块数目原理，斑块形状和关于斑块位置与景观生态过程的关系原理;
（2）关于廊道的原理，即关于廊道的连续性、廊道的数目、廊道构成、廊道宽度与景观过程的关系原理;
（3）关于景观基质的基本原理，即关于景观的异质性、质地的粗细与景观阻力和生态过程的关系原理;
（4）景观生态规划总体格局原理，包括不可替代格局，“集聚间有离析”（aggregate.with.outliers）的最优的景观格局等等。
4.2.3 景观生态学的度量体系与景观生态规划
除了上述运用景观生态概念和原理在近年景观规划中产生了重要影响外，景观生态学的度量体系也将为景观生态规划向着更科学和定量化的方向发展有重要的意义。景观生态度量体系被认为是将生态知识应用于规划的有效工具（Leit o and Ahern，2002）。特别是景观生态学的形式语言和景观规划语言是可以相通的。
对景观生态来说，景观结构由两个基本要素组成:（a）成分（component）和（b）建构（configuration）。成分不包含空间关系信息，而是由数目、面积、比例、丰富度、优势度、（Turner，1991;Riltters，O'Neill，et al，1995）和多样性指标如Shannon和Simpson指数（Gustafson，1998）等来衡量。而景观构建则是表现景观地物类型空间特征的，即与斑块的几何特征和空间分布特征相联系的，如尺度和形状、适应度、毗邻度等。连续性是景观生态学的一个重要的结构（也是功能）的衡量指标，它尤其在生态网络概念上非常有意义，而网络的连续性可以根据图论的原理来进行衡量（Forman and Godron，1996，p417～419;Forman，1995，p274）。
景观生态学对景观有上百种度量方法，但许多度量方法都是相关联的。以下是几种核心度量，它们被认为可以应用在景观生态规划中（Leit o and Ahern，2002）：
（1）景观成分度量:斑块的多度（PR）和类型面积比例（CAP）;斑块数目（PN）和密度（PD）;斑块尺度（MPS）;
（2）景观构建度量:斑块形状，即边长面积比（SHAPE）;边缘对比（TECL）;斑块紧密性（RGYR）和相关长度I;最近毗邻距离（MNN）;平均毗邻度（MPI）;接触度（CONTAG）。
这些生态度量对景观规划及管理和决策具有重要意义，但就目前来说，在景观生态学的定量分析基础上的景观规划还远没有成熟，从这个意义上来说，景观生态规划还刚刚开始，任重而道远。
4.2.4 景观安全格局途径
大地景观是多个生态系统的综合体，景观生态规划以大地综合体之间的各种过程和综合体之间的空间关系为研究对象，解决如何通过综合体格局的设计，明智地协调人类活动，有效地保障各种过程的健康与安全。
景观生态学的发展为景观生态规划提供了新的理论依据，景观生态学把水平生态过程与景观的空间格局作为研究对象，同时，以决策为中心的和规划的可辩护性思想又向生态规划理论提出了更高的要求（Faludi，1987;Steinitz，1990）。
基于以上诸方面的认识，俞孔坚于1995年提出了景观生态规划的生态安全格局（Security Patterns）方法（Yu，1995，1996;俞孔坚，1998，1999）。该方法把景观过程（包括城市的扩张，物种的空间运动，水和风的流动，灾害过程的扩散等）作为通过克服空间阻力来实现景观控制和覆盖的过程。要有效地实现控制和覆盖，必须占领具有战略意义的关键性的空间位置和联系。这种战略位置和联系所形成的格局就是景观生态安全格局，他们对维护和控制生态过程具有异常重要的意义。要根据景观过程之动态和趋势，判别和设计生态安全格局。不同安全水平上的安全格局为城乡建设决策者的景观改变提供了辩护战略。因此，景观生态安全格局理论不但同时考虑到水平生态过程和垂直生态过程，而且满足了规划的可辩护要求。
景观安全格局理论尤其在把景观规划作为一个可操作、可辩护的而非自然决定论的过程，和在处理水平过程诸方面显示其意义。它克服了I.McHarg的“设计适应自然”模式中的两个致命的弱点：1）不能有效地处理景观的水平过程，如城市的空间扩张，物种的水平空间运动；2）把规划当作一个自然决定论的过程，而无法将决策过程中人的行为考虑进去。如在传统的生物保护规划中，生物往往被保护在一个划定的保护区内。事实上即使是世界上最大的保护区也很难维持保护对象的长久延续（Soule，1991;Erwin，1991）。而景观安全格局理论则认为生物对整体景观都具有利用和控制的潜能，而景观中存在着某些潜在的格局，它们对生物的运动和维持过程有关键的影响，如果生物能占据这些格局并形成势力圈，生物便能最有效地利用景观，使景观具有功能上的整体性和连续性，最有效地维护生物和生态过程。因此，识别、设计和保护景观生态安全格局是现代生物保护的重要战略。
景观安全格局理论把博弈论的防御战略，城市科学中的门槛值，生态与环境科学中的承载力，生态经济学中的安全最低标准等数值概念体现在空间格局之中，从而进一步用图形和几何的语言或理论地理学的空间分析模型来研究景观过程的安全和持续问题，并与景观规划语言相统一。各个层次的安全格局则是土地利用辨护的战略防线和景观空间“交易”的依据。 在此理论基础上，提出了景观安全格局识别方法和模型，包括将水平过程，如火灾的蔓延、城市的扩张、物种的空间运动表达为三维潜在表面（Potential Surface）。潜在表面反应过程在景观中所遇到的阻力或控制景观的潜在可能性。结合理论地理学的表面分析模型，特别是Warntz的点、线、面分析模型（Warntz，1966，1967）根据潜在表面的空间特征如峰，谷，鞍，坡等，再应用地理信息系统和图像处理技术识别安全格局。
多层次的景观安全格局，有助于更有效地谐调不同性质的土地利用之间的关系，并为不同土地的开发利用之间的空间“交易”提供依据。某些生态过程的景观安全格局也可作为控制突发性灾害，如洪水，火灾等的战略性空间格局。景观安全格局理论与方法为解决如何在有限的国土面积上，以最经济和高效的景观格局，维护生态过程的健康与安全，控制灾害性过程，实现人居环境的可持续性等提供了一个的新思维模式。对在土地有限的条件下实现良好的土地利用格局、安全和健康的人居环境，特别是恢复和重建中国大地上的城乡景观生态系统，或有效地阻止生态环境的恶化有潜在的理论和实践意义。近年来，在北京大学景观规划设计中心的多个研究项目中都对景观安全格局理论和方法进行了多方面的探讨（俞孔坚，1998，1999;Yu，2003）。
4.3 生态规划技术的发展:从手工地图叠加和“千层饼”到地理信息系统与空间分析技术
作为系统景观思想的产物，用千层饼叠加技术进行土地分类和适宜性分析的方法并不是McHarg的发明。Steinitz系统地研究了地图的分层和叠加技术在西方景观规划发展过程中的历史。在进入20世纪以后，曾经与Eliot同时在Olmsted事务所工作的Warren Manning（曼宁）（1860～1938）继承和发展了Olmsted特别是Eliot的景观系统思想，而成为景观分析研究和实践的领头人，他是有文字可循的最早使用地图叠加技术进行景观规划的景观设计师（Steinitz等，1976;Zube，1986）。早在1909年，曼宁就提出要进行美国马省全州范围内的景观资源普查。当时政府拥有的大量关于土壤、地表水资源状况、森林覆盖以及地界都需要系统地制图和整理。他指出，不仅在全州范围内，还应该在整个新英格兰地区进行景观资源的系统普查和分析，以便得出在什么地方可以用什么方式利用这些资源。在此基础上，曼宁通过景观设计事务所的实际规划项目，向人们展示如何通过资源的系统分析来得出更好的规划和设计。1912年，他在给波士顿附近的Billerica做规划时，用一系列的地图来显示道路和人文属性、地形、细分地界、土壤、森林覆盖，以及现有的和未来的保护地。所有地图都同比例，最后，他用地图叠加技术来分析这些数据，并用我们现在常用的叠加方法将设计方案呈示给当局，这被认为是有文献记载的最早使用手工地图叠加技术的一例（Steinitz等，1976）。
曼宁也是区域规划的积极倡导者和的贡献者（见Birnbaum and Karson，2003）。在国家公园署基金的支持下，他的事务所完成了大量的区域数据的制图工作，基于这些数据他于1919年绘制了“国土规划”（National Planning）。在这份长达927页的规划文件中，他把各种资源———气候、森林、动物、水系、矿产、铁路、公路系统等等信息综合起来，很显然也是利用了地图叠加的技术，为国土的开发利用和保护提出规划和建议。曼宁以自然资源和自然系统为基础的土地分类思想以及用叠加技术来制定资源保护和利用的方法直接对40、50年之后的McHarg（1969）和Phil Lewis（1964）为代表的生态规划思想和“千层饼”模式产生重要影响。但与这些先驱生态规划工作相比，McHarg等后来生态规划师的重要进步在于引入了多学科的工作途径，并发展了将相关学科的贡献进行综合的技术，同时对不同景观资源进行评价，通过将单一资源进行制图，引入叠加技术并评价资源的价值，从而判别景观的生态关系和有价值的景观区域。
在曼宁同时代或稍后的城市及区域规划中，规划师们也用同样的地图叠加技术来反映城市的发展历史、土地利用及区域交通关系网以及经济、人口数据。如1912年在德国城市Dusseldorf的一次城市设计竞赛方案中，设计者用五张同比例地图来表达城市从1874年到1912年的发展历程;1922年，Patrick Abercrombie和Thomas Johnson在英国Doncaster的区域规划中也采用同样的方法来进行城市交通和可达性分析;1923年，地图叠加技术被用于纽约的人口与经济分析;1929年，在纽约的区域规划和环境制图中，所有重要景观元素如公园系统被分层制图，它们与地形图有相同的比例，以便比较和说明。1943年，在伦敦战后重建过程中，同样的技术被用来分析城市公共空间的分布现状，并根据数据制定绿地的富裕与贫乏分布状况图，在此基础上制定绿地与开放空间规划图。当然在这些工作中都没有明确提出地图叠加方法，但它们都通过自然元素的分层叠加，经过滤或筛选，最终可以确定某一地段土地的适宜性，或对某种人类活动的危险性（见Steinitz等1976）。
直到1950年，在英国出版的《城乡规划教材》“为规划的调查”一章中，作者Jacqueline Tyrwhitt才首次将地图叠加技术进行了系统的介绍，指出这一技术的核心特征是所有地图都基于同样的比例，并都含有一些同样的地形或地物信息作为参照系，并且，为了使用方便，所有地图都应在透明纸上制作。在其中的一个例子的说明中，将四张分别反映地势、岩石类型、水文和土壤排水性的数据地图进行叠加而综合成土地特性分布地图。同样，在本书中认识到二维地图在表达三维景观的动态且丰富的信息时的局限性，作者Jack Whittle明确指出，通常有两种途径可以避免在同一地图和同一时间表现的困难，其一是在几种不同的基础图上综合地表现有限的信息，这是一种最常用的方法;而另一种途径是用一张共同的基础地图，而将其他调查所得数据都分别绘制在一系列透明纸上，每个因子为一个图层，将其分层叠加在底图上。可见，至少在20世纪50年代，景观设计师已经普遍地将地图分层叠加方法用于规划和展示了。
到了20世纪60年代，地图分层叠加技术便在北美用于大规模的景观资源调查和规划。如1962年，Phil Lewis在威斯康辛州休闲资源的调查中，根据资源分布的空间格局，分层评价水、湿地、植被和重要地貌等单一景观元素，然后用叠加技术综合筛选出环境走廊。同年，Christopher Alexander和Marvin Mannheim在应用叠加技术进行高速公路选线时，首次明确提出在因子层的叠加综合时，必须考虑因子的权重和叠加的次序，从而提出叠加程序树的概念（Steinitz，等1976）。
到了McHarg，手工的、基于透明纸的地图分层叠加技术可谓被应用到了极至。在其《设计遵从自然》一书中，他介绍了制图的过程。首先将景观的单一因子逐一制图，用灰白两色区别其对某种土地利用方式的适宜性或有害性，然后将这些单因子评价图层叠加，再通过感光摄影技术得到综合的土地适宜性分布图，根据灰度来区别不同程度的适宜性。从1912年曼宁开始应用，到McHarg的完善，在近半个世纪的里程中，地图分层叠加技术从产生到发展和完善，一直是生态规划思想和方法的发展和完善过程的一个有机组成部分。首先是规划师的系统景观思想要求对土地上多种复杂的因素进行分析和综合的需要，然后是测量和数据收集方法的规范化，最后是计算机的发明和普及，都推动了地图分层叠加技术的发展。
4.3.2 GIS技术发展与景观生态规划
1993年夏，McHarg在哈佛大学开设了一个生态规划课程，以美国东海岸的Acadia国家公园规划为例，将其“千层饼”模式用GIS来完成。在最终的汇报会上展示了大量的分析和规划成果，充分显示了“千层饼”模式的系统性和完整性。这次课程虽然也暴露了其在方法论上的缺陷和对水平生态过程分析方面的缺乏，却显示了GIS的强大功能。当时McHarg就曾感慨他当年那复杂的系统分析过程今天竟可以如此方便地通过GIS来完成。而从近年来在哈佛大学设计学院的Steinitz教授领导下的一系列景观和区域规划案例研究中所显示的GIS功能，已远非简单的土地分类和地图叠加。空间分析、多解方案的预景（Scenario）模拟等技术将景观规划，特别是基于景观生态学研究的规划大大推进了一步。这些富有影响的案例包括：宾州Monrou县的多解规划，加州Camp Pendelton的生态规划等（Steinitz，2003）。
哈佛大学作为景观设计学的摇篮，麻省理工学院作为计算机的发祥地，当它们结合在一起的时候，奇迹便发生了，那就是地理信息系统和空间分析技术的发展及其与景观规划的结合。从此，景观规划在方法和手段的发展上获得了另一个飞跃，它将极大地改变景观数据的获取、存储方式和利用方式，并将使规划过程的效率大大提高，在景观和生态规划史上可以被认为是一场革命。
这场革命始于20世纪60年代中期。1965年，哈佛大学设计学院获得福特基金的赞助，与麻省理工学院联合成立计算机图象实验室（Laboratory for Computer Graphics），由Howard Fisher主持，汇聚一批富于创新和智慧的年轻人，并在很短时间内研制出数字计算机地图绘制方法和技术（Steinitz，1993）。实验室的研究基本上分为两个部分，第一部分主要是计算机图像研究，尤其是在Fisher的SYMAP软件基础上进行计算机数字地图的研究，使其成为当时国际上最广泛使用的软件。而就在Fisher刚刚完成SYMAP最初的编写，准备从芝加哥大学调往哈佛工作时，当时还在麻省理工学院跟随城市设计之父凯文·林奇攻读博士学位并正在完成博士论文的Carl Steinitz敏锐地意识到这一十分初步的计算机地图程序的深刻含义，当即请求在其城市社会行为和城市印象的认知研究中进行应用，这也是对林奇关于城市印象研究的深入，也是目前所知最早应用计算机进行地图绘制的案例之一（Steinitz，1993）。
实验室的第二项工作是对与区域规划、景观设计和建筑设计相关的空间分析方法进行基础研究，重点进行计算机在分析、设计、模拟和评价诸方面的应用前景。除此以外，实验室在William Warntz的领导下开展理论地理学的研究，并在表面理论、社会经济的宏观地理显现和中心地理论有许多非常有价值的成果（Warntz，1966，1967）。在将近30年后，这些关于表面的研究为后来在景观安全格局的判别方面的研究提供了理论基础（Yu，1995，1996;俞孔坚，1998）。
1966年，Steinitz在哈佛大学设计学院开设了一门区域尺度的规划课程，并应用SYMAP在得拉维尔、马里兰和佛及尼亚半岛（DELMARVA）开展景观规划研究。这被认为是大规模应用地理信息系统技术进行景观规划的第一个实例（Steinitz，1993）。即使在这一个GIS应用的最初步尝试中，已经包含了许多复杂的分析工作，包括引力模型、地图叠加分析、加权评价，以分析土地单元对植被或农业种植的适宜性，等等。这一最早的GIS与景观规划的结合课程对哈佛乃至世界的GIS发展具有关键的作用。此后，1967年，Steinitz的研究组，包括Peter Rogers，Doug Way和Richard Toth开展了一系列基于GIS的评价和规划工作。在New Hampshire的一项规划研究中，他们利用GIS进行多个评价模型的测试，最后获得多个关于洪水控制和一个公园建设的方案，进而应用GIS通过线性编程算法（Linear.programming algorithm）来求得优化方案。这个研究显示了GIS在多解规划（alternatives for the future）中的应用潜力，对以后多解规划实践产生了深远的影响，特别对在60年代末和70年代初的有关城市化进程的研究中有很大影响。在1966至1968年间，计算图像实验室通过对本校和社会提供技术服务和举办各种研讨会，将最新研究成果介绍给社会，对GIS技术的推广起到了非常重要的作用。从此期间直到80年代中期，实验室研究出了一系列的GIS和计算机图像处理软件，包括SYMAP、CALFORM、SYMVU、POLYVRT、ODYSSEY、IMGRID、MacGIS等。在研究和教学过程中培养了一批GIS研究的先驱和当代GIS及图像处理行业的重要人物，他们当中包括Intergraph的David Sinton，ESRI和ARC/INFO的创办人Jack Dangermond，ERDAS的创办人Lawrie Jordan和Bruce Rado等。 根据Steinitz（1993）的五阶段说，我们不妨将从20世纪60年代中期至今，从GIS发展和其在规划中，特别是景观的生态规划中的应用的发展划分为六个阶段。
第一个阶段，20世纪60年代中期，应用计算机和计算机图像处理方法来处理我们已经知道并可以用非计算机方法进行的简单工作，如景观分类，生态因子筛选或地图叠加，所有这些都可以用手工方法来完成。空间分析和统计分析工作很难完成。 第二阶段，60年代末到70年代初，开始注重更为复杂的GIS分析，包括将统计分析与地图绘制相结合，引入更为复杂的空间分析技术和不限于两维图像的更丰富的表现方法。
第三个阶段，70年代中期，GIS与其他学科和专业开始相互作用，认识到信息在影响决策的意义，开始转而强调规划的作用在于组织和利用信息为决策服务，而不是决策本身。这也意味着对当时景观规划方法论的一种自我批判，也是对McHarg的自然决定论规划思想的反思。
第四个阶段，70年代末到80年代中，微型计算机引入GIS，发展了更加友好的人机界面出现，操作命令英语化，更方便的数据获得及丰富多样的分析功能。计算机的使用已不再是一件特殊的技能。
第五个阶段，80年代中到90年代中，GIS成为成功地进行景观规划的必须，计算机成为规划师的合作伙伴。这不但因为计算机的速度和功能在不断增加，数据的数字化日益普遍，还因为在规划的高效性方面和存储及成果的展示的方便性，都日益使GIS和计算机成为景观规划工作的必须。
第六个阶段，90年代末到可预计的未来，网络技术与GIS结合，特别是宽带网将以每年300%的速度增长，数据的可获得性和数字化程度的提高，GIS本身的分析功能将更加强大和复杂化，同时，使用界面将更加简单、友好，GIS的利用社会化，GIS对规划的辅助作用和分析及解决问题的功能使其成为真正方便的工具，从而使掌握它的人比没有掌握这一工具的人处于更大的优势地位（Tomlinson，2003）。
如果将景观生态规划过程分解为:分析和诊断问题，未来预测，解决问题三个方面的话，那么，与传统非计算机和非GIS技术相比，GIS尤其在分析和诊断问题方面具有很大的优势，主要反映在其可视化功能，数据管理和空间分析三个方面。在寻求解决问题的途径方面也有很大的潜力。相对来讲，GIS在未来预测方面的贡献不明显（Fotheringham,1993;Webster,1993,1994）。
5.结语
从19世纪末开始，景观规划的生态途径源于对景观作为自然系统的认识，这种认识出于两个方面的需要，其一是因为建立大都市开放空间和对自然系统保护的需要，其二是出于对景观本身的研究和认识的需要。在此基础上，景观生态规划的发展则有赖于对景观作为生态系统的更加深入的科学研究，并使之建立在更科学的数据库和分析方法基础上。沿着这条途径，在理论与方法上，从朴素的和自觉的自然系统与人类活动关系的认识，并基于此而发展的区域和城市绿地系统和自然资源保护规划，到以时间为纽带的垂直生态过程的叠加分析，和基于生物生态学原理的生态规划，强调人类活动对自然系统的适应性原理，进一步发展到基于现代景观生态学的景观生态规划，从而强调水平过程与格局的关系和景观的可持续规划。同时，在规划的技术方面，随着各门具体自然地理科学及环境科学的不断发展，逐渐发展和完善了了从手工的地图分层叠加技术，到GIS和空间分析技术的应用。在近一个世纪的发展历程中，在社会需求、科学探索和技术发展三种力量的推动下，景观生态规划逐渐走向成熟，并在未来可持续人地关系的建立方面，发挥独特而关键性的作用。而无论从方法论上，从将生态学引入景观规划的努力中，还是在技术发展方面，McHarg都在关键时刻起到了承前启后的作用，成为生态规划理论与方法的巨人。从景观规划的发展历程来看，McHarg之后的景观生态规划，抑或多解规划也决非无本之木。他所留下的遗产尤其值得当今中国的景观设计学科的借鉴。
运用这一基本语言，景观生态学探讨地球表面的景观是怎样由斑块、廊道和基质所构成的，如何来定量、定性地描述这些基本景观元素的形状、大小、数目和空间关系，以及这些空间属性对景观中的运动和生态流有什么影响。如方形斑块和圆形斑块分别对物种多样性和物种构成有什么不同影响，大斑块和小斑块各有什么生态学利弊。弯曲的、直线的、连续的或是间断的廊道对物种运动和物质流动有什么不同影响。不同的基质纹理（细密或粗散）对动物的运动和空间扩散的干扰有什么影响等等。围绕这一系列问题的观察和分析，景观生态学得出了一些关于景观结构与功能关系的一般性原理，为景观规划和改变提供了依据。
4.2.2 景观生态规划的一些基本原理
尽管景观生态学的基本原理在很大程度上是通过对生物运动的观察得出的，但它们具有关于运动和流动等景观格局关系的一般性意义，也适用于各种类型的景观。在景观生态规划，这些基本原理体现在对景观元素空间属性及由景观元素所构成的空间格局的设计上，（详见俞孔坚，李迪华，1998）它们包括：
（1）关于斑块的原理，即关于斑块尺度、斑块数目原理，斑块形状和关于斑块位置与景观生态过程的关系原理;
（2）关于廊道的原理，即关于廊道的连续性、廊道的数目、廊道构成、廊道宽度与景观过程的关系原理;
（3）关于景观基质的基本原理，即关于景观的异质性、质地的粗细与景观阻力和生态过程的关系原理;
（4）景观生态规划总体格局原理，包括不可替代格局，“集聚间有离析”（aggregate.with.outliers）的最优的景观格局等等。
4.2.3 景观生态学的度量体系与景观生态规划
除了上述运用景观生态概念和原理在近年景观规划中产生了重要影响外，景观生态学的度量体系也将为景观生态规划向着更科学和定量化的方向发展有重要的意义。景观生态度量体系被认为是将生态知识应用于规划的有效工具（Leit o and Ahern，2002）。特别是景观生态学的形式语言和景观规划语言是可以相通的。
对景观生态来说，景观结构由两个基本要素组成:（a）成分（component）和（b）建构（configuration）。成分不包含空间关系信息，而是由数目、面积、比例、丰富度、优势度、（Turner，1991;Riltters，O'Neill，et al，1995）和多样性指标如Shannon和Simpson指数（Gustafson，1998）等来衡量。而景观构建则是表现景观地物类型空间特征的，即与斑块的几何特征和空间分布特征相联系的，如尺度和形状、适应度、毗邻度等。连续性是景观生态学的一个重要的结构（也是功能）的衡量指标，它尤其在生态网络概念上非常有意义，而网络的连续性可以根据图论的原理来进行衡量（Forman and Godron，1996，p417～419;Forman，1995，p274）。
景观生态学对景观有上百种度量方法，但许多度量方法都是相关联的。以下是几种核心度量，它们被认为可以应用在景观生态规划中（Leit o and Ahern，2002）：
（1）景观成分度量:斑块的多度（PR）和类型面积比例（CAP）;斑块数目（PN）和密度（PD）;斑块尺度（MPS）;
（2）景观构建度量:斑块形状，即边长面积比（SHAPE）;边缘对比（TECL）;斑块紧密性（RGYR）和相关长度I;最近毗邻距离（MNN）;平均毗邻度（MPI）;接触度（CONTAG）。
这些生态度量对景观规划及管理和决策具有重要意义，但就目前来说，在景观生态学的定量分析基础上的景观规划还远没有成熟，从这个意义上来说，景观生态规划还刚刚开始，任重而道远。
4.2.4 景观安全格局途径
大地景观是多个生态系统的综合体，景观生态规划以大地综合体之间的各种过程和综合体之间的空间关系为研究对象，解决如何通过综合体格局的设计，明智地协调人类活动，有效地保障各种过程的健康与安全。
景观生态学的发展为景观生态规划提供了新的理论依据，景观生态学把水平生态过程与景观的空间格局作为研究对象，同时，以决策为中心的和规划的可辩护性思想又向生态规划理论提出了更高的要求（Faludi，1987;Steinitz，1990）。
基于以上诸方面的认识，俞孔坚于1995年提出了景观生态规划的生态安全格局（Security Patterns）方法（Yu，1995，1996;俞孔坚，1998，1999）。该方法把景观过程（包括城市的扩张，物种的空间运动，水和风的流动，灾害过程的扩散等）作为通过克服空间阻力来实现景观控制和覆盖的过程。要有效地实现控制和覆盖，必须占领具有战略意义的关键性的空间位置和联系。这种战略位置和联系所形成的格局就是景观生态安全格局，他们对维护和控制生态过程具有异常重要的意义。要根据景观过程之动态和趋势，判别和设计生态安全格局。不同安全水平上的安全格局为城乡建设决策者的景观改变提供了辩护战略。因此，景观生态安全格局理论不但同时考虑到水平生态过程和垂直生态过程，而且满足了规划的可辩护要求。
景观安全格局理论尤其在把景观规划作为一个可操作、可辩护的而非自然决定论的过程，和在处理水平过程诸方面显示其意义。它克服了I.McHarg的“设计适应自然”模式中的两个致命的弱点：1）不能有效地处理景观的水平过程，如城市的空间扩张，物种的水平空间运动；2）把规划当作一个自然决定论的过程，而无法将决策过程中人的行为考虑进去。如在传统的生物保护规划中，生物往往被保护在一个划定的保护区内。事实上即使是世界上最大的保护区也很难维持保护对象的长久延续（Soule，1991;Erwin，1991）。而景观安全格局理论则认为生物对整体景观都具有利用和控制的潜能，而景观中存在着某些潜在的格局，它们对生物的运动和维持过程有关键的影响，如果生物能占据这些格局并形成势力圈，生物便能最有效地利用景观，使景观具有功能上的整体性和连续性，最有效地维护生物和生态过程。因此，识别、设计和保护景观生态安全格局是现代生物保护的重要战略。
景观安全格局理论把博弈论的防御战略，城市科学中的门槛值，生态与环境科学中的承载力，生态经济学中的安全最低标准等数值概念体现在空间格局之中，从而进一步用图形和几何的语言或理论地理学的空间分析模型来研究景观过程的安全和持续问题，并与景观规划语言相统一。各个层次的安全格局则是土地利用辨护的战略防线和景观空间“交易”的依据。 在此理论基础上，提出了景观安全格局识别方法和模型，包括将水平过程，如火灾的蔓延、城市的扩张、物种的空间运动表达为三维潜在表面（Potential Surface）。潜在表面反应过程在景观中所遇到的阻力或控制景观的潜在可能性。结合理论地理学的表面分析模型，特别是Warntz的点、线、面分析模型（Warntz，1966，1967）根据潜在表面的空间特征如峰，谷，鞍，坡等，再应用地理信息系统和图像处理技术识别安全格局。
多层次的景观安全格局，有助于更有效地谐调不同性质的土地利用之间的关系，并为不同土地的开发利用之间的空间“交易”提供依据。某些生态过程的景观安全格局也可作为控制突发性灾害，如洪水，火灾等的战略性空间格局。景观安全格局理论与方法为解决如何在有限的国土面积上，以最经济和高效的景观格局，维护生态过程的健康与安全，控制灾害性过程，实现人居环境的可持续性等提供了一个的新思维模式。对在土地有限的条件下实现良好的土地利用格局、安全和健康的人居环境，特别是恢复和重建中国大地上的城乡景观生态系统，或有效地阻止生态环境的恶化有潜在的理论和实践意义。近年来，在北京大学景观规划设计中心的多个研究项目中都对景观安全格局理论和方法进行了多方面的探讨（俞孔坚，1998，1999;Yu，2003）。
4.3 生态规划技术的发展:从手工地图叠加和“千层饼”到地理信息系统与空间分析技术
作为系统景观思想的产物，用千层饼叠加技术进行土地分类和适宜性分析的方法并不是McHarg的发明。Steinitz系统地研究了地图的分层和叠加技术在西方景观规划发展过程中的历史。在进入20世纪以后，曾经与Eliot同时在Olmsted事务所工作的Warren Manning（曼宁）（1860～1938）继承和发展了Olmsted特别是Eliot的景观系统思想，而成为景观分析研究和实践的领头人，他是有文字可循的最早使用地图叠加技术进行景观规划的景观设计师（Steinitz等，1976;Zube，1986）。早在1909年，曼宁就提出要进行美国马省全州范围内的景观资源普查。当时政府拥有的大量关于土壤、地表水资源状况、森林覆盖以及地界都需要系统地制图和整理。他指出，不仅在全州范围内，还应该在整个新英格兰地区进行景观资源的系统普查和分析，以便得出在什么地方可以用什么方式利用这些资源。在此基础上，曼宁通过景观设计事务所的实际规划项目，向人们展示如何通过资源的系统分析来得出更好的规划和设计。1912年，他在给波士顿附近的Billerica做规划时，用一系列的地图来显示道路和人文属性、地形、细分地界、土壤、森林覆盖，以及现有的和未来的保护地。所有地图都同比例，最后，他用地图叠加技术来分析这些数据，并用我们现在常用的叠加方法将设计方案呈示给当局，这被认为是有文献记载的最早使用手工地图叠加技术的一例（Steinitz等，1976）。
曼宁也是区域规划的积极倡导者和的贡献者（见Birnbaum and Karson，2003）。在国家公园署基金的支持下，他的事务所完成了大量的区域数据的制图工作，基于这些数据他于1919年绘制了“国土规划”（National Planning）。在这份长达927页的规划文件中，他把各种资源———气候、森林、动物、水系、矿产、铁路、公路系统等等信息综合起来，很显然也是利用了地图叠加的技术，为国土的开发利用和保护提出规划和建议。曼宁以自然资源和自然系统为基础的土地分类思想以及用叠加技术来制定资源保护和利用的方法直接对40、50年之后的McHarg（1969）和Phil Lewis（1964）为代表的生态规划思想和“千层饼”模式产生重要影响。但与这些先驱生态规划工作相比，McHarg等后来生态规划师的重要进步在于引入了多学科的工作途径，并发展了将相关学科的贡献进行综合的技术，同时对不同景观资源进行评价，通过将单一资源进行制图，引入叠加技术并评价资源的价值，从而判别景观的生态关系和有价值的景观区域。
在曼宁同时代或稍后的城市及区域规划中，规划师们也用同样的地图叠加技术来反映城市的发展历史、土地利用及区域交通关系网以及经济、人口数据。如1912年在德国城市Dusseldorf的一次城市设计竞赛方案中，设计者用五张同比例地图来表达城市从1874年到1912年的发展历程;1922年，Patrick Abercrombie和Thomas Johnson在英国Doncaster的区域规划中也采用同样的方法来进行城市交通和可达性分析;1923年，地图叠加技术被用于纽约的人口与经济分析;1929年，在纽约的区域规划和环境制图中，所有重要景观元素如公园系统被分层制图，它们与地形图有相同的比例，以便比较和说明。1943年，在伦敦战后重建过程中，同样的技术被用来分析城市公共空间的分布现状，并根据数据制定绿地的富裕与贫乏分布状况图，在此基础上制定绿地与开放空间规划图。当然在这些工作中都没有明确提出地图叠加方法，但它们都通过自然元素的分层叠加，经过滤或筛选，最终可以确定某一地段土地的适宜性，或对某种人类活动的危险性（见Steinitz等1976）。
直到1950年，在英国出版的《城乡规划教材》“为规划的调查”一章中，作者Jacqueline Tyrwhitt才首次将地图叠加技术进行了系统的介绍，指出这一技术的核心特征是所有地图都基于同样的比例，并都含有一些同样的地形或地物信息作为参照系，并且，为了使用方便，所有地图都应在透明纸上制作。在其中的一个例子的说明中，将四张分别反映地势、岩石类型、水文和土壤排水性的数据地图进行叠加而综合成土地特性分布地图。同样，在本书中认识到二维地图在表达三维景观的动态且丰富的信息时的局限性，作者Jack Whittle明确指出，通常有两种途径可以避免在同一地图和同一时间表现的困难，其一是在几种不同的基础图上综合地表现有限的信息，这是一种最常用的方法;而另一种途径是用一张共同的基础地图，而将其他调查所得数据都分别绘制在一系列透明纸上，每个因子为一个图层，将其分层叠加在底图上。可见，至少在20世纪50年代，景观设计师已经普遍地将地图分层叠加方法用于规划和展示了。
到了20世纪60年代，地图分层叠加技术便在北美用于大规模的景观资源调查和规划。如1962年，Phil Lewis在威斯康辛州休闲资源的调查中，根据资源分布的空间格局，分层评价水、湿地、植被和重要地貌等单一景观元素，然后用叠加技术综合筛选出环境走廊。同年，Christopher Alexander和Marvin Mannheim在应用叠加技术进行高速公路选线时，首次明确提出在因子层的叠加综合时，必须考虑因子的权重和叠加的次序，从而提出叠加程序树的概念（Steinitz，等1976）。
到了McHarg，手工的、基于透明纸的地图分层叠加技术可谓被应用到了极至。在其《设计遵从自然》一书中，他介绍了制图的过程。首先将景观的单一因子逐一制图，用灰白两色区别其对某种土地利用方式的适宜性或有害性，然后将这些单因子评价图层叠加，再通过感光摄影技术得到综合的土地适宜性分布图，根据灰度来区别不同程度的适宜性。从1912年曼宁开始应用，到McHarg的完善，在近半个世纪的里程中，地图分层叠加技术从产生到发展和完善，一直是生态规划思想和方法的发展和完善过程的一个有机组成部分。首先是规划师的系统景观思想要求对土地上多种复杂的因素进行分析和综合的需要，然后是测量和数据收集方法的规范化，最后是计算机的发明和普及，都推动了地图分层叠加技术的发展。
4.3.2 GIS技术发展与景观生态规划
1993年夏，McHarg在哈佛大学开设了一个生态规划课程，以美国东海岸的Acadia国家公园规划为例，将其“千层饼”模式用GIS来完成。在最终的汇报会上展示了大量的分析和规划成果，充分显示了“千层饼”模式的系统性和完整性。这次课程虽然也暴露了其在方法论上的缺陷和对水平生态过程分析方面的缺乏，却显示了GIS的强大功能。当时McHarg就曾感慨他当年那复杂的系统分析过程今天竟可以如此方便地通过GIS来完成。而从近年来在哈佛大学设计学院的Steinitz教授领导下的一系列景观和区域规划案例研究中所显示的GIS功能，已远非简单的土地分类和地图叠加。空间分析、多解方案的预景（Scenario）模拟等技术将景观规划，特别是基于景观生态学研究的规划大大推进了一步。这些富有影响的案例包括：宾州Monrou县的多解规划，加州Camp Pendelton的生态规划等（Steinitz，2003）。
哈佛大学作为景观设计学的摇篮，麻省理工学院作为计算机的发祥地，当它们结合在一起的时候，奇迹便发生了，那就是地理信息系统和空间分析技术的发展及其与景观规划的结合。从此，景观规划在方法和手段的发展上获得了另一个飞跃，它将极大地改变景观数据的获取、存储方式和利用方式，并将使规划过程的效率大大提高，在景观和生态规划史上可以被认为是一场革命。
这场革命始于20世纪60年代中期。1965年，哈佛大学设计学院获得福特基金的赞助，与麻省理工学院联合成立计算机图象实验室（Laboratory for Computer Graphics），由Howard Fisher主持，汇聚一批富于创新和智慧的年轻人，并在很短时间内研制出数字计算机地图绘制方法和技术（Steinitz，1993）。实验室的研究基本上分为两个部分，第一部分主要是计算机图像研究，尤其是在Fisher的SYMAP软件基础上进行计算机数字地图的研究，使其成为当时国际上最广泛使用的软件。而就在Fisher刚刚完成SYMAP最初的编写，准备从芝加哥大学调往哈佛工作时，当时还在麻省理工学院跟随城市设计之父凯文·林奇攻读博士学位并正在完成博士论文的Carl Steinitz敏锐地意识到这一十分初步的计算机地图程序的深刻含义，当即请求在其城市社会行为和城市印象的认知研究中进行应用，这也是对林奇关于城市印象研究的深入，也是目前所知最早应用计算机进行地图绘制的案例之一（Steinitz，1993）。
实验室的第二项工作是对与区域规划、景观设计和建筑设计相关的空间分析方法进行基础研究，重点进行计算机在分析、设计、模拟和评价诸方面的应用前景。除此以外，实验室在William Warntz的领导下开展理论地理学的研究，并在表面理论、社会经济的宏观地理显现和中心地理论有许多非常有价值的成果（Warntz，1966，1967）。在将近30年后，这些关于表面的研究为后来在景观安全格局的判别方面的研究提供了理论基础（Yu，1995，1996;俞孔坚，1998）。
1966年，Steinitz在哈佛大学设计学院开设了一门区域尺度的规划课程，并应用SYMAP在得拉维尔、马里兰和佛及尼亚半岛（DELMARVA）开展景观规划研究。这被认为是大规模应用地理信息系统技术进行景观规划的第一个实例（Steinitz，1993）。即使在这一个GIS应用的最初步尝试中，已经包含了许多复杂的分析工作，包括引力模型、地图叠加分析、加权评价，以分析土地单元对植被或农业种植的适宜性，等等。这一最早的GIS与景观规划的结合课程对哈佛乃至世界的GIS发展具有关键的作用。此后，1967年，Steinitz的研究组，包括Peter Rogers，Doug Way和Richard Toth开展了一系列基于GIS的评价和规划工作。在New Hampshire的一项规划研究中，他们利用GIS进行多个评价模型的测试，最后获得多个关于洪水控制和一个公园建设的方案，进而应用GIS通过线性编程算法（Linear.programming algorithm）来求得优化方案。这个研究显示了GIS在多解规划（alternatives for the future）中的应用潜力，对以后多解规划实践产生了深远的影响，特别对在60年代末和70年代初的有关城市化进程的研究中有很大影响。在1966至1968年间，计算图像实验室通过对本校和社会提供技术服务和举办各种研讨会，将最新研究成果介绍给社会，对GIS技术的推广起到了非常重要的作用。从此期间直到80年代中期，实验室研究出了一系列的GIS和计算机图像处理软件，包括SYMAP、CALFORM、SYMVU、POLYVRT、ODYSSEY、IMGRID、MacGIS等。在研究和教学过程中培养了一批GIS研究的先驱和当代GIS及图像处理行业的重要人物，他们当中包括Intergraph的David Sinton，ESRI和ARC/INFO的创办人Jack Dangermond，ERDAS的创办人Lawrie Jordan和Bruce Rado等。 根据Steinitz（1993）的五阶段说，我们不妨将从20世纪60年代中期至今，从GIS发展和其在规划中，特别是景观的生态规划中的应用的发展划分为六个阶段。
第一个阶段，20世纪60年代中期，应用计算机和计算机图像处理方法来处理我们已经知道并可以用非计算机方法进行的简单工作，如景观分类，生态因子筛选或地图叠加，所有这些都可以用手工方法来完成。空间分析和统计分析工作很难完成。 第二阶段，60年代末到70年代初，开始注重更为复杂的GIS分析，包括将统计分析与地图绘制相结合，引入更为复杂的空间分析技术和不限于两维图像的更丰富的表现方法。
第三个阶段，70年代中期，GIS与其他学科和专业开始相互作用，认识到信息在影响决策的意义，开始转而强调规划的作用在于组织和利用信息为决策服务，而不是决策本身。这也意味着对当时景观规划方法论的一种自我批判，也是对McHarg的自然决定论规划思想的反思。
第四个阶段，70年代末到80年代中，微型计算机引入GIS，发展了更加友好的人机界面出现，操作命令英语化，更方便的数据获得及丰富多样的分析功能。计算机的使用已不再是一件特殊的技能。
第五个阶段，80年代中到90年代中，GIS成为成功地进行景观规划的必须，计算机成为规划师的合作伙伴。这不但因为计算机的速度和功能在不断增加，数据的数字化日益普遍，还因为在规划的高效性方面和存储及成果的展示的方便性，都日益使GIS和计算机成为景观规划工作的必须。
第六个阶段，90年代末到可预计的未来，网络技术与GIS结合，特别是宽带网将以每年300%的速度增长，数据的可获得性和数字化程度的提高，GIS本身的分析功能将更加强大和复杂化，同时，使用界面将更加简单、友好，GIS的利用社会化，GIS对规划的辅助作用和分析及解决问题的功能使其成为真正方便的工具，从而使掌握它的人比没有掌握这一工具的人处于更大的优势地位（Tomlinson，2003）。
如果将景观生态规划过程分解为:分析和诊断问题，未来预测，解决问题三个方面的话，那么，与传统非计算机和非GIS技术相比，GIS尤其在分析和诊断问题方面具有很大的优势，主要反映在其可视化功能，数据管理和空间分析三个方面。在寻求解决问题的途径方面也有很大的潜力。相对来讲，GIS在未来预测方面的贡献不明显（Fotheringham,1993;Webster,1993,1994）。
5.结语
从19世纪末开始，景观规划的生态途径源于对景观作为自然系统的认识，这种认识出于两个方面的需要，其一是因为建立大都市开放空间和对自然系统保护的需要，其二是出于对景观本身的研究和认识的需要。在此基础上，景观生态规划的发展则有赖于对景观作为生态系统的更加深入的科学研究，并使之建立在更科学的数据库和分析方法基础上。沿着这条途径，在理论与方法上，从朴素的和自觉的自然系统与人类活动关系的认识，并基于此而发展的区域和城市绿地系统和自然资源保护规划，到以时间为纽带的垂直生态过程的叠加分析，和基于生物生态学原理的生态规划，强调人类活动对自然系统的适应性原理，进一步发展到基于现代景观生态学的景观生态规划，从而强调水平过程与格局的关系和景观的可持续规划。同时，在规划的技术方面，随着各门具体自然地理科学及环境科学的不断发展，逐渐发展和完善了了从手工的地图分层叠加技术，到GIS和空间分析技术的应用。在近一个世纪的发展历程中，在社会需求、科学探索和技术发展三种力量的推动下，景观生态规划逐渐走向成熟，并在未来可持续人地关系的建立方面，发挥独特而关键性的作用。而无论从方法论上，从将生态学引入景观规划的努力中，还是在技术发展方面，McHarg都在关键时刻起到了承前启后的作用，成为生态规划理论与方法的巨人。从景观规划的发展历程来看，McHarg之后的景观生态规划，抑或多解规划也决非无本之木。他所留下的遗产尤其值得当今中国的景观设计学科的借鉴。
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