目前北美和北欧国家对景观生态规划、保护、恢复、管理和森林可持续经营决策的主要技术体系为: 1)利用景观生态规划技术综合考虑潜在植被斑块镶嵌格局、现实土地利用格局、景观的异质性、主要生物在景观中的分布和迁徙规律、斑块保护价值、经营利用的可能性和恢复的难易程度等，在考虑公众意见的基础上做出景观生态规划; 2)利用植被动态模拟技术(vegetation disturbance dynamics tool，简称VDDT)模拟出潜在的植被类型; 3)利用景观情景分析探索技术(tool for exploratory landscape scenario analyses，简称TELSA)模拟植被的动态变化过程。我国在景观生态规划、保护、恢复、管理和森林可持续经营决策的技术上与北美和北欧国家仍有较大差距，及时引进、吸收国外先进技术是非常必要的。

森林景观动态模拟是制定森林景观保护与经营管理措施的重要依据(白降丽等，2004)。景观情景分析探索技术(TELSA)是北美地区在森林植被恢复与管理过程中正在应用的一种技术体系。它是在美国农业部林务局和加拿大不列颠哥伦比亚省林业厅支持下研发的系统，由位于加拿大温哥华的ESSA技术公司负责开发、维护和提供技术支持。景观情景分析探索技术(TELSA)是以植被动态模拟技术为基础延伸开发而来的，是一种空间显式模型，是对VDDT空间分析功能的扩展和延伸，更加突出空间格局和生态学过程之间的相互作用:将景观视为由大小、形状和属性不同的斑块组成的动态镶嵌体，结合GIS技术，反应出景观空间格局和生态学过程之间的相互作用及相互关系。

植被动态模拟技术(VDDT)是一种非空间的景观尺度上的植被动态模拟工具，可单独使用。该技术建立在对一定景观特征、植被类型、覆盖状况及林分结构目标调整的基础上，模拟出潜在植被类型，这种潜在植被类型是在模拟条件下的稳定类型。依据时间的变化、干扰(人为的、自然的)的增加、林分年龄的增长等，也可以模拟出从一种景观类型以某种途径变化为另一种稳定的景观类型。其模拟结果输出只有表格和统计图等，并不反映空间信息。

本研究利用从北美引进的景观情景分析探索技术对阿尔泰山小克兰林区景观变化进行无干扰和5种经营管理情景模拟，并分析影响景观变化的因子。

阿尔泰山天然林(85° 31′—91° 01′ E，45° 59′-49°10′N)总面积224. 6万hm²，占新疆天然林总面积的47. 3%。区内气候垂直梯度变化明显，冬季长夏季短而春秋季季节特征不明显。研究区为阿尔泰山国有林管理局所辖的小克兰林区，距阿勒泰市区以北约10 km。年均气温-4~-2 ℃，夏季多雨，冬季积雪，年降水较丰富，且降水量随海拔的升高而递增，从北向南、从西向东逐渐减少。小克兰林区山地植被随地貌和海拔变化，呈明显的带状更替现象。山地森林主要分布在海拔1 300~2 600 m，阴坡林分郁闭度明显高于阳坡。该林区的针叶树种主要为新疆落叶松(Larix sibirica)，还有少量新疆云杉(Picea obovata)和新疆冷杉(Abies sibirica)，落叶阔叶树种主要有欧洲山杨(Populus tremula)、疣枝桦(Betula pendula)和苦杨(Populus laurifolia)等。灌丛物种丰富，主要为刺柏属(Juniperus)、圆柏属(Sabina)、蔷薇属(Rosa)、枸子属(Cotoneaster)、忍冬属(Lonicera)、小檗属(Berberis)和绣线菊属(Spiraea)植物(臧润国等，2010)。

收集研究区1988年森林资源二类调查数据及研究区1:50 000林相图。借助R2V软件，将扫描后的林相图进行分层矢量化，通过矢量化检查后，在Arcgis中进行坐标系及投影转换; 录入森林资源二类调查小班调查卡片信息，质量检查后，通过统一空间数据和属性数据的公共字段，进行图形及属性信息结合。形成一套完整、无缝连接、具有空间坐标信息并以小班为单位的小克兰林区森林资源空间数据库。根据此数据库可以建立相应的植被类型覆盖图。

用TELSA对景观进行模拟时，首先在VDDT中定义演替趋势和干扰强度等生态学过程，生成反映景观变化趋势的演替路径图(transition pathway diagram，TPD)。然后在TELSA中用专题图准备工具对已准备好的植被覆盖图、林相图进行预处理，导入演替路径图。用数据库编辑工具导入初始信息、设置演替状态、选取干扰类型、设定不同模拟情景等; 用模型模拟工具，以批处理的方式从中央数据库中读写信息，执行已设置好的各种情景，模拟自然干扰、人为干扰和管理措施下的植被演替。由于一些自然干扰(如森林火灾、病虫害等)对植被动态变化影响的不确定性，通过模型模拟工具可对每一种设计的情景做多目标随机模拟，并且对特定情景可以估计出当采取某种经营管理措施后，林分生长特征的平均值、范围和变差等(陈东立等，2010)。

2007年对研究区实地调查，对收集的调查资料和文献资料(臧润国等，2010; 康尧社，2009; 杨荒原，2008; 张德军，2009)分析，选取影响小克兰林区森林景观变化的3类模拟因子，即自然干扰因子:火灾、风灾和病虫害; 人为干扰因子:放牧、打草和游憩践踏; 经营管理措施因子:护林防火、枯倒木清理、病虫害防治、人工促进天然更新、人工造林、退牧还林和封山育林。

TPD表示了不同时期林分的组成结构、立地条件、林龄结构和物种组成等的变化。这一模块工具对森林演替、森林经营管理、自然干扰、人为干扰进行不同的假设，并分别赋予不同的特征值，进一步分析、模拟出各类景观情景。利用VDDT软件定义模块，对每一个模拟单元设定植被覆盖类型、年龄范围、演替阶段及模拟单元代码，定义了所有模拟单元后就可以设置模拟单元间的演替方向，最后生成演替路径图(图 1)。图中植被覆盖类型“桦”为疣枝桦林的缩略，“落”为新疆落叶松林的缩略，演替阶段“有成”为有林地成熟林阶段的缩略，“疏成”为疏林地成熟林阶段的缩略，模拟单元代码是一个标识符，以英文字母编写。

图 1 在VDDT中定义生成的演替路径图 Figure 1 Succession pathway diagram defined in VDDT

根据研究区正在实施的天然林保护工程和自然保护区建设工程实际情况，在TELSA中设定以下5种经营管理模拟情景(表 1)。

表 1 5种经营管理模拟情景 Tab.1 Five simulated scenarios of practice and management

表 1 5种经营管理模拟情景 Tab.1 Five simulated scenarios of practice and management

以小克兰林区植被覆盖图及相关数据为基础，利用VDDT建立演替路径图。在TELSA中导入这些准备好的数据，设置为无干扰演替。模拟时间间隔可以任意设定，但在此依据树木生长年龄分级特性设定，由于慢生树种20年为1个龄级，故设定模拟时间间隔为20年。运行模拟工具进行演替模拟。使用VDDT的“图表结果”工具输出研究区域景观变化过程图(由于分析输出的结果很多，在此仅展示一部分结果以说明过程) :不同景观面积比例变化如图 2，有林地不同龄组林分所占面积比例的变化情况如图 3所示。

图 2 各景观面积比例 Figure 2 Area percentage of various landscape types 1:灌木Brush; 2:疣枝桦林Stand of Betula pendula; 3:新疆落叶松林Stand of Larix sibirica; 4:新疆云杉林Stand of Picea obovata; 5:欧洲山杨林Stand of Populus tremula; 6:苦杨和疣枝桦混交林Mixtured stand of Populus laurifolia and Betula pendula; 7:新疆落叶松和欧洲山杨混交林Mixtured stand of Larix sibirica and Populus tremula; 8:新疆落叶松和新疆云杉混交林Mixtured stand of Larix sibirica and Picea obovata; 9:欧洲山杨和新疆落叶松混交林Mixtured stand of Populus tremula and Larix sibirica; 10:新疆云杉和新疆落叶松混交林Mixtured stand of Picea obovata and Larix sibirica; 11:新疆云杉和欧洲山杨混交林Mixtured stand of Picea obovata and Populus tremula; 12:欧洲山杨和新疆云杉混交林Mixtured stand of Populus tremula and Picea obovata; 13:牧草地Pasture; 14:未利用地Unused land; 15:难用地Unable use land; 16:沼泽Swamp; 17:荒山Barren hill.

图 3 不同龄组林分面积比例 Figure 3 Area percentage of stands with various age groups

由图 2和3可见: 1)在模拟的80年内，不发生大的气候变化和地质灾害情况下，牧草地和以荒漠半荒漠地段为主的未利用地仍是该区域的主要景观类型，新疆落叶松林仍是主要的乔木景观类型; 2)在无干扰条件下，灌木林面积逐渐减少，落叶松林面积逐渐增加，牧草地面积稳中有降; 3)由于幼树幼苗生长不受放牧、打草和游憩践踏的影响，随时间推移，幼龄林面积逐渐增加，至第28年趋于稳定; 4)过熟林面积逐年增加。

在TELSA中输入小克兰林区植被覆盖图，导入演替路径图，设定5种经营管理模拟情景，运行TELSA得到不同时间阶段5种经营管理模拟情景下的景观变化模拟结果。这些模拟结果在GIS软件中可以直观展示，如图版Ⅰ所示。

图版Ⅰ   Plate1

第1种模拟情景下，由于林地遭受自然干扰和人为干扰(放牧、打草和游憩践踏)，有林地面积逐步减少，其中有些有林地演替为疏林地，疏林地面积增加，无计划、无节制放牧和打草的牧草地面积逐年下降。第2种模拟情景下，由于林地仅遭受自然干扰，其模拟结果与第1种模拟情景相似，有林地面积逐步减少，疏林地面积增加，但牧草地面积下降速率小于第1种情景。第3种模拟情景下，由于对林地进行病虫害防治、防火和枯倒木清理，林分健康状况得到了改善，消除了火灾的隐患，成过熟林面积也呈增长的趋势。第4种模拟情景下，由于封山育林、人工促进天然更新，去除了放牧、打草和游憩践踏对幼苗幼树生长的不利因素，提高了天然更新率，更新状况较好的林地面积呈显著增加的趋势。第5种模拟情景下，由于对坡度≥25°的过牧地带进行退牧还林，对宜林荒山荒地和灌丛地进行人工造林，造林树种为新疆落叶松，以新疆落叶松纯林和以新疆落叶松为优势树种的混交林的景观类型面积逐渐增加，荒山、灌丛、牧草地面积随之逐年降低。在第30，50和80年落叶松的面积百分比分别占到总面积的16.23%，20.69%和26.30%。

利用TELSA模拟5种经营管理情景下的景观变化，通过统计分析，对影响景观变化的各因子的重要性进行排序:不利因子按重要性百分数排序为放牧打草(36.50%) >火干扰(28.76%) >病虫害(23.68%) >风干扰(6.48%) >游憩践踏(4.58%); 有利因子按重要性百分数排序为封山育林(28.92%) >人工促进天然更新(23.94%) >退牧还林、人工造林(17.81%) >防火(14.04%) >病虫害防治(11.00%) >枯倒木清理(4.29%)。

景观情景分析探索技术在北美及欧洲被广泛应用于生物多样性保护、野生动植物栖息地保护、森林植被恢复与管理等实践活动(陈东立等，2010; Hemstrom et al., 2007; Kurz et al., 2000; Ramos，2010)，具有广阔的应用前景。借鉴这一技术，可以为我国的景观生态规划、森林可持续经营和管理提供有益参考。目前，国内使用这一技术开展的工作还十分少见，用其对管理实践的指导更是缺乏。本研究的目标之一即为探索和验证这一技术在国内的适用性。小克兰林区主要景观组成为荒漠半荒漠、草地和森林，其中荒漠半荒漠所占面积最大，达34.62%，对区域景观起主要的控制作用。以新疆落叶松为优势树种的有林地和疏林地的分布面积占绝对优势，为该区域的主要成林树种。山地植被呈明显的垂直分布特征，其余景观类型散布于区域之中。林区内近熟林、成熟林和过熟林所占比例大，达80.8%，中幼龄林面积仅占19.2%。森林资源的林龄结构不尽合理，天然更新受阻，林分老龄化，后备资源匮乏。林区这种现状是验证使用这一技术进行模拟和指导实践活动的理想场所。

本研究对小克兰林区景观变化进行了无干扰情况和5种经营管理情景下的模拟。景观情景分析探索技术可十分容易地模拟出林区景观类型、面积、林龄组成、更新方式等随时间的变化。模拟结果输出内容丰富、可视化程度较高，十分便于林区管理人员对模拟结果的理解和应用。利于长期的森林经营管理及经营方式的比选。

在新疆维吾尔自治区林区和牧区相互交织，国营林业局只能管理所辖区域的林木，而林下草地、林区镶嵌的草场属于当地牧民使用，没有能力和权利管理。在林内放牧、打草对幼苗幼树的破坏极其严重，这是放牧打草的不利干扰因子权重最大的重要原因。封山育林和人工促进天然更新在经营管理活动中的权重最大，是最有效的2个管理措施。因此加大封山育林和人工促进天然更新力度、加强对幼树幼苗的保护与培育及严格限制放牧区域是改善林分结构、促进天然更新、提高林分质量及增强景观稳定性的重要因素。

TELSA是一个景观情景分析预测模型，能为决策者提供图文并茂的、空间直观的决策依据。在北美和欧洲已被证明是十分有效的管理途径和方法(陈东立等，2010; Ramos，2010)。在我国实践应用中，应考虑森林受到的干扰类型及其严重程度和交互作用等，也应注意到我国的社会经济体系和森林经营制度与国外的差别。在我国应用景观情景分析探索技术还需要大量的实践验证和必要的修正。