全 文 :景观健康概念、特征及其评价 3
曹 宇 3 3 哈斯巴根 宋冬梅 (中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】 景观健康是近年来出现于景观生态学与新兴的生态系统健康学领域的一个新的生态学概念 ,旨
在探讨人类强烈活动干扰下遭受严重污染与退化、甚至会逐渐消失的景观生态系统的健康问题. 本文针对
目前所存在的有关景观健康的基本概念、景观健康的特征与标准进行了详细介绍 ,并就景观健康评价指标
的确立、评价时空尺度与等级以及评价方法分别进行了探讨. 最后 ,还强调了在进行景观健康评价时应运
用比较的、综合的以及发展的观点开展研究.
关键词 景观生态学 生态系统健康 景观健康 景观健康评价
文章编号 1001 - 9332 (2002) 11 - 1511 - 05 中图分类号 Q149 文献标识码 A
A review on the concept , characteristic and assessment of landscape health. CAO Yu , KHASBA GAN , SON G
Dongmei ( Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2002 ,13 (11) :1511~1515.
As a new concept emerging from landscape ecology and ecosystem health , landscape health is the subject dealing
with ecosystem health for landscapes which , under the disturbance of intense activities from human beings , are
seriously polluted and degraded , even facing with the risk of disappearing. The basic concept , characteristics and
criteria of landscape health were introduced in this paper , and indicators , scales and hierarchical structures and
methods for landscape health assessment were also discussed. It was emphasized that comparative , integrative ,
and developmental methods should be applied in landscape health assessment .
Key words Landscape ecology , Ecosystem health , Landscape health , Landscape health assessment .
3 国家自然科学基金资助项目 (90102004) .3 3 通讯联系人.
2001 - 11 - 23 收稿 ,2002 - 02 - 01 接受.
1 引 言
地球上大多数景观是自然过程与人文过程相互作用的
产物 ,具有十分重要的科学、文化和示范价值. 虽然历史上的
景观演变似乎主要都是由自然界本身的力量所致 ,但并不能
将人类活动的影响忽略不计. 随着人口的增加、技术的改进
以及经济的发展 ,均大大地增加了人类活动对生物圈的影响
强度. 强烈的人类活动使得世界各地的景观正遭受着严重的
污染与退化、甚至面临着慢慢消失的危险. 在不适当的人为
干扰下 ,几乎每一能够接近的景观都在一定程度上发生着退
化.这些退化主要表现为景观的生态整体性和生物多样性遭
受破坏、景观结构破碎化、景观功能受损、生态风险增大以及
审美价值降低等 [7 ,10 ,23 ,25 ,32 ] . 景观发生转变的范围从生物生
活环境的物理化学性质的改变 (如气候变化、土壤损失) 到非
人类居住系统的退化 (如森林与渔业资源的过采、生境破坏、
物种灭绝) ,再到人类系统的功能紊乱 (如环境上的不公正) .
这种急剧的、普遍的景观转变显得与生态可持续发展目标相
冲突[26 ] . 因此 ,在景观评价中引入了健康概念 ,不仅对研究
人类与环境间的相互协调关系及实现生态可持续发展具有
重要意义 ,而且可为生物物理过程与社会价值综合研究提供
理论基础.
2 景观健康的基本概念
211 景观与生态系统健康
景观生态学是研究景观的空间结构与形态特征对生物
与人类活动影响的科学 ,是一门新兴的交叉学科. 国际景观
生态学会[13 ]将景观生态学定义为“是对于不同尺度上景观
空间变化的研究 ,它包括导致景观异质性的生物、地理和社
会等因素 ,是一门连接自然科学和相关人类科学的交叉学
科”. 作为景观生态学的研究对象 ,景观的定义可概括为狭义
和广义两种[30 ] :狭义景观是指几十公里至几百公里范围内
的不同生态系统类型所组成的、具有重复性格局的异质性地
理单元 ,而反映气候、地理、生物、经济、社会和文化综合特征
的景观复合体称为区域. 狭义的景观和区域可统称为宏观景
观.广义的景观则是指从微观到宏观不同尺度上所表现出的
具有异质性或斑块性的空间单元. 总之 ,景观被认为是生态
系统之上、区域之内的一个宽广部分 ,通过其结构与功能成
分的相互连接 ,而体现出空间异质性特征. 景观不但可以作
为认识和研究比物种、种群、群落或生态系统更大尺度的生
态过程的框架 ,而且由于人类的经济、开发活动也是主要在
景观层次上进行的 ,所以景观也是研究人类活动对环境影响
的合适尺度[7 ,24 ] .
英国学者 Leopold 是最早鉴定“土地疾病”症状 (如土壤
侵蚀、生产力下降及农林产品的质量下降等)的学者之一 ,于
20 世纪 40 年代在一系列的文章中就很明确地将土地视为
一个生物体来定义 ,并且认为具有人类及其它生物体一样的
健康特征[19 ] . 从人类利益的角度出发 ,健康的生态系统应当
应 用 生 态 学 报 2002 年 11 月 第 13 卷 第 11 期
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2002 ,13 (11)∶1511~1515
能够支撑人类社会所需的诸如食物、纤维制品、适宜的饮用
水以及清洁的空气等各项生态服务. 生态系统健康学是近年
来资源环境研究领域中出现的一门新兴的综合性学科 ,主要
研究人类活动、社会组织、自然系统及人类健康的整体性 ,鼓
励各学科之间以及跨生态系统和健康科学的方法论之间的
综合性研究 ,属于一门跨学科的科学 [8 ,17 ,20 ,21 ,33 ] . 因此 ,生
态系统健康学在探索如何描述生态系统及景观水平上的环
境变化特征的综合方法时 ,充分汲取了各基础科学 (如生态
学、经济学、流行病学、大气化学、土壤科学以及土壤化学等)
之所长 ,从整体上集中关注功能紊乱问题 ,强调寻求防护方
法与措施 ,并且为遭到破坏的生态系统重建与恢复提供科学
的指导.
212 景观健康概念的提出
Leopold 最早提出“土地健康”概念以后 ,于 20 世纪 60
年代 ,将“土地健康”的概念进一步升华为“景观健康”,并提
出了景观健康的评判标准 ,即“土地的自更新能力”,但当时
并没有引起足够的重视.
尽管健康的概念只是最近才开始应用到生态系统及景
观水平 ,但是在许多领域中已经成为一个指导框架 ,尤其是
在对海洋生态系统、森林生态系统、农田生态系统以及荒漠
生态系统等的评价时[17~20 ] ,由于健康的概念相对较新 ,并
且传统上健康的概念主要运用于单个的生物体 ,所以有关该
概念及其应用的问题就不断地被提了出来. 将这种概念逐步
拓展 ,并不意味着较高水平系统的功能在某种意义上与个体
水平类似 ,而是意味着对一个功能正常的、可持续的系统进
行判定成为一种可能 ,并且或许在判定那些偏离常规、功能
紊乱的系统时变得更加容易些.
景观健康是由综合性的生态系统健康科学衍生而来 ,生
态系统健康科学旨在寻求象人类诊断自身健康状况一样去
诊断生态系统状况 [3 ] . 生态系统健康是一个喻指性的、描述
性的概念 ,是指“生态系统过程与功能的正常状态”,及生态
系统自维持和自更新的自然进化过程中其内在秩序及组织
的一个整体状况 [5 ,6 ] . 景观健康表现了“动态平衡”的一种状
态.如果系统在频繁的或较小的扰动或干扰过程中能够维持
近似平衡或者其能够从一个较大干扰下快速恢复平衡 ,那么
该景观则可认为是“十分健康”的. 景观健康的特征可以在森
林、沙漠及冲积平原的原始、稳定的状态下观测得到 ,如开放
性、自调节能力、蕴藏性以及多样性等 [11 ,12 ] . 在景观内部 ,健
康的状态应当是指没有生态疾病或者是没有人类活动所引
起的胁迫因子存在 ,亦可称之为没有“生态系统危困综合症
(ecosystem distress syndrome , EDS)”. 一个健康的景观应当
能够提供丰富的生态服务 (包括生物多样性在内) ,而这种生
态服务不但要考虑到人类本身的利益 ,同时也应当考虑到其
它物种的利益[16~19 ] .
Bertollo [2 ,3 ]曾就“高度的管理景观 (highly governed land2
scape)”的生物物理健康进行了较为系统的研究. 他认为此类
景观受人类活动的影响比一般的农业景观更大 ,诸如海岸带
的开垦区、梯田以及灌溉条件下的干旱区等 ,因为它们只有
在人类系统地、有计划地干预下才能维持其自身正常运转.
同时 ,他将高度的管理景观的健康概念定义为 :“人类的管理
措施能够维持相对稳定的景观结构、能够适应传统的土地利
用方式、能够维持生物物理完整性与各种人类文化要素之间
的平衡以及能够维持景观系统为人类及其它生物提供基本
的生物物理资源及生物物理过程的能力”.
景观生态学所面临的挑战之一就是如何越过包含景观
的生态系统镶嵌去进行整合以及整合到什么程度. 这些也是
目前针对景观健康进行研究的焦点问题. 作为新兴的生态系
统健康学科领域出现的一个新的概念 ,景观健康目前还没有
统一的概念 ,不同的学者针对不同的研究案例及不同研究内
容对景观健康概念的界定也不同. 与生态系统健康以及“土
地健康”的概念不同 ,景观健康概念的提出蕴含着其在针对
资源与环境问题开展研究时 ,具有比生态系统健康和“土地
健康”更为合适的时间与空间尺度. 但总的来说 ,可将景观健
康的概念概括为 :在人类的积极干预条件下 ,人类活动的影
响不至于导致景观在维持其自身稳定结构与正常功能时发
生紊乱 ;随着时间的流逝 ,景观的演变与发展不会影响或损
害到邻近景观及人类社会2经济系统的有序、健康及持续发
展.
3 景观健康的标准及其评价
311 景观健康的标准与特征
生态系统健康的标准有活力、恢复力、组织、生态系统服
务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的破坏
及人类健康影响等 8 个方面 ,分别属于生物物理、社会经济、
人类健康范畴以及一定的时间、空间范畴 [16~20 ] . 健康生态
系统的核心内容是生态系统健康的结构和功能 ,要了解生态
系统的结构和功能 ,就必须了解生态系统的形成、演变、过
程、特征及其发展规律 ,必须了解生态系统与环境因子的作
用机制 ;健康的生态系统是稳定的和可持续的 ,在时间和空
间上能够维持它的组织结构和系统内部的功能 ;健康的生态
系统具有很强的对胁迫因子的负荷能力和恢复能力.
最早由Leopold 提出的景观健康的标准为 :“土地的自更
新能力 ,即土地在人类利用下而未损伤其自身机能”. 他认为
由于荒地的自更新能力没有受到人类的改变或损害 ,因此荒
地能提供健康土地“性能”的标准或基础“资料”,应是土地健
康最理想的表现形式[5 ] . Leopold 主要考虑由人类所引起的
景观变化是否会危害到其基本的生态功能 ,而这些基本的生
态功能又是维持景观组分和过程的必需条件. 人类作为景观
组成的一部分 ,并非游离于景观之外 ,所以景观满足人类需
求欲望的程度就应成为景观健康评价的一部分 [19 ] .
Bertollo [3 ] 对意大利东北部区域的景观健康进行评价
时 ,提出不应利用没有受到人类干扰的景观 (如荒地) 作为评
价整个景观状况的标准 ,应首先了解研究区在不同阶段内的
景观变化情况 ,然后再去探讨评价景观健康的合适的参照标
准. Rapport 等[19 ]人也曾将景观健康的特征归纳为 : 1) 满足
为当前及未来的社会需求提供产品和服务的能力 ;2) 在无需
2151 应 用 生 态 学 报 13 卷
外部补贴或只需最小的、且不会渐增的外部补贴下 ,维持生
态系统服务功能流的能力 ;3)在不会对邻近景观及生态系统
产生负面影响的情况下 ,维持社会持续发展的能力 ;4) 不断
针对不同的管理措施进行自身调整的能力.
当能量和养分循环没有受到损害及主要的生态组分如
(野生动植物、土壤及微小动物群) 受到保护时 ,当系统对长
期的自然扰动具有抵抗力和恢复力以及“系统不再经常地受
到人为诊断与维护”时 ,景观是健康的. 健康的景观 (和生态
系统)可根据一般的特征如恢复力、多样性及生产力来描
述[14 ,17 ] .虽然这些基本属性难以测量 ,但却支配着由景观所
产生的自然界的服务供应 [4 ] . 健康的景观同样应具有可持续
性 ,即未来的利用不应威胁到其自身机能的退化.
总之 ,景观健康的特征取决于其本身所具有的社会价值
及生物物理过程. 社会价值取向是评价景观状况的主要因
素 ,而生物物理过程则是景观演变与供应生态系统服务的基
础.景观健康评价主要依赖于景观本身的生物物理过程特性
以及社会价值的取向. 这两个方面均为特定区域内如何管理
好人类活动提供了标准. 景观尺度上的健康需要同时满足两
个主要的目标 :1)具有生态系统服务的数量及质量不会因人
类活动而减少的能力 ;2)具有保持为适应未来社会价值的变
化而不断针对未来的管理手段进行调整的能力. 一个健康的
景观本质上而言 ,在数十年到数百年或更长时间的时间尺度
上 ,在人类的影响下所发生的变化一定不能危及社会利益 ,
并且只需满足提供一个生态系统服务的可接受范围的要求
即可[19 ] .
312 景观健康评价的时空尺度与等级
尺度通常是指观察或研究对象所用的空间分辨度和时
间单位 ,标志着对所研究对象细节了解的水平. 生态学中的
尺度是指所研究生态系统的面积大小 (空间尺度) 或其动态
变化的时间间隔 (时间尺度) [31 ] . 不同的研究尺度 ,研究的内
容也不同[9 ] (表 1) . 就景观生态学而言 ,其研究尺度从几平
方公里到几百平方公里 ,从数年到数百年 ,属于中尺度的研
究范围. 为实现区域的可持续发展 ,由于景观具有较为明显
的边界和共同的生态过程 ,景观是最适于进行规划和管理的
空间尺度[24 ] .
对于环境问题进行评价是由尺度所决定的. 在景观尺度
下 ,评价倾向于强调对区域环境的恢复力有贡献的过程 ,如
隐退、扩散及有毒物质的固定、水资源保护及循环再生、土壤
质量的维持、侵蚀的预防以及区域生物多样性的保护. 合适
的时空尺度考虑到了两代间的群落利益 ,而非仅仅考虑到较
小尺度下的个体利益或较大尺度下的全球利益. 景观管理决
策应当基于长期的 (世代间的)可持续性 ,这种可持续性应当
能够维持景观内部的主要生态过程 [19 ] . 景观尺度是维持生
态系统服务时确定关键生态过程的合适尺度. 合适的时空尺
度与生物物理过程及社会价值的结合 ,可以为景观健康评价
提供潜在基础.
等级 (系统)理论 (hierarchy theory)是 20 世纪 60 年代以
来逐渐发展形成的 ,是关于复杂系统结构、功能和动态的理
表 1 不同研究尺度下生态系统健康研究内容的比较[ 9]
Table 1 Different content in different scale on ecosystem health
研究尺度 Scale 研究对象 Subject 研究内容 Content
生态系统 生态系统 健康系统内部组成要素动态特征 Dynamics of ecosystem components
Ecosystem Ecosystem health 生态系统生产力 Productivity
物质循环和能量流动 Material cycling and energy flowing
结构和功能 Structure and function
物种多样性 Species diversity
景观 景观健康 对环境背景值的影响与响应 Effects to environmental context
Landscape Landscape health 景观结构、功能和变化 Landscape structure , function and change
社会、经济、自然复合系统的整合
Integration of social2economic2natural compound ecosystem
流域 流域健康 景观格局 Landscape pattern
Watershed Watershed health 生态系统之间的信息、能流、物质循环
Information , material and energy between ecosystems
社会、经济、自然复合系统的整合
Integration of social2economic2natural compound ecosystem
论[1 ,15 ,27~29 ] . 等级理论强调高等级层次上的生态学过程 (如
全球植被变化) ,往往具有大尺度、低频率、慢速度的特征 ;相
反 ,低等级层次上的行为或过程 (如局部植物群落中物种组
成的变化) ,则常常表现为小尺度、高频率、快速率的特征. 等
级理论的重要作用之一是用来简化复杂系统 ,以便于对其结
构、功能和动态进行理解和预测. 在所研究系统的等级结构
确定后 ,一般需要同时考虑 3 个相邻层次 :核心层次、上一层
次及下一层次 ,方能够较为全面地了解所研究的对象. 任海
等[21 ]归纳了生态系统的基本性质包括结构、功能、动态与服
务 ,同时将生态系统分为基因、物种2种群、群落2生态系统、
区域景观2全球等 4 个层次 ,并提出了在时间和空间格局上
对生态系统健康进行研究和评价的等级概念.
313 景观健康评价指标
无论对生态系统健康的评价与研究处于何种尺度、针对
何种生态系统健康问题 ,健康评价指标的选取与确立 ,均会
决定研究问题的主要内容与主要结果.
景观健康指标的选择首先取决于如何去认识在地方、地
区及全球尺度下的社会价值和生物物理状况之间的相互作
用.在选取景观变化的指标时 ,应强调那些在人类开发利用
下能够维持其自身机能不会发生严重退化的自然系统. 并且
在评价景观变化时 ,需要将社会科学与自然科学进行整合研
究.社会科学利于明晰主导景观变化的社会价值 ,而自然科
学则利于去理解人类活动影响下而发生生态变化的生物物
理过程[24 ] .
生态系统健康 (或景观健康)指标通常被概括为恢复力、
生产力和组织结构 [14 ] ,这些指标可通过生物学途径 (如生物
多样性、本地物种与外来物种比、优势种的分布规模) 、物理
的手段 (如水文流动、土壤有机物质的保持能力、生物圈对水
流及能流的控制) 以及社会2经济的方法 (如农业、林业及渔
业的投入产出率) 获取. 在一般的景观健康 (或生态系统健
康)指标中如果引入相应的景观变化指标 ,则具有将较长时
间尺度和较大空间尺度上的科学问题整合在一起的能力. 如
果引进的景观指标既能够适用于评价生态过程 ,又能够适用
于评价社会价值 ,则景观尺度之上的生态系统健康 (或景观
健康)评价将会更具有深远的意义 [19 ] .
315111 期 曹 宇等 :景观健康概念、特征及其评价
具体地 ,景观健康的一些主要生物物理指标可以概括
为 :没有疾病和危困因子 ;没有 (或具有较为轻缓的) 环境风
险因子 ;人类活动的可持续性 ;生态恢复力及稳定性 ;生物多
样性 ;系统组分间的稳定及均衡 [3 ]等等. 这些指标均是健康
系统的基本特征的反映 ,它们将景观生物物理特性的变化、
人类对景观变化的影响以及当前相关的人类活动对资源利
用的影响等问题综合了起来. 根据不同的研究案例及研究内
容所确立的不同评价方法及评价框架 ,这些指标也会具有各
自具体的评价内容. 简而言之 ,不同的景观具有不同的系统
健康特征 ,不同的系统健康特征决定了不同的系统健康评价
方法与评价指标.
314 景观健康评价方法
国际生态系统健康学会 ( ISEH) 认为 ,生态系统健康学
这一新兴的学科领域所面临的挑战首先是如何确立对生态
系统功能紊乱进行分类 ,以便能够实现诊断、干预及因果关
系的对比研究 ;其次是要设计出能够判别生态系统主要参数
是否偏离常规的标准 ,这不但对诊断生态系统衰退过程很有
必要 ,而且在判断生态系统从胁迫下进行恢复时也很有必
要. 最近 ,已经提出了对健康进行实验的方法 [14 ] ,并已在流
域和景观尺度上的水生和陆地生态系统之中得到应用.
在评价生物物理的景观健康时 ,如果认识到社会及文化
方面的重要性 ,则会增加人们对强烈人类活动对景观变化影
响的关注. 因此 ,完整的景观健康评价应当包括经济的、社会
的以及人类健康等方面的问题 [3 ] . 景观健康评价的实施首先
应了解研究区景观演变的历史发展状况 ,然后才能够决定健
康评价的合适内容及方向. 因此 ,景观健康评价的基本方法
就是首先必须去认识在强烈人类活动影响下已经发生了转
变的景观 ,然后建立诊断系统健康的生物物理指标体系 ,最
后确立系统健康阈值. 景观健康研究的一个最重要的组成部
分就是确定合适的健康阈值 . 总之 ,景观健康评价的方法不
图 1 生物物理的景观健康实施模型
Fig. 1 Biophysical landscape health implementation model.
但蕴含着对经验的推理过程 ,同时也强调对更加适合于生态
系统及景观尺度上的一些较为复杂且可行的概念的运用. 图
1 表述了实施景观健康评价的方法框架图 [2 ] .
由图 1 可见 ,无论是从最初评价的背景资料收集到对概
念的界定 ,还是从健康监控诊断到健康预防与恢复的后续实
施 ,在整个景观健康评价的实施过程中始终贯穿着分别出自
于科学上的以及社会上的综合性考虑. 一方面 ,科学的环境
管理指导着整个评价实施过程 ;另一方面 ,人类文化方面的
需求以及当前的社会价值取向也同样在许多阶段对其产生
着重要影响. 因此 ,景观健康评价方法的确立与实施 ,其实质
就是科学与现实之间的相互结合与补充完善 ,并且在制定实
施方法框架时社会的目标与方向应引起重视.
4 结 语
作为资源环境管理领域中出现的一门新兴的综合性学
科 ,生态系统健康科学为现代生态学的研究与发展注入了新
的活力. 生态系统健康学领域所提出的问题 ,需将社会、自然
及健康科学进行整合研究 ,而景观生态学同样作为自然科学
与人文科学的综合性交叉学科 ,为解决生态系统健康学领域
的相关问题提出了新的机遇与挑战 ,“景观健康”的概念也
正是基于其类似的学科背景而提出的. 由于生态系统健康和
景观健康所研究的问题横跨多个学科、涉及许多领域 ,问题
的关键在于在进行生态系统健康或景观健康评价时 ,什么才
是生态系统或景观健康的评判标准. 由于目前针对景观健康
研究还较少 ,虽然目前出现了很多有关生态系统或景观健康
的一些标准、特征以及一些相关评价指标 ,但大多还停留在
对概念的探讨上 ,并且不同的学者根据不同的研究目的 ,意
见还不能够统一. 因此 ,本文所介绍的有关景观健康的概念、
标准与评价只是目前从事此方面研究的少数人观点的一种
综合. 就目前所存在的针对景观健康评价研究来看 ,大都还
较侧重于对景观的自然特性方面的评价 ,而较少偏重于对人
类活动影响方面的评价 ;较多注重于针对景观功能上的评
价 ,而较少侧重于对景观格局上的评价.
仅就景观而言 ,什么是健康的景观 ,什么又是不健康的
景观 ? 我们认为 ,在进行景观健康评价时 ,首先应该具有一
个比较的观点 ,也就是说目前的景观状况相对于过去的景观
状况发生了怎样的变化 ,未来的景观状况相对于现在的景观
状况又会产生怎样的转变 ? 不存在绝对的健康 ,也没有绝对
的不健康 ,所以只有用比较的观点看问题 ,才会有相对的健
康与不健康 ;其次 ,还要具有综合的观点 ,这就需要将驱动生
态系统和景观动态的、自然的、社会的、经济的以及人文的等
各个方面相整合起来进行综合研究. 如果没有整合社会、自
然及健康科学的综合性的研究框架 ,那么以经济繁荣、人类
健康以及环境保护为目的的社会目标就不可能实现 ;最后 ,
还要具有发展的观点 ,在进行景观健康评价时应当强调长期
的 (跨越世代的)可持续性 ,如果一个景观系统随着时间的推
移、随着人类的开发利用 ,而其具有维持自身功能正常运转 ,
不需要外部补贴或只需要最小的补贴的能力 ,那么这种处于
4151 应 用 生 态 学 报 13 卷
良性发展的、可持续的景观就是相对健康的景观.
总之 ,随着国内外相关学科领域的不断蓬勃发展 ,相信
针对生态系统健康或景观健康的研究也会越来越成熟 ,越来
越壮大.
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Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 10 (6) :751~756 (in Chinese)
作者简介 曹 宇 ,男 ,1976 年生 ,博士研究生 ,主要从事景
观生态学研究. E2mail : laozao @sohu. com
515111 期 曹 宇等 :景观健康概念、特征及其评价