快速城市化地区土地覆盖景观特征的粒度效应

土地覆盖及其变化研究一直是全球变化研究的焦点,而土地覆盖作为生态系统的重要组成成分,具有明显的空间尺度（包括空间粒度和幅度）属性,不仅如此,尺度问题还成为景观空间研究的关键环节之一.因此,研究了解土地覆盖的尺度效应具有重要的理论意义与实际意义.基于高分辨率SPOT遥感数据,对广州市土地覆盖的景观特征进行类型及景观水平的粒度效应研究.结果表明,粒度增加对优势的景观类型有加强作用;粒度效应在类型和景观水平上都存在“临界阈”现象,粒度10、32和128是“临界阈”粒度.不同土地覆盖类型、不同特征指数的粒度响应存在差异：绿地和水域是对粒度响应最敏感的两种土地覆盖类型,而园地的斑块密度和面积百分比对粒度变化不敏感.景观水平上,斑块密度和平均形状指数的粒度响应最强烈,多样性指数则最弱,反映不同粒度形成的景观的异质性不同.     

空间幅度变化对景观格局分析的影响

景观格局指数是量化描述景观格局特征的主要方法之一,各种格局指数的尺度依赖性使比较分析景观格局特征和尺度推绎复杂化,分析不同指数随空间幅度变化的一般行为有助于景观格局分析结果的解释和降低空间尺度推绎的复杂性。研究以2种真实景观和27种模拟景观为分析对象,考查了16种常用的景观水平格局指数随空间幅度变化行为。根据这些指数因幅度变化行为可预测性把它们分为两类：第1类随幅度变化可预测性强,指数与幅度之间的关系可用简单的函数关系来表达;这类指数包括缀块数、边界总长、景观形状指数和缀块丰度密度;前两者随幅度增加呈幂函数形式增加,而缀块丰度密度随幅度增加呈幂函数下降,景观形状指数随幅度增加呈直线增加。第2类指数随幅度变化的可预测性较差,指数随幅度的变化存在多种可能(不同形式的增加、减小或保持不变),不可用一种或多种简单的函数关系来描述所有的情况。这类指数包括缀块丰度、缀块密度、边界密度、最大缀块指数、平均缀块面积、缀块面积标准差、缀块面积变异系数、平均缀块形状指数、面积加权平均缀块形状指数、双对数回归分维数、聚集度指数与Shannon多样性指数。第2类指数随幅度的变化行为受景观格局特征和指数本身算法的影响。总体上来说,第2类格局指数随幅度变化呈折线增加或减小;但当景观的缀块类型较多、各类型优势度比较均等、空间分布格局比较随机时,它们随幅度变化形为的可预测性增加,随幅度增加的函数关系主要有3种：幂函数减小、对数函数增加或直线增加,因指数和格局特征不同而异。研究的结果在揭示了常用景观指数随幅度变化的一般关系外,也启示我们在进行景观格局的比较分析,比较景观的幅度应相同或采用尺度效应图(scalograms)更有效。     

空间粒度变化对景观格局分析的影响

认识空间异质性的多尺度依赖性和景观格局特征对尺度效应关系的影响是进行空间尺度推绎的基础。以2种真实景观(中国广东粤北植被景观与美国凤凰城城市景观)和SIMMAP景观中性模型产生的27种模拟景观为对象。利用景观格局分析软件FRAGSTATS对18种常用景观指数的尺度效应进行了系统的分析。根据这些指数对空间粒度变化的响应曲线和尺度效应关系,18种景观指数可分为3类。第1类指数随空间粒度的增大单调减小。具有比较明确的尺度效应关系(幂函数下降),尺度效应关系受景观空间格局特征的影响较小;这类指数包括缀块数、缀块密度、边界总长、边界密度、景观形状指数、缀块面积变异系数、面积加权平均缀块形状指数、平均缀块分维数和面积加权平均缀块分维数。第2类指数随空间粒度的增大将最终下降。但不是单调下降的;尺度效应关系比较多样,可表现为幂函数下降、直线下降或阶梯形下降。主要受缀块空间分布方式和缀块类优势度的交互影响;这类指数有5种：平均缀块形状指数、双对数回归分维数、缀块丰度、缀块丰度密度和Shannon多样性指数。第3类指数随空间粒度的变粗而增加。随缀块类优势度均等性的增加。尺度效应关系由阶梯形增加、对数函数增加、直线增加向幂函数增加过渡。尺度效应关系主要受缀块类优势度的影响;此类指数包括平均缀块面积、缀块面积标准差、最大缀块指数与聚集度。景观指数随空间粒度变化是一种1临界现象,当粒度大于或小于1临界值时,景观指数对空间粒度变化非常敏感。变化速率非常大。绝大部分情况下。真实景观粒度效应关系和曲线形状与模拟景观所得分析结果相似。说明模拟景观具有很好的代表性。文中也讨论了本研究结果与前人研究的异同。分析了造成差异的原因。景观指数的粒度效应关系与指数本身所反映的景观格局信息有一定关系,总体上来说。随粒度增加。缀块数、边界长度、缀块形状的复杂性、多样性将减小,而平均缀块面积和聚集度将增加。一系列的尺度效应图和不同景观指数的尺度效应关系可作为景观格局分析时指数选择、分析结果的解释和进行空间尺度推绎的参考。     

上海城市土地利用格局的景观生态学分析

在RS(遥感)与GIS(地理信息系统)技术支持下,本文以上海市外环以内的城市中心区为研究区域,利用景观生态学方法研究了在不同粒度下城市景观镶嵌结构的空间特征,并结合半变异函数,对不同研究幅度下的城市景观空间格局进行分析研究。结果显示:不同粒度下所得的景观指数有明显差异。就本研究区域而言,在20 m粒度下,具有明显的城市景观特征;不同幅度下的景观指数空间格局总体相似,但较小的研究幅度对于小尺度的格局变化比较敏感,而较大尺度下的空间格局变化更易从较大幅度的图中表现出来;不同的景观指数对尺度变化响应不同;各景观指数受不同过程影响的大小不同,从而使得不同景观指数的空间格局表现不同;从总体上看,该区域范围内N45°E和E0°方向上景观空间变异明显。     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.     

二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用

景观格局指数是景观格局分析中常用的定量分析工具,而传统二维景观格局指数却忽略了地形对景观的影响,在定量描述山区景观格局时可能存在一定局限.本文以典型山地丘陵区山东栖霞市为研究区,在地形结构分析的基础上,选择面积/密度(类型面积、平均斑块大小)、边缘/形状(边缘密度、景观形状指数、平均斑块分维数)、多样性(香农多样性指数、香农均匀度指数)、聚散性(聚集度)4个方面的8个景观格局指数,比较分析传统二维景观格局指数与三维景观格局指数对山区景观格局及其动态变化定量描述的差异.结果表明:三维类型面积、平均斑块大小和边缘密度与其相应二维指数差异显著,三维景观形状指数、平均斑块分维数、香农多样性指数和香农均匀度指数与其相应二维指数差异不显著,三维聚集度与二维聚集度无差别.由于采用斑块表面面积和表面周长计算三维景观格局指数,采用各斑块的投影面积和投影周长计算二维景观格局指数,所以在描述山区景观面积、密度、边界等指标时三维景观格局指数相对精确,但在测定景观形状、多样性和聚散性等指数时,则与传统的二维景观格局指数差异不显著.三维景观格局指数引入了地形特征,对景观格局及其动态变化的反映相对精确.     

上海市景观格局梯度分析的空间幅度效应

基于2002年上海市土地利用图,利用梯度分析方法,探讨了空间幅度变化对城市景观格局分析的影响。结果表明,景观指数随着空间幅度变化表现出不同的变化规律。当幅度较大(≥5km)时,景观指数沿土地利用样带变化平缓,表现出一定的梯度规律。而当幅度较小(≤3km)时,景观指数沿土地利用样带变化波动较大,规律性不明显。不同景观指数沿样带的表现也有差异,景观比例、斑块密度和景观形状指数的梯度变化规律比较明显,而最大斑块指数、平均斑块分维度、Shannon多样性指数和景观聚集度指数的变化规律不明显。因此,5km的幅度是城市景观格局梯度分析比较合理的尺度。     

川西丘陵区景观空间格局分析

采用分形维数、平均斑块面积、形状指数和伸张度分析了川西不同丘陵地貌区灌溉水田、一般旱地、果园、有林地和农村居民点斑块的空间格局特征,并用分形维数、平均斑块面积和Shannon-Weiner指数3种方法研究了浅丘、中丘和高丘的综合景观特征。结果表明,不同景观斑块在同一丘陵区内的格局特征不同,同一景观斑块在3种丘陵区的格局也有差异。浅丘、中丘和高丘的综合景观格局特点是随着地势起伏的增加、人类活动和土地利用强度的减弱,分形维数增加,从1.1865到1.3123;斑块平均面积则依次变小,从2.2204hm^2减少到1.2403hm^2。3种丘陵区的景观多样性指数分别为1.7199、1.9802和2.0898。     

塔里木河中下游地区湿地景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,结合塔里木河中下游的区域特点,确定了塔里木河中下游湿地景观分类系统.通过采用景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、分布质心和平均斑块形状指数等景观的空间格局指数,较系统地分析了1980～2000年塔里木河中下游湿地景观空间格局变化.结果表明：塔里木河中下游湿地的分布面积呈显著下降趋势.1980～1990年湿地面积减少,斑块数量和密度增加.1990～2000年湿地面积有所增加,斑块数量和密度持续增加;随着人类干扰强度增加,景观多样性增加,优势度降低,湿地的破碎化程度越来越大;湿地景观要素中,河渠湿地、水库坑塘湿地面积有所增加,而湖泊、滩地、沼泽面积均在不断减少,其中沼泽湿地面积减少幅度最大.     

庙岛群岛北五岛景观格局特征及其生态效应

海岛由于自然特征的空间差异、人类活动的日益增强以及生态系统的脆弱性,其景观格局空间分异性明显且生态效应趋于复杂。以庙岛群岛北五岛为研究区,基于现场调查和3S技术,从景观尺度、海岛尺度和区块尺度分析海岛景观格局空间特征,进而探讨景观格局与净初级生产力(NPP)、植物多样性和土壤性质的关系。结果显示:(1)不同尺度景观格局均表现出了空间差异。景观尺度上,针叶林、阔叶林和草地3类植被景观面积最大,斑块密度、边缘密度和平均形状指数总体较高,建筑用地也具有较大规模,其斑块密度较高,平均形状指数处于最低值,裸地也具有一定规模,其各项景观指标处于中间位置;海岛尺度上,随着海岛面积、人口和GDP的增加,斑块密度和人为干扰指数均明显增大;区块尺度上,斑块密度、边缘密度和平均形状指数与海拔呈显著正相关,人为干扰指数与海拔和坡度均呈显著负相关。海岛面积、地形和人类活动分别是北五岛景观格局的基本因子、重要限制因子和直接驱动因子。(2)海岛景观格局的生态效应与尺度密切相关。景观尺度上,各项生态效应指标在不同景观类型上均具有显著差异,海岛尺度上的生态效应指标对景观格局的响应不甚灵敏;区块尺度上,生态效应指标与景观格局指数表现出了显著的简单相关性和偏相关性,但二者结果具有差异。NPP和土壤水分主要受到景观类型和植被生长状况的影响,多样性和土壤养分同时受到景观类型和景观格局破碎度、边缘效应的影响,人为活动强度的增大地带来了各项生态效应指标的降低。控制建设规模、优化景观布局与改进开发利用方式是维系海岛生态系统稳定性的重要措施。     

三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响

以三峡库区秭归县25个典型农林复合小流域作为研究对象,斑块类型水平上选取斑块面积比例指数(PLAND),景观水平上选取斑块丰富度密度(PRD)、双对数回归分维数(DLFD)、Shannon-Weaver多样性指数(SHDI)、聚集度(CONT)等5类景观指数,基于遥感和GIS技术,应用AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型模拟流域径流和泥沙输出,FRAGSTATS软件计算流域景观格局指数,SPSS19.0分析景观指数和径流、泥沙的相关回归关系,从景观水平探讨景观格局特征对径流、泥沙输出的影响。结果表明：流域径流量与农坡地PLAND、农梯地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等指数显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND与径流量显著负相关;农坡地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等与泥沙输出量显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND、SHDI等与泥沙显著负相关。景观指数(因子)与径流和泥沙输出量复相关系数R为0.856和0.962(均高度相关),复相关系数R均大于相对应的单因子相关系数。流域景观水平上,景观格局对径流和泥沙输出影响均显著,景观空间格局是景观功能多样性的反馈,本文是景观格局影响生态过程(径流、泥沙输出)的又一例证。     

海岸线与海岸景观格局对人为干扰度的动态响应——以营口市南部海岸为例

利用多期遥感数据,提取营口南部海岸五期岸线变化信息、分维值,并利用Arcgis10.2中渔网工具创建评价单元。计算景观格局指数,构建人为干扰强度指标,并进一步探讨岸线变化和景观格局变化对人类活动的动态响应。结果表明:(1)研究区围垦导致岸线长度增长、岸线分形维数的增大,1990—2015年四个时段中岸线年增长速率为0.52%、0.53%、4.98%和0.96%;(2)景观格局指数反映2005年之前景观边界、形状复杂程度与破碎程度有所增加;2005年之后景观形状趋于规则化、土地利用趋于均衡化;(3)研究期间强干扰和弱干扰区域面积均有所增加,中等干扰强度区域面积减小;(4)斑块密度、总边缘长度、边缘密度、景观形状指数和平均分维值均与平均干扰强度指数变化同步。Shannon多样性指数与人为干扰强度变化呈反相关;(5)岸线长度变化和岸线分形维数变化都与人类干扰度呈反相关,相关性分别为-0.97和-0.98。     

东江流域景观格局对氮、磷输出的影响

基于实地采样水质数据与遥感解译所得土地利用数据,采用相关分析和冗余分析,从时间和空间两个尺度,探讨东江流域景观格局与氮、磷输出的关系。结果表明：（1）城镇和水域面积占比与河流氮磷含量正相关,林地和草地面积占比与河流氮磷含量负相关。（2）景观分裂指数（DIVISION）、香浓多样性指数（SHDI）、散布与并列指数（IJI）、边缘密度（ED）和斑块密度（PD）等景观指数与河流氮磷含量呈正相关关系,最大斑块指数（LPI）、蔓延度指数（CONTAG）和相似邻近比例（PLADJ）与河流总氮总磷含量负相关。（3）平水期河流水质与景观格局的相关性强于丰水期;从空间尺度来看,集水区尺度与河流水质的相关性好于缓冲区尺度;此外,总氮对于景观格局的响应比总磷更敏感。     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应

在GIS和RS技术支持下,以农牧交错带六道沟小流域2010年的WV-1高精度遥感影像为基础,编制了小流域景观类型图,选取经典景观指数,在类型和整体景观的水平上,探讨了农牧交错带小流域景观格局指数随粒度变化的基本规律,并分析了各景观格局指数间的相关性。结果表明：在1-50 m粒度范围内,农牧交错带六道沟小流域景观格局指数的“临界粒度”现象明显,总体而言,在0.5 m分辨率下六道沟小流域的景观格局指数的“临界粒度”为10 m,适宜计算的粒度范围为5-10 m,所以在利用高精度影像对小流域景观进行预测、对比和评价等研究时,需注意粒度的影响并进行一定的粒度转换。农牧交错带小流域景观形态具有分形特征,各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应不同,分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势,表明景观类型边界趋于简单化。相关性分析一方面定量反映了所选景观指数受粒度变化影响的相关性程度,另一方面可为后续农牧交错带小流域因“退耕还林（草）”工程引起的景观格局变化研究提供参考。     

关帝山森林景观异质性及其动态的研究

以４期航片为基础资料,在ＡＲＣ／ＩＮＦＯ支持下,应用地理信息系统（ＧＩＳ）技术,通过景观要素优势度指数、景观多样性指数、景观斑块密度、景观边缘密度、景观镶嵌度指数和景观聚集度指数５类指标,对关帝山林区５０年代末以来的景观异质性及其动态特征进行了全面分析,并介绍了各指标的数据来源和计算方法,分析了各指标的实用性．在ＧＩＳ支持下,上述各指标可以从不同侧面描述和反映景观异质结构特征,用于景观异质性动态变化规律的研究．研究表明,自５０年代末以来,关帝山森林景观受环境异质性、植被自然演替和人为活动的共同控制,总体异质性发生了很大变化,３个时期表现出不同的动态特征．对人为活动频繁的次生林区的森林景观异质性动态变化的基本规律和控制因素进行了讨论     

普者黑岩溶湖泊湿地湖滨带景观格局演变对水质的影响

湖滨带作为湖泊与陆地之间的过渡带,是健康湖泊生态系统的重要组成部分。湖滨带景观格局的演变会对湿地水质产生重要影响,因此探究影响岩溶湿地水质变化的湖滨带关键景观因子,对深入了解景观格局对岩溶湿地水质的影响过程与机制具有重要意义。选择普者黑岩溶湖泊湿地为研究对象,以2005、2007、2009、2011年共4年的Landsat遥感影像及水质监测数据为基础,通过划定湖泊湿地湖滨带缓冲区域,运用秩相关分析和冗余分析研究湖滨带景观格局对普者黑岩溶湖泊湿地水质的影响。结果表明,湖滨带不同缓冲区内景观结构类型比例差异较大;枯水期水质与土地利用类型和景观格局指数的影响大于丰水期;景观格局在不同缓冲区尺度对岩溶湿地的水质具有不同的效应;随着监测点缓冲距离的增加,个别景观指数可较好的揭示湖滨带景观格局演变对岩溶湿地水质的影响,其中,蔓延度指数(CONTAG)、斑块结合度指数(COHSION)、均匀度指数(SHEI)对水质参数的影响较大,边界密度(ED)、聚集度(AI)对水质参数的影响随缓冲距离的增加逐渐减弱,其他景观指数对水质影响差异并不明显,最大斑块指数(LPI)在缓冲距离≤300m的区域内与水质的关系较密切,面积加权平均斑块分维数(AWMPFD)与水质参数有显著负相关性,多样性指数(SHDI)对水质的影响具有不确定性;另外,大部分水质参数与土地利用面积比例有较好的相关性,且湿地面积比例是表征岩溶湖泊湿地水环境质量的主要指标。     

空间粒度变化对合肥市景观格局指数的影响

基于合肥市2002年土地利用图,利用ArcView软件和景观格局分析程序Fragstats 3.3,选择22个景观格局指数,探讨了合肥市景观格局指数随不同粒度的变化特征,并对部分景观指数的拟合函数和变异系数进行了分析.结果表明：在10～100 m粒度范围内,各景观格局指数随粒度增加表现出不同的变化趋势,说明空间粒度变化对景观格局指数具有明显的影响;所选用的22个景观格局指数的粒度效应可划分为总体上升、总体下降、变化不大、无变化规律4种情况;部分景观指数随粒度变化的响应曲线可分别用二次函数、三次函数、幂函数、线性函数进行拟合;对于合肥市1∶50000土地利用图而言,进行景观格局指数分析的适宜粒度范围在15～35 m.     

一种新的景观扩张指数的定义与实现

景观格局动态信息的定量表达始终是景观生态学研究的一个重要科学问题,景观格局指数是其中的一种重要方法,但其多是静态指数,难以有效定量表达景观格局的动态信息.因此,针对景观扩张过程以斑块扩张面积为基础提出了一种新的景观扩张指数,来表达景观格局的动态信息.并以妫水河流域1998-2009年的景观农田化过程为例,验证该指数的适用性,结果表明:该指数不仅能够定量表达斑块的空间扩张规模,而且可以准确识别斑块的空间扩张模式.根据扩张斑块与原斑块的空间位置关系,将景观的空间扩张模式划分为邻接扩张式和外部扩张式两种.提出的景观扩张指数在技术方法上计算简便,易于实现,完善了景观格局动态的量化表征科学方法.     

滦河流域景观格局变化对水沙过程的影响

以滦河流域为研究区域,基于SWAT模型模拟1976—2012年滦河流域的水沙过程,分析2000年京津风沙源治理项目实施前后流域产水产沙时空格局变化;研究1980—2010年流域景观格局变化特征,揭示景观格局变化的水沙响应;应用Spearman相关分析法分析流域景观格局变化对水沙过程的影响。结果表明:与20世纪80年代相比,2010年流域林地和建设用地增加,其他用地类型减小;流域景观集中程度提高、连通性变优、优势斑块显著、形状趋于规则、多样性减少、破碎化程度降低、景观类型向非均衡方向发展;流域年均地表径流减少9mm,产水量增加5.44mm,产沙减小1.59t/hm~2;地表径流减少区域占全流域89.32%,产水量增加区域占76.71%,产沙量减少区域占93.89%;地表径流、产水、产沙与林地面积呈负相关,产水与草地面积呈正相关,地表径流、产沙与农业用地面积呈正相关;地表径流、产水、产沙与景观形状、Shannon′s均匀度、景观分离度呈正相关,与蔓延度、最大斑块指数呈负相关;产水、产沙与斑块密度和Shannon′s多样性指数呈正相关;工程治理后,流域年均径流量与产沙量显著下降,产水产沙高值区显著缩小,产沙关键区域仍需治理。