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.     

四川唐家河自然保护区西北至东南方向景观格局的梯度变化

通过设置西北至东南方向样带的方式,对唐家河自然保护区的遥感解译图像从景观和类型两种水平上分析了该区植被景观格局的梯度变化.结果表明:1)该区域内森林植被状况良好,林地分布面积达到91.65%.其中,常绿落叶阔叶混交林的面积最大,是区域的景观基质,而亚高山灌丛草甸以及农耕地等在整个区域内分布面积较小,边界较简单,景观地位弱.2)沿样带方向,景观水平上的指数具有上升型、下降型和无明显趋势3种变化,表现为边界密度、邻近度、形状指数、斑块分形指数的递增,平均斑块面积和最近距离的递减,以及香农多样性和均匀性、最大斑块面积和散布与并列指数的稳定波动.3)该区景观类型以次生落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林和针叶林为主,其景观指数波动变化显著、具明显的峰值.     

北京东灵山地区景观格局及破碎化评价

 人类活动已将北京东灵山地区地带性原生暖温带落叶阔叶林破坏殆尽。本项研究基于植被图,在地理信息系统(GIS)支持下,选择多种景观格局指数,从斑块面积、斑块数、斑块周长、分形维数和多样性的角度进行了格局分析和破碎化评价。结果表明,该区景观类型以次生林和灌丛为主,面积分布极不均衡,且多呈小面积零散分布。各森林类型的分布面积、周长和斑块数一般小于灌丛、草地和农田,且边界密度和斑块密度较高,显示出较高程度的破碎化。各景观类型的平均斑块面积和周长遵从分形规律,分形维数1.30,景观整体的斑块边界的褶皱程度较低。景观多样性的Shannon指数,景观组分的类型面积(2.262)<类型周长(2.435)<类型斑块数(2.675),均小于等概率情形(2.940)。上述结果均显示,该区森林景观破碎化程度较高。     

三峡库区低山丘陵区多尺度景观指数响应及适宜粒度

景观格局具有典型的空间异质性和尺度依赖性。在对景观格局进行分析研究时需跨越多个尺度,空间粒度大小在尺度聚合分析中至关重要。三峡库区低山丘陵区斑块破碎、景观格复杂性显著、景观格局特征及尺度变异规律仍待明确,本文以三峡库区秭归县为研究区,设定1—400m内23个粒度梯度水平,定量评估县域、乡镇以及小流域不同幅度上的景观格局指数以及拟合函数,探讨多空间幅度景观格局指数随粒度大小的变化特征。基于景观指数的粒度效应特征和拟合函数的曲线特征(最大曲率点、极值点),明确适宜不同幅度的山地景观格局指数研究的粒度阈值,以揭示库区低山丘陵区景观结构的复杂性和变异性。结果表明：不同景观指数对空间粒度变化和空间幅度变化的响应存在差异,不同景观指数的空间粒度响应主要呈现增加、降低、波动和无明显规律变化的趋势,其中斑块密度、最大斑块面积等指数对斑块形状和大小的变化敏感,而多样性指数的粒度变化敏感度较低;部分指数如斑块密度、边缘密度、周长面积分维数等对空间幅度的变化并不敏感,而最大斑块面积、景观形状指数、散布与并列指数、分离度等指数对空间幅度的变化敏感,适合进行不同幅度适宜粒度阈值的推定;边缘密度、平均斑块大小、景...     

基于理想生态系统模式与三维景观指数的徽派村落空间特征解析——以呈坎为例

徽派村落是中国传统村落的典型代表,蕴含了丰富的地域文化和生态内涵,是中国古代人与自然和谐相处的典范,其研究与保护在生态学、地理学、建筑学和美学等领域具有重要的科学价值.本文以呈坎村为例,综合风水理论、心理场理论等,从生态学视角提出理想人居环境的理想生态系统模式,并引入三维景观指数,对徽派村落空间结构进行解析,定量分析村落理想生态系统各景观要素组合结构的生态功能体现.结果表明: 呈坎村立体结构为“山-林-屋-水-林”的景观空间组合模式,形成了以人为中心、自然景观立体环绕的圈层结构,符合理想人居模式.传统基于投影距离的方法造成了景观指数偏差(如对面积与边长的低估).平均斑块面积三维指数比二维指数高6.7%;林地的面积比重三维指数比二维指数高1.0%,其他景观类型的面积比重均有所下降,其中建设用地和耕地等人工斑块的面积比重下降最多.面积与周长指标被低估,形状指标和多样性指标被高估,导致景观格局分析中自然斑块的优势度被低估、人工斑块的优势度被高估.三维景观指数表明,呈坎村落生态系统中各自然要素及组合体现出了较好的生态功能,关键要素和景观生态系统具有较高的稳定性、连接度和聚集性;定量印证了以呈坎为代表的徽派村落是理想的生态系统.     

区域农田景观格局对麦蚜种群数量的影响

明确农田景观格局对麦田蚜虫种群的影响,是开展区域性害虫生态调控的重要理论依据之一。以区域性小麦种植区为研究对象,基于遥感影像与土地覆盖分类数据以及田间调查的蚜虫种群数据,计算景观格局指数,使用负二项分布的广义线性模型从农田景观、非作物生境景观和区域景观3个方面分析了区域农田景观格局对麦田蚜虫种群的影响。结果表明,蚜虫种群的数量与草地的平均斑块面积和最大斑块指数显著正相关,与县域的平均几何最邻近距离和面积加权平均斑块面积显著负相关,与耕地的面积加权平均斑块面积显著负相关,与耕地的斑块密度显著正相关。草地斑块面积的增大、区域景观与耕地的破碎化、区域景观的聚集会促进蚜虫种群数量的增加。使用草地的斑块面积和最大斑块指数、区域景观的平均几何最邻近距离可以预测蚜虫种群的发生量。非作物生境草地的斑块面积、耕地的破碎化、区域景观的空间分布及破碎化是影响麦田蚜虫种群发生的重要景观因素。     

近33年白洋淀景观动态变化

湿地具有重要的生态功能,由于各种因素的影响改变了湿地水文条件,并且导致湿地退化。利用1974、1987、1996和2007年遥感影像,使用ERDAS 9.1、ARCGIS 9.2和FRAGSTATS 3.3,分析了白洋淀景观动态变化过程及其驱动力。研究结果表明:从1974至2007年,白洋淀湿地面积从249.4km²下降到182.6km²,农田和居民地面积分别从70.0、2.1km²增加到126.4、12.5km²;在景观水平上,斑块密度、景观形状指数和香农多样性指数增加,蔓延度减小,景观破碎化程度增加,优势景观类型湿地对整个景观的控制作用减小;在类型水平上,明水面和沼泽的斑块密度和周长-面积分维数增加,最大斑块指数、平均斑块面积和连接度减小,居民地的斑块密度、最大斑块指数、平均斑块面积、周长-面积分维数和连接度都增加,农田的斑块密度、最大斑块指数和连接度增加,平均斑块面积和周长-面积分维数减小;水位变化是影响白洋淀景观变化的主要因素,水位升高会使湿地面积增加,反之,使湿地面积减小;流域人类活动和降水量变化是白洋淀水位和景观变化的重要驱动力。引水补淀只能暂时缓解白洋淀缺水问题,从流域角度考虑,实施有效的水资源管理方式,才能从根本上解决白洋淀湿地退化的问题。     

北京地区植被景观中斑块形状的指数分析

选取４个斑块形状指数（斑块的击长面积比ＳＩ１、斑块周长与等面积的圆周长之比ＳＩ２和身份个斑块分维ＳＩ３和ＳＩ４）并借助ＧＩＳ软件ＡＲＣ／ＩＮＦＯ对北京地区植被景观中的斑块形状进行分析,又地这四个形状指数进行 ｅａｒｓｏｎ相关分析和Ｓｐｅａｒｍａｎ秋相关分析,结果表明,ＳＩ１与ＳＩ４,ＳＩ２与ＳＩ３两两之间均呈显著的正的秩相关,ＳＩ１与ＳＩ２,ＳＩ２与ＳＩ４,ＳＩ３与ＳＩ４两两之间于垢负和秩相关。因     

中国东部地区常绿阔叶林景观破碎化

常绿阔叶林是中国东部地区的地带性植被,常绿阔叶林景观破碎化的监测与评价是对其进行生态恢复、保护和经营管理的基础。本文应用NOAA-AVHRR计算出时间序列的NDVI合成影像所得的植被遥感分类数据,结合景观格局指数,对中国东部地区常绿阔叶林景观破碎化进行研究。结果表明:中国东部地区常绿阔叶林残存面积仅为35427km2,占全区面积的5.9%,平均斑块面积为8.55km2,斑块密度为0.69个.100km-2,≤5km2的斑块数量占全部常绿阔叶林斑块数量的61.2%,但面积比例则仅为5.75%,而≥25km2的斑块数量比例仅为10%,面积比例却达58%;对各省的常绿阔叶林破碎化状况分析表明,常绿阔叶林斑块总面积、斑块密度、斑块平均面积、边界密度、景观形状指数、最大斑块指数以及平均分维数均呈福建浙江江西安徽,而斑块之间的隔离距离则正好相反。所有这些均表明,中国东部地区的常绿阔叶林已经处于严重的破碎化状态。加强常绿阔叶林的保护、生态恢复及管理成为一项迫切的任务。     

基于缓冲带的贵港市城市景观格局梯度分析

运用景观格局指数与城市建成区缓冲带划分相结合的方法,分析了广西贵港市近20a来城市建成区整体景观与主要城市景观类型（公共设施用地、工业用地、居住用地及农田）的圈层梯度变化特征.分析结果表明：贵港市城市建成区可以看作是居住用地与公共设施用地的镶嵌景观,但这种镶嵌景观随着城市化的发展,存在日趋不明显的特征;整个景观层面的指数20a来在31个梯度带内,表现出相似的变化趋势,斑块面积指数显示出贵港市城市建成区存在两个较为明显的商业金融中心;各梯度带内景观的平均面积增大,景观的形状日臻规则,景观多样性随景观类型及均匀度的增加显著上升.2004年主要城市景观类型在缓冲区中间各带能够很好的反映出格局的变化特征,其中工业用地和农田用地的斑块数和斑块密度随缓冲区梯度表现出较为一致的变化特征,而公共设施用地和居住用地的梯度变化趋势相似.各个梯度带中工业用地形状最为复杂,所占比重最低,平均斑块面积最大;公共设施和居住用地形状较为简单,在各带中所占比重较高,平均斑块面积较小;农田景观在各带中所占比例变化不大,近似连续分布,对城市生态环境的调节起到一定作用.     

Mountain vegetation change quantification using surface landscape metrics in Lancang watershed,China

Land cover and vegetation change are among the most important aspects of environmental change. Vegetation change can be quantified by landscape pattern indices (LPI). Landscape indices are routinely calculated using planar land use/land cover (LU/LC) maps, obtained by the projection of a non-flat landscape surface into a two-dimensional Cartesian space. Especially in mountainous areas, quantification on planar maps can lead to underestimation of vegetation and land cover changes. Hoechstetter et al. (2008) developed a method to compute LPIs in a surface structure by calculating landscape patch surface area and surface perimeter from digital elevation models (DEM). As yet there have been no applications of these surface landscape indices on land use/land cover and vegetation change quantification. The objectives of this study are to (1) choose a LPI method (surface metrics pattern analysis or common planimetric metrics pattern analysis) for vegetation change quantification; and (2) employ the selected surface LPI method to assess vegetation pattern change in two mountainous areas of the Lancang watershed, Yunnan Province, China. The results show that the surface approach to estimate changes of class area (CA), mean patch area (MPA), and mean Euclidean Near-Neighbor distance (MENN) may obtain more accurate results for quantifying vegetation change in steep mountain areas. Forest fragmentation increased significantly over time in the two different mountainous study areas. The patches of two land cover classes, (i) agricultural land and (ii) low density forest and tall shrubs, became more aggregated in the northern (temperate) study area. In the southern (tropical) study area, rubber plantations increased considerably in size and became more aggregated.     

中性景观模型与真实景观的一致性

采用RULE和SimMap中性景观模型,使其形成模拟景观的图幅大小、景观内各类型数目以及各类型之间的比例等项与真实景观相同,通过不同景观指标对中性模型系列的反应,看其在多大程度上代替真实景观．研究发现,中性景观模型在斑块数、斑块周长、聚集度、蔓延度以及孔隙度等指标所反映的格局特征方面,能很好地代替真实景观,而在校正斑块周长面积比、分维数以及边界分布均匀度等指标所反映的格局特征方面,并不能很好地代替真实景观,说明中性景观模型只能在一定的范围内可以代替真实景观。而不能完全取而代之.     

基于遥感数据的晋陕蒙交汇区景观格局定量分析--以东胜幅1/25万TM影像分析为例

以1996年8月份东胜幅1/25万TM影像数据为例,借助Arc/Info和Arc/view软件,对其景观进行了分类,并形成景观分类图,共分为9类景观类型.用景观格局分析软件FRAGSTATS计算了各类景观参数,并从斑块、类型和景观3个水平上计算了相应的参数和景观指数,定量地揭示了整个景观格局与类型特征.并构建了反映景观破碎化程度的一个指数--斑块密度指数(PD2).     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.     

内蒙古托克托地区景观格局特征分析

内蒙古托克拖地区位于我国农牧交错带黄河中游,农业历史悠久、应用遥感影像,结合地面调查,绘制了研究区植被类型现状图,在GIS支持下,选取多种景观指数,分别从斑块数、斑块面积、班块周长和多样性指数等方面对研究区景观结构特征和多样性进行分析,结果表明,整个研究区景观是一个显著的农林牧景观嵌体,农田面积281.72km^2,占研究区总面积的34.64%,林地景观占22.0%,草地景观占6.65%。研究区东北部景观基底为农田景观,在该基底上,基本上以居民点为中心较密集与规律地分布着杨树＋榆树林班块,共89块,斑块密度达2.568个·km^-2,斑块平均面积仅为0.39km^2,基底与斑块2种景观单元在该区域十分典型。杨树＋榆树林和丘陵沟壑景观类型边界密度值较大,说明杨树＋榆树林景观类型的破碎化程度较大,而丘陵沟壑边界切割破碎,可以认为,该地区在人类活动的影响下,景观结构呈现较明显的人类干扰特征。     

景观格局指数相关性的幅度效应

以TM遥感图像为数据源,选择江苏盐城大丰地区一块1764km2的研究区,运用地理信息系统技术处理得到该研究区的景观类型图,选取景观水平上4种类型的32个景观指数进行计算,分析了不同幅度对景观指数间相关关系的影响。结果表明:随着研究幅度由0.5km到14km的逐渐增加,同类型景观指数间相关性幅度效应最为显著的为面积、周长、密度指数,其次是蔓延度、指数和形状指数,最后是多样性指数;不同类型景观指数间相关关系的幅度效应中,面积、周长、密度指数与其他类型指数间的相关关系较好,形状指数与多样性指数间的相关性则较差;且大部分景观指数间相关关系发生质变的空间幅度为3km×3km后,且随着研究幅度的增加,大部分发生质变的指数逐渐表现出不相关。该研究为不同幅度下景观指数的选取提供了参考。     

区域城市扩张对森林景观破碎化的影响——以粤港澳大湾区为例

森林生境丧失与景观破碎化是引起生物多样性下降,生态系统功能降低的重要原因。量化森林景观破碎化的时空特征及其与城市扩张格局的关系是开展区域生态修复与功能提升的重要基础。本文以快速城市化的典型区域——粤港澳大湾区为研究对象,基于遥感解译的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年土地覆盖/利用专题图,通过多尺度的景观格局分析和统计分析,定量解析森林景观破碎化的时空演变特征及其与城市扩张格局间的关系。研究结果显示：1）1980-2018年,大湾区林地覆盖面积缩减1,274 km²,林地转变为建设用地的面积占林地丧失总面积的比例从1980-1990年的11%增长至2010-2018年的42%,表明城市扩张已成为林地丧失的主导因素;2）森林景观破碎化程度加剧,表现为林地斑块密度提高,平均斑块面积减小,但破碎类型与程度具有地域差异;3）城市扩张幅度与空间格局显著影响林地破碎化,其中,城市扩张幅度对林地破碎化的影响更为重要。基于森林景观破碎化与城市扩张的现状,落实城市增长边界划定、关键斑块-廊道识别与生态网络构建等措施,有助于保护与连通重要生态空间,保障和提升生态功能。     

石河子莫索湾垦区绿洲景观格局变化分析

以新疆石河子１５０团场为例,从景观多样性、优势度、均匀度、分离度、分维数、嵌块体伸长指数、聚集度、嵌块体数目破碎化指数、嵌块体形状碎化指数等９个方面,对其景观格局进行了分析,结果表明：随着干扰时间的延长,整个景观的多样性和均匀度下降,而优势度聚集度指数值增加,这说明,该团场绿洲愈来愈由少数嵌块体类型所控制,嵌块体伸长度指数的增加与分维数的下降则说明,该团场绿洲嵌块体形状有愈加规则、愈趋简单势。而嵌块体形状破碎化指标数、数目破碎化指数、分离度指数的变化情况显示,１５０团场绿洲景观的破碎化程度在逐渐增加,其中以自然和半自然嵌块体的影响最大,对于人工景观而言,这意味着人类活动对１５０团绿洲施加的直接影响在逐渐减弱、而间接影响在增强。