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.     

汉江流域景观格局变化对土壤侵蚀的影响

在流域尺度上,景观格局变化是决定土壤侵蚀程度的重要因素。以汉江流域为研究区域,基于2000—2015年四期土地利用类型数据及环境气象数据,运用中国土壤流失方程和逐步回归法,探究景观格局变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)在2000—2015年间,汉江流域土壤侵蚀量下降,高值区分布在流域中部草地区,低值区分布在流域东西两侧的林地和耕地区。不同坡度下各等级土壤侵蚀量不同,侵蚀量最大值出现在10—30°的坡度范围内。(2)研究期间,汉江流域的景观破碎化程度加强,斑块形状趋于简单,各斑块自身连通性增强,景观类型空间分布均匀。(3)汉江流域土壤侵蚀量与斑块密度和平均邻接度指数呈正相关,与蔓延度指数和香农均匀度指数呈负相关,即景观破碎度越高、连通性越差,土壤越容易遭受侵蚀,反之则不易受到侵蚀;研究表明景观格局变化对土壤侵蚀有显著影响,结果可为流域尺度景观管理与水土保持研究提供参考。     

武夷山风景名胜区景观空间格局变化及其干扰效应模拟

景观空间格局是大小和形状不一的景观斑块在空间上的配置,它是各种生态过程在不同尺度上共同作用的结果,景观空间格局变化及其干扰研究对于准确掌握景观资源的动态过程以及进一步开展景观生态规划与建设具有十分重要的意义,因此,它是景观生态学研究的核心内容。以武夷山风景名胜区为研究对象,运用景观多样性、景观优势度、景观均匀度及景观破碎度等多种景观格局指数对武夷山风景名胜区不同时期景观格局进行研究,在此基础上,运用分室理论对未来50a武夷山风景名胜区在不同干扰程度下景观格局变化进行了模拟分析。结果表明：①从1996年至2001年,武夷山风景名胜区总斑块数从421块增加到452块,景观破碎度呈增大趋势。景观多样性从0．6066减少至0．6028,而景观均匀度却增加了0．0026,但景观格局总体上未出现显著的变化,即仍以天然马尾松林为基质景观,其它景观类型镶嵌其中的景观格局,表明了武夷山风景名胜区作为世界文化与自然遗产,受到较为有效的保护;②从局部上看,5a间武夷山风景名胜区各景观类型除河流景观外均发生了一定的变化,其中杉木林、农田与马尾松林景观面积减少量居前3位,分别减少了0．5644、0．2833、0．2804,而茶园与居住地面积却分别增加了0．7285、0．0814km^2。因此,毁林种茶是造成武夷山风景名胜区景观格局变化的主要原因;③不同干扰程度下景观格局变化模拟结果表明了武夷山风景名胜区景观多样性与均匀度均随着干扰强度的增大而增大,而优势度恰好相反,从而提供了一个证明“干扰是导致景观多样性增大”论断的有力实例。     

黄土丘陵区景观格局对水土流失过程的影响——景观水平与多尺度比较

以黄土丘陵沟壑区河口-龙门区间内42个水文站控制流域土地利用和径流泥沙数据为基础,借助GIS和RUSLE,运用景观格局指数分析法,从景观水平和多尺度上探讨景观格局对流域水土流失过程的影响。结果表明:河龙区间流域景观格局和水土流失过程特征存在明显空间分异和相对差异。在斑块类型水平上草地的连结度(COHESION3)和分维数变异度(FRAC_CV3)、耕地和居民建设用地的丛生度(CLUMPY1、CLUMPY5)、居民建设用地边缘密度(ED5)是影响流域水土流失过程的重要指标,其中草地连结度对流域水土流失过程变异的解释度最高。在景观水平上景观连结度(COHESION)、平均斑块面积(AREA_MN)、景观聚集度(AI)、景观丰富度(PR)是影响水土流失过程的主要因子,其中景观聚集度(AI)对流域水土流失过程变异的解释程度最高。斑块类型水平景观格局对水土流失过程空间变异的解释能力要高于景观水平。景观格局具有明显的嵌套特性并强烈影响着流域水土流失过程,在嵌套水平上草地连结度(COHESION3)和耕地丛生度(CLUMPY1)是控制流域侵蚀产沙的主要格局因子,草地分维数变异程度(FRAC_CV3)可以抑制流域泥沙输移过程。景观格局对水土流失过程的影响机制和景观指数与反应变量间的统计学关系随尺度不同而异。     

汶川县生态系统服务对景观格局及其变化的响应

景观格局及其变化是影响生态系统服务供应与维持的主要原因之一,也是生态系统服务管理与景观空间配置优化的基础。基于30 m分辨率土地利用数据,统计汶川县2000—2015年多种景观格局指数和碳固定、水源涵养、土壤保持3种生态系统服务的变化,划分等级探究生态系统服务对景观格局及其变化的响应。研究结果表明:1)汶川县整体景观趋于破碎化、斑块形状复杂化,斑块异质性增加,且主要是在林地、草地和耕地之间转换;2)对于生态系统服务,碳固定在全域内有所减少,而大部分区域水源涵养和土壤保持呈增长趋势;3)不同生态系统服务对景观格局的响应存在差异,不仅表现在指标上,也体现在程度上,如碳固定对斑块形状指数(Landscape Shape Index,LSI)响应较为明显,而对蔓延度指数(Contagion Index,CONTAG)敏感性较差;4)并非所有景观格局变化均会引起生态系统服务变化,尺度也会对结果造成影响。本研究通过生态系统服务对景观格局的响应分析,可为区域景观管理的相关评估提供借鉴。     

新疆阜康荒漠绿洲景观格局动态及其影响因子分析

阜康荒漠绿洲土地利用景观格局受自然分异和水土资源开发利用程度的制约,通过划分景观样带和选取景观空间格局指标,重点揭示了该区域景观格局的变化及其影响因子．结果表明,1987～1998年间阜康土地利用景观格局变化主要表现为耕地面积在洪积扇上增加,在冲积平原上下降;荒地则刚好相反,林地面积在低山丘陵带和洪积扇带下降,在冲积平原上没有变化．牧草地面积在低山丘陵带上升,其它各带均下降城镇面积在各样带上都有所增加,水域各带基本不变．低山丘陵带和洪积扇带景观多样性和均匀度下降,优势度上升;而冲积平原则多样性和均匀度上升,优势度下降,景观破碎度有增加的趋势,表明了人为影响的不断增强,阜康荒漠绿洲景观格局的变化,集中体现在位于洪积扇与冲积平原的耕地和荒地面积变动上,关键影响因子是水土资源利用下的水盐动态变化,地形和土地利用是影响地下水位变化的关键因素,而地下水位的连续变化又影响了土壤水盐在空间的分布。     

广州越秀公园植被景观格局分析

运用景观生态学原理,在对越秀公园植被景观要素进行分类的基础上,运用Autocad 软件提取了景观要素斑块信息,选取了斑块数目、斑块数目比、斑块面积、斑块面积比、斑块密度指数、斑块形状指数、优势度、分维度、均匀度等9 个指标对越秀公园植被景观的多样性、异质性、均匀性及破碎化程度等景观格局进行了分析.结果表明:越秀公园植被景观整体布局基本合理,景观结构较为稳定,密林作为全园的基质,保持了较好的生态完整性和连续性,为越秀公园的整体景观与环境提供了良好的基础生态条件,但需对部分景区植被景观布局作相应调整.同时对越秀公园植被景观整体格局优化和生态完善建设提出了建议.     

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。     

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。     

广东揭阳东湖公园植被调查及景观格局分析

运用景观生态学原理,对广东揭阳东湖公园植被进行调查,同时在进行植被景观要素分类的基础上,选取景观多样性、斑块数目、斑块面积、破碎度、优势度等指标对东湖公园植物景观的异质性、多样性、均匀性等景观格局进行分析。结果表明,东湖公园植被较丰富,景观整体布局基本合理,景观结构相对稳定,但植物配置需要加强,尤其需要突出季相变化,同时适当增加灌丛和草地的斑块,丰富空间景观结构。     

基于GIS的上海市景观格局梯度分析

 定量分析景观格局及其变化对于监测和评价城市化的生态后果十分重要。该研究应用基于GIS的梯度分析与景观指数相结合的方法定量分析了上海市城市化的空间格局。沿一条自西向东64 km长6 km宽和另一条自南向北66 km长6 km宽的样带,应用移动窗口计算了一系列景观指数。结果表明,城市化的空间格局可以用梯度分析与景观指数来定量,不同的土地利用类型沿景观格局梯度确实表现出明显的“空间特征”。多项景观指数可准确地、定量地指示上海地区东西和南北发展轴线上城市化的前沿和城市景观梯度分异的特征。城市化的总体格局是随着城市化程度增加,景观在组分上更多样化,形状上更为复杂以及生态学上更破碎化。此外,该文显示的上海市城市化景观格局比较符合同心圆论的城市发展理论,研究结果支持斑块密度随城市化程度而增加,斑块大小和景观连接度则下降的假说,但与随人类干预程度增强,斑块形状变得更规则的假说不相符和,因此,需要进一步研究来证实该发现。     

景观指数耦合景观格局与土壤侵蚀的有效性

景观格局分析是景观生态学中揭示景观变化及其生态效应的主要方法,而景观指数是景观格局分析中广泛使用的工具。土壤侵蚀是土壤物质在景观中的迁移和再分配过程,受地形、植被和人类活动及其空间格局的调控。运用景观格局分析揭示景观格局变化特别是土地利用/覆被格局变化对土壤侵蚀的影响是土壤侵蚀研究中应用景观生态学原理和方法的典型。在当前的研究中,斑块-廊道-基质范式下建立的景观指数对侵蚀过程的解释能力不断受到质疑,建立筛选适用的景观指数的原则和方法十分必要。以延河流域碾庄沟小流域为例,利用WATEM/SEDEM模型模拟多个年份流域侵蚀产沙和输沙量;基于土地利用/覆被数据,利用Fragstat4.2软件,计算了相应年份流域斑块、边界密度、形状、集聚与分散和斑块类型多样性4个方面的代表性景观指数。在此基础上,分析了景观指数与流域侵蚀产沙和输沙之间的关系,讨论了景观指数在土壤侵蚀研究中的有效性,在景观和斑块类型水平上分析了景观指数表达"源"、"汇"两大类景观类型的空间格局与侵蚀产沙和输沙之间的关系的一致性。结果表明:斑块-廊道-基底范式下发展的景观指数在指示景观格局的土壤侵蚀效应时存在局限。相对而言,斑块类型尺度的景观指数更能有效表达景观格局与土壤侵蚀的关系。基于景观类型在土壤侵蚀过程中的"源"、"汇"功能,提出了在土壤侵蚀研究中筛选适用的景观指数的原则:(1)对"源"、"汇"两类景观类型,景观指数与土壤侵蚀状况表征变量的相关系数符号相反;(2)对同为"源"或"汇"景观类型的多个景观类型,景观指数与土壤侵蚀表征变量的相关系数应具有符号一致性。尽管景观指数在斑块类型水平上具有一定的有效性,但用其预测景观格局变化的侵蚀效应有很大的不确定性。因此,基于土壤侵蚀过程与景观格局的作用机制发展新型的景观指数是增强景观格局分析预测土壤侵蚀过程的能力的途径。     

流域景观格局与河流水质的多变量相关分析

流域内的景观格局改变是人类活动的宏观表现,会对河流水质产生显著影响,因此明确影响水质变化的关键景观因子,对于深入了解景观对水质的影响机制具有重要的研究价值。选择广东省淡水河流域为研究对象,以2007年ALOS卫星影像以及水质监测数据为基础,运用空间分析和多变量分析方法,分析淡水河流域景观格局与河流水质的相关关系。用包括流域和河岸带尺度的景观组成和空间结构信息的景观指数表征景观格局,用Spearman秩相关分析、多元线性逐步回归模型和典型相关分析(CCA)研究景观指数和水质指标的相关关系。研究结果表明:林地、城镇用地和农业用地占淡水河流域总面积超过90%,其中城镇用地超过20%。多元线性逐步回归分析和CCA结果说明水质指标受到多个景观指数的综合影响,反映了景观格局对水质的复杂影响机制。流域景观格局对河流水质有显著影响,流域尺度的景观指数比河岸带尺度的景观指数对水质影响更大。城镇用地比例是影响耗氧污染物和营养盐等污染物浓度最重要的景观指数,林地和农业用地对水质的影响较小。另外,景观破碎化对pH值、溶解氧和重金属等水质指标有显著影响。CCA的第一排序轴解释了景观指数与水质指标相关性的54.0%,前两排序轴累积能解释景观指数与水质指标相关性的87.6%,前两轴分别主要表达了城市化水平和景观破碎化水平的变化梯度。淡水河流域的景观格局特征从上游到下游呈现出城市—城乡交错—农村的景观梯度,水质变化也对应了这个梯度的变化,说明人类活动引起的流域土地覆盖及土地管理措施变化会对水质变化产生显著影响。     

景观格局-土壤侵蚀研究中景观指数的意义解释及局限性

景观格局分析是景观生态学研究的重要组成部分。景观指数是景观格局分析的有力工具。近年来,景观格局与土壤侵蚀关系的相关研究增多,常规景观格局指数得到应用。但针对土壤侵蚀过程的景观指数意义解释不足,景观指数在刻画景观格局-土壤侵蚀过程关系存在局限。选择了连接性、多样性、边界/斑块密度、形状4个方面的12个常用景观指数,对这些指数在景观格局-土壤侵蚀过程关系研究中的意义进行阐述,对指数应用的局限性及其原因进行了分析。景观数据属性、景观指数本身性质和土壤侵蚀过程的复杂性使得常规景观格局指数在景观格局-土壤侵蚀关系研究中存在不足。这3方面的影响使得常规景观格局指数与土壤侵蚀表征变量之间不存在确定的关系,从而难以通过景观指数来表征景观土壤侵蚀特征。缺乏土壤侵蚀过程基础是常规景观指数在土壤侵蚀研究应用中存在局限的主要原因。因此,构建基于土壤侵蚀过程的景观指数是景观格局-土壤侵蚀关系研究的需要和新的发展方向。     

上海市城市土地利用景观的空间尺度效应

在RS与GIS技术支持下,基于2002年上海市5m分辨率的SPOT遥感影像和上海城市土地利用的景观类型,定量分析了几种常用景观格局指数随尺度的变化规律．结果表明：上海市土地利用景观格局指数对粒度和幅度变化都很敏感,景观格局具有明显的尺度依赖性,不同指数对尺度的响应特征不同;40m分辨率是上海城市土地利用景观的本征观测尺度,小于这个尺度范围往往表现出随机性特征;24km的幅度是一个特征操作尺度,与上海市建成区与非建成区边界的范围相吻合,说明对于上海城市景观而言,距离城市中心12km的幅度可能是一个本征的操作尺度;上海市城市结构的复杂性和城市空间扩展的不对称性,说明上海城市景观格局的本征操作尺度并不是一个规则的形状,24km的正方形范围仅是一个近似的操作尺度．     

粒度变化对上海市景观格局分析的影响

采用1989年上海市1∶50 000彩红外航空遥感影像解译的土地利用数据,系统分析了粒度变化对中心城区、郊区和城郊结合部3类景观格局分析的影响.结果表明:景观格局指数对粒度具有尺度依赖性,随粒度的变粗,格局指数的变化可归为单调下降、阶梯上升或单峰变化以及不规则变化3类;景观格局指数随粒度变化的曲线存在多个拐点,并对应于合适的景观格局分析尺度,上海城市景观格局分析的合适尺度为10～20 m;不同城市景观类型对景观格局指数的粒度效应具有较大影响,景观格局指数在城郊结合部表现出与城区和郊区不同的变化趋势.     

2D与3D景观指数测定山区植被景观格局变化对比分析

植被和土地覆盖变化是环境变化的一个重要因素,同时也是引起景观和生态系统变化的重要原因。景观指数是定量分析植被和土地覆盖变化的重要研究方法之一。以滇西北高山峡谷区为案例区,比较分析传统2D景观指数和3D景观指数进行植被变化定量测定的差异。研究主要选取了基于斑块面积和周长几个常用指数来进行比较分析。研究结果表明在斑块层次上,除了分维数指数,其他指数的三维方法计算值显著地高于二维方法计算值;在类型层次上,三维的类型面积指数、平均斑块面积指数、平均最小邻近距离指数测定的变化值显著大于二维的相应指数测定变化值,但是二维和三维平均形状指数和分维指数测定的植被斑块的平均形状变化结果没有显著差异;在景观层次,只有三维的平均斑块面积和最小邻近距离指数测定的变化结果显著高于二维的平均面积和最小邻近距离指数测定的变化结果,其它指数如形状指数、分维指数、多样性指数和均一度指数等测定出两个不同时期的植被图格局变化结果均无显著差异,主要由于这些指数是采用面积和周长的对数或者比值计算得出,从而缩小了斑块表面面积与平面面积,表面周长与平面周长之间的差异。总体而言,利用二维景观指数在进行定量分析山区植被格局变化时,往往低估了其类型面积、平均斑块面积、斑块邻近距离等指数变化量,而三维景观指数得到相对较精确的变化值。     

Integrating small-scale landscape elements into land use/cover: The impact on landscape metrics’ values

Over the last 30 years the use and misuse of landscape metrics has been widely studied. However, there has been less attention on incorporating small-scale landscape elements into landscape analysis. Data type used in the analysis can be either vector or raster, while the raster format is more widely used. However, using large-scale topographical vector databases has several advantages – they cover whole countries with very detailed and accurate topographical data. Despite the high level of detail, their amount in Mb is small, which allows simultaneously to analyse large areas. The peculiarity of vector data is that small-scale landscape elements are mapped as point elements or lines. For calculating landscape metrics, the integration of these features and LULC (land use/cover) polygons is needed. In the current study we investigated how integration of point and linear elements into polygon layers affects the values of landscape metrics. Adding line buffers influenced metrics’ values more than adding point elements. The ensemble of point and linear objects is similar to linear objects. Our study revealed that integrating small-scale landscape elements into land use/cover layers by using buffers gives more realistic values if the buffer size is in compliance with the size of the phenomena in the real world and suitable landscape metrics are chosen. However, the metrics that responded to adding small-scale landscape elements in correspondence with their real world impact on landscape metric values might not always be the best ecological indicators in terms of small-scale landscape elements. Another issue is that values of landscape metrics depend directly on the number of classes determined in the data specification, and on the data model. If the number of mappable point and linear objects changes, or the data model of the linear objects changes, the values of landscape metrics differ.     

城市化景观格局对本土植物多样性的多尺度影响——以北京市顺义区为例

景观格局对植物多样性的影响已经在很多研究中得到了验证,但有关城市景观的影响仍然知之甚少。为了探究城市化景观格局对植物多样性的影响及其尺度效应,本研究在北京市顺义区调查了105个样地,计算每个样地的α和β多样性指数;并以100 m为步长,分析了100～1000 m范围内的10个尺度43个城市的景观格局指数。结果表明: 在所有尺度上,城市景观面积指数、核心类指数和边缘指数与本土植物多样性均呈负相关;形状复杂性指数在小尺度内有利于植物多样性,而面积加权复杂性指数则在较大尺度上影响明显。其他指数如城市斑块的连接性、邻近性、内聚性、破碎性和散布并列指数与本土植物多样性之间的关系轻微且不稳定。城市化强度与尺度呈负相关,与各个尺度的植物多样性呈负相关。合理将城市区域分为许多边缘简单的小斑块,能够更好地保护本土植物多样性。该研究提出了保护城市植物多样性的景观格局建议,为生态城市建设提供参考。