城市景观格局的空间尺度分析

景观生态学研究的核心内容是景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中都存在的尺度多样性问题,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键,但是由于理论和方法的限制,目前对景观生态学的尺度研究还不够深入,特别是景观格局对尺度变化的响应特征。目前GIS与RS技术的发展为不同尺度下的空间格局特征和空间异质性研究提供了有效的工具。论文以上海市为背景,用景观生态学方法研究了不同粒度下景观格局特征,同时用半变异函数分析了不同幅度下景观多样性的格局特征。结果显示:(1)不同的指数对粒度的响应不同;(2)空间多样性在小幅度内变化较复杂;(3)不论粒度还是幅度都揭示出景观格局具有尺度依赖性规律。     

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。     

不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究

在GIS与RS技术支持下,采用5 m分辨率的SPOT遥感图像数据,从城市土地利用角度,利用半变异函数对不同尺度的景观多样性、聚集度与分维数的空间变异进行了定量分析.结果表明,不同尺度下3种指数的空间变异具有相似特征,各个尺度上都具有空间依赖性,尺度越小,空间依赖性越大,空间变异的细节更显著,空间自相关性对总体变异的贡献逐渐增加,但尺度过小,有时会破坏景观内部结构.不同指数的半变异函数模型在相同尺度上差异显著,说明不同景观指数在不同尺度下的半变异函数模型不具可比性.就研究上海市内部土地利用结构而言,1 km的幅度是较合适的空间尺度.景观指数空间变异特征是尺度的函数,尺度对景观格局的影响不能忽视.景观综合指数对尺度响应的生态过程揭示了上海城市空间结构的规律性:在小尺度上的复杂无规律性,中尺度上的多中心性和大尺度上的圈层结构性,但各个尺度是相互依赖的,没有绝对界限.     

基于无人机航测的漯河市土地利用景观格局尺度效应

景观格局的尺度效应一直是景观生态学研究的核心内容,对于揭示景观空间格局变化规律及其生态过程具有重要意义。以漯河市中心城区为研究对象,基于景观生态学原理,采用无人机航测技术获取空间分辨率为0.09 m的无人机影像,结合GIS空间分析法,量化分析了漯河市土地利用景观格局的尺度效应。结果表明:(1)漯河市中心城区土地利用景观格局具有明显的粒度和幅度效应。(2)粒度越小,景观格局指数随空间粒度的变化趋势越稳定,其表达的生态过程越真实;景观水平上景观格局的粒度效应是由建筑、道路和绿地景观在景观优势度、破碎度和聚集度等方面的变化导致的;35 m和3 m分别为研究粒度效应的临界阈值和最佳粒度。(3)景观优势度、破碎度和蔓延度随空间幅度的增加而降低,景观复杂程度和聚集度随空间幅度的增加而增加;景观格局具有明显的空间梯度分布特征——从市中心往外由不透水地面向透水地面过渡;建筑和道路在城市中心区聚集度较高,而绿地景观在城市内部破碎度较高,进而主导了整体景观格局的梯度变化;景观组分的稳定与城市规模有关。(4)无人机航测技术可以更快速、准确地获取城市尺度上的景观生态信息,揭示景观格局对尺度效应的响应特征,可为景观格局优化和城乡景观规划提供科学依据。     

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...     

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.     

城市景观格局演变的水环境效应研究综述

人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代,自然景观斑块破碎化,城市道路和排水管网等人工廊道大量增加,造成"源""汇"景观的比例失衡和格局失调,从而产生城市景观格局演变的水环境负效应,如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等,且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结,针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处,提出未来研究的着力点,对实现可持续城市具有一定意义。     

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。     

城市景观三维扩展及其大气环境效应综述

当前,中国正处于快速城镇化阶段,在城市边界迅速扩展同时,城市内部改造使建筑高度也不断增加,从而使得城市与周边生态环境的相互作用影响变得更为复杂。在三维空间上研究格局变化与过程关系对于城市生态安全持续和健康发展具有重要意义。本文综述了景观生态格局研究在三维空间上的进展和城市大气环境效应;总结了不同尺度上大气数值模式在城市下垫面大气模拟中的应用,以及城市景观组分和三维格局演变对局地气候和大气污染的影响;分析了当前城市景观三维格局研究和城市大气数值模式应用中存在的不足。三维格局定量分析及其环境效应是未来城市景观生态学研究新的方向,包括构建综合反映景观格局与大气环境关系的格局指数,建立融合城市景观格局演变动力机制和大气环境因子于一体的多尺度模型,以及加强城市三维景观格局优化研究。     

空间尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响:粒度和幅度

空间尺度是影响我们理解生态学格局和过程的关键因素。目前已有多种关于物种多样性分布格局形成机制的假说且研究者未达成共识,原因之一是空间尺度对物种多样性分布格局的环境影响因子的解释力和相对重要性有重要影响。地形异质性是物种多样性分布格局的重要影响因素。本文综述了在地形异质性-物种多样性关系的研究中,不同空间粒度和幅度对研究结果的影响,以及可能的原因。尽管已认识到地形异质性-物种多样性关系的空间尺度效应,但粒度和幅度的具体影响仍未有统一结论。当前物种多样性分布格局研究未能覆盖较完整的尺度变化梯度。未来对地形异质性-物种多样性关系的研究需要同时考虑幅度和粒度的影响。建议结合可靠的模型和统计分析方法开展多尺度格局比较分析,以进一步阐明研究尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响以及地形异质性起主导作用的空间尺度。     

大城市边缘区景观破碎化空间异质性——以北京市顺义区为例

探索大城市边缘区景观破碎化格局及其空间异质性特征,有助于把握景观动态的变化机制及其生态问题.以北京市顺义区这一典型大城市边缘区为例,基于土地利用分类数据,采用有效粒度尺寸方法,对1992年、1999年和2009年景观破碎化空间变异进行了地统计学分析,主要包括尺度依赖性、空间异质性、空间格局及其生态过程的分析.研究结果表明:1)景观破碎化空间变异具有明显的尺度依赖性特征,由空间自相关部分引起的空间异质性较高;1992年和1999年景观破碎化空间总变异相对缓和,2009年空间总变异强烈;通过不同尺度上的异质性对比,选取1000m幅度作为研究区景观破碎化的空间异质性分析较为适宜.2)景观破碎化空间异质性表现出明显的上升趋势,土地利用斑块破碎化不断加剧,其中1999-2009年间的表现尤为强烈.3)景观破碎化高值区呈现出由东部向西部转移的态势,并且其空间布局具有集聚性与分散性的显著特征,空间上相似属性聚集与相异属性聚集的空间格局十分突出.4)景观破碎化空间自相关作用主要来自高强度社会经济活动的影响,并表现出明显的区位特征.该研究结果可为土地、城镇规划以及景观生态建设提供参考.     

边缘效应的空间尺度与测度

综述了边缘效应的空间尺度类型以及在不同尺度上的测度方法.基于大量的研究整合,认为边缘效应空间尺度的划分,可以根据空间尺度的不同以及边缘效应形成和维持因素,分为大中小3个尺度类型,即大尺度的生物群区交错带、中尺度的景观类型之间的生态交错带和小尺度的斑块(生态系统)之间的群落交错区.大尺度主要是以植被气候带为标志的生物群区间的边缘效应,这种地带性的交错区主要受大气环境条件的影响.中尺度类型主要包括城乡交错带、林草交错带、农牧交错带等类型,是不同生态系统要素的空间交接地带,在物质能量等相互流动的作用下变得更为复杂.小尺度水平上是指斑块之间的交错所形成的边缘效应,受小地形等微环境条件及生物非生物等因子的制约,研究主要集中在群落边缘、林窗边缘和林线交错带等方面.对边缘效应测度的定量化研究有助于更加深入理解边缘效应.在大尺度水平上,边缘效应测度的研究主要是应用数量生态学等方法,研究不同气候带之间界线的划分及其物种分布的梯度规律性.中尺度水平上应用景观生态学的3S技术等方法,侧重于研究交错带的动态变化趋势及位置宽度的判定.小尺度水平上通过对距离边缘的长度,各群落中种群的数量、结构、多样性等定量指标的测定来构建测度公式,从而对边缘效应的强度进行量化,并反映边缘对群落的正负效应.总体上看,主要集中于中小尺度上,未来应该强化大尺度边缘效应测度的研究.     

Spatial scale types and measurement of edge effects in ecology

Classification of spatial scales and measurement of edge effects in ecology were reviewed. The spatial scales can be classified into large scale (biome ecotone), meso-scale (ecological ecotone) and small scale (community ecotone) through the formation and maintenance of edge effects in ecology based on the synthetic analysis of published literatures. The biome ecotone is influenced by climate, regional dominant vegetation and terrain environment. The ecological ecotone is usually distributed in the transitional region with remarkable habitat heterogeneity. It connects adjacent ecosystems and affects the flow of energy and nutrient. Nowadays, study on edge effects in ecology mainly focuses on boundary sensitivity which associates with urban-rural ecotone, forest-grassland ecotone, agro-pastoral ecotone, forest-farmland ecotone, water-land ecotone and forest-swamp ecotone. As to the community ecotone which links with different patches to the interior of the community, previous studies focused on community edge, gap edge and treelines. The borderlines of different biome ecotones and the gradients of species distribution in the biome ecotones have been investigated through the method of quantitative ecology. The dynamic change, location and width of the ecological ecotone have been studied using the Geographic Information System (GIS), Remote Sensing (RS) and Global Positioning System (GPS) technologies and the landscape ecology theory. As important indicators, distance from edge, population, structure and diversity determined for establishing models can be applied to measure the intensity of edge effects and decide the positive or negative impact on communities. Although study on the edge effects in ecology was mostly reported at the meso-scale and small scale, study at large scale should be paid more attention as it is the potential value in ecology and global change fields.     

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.     

城市景观空间自相关与自相似的尺度特征研究

在RS与GIS技术支持下,以上海市外环以内城市中心区为区域背景,研究城市景观格局空间自相关与分形结构在不同粒度下的变化特征,揭示其对粒度的响应特征和敏感程度。结果表明,城市景观格局的空间自相关性和自相似性依赖于粒度的选择,MoranⅠ与各种景观类型的分维数均存在尺度效应;城市景观格局空间自相关性与自相似性在一定尺度范围内具有尺度依赖性,但二者对尺度的依赖程度不同。空间自相关性具有较高的尺度依赖性;而不同景观类型的自相似性随尺度的变化没有统一规律;城市景观格局的空间自相关性和自相似性对尺度变化的敏感点不同。居住景观的MoranⅠ对尺度变化的敏感点为50m,其他景观类型无明显的敏感点;分维数对尺度的敏感点因景观类型不同而异。     

Biome transitions as centres of diversity: habitat heterogeneity and diversity patterns of West African bat assemblages across spatial scales

It is widely accepted that species diversity is contingent upon the spatial scale used to analyze patterns and processes. Recent studies using coarse sampling grains over large extents have contributed much to our understanding of factors driving global diversity patterns. This advance is largely unmatched on the level of local to landscape scales despite being critical for our understanding of functional relationships across spatial scales. In our study on West African bat assemblages we employed a spatially explicit and nested design covering local to regional scales. Specifically, we analyzed diversity patterns in two contrasting, largely undisturbed landscapes, comprising a rainforest area and a forest‐savanna mosaic in Ivory Coast, West Africa. We employed additive partitioning, rarefaction, and species richness estimation to show that bat diversity increased significantly with habitat heterogeneity on the landscape scale through the effects of beta diversity. Within the extent of our study areas, habitat type rather than geographic distance explained assemblage composition across spatial scales. Null models showed structure of functional groups to be partly filtered on local scales through the effects of vegetation density while on the landscape scale both assemblages represented random draws from regional species pools. We present a mixture model that combines the effects of habitat heterogeneity and complexity on species richness along a biome transect, predicting a unimodal rather than a monotonic relationship with environmental variables related to water. The bat assemblages of our study by far exceed previous figures of species richness in Africa, and refute the notion of low species richness of Afrotropical bat assemblages, which appears to be based largely on sampling biases. Biome transitions should receive increased attention in conservation strategies aiming at the maintenance of ecological and evolutionary processes.     

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。