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。     

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...     

主题分辨率对NDVI空间格局的影响

景观格局与尺度的相互关系一直是景观生态学的研究重点。景观生态学中的尺度内涵包括时间、空间和分析（观察）等。近年来景观格局与空间、时间尺度关系受到广泛关注,而分析尺度对格局的影响探讨较少。地理空间信息的主题分辨率反映了地理空间信息的制图细节,即专题图的分类数。以NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）为专题图内容,选择福州行政区、福州城区和永泰县为研究区域,通过改变NDVI分类数,研究主题分辨率对空间格局的影响。NDVI格局指数包括：斑块数量（NP）、最大斑块占景观面积比例（LPI）、斑块平均大小（AREA-MN）、面积加权平均形状指数（SHAPE-AM）、面积加权平均分维数（FRAC-AM）、蔓延度指数（CONTAG）、散步与并列指数（IJI）、香农多样性指数（SHDI）。结果表明格局指数对主题分辨率（分类数）的连续响应特征如下：初始条件敏感区（分类数2—4类）、敏感响应区（分类数为4—8类）、适合分析尺度区（分类数8—12类）、不敏感区（分类数≥12类）;格局指数与主题分辨率的关系有对数增长、线性增长和幂函数下降等。分析尺度对NDVI空间格局影响的本质原因是相对应的生态系统等级结构的存在     

粒度变化对城市热岛空间格局分析的影响

尺度是景观格局和生态过程研究中的关键问题。综合目前城市热岛效应研究来看,景观格局指数的引入极大推进了热岛格局的定量研究,然而其尺度效应仍未得到重视。由于热岛空间格局与形成过程的复杂性和人类认识的局限性,对其尺度问题有待深入讨论。基于Landsat TM影像反演地表温度,采用均值-标准差分类方法划分热力等级,对珠三角城市热岛格局特征的粒度效应进行了研究。结果显示:随粒度增加,弱势热力斑块类型下降,向相邻斑块转移;景观指数在类型水平和景观水平均受空间粒度影响明显,"临界粒度"现象明显;总体而言,粒度150 m是城市热岛格局特征的临界粒度,对热岛格局进行景观指数计算的适宜粒度范围为30—150 m;不同景观指数粒度效应曲线有所差异,其中斑块密度和平均分维数在两个水平指数上都有较强的规律性;根据各景观指数变化特征,研究区尺度域主要在(30 m,150 m),表明在该尺度范围内构建的热岛效应预测模型可经简单推绎后使用。分析热岛格局随空间粒度变化特征对了解热岛格局的形成机制及进行尺度推绎具有重要意义。     

黄土丘陵小流域景观格局指数的粒度效应

采用基于GIS的景观格局分析法,研究了1975—2007年黄土丘陵沟壑区大南沟小流域景观格局指数在1～50m粒度范围内的粒度效应.结果表明:研究区小流域景观格局指数的粒度效应明显,不同年份之间的差异显著;该区景观格局指数的粒度效应可分为5种类型,即稳定不变型、平稳降低型、波动降低型、波幅增强型和不规则变化型.研究区景观的斑块丰富度属于稳定不变型,即随着粒度增大保持不变;边界长度、边界密度、景观形状指数、聚合度指数和蔓延度指数属于平衡降低型,即随着粒度增大呈显著的线性降低趋势;分维数随粒度增大呈波动递减趋势,属于波动降低型粒度效应;景观总面积、Shannon多样性指数和Shan-non均匀度指数的波幅呈显著增大趋势,属于波幅增强型粒度效应;不规则变化型粒度效应的景观格局指数包括斑块数、斑块密度、平均斑块面积、最大斑块指数、破碎度指数和景观分离度指数.1975年研究区上述景观格局指数的粒度效应与其他年份之间的差异显著,甚至截然相反.     

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。     

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。     

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Fragstats3.3,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10～100m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15～35m.     

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.     

黄土区农业景观空间格局分析

景观空间格局分析是景观生态学研究的核心问题之一。本文用地理信息系统,分维分析和统计分析相结合,以１∶１万土地利用现状图为基础,选取斑块大小、分维数、斑块伸长指数、多样性、优势度、相对丰富度、破碎度等指标,陕北米脂县泉家沟流域农业景观的空间格局。结果显示,乔木林地、坡耕地、果园、草地和梯田农地的分维数较低,坝地、水库、灌溉农田、居信用地和灌木林地的人维数较高,斑块形状较为复杂。随着斑块面积的增加,农     

红松老龄林主要树种的空间异质性特征与比较的定量研究

 空间异质性研究对认识不同尺度上的生态系统结构、功能和过程具有重要的理论意义。采用地统计学理论和方法,通过空间异质性特征和比较研究了我国东北红松老龄林中主要树种,即红松(Pinus koraiensis)、云杉(Picea koraiensis)、冷杉(Abies nephrolepis)、枫桦(Betula costata)和紫椴(Tilia amurensis)的空间异质性程度、空间异质性组成、尺度和格局问题。结果表明：红松老龄林中主要树种虽然生长在同一林分中,但是它们的空间异质性与格局具有明显的差异。红松的空间异质性程度最高,分数维较低,其空间异质性主要由空间自相关部分组成,在450m的尺度内,具有明显的空间格局。枫桦的空间异质性程度最低,分数维最大,空间异质性主要由随机部分组成,在大于100m的尺度上不存在明显的空间格局。云杉和冷杉由于生长的立地相似,因此具有相似的空间异质性特征和格局。紫椴是红松最重要的伴生树种,其空间异质性程度、空间异质性组成、尺度和格局等方面与红松接近。红松老龄林中主要树种空间异质性与格局在一定尺度上的差异,反映这些树种在生态系统中具有不同的生态学功能和过程。     

Multiple scales and the relationship between density and spatial aggregation in littoral zone communities

Understanding the constraints on community composition at multiple spatial scales is an immense challenge to community and ecosystem ecologists. As community composition is basically the composite result of species’ spatial patterning, studying this spatial patterning across scales may yield clues as to which scales of environmental heterogeneity influence communities. The now widely documented positive interspecific relationship between ‘regional’ range and mean ‘local’ abundance has become a generalisation describing the spatial patterning of species at coarse scales. We address some of the shortcomings of this generalisation, as well as examine the cross‐scale spatial patterning (aggregation and density levels) of littoral‐benthic invertebrates in very large lakes. Specifically, we (a) determine whether the positive range‐abundance relationship can be reinterpreted in terms of the actual spatial structure of species distributions, (b) examine the relationship between aggregation and density across different spatial scales, and (c) determine whether the spatial patterning of species (e.g. low density/aggregated distribution) is constant across scales, that is, whether our interpretation of a species spatial pattern is dependent on the scale at which we choose to observe the system. Spatial aggregation of littoral invertebrates was generally a negative function of mean density across all spatial scales and seasons (autumn and spring). This relationship may underlie positive range‐abundance relationships. Species that were uncommon and highly aggregated at coarse spatial scales can be abundant and approach random distributions at finer spatial scales. Also, the change in spatial aggregation of closely related taxa across spatial scales was idiosyncratic. The idiosyncratic cross‐scale spatial patterning of species implies that multiple scales of environmental heterogeneity may influence the assembly of littoral communities. Due to the multi‐scale, species‐specific spatial patterning of invertebrates, littoral zone communities form a complex spatial mosaic, and a ‘spatially explicit’ approach will be required by limnologists in order to link littoral‐benthic community patterns with ecosystem processes in large oligotrophic lakes.     

The distribution of the macrobenthos of the White Sea littoral in different spatial scales

Spatial distribution of macrobenthos of middle intertidal zone was studied in scale from centimetres to 30 kilometres along the coastline. The community structure and distribution of the 5 most abundant species (Hydrobia ulvae, Mya arenaria, Macoma baltica. Peloscolex benedeni, Arenicola marina) were considered. Spatial heterogeneity of macrobenthos, estimated as mean dissimilarity between samples, kept constant in scale of centimetres--meters, but increased significantly when enlarged area is considered. Patterns of many species changed with scale from random mosaic to more or less pronounced patchiness, whereas the density of H. ulvae and the structure of the whole community demonstrated fractal (self-similar) patch pattern in wide range of scale from dozens of meters to several kilometres. Spatial correlations between species (the composition of assemblages) and between species and environmental factors were also scale dependent. Some possible effects of scale on the observed spatial distribution of benthos are discussed, and multiscaled analysis of biotic heterogeneity is concluded to be very fruitful.     

放牧和刈割条件下草山草坡群落空间异质性分析

采用变异矩分析和分形方法,研究了草山草坡群落在放牧和刈割条件下的空间异质性及空间自相关性,结果表明,群落空间格局有尺度依赖性,刈割条件下空物异质性及空间相关性弱,多样性梯度即β多样性小,放牧消除地形引起的样地差异,因而使空间异质性简单化。     

生态学系统的空间异质性

空间异质性是生态学系统的一个普遍牧场生,生态学家对它在生态学中的重要性已取得了比以往更深刻的认识。试图从空间异质性的含义,空间异质性与尺度和等级的关系,空间异质性的定量描述,空间异质性对生物和非生物过程的影响,以及空间异质性的动态等5个方面综述了有关空间异质性的生态学研究的新进展。     

水杉原生种群结构及空间分布格局

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有濒危极小种群物种, 其种群的状态一直被国内外学者广泛关注。分析现存水杉原生种群结构和空间分布格局及其空间关联性, 可以从空间格局角度深入认识水杉原生种群结构和分布格局及可能的形成机理。本文基于湖北利川境内水杉原生种群的野外调查数据, 分析其径级和高度级结构, 同时运用点格局分析中的成对相关函数g(r)以及3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型、先决条件模型)分析水杉原生种群空间分布格局、各龄级空间分布格局及空间关联性。结果表明: (1)分布于研究区域内的水杉原生种群个体数共5,663株, 已死亡33株, 现存活5,630株, 其中40株濒临死亡, 465株处于衰弱状态, 部分个体呈现不同的形态特征和生长状况, 断梢和蚁害最为常见, 雷击是最致命的危害。(2)水杉原生种群结构分析显示, 其径级结构和高度级结构均呈纺锤型, 自然更新不良。(3)基于完全空间随机模型, 水杉原生种群在各尺度下均呈现聚集分布, 中龄树在较小尺度(r < 3,300 m)上呈现聚集分布, 成年树和老龄树在较大尺度(r < 4,700 m)上呈现聚集分布; 排除生境异质性影响后, 聚集尺度均减小, 所以种群及不同龄级的聚集尺度分别为0-3,000 m、0-2,100 m、0-2,900 m和0-2,500 m, 随后呈现为微弱的随机分布和均匀分布。(4)基于完全空间随机模型, 3个龄级之间在所有尺度均为正关联; 在排除生境异质性影响后, 不同龄级的正关联尺度减小, 均在0-2,800 m呈正关联。综上, 水杉原生种群个体数量正呈现逐步减少的趋势, 种群主要呈聚集分布, 各个龄级间具有正向的关系, 从现有的空间格局来看, 生境异质性、扩散限制和种内竞争是导致该格局的主要原因。     

广西大青山次生林的群落特征及主要乔木种群的空间分布格局

本文依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站在大青山设置的1 ha长期监测样地, 分析了森林群落的物种组成、区系特征及乔木种群的径级结构, 并用点格局分析方法的O-ring统计对主要乔木植物种群的空间分布格局及其空间关联性进行了研究, 旨在深入探讨该区域次生林的物种多样性特点及其维持机制, 分析影响优势树种空间分布格局的可能因素。大青山次生林共调查到植物109种, 其中乔木58种、灌木29种、草本22种, 樟科为样地内物种最丰富的科, 区系组成以泛热带成分为主; 乔木树种的径级结构接近倒“J”形, 主要种群的个体集中分布于中小径级范围(1-5 cm), 林分结构合理, 更新良好。从物种多度、胸高断面积和重要值来看, 大叶栎(Quercus griffithii)和锈毛梭子果(Eberhardtia aurata)是群落中的共优种, 其个体数占总个体数的30.8%, 鸭公树(Neolitsea chuii)、广东琼楠(Beilschmiedia fordii)和尖连蕊茶(Camellia cuspidata)为群落的主要伴生树种。用完全随机模型不排除生境异质性的条件下, 主要种群多数呈聚集分布; 用异质性随机模型排除生境异质性的条件下, 主要种群的聚集程度显著下降, 仅在小尺度上呈聚集分布; 主要树种均在一定尺度上表现为两两间正相关, 且在0-50 m的大部分尺度上显示出相互独立的特点, 没有表现出负相关。     

温带落叶阔叶林地表鞘翅目成虫小尺度空间格局动态分析

土壤动物空间格局是格局—过程以及生物多样性维持机制研究的重要基础,目前小尺度空间土壤动物空间格局动态特征仍不清楚。基于地统计空间分析方法,以鞘翅目成虫为研究对象,研究帽儿山温带落叶阔叶林小尺度空间(5m)地表鞘翅目成虫群落及类群的空间格局动态特征。结果表明:4次调查共捕获鞘翅目成虫11科、29类、1021只个体,调查月份鞘翅目成虫群落具有较强的时空变异性;Moran'sⅠ系数表明鞘翅目成虫群落和类群具有复杂的正的空间自相关性,其空间异质性可用球状、指数、高斯和线性模型进行拟合。这种空间异质性具有一定的时间变化特征,且这种空间分异是由随机性因素单一调控或结构性因素和随机性因素共同调控的结果;类群之间在多种尺度上表现为复杂的以负相关居多的空间关联性,这种空间关联性的形成主要是结构性因素或随机性因素单一调控的结果。本实验表明地表鞘翅目成虫群落在小尺度空间具有明显的空间异质性特征,这种空间异质性时间变异性较明显。