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。     

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.     

景观指数之间的相关分析

应用辽宁省1997~1998年的TM 5影像数据,编制了景观类型图,以78个县市区为单位,分割成78个景观,共计算39个景观格局指数,对它们进行了相关分析。总面积是最基本的景观指数,它决定景观总边界长度、斑块数、类型密度等基本指数,同时与多个指数有显著的相关关系(相关系数绝对值大于0.75)。形状指数的独立性强,极少数指数与其它指数有显著的相关关系;多样性指数和蔓延度指数之间信息重复量最多,都表示景观的异质性,但多样性指数以面积百分比表示景观异质性,而蔓延度指数以类型之间相邻边界的百分比表示景观异质性。研究发现,如果两个指数之间存在显著的相关关系,而由它们两个构成的指数与它们之间没有显著的相关关系。如果指数平均值之间存在显著的相关关系,则它们的变异系数之间不存在显著的相关关系。景观指数间的相关系数不仅与景观格局本身有关,还与空间尺度,分类系统、计算公式及其参数、计算单元和生态学意义关系密切。指数之间影响因子的相同之处越多,它们之间存在显著相关关系的概率越大。     

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     

近40年艾比湖湿地自然保护区生态干扰度时空动态及景观格局变化

以新疆艾比湖湿地为研究区,利用1972、1998、2007年及2013年4个时期的Landsat遥感影像作为数据源,并结合湿地的土地覆被状况,参考《全国土地利用分类》建立艾比湖湿地生态干扰类型分类系统。借助生态干扰度指数、景观格局指数以及GIS空间分析方法,探讨艾比湖湿地的生态干扰度的时空动态及景观响应机制。结果表明:(1)1972—2013年,研究区的生态干扰度总体呈现较为稳定的趋势,但其空间分布发生变化。生态干扰度类型之间的转化速率有加快的趋势。(2)1972—2013年,边缘密度指数(ED),平均形状指数(MSI),面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)及景观分离度(DIVISION)4项景观格局指数大体呈上升的趋势,2013年区域的景观指数较为稳定。(3)景观格局指数与生态干扰程度有密切的一致性。生态干扰度与景观格局指数空间分布相关性大小依次为:边缘密度指数(ED)景观丰度密度(PRD)香农多样性指数(SHDI)平均形状指数(MSI)面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)景观分离度(DIVISION)。客观系统的认识和评价艾比湖湿地的生态系统及环境,可为干旱区实现自然环境的保护,协调土地利用及环境保护之间的关系提供较为实用的参考。     

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。     

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。     

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。     

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...     

森林景观格局分析及破碎化评价--以祁连山西水自然保护区为例

基于西水自然保护站2001年1：5万林相图,在地理信息系统软件ArcGIS和景观结构分析软件Fragstats(栅格版)支持下,从景观总体特征、斑块面积、斑块周长、斑块数和分形维数等角度对其景观格局和破碎化程度进行了分析和评价。结果表明,各景观组分中草地面积最大。保持得较为完整;杨类、白桦软阔类、针阔混交林、疏林地、农田和未成林地面积小。呈零散分布;青海云杉林的面积和周长较大,但其边界密度大,显示出较高的破碎化程度。各景观组分的分形维数均较低,远离于2,更趋向于1,表明各景观类型的边界褶皱程度均较低,整个景观的边界形状较为简单。     

The Role of Landscape Patterns of Habitat Types on Plant Species Diversity of a Tropical Forest in Mexico

The relationships among landscape characteristics and plant diversity in tropical forests may be used to predict biodiversity. To identify and characterize them, the number of species, as well as Shannon and Simpson diversity indices were calculated from 157 sampling quadrats (17,941 individuals sampled) while the vegetation classes were obtained from multi-spectral satellite image classification in four landscapes located in the southeast of Quintana Roo, Mexico. The mean number of species of trees, shrubs and vines as well as the mean value of the total number of species and the other two diversity indices were calculated for four vegetation classes in every one of the four landscapes. In addition, the relationships between landscape patterns metrics of patch types and diversity indices were explored. The multiple statistical analyses revealed significant predictor variables for the three diversity indices. Moreover, the shape, similarity and edge contrast metrics of patch types might serve as useful indicators for the number of species and the other two diversity variables at the landscape scale. Although the association between the three diversity indices and patch types metrics showed similar behavior, some differences were appreciated. The Shannon diversity index, with its greater sensitivity to rare species, should be considered as having a greater importance in interpretation analysis than Simpson index.     

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。     

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。     

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.     

Mapping the spatial distribution of plant diversity indices in a tropical forest using multi-spectral satellite image classification and field measurements

The relationships among alpha and beta diversity indices, computed from 141 randomly sampled quadrats, and the vegetation classes obtained by multi-spectral satellite image classification, were used as a strategy for mapping plant diversity in a tropical landscape mosaic. A relatively high accuracy of the land cover map was revealed by the overall accuracy assessment and the Cohen's Kappa statistic. Species accumulation models were used to evaluate how representative the sample size was the different vegetation types. A standard one-way, between-subjects ANOVA confirmed a significant reduction of the within-class variance of plant diversity with respect to their total variance across the landscape. Computed uniformity indices, to assess the internal uniformity of vegetation classes on the diversity indices, confirmed the goodness of the mapped classes in stratifying variability of plant diversity. This allowed for the use of the mapped classes as spatial interpolators of plant diversity values for estimation and up-scaling purposes. Finally, it was revealed that the plant diversity of the landscape depends, to a large extent, on the diversity contained in the most mature forest class, which is also the most diverse community in the studied area. High and moderate beta diversity values between mature forests and both the secondary associations and the first stages of succession, respectively, indicated that there is a significant contribution to the diversity of the landscape by those vegetation classes.     

景观指数分类、应用及构建研究

在景观生态学研究中,理解与把握景观格局变化的生态学原则至关重要,用景观指数描述景观格局及变化,建立格局与景观过程之间的联系,是景观生态学最常用的定量化研究方法,本文在综合前人对景观指数的基础上,对景观指数研究从景观指数的分类研究,指数对景观格局的描述研究,指数之间的相关性研究及指数构建研究等4方面进行了总结,并从单个景观指数与指数体系两个层次上提出了判定景观指数优劣及景观指数应用的一般性原则。     

Do landscape health indices reflect arthropod biodiversity status in the eucalypt woodlands of eastern Australia?

Ecosystem or landscape health indices are important tools for land managers. While strong predictable relationships between these indices and biotic diversity are often generalized, they are seldom validated. Here we use data from a semi‐arid eastern Australian woodland to examine the relationships between arthropod community structure and two sets of landscape health indicators: landscape function analysis (LFA), and a terrestrial index of ecological integrity based on common vegetation metrics (structure, composition and function; SCF). Hierarchical partitioning revealed that the ability of LFA or SCF to account for variation in arthropod richness was low, with the variable of importance taxon‐dependent. Similarly, multivariate analyses indicated relatively weak and inconsistent relationships between LFA and SCF indices and arthropod assemblage structure. Results obtained for additional habitat attributes commonly used in terrestrial vegetation monitoring were similar. Our study indicates that strong predictable relationships are rarely apparent, particularly for arthropods. This indicates that these indices have limited use as surrogates of arthropod biodiversity. These results are contrary to the past literature, highlighting the need for additional research and the development of a conceptual and empirical framework linking health indices and arthropod biodiversity. This is necessary to further the theoretical and practical application of these measurements in environmental management.