景观生态学中的格局分析：现状、困境与未来

作为景观格局分析的重要手段,景观格局指数的提出与发展极大地推动了景观生态学的发展,但是由于众多景观格局指数在指示生态学过程方面的不足,近年来景观格局分析已经走入困境。在总结近年来国内外相关研究的基础上,对景观格局分析的现状、困境及未来发展方向进行了综述。景观格局分析仍然是景观生态学的重要方面,景观格局指数仍然是景观格局分析的主要手段。但是如何建立具有生态学意义的景观格局指数和分析方法,如何将景观格局与生态过程联系起来,以及如何将＂基质—斑块—廊道＂的景观生态学理论应用到实际中是目前景观格局分析面临的主要困境。基于对景观格局分析现状及困境的认识,提出了景观格局分析未来的5个发展方向：（1）景观格局分析应该从目前的静态格局描述发展到对动态格局的刻画,只有找到刻画动态格局的方法,才能将格局和过程有机地联系在一起;（2）通过对多种景观格局指数的联合应用,发掘景观格局指数集合体对生态过程的解释能力;（3）发展基于生态过程的景观格局指数和分析方法;（4）通过多维景观格局分析,定量研究景观格局演变与生态过程之间的关系;（5）多尺度景观格局分析,将为解决格局与过程的关系提出有效手段。     

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。     

东莞市人工景观结构与连接度的协整性及因果关系

城市人工景观特征逐步向城市外围自然及半自然景观渗透。近年来对快速城市化地区的景观格局特征定量化研究很多,但侧重于景观格局特征的简单分析和描述,忽略了城市空间扩展过程中,城市人工景观结构与景观连接度动态变化过程中之间的内部联系。以东莞市1988—2009年城市人工景观为研究对象,通过计算并分析景观结构与景观连接度指数,利用计量经济学中的协整概念与格兰杰因果检验方法并详细分析了这两类指数之间的具体关系。研究结果表明:(1)所选取的景观结构指数与景观连接度指数能较好地描述东莞市城市人工景观时空格局变化过程;(2)人工景观斑块类型面积(CA)与可能连通性指数(PC)存在协整关系。景观聚集度指数(AI)、蔓延度指数(CONTAG)与景观连通性指数(IIC与PC)也存在协整关系,即这些变量之间确实存在长期均衡关系;(3)格兰杰因果关系检验中,在不同滞后期的情况下,大部分的结果表明景观连接度指数(IIC与PC)是景观结构指数(CA、AI、CONTAG)的格兰杰成因,说明景观连接度指数信息有助于预测景观结构指数的变化。     

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。     

黄土丘陵区生物结皮空间分布的代表性景观指数

景观指数可量化表征生物结皮的分布特征,但景观指数存在数量众多、冗余度较高的问题。本研究以位于典型黄土丘陵区的陕西省吴起县合沟小流域不同分布格局的58个样方的生物结皮为对象,计算其15个常用景观格局指数,基于相关分析、因子分析和敏感性分析,筛选出可描述生物结皮景观格局、具有特定生态学意义的代表性景观指数,并以陕西省定边县杨井镇鹰窝山涧小流域退耕地不同盖度的生物结皮为例,检验所选景观格局指数的可靠性和合理性。结果表明: 15个景观指数中,10个指数之间具有显著相关关系,而边缘长度(TE)和边缘密度(ED)分别与斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、丛生度(CLUMPY)和散布与并列指数(IJI)无显著相关性。斑块占景观比例(PLAND)、ED、斑块连结度(COHESION)和分离度(SPLIT),分别从盖度、长度、连通度和破碎度方面描述了生物结皮空间分布特征,其代表的3个公因子在刻画生物结皮空间分布格局时累计贡献率达91.6%。本研究确定了可量化生物结皮空间分布复杂性的代表性景观指数,为研究生物结皮格局变化及其与生态过程的关系提供了理论依据。     

基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度,并且随着尺度的变化而变化,加上面状生态过程监测数据无法直接获得,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用,借用洛伦兹曲线的理论,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个：①不受空间尺度的限制,具有跨尺度的功能;②适宜于环境背景(降雨和土壤等)相似的地区;③景观空间负荷对比指数具有相对比较意义,其值越大,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大,反之越小;④景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数,来判断流域发生养分(水土)流失的危险性。     

连接景观异质性与社会环境系统——2017年美国景观生态学年会（The US-IALE 2017 Annual Meeting）会议述评

美国景观生态学年会于2017年4月9日至13日在美国马里兰州巴尔的摩举行。此次会议内容丰富、气氛活跃、交流形式多样,讨论了景观生态学领域的最新研究进展。会议中关于景观异质性与社会环境系统关系的探讨主要从景观格局与社会环境系统耦合方法、景观格局和社会环境系统变化过程、景观异质性与社会环境系统研究在政策制定中的应用三方面展开。对我国景观生态学研究的启示主要有以下方面:(1)重视景观格局变化和社会环境系统的耦合研究;(2)加强景观格局-过程-服务的多尺度综合集成研究;(3)加强景观生态学研究在实际中的应用,为政策制定和实际管理提供支持。     

中性景观模型在景观生态学中的应用和发展

中性景观模型可以模拟产生大量具有相似统计特征而不包含特定生态过程或自然地理过程的格局,为研究真实景观提供一个参照系统,在大范围景观格局变化研究等方面提供便利.目前,中性景观模型成为景观生态学研究的一种重要方法和手段,已成功应用于检验现有景观指数并发展新的景观指数、景观格局对种群动态影响和干扰过程研究等多个领域.本文介绍了中性景观模型的产生、内涵和类型,阐述了中性景观模型在景观生态学中的应用.同时,展望了中型景观模型研究的发展方向:模型类型趋于多样化,结构趋于复杂化,着重模型模拟结果的验证,以及随着景观生态学理论和实践的发展、结合中性景观模型和景观生态学研究方法,深入地应用于格局和过程两者之间关系的研究.     

基于TM影像的景观空间自相关分析——以北京昌平区为例

格局与尺度之间的关系是景观生态学的核心研究内容。景观格局发生在不同的尺度 ,而尺度又影响格局的研究 ,因而 ,在景观生态学研究中应用多种量化研究方法于一系列尺度来确定和特征化空间格局研究 ,并探求空间格局与生态学功能和生态学过程之间的关系是非常必要的。以北京昌平区为例 ,从 TM影像中选取 5个具有突出自然和社会经济背景差异的景观 ,即林地景观、农田景观、都市边缘景观、卫星城景观和灌丛景观为研究对象 ,基于归一化植被指数 (N DVI) ,采用常用空间自相关指数 ,即 Moran的 I系数和 Geary的 c系数进行一系列的空间自相关分析 ,旨在阐明 :变化的空间粒度如何影响空间分析 ?以及空间分析如何响应划区效应 ?此外 ,基于 N DVI和数字高程模型 (DEM)也探讨了对于不同的数据类型 ,格局的尺度依赖性如何变化。研究结果表明 :空间粒度的变化对于景观分析有着显著的影响 ,随着空间粒度的增加 ,空间自相关均呈下降趋势 ;不同景观类型对于空间粒度的变化有着不同的响应 ,人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关 ,但对空间粒度的变化表现出较强的敏感性 ;对于不同的数据类型 ,格局分析对空间粒度变化的响应是不同的     

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。     

城市化对北京市景观格局的影响

利用1997年与2002年北京地区遥感资料,对北京六环以内的景观进行分类.用Fragstats3.3计算的景观水平上的各种指数对5年来北京市区的景观格局变化进行分析.结果表明,1997～2002年间北京市区斑块数量增加106.6%,斑块平均大小下降51.6%,分离度指数增加93.3%,景观多样性指数增加17.8%.景观呈破碎化趋势并且景观类型变得多样化.北京市区景观格局变化的驱动力为人口的快速增加和生活水平的提高所带来的房地产用地和城市基础设施用地的快速建设.本文进一步讨论了北京市区景观格局变化对城市生态系统物质流和能量流变化的影响,并结合北京城市规划,为北京市城市发展规划提供一些景观尺度建议.     

敦化南北不同景观生态类型鸟类群的比较研究

敦化县位于吉林省东部,长白山系的北段。北处张广才岭的东翼,与黑龙江省为邻;南隔牡丹岭与延边的安图、抚松县相望。 关于鸟类分布研究的文章甚多,大多是以植被为界限。并参考鸟类的分布规律对鸟类群进行划分。植被是影响鸟类分布的因素,但全面研究鸟类群生态地理规律,仅考虑植被因素的影响往往是不够的。笔者依据敦化南北部所进行的工作,试图选取一种综合     

基于GIS、景观格局和网络分析法的厦门本岛生态网络规划

 以厦门本岛2000年Landsat-TM卫星影像解译的土地利用现状图、绿地系统现状图与规划图为基础资料,在地理信息系统（GIS）支持下,运用景观格局分析方法,选用多种景观指数,评价了厦门本岛绿地系统的现状与已有规划。在此基础上,应用网络分析法构建了旨在优化生态网络的不同新方案。通过α指数、β指数、γ指数等网络结构指数,进行不同方案的比较,从中选出最优的规划方案。将选出的生态网络E的廊道宽度设为50 m,叠加到厦门市绿地系统规划图上,并应用景观指数,定量评价了该优化方案对厦门本岛绿地系统的改善情况。其结果表明：该优化方案能使景观的破碎化程度得到改善,绿地斑块形状的复杂性程度进一步增加,景观连接度得到提高,说明优化方案生态网络E可进一步明显改善厦门本岛现有绿地系统的数量和质量。我们的研究结果也表明：应用景观指数和网络分析法相结合的方法,不仅可以定量评价城市绿地系统现状以及规划的合理性,而且可以优化城市生态网络的方案,使其更符合城市生态网络建设的整合性、和谐性、流通性、安全性、多样性和持续性原则。     

乌苏里江国家森林公园规划方案的景观指数辅助评价

通过对比分析景观指数的变化情况,评价了乌苏里江国家森林公园总体规划方案的合理性,计算发现规划前后斑块数从413减少到401,香农均匀度指数从0.755提高到0.787。优势度指数从25.547减少至24.500,景观破碎化程度降低,反映廓道特征的r指数、a指数和主要景点之间的景观引力值都有所增加,表明规划改善了公园的景观空间结构,提高了景观系统的稳定性和风景质量,有利于生态环境保护和生态旅游的发展。     

上海浦东新区城市化过程景观格局变化分析

利用1994和2000年航空遥感影像资料解译的土地利用与覆盖数据,在GIS支持下,采用景观格局指数和梯度方法分析了上海市浦东新区城市化过程中景观格局的变化.结果表明,随着城市化程度的推进,浦东新区由原来以农业为主的格局逐渐转变成以居民地、公共设施和工厂为主的城市景观格局,农田占地比例由1994年的71.45%下降到2000年的41.32%,居民地、公共设施和工厂总占地由1994年的18.2%上升到2000年的41.9%.整体景观格局的破碎化程度和异质性都有所增加,斑块个数由1994年的4.08个·km^-2上升至2000年28.65个·km^-2,面积平均加权由24.43 km²减少到1.75 km²,聚集度由98.31下降为95.09,多样性和均匀性指数分别由0.4697和0.5284增至0.7509和0.8343.在样带梯度分析中,景观格局指数能检测出城市化梯度及城市化程度不断向郊区递减的趋势,城市化水平较高地区以人工景观为主,表现出斑块个数多且面积小、斑块形状简单和景观多样性高等景观特征.景观格局动态变化分析是了解城市化过程中城市形态、结构及生态过程的基础.     

基于遥感数据的晋陕蒙交汇区景观格局定量分析——以榆林幅1／25万TM影像分析为例

1　引　　言景观生态学的产生与发展 ,给传统生态学与地理学带来了活力与许多新思想 .其研究方法与成果为资源开发和环境生态保护提供了新的科学方法和决策依据 .景观异质性是景观生态学的核心概念之一 .景观格局是景观异质性的表现[2 ,3 ,5,9] .景观格局分析是景观生态学研究任务之一 ,是定量研究斑块在景观中的分布规律 .空间格局分析的目的是从无序的景观上发现潜在的有意义的秩序和规律[5] .而景观格局分析是因为景观格局对其中元素流产生影响 ,不同景观格局或景观格局动态演变导致区域景观功能发生变化[7] ,景观格局会影响到物种的丰度…     

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。     

Landscape ecology planning principles in Korean Feng-Shui, Bi-bo woodlands and ponds

The purpose of this study is to suggest practical planning principles, which are absent in landscape ecology planning, according to which the spatial completeness of the watershed is derived from native Korean Feng-Shui (). Landscape ecology planning principles are used widely in contemporary planning projects in terms of patch, corridor, matrix and network of landscape pattern. However, landscape indices for planning principles are complicated and constrained, and so are limited to applications for site and eco-village plannings. Native Korean Feng-Shui is different from Chinese Feng-Shui in that it is aimed at theoretical completeness in terms of aspect and topographical shape, based on the concept of ideal Myung-dang () to complete the space, according to local conditions in the physiognomy of the watershed. The complementary method is called Bi-bo () in native Korean Feng-Shui. These principles have been applied in traditional Korean villages, leading to consistent location choices and fractal patterns in land use. Furthermore, Bi-bo woodlands and ponds have been introduced to achieve spatial completeness in the landscape structure of the village.     

基于高分辨率卫星图的川中丘陵区村级景观格局特征研究

以Erle C.Ellis 建立的村级景观分类和景观制图方法,利用IKONOS高分辨率（1 m）卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆被→生态立地的景观分类和分层制图,研究了四川盆地中部丘陵地区村级景观的构成和格局特征,并就有关方法作了讨论.结果表明,川中盆地丘陵村级景观类型多样,其多样性指数从地形、土地覆被、土地利用到生态立地变化在1.08～2.26之间,丰富度除土地覆被较高,达到85%以外,其余都较低,在42.22%～58.62%之间.分布普遍的生态立地类型为12.5%,其余88.5%的类型都以较大差异分布在各村级景观内.景观破碎化指数较高,不同村级景观之间为2.93～4.27,地形到生态立地的破碎度为2.86～5.63.村级景观构成中,人口密度、道路面积和农家院落面积与景观格局指数存在较大程度的线性相关关系,但以农家院落面积与景观分形指数、景观破碎度的线性相关显著,分别为0.957*和0.991**.运用景观4级分类和制图方法研究村级景观,多数景观格局指标都表现出显著的统计学差异,表明运用高分辨率卫星遥感图研究村级景观,以多级景观单元分类研究比单一分类的更能够反映相关信息,增加对村级景观格局的认识和理解.