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。     

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。     

“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容.景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义.基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论.认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中.该理论认为：（1）在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;（2）“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;（3）“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;（4）不同类型“源”（或者“汇”）景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;（5）“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域.“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法.     

景观格局优化研究进展

随着景观格局、功能和过程研究的深入,格局优化作为景观生态学新的研究领域被提出,但其理论和方法的研究仍然是景观生态学研究的一个难点问题.本文通过分析国内外的学者的研究工作和发表论文,对景观格局优化重要问题进行了总结.景观格局优化是对景观格局、功能和过程综合理解的基础上,通过建立优化目标和标准,对各种景观类型在空间和数量上进行优化设计,使其产生最大景观生态效益（生态、经济和社会效益）和实现生态安全.研究的主要内容包括：景观格局优化的理论和方法研究,优化标准的研究和景观管理的研究.通过案例分析可以发现,多种研究手段的结合、定量化研究和景观格局优化评价标准将是格局优化实现的研究方向.     

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。     

上海市城市绿地景观空间格局研究

以上海市为研究区域,以遥感与地理信息系统为技术手段,基于2003年航空影像,分别按照景观类型和斑块大小两方面对城市绿地景观进行了类型划分,建立了城市绿地景观空间数据库;并将研究区域划分为8个空间单元,运用景观生态学以及空间分析方法,分别从斑块水平、类型水平、景观镶嵌结构等方面研究了上海市城市绿地景观格局的总体布局特征;选择斑块数量、斑块面积标准差、面积均值、周长均值、分维数等若干景观生态学指数来研究城市绿地景观镶嵌结构的数量特征,探讨了城市绿地景观在城市扩展与城市景观格局演变过程中所呈现的时空规律,旨在为城市规划与发展提供决策依据。     

基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

南宁市青秀山风景区景观格局动态研究

景观格局是景观生态学研究的主要内容之一,在生物多样性保护方面具有重要的作用。运用景观生态学原理,借助地理信息系统技术,选取景观多样性、分维数、均匀度等指数,分析了南宁市青秀山风景区不同景观类型的空间分布及其动态变化特征,并定量分析了景观格局演变的驱动力。结果显示,人类活动的干扰是青秀山景观格局演变的主导因素,在整个研究区域中,景观多样性和均匀度逐年增高,除针阔混交林和纯林外,各景观类型的斑块数都有所增加,斑块形状在经过1985年比较大的波动后,趋于规则。     

基于CA-Markov模型的呼图壁县土地利用景观格局预测研究

以2002、2009、2016年三期遥感影像数据为基础, 运用GIS技术及景观生态学理论, 对呼图壁县近14年的土地利用景观格局变化特征及其各景观类型空间转化特点进行了分析。并结合CA-Markov模型对土地利用类型特征参数、景观格局指数等进行模拟, 预测和分析未来7年土地利用和景观格局演变特征。结果表明: 从时间尺度分析, 研究区内景观格局有较大变化, 主要表现为耕地与建设用地的增加; 从景观类型转移分析可知, 耕地与建设用地的交替变化最为显著, 其主要集中于中部地区; 景观类型水平指数分析得到, 林草地、水域及耕地整体破碎化程度低, 未利用地则表现相反; 从景观水平分析可知, 研究区内景观整体破碎度与复杂度增高, 同时斑块逐渐趋于离散分布, 景观结构不稳定性增加。研究结果可为该区域提供更为科学有效的生态环境保护措施, 以期为制定相关土地利用政策和合理配置土地资源提供参考。     

景观生态学在近海资源环境中的应用——论海洋景观生态学的发展

长期以来,景观生态学研究主要集中于陆地景观生态研究,并在土地利用、植被退化等方面取得了长足的进展,而在海洋领域涉足颇少.论述了景观生态学在海洋赤潮景观、海洋溢油景观、海域使用景观、滨海湿地景观、海岛景观和海洋环境污染景观等方面的应用前景,并就海洋景观生态学发展几点认识进行了深入探讨,如海洋景观的均质性与异质性、海洋景观格局与生态过程的关系、边缘效应与海岸带、海洋景观评价与评估、海洋景观模型等,目的是为景观生态学在海洋资源环境中的应用、海洋景观生态学的发展探索新的方向.     

On using landscape metrics for landscape similarity search

Landscape similarity search involves finding landscapes from among a large collection that are similar to a query landscape. An example of such collection is a large land cover map subdivided into a grid of smaller local landscapes, a query is a local landscape of interest, and the task is to find other local landscapes within a map which are perceptually similar to the query. Landscape search and the related task of pattern-based regionalization, requires a measure of similarity – a function which quantifies the level of likeness between two landscapes. The standard approach is to use the Euclidean distance between vectors of landscape metrics derived from the two landscapes, but no in-depth analysis of this approach has been conducted. In this paper we investigate the performance of different implementations of the standard similarity measure. Five different implementations are tested against each other and against a control similarity measure based on histograms of class co-occurrence features and the Jensen–Shannon divergence. Testing consists of a series of numerical experiments combined with visual assessments on a set of 400 3 km-scale landscapes. Based on the cases where visual assessment provides definitive answer, we have determined that the standard similarity measure is sensitive to the way landscape metrics are normalized and, additionally, to whether weights aimed at controlling the relative contribution of landscape composition vs. configuration are used. The standard measure achieves the best performance when metrics are normalized using their extreme values extracted from all possible landscapes, not just the landscapes in the given collection, and when weights are assigned so the combined influence of composition metrics on the similarity value equals the combined influence of configuration metrics. We have also determined that the control similarity measure outperforms all implementations of the standard measure.     

中性景观模型与真实景观的一致性

采用RULE和SimMap中性景观模型,使其形成模拟景观的图幅大小、景观内各类型数目以及各类型之间的比例等项与真实景观相同,通过不同景观指标对中性模型系列的反应,看其在多大程度上代替真实景观．研究发现,中性景观模型在斑块数、斑块周长、聚集度、蔓延度以及孔隙度等指标所反映的格局特征方面,能很好地代替真实景观,而在校正斑块周长面积比、分维数以及边界分布均匀度等指标所反映的格局特征方面,并不能很好地代替真实景观,说明中性景观模型只能在一定的范围内可以代替真实景观。而不能完全取而代之.     

Putting the "landscape" in landscape genetics

Landscape genetics has emerged as a new research area that integrates population genetics, landscape ecology and spatial statistics. Researchers in this field can combine the high resolution of genetic markers with spatial data and a variety of statistical methods to evaluate the role that landscape variables play in shaping genetic diversity and population structure. While interest in this research area is growing rapidly, our ability to fully utilize landscape data, test explicit hypotheses and truly integrate these diverse disciplines has lagged behind. Part of the current challenge in the development of the field of landscape genetics is bridging the communication and knowledge gap between these highly specific and technical disciplines. The goal of this review is to help bridge this gap by exposing geneticists to terminology, sampling methods and analysis techniques widely used in landscape ecology and spatial statistics but rarely addressed in the genetics literature. We offer a definition for the term "landscape genetics", provide an overview of the landscape genetics literature, give guidelines for appropriate sampling design and useful analysis techniques, and discuss future directions in the field. We hope, this review will stimulate increased dialog and enhance interdisciplinary collaborations advancing this exciting new field.     

可持续景观规划——融合景观可持续性研究与地理设计

人类活动对景观的影响遍及世界各个角落,其广度、强度、频度不断增大。为了改变生态环境在人类社会经济增长压力下的不可持续状态,景观需要科学合理的设计与管理。可持续景观规划是在景观尺度上,在可持续性科学的指导下,平衡生态系统服务的供需关系,将生态、社会、经济活动过程反映到空间优化上,不断提高人类福祉的规划过程。为了能够实践该规划思路,在景观可持续性研究与地理设计融合的概念框架基础上,提出可持续景观规划的八个步骤,在问题诊断与目标设定、多源数据组织与管理、尺度匹配与多尺度分析、景观格局过程分析和可持续性评估、生态系统服务与景观格局关系模拟、情景分析与方案评估、地理设计平台搭建、可视化与人机互动等关键步骤中,融入了强-弱可持续性、多尺度分析、生态系统服务、可持续性指标、大数据应用,以及文化和地方感。研究提出的可持续性景观规划步骤与实现路径体现了多学科交叉、实时评估反馈、信息技术应用、利益相关者参与的特点,可被用于旨在提高人类福祉的多尺度空间优化和可持续景观设计。     

Riverine landscape diversity

1. This review is presented as a broad synthesis of riverine landscape diversity, beginning with an account of the variety of landscape elements contained within river corridors. Landscape dynamics within river corridors are then examined in the context of landscape evolution, ecological succession and turnover rates of landscape elements. This is followed by an overview of the role of connectivity and ends with a riverine landscape perspective of biodiversity. 2. River corridors in the natural state are characterised by a diverse array of landscape elements, including surface waters (a gradient of lotic and lentic waterbodies), the fluvial stygoscape (alluvial aquifers), riparian systems (alluvial forests, marshes, meadows) and geomorphic features (bars and islands, ridges and swales, levees and terraces, fans and deltas, fringing floodplains, wood debris deposits and channel networks). 3. Fluvial action (erosion, transport, deposition) is the predominant agent of landscape evolution and also constitutes the natural disturbance regime primarily responsible for sustaining a high level of landscape diversity in river corridors. Although individual landscape features may exhibit high turnover, largely as a function of the interactions between fluvial dynamics and successional phenomena, their relative abundance in the river corridor tends to remain constant over ecological time. 4. Hydrological connectivity, the exchange of matter, energy and biota via the aqueous medium, plays a major though poorly understood role in sustaining riverine landscape diversity. Rigorous investigations of connectivity in diverse river systems should provide considerable insight into landscape‐level functional processes. 5. The species pool in riverine landscapes is derived from terrestrial and aquatic communities inhabiting diverse lotic, lentic, riparian and groundwater habitats arrayed across spatio‐temporal gradients. Natural disturbance regimes are responsible for both expanding the resource gradient in riverine landscapes as well as for constraining competitive exclusion. 6. Riverine landscapes provide an ideal setting for investigating how complex interactions between disturbance and productivity structure species diversity patterns.     

Mapping landscape corridors

Corridors are important geographic features for biological conservation and biodiversity assessment. The identification and mapping of corridors is usually based on visual interpretations of movement patterns (functional corridors) or habitat maps (structural corridors). We present a method for automated corridor mapping with morphological image processing, and demonstrate the approach with a forest map derived from satellite imagery of northern Slovakia. We show how the approach can be used to differentiate between relatively narrow (‘line’) and wide (‘strip’) structural corridors by mapping corridors at multiple scales of observation, and indicate how to map functional corridors with maps of observed or simulated organism movement. An application to environmental reporting is demonstrated by assessing structural forest corridors in relation to forest types in northern Slovakia.     

基于三维景观指数的城市景观美学特征定量表达——以深圳市为例

城市景观由自然元素与人工元素构成,以建筑为主体,辅以外部空间环境。对城市景观美学价值的研究有利于探讨如何提升城市形象及居民生活环境,为城市规划设计纳入了感性与理性结合的合理途径。景观美学特征以不同方式影响整体景观质量,合理运用景观指数对城市景观美学特征进行量化表达,是评估景观质量的重要前提。在整理借鉴景观美学相关研究的基础上,结合景观生态学理论基础,以城市空间内部审美者的角度将城市景观五大美学特征,包括自然性、开阔性、多样性、奇特性和协调性,转化为可定量表达的二维及三维景观指数。量化指标易使用数据进行快速评估,对于城市规划设计有着积极意义。     

基于模型的景观格局与生态过程研究

景观格局与生态过程关系的研究是景观生态学的主要特色和理论核心之一。模型可以充分利用实验和观测数据并综合不同时间和空间尺度上的信息提炼规律或揭示内在机制,模拟景观格局与生态过程的动态与相互关系,成为景观生态学研究的有力工具。结合研究实例,总结了基于模型的景观格局研究、生态过程研究和格局-过程关系研究的发展现状和薄弱环节,同时探讨了通过构建耦合模型研究格局-过程相互关系的途径。总结了景观模型研究亟待发展的领域与发展趋势。