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.     

基于QuickBird卫星影像的贵港市城市景观格局分析

以QuickBird卫星影像解译的贵港市城市建成区景观类型图为基础,选取合适的格局指数对该区域的景观格局进行了分析。结果表明,整个景观区为一个较典型的居住、公共市政和工业用地城市景观镶嵌体;整个景观的多样性指数和景观破碎度比自然景观高5.1%~64.7%;各种不同类型城市景观的斑块面积及形状复杂程度和破碎度差异明显。     

传统景观格局指数在城市热岛效应评价中的适用性

以北京部分城区为研究对象,以QuickBird影像制作景观类型图,基于同年4个季节的Landsat ETM+数据反演地表温度;将120 m×120 m作为固定窗口,计算其中的景观格局指数,探寻传统景观格局指数解释地表温度的适用性.结果表明：在景观水平计算的24个景观格局指数中,只有景观组成百分比(PLAND)、斑块密度（PD）、最大斑块指数(LPI)、欧氏距离变异系数（ENN_CV）和分离度(DIVISION)与3月、5月、11月的地表温度具有稳定的显著相关.在类型水平计算的24个景观格局指数中,PLAND、LPI、DIVISION、相似邻接百分比、分散与并列指数与4个时相(3月、5月、7月和12月)的温度显著相关,且与7月温度的相关性最强;斑块密度、边界密度、聚簇度、凝聚度、有效MESH大小、分裂度、聚合度、归一化景观形状指数依据不同景观类型而与地表温度呈现相关性.传统景观格局指数可能并不适合评估河流对地表温度的影响.一些景观格局指数可以用来表征城市地表温度,辅助分析城市地表热岛效应,但需要对其进行筛选和甄别.     

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。     

西双版纳勐仑地区景观格局变化定量分析

利用景观空间格局定量化分析软件FRAGSTATS和西双版纳勐仑地区1988、2003年两期Landsat影像解译结果,定量分析和比较了两时期景观格局的组成、各类型斑块特征、不同类型斑块间空间分布关系及其动态变化,并进一步分析了其生态效应.结果表明,15年来研究区内以经济林为主的人工景观组分剧烈增加,景观多样性上升;橡胶园等人工种植园地的扩张使得有林地破碎化：平均斑块面积由44km2减至21km2,斑块数由368增至441,同时边缘密度增加;导致其核心区缩小,斑块连接度下降;城镇建设用地的扩展也使得耕地（主要是水田）趋于破碎化.景观中不同斑块的交错分布格局也趋于简单.人工经济林的大面积发展和城市化使该区景观中人为影响显著增强,并产生了生物生境恶化及生态环境质量下降等不良生态效应.未来土地利用规划中应借鉴景观生态学原则,以尽量减少对生态环境的进一步破坏.     

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。     

基于TM 影像的沈阳市城市景观格局变化分析

利用1992 年和2013 年Landsat TM 数据, 在遥感与GIS 平台支持下, 采用景观格局和梯度分析相结合的方法来分析沈阳市城市化进程中景观格局变化。研究结果表明, 1992-2013 年, 沈阳市城市景观格局总体变化明显, 城镇用地增长10.97%, 农业用地减少9.95%, 水体、道路、绿地变化幅度较小。整体景观格局破碎化程度有所下降, 斑块密度、边界密度、Shannon 多样性均有所下降, 蔓延度升高。在样带梯度分析中, 以斑块密度为基础的几种景观指数能检测出城市化梯度和程度不断向郊区递减, 在空间上, 呈现出农村-城乡交错带-城市-城乡交错带-农村的变化特征,在时间上, 中心城区的景观破碎化降低, 城乡交错带景观破碎化升高。景观格局变化分析为了解城市化过程中城市形态、结构和生态过程提供依据和参考。     

基于遥感影像的丹霞山国家级自然保护区森林景观格局分析

森林景观格局分析是景观格局优化、森林资源的可持续性经营与保护的重要基础。以无人机遥感影像和DEM为基础数据,利用ArcGIS和Fragstats软件对所选取的不同景观指数进行计算,分析了丹霞山森林景观的类型、格局特征及其地形分异规律。结果表明:1)从类型水平指数来看,丹霞山森林景观类型以天然林为主,占总面积的78.42%,表现出较高的集中连片性;2)从景观水平指数来看,丹霞山景观多样性和均匀度指数均较低,而蔓延度指数和连通度指数则较高,分别为77.85和99.97,表明景观以少数大面积的斑块为主,斑块间连接密切,自然连通度高; 3)从功能分区景观格局和地形分异规律来看,与人类活动密切相关的农田、人工林、裸地、居民地、人工水体和自然水体六类森林景观主要集中分布于海拔较低(60—150 m)、坡度平缓(0—5°)、无坡向的实验区内;灌木、草地、天然林和裸岩四类森林景观则较均衡的分布于海拔60—350m的各级坡度和坡向的核心区和缓冲区内。综上所述,丹霞山森林景观保持完好,破碎化程度较低,人为活动干扰较少,斑块之间物质、能量和物种交换的潜力较大。应建立无人机遥感监测系统,长期、准确的跟踪森林景...     

基于遥感数据的塔南策勒荒漠-绿洲景观格局定量分析

以新疆塔克拉玛干沙漠南缘中部的策勒绿洲为例,利用SOPT4卫星遥感数据,借助ERDAS image和Arc/View软件,对其荒漠－绿洲景观类型进行分类并形成研究区栅格景观分类图,一共分为14类景观类型。在栅格分类图的基础上生成矢量化的分类图,进而使用ARC／INFO与FRAGSTATS景观格局分析软件计算9种类型的景观参数,并从斑块、类型和景观3个水平上详细列出近70几种相应的参数和景观指数,定量化地揭示了策勒绿洲的景观分布格局与类型特征。     

上海市城乡梯度景观格局分析

利用 2 0 0 0年的土地利用数据 ,在 GIS的支持下 ,结合景观格局指数和梯度分析方法 ,研究了上海市景观结构及其在城市化梯度上的空间特征。结果表明 ,上海市的景观结构中 ,农田为优势景观 ,占整个景观比例的 6 0 %左右 ,而反映城市化的工业、居住和基础设施景观则占 2 2 % ,表明上海的城市化程度已经很高 ;郊区居住用地比例过大 (12 .6 9% ) ,城乡交错带居住区与工业区的高度混合显示上海市的景观结构需要优化 ,以提高土地利用率。样带上类型水平的景观格局指数分析表明各种景观类型表现出独特的空间特征 ,明显反映了城市化的梯度和前沿 ;而景观水平的格局分析则表明城市化导致景观的破碎化程度增大 ,景观异质性增高 ;景观格局指数曲线在城市化梯度上呈双峰型 ,是上海中心城区和浦东新区城市化区域的具体表现。研究结果表明景观格局指数和梯度分析相结合 ,是检测城市化和城市形态的有力工具。     

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。     

基于遥感数据的晋陕蒙交汇区景观格局定量分析--以东胜幅1/25万TM影像分析为例

以1996年8月份东胜幅1/25万TM影像数据为例,借助Arc/Info和Arc/view软件,对其景观进行了分类,并形成景观分类图,共分为9类景观类型.用景观格局分析软件FRAGSTATS计算了各类景观参数,并从斑块、类型和景观3个水平上计算了相应的参数和景观指数,定量地揭示了整个景观格局与类型特征.并构建了反映景观破碎化程度的一个指数--斑块密度指数(PD2).     

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。     

无人机遥感技术在景观生态学中的应用

野外数据的获取是生态学研究的挑战之一,而通过遥感技术能够实现对地球表面的多面立体观测,获取丰富多样的空间信息数据,开展从微观到宏观不同尺度上的景观单元(包括物种、种群、群落、生态系统等)的空间关系研究。传统卫星遥感影像受空间和时间分辨率的限制,难以满足局域尺度或者时间序列上的景观空间生态学研究需求。无人机遥感技术为生态学研究的野外数据获取提供了一种新方法,以其灵活、高效、简便等特点弥补了传统卫星遥感的空间分辨率低、重访周期长、云雾影响等方面的不足,在景观空间生态学研究中受到越来越多的关注。简要介绍无人机类型及其搭载常见的传感器类型,分别从不同尺度的景观单元,即物种、种群、群落以及生态系统水平上探讨其应用进展,并指出当前无人机技术在景观生态学研究中存在的挑战与困难,同时展望了未来可能的研究热点,以期对今后无人机遥感技术在景观生态学领域的应用研究有所启发。     

宽阔水自然保护区景观格局特征分析

景观格局基本特征是自然保护区建设与管理的基础数据。为了分析宽阔水自然保护区不同景观类型特征, 以2015 年高分一号遥感图像数据为基础, 结合野外踏查设立解译标志点, 采用ArcGis10.2 和Fragstat4.2 软件, 选取景观指数分析法, 分析宽阔水自然保护区的景观格局特征。结果表明: 宽阔水自然保护区主要以常绿阔叶林为主, 分布面积最大, 景观连续性好, 破碎度小, 有较大的物流强度, 构成了宽阔水自然保护区景观基底; 其次是常绿针叶林和落叶阔叶林。通过对保护区内不同景观类型异质性分析, 保护区内自然景观的景观聚集度高, 斑块数量少, 平均斑块面积大, 破碎度较低; 而人为景观由于受人为因素的影响, 景观聚集度指数低, 斑块数量多, 平均斑块面积小, 破碎度比较高。     

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.     

土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用——以新疆精河县为例

本文将土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为区域景观格局表征提供了新的方法.选择典型的生态脆弱区精河县为研究对象,以1990、1998、2011和2013年4期Landsat影像为数据源,运用生态位态势理论计算研究区各土地利用类型的土地经济生态位,并结合景观生态学理论探讨土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用.结果表明: 研究期间,精河县耕地、建设用地和草地的土地经济生态位与相应的景观斑块数、聚合度、破碎化指数和分维数具有较好的相关性;土地经济生态位的变化对县域景观格局具有驱动作用,可表征精河县经济发展方向.土地经济生态位与可直接获得经济效益的土地利用类型关系密切,且与景观指数相结合能够很好地解释精河县景观格局的特征.     

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。     

基于GIS的榆林地区景观格局动态变化

采用陕西省1982和1998年2期土地利用图(1∶500 000)截取榆林地区的部分,借助相关地形图和野外实地调查资料,利用地理信息系统软件ArcView 3.2和ArcInfo 7.1,对其景观分类进行处理与分析。结果表明,1982~1998年,草地和林地的面积显著增加,沙地的面积减少最大。破碎化程度仍然较为严重,景观形状趋于复杂,多样性和均匀度有所降低,但幅度不大,其中灌溉水田、旱地、园地、林地、水体、盐碱地、沙地、裸土岩地主要向草地转变;水浇地、草地主要向旱地转变;居民地的增加主要来自旱地;工矿用地的主要增加来自盐碱地。     

塔里木河中下游地区湿地景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,结合塔里木河中下游的区域特点,确定了塔里木河中下游湿地景观分类系统.通过采用景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、分布质心和平均斑块形状指数等景观的空间格局指数,较系统地分析了1980～2000年塔里木河中下游湿地景观空间格局变化.结果表明：塔里木河中下游湿地的分布面积呈显著下降趋势.1980～1990年湿地面积减少,斑块数量和密度增加.1990～2000年湿地面积有所增加,斑块数量和密度持续增加;随着人类干扰强度增加,景观多样性增加,优势度降低,湿地的破碎化程度越来越大;湿地景观要素中,河渠湿地、水库坑塘湿地面积有所增加,而湖泊、滩地、沼泽面积均在不断减少,其中沼泽湿地面积减少幅度最大.