景观格局指数及各指数意义

第 2章 景观结构指标计算方法作者：卢玲    转贴自：本站原创    点击数：6859  您要打印的文件是：第 2章 景观结构指标计算方法打印本文第2章景观结构指标计算方法第1节景观结构分析软件FRAGSTATSFRAGSTATS[38]是由美国俄勒冈州立大学森林科学系开发的一个景观指标计算软件，它有两种版本，矢量版本运行在ARC/INFO环境中，接受ARC/INFO格式的矢量图层；栅格版本可以接受ARC/INFO、IDRISI、ERDAS等多种格式的格网数据。两个版本的区别在于：栅格版本可以计算最近距离、邻近指数和蔓延度，而矢量版本不能；另一个区别是对边缘的处理，由于格网化的地图中，拼块边缘总是大于实际的边缘，因此栅格版本在计算边缘参数时，会产生误差，这种误差依赖于网格的分辨率。FRAGSTATS软件功能强大，可以计算出59个景观指标（表2-1）。这些指标被分为三组级别，分别代表了三种不同的应用尺度：（1）拼块级别（patch-level）指标，反映景观中单个拼块的结构特征，也是计算其它景观级别指标的基础；（2）拼块类型级别（class-level）指标，反映景观中不同拼块类型各自的结构特征；（3）景观级别（landscape-level）指标，反映景观的整体结构特征。由于许多指标之间具有高度的相关性，只是侧重面有不同，因而使用者在全面了解每个指标所指征的生态意义及其所反映的景观结构侧重面的前提下，可以依据各自研究的目标和数据的来源与精度来选择合适的指标与尺度。表2-1FRAGSTATS提供的景观指标英文缩写指标名称应用尺度英文全称单位面积指标AREA拼块面积拼块AreahaLSIM拼块相似系数拼块Landscapesimilarityindex%CA拼块类型面积类型Classareaha%LAND拼块所占景观面积比例类型Percentoflandscape%TA景观面积类型/景观TotallandscapeareahaLPI最大拼块占景观面积比例类型/景观Largestpatchindex%密度大小及差异NP拼块数量类型/景观Numberofpatches#PD拼块密度类型/景观Patchdensity#/100haMPS拼块平均大小类型/景观MeanpatchsizehaPSSD拼块面积方差类型/景观PatchsizestandarddeviationhaPSCV拼块面积均方差类型/景观Patchsizecoefficientofvariation%边缘指标PERIM拼块周长拼块PerimetermEDCON边缘对比度拼块Edgecontrastindex%TE总边缘长度类型/景观TotaledgemED边缘密度类型/景观Edgedensitym/haCWED对比度加权边缘密度类型/景观Contrast-weightededgedensitym/haTECI总边缘对比度类型/景观Totaledgecontrastindex%MECI平均边缘对比度类型/景观Meanedgecontrastindex%AWMECI面积加权平均边缘对比度类型/景观Area-weightedmeanedgecontrastindex%形状指标SHAPE形状指标拼块ShapeindexFRACT分维数拼块FractaldimensionLSI景观形状指标类型/景观LandscapeshapeindexMSI平均形状类型/景观MeanshapeindexAWMSI面积加权的平均形状指标类型/景观Area-weightedmeanshapeindexDLFD双对数分维数类型/景观DoublelogfractaldimensionMPFD平均拼块分维数类型/景观MeanpatchfractaldimensionAWMPFD面积加权的平均拼块分形指标类型/景观Area-weightedmeanpatchfractaldimension页码，1/6第 2章 景观结构指标计算方法2009-8-12=616第2节论文使用的指标及其公式和生态意义本论文的研究目标是从宏观尺度上分析黑河流域的景观结构及其变化。由于整个流域尺度宽广，并且缺少判据拼块核心面积和边缘带宽的实测数据，因而不适合计算边缘指标和核心面积指标以及一部分邻近度指标；同时我们还排除了一部分相关性很高的指标；最后从FRAGSTATS软件中选取了能确保计算精度的22个指标，其中在拼块类型级别上选用了9个指标，它们是：拼块类型面积、拼块所占景观面积的比例、拼块个数、拼块平均大小、面积加权的平均形状因子、面积加权的平均拼块分形指数、平均最近距离、平均邻近指数、散布与并列指数；在景观级别上选用了13个指标，它们是：景观面积、最大拼块所占景观面积的比例、拼块个数、拼块平均大小、面积加权的平均形状因子、面积加权的平均拼块分形指数、平均最近距离、平均邻近指数、景观丰度、香农多样性指数、香农均度指数、散布与并列指数、蔓延度指数。在拼块和景观级别上，有些指标是度量景观组分的，有些是度量景观空间格局的。我们知道组分和格局都能够独立和相互地影响并作用生态过程，因而了解这些指标的内涵是十分重要的，也是我们分析黑河流域景观结构的前提与基础。下文是对选取指标及其生态意义的详细介绍，其中所有公式都采用FRAGSTATS的栅格版本表示方式[38]。符号i=1,…,m：拼块类型；j=1,…,n：拼块数目；k=1,…,m：拼块类型；s=1,…,n：给定距离内的拼块数目。A：总的景观面积（m2）aij：拼块ij的面积（m2）aijs：给定距离（m）内的拼块ijs的面积（m2）核心面积指标CORE核心拼块面积拼块CoreareahaNCORE核心拼块数量拼块Numberofcoreareas#CAI核心拼块面积比指标拼块Coreareaindex%C%LAND核心拼块占景观面积比类型Coreareapercentoflandscape%TCA核心拼块总面积类型/景观TotalcoreareahaNCA核心拼块数量类型/景观Numberofcoreareas#CAD核心拼块密度类型/景观Coreareadensity#/100haMCA1平均核心拼块面积类型/景观MeancoreareaperpatchhaCASD1核心拼块面积方差类型/景观PatchcoreareastandarddeviationhaCACV1核心拼块面积均方差类型/景观Patchcoreareacoefficientofvariation%MCA2独立核心拼块平均面积类型/景观MeanareaperdisjunctcorehaCASD2核心拼块面积方差类型/景观DisjunctcoreareastandarddeviationhaCACV2核心拼块面积均方差类型/景观Disjunctcoreareacoefficientofvariation%TCAI总核心拼块指标类型/景观Totalcoreareaindex%MCAI平均核心拼块指标类型/景观Meancoreareaindex%邻近度指标NEAR最邻近距离拼块Nearest-neighbordistancemPROXIM邻近指标拼块ProximityindexMNN平均最近距离类型/景观Meannearest–neighbordistancemNNSD最邻近距离方差类型/景观Nearest-neighborstandarddeviationmNNCV最邻近距离标准差类型/景观Nearest-neighborcoefficientofvariationMPI平均邻近度指标类型/景观Meanproximityindex%多样性指标SHDI香农多样性指标景观Shannon’sdiversityindexSIDISimpson多样性指标景观Simpson’sdiversityindexMSIDI修正Simpson多样性指标景观ModifiedSimpson’sdiversityindexPR拼块多度（景观丰度）景观Patchrichness#PRD拼块多度密度景观Patchrichnessdensity#/100haRPR相对拼块多度景观Relativepatchrichness%SHEI香农均匀度指标景观Shannon’sevennessindexSIEISimpson均匀度指标景观Simpson’sevennessindexMSIEI修正Simpson均匀度指标景观ModifiedSimpson’sevennessindex聚散性IJJ散布与并列指标类型/景观InterspersionandJuxtapositionindex%CONTAG蔓延度指标景观Contagionindex%页码，2/6第 2章 景观结构指标计算方法2009-8-12=616pij：拼块ij的周长（m）eik：与类型为k的拼块相邻的拼块ij的边长（m）N：景观中的拼块总数N‘：具有最近距离的拼块总数ni：类型i的拼块数目ni’：具有最近距离的类型i的拼块数目hij：从拼块ij到同类型的拼块的最近距离（m）hijs：在给定距离之内的拼块ijs之间的距离（m）gik：类型i和类型k之间相邻的格网单元数目Pi：拼块类型i所占景观面积的比例拼块类型面积（CA），单位：ha，范围：CA0（2-1）公式描述：CA等于某一拼块类型中所有拼块的面积之和（m2），除以10000后转化为公顷（ha）；即某拼块类型的总面积。生态意义：CA度量的是景观的组分，也是计算其它指标的基础。它有很重要的生态意义，其值的大小制约着以此类型拼块作为聚居地（Habitation）的物种的丰度、数量、食物链及其次生种的繁殖等，如许多生物对其聚居地最小面积的需求是其生存的条件之一[61]；不同类型面积的大小能够反映出其间物种、能量和养分等信息流的差异，一般来说，一个拼块中能量和矿物养分的总量与其面积成正比[18]；为了理解和管理景观，我们往往需要了解拼块的面积大小，如所需要的拼块最小面积和最佳面积是极其重要的两个数据。景观面积（TA），单位：ha，范围：TA0（2-2）公式描述：TA等于一个景观的总面积，除以10000后转化为公顷（ha）。生态意义：TA决定了景观的范围以及研究和分析的最大尺度，也是计算其它指标的基础。在自然保护区设计和景观生态建设中，对于维护高数量的物种，维持稀有种、濒危种以及生态系统的稳定，保护区或景观的面积是最重要的因素。拼块所占景观面积的比例（%LAND），单位：百分比，范围：0%LAND=100（2-3）公式描述：%LAND等于某一拼块类型的总面积占整个景观面积的百分比。其值趋于0时，说明景观中此拼块类型变得十分稀少；其值等于100时，说明整个景观只由一类拼块组成。生态意义：%LAND度量的是景观的组分，其在拼块级别上与拼块相似度指标（LSIM）的意义相同。由于它计算的是某一拼块类型占整个景观的面积的相对比例，因而是帮助我们确定景观中模地（Matrix）或优势景观元素的依页码，3/6第 2章 景观结构指标计算方法2009-8-12=616据之一；也是决定景观中的生物多样性、优势种和数量等生态系统指标的重要因素。拼块个数（NP），单位：无，范围：NP=1NP=n（2-4）公式描述：NP在类型级别上等于景观中某一拼块类型的拼块总个数；在景观级别上等于景观中所有的拼块总数。生态意义：NP反映景观的空间格局，经常被用来描述整个景观的异质性，其值的大小与景观的破碎度也有很好的正相关性，一般规律是NP大，破碎度高；NP小，破碎度低。NP对许多生态过程都有影响，如可以决定景观中各种物种及其次生种的空间分布特征；改变物种间相互作用和协同共生的稳定性[62]。而且，N