格局指数的解释

景观格局指数讲解——东北土地利用变化的分析景观指数用来干什么？景观指数的提出，是用来进行景观定量分析的。在整体上，用于定量分析的景观指数通常有如下几种：1、景观多样性指数2、景观优势度指数3、景观均匀度指数4、景观破碎化指数5、景观聚集度指数通过对上述指数进行分析，可以找到对改善现状不利的环境要素，并在规划中提出控制与发展原则。同时，对起支配地位和要重点保护的土地类型应用类型水平指数进行分析，如圆明园环评中的水体与绿地。圆明园环境评价中的景观格局分析常用那些景观指数？景观指数中，面积/密度/边界指数和形状指数是最基本的，其中面积的变化又是最重要的。没有量，哪有质？土地利用类型都改变了，不再起支配地位了，你形状变得再好、连通度再高、对比度再合适又有什么意义呢？比如城市里的片林。所以，许多学者先研究土地利用类型的面积变化，再研究空间变化和质量变化。面积变化首先反映在不同类型的总量变化上，从中我们可以了解变化总的态势和土地利用结构是怎么演化的（东北例子）。一般的景观生态学应用，如环评、规划，往往只分析面积/密度/边界指数和形状指数，连通度、对比度、邻接度指数等很少涉及。地图来源（1）1930年代东北地区地形图（2）1980年代中国土地利用图土地利用分类土地利用类型一级类1930年代土地利用分类1980年代土地利用分类耕地农田稻田、水浇地、旱地林地针叶林、阔叶林、针阔混交林用材林、经济林、疏林、灌木林草地荒草地牧草地、高山草甸水域河流水面、湖泊水面、海滨滩涂湖泊—水库城市城市城市未利用土地湿地裸地、沙地、盐碱地、寒漠、戈壁、沼泽地选取尽可能反映景观全局或各类型的变化，且相关性较小的典型变量；共选取19个指标：（1）斑块类型水平指数有：斑块类型面积，最大斑块指数，斑块平均面积，斑块数，斑块密度，边界密度，周长面积比，景观形状指数，平均斑块形状指数，平均斑块分维数，周长面积比分维数，聚集度指数，景观导度指数。（2）景观水平指数除上述各种斑块类型水平指数外，还选用了蔓延度，Shannon多样性指数，Shannon均匀度指数，优势度指数和破碎度指数。景观指数选取土地利用变化分析(arcview)中国东北地区土地利用变化分类面积表土地利用类型1930年代1980年代面积变化面积/万hm2比例/%面积/万hm2比例/%面积/万hm2比例/%耕地125.780.993842.4630.183716.6829.19林地6251.6349.114850.4538.11-1401.18-11.00草地5661.0344.473400.6226.71-2260.41-17.76水域51.790.4038.460.30-13.33-0.10城市2.370.0210.710.088.340.06未利用土地637.445.01587.344.62-50.10-0.39合计12730.0410012730.04100————1930、1980年代中国东北地区土地利用结构对比图中国东北地区景观格局动态演变分析1面积/密度/边界指数分析2形状指数分析3蔓延度/聚集度/导度指数分析4多样性/均匀度/优势度指数分析5.边界密度（ED）1面积/密度/边界指数分析1.斑块平均面积（MPS）2.最大斑块指数（LPI）3.斑块数（NP）4.斑块密度（PD）610NAMPS100aaaxn1AMLPI，，610AEEDNP=NPD=N/A景观类型面积指数统计表年代类型CA（km2）LPI（％）MPS（km2）1930整个景观区域1,272,98146.727620,142.1000耕地12,5730.14731,175.0467林地625,32246.7276195,413.1250草地565,94131.455259,824.6300水域5,2010.0992506.9201城市2370.0023718.1818未利用土地63,7071.11072,178.01711980整个景观区域1,272,98025.290790,797.4322耕地384,16025.2907111,028.9017林地485,12213.905290,004.0816草地339,99810.695388,772.3238水域3,8520.139835,018.1818城市1,0720.029226,800.0000未利用土地58,7761.209849,391.5966景观类型密度/边界指数统计表年代类型NP（个）PD（个/km2）ED（m/ha）1930整个景观区域6,3200.00501.6013耕地1,0700.00080.1582林地3200.00031.1069草地9460.00071.1985水域1,0260.00080.0722城市330.00000.0031未利用土地2,9250.00230.66371980整个景观区域1,4020.00111.3194耕地3460.00030.7538林地5390.00040.8530草地3830.00030.8780水域110.00000.0068城市40.00000.0027未利用土地1190.00010.1444面积/密度/边界指数分析整个东北研究区范围内，1930年代林地和草地在面积上占有支配地位，两者相加占总面积的93.58%，其它几个类型的面积比例不超过6%。而1980年代耕地面积急剧增加，面积比例由0.99%增长到30.2%，基本上由林地和草地转化过来，形成林地、耕地、草地三种类型鼎立的景观格局，三者相加约占总面积的95%。经过50年的演变，未利用土地略为减少，城市用地略微增加，这可能与地理数据统计尺度有关，1980年代的数据由于比例尺较小，忽略了大量新增的小城镇斑块。在最大斑块指数方面，1930年代研究区的最大斑块指数为46.73%，属于林地类型，而1980年代的最大斑块指数为25.29%，存在于耕地类型中，而林地的最大斑块指数下降到13.91%，同时草地的最大斑块指数也从31.45%下降到10.69%。这个变化说明了景观类型间的演替，正好与建国后东北移民垦荒政策的效果相吻合。从平均斑块密度来看，1930年代到1980年代，景观总斑块数由6320个减少到1402个，景观水平的平均斑块密度由0.005个/km2减少到0.0011个/km2，虽然有数据尺度不同的因素，但还是说明了从1930年代到1980年代，东北地区的景观破碎度是下降的趋势——高强度、大范围的垦荒和集约化农业生产导致了大片耕地的出现，这些耕地完整而相连，集聚成少数几个大型斑块，从而造成景观破碎度的下降。1980年代耕地景观的平均斑块面积居所有景观类型之首，达到111023km2，同时耕地类型的最大斑块指数达25.29%，恰好验证了上述观点。从边界密度来看，不管是1930年代还是1980年代，草地和林地都排在前两位，而且比较接近，这说明这两种景观类型的开放性强，是其他景观类型斑块进行物质能量交流时，不可或缺的通道。4多样性/均匀度/优势度指数分析4.破碎度指数（LFI）1.Shannon多样性指数（SHDI）2.优势度指数（LDI）3.Shannon均匀度指数（SHEI）miiiPPSHDI1)ln(kmkkPPHLDIln1maxnPPHHSHEInkkklnln1maxiiANLFI/景观多样性/均匀度/破碎度指数统计表年代SHDILDISHEILFI19300.92910.86270.51860.005019801.24730.54450.69610.0011多样性/均匀度/优势度/破碎化指数分析1980年代景观的多样性和均匀度均高于1930年代的，多样性指数由0.9291增加到1.2473，同时均匀度指数也从0.5186增加到0.6961。即50年间，东北地区在景观类型分布更加均匀的同时，景观多样性也得到比较大的提升，较好地实现了景观类型的演替更新。优势度指数由1930年代的0.8627下降至1980年代的0.5445。主要原因是1930年代面积居前列的是林地和草地，而1980年代的为耕地、林地和草地，优势景观类型有所增加，各类型景观比例分配逐渐趋于均衡化。破碎度指数呈减小趋势，由1930年代的0.0050减小到1980年代的0.0011。这和前文总结的平均斑块密度等指数的趋势一致，都反映了大面积的人为干扰并没有带来景观的破碎化。注意：景观指数的局限景观指数可以用来表征景观格局，但是景观指数并不是表征格局的唯一方法，还有空间统计学等途径；景观指数不是万能的，景观生态学有很多内容用景观指数是表征不出来的；景观指数与景观格局并不是一对一的对应关系，而是多对多的关系，我们分析的时候要具体问题具体分析，不要陷入指数这样变就一定对应什么结论的思维定势；我们计算指数，主要通过定量的依据来证明定性的结论，不能为计算而计算，玩数字游戏，如果某个指数说明不了什么问题，那么这个数字就没有任何意义。具体问题具体分析——多观察几个指数在退化草场，我们会发现生态过程相同，指数趋势不同的情况：草场退化初期，出现多个沙化斑块，沙化土地类型斑块数是上升的；草场继续退化，多个沙化斑块连成一整块，沙化土地类型斑块数是下降的。这个时候，用单个指数根本无法衡量景观格局的变化趋势。只能把斑块数的变化跟总面积、平均斑块面积的变化结合起来一起分析。所以，我们要关心具体的生态过程，多观察几个指数，结合起来说明问题。2形状指数分析周长—面积分维数（PAFRAC）1.周长面积比（PARA）2.形状指数（Shape）:景观形状指数（LSI）平均斑块形状指数（MSI）3.分维数（FRAC）:平均斑块分维数（MPFD）PARA=P/AAELSI25.0Na0.25Pm1in1jijij＝MSINPMPFDm1in1jijijaln0.25ln2＝）（njijnjijinjijnjijnjijijippnapapnPAFRAC112111lnlnlnln)ln(ln2景观类型形状指数统计表年代类型PARA_MNLSIMSIMPFDPAFRAC1930整个景观区域28.747847.50221.51991.04261.5222耕地30.354144.91561.39621.03911.5675林地19.508945.64481.64151.04691.3490草地23.355952.46111.97871.06061.5153水域34.490734.91721.19351.02231.5591城市21.67026.38711.11631.01881.2536未利用土地28.980284.36241.52241.04491.59691980整个景观区域6.322439.55181.71781.04891.5709耕地7.035739.88391.69111.04821.5369林地5.853840.28261.57231.04151.5216草地6.450049.36761.91691.05691.6839水域6.95603.84001.40461.03811.1033城市3.33822.65151.32691.0302N/A未利用土地6.002119.31961.85611.06001.50233蔓延度/聚集度/导度指数分析3.景观导度指数（COHESION）1.蔓延度（CONTAG）2.聚集度指数（AI）100m2lnln1m1in1jijij＝）（）（PPCONTAG)100(*11*1111AappCOHESIONnjijijnjijijninjijPPnAIlnln211景观蔓延度/分布指数统计表年代类型CONTAGA