景观生态学Chapter 6 景观格局分析

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1、Chapter 6 景观格局分析四川农业大学土地资源管理系主要内容：景观格局分析概述景观指数空间统计学方法可塑性面积单元问题景观格局分析中的误差问题格局分析中的挑战性问题教学目的和重点难点教学目的：掌握景观格局分析方法的含义及其意义，了解景观空间格局分析的基本步骤；熟悉各特征指数的计算方法及其生态意义；了解格局分析中误差的来源、精度评价方法和常用降低的误差方法。重点难点：教学重点景观格局与景观格局分析的概念与主要的景观指数。教学难点空间统计学方法空间格局分析方法：是指用来研究景观结构组成特征和空间配置关系的分析方法。基本步骤： 以研究目的和方案为指导，收集和处理景观数据 将真实的景观系统转换为

2、数字化的景观，选用适当 的格局研究方法进行分析 最后对分析结果加以解释和综合第一节 景观格局分析概述景观数据获取和分析流程GIS技术平台 (Mapgis、Erdas)影像数据数据图像处理 (波段选择、几何校正等)辅助统计数据 (地形图、行政区划图等)矢量扫描 数字化处理信息提取(解译)基础数据处理 (坐标、分类等)景观分布图叠加分析建立拓扑关系图 变化信息GPS野外检验指数模型 动态模型 格局动态变化分析景观格局分析为何进行景观格局分析？景观格局分析可以数量化地分析景观要素的结构特征及其相互间的空间分布关系；在看似简单无序的斑块镶嵌景观上，发现潜在的、有意义的规律性及其形成机制；从而成为进一步

3、研究景观功能和动态的基础。怎样对景观格局进行分析？ERDAS9.0 遥感软件：对影像执行非监督分类，获得相应的景观类型分布图；运用ERDAS8.5的空间建模工具，输出具有正负值的栅格数据；通过FRAGSTATS4.2和EXCEL软件包分析统计相关景观指数.确定训练区MSS、TM影像波段拉伸几何校正监督分类土地覆盖类型图地形图几何控制点野外调查资料建立分类系统景观多样性分布图景观生态分类景观格局分析的目的意义（1）确定产生和控制空间格局的因子及其作用机制；（2）比较不同景观镶嵌体的特征和它们的变化；（3）探讨空间格局的尺度性质；（4）确定景观格局和功能过程的相互关系；（5）为景观的合理管理提供有

4、价值的资料。景观生态分类：既是景观结构与功能研究的基础，又是景观生态规划、评价及管理等应用研究的前提条件，是景观生态学理论与应用研究的纽带；它是指按照一定的原则、依据、指标，把一系列相互区别、各具特色的景观生态类型进行个体划分和类型归并，揭示景观的内部格局、分布规律、演替方向。一、景观生态分类景观生态分类：实际就是从功能着眼，从结构着手，对景观生态系统类型的划分。一、景观生态分类景观生态分类的原则：综合性原则、主导因子原则、实用性原则、等级性原则等主要景观分类系统介绍：生态-土地分类、景观性质分类、生态流的景观分类、人类影响强度的景观分类案例研究：黄河三角洲湿地景观分类、毛乌素沙地景观类型的划

5、分。Z.Naveh根据能量、物质和信息提出的景观系统分类二、土地分类方法科学的土地分类始于20世纪30年代。当时的德、苏、英、美等国都开展了比较广泛的土地和景观研究。经过60多年的发展，土地分类内容不断扩展，方法层出不穷，现存的各种土地分类中，就其对土地内在属性认识的差异，选择分类的指标和要素不同，大致可以划分为发生法、景观法和景观生态法3种二、土地分类方法F发生法：是着眼于土地的形成过程，以发生的关联与相似性为依据进行分类；F景观法：是通过土地空间形态相似相异性的识别进行土地分类的方法；F景观生态分类：是在景观法中叠加了发生法的优点，旨在得到一种更为综合和实用的土地分类。通过分类系统的建立，

6、全面反映一定区域景观的空间分异和组织关联，揭示其空间结构与生态功能特征，以此作为景观生态评价和规划管理的基础。1) 目的和特点：在于综合反映景观的形态和发生两方面特征。一般在单元确定中，以功能关联为基础；在类群归并中，以空间形态作指标。三、景观生态分类2) 内容对单元空间范围的界定和等级水平的确定，是景观生态分类的主要部分。在个体单元确定的基础上，依据一定的发生特征及其指标，对其层次单元进行类群归并，是景观生态分类的另一重要部分。三、景观生态分类三、景观生态分类3) 分类体系与指标选取根据景观生态分类的特征及指标选取，分类体系的建立宜采取功能与结构双系列制。三、景观生态分类功能性分类：是据景观

7、生态系统的整体特征，主要是以生态功能属性来划分，然后归并单元类群；同时要考虑体现人的主导和应用方向的意义。包括两方面内容：一是类型单元间的空间关联与耦合机制，组合成更高层次地域综合体的整体性特征；二是系统单元针对人类社会的服务能力。四、功能性分类和结构性分类结构性分类：是景观生态分类的主体部分，包括系统单元个体的确定、类型划分和等级体系的建立，是以景观生态系统的固有结构特征为主要依据。景观生态系统特征可以分4个方面来考察：空间形态、空间异质性组合、发生过程、生态功能。四、功能性分类和结构性分类五、实验与观察通过实验与观察获得数据，用于解释景观现象中的因果联系，使景观生态学研究走向严谨化，是目前

8、该学科发展的一个重要课题。五、实验与观察1) 自然格局观察关注自然现象2) 人文格局观察关注人文现象3) 景观综合实验设立景观尺度的调查样地，获取实验数据4) 小尺度实验利用一些小动物在理想条件下进行实验野外调查与观测野外调查与观测 定位和对参考资料的研究 航片浏览、分析，初步图例准备 初步影像解译和综合 野外调查与采样 最终景观图的绘制 评价DEM数字高程模型(DEM)：它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子。数字正射影像图 (DEM)是数字化航空像片，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有

9、地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。 数字线划地图(DLG)：是现有地形图要素的矢量数据集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标 。数字栅格地图(DRG)是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致 。1 样地调查乔木调查灌木调查草本调查*景观生态研究数据获取的基本手段2 样线调查3 区域定点普查1) 卫星影像数据A：AVHRR数据(1.1km分辨率)B：MSS数据(70m分辨率)C：TM数据(30m分辨率)，ETM(15m分辨率)D：SPOT数据(515m分辨率)E：QUICK

10、BIRD(IKNOS)(2m分辨率)2) 航空相片：一般为15m分辨率4 景观研究中经常使用的遥感数据类型*遥感数据选择需要考虑的几个数据属性1) 类型：遥感平台类型、数据表达类型2) 范围：地表覆盖范围、目标客体涵盖范围3) 分辨率水平：目标细节的表现水平4) 时段：数据获取的时间、不同时段的分布情况4）数据类型选择*数据选择的主要方式：1) 目标导向型方式：据研究目标涉及的时空尺度要求进行数据选择；2) 对象导向型方式：据研究对象的时间与空间分布特征进行数据选择；3) 方法导向型方式：据方法对数据特性的要求进行数据选择。4）数据类型选择*数据类型选择的核心问题：尺度效应1) 数据特性的直接

11、应用：不同传感器数据的对比分析；2) 结合其他方法进行实验：将尺度转换方法结合到遥感数据应用中(分辨率转换)；3) 研究单元的确定：分辨率实验(窗口转换)；4）数据类型选择*数据类型选择的核心问题：尺度效应4) 分辨率水平选择不当，将导致数据冗余或对象细节显示度不足；5) 不同尺度的生态学现象的尺度转换规则，尚无法建立；6) 时空尺度的分辨率水平应与空间范围适宜性统一。4）数据类型选择5）景观尺度分析尺度交换分析与尺度效应尺度交换分析：是指小尺度上的景观经过尺度的筛选重新组合而形成较大尺度上景观格局的过程；尺度效应：是指随着尺度的增加而造成的景观格局的简单化，景观多样性的减少等。5）景观尺度分

12、析尺度对景观斑块的影响在尺度的变化过程中，不同大小的斑块具有不同的变化方式，如斑块的大小和形状以及斑块数的多寡。从尺度变换的整个过程看，小斑块的面积变化率大于大斑块。总的来说，随尺度增加，周长面积比值大的斑块，其面积的变化率大。5）景观尺度分析尺度对景观面积的影响尺度变化，景观类型的面积也在发生不同程度的变化。 尺度对景观多样性的影响景观多样性随尺度的增加而减少，且多样性指数越小，其变化幅度就越大。最佳尺度选择？河北坝上土地利用变化(1987-1996)尺度？第二节 景观指数(类型水平) 斑块面积 各类斑块数目 各类斑块所占比例 斑块的平均面积 斑块密度：用来测定单位面积内某一类型的斑块数斑块

13、周长 边界密度：景观中斑块边界总长度除以总面积再乘以106转化成km2 形状指标(周长与等面积的圆周长比) 内缘比例(斑块周长与斑块面积比)二、景观指数(类型水平)第二节 景观指数(类型水平)最大斑块指数：景观中最大斑块的面积除以总面积乘以100转化成百分比。大于0，小 于等于100景观的 总面积各类型 景观第二节 景观指数(类型水平) 面积周长分维度指数：1 PAFRC2，当PAFRC趋于1时，斑块趋于方形；趋于2时，斑块的形状趋于卷绕。ai为第i类景观类型第j个斑块的面积; pi为第i类景观类型第j个斑块的周长; ni为类景观类型i的斑块总数。第二节 景观指数(类型水平) 聚集度指数：反映

14、景观组分的空间分布特征，0 AI100，当景观中以少数大斑块为主或同一类型斑块高度连接时，聚集度的值较大；反之，则较小。gii为根据单一算法类型i相邻的斑块数聚集度指数反映景观中不同斑块的非随机性或聚集程度。第二节 景观指数(类型水平) 斑块结合度指数：反映该类型斑块的物理连通性，0 COHESION100。pii为斑块ij用像元表面积测算的周长； aij为第ij用用像元测算的面积；A为该景观的像元总数。第二节 景观指数(类型水平) 形状指标 (周长与等面积的圆周长比) 内缘比例 (斑块周长与斑块面积比)T 斑块总数 T 斑块密度T景观形状指数T 面积周长分维度指数T 聚集度指数第二节 景观指

15、数(景观水平)T 景观蔓延度指数：当一个单一类型占该景观大部分比例时，该指数就大，反之亦然。二、景观指数(景观水平)pi为类型i在整个景观中所占的比例；gik为类型i和k中邻近的斑块数；m为该景观中所有景观类型的数目。T 香农多样性指数：当景观中只有一种类型的斑块时，SHDI=0；当斑块类型增加或者各类斑块所占比例趋于相近的时候，SHDI也相应增大。第二节 景观指数(景观水平)为类型i在整个景观中 所占的比例T 均匀度指数：反应的是景观中各斑块在面积分布上的不均匀程度，以多样性指数与其最大值的比来表示。第二节 景观指数(景观水平)0E1为类型i在 整个景观中 所占的比例为斑块类型多样性指数最大

16、值T 优势度指数：景观多样性的最大值与实际值之差，D越大说明一个或者少数几个板块类型占主导地位。第二节 景观指数(景观水平)为斑块类型k在景 观中出现的概率多样性指数最大值破碎化指数：是用来描述景观中一生境类型在给定时间里和给定性质上的破碎化程度。其取值从01，0代表无生境破碎化，而1代表给定性质已完全破碎化。生境破碎化指数主要计算公式有：一、生境破碎化指数为整个研究区域的景观破碎化斑块总数 景观总面积为某 一景 观类 型斑 块数 破碎 化为各类斑块 平均面积某一景观类 型斑块数生物多样性丧失的主要原因： 生境的丧失和破碎化 引入物种 植物和动物种的过度利用 土壤、水和大气污染 全球气候变暖 工业化的农业和林业景观多样性(landscape diversity)n 景观多样性的意义： 只有多种生态系统的共存，才能保证物种多样性和遗传多样性； 只有多种生态系统的共存，并与异质的立地条件相适应，才能使景观的总体生产力达到一定水平； 只有多种生态系统共存