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1、森林景观格局研究进展森林经理学 吴兆艳 2009116022013摘要：森林在生态系统中发挥着不可替代的作用，景观尺度上的森林景观格 局与生态过程研究已经成为当前森林的研究热点。在阐明森林及其景观格局与过 程概念的基础上，综述了现在森林景观格局与过程的研究内容、研究方法的进展 情况，指出了以下几个方面有望成为今后森林景观研究的发展方向以及在森林景 观格局的不足之处。关键词：森林景观；景观格局；3S技术；景观指数Abstract: Forest ecological system in plays an irreplaceable role on landscape scale, the for
2、est landscape patterns and ecological processes of forest has become the hotspot. The forest and landscape patterns and process on the basis of the concept of forest landscape pattern are reviewed and the process is the research contents, the research methods of progress, pointed out the following a
3、spects are expected to become the future research direction of development of forest landscape in the forest landscape pattern and the deficiencies.Keywords: Forest landscape, The landscape pattern, 3S technology, Landscape index1. 森林景观森林景观是以森林生态系统为主体所构成的景观。森林景观生态研究的对象 是以森林生态系统为主体所构成的森林景观，也包括森林在景观整体
4、格局和功能 中发挥重要作用的其他类型的景观。其目的在于通过对森林景观结构、功能、动 态变化以及它们之间的相互影响和控制机制的研究，揭示基本的科学规律，以达 到对其调控的目的。2. 景观格局景观格局(landscape pattern)即景观结构，广义包括景观组成单元的类型、 数目以及空间分布与配置。景观指数是反映景观格局的重要参数，它高度浓缩景 观格局信息，反映其结构组成和空间配置等方面的特征，为科学衡量景观结构提 供定量化依据1,2。景观生态学属于较为宏观尺度的研究。近年来，由于区域性乃至全球性的生 态环境问题日益增多，景观生态学逐渐成为生态学的重要研究领域之一。3S技 术的不断发展，使得景
5、观生态学研究获得了强有力的技术支撑。二者的有机结合 正显示出广阔的发展前景。2.1景观格局分析的目的意义与作用（1）确定产生和控制空间格局的因子及其作用机制；（2）森林景观空间格局分析及影响因素（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价值的资料；（6）森林景观生态评价、规划及改造研究；（7）森林边际效应及动态；（8）森林景观水平上的生物多样性保护；（9）森林景观动态模型的构建。2.2景观格局的基本模式：斑块-廊道-基质模式景观格局的基本模式：斑块-廊道-基质模式。在实际研究中，要确切地区分 斑块、廊道和基质有时是很困难的，也是不必要的，
6、这与尺度有密切关系：1、许多景观中并没有在面积上占绝对优势的植被类型或土地利用类型；2、斑块、廊道和基底的区分往往是相对的，总是与观察尺度相联系；3、广义地讲，基质可看做是景观中占主导地位的斑块，而许多所谓的廊道 也可看做是狭长型斑块。2.3景观格局分析的基本步骤：1、以研究目的和方案为指导，收集和处理景观数据（3S技术支撑）；2、将真实的景观系统转换为数字化的景观，选用适当的格局研究方法进行 分析，利用Fragstats软件；3、最后对分析结果加以解释和综合，并进行讨论，以至于提出更好的研究方法。卜面结合景观格局分析图示，真实的森林景观生态系统受到养分、水、光照、 温度、土壤类型影响着景观系
7、统特征。利用3S技术，通过对真实景观的数据采 集，如采集森林小班类型，树种的分布情况使得数值化。利用景观指数和空间统 计学方法对数据进行分析，来预测景观格局的演变，生态状况以及空间异质性特征19。如下图所示:空间异廉性特征真实景赛效化的是观土垩类室 生物量种群密度数值图（空间连续性交，如生物量 分布、村群密度分布、形等）类型图（空间非连续性变量，如植械、土 *或土地利用类型等）种类鲍成缀块类型所占比例空间起宣空间排列缄块咐对比度连g各肉异性现象图像处理等）土地利用（景乱指效、空间 第址学方法等）变化趋笄 交化空间自相关性 相关程度 相关襄度 相关植圈各向异性现象图2.1景观格局分析图示3景观指
8、数景观指数：能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方 面特征的简单定量指标（Turner,1990）10。在景观指数分类的研究中，肖笃宁等（2003）按照景观生态学的基本原理将景 观指数分为了 2大类6小类两级11,郭晋平（2001）在研究森林景观的过程中把景 观指数按其表述的意义分为了 3类:斑块特征、景观异质性和相互关系12。也有 很多学者按照指标描述的对象和尺度把其分为斑块水平、景观要素水平、整体景 观水平3类。在指数统计性质研究方面，Riitters等13用85张土地利用图为 基本数据对55个景观指数用因子分析的方法进行了两次维数压缩，将55个景观 指标压缩成具有代表性
9、的5维。Samuel A. Cush2man14用主成分分析、聚类 分析方法对49个景观要素水平指数和54个整体景观水平的指数进行了筛选，定 义出24个景观要素水平指数和17个整体景观水平指数，提出了筛选指数的要点: 优势性、普遍性和相容性。在国内，王新明15也用类似的方法对大尺度下13 个陆地景观结构指数进行了统计学分析。其余更多的研究集中在指数间的相关性 上16-17。对于景观指数敏感性的问题，部分学者使用真实或模拟的景观格局 进行了定性分析，如李秀珍等18通过对比8个景观指数对由中性随机模型产生 的不同格局系列(类型数量、图区范围、分辨率、类型相对面积、聚集程度在景 观总体水平和不同类型
10、水平上的反应，定性地描述了部分景观指数对不同格局的 变化和灵敏程度，提出了慎用景观指数的建议。以下是常用的景观指数汇总。3.1景观要素斑块特征分析3.1.1景观要素斑块规模A:斑块面积类斑块平均面积：景观中某类景观要素斑块面积的算术平均值。反映该类景 观要素斑块规模的平均水平。A =券 Ai N iji jT式中：Ni第i类景观要素的斑块总数；Aij第i类景观要素第i个斑块的面积。最大和最小斑块面积：是指景观中某类景观要素最大和最小斑块的面积。反 映该类景观要素斑块规模的极端情况。A max = max M. /A min = min 0.)类斑面积标准差(Si)和变动系数(Ci):是指景观中
11、某类景观要素斑块面积的 统计标准差和变动系数。反映该类景观要素斑块规模的变异程度。S = N 芸 A -元) i j=1SC = r X 100 %i AiB:内部生境面积类斑块内部生境总面积：该类生境全部斑块内部面积之和。AI =（4 - E ）j=1式中AIi第i类生境的内部生境总面积；Aij第j类生境的斑块平均内部生境面积；EA ij第i类景观要素第j斑块的边际带面积； 平均内部生境面积：该类生境全部斑块内部面积算术平均值。AI. = N因 A EAj /i j=1实际研究工作中，某一类生境斑块内部生境面积的测度，并不通过上式计算， 而是在GIS支持下通过生成该类斑块的边际缓冲带（buf
12、fer）图层后，直接有非 缓冲带面积得到。3.2景观要素斑块形状A:景观要素斑块形状指数斑块形状指数D：通过计算某一斑块形状与相同面积的圆或正方之间的偏离 程度来测量其形状的复杂程度。以圆为参照：D = P/2；京斑块周长与等面积的圆周长之比。以正方形为参照：D = 0.25PI顼 斑块周长与等面积的正方形周长之比。P为斑块周长；A为斑块面积。斑块的形状越复杂或越扁长，D的值就越大。B:景观要素斑块分维数分形维数（fractal dimension）分形：不规则的非欧几里德几何形状可通称为分形。组成部分以某种方式与 整体相似的形体称分形。分形维数或分维数：不规则几何形状的非整数维数。分维数的一
13、般数学表达式：P = kAD 12Q（L）=LD。式中，Q（L）是在观测尺度L上获得的某种量（即分维变量），D 是量Q的分维数。D取值越大，则Q的结构和变化越复杂。P、小/八对于单个斑块：D = 2ln（k）,皿A）P是斑块的周长，A是斑块的面积，D是分维数，k是常数。对于栅格景观而言，k=4。一般地说，欧几里德几何形状的分维为1,具有复杂边界斑块 的分维则大于1,但小于2。3.3景观异质性指数（1）景观斑块密度和边缘密度A:景观斑块密度景观斑块密度：指景观中包括全部异质景观要素斑块的单位面积斑块数。景观斑块密度二景观斑块总数/景观总面积知广NiPD =-丈 NA，=i 式中:PD景观斑块密度
14、PDi景观要素的斑块密度M研究范围内某空间分辨率上景观要素类型总数A研究范围景观总面积。景观要素斑块密度：指景观中某类景观要素的单位面积斑块数。类型的斑块密度（孔隙度）二类型斑块总数/类型总面积。B:景观边缘密度景观边缘密度包括景观总体边缘密度（或称景观边缘密度）和景观要素边缘 密度（简称类斑边缘密度）。景观边缘密度（ED）指景观范围内单位面积上异质景观要素斑块间的边缘长 度。景观要素边缘密度（EDi）指研究对象单位面积上某类景观要素斑块与其相 邻异质斑块之间的边缘长度。ED = 1 艺 ILpA iji=1 j=1ED. = A Zp/=1Pi景观中第i类景观要素斑块与相邻第j类景观要素斑块
15、间的边界长 度。（2）景观多样性A:多样性指数与均匀度景观丰富度指数(landscape richness index)景观丰富度R：景观中斑块类型的总数，R = m, m是指景观中斑块类型数目。相对丰富度Rr： Rr = m / mmax丰富度密度Rd： Rd = m / Ammax为景观中斑块类型数的最大值，即景观最大可能丰富度;A为景观面积。景观多样性指数(landscape diversity index)Shannon多样性指数：H = -Ep ln(P )H = ln(m)k=1Pk为斑块类型，k在景观中出现的概率，m为景观中斑块类型总数。Simpson多样性指数：HP2h =1 -(1/mH 1 P 2maxk k 1多样性指数的大小取决于两个方面的信息：斑块类型的多少(即丰富度)， 各斑块类型在面积上分布的均匀程度。对于给定的山，当各类斑块的面积比例相同时(即Pk=1/m)，H达到最大值。景观均匀度
