部分景观指数及其生态学含义

表表 4 3 6 沁河流域不同水平年景观指数 沁河流域不同水平年景观指数 Landscape 计算结果 计算结果 项目项目1990 年年2000 年年2010 年年 斑块数量斑块数量 NP 个 个 856484769322 最大斑块所占景观面积的比例最大斑块所占景观面积的比例 LPI 14 1613 0011 86 斑块平均大小斑块平均大小 MPS hm2 158 03159 67145 18 面积加权的平均形状因子面积加权的平均形状因子 AWMSI 无量纲 无量纲 22 4322 0519 87 面积加权的平均斑块分形指数面积加权的平均斑块分形指数 AWMPFD 无量纲 无量纲 1 291 291 28 散布与并列指数散布与并列指数 IJI 37 2537 9441 52 香农多样性指数香农多样性指数 SHDI 无量纲 无量纲 0 890 900 94 香农均度指数香农均度指数 SHEI 无量纲 无量纲 0 500 500 53 蔓延度指数蔓延度指数 CONTAG 68 6168 2666 86 部分景观指数及其生态学含义部分景观指数及其生态学含义 拼块类型面积 拼块类型面积 CA 单位 单位 ha 范围 范围 CA 0 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 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 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 景观面积 TA 单位 单位 ha 范围 范围 TA 0 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 拼块所占景观面积的比例 LAND 单位 百分比 范围 单位 百分比 范围 0 LAND 1 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 而且 NP 对景观中各种干扰的蔓延程度有重要的影 响 如某类拼块数目多且比较分散时 则对某些干扰的蔓延 虫灾 火灾等 有抑制作用 最大拼块所占景观面积的比例 最大拼块所占景观面积的比例 LPI 单位 百分比 范围 单位 百分比 范围 0 LPI0 公式描述 MPS 在拼块级别上等于某一拼块类型的总面积除以该类型的拼块数目 在景观 级别上等于景观总面积除以各个类型的拼块总数 生态意义 MPS 代表一种平均状况 在景观结构分析中反映两方面的意义 景观中 MPS 值 的分布区间对图像或地图的范围以及对景观中最小拼块粒径的选取有制约作用 另一方面 MPS 可以指征景观的破碎程度 如我们认为在景观级别上一个具有较小 MPS 值的景观比一 个具有较大 MPS 值的景观更破碎 同样在拼块级别上 一个具有较小 MPS 值的拼块类型 比一个具有较大 MPS 值的拼块类型更破碎 研究发现 MPS 值的变化能反馈更丰富的景观 生态信息 它是反映景观异质性的关键 面积加权的平均形状因子 面积加权的平均形状因子 AWMSI 公式描述 AWMSI 在拼块级别上等于某拼块类型中各个拼块的周长与面积比乘以各自的面 积权重之后的和 在景观级别上等于各拼块类型的平均形状因子乘以类型拼块面积占景观 面积的权重之后的和 其中系数 0 25 是由栅格的基本形状为正方形的定义确定的 公式表 明面积大的拼块比面积小的拼块具有更大的权重 当 AWMSI 1 时说明所有的拼块形状为 最简单的方形 采用矢量版本的公式时为圆形 当 AWMSI 值增大时说明拼块形状变得 更复杂 更不规则 生态意义 AWMSI 是度量景观空间格局复杂性的重要指标之一 并对许多生态过程都有影 响 如拼块的形状影响动物的迁移 觅食等活动 14 64 影响植物的种植与生产效率 对于自然拼块或自然景观的形状分析还有另一个很显著的生态意义 即常说的边缘效应 面积加权的平均拼块分形指数 面积加权的平均拼块分形指数 AWMPFD 单位 无 范围 单位 无 范围 1 AWMPFD0 公式描述 MNN 在拼块级别上等于从拼块 ij 到同类型的拼块的最近距离之和除以具有最近 距离的拼块总数 MNN 在景观级别上等于所有类型在拼块级别上的 MNN 之和除以景观中 具有最近距离的拼块总数 生态意义 MNN 度量景观的空间格局 一般来说 MNN 值大 反映出同类型拼块间相隔距 离远 分布较离散 反之 说明同类型拼块间相距近 呈团聚分布 另外 拼块间距离的 远近对干扰很有影响 如距离近 相互间容易发生干扰 而距离远 相互干扰就少 但景 观级别上的 MNN 在拼块类型较少时应慎用 平均邻近指数 平均邻近指数 MPI 单位 无 范围 单位 无 范围 MPI 0 公式描述 给定搜索半径后 MPI 在拼块级别上等于拼块 ijs 的面积除以其到同类型拼块的 最近距离的平方之和除以此类型的拼块总数 MPI 在景观级别上等于所有拼块的平均邻近 指数 MPI 0 时说明在给定搜索半径内没有相同类型的两个拼块出现 MPI 的上限是由搜 索半径和拼块间最小距离决定的 生态意义 MPI 能够度量同类型拼块间的邻近程度以及景观的破碎度 如 MPI 值小 表明 同类型拼块间离散程度高或景观破碎程度高 MPI 值大 表明同类型拼块间邻近度高 景 观连接性好 研究证明 MPI 对拼块间生物种迁徙或其它生态过程进展的顺利程度都有十分 重要的影响 68 景观丰度 景观丰度 PR 单位 无 范围 单位 无 范围 PR 1 公式描述 PR 等于景观中所有拼块类型的总数 生态意义 PR 是反映景观组分以及空间异质性的关键指标之一 并对许多生态过程产生影 响 研究发现景观丰度与物种丰度之间存在很好的正相关 特别是对于那些生存需要多种 生境条件的生物来说 PR 就显得尤其重要 香农多样性指数 香农多样性指数 SHDI 单位 无 范围 单位 无 范围 SHDI 0 公式描述 SHDI 在景观级别上等于各拼块类型的面积比乘以其值的自然对数之后的和的负 值 SHDI 0 表明整个景观仅由一个拼块组成 SHDI 增大 说明拼块类型增加或各拼块类 型在景观中呈均衡化趋势分布 生态意义 SHDI 是一种基于信息理论的测量指数 在生态学中应用很广泛 该指标能反映 景观异质性 特别对景观中各拼块类型非均衡分布状况较为敏感 即强调稀有拼块类型对 信息的贡献 这也是与其它多样性指数不同之处 在比较和分析不同景观或同一景观不同 时期的多样性与异质性变化时 SHDI 也是一个敏感指标 如在一个景观系统中 土地利用 越丰富 破碎化程度越高 其不定性的信息含量也越大 计算出的 SHDI 值也就越高 景 观生态学中的多样性与生态学中的物种多样性有紧密的联系 但并不是简单的正比关系 研究发现在一景观中二者的关系一般呈正态分布 香农均度指数 香农均度指数 SHEI 单位 无 范围 单位 无 范围 0 SHEI 1 公式描述 SHEI 等于香农多样性指数除以给定景观丰度下的最大可能多样性 各拼块类型 均等分布 SHEI 0 表明景观仅由一种拼块组成 无多样性 SHEI 1 表明各拼块类型均 匀分布 有最大多样性 生态意义 SHEI 与 SHDI 指数一样也是我们比较不同景观或同一景观不同时期多样性变化 的一个有力手段 而且 SHEI 与优势度指标 Dominance 之间可以相互转换 即 evenness 1 dominance 即 SHEI 值较小时优势度一般较高 可以反映出景观受到一种或 少数几种优势拼块类型所支配 SHEI 趋近 1 时优势度低 说明景观中没有明显的优势类型 且各拼块类型在景观中均匀分布 散布与并列指数 散布与并列指数 IJI 单位 百分比 范围 单位 百分比 范围 0 IJI 100 公式描述 IJI 在拼块类型级别上等于与某拼块类型 i 相邻的各拼块类型的邻接边长除以拼 块 i 的总边长再乘以该值的自然对数之后的和的负值 除以拼块类型数减 1 的自然对数 最后乘以 100 是为了转化为百分比的形式 IJI 在景观级别上计算各个拼块类型间的总体散 布与并列状况 IJI 取值小时表明拼块类型 i 仅与少数几种其它类型相邻接 IJI 100 表明 各拼块间比邻的边长是均等的 即各拼块间的比邻概率是均等的 生态意义 IJI 是描述景观空间格局最重要的指标之一 IJI 对那些受到某种自然条件严重 制约的生态系统的分布特征反映显著 如山区的各种生态系统严重受到垂直地带性的作用 其分布多呈环状 IJI 值一般较低 而干旱区中的许多过渡植被类型受制于水的分布与多寡 彼此邻近 IJI 值一般较高 蔓延度指数 蔓延度指数 CONTAG 单位 百分比 范围 单位 百分比 范围 0 CONTAG 100 公式描述 CONTAG 等于景观中各拼块类型所占景观面积乘以各拼块类型之间相邻的格网 单元数目占总相邻的格网单元数目的比例 乘以该值的自然对数之后的各拼块类型之和 除以 2 倍的拼块类型总数的自然对数 其值加 1 后再转化为百分比的形式 理论上 CONTAG 值较小时表明景观中存在许多小拼块 趋于 100 时表明景观中有连通度极高的优 势拼块类型存在 应该指出的是 该指标只能运行在 FRAGSTATS 软件的栅格版本中 生态意义 CONTAG 指标描述的