Fragstats33使用方法及景观指数生态学含义

1、现在景观格局研究普遍采用 Fragstats3、3 软件计算格局指数 ,我在写文章的过程中也使用了这一软件,期间也遇到不少问题 ,幸得高人指点与自己不断摸索（当时网上鲜有使用方法 ）, 终于把数据算出来了 ,现在把使用过程中遇到的一些问题与方法写出来,希望对后来者有些帮助 ,在写这个的过程中 ,参考了一些朋友的意见。Fragstats 33 软件的安装如果您装了 arcgis 软件,那么 Fragstats 3、3 可以直接使用。下载下来的文件解压缩后,双击便可以使用 ,注意 ,要保证您的 ArcGIS 就是运行的状态。环境变量的设置打开软件后，瞧您的就是 “ARCGRID disabled”

2、还就是“ARCGRID enabled如果就是后则 可以直接使用 ,如果就是前者 ,学要设置环境变量。步骤 :我的电脑-属性-高级-环境变量，在系统变量那里，新建，变量名为path,变量值为 X:ESRIAV_GIS30ARCVIEWBIN32，X 为 Arcview 安装所在的盘符。或者就是 C:Program FilesArcGISBin，C 为 Arcview 安装所在的盘符 ，一般默认安装在 C 盘上。这样您的软件就能用了。数据准备因为这个软件支持的就是 grid格式的数据，所以需要将手上的coverage shape文件转换 为 grid 格式的文件 ，用来运算。转换可以在 Arcv

3、iew 里面进行 ，或者 Arcmap 都可以。以 Arcmap 为例：A、调出 B、转换为 grid:feature to raster如果想要grid按照您所设定的形状进行计算，可以进行裁剪。且可以保证背景的完整性。以 Arcview 为例 : ert to Grid 来生成。加载空间分析模块的方法 :File-Extensions， 选择 Spatial Analyst，ok。属性文件的制定新建 txt 文件 ,格式如下 :ClassID , ClassName , Status , isBackground1 , shrubs , true , false2 , conifers ,

4、true , false3 , deciduous , true , false4 , other , false , true注意:每个之间用空格键与逗号隔开。 13 就是您所分的地类所代表的属性 ,有多少个 地类就列多少行。 4就是文件最后所必需的一列。最后保存为*、fdc 格式。参数设定找到图标或者就是 fragstatsset run parameters 打开 Run parameters 对话框。Grid name: 选择 grid 文件。Output File: 随便命个名字 ,存在您能找到的地方。Is properties file 找到步骤五所保存好的 * 、 fdc 文件。

5、Output Statistics: 选择您要计算的指数 ,有斑块级别的、地类级别的、景观级别的,自己可以任意选择。同意可以选择斑块的邻距。那要瞧自己怎么订了。4 个 cell 或者 8 个 cell 。注意 :如果参数设置完成后 ,您的地类学要修改 ,或者有运行有什么问题 ,可以打开 :tools/class properties 进行修改。指数的选择Fragstats/select patch(class、 land)metrics指数一共有三个级别 ,path、 class、 land 三个级别。不同级别对应不同的指数,对应着不同的生态学意义。所以选择指数的时候,一定要清楚所选择的指数对

6、应的级别。运行计算选择好指数后，点击Fragstats/execute执行，或者就是图标。结果保存在步骤 6 种的 Output File 就是所存的地方。找到后 ,用记事本打开。便就是您 要的结果了。部分景观指数及其生态学含义拼块类型面积(CA),单位:ha,范围:CA0公式描述:CA等于某一拼块类型中所有拼块的面积之与(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 度量的就是景观的组分 ,也就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

7、物对其聚居地最小面积的需求就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、能量与养分等信息流的差异,一般来说 ,一个拼块中能量与矿物养分的总量与其面积成正比;为了理解与管理景观 ,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与最佳面积就是极其重要的两个数据。景观面积 (TA), 单位 :ha, 范围 :TA0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与分析的最大尺度,也就是计算其它指标的基础。在自然保护区设计与景观生态建设中,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

8、区或景观的面积就是最重要的因素。拼块所占景观面积的比例 (%LAND), 单位:百分比,范围:0 %LAND=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 ,一般规律就是 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与协同共生的稳定性。 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

9、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(LPI),单位：百分比，范围：0LPI0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

10、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,它就是反映景观异质性的关键。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 的面积权重之后的与 ;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与。 其中系数 0、25 就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

11、变得更 复杂 ,更不规则。生态意义 :AWMSI 就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 (AWMPFD), 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与除以具有 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 之与除以景观 中具有最近距离的拼块总数。生态意义 :MNN 度量景

12、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 (MPI), 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与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。

13、 MPI 的上限就是由 搜索半径与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(PR),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就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 ,特别就是对于那些生存需要 多种

14、生境条件的生物来说 PR就显得尤其重要。香农多样性指数 (SHDI)， 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与 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 就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 ,这也就是与其它多样性指数不同之处。在比较与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 ,

15、SHDI 也就是一个敏感指标。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,但并不就是简单的正比关系 ,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 (SHEI), 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=O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 指数一样也就是我们比较不同景观或

16、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(IJI),单位:百分比，范围:0IJI=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与的负值,除以拼块类型数减 1 的自然对数 ,最后乘以 100就是为了转化

17、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 间比邻的边长就是均等的 ,即各拼块间的比邻概率就是均等的。生态意义 :IJI 就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 （CONTAG）, 单位 :百分比 ,范围 :0CONTAG0

18、2、Isolation/Proximity LSIMLan dscape Similarity In dex斑块相似系数斑块%3、Area/Density/Edge CATotal Class Area斑块类型面积类型ha 0 PLAND（%LAND）Perce ntage of Landscape斑块所占景观面积比例类型 % 0,100 TATotal Lan dscape Area景观面积景观ha 0 LPILargest Patch In dex最大斑块指数类型/景观%二、密度大小及差异1、Area/Density/Edge NPNumber of Patches斑块数量类型/景观n 1

19、 PD Patch Density 斑块密度 类型/景观 n/100ha AREA（AREA-MN 、AREA-AM、AREA-MD、AREA-RA、AREA-SD、AREA-CV）（MPS、PSSD、 PSCV） Patch Area（Patch Area Mean / Mean Patch Size、 Patch Area Standard Deviation / Patch Size Standard Deviation 、 Patch Area Coefficient of Variation / Patch Size Coefficient of Variation） 斑块面积 （平

20、均斑块面积、面积加权平均斑块面积、斑块面积中 值、斑块面积范围、 斑块面积标准差、 斑块面积变异系数 ）（平均斑块面积、 斑块面积标准差、 斑块面积变异系数 ） 类型 /景观 ha（ha,%,%） GYRA（同上）一一Radius of Gyration 回旋半径一一类型/景观三、边缘指标1、Area/Perimeter PERIM（CSD、CPS/LSD、LPS） Patch Perimeter斑块周长（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）一一斑块一一m 0 GYRA（同上）Radius of Gyration回旋半径斑块m2、Contrast EDCON（同上）Edge Contr

21、ast Index边缘对比度斑块%3、Area/Density/Edge TE Total Edge 总边界长度 一一类型/景观一一m ED Edge Density 边缘密度 类型/景观 m/ha4、Contrast CWEDCon trast-Weighted Edge De nsity对比度加权边缘密度类型/景观 m/ha TECI Total Edge Con trast In dex 总边缘对比度 类型/景观 % ECI（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MECI、AWMECI）Edge Contrast Index（MeanEdge Contrast Index、 Area-W

22、eighted Mean Contrast Index） 边缘对比度 （平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均边缘对比度、面积加权平均边缘对比度）一一类型/景观一一%（%,%）四、形状指标1、Shape PARA（CSD、CPS/LSD、LPS）Perimeter Area Ratio 周长面积比（类型水平方 差、百分比 /景观水平方差、百分比 ）斑块 无 SHAPE（同上）一一Shape Index形状指标 斑块无 FRACT（同上）Fractal Dimension Index分维数斑块无1,2 CRICLE（同上）Related Circumscribing Circ

23、le近圆形形状指数斑块无 CONTIG（同上）Contiguity Index邻近指数斑块无2、Area/Density/Edge LSILan dscape Shape Index景观形状指数类型/景观无 NLSINormalize LSI归一化景观形状指数类型无3、Shape PAFRACPerimeter Area Fractal DIme nsio n周长面积分维类型 / 景观无 PARA（MN、AM、MD、RA、SD、CV）Perimeter Area Ratio 周长面积比（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）类型/景观无 SHAPE（同上）（MSI、AWMSI）S

24、hape Index（Mean Shape Index Area-Weighted MeanShape Index）形状指数（平均形状、面积加权的平均形状指标）类型/景观无 FRAC（同上）（MPFD、AWMPFD）Fractal Dimension Index（Mean Patch FractalDimension 、 Area-Weighted Patch Fractal Dimension） 分维数 （平均斑块分维数、面积加权 的平均斑块分维数 ）类型/景观无 1,2 CRICLE（同上）Related Circumscribing Circle近圆形状指数类型 /景观 DLFD Dou

25、ble Log Fractal Dimension 双对数分维数 类型 /景观 无五、核心面积指标1、 Core Area Core（CSD、CPS/LSD、LPS） Core Area 核心斑块面积（类型水平方差、 百分比 /景观水平方差、百分比 ） 斑块 ha NCORE（同上）Number of Core Area核心斑块数量斑块n 1 CAI（同上） Core Area Index 核心斑块面积比指标 斑块 %2、Core Area TCA Total Core Area 核心斑块总面积 类型/景观 一一ha CPLAND（C%LAND）Core Area Perce ntage of

26、 Landscape核心斑块占景观面积比类型% NDCANumber of Disj unct Core Area独立核心斑块数量类型/景观n DCADDisj unct Core Area Den sity独立核心斑块密度类型/景观 n/100ha CORE（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MCA1、CASD1、CACV1）Core Area（MeanCore Area、 Core Area Standard Deviation 、 Core Area Coefficient of Variation） 核心斑块面 积（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均核心斑块

27、面积、核心斑块面积方差、核心斑块面积变异系数）类型/景观ha（ha,ha,%） DCA（同上）（MCA2、CASD2、CACV2） Disjunct Core Area 独立核心斑块面积（平均独立核心斑块面积、独立核心斑块面积方差、独立核心面积变异系数）一一类型/景观ha(ha,ha,%)核心斑块面积比指 CAI( 同上 )(MCAI) Core Area Index(Mean Core Area Index)标（平均核心斑块指标 ）类型/景观 %六、邻近度指标1、 Isolation/Proximity PROXIM（CSD、CPS/LSD、LPS） Proximity Index 邻近指数

28、（类型水平方差、 百分比 /景观水平方差、百分比 ）斑块 无 SIMI（同上）Similarity Index相似度斑块无 ENN（同上）Euclidean Nearest Neighbor Index欧氏邻近距离斑块m2、 Isolation/Proximity PROXIM（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MPI）Proximity Index（Mean ProximityIndex） 邻近指数 （平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均邻近指数）一一类型/景观一一%（%） 0 SIMI（同上）Similarity Index 相似度一一类型/景观 无 ENN（同上）（MNN、NNSD、NNCV）Euclidean Nearest Neighbor Index（MeanEuclidean Nearest-Neighbor Index、 Euclidean Nearest-Neighbor Index Standard Deviation 、 Euclidean Nearest-Neighbor Index Coefficient of Variation） 欧氏邻近距离 （平均欧氏邻近距 离、欧氏邻近距离方差、欧氏邻近距离变异系数）类型/景观m（m,m,%） 0七、多样性1、 D