景观格局研究综述课件

1、景观格局研究综述汇报人：学号：指导老师：汇报提纲1 景观格局概念2 景观格局发展综述3 景观格局的研究内容综述4 景观格局的研究方法综述5 评述1 景观格局概念景观是在气候、地貌、土壤、植被、水文、生物等自然因素及人为干扰作用下形成的有机体。景观格局通常是指景观的空间结构特征，具体是指由自然或人为形成的一系列大小、形状各异，排列不同的景观镶嵌体在景观空间的排列，它既是景观异质性的具体表现，同时又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上的作用的结果。它是在多种驱动力的综合作用下形成的，反映了人类活动对景观作用的范围、强度和频率，同时也影响着生态系统的格局和过程(Redman，1999)。 学者F

2、orman提出自己的看法，认为有自然、耕地、城郊、城市以及管理五大类景观(Forman, 1986)。其中，城市景观和其他几类景观无论在构成还是功能等方面都存在差异。城市景观除了有人工和自然两大类景观之外，还有处于两者之间的半自然景观；在功能上面，城市景观缔造了良好的生存环境。2 景观格局发展综述20世纪80年代初期，景观生态学被林超、黄锡畴、陈昌笃等介绍到中国之后，一系列文献介绍了国外景观生态学概念和方法，景观格局作为其基础内容同时在中国引起广泛关注，这一阶段可以说是我国景观格局研究的起步阶段，主要以国外研究成果的介绍为主。我国景观格局的研究和应用真正起步于1990年。1990年，肖笃宁等发

3、表了“沈阳西郊景观格局变化的研究”。景观格局的研究渐成热点，关于农林、湿地、区域、城市、风景名胜区、自然保护区甚至沙漠化土地的景观格局分析和模型等方面的研究论文陆续发表，这个时期其文献数量有着较缓慢但稳定的增长。3 景观格局的研究内容综述3.1 研究区域范围城市的研究，如乔美华对大同市土地利用景观格局研究，王佳、熊妮娜对北京市土地利用景观格局研究，常芳基于GIS/RS的太原市1976年2005年土地利用景观格局动态分析，柏林等基于景观格局指数的大庆市土地利用利用格局变化分析，均属此类；省区范围的研究，如张本峋、申怀飞对河南省的研究，曾加芹、欧阳华等对西藏地区的研究；流域范围的研究，如卢玲、李新

4、等对黑河景观格局的分析；对铁路沿线的研究，余艳红以丽江至香格里拉铁路生态影响评价为例进行了研究；对一个湖区的研究，如郑建蕊、蒋卫国对洞庭湖区的研究；王景伟、王海洋以鞍山大麦科湿地自然保护区为例，研究景观指数在景观格局描述中的应用，还有候绍洋基于GIS的山区和平原景观指数粒度效应分析。 3.2 研究时相单时相的研究，也有多时相的研究。刘鸿雁、赵雨森对哈尔滨市的研究，宋鹏飞对太原城区的研究，王晓微基于遥感图像掩膜法的厦门市景观分类与动态变化研究，都属于单时相的研究；而常芳对太原市19762005年土地利用景观格局动态分析，王佳等对北京20年土地利用状况的研究则属多时相研究。3.3 研究具体对象主要

5、包括尺度相关性研究、土地利用状况研究、景观格局分析及成因分析，这是主流。也有部分纯理论实践研究的，如刘家富、王平的景观指数算法应用，何厚荣、周青山有关区域景观指数提取与分析，王晓微遥感图像掩膜景观分类，齐伟、曲衍波的区域代表性景观指数筛选。3.3.1 景观指数算法应用李秀珍等(2004)应用景观中性模型对常用景观指数进行了评价，认为值得推荐的指标有总板块数目、平均斑块大小、总边界密度，分维数，这几种指标都可应用于类型水平和景观水平。陈文波等(2002)认为平均周长面积比、蔓延度、相对斑块面积、分维数和斑块类型数几个指标间独立性较好，又能比较全面的描述景观格局。3.3.2 景观空间格局的尺度相关

6、性研究 在不同的观测尺度下，同一研究对象所表现出的格局会有所差异，即空间格局的尺度相关性。在景观生态学中，尺度通常是指研究某一物体或现象时所采用的空间或时间量度(乌区建国等，2000)，常以粒度和幅度来表达，粒度指空间最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积(空间粒度)，或某一现象或事件发生的频率(时间粒度)；幅度指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。 北美景观生态学关注的重点是尺度(Turner，2005)，在Landscape Ecology中有关尺度的文章所占频数百分比上升到 45.76% 。Turner 指出了尺度的适用性，即在多种尺度上尺度下参数是不同的， (Turner， 1

7、990)。Levin 总结了关于尺度内的依赖性的概念框架，促使生态学家更加关注尺度效应和尺度转换问题 (Levin，1992)。研究尺度问题不仅有助于选择揭示景观格局规律性的最适测量尺度(Wu et al, 2002;刘茂松等，2004)，而且有助于探讨景观空间异质性的成因(李团胜，1998)，从而揭示景观变化模式以及动力学机制(Wu，2002)。岳天祥等认为生态地理建模存在多尺度问题 (岳天祥，刘纪远，2003)。吕一河等对生态学中常见的尺度转换方法进行了分析和总结(吕一河，傅伯杰，2001)，孟斌等对地理学常用尺度转换方法进行了归纳(孟斌，王劲峰，2005)。wu 对尺度问题进行了系统论述

8、(wu，2000)，提出的尺度概念比较准确、完整和科学，得到了众多学者的认可。余勇、李梅等以四川青城山世界遗产保护地为例进行了空间分辨率粒度变化对景观多样性模拟的影响的分析;邓向瑞采用 15x15、30 x30、45x45 和 60 x60 四种不同大小粒度对北京山区森林景观格局及其尺度效应进行了研究，生成了不同尺度下森林景观多样性指数空间分布图。3.3.3 景观格局动态变化研究景观格局的动态变化与地域分布、资源构成、抗干扰力、自我恢复能力、生物多样性有着密切的联系，对其进行的研究己经成为景观生态学的一个重要研究领域。傅伯杰(2006年)、刘红玉(2009年)等利用现代空间信息技术对格局变化的

9、过程模拟，以调查和观测数据为基础，结合区域一体化的方法，建立景观生态学机制模型，可以大大提升对景观演化机制的模拟能力。王根绪等(2004年)在高寒湿地系统的动态变化研究中提出了湿地空间格局和功能动态变化分析指标及其量化的方法，主要包括对湿地系统空间分布变化和湿地系统空间格局变化进行分析。圣彦等（2010年）引入景观格局指数对广州市不同时期的城市热场内部格局进行定量分析，确定广州市热岛的时空分布差异，并且采用 Kappa 系数对温度强度的演变实现数量上和位置上的综合定标，从而得出了广州市城市热岛的时空分布格局以及演化历程。喻铮铮等利用RS技术与TM影像，从植被指数NDVI与景观格局两方面对北京市

10、门头沟植被覆盖进行监测，得出当地植被覆盖总体呈下降趋势。李宏等利用GIS技术，对成都市双流县的景观格局进行了动态分析，研究表明双流县的城市化进程，在一定程度上对当地土地利用格局产生了时空上的变异，并针对这些问题，提出了土地利用可持续发展的建议。肖盛利用RS与GIS技术对鼓山风景名胜区景观格局的动态研究，发现植被总体覆盖率较高，景观破碎化程度低、连通性好，并提出了景观维持的建议。刘娜基于3S技术，通过景观格局指数和水文数据对洞庭湖风景区景观格局的动态变化进行了分析，研究表明该区域调蓄功能与景观指数存在一定的相关性。刘桂林等利用中巴资源卫星为主要数据源，通过计算景观格局指数，研究了塔里木河下游在生

11、态输水后景观格局的动态变化特征。 3.3.4 其他方面的研究周年兴等从景观美学价值的角度出发，研究森林景观的生态特征，从而得出美景度值与景观格局指数间的相关性。钟德燕等依据景观生态学原理，分析研究了土地利用景观格局在不同地貌类型下的差异性。周启刚等利用GIS技术与景观格局指数对成都近郊区进行了景观格局分析，研究表明整体生境处在一个良好的状态，但部分区县受人类干扰较大;赵晓燕等基于GIS分析西安市城市景观格局并提出景观格局优化意见。吴宇（2010年）通过采用单窗算法反演伊通河流域的地表温度，结合伊通河流域的景观格局变化，利用景观格局分析方法，分析伊通河流域地表温度的时空分布特征与景观格局之间的定

12、量关系。4 景观格局的研究方法综述研究技术方法主要有遥感影像提取技术，GIS软件和FRAGSTATS分类和计算，多时像对比技术等。4.1 遥感(Remote Sensing, RS)技术是景观生态学研究中的重要方法，能够快速、大面积获取如空间位置、植被类型、土地利用状况、土壤类型等地表参数，从而获取大尺度上各种空间和资源信息(Jensen&Cowen, 1999)，为景观生态学提供必需的基础数据资料，因此在景观格局分析中有着广泛的应用(Hung etal, 2010；Wang et al, 2010)。遥感技术在快速大面积提取聚落形态、功能区、道路、水系分布、三维结构等方面表现出不可比拟的优势

13、，从而成为目前研究城市化最重要的工具。大量基于遥感数据的景观信息提取方法也应运而生(Ridd&Liu, 1998;Masek et al, 2000;Seto&Liu, 2003;Yang&Liu, 2005)。4.2 地理信息系统(Geographic Information System, GIS)具有采集、处理、分析、建模和显示空间数据的功能(黄杏元，1993)，通过科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，提供对规划、管理、决策和研究所需信息(成士梅，1996)。彭少麟、邵国凡、马荣华等对于RS和GIS在景观格局中的新应用做了大量探索工作，研究成果也充分证明了RS和GIS在景观格局的研

14、究中的重大潜力。4.3 景观指数的应用景观指数是研究景观格局特征的一种重要工具。景观指数通常包含两部分内容:（1）景观斑块特征指数;（2）景观异质性指数。其中，表征景观斑块特征的指数有斑块面积(可以从图上直接进行量算得出，其中某一景观要素类型的最大与最小斑块面积分别具有不同的生态意义)，斑块数(包括两重含义，分别是整个景观的斑块数与单一景观的斑块数)，斑块周长(景观指数的重要参数之一，表征各种能量扩散的可能性)；表征景观异质性指数的有多样性指数(常被用于分析研究群落空间分布的规律性)，镶嵌度指数(常被用来分析相邻景观生态系统的对比程度)，距离指数(用来确定景观中的斑块是否为随机分布;其次，用来

15、定量地描述斑块的连续度或者隔离度)，生境破碎化指数(是景观异质性的重要组成，是现存景观的重要特征)。Dietzel （2005）比较了不同时期景观指数的差异，揭示了城市增长存在“分散一融合”的震荡过程；Luck and Wu ( 2002)以空间代时间，研究了城市化梯度上景观指数的变化，从而揭示了城市景观格局随着城市化过程发展的变化规律。朱彬和马晓冬(2011)运用景观指数研究了苏北地区乡村聚落的景观格局特征，结果表明苏北地区乡村聚落的空间分布存在明显的地域差异。肖笃宁利用景观格局的几个记测指标如优势度指数、多样性指数以及转移矩阵等对沈阳西部近30年的景观进行了动态研究，同时得出景观格局的破碎

16、化也显露了土地承载力的危机。4.4 地统计学法在研究早期，景观指数法在揭示格局的多尺度特征方面发挥了重要作用，但景观指数尺度图的突变和转折很少，不能准确预示景观等级结构的存在(Wu，2000)。而地统计学法在景观尺度的研究工作中则应用相对广泛得多(王政权，1999；吕一河和傅伯杰，2001)，如空间自相关分析(Spatial autocorrelation analysis ) ( Pierre, 1998 ; Fortin, 1999 )、半方差分析(semivariogram analysis ) C Rossi et al，1992)、谱分析(Spectral analysis ) (R

17、ensahaw et al,1984)、小波分析(Wavelet analysis ) ( Bradshaw, 1992; Monica, 1999;祖元刚等，1999；孙丹峰，2003)、分形分析(Fractals ) ( Sugihara et al, 1990 )、尺度方差分析(Cullinan, 1997 )、点格局分析(Point pattern analysis ) ( Ripley BD, 1976; Diggle PJ，1983；张金屯，2004)等。Ward&Ferrandino认为其中的点格局分析可以提供较为全面的空间尺度信息(Ward&Ferrandino，1999 )。

18、赵成章等(2010)的研究发现黑河上游高寒退化草地狼毒种群在不同尺度上的空间分布格局存在明显差异； 刘小恺等(2009)在研究宁夏沙湖4种干旱区群落中主要植物种间关系的格局时发现不同的物种间在不同的尺度上表现出不同的关联关系；闰庆武等(2009)应用点格局分析对徐州市居民点的分布时发现徐州市居民点的空间分布具有明显的空间依赖性；高凯等(2010)又将此方法应用于城市景观格局特征的研究中。4.5 模型方法随机景观空间动态模型、领域规则景观动态模型和景观生态过程动态模型是景观空间模型研究的三大类型/随机景观空间动态模型可以用来研究景观空间格局和过程在时间和空间上的整体动态(Li&Wu, 1992

19、)。领域规则景观动态模型中应用最普遍且最具代表性的细胞自组织模型(CA模型)简单、灵活、明了，从而也得到了应用广泛(C Jia&Zhu, 1998 )。景观生态过程动态模型，是一种从机制出发模拟生态学过程空间动态的模型方法(DeAngelis &Gross，1992 )，以渗透理论为基础来研究空间随机过程产生的单元群数量、大小和形状及其在临界渗透状态下变化的渗透模型(With&King, 1997 )，被广泛用于研究在景观里火灾发生、病虫害、流行病、物种等的传播，景观斑块的空间结构，在不同尺度上资源的可利用性等方面。何东进在2012年依据景观模型的结构特征差异和对研究涉及生态学过程处理方式的不

20、同，将景观空间模型分为空间概率模型、领域规则模型、景观机制模型、景观耦合模型等4类，并分别对其特点、优劣势及其应用领域等进行对比分析:4.6 景观空间格局指数法4.6.1 景观指数分类与选择景观指数的划分标准多种多样。通常情况下，将指数划分为3个层次，分别是：1斑块水平(patch level ) ; 2斑块类型水平(class level )；3景观水平(landscapelevel)。其中，景观指数在斑块水平上通过表征单个斑块的特性来度量景观的空间配置，它是景观指数的研究基础;景观指数在斑块类型级别上主要用来表征某斑块类型的特征，通常通过平均、加权等统计学算法来综合描述斑块类型的集合特性;

21、景观指数在景观级别上主要描述景观的整体特性。4.6.2斑块类型指标介绍斑块面积(CA)在斑块类型上度量的是景观的组分，不仅能直接反映景观价值，CA也是计算其它景观指数的基础。CA具有重要的生态意义，表现在:(1)某类斑块类型的CA值大小对此斑块类型作为聚集地的物种数量、密度及其后代繁殖具有一定的制约作用，如很多生物最基本的生存条件之一是对其聚居地最小面积的需求;(2)不同要素类型能通过CA值的大小从而间接地反映它们之间能量流、养分流等的差异性，通常情况下，斑块类型的CA值越大，则代表其所占能量与养分越多。为了对景观进行更好的分析与管理，通常我们需要了解其CA值的大小，最小面积与最佳面积是其中我

22、们需要了解的两个重要数据。景观百分比(PLAND)在斑块类型上度量的是景观的组分，通常可以根据PLAND值的大小来分析斑块类型对整个景观的控制程度。PLAND代表的是某类景观要素在景观中所占的百分比，因此，也可以用它来辅助分析景观中的优势类型，一般来说，PLAND越大，则说明这种类型在整个景观中优势性越突出，景观中各要素类型之间的比例差值也越大;PLAND越小，则说明这种类型在整个景观中不突出、优势性弱，各要素类型间的比例值差异不大;此外，PLAND也是确定生物多样性、生物数量的一个重要指标。斑块数(NP)是反映景观空间异质性的一个重要指标。NP的生态意义简单，容易理解，在景观级别水平，NP等

23、于所有斑块数的总和;在斑块类型水平上，其值为某类型斑块数总和。通常NP被用来衡量景观的破碎化程度，通常情况下，NP值越大则景观的破碎化程度也就越高，二者呈正相关性。NP值的大小影响着许多生态过程:破坏景观物种的稳定性，加强或减弱物种间的相互作用，影响物种的分布，抑制或增强景观内部某种干扰的蔓延度。最大斑块指数(LPI)反映景观类型的优势程度，表征景观内部物种的丰度。LPI值的变化趋势影响着景观内部干扰的频率和强度，在一定程度上，反映人类活动对景观影响的强度。斑块平均面积(AREA_ MN)是指景观中某一景观类型的平均面积，代表的是一种平均水平。在一定程度上反映着景观的破碎度，AREA_ MN值

24、越小则表明景观要素类型破碎化程度越高，二者呈负相关性;AREA_ MN通常被用于描述景观粒度，它是一个综合测度值，通常与LPI, NP或者CA联合使用，用于分析景观类型的聚集程度或均匀程度。在景观格局中，AREA_ MN既是最基本的空间特征，也是其它指数的计算基础。4.6.3 斑块形状指标介绍斑块形状指标是景观结构的一个重要特征，也是分析景观格局的一个重要因子。在景观规划与经营中具有极强的理论指导作用，能够反映物质流的扩散以及边界的分离程度。边缘长度(TE)表征的是景观或斑块类型的边缘总长度。其值大小变化可用于分析景观内部各种物质流的扩散，对内部种群的数量和繁衍有一定影响。周长一面积分维数(P

25、AFRAC)表征的是景观格局与斑块形状的复杂度，用以分析与比较景观斑块的形状特性，能够反映各个景观类型边界的褶皱程度，在数值上揭示了斑块形状与斑块面积之间的关系。在一定程度上能间接反映景观格局的复杂度以及体现人类活动对景观的干扰度。从数值上分析PAFRAC，可以得出，当PAFRAC接近2时，边界褶皱程度高，形状复杂，景观内部受人类活动影响小;PAFRAC趋近1时，斑块形状较为简单，人类活动对景观的影响程度大(这是由于人类活动所形成的斑块都较为规则)。4.6.4斑块级别异质性指标介绍斑块密度(PD)计算简单，其生态意义也较好理解。它表征的是景观的破碎度或者某类景观要素的破碎度。它是景观指数中的一

26、个基本量，能直接反映景观类型在单位面积上的斑块数量，从而利于分析不同类型的景观的破碎度。PD不仅能通过破碎度反映景观受人类干扰的程度，在一定程度上也能反映景观的异质性。边缘密度(ED)可从两方面来理解。在景观类型水平上，表征的是某类景观要素与其周围异质斑块间的边缘长度;在景观水平上，表征的是整个景观范围内所有异质景观斑块间在单位面积上的边缘长度。同边缘长度类似，都能反映景观内不同类型斑块间各种物质流活动的强弱以及交换信息的能力。另一方面，ED可以反映景观或者景观类型的破碎度与复杂度，通常，景观类型的ED值越大，则说明景观被分割的程度高;ED值越小，则说明分割程度低，景观类型的连通性强。斑块聚集

27、度指数(COHESION)在景观类型水平上表征的是同一斑块类型的物理联接度;在景观水平上，对这一指数的特征还没有明确的定义。COHESION值的大小反映的是斑块间的结合度或分离度。在某一景观类型中，若其COHESION值减小，则说明斑块间的分散性增强、连接度降低，核心板块的优势性减弱;反之，则说明景观的结核性在增强，有利于优势景观的发展。4.6.5 景观级别异质性指标介绍香农多样性指数(SHDI)在景观生态学中应用极为广泛。SHDI主要反映景观要素类型组成的多样性与景观的异质性，是基于信息理论的一种度量值。SHDI与其他多样性指数的区别之处在于，能够更加敏感地反映景观要素间的非均匀分布情况，更

28、加强调稀有斑块对景观信息的贡献程度;除此之外，SHDI在分析不同时期的同一景观或者不同景观的异质性变化情况时，也是一个非常敏感的指数。如在一个森林景观中，若植被利用越丰富，所包含，则信息内容的不确定性越大，SHDI计算值也越高。SHDI在群落生态学的多样性研究中也有广泛的应用，在对稀有斑块要素进行多样性研究室，SHDI甚至比辛普森多样性指数更加敏感。均匀度指数均匀度指数(SHED等于SHDI除以给定的景观丰度下的最大可能多样性，取值范围为(o, l )。当景观中无多样性时，SHDI值为0；当各要素类型面积分布越不均匀时，SHDI趋于0；当各要素类型面积完全相同时，SHDI值为1，同时也说明此时景观中不存在优势类型。从生态学意义上讲，SHDI描