南京市路域植被类型图斑形状指数特征分析

南京市路域植被类型图斑形状指数特征分析

道路建设干扰或破坏现有生态环境。道路两侧、分带和其他区域的绿化景观得到了恢复，净化了噪声，美化环境。国内外多从整齐美观的角度,对路域植被现状与恢复、植物选择与配置、养护与管理等方面进行研究1材料和方法1.1样带选择与调查方法选取南京市玄武区为研究区域,以紫金山周边的环陵路、玄武大道、龙蟠路3条位置相近道路的两侧绿化区域与分隔带路域植被为研究对象。南京道路绿化植物多以二球悬铃木、香樟等作为主要行道树种(乔木),以法国冬青、金叶女贞等作为分隔带与交通岛植被(常绿灌木)试验样地分别选取在环陵路的岔路口、上五旗、青马3个位置,玄武大道的长途汽车东站、樱铁村、王家湾3个位置,以及龙蟠路的新庄、岗子村、白马公园3个位置。根据道路路域的特殊环境,选取条状样带研究对象。在3条道路各选取9条样带,分别位于道路两侧的3个位置(共6条样带)、两侧分隔带(2条样带)、中分带(1条样带),共计27条样带,如图1所示。根据路域试验样地的长度与宽度,确定每条样带长50m,宽0.5m,由100个0.5m×0.5m的正方形样方组成。记录每个样方内的各物种的种名、位点、灌木株高、乔木胸径及冠幅等信息,采集标本并编号。主要记录每个样方内的植被类型与物种、物种数等信息。标注样带的位置、坡向并编号。2012年7月进行调查取样,此时段为植物生长的高峰季节。将3条道路的27组数据按照道北南坡、道南北坡、分隔带进行分组,每组3条样带。在数据分析时,先将相同道路、相同位置(或坡向)的数据结果取平均值,再将不同道路、相同位置的数据进行对比分析。1.2空间异质性的分维首先采用网格法分析考察3条道路的不同植被类型(草类、灌木类、乔木类)的图斑形状指数标度-频度的客观关系,考察决定系数是否满足要求,即是否存在分形特征,然后,对满足分形特征、适用空间异质性分析法及分维指标考察的数据进行空间异质性分析和分维计算。当正方形网格边长ε出现变化时,则覆盖有被测对象的网格数目N(ε)也会出现相应的变化,如果有成立,则被研究对象在一定标度域内具有分形结构特征。两边取对数可得式中:A为待定常数;D为被测对象的分维,其值等于该式斜率的绝对值。选用物种丰富度指数与取样尺度作为主要计算指标,结合其他调查数据进行统计分析。在此基础上建立变异函数模型,以变异函数中的分维D作为参数,定量描述不同道路的路域植被生态系统的空间异质性程度、植被组成配置与生态系统稳定性。1)变异函数。研究的取样对象为路域植被条状样带,因此选取一维条件下变异函数计算公式进行计算,即式中:γ(h)为变异函数;Z(x2)双对数变异矩阵分布图。对应于不同的取样尺度h与其相对应的变异函数所组成的变异矩阵,得到双对数变异矩阵分布图,揭示了不同尺度间的植被空间异质性的自相似关系,即分维D。将变异矩阵作为分形变量,其分维的计算公式为:经过转换变形后,得到:其中:m即为双对数变异矩阵分布图中的斜率;D为分维。3)分维。经分析,分维的几何意义可以理解为植被在不同尺度上的结构复杂程度———异质性的表征,揭示了植被空间异质性的尺度变化特征。当D=2时,斜率m=0,双对数变异矩阵分布图中拟合的直线为水平,即不同尺度的差异性相同,空间异质性弱,样方内的植被是同质的。D越远离(小于)2,斜率m越大,双对数变异矩阵分布图中直线越陡,即不同尺度上的差异越显著,空间异质性程度越高。分维D的大小揭示出空间异质性在不同尺度上的变化特征。不同的分维计算方法之间存在着一定的客观差异。网格法用于考察地理因素,主要在于分析判别研究对象———路域植被是否具有图斑形状指数的标度-频度的分形关系;而空间异质性分析法采用变异函数分析方法,以景观生态学的理念考察研究对象(路域植被的植被配置合理性、空间异质性以及生态稳定性),并计算分维、进行定量评价和比较。2结果与分析2.1坡向植物生长的标度-频度关系图对3条城市道路的共27条样带的数据,进行植被类型(草类、灌木类、乔木类)图斑形状指数的标度-频度关系分析。按式(1)统计出同一样带在不同测量尺度(标度)的样方分隔下,所得到的不同的植被类型数目(频度);在此基础上将这些数据(标度-频度)在双对数变异矩阵坐标中展点,即标度的对数对应横坐标、频度的对数对应纵坐标;并将所得散点拟合成直线,得到不同道路、不同坡向位置的植被类型图斑形状指数标度-频度关系图;最后通过直线拟合,按式(2),得到不同道路不同坡向位置的标度-频度关系式及斜率值m、决定系数R1)各考察样地中的27条样带共包含81个数据,其中61个数据(74.07%)存在标度-频度关系且通过R2)在各考察样带中均各自包含27个数据,其中:环陵路有26个数据(96.30%)存在标度-频度关系且均通过R3)在各考察样带中,道北南坡与道南北坡的各27个数据中,分别有21个数据(77.78%)及22个数据(81.48%)存在标度-频度关系且通过R2.2道路、坡向位置分区对适用空间异质性分析法及分维指标考察的环陵路与玄武大道的路域植被进行空间异质性分析和分维计算。按式(3)计算统计每组3条样带在该尺度下的变异函数。在此基础上将不同尺度与对应的变异函数在双对数坐标中展点,即尺度的对数对应横坐标、变异函数的对数对应纵坐标。并将所得散点拟合成直线,得到不同道路、不同坡向位置的植被生态系统空间异质性双对数变异矩阵分布图,如图2。按式(4)、式(5)计算得到斜率值m、决定系数R分析结果表明:(1)环陵路与玄武大道的分维普遍较低,表明两条道路的路域植被设置合理,空间异质性高,生态系统稳定。所得的分维指标与实地调研情况相符。(2)环陵路分维普遍小于玄武大道,说明环陵路路域植被设置更合理,空间异质性更高,生态系统更稳定。这一分维结果准确地反映了实际情况。(3)环陵路的道北南坡分维略大于道南北坡,而玄武大道的道北南坡分维显著小于道南北坡,这说明对于空间异质性、生态系统稳定性情况,环陵路北坡略优于南坡,而玄武大道南坡明显优于北坡。这一分维结果也与实际情况相符。(4)环陵路的分隔带分维远小于玄武大道,说明环陵路的分隔带路域植被设置合理,空间异质性程度高,生态系统稳定。分隔带的分维值与实际考察情况相符,说明分维能够准确反映出实际情况。3道路生态稳定性的维笔者借鉴景观生态学中的分形理论,量化研究了南京市环陵路、玄武大道及龙蟠路3条道路路域植被的生态功能,结合网格法与变异函数法两种方法依次分析考察了路域植被的分形特征、空间异质性及分维指标的考察情况、准确性与适用性,所得到的分维指标能够准确、定量地评价连续的路域植被空间异质性与生态稳定性情况,并与实际情况相符。结果表明结合网格法与变异函数法分析得出的分维指标可以定量地描述连续路域植被的空间异质性高低和生态系统稳定性。由于3条道路不同的植被特征,其分形特征、空间异质性及分维指标的适应情况也不