格局指数的解释

1、景观格局指数讲解景观格局指数讲解 东北土地利用变化的分析东北土地利用变化的分析 景观指数用来干什么？景观指数用来干什么？ n景观指数的提出，是用来进行景观定量分析的。在整体景观指数的提出，是用来进行景观定量分析的。在整体 上，用于定量分析的景观指数通常有如下几种：上，用于定量分析的景观指数通常有如下几种： n1、景观多样性指数 n2、景观优势度指数 n3、景观均匀度指数 n4、景观破碎化指数 n5、景观聚集度指数 n通过对上述指数进行分析，可以找到对改善现状不利的通过对上述指数进行分析，可以找到对改善现状不利的 环境要素，并在规划中提出控制与发展原则。同时，对环境要素，并在规划中提出控制与发展

2、原则。同时，对 起支配地位和要重点保护的土地类型应用类型水平指数起支配地位和要重点保护的土地类型应用类型水平指数 进行分析，如圆明园环评中的水体与绿地。进行分析，如圆明园环评中的水体与绿地。 常用那些景观指数？常用那些景观指数？ n景观指数中，面积景观指数中，面积/ /密度密度/ /边界指数和形状指数是最基本边界指数和形状指数是最基本 的，其中面积的变化又是最重要的。的，其中面积的变化又是最重要的。 n没有量，哪有质？土地利用类型都改变了，不再起支配没有量，哪有质？土地利用类型都改变了，不再起支配 地位了，你形状变得再好、连通度再高、对比度再合适地位了，你形状变得再好、连通度再高、对比度再合适

3、 又有什么意义呢？比如城市里的片林。又有什么意义呢？比如城市里的片林。 n所以，许多学者先研究土地利用类型的面积变化，再研所以，许多学者先研究土地利用类型的面积变化，再研 究空间变化和质量变化。面积变化首先反映在不同类型究空间变化和质量变化。面积变化首先反映在不同类型 的总量变化上，从中我们可以了解变化总的态势和土地的总量变化上，从中我们可以了解变化总的态势和土地 利用结构是怎么演化的利用结构是怎么演化的（东北例子）（东北例子）。 n一般的景观生态学应用，如环评、规划，往往只分析面一般的景观生态学应用，如环评、规划，往往只分析面 积积/ /密度密度/ /边界指数和形状指数，连通度、对比度、邻接

4、边界指数和形状指数，连通度、对比度、邻接 度指数等很少涉及。度指数等很少涉及。 地图来源地图来源 （2） 1980年代中国土地利用图年代中国土地利用图 土地利用分类土地利用分类 土地利用类型一级土地利用类型一级 类类 1930年代土地利用分类年代土地利用分类1980年代土地利用分类年代土地利用分类 耕地耕地农田农田稻田、水浇地、旱地稻田、水浇地、旱地 林地林地 针叶林、阔叶林、针叶林、阔叶林、 针阔混交林针阔混交林 用材林、经济林、用材林、经济林、 疏林、灌木林疏林、灌木林 草地草地荒草地荒草地牧草地、高山草甸牧草地、高山草甸 水域水域 河流水面、湖泊水面、河流水面、湖泊水面、 海滨滩涂海滨滩

5、涂 湖泊湖泊水库水库 城市城市 城市城市城市城市 未利用土地未利用土地湿地湿地 裸地、沙地、盐碱地、裸地、沙地、盐碱地、 寒漠、戈壁、沼泽地寒漠、戈壁、沼泽地 选取尽可能反映景观全局或各类型的变化，且相关选取尽可能反映景观全局或各类型的变化，且相关 性较小的典型变量；性较小的典型变量；共选取共选取1919个指标：个指标： （1 1）斑块类型水平指数有：斑块类型面积，最大斑）斑块类型水平指数有：斑块类型面积，最大斑 块指数，斑块平均面积，斑块数，斑块密度，边界密度，块指数，斑块平均面积，斑块数，斑块密度，边界密度， 周长面积比，景观形状指数，平均斑块形状指数，平均周长面积比，景观形状指数，平均斑

6、块形状指数，平均 斑块分维数，周长面积比分维数，聚集度指数，景观导斑块分维数，周长面积比分维数，聚集度指数，景观导 度指数。度指数。 （2 2）景观水平指数除上述各种斑块类型水平指数外，）景观水平指数除上述各种斑块类型水平指数外， 还选用了蔓延度，还选用了蔓延度，ShannonShannon多样性指数，多样性指数，ShannonShannon均匀度均匀度 指数，优势度指数和破碎度指数。指数，优势度指数和破碎度指数。 景观指数选取景观指数选取 土地利用变化分析土地利用变化分析(arcview) 中国东北地区土地利用变化分类面积表中国东北地区土地利用变化分类面积表 土地利用类土地利用类 型型 19

7、301930年代年代19801980年代年代面积变化面积变化 面积面积/ /万万 hmhm2 2 比例比例/%/%面积面积/ /万万 hmhm2 2 比例比例/%/%面积面积/ /万万 hmhm2 2 比例比例/%/% 耕地耕地125.78 125.78 0.99 0.99 3842.46 3842.46 30.18 30.18 3716.68 3716.68 29.19 29.19 林地林地6251.63 6251.63 49.11 49.11 4850.45 4850.45 38.11 38.11 -1401.18 -1401.18 -11.00 -11.00 草地草地5661.03 56

8、61.03 44.47 44.47 3400.62 3400.62 26.71 26.71 -2260.41 -2260.41 -17.76 -17.76 水域水域51.79 51.79 0.40 0.40 38.46 38.46 0.30 0.30 -13.33 -13.33 -0.10 -0.10 城市城市2.37 2.37 0.02 0.02 10.71 10.71 0.08 0.08 8.34 8.34 0.06 0.06 未利用土地未利用土地637.44 637.44 5.01 5.01 587.34 587.34 4.62 4.62 -50.10 -50.10 -0.39 -0.3

9、9 合计合计12730.04 12730.04 100 100 12730.04 12730.04 100 100 1930、1980年代中国东北地区土地利用结构对比图年代中国东北地区土地利用结构对比图 中国东北地区景观格局动态演变分析中国东北地区景观格局动态演变分析 1 面积面积/密度密度/边界指数分析边界指数分析 2 形状指数分析形状指数分析 3 蔓延度蔓延度/聚集度聚集度/导度指数分析导度指数分析 4 多样性多样性/均匀度均匀度/优势度指数分析优势度指数分析 5.边界密度（边界密度（ED） 1 面积面积/密度密度/边界指数分析边界指数分析 1.斑块平均面积（斑块平均面积（MPS） 2.最

10、大斑块指数（最大斑块指数（LPI） 3.斑块数（斑块数（NP） 4.斑块密度（斑块密度（PD） 6 10 N A MPS 100 aaax n1 A M LPI ， 6 10 A E ED NP=N PD=N/A 景观类型面积指数统计表景观类型面积指数统计表 年代年代类型类型CACA（kmkm2 2）LPILPI（）（）MPSMPS（kmkm2 2） 19301930整个景观区域整个景观区域1,272,981 1,272,981 46.7276 46.7276 20,142.1000 20,142.1000 耕地耕地12,573 12,573 0.1473 0.1473 1,175.0467

11、1,175.0467 林地林地625,322 625,322 46.7276 46.7276 195,413.1250 195,413.1250 草地草地565,941 565,941 31.4552 31.4552 59,824.6300 59,824.6300 水域水域5,201 5,201 0.0992 0.0992 506.9201 506.9201 城市城市237 237 0.0023 0.0023 718.1818 718.1818 未利用土地未利用土地63,707 63,707 1.1107 1.1107 2,178.0171 2,178.0171 1980整个景观区域整个景观区

12、域1,272,980 1,272,980 25.2907 25.2907 90,797.4322 90,797.4322 耕地耕地384,160 384,160 25.2907 25.2907 111,028.9017 111,028.9017 林地林地485,122 485,122 13.9052 13.9052 90,004.0816 90,004.0816 草地草地339,998 339,998 10.6953 10.6953 88,772.3238 88,772.3238 水域水域3,852 3,852 0.1398 0.1398 35,018.1818 35,018.1818 城市城

13、市1,072 1,072 0.0292 0.0292 26,800.0000 26,800.0000 未利用土地未利用土地58,776 58,776 1.2098 1.2098 49,391.5966 49,391.5966 景观类型密度景观类型密度/边界指数统计表边界指数统计表 年代年代类型类型NPNP（个）（个）PDPD（个（个/km/km2 2）EDED（m/ham/ha） 19301930整个景观区域整个景观区域6,320 6,320 0.0050 0.0050 1.6013 1.6013 耕地耕地1,070 1,070 0.0008 0.0008 0.1582 0.1582 林地林地

14、320 320 0.0003 0.0003 1.1069 1.1069 草地草地946 946 0.0007 0.0007 1.1985 1.1985 水域水域1,026 1,026 0.0008 0.0008 0.0722 0.0722 城市城市33 33 0.0000 0.0000 0.0031 0.0031 未利用土地未利用土地2,925 2,925 0.0023 0.0023 0.6637 0.6637 1980整个景观区域整个景观区域1,402 1,402 0.0011 0.0011 1.31941.3194 耕地耕地346 346 0.0003 0.0003 0.7538 0.75

15、38 林地林地539 539 0.0004 0.0004 0.8530 0.8530 草地草地383 383 0.0003 0.0003 0.8780 0.8780 水域水域11 11 0.0000 0.0000 0.0068 0.0068 城市城市4 4 0.0000 0.0000 0.0027 0.0027 未利用土地未利用土地119 119 0.0001 0.0001 0.1444 0.1444 面积面积/密度密度/边界指数分析边界指数分析 n整个东北研究区范围内，整个东北研究区范围内，19301930年代林地和草地在面积年代林地和草地在面积 上占有支配地位，两者相加占总面积的上占有支配

16、地位，两者相加占总面积的93.58%93.58%，其它，其它 几个类型的面积比例不超过几个类型的面积比例不超过6%6%。而。而19801980年代耕地面积年代耕地面积 急剧增加，面积比例由急剧增加，面积比例由0.99%0.99%增长到增长到30.2%30.2%，基本上由，基本上由 林地和草地转化过来，形成林地、耕地、草地三种类林地和草地转化过来，形成林地、耕地、草地三种类 型鼎立的景观格局，三者相加约占总面积的型鼎立的景观格局，三者相加约占总面积的95%95%。 n经过经过5050年的演变，未利用土地略为减少，城市用地略年的演变，未利用土地略为减少，城市用地略 微增加，这可能与地理数据统计尺度

17、有关，微增加，这可能与地理数据统计尺度有关，19801980年代年代 的数据由于比例尺较小，忽略了大量新增的小城镇斑的数据由于比例尺较小，忽略了大量新增的小城镇斑 块。块。 n在最大斑块指数方面，在最大斑块指数方面，19301930年代研究区的最大斑块指年代研究区的最大斑块指 数为数为46.73%46.73%，属于林地类型，而，属于林地类型，而19801980年代的最大斑块年代的最大斑块 指数为指数为25.29%25.29%，存在于耕地类型中，而林地的最大斑，存在于耕地类型中，而林地的最大斑 块指数下降到块指数下降到13.91%13.91%，同时草地的最大斑块指数也从，同时草地的最大斑块指数也

18、从 31.45%31.45%下降到下降到10.69%10.69%。这个变化说明了景观类型间的。这个变化说明了景观类型间的 演替，正好与建国后东北移民垦荒政策的效果相吻合。演替，正好与建国后东北移民垦荒政策的效果相吻合。 n从平均斑块密度来看，从平均斑块密度来看，19301930年代到年代到19801980年代，景观总年代，景观总 斑块数由斑块数由63206320个减少到个减少到14021402个，景观水平的平均斑块个，景观水平的平均斑块 密度由密度由0.0050.005个个/km/km2 2减少到减少到0.00110.0011个个/km/km2 2，虽然有数据，虽然有数据 尺度不同的因素，但还

19、是说明了从尺度不同的因素，但还是说明了从19301930年代到年代到19801980年年 代，东北地区的景观破碎度是下降的趋势代，东北地区的景观破碎度是下降的趋势高强度、高强度、 大范围的垦荒和集约化农业生产导致了大片耕地的出大范围的垦荒和集约化农业生产导致了大片耕地的出 现，这些耕地完整而相连，集聚成少数几个大型斑块，现，这些耕地完整而相连，集聚成少数几个大型斑块， 从而造成景观破碎度的下降。从而造成景观破碎度的下降。19801980年代耕地景观的平年代耕地景观的平 均斑块面积居所有景观类型之首，达到均斑块面积居所有景观类型之首，达到111023km111023km2 2， 同时耕地类型的最

20、大斑块指数达同时耕地类型的最大斑块指数达25.29%25.29%，恰好验证了，恰好验证了 上述观点。上述观点。 n从边界密度来看，不管是从边界密度来看，不管是19301930年代还是年代还是19801980年代，草年代，草 地和林地都排在前两位，而且比较接近，这说明这两地和林地都排在前两位，而且比较接近，这说明这两 种景观类型的开放性强，是其他景观类型斑块进行物种景观类型的开放性强，是其他景观类型斑块进行物 质能量交流时，不可或缺的通道。质能量交流时，不可或缺的通道。 4 多样性多样性/均匀度均匀度/优势度指数分析优势度指数分析 4.破碎度指数（破碎度指数（LFI） 1.Shannon多样性指

21、数（多样性指数（SHDI） 2.优势度指数（优势度指数（LDI） 3.Shannon均匀度指数（均匀度指数（SHEI） m i ii PPSHDI 1 )ln( k m k k PPHLDIln 1 max n PP H H SHEI n k kk ln ln 1 max ii ANLFI/ 景观多样性景观多样性/均匀度均匀度/破碎度指数统计表破碎度指数统计表 年代年代SHDILDISHEILFI 193019300.92910.86270.51860.0050 19801.24730.54450.69610.69610.00110.0011 多样性多样性/均匀度均匀度/优势度优势度/破碎化指

22、数分析破碎化指数分析 n19801980年代景观的多样性和均匀度均高于年代景观的多样性和均匀度均高于19301930年代的，年代的， 多样性指数由多样性指数由0.92910.9291增加到增加到1.24731.2473，同时均匀度指数，同时均匀度指数 也从也从0.51860.5186增加到增加到0.69610.6961。即。即5050年间，东北地区在景年间，东北地区在景 观类型分布更加均匀的同时，景观多样性也得到比较观类型分布更加均匀的同时，景观多样性也得到比较 大的提升，较好地实现了景观类型的演替更新。大的提升，较好地实现了景观类型的演替更新。 n优势度指数由优势度指数由19301930年代

23、的年代的0.86270.8627下降至下降至19801980年代的年代的 0.54450.5445。主要原因是。主要原因是19301930年代面积居前列的是林地和年代面积居前列的是林地和 草地，而草地，而19801980年代的为耕地、林地和草地，优势景观年代的为耕地、林地和草地，优势景观 类型有所增加，各类型景观比例分配逐渐趋于均衡化。类型有所增加，各类型景观比例分配逐渐趋于均衡化。 n破碎度指数呈减小趋势，由破碎度指数呈减小趋势，由19301930年代的年代的0.00500.0050减小到减小到 19801980年代的年代的0.00110.0011。这和前文总结的平均斑块密度等。这和前文总结

24、的平均斑块密度等 指数的趋势一致，都反映了大面积的人为干扰并没有指数的趋势一致，都反映了大面积的人为干扰并没有 带来景观的破碎化。带来景观的破碎化。 注意：景观指数的局限注意：景观指数的局限 n景观指数可以用来表征景观格局，但是景观指数并不景观指数可以用来表征景观格局，但是景观指数并不 是表征格局的唯一方法，还有空间统计学等途径；是表征格局的唯一方法，还有空间统计学等途径； n景观指数不是万能的，景观生态学有很多内容用景观景观指数不是万能的，景观生态学有很多内容用景观 指数是表征不出来的；指数是表征不出来的； n景观指数与景观格局并不是一对一的对应关系，而是景观指数与景观格局并不是一对一的对应

25、关系，而是 多对多的关系，我们分析的时候要具体问题具体分析，多对多的关系，我们分析的时候要具体问题具体分析， 不要陷入指数这样变就一定对应什么结论的思维定势；不要陷入指数这样变就一定对应什么结论的思维定势； n我们计算指数，主要通过定量的依据来证明定性的结我们计算指数，主要通过定量的依据来证明定性的结 论，不能为计算而计算，玩数字游戏，如果某个指数论，不能为计算而计算，玩数字游戏，如果某个指数 说明不了什么问题，那么这个数字就没有任何意义。说明不了什么问题，那么这个数字就没有任何意义。 具体问题具体分析具体问题具体分析多观察几个指数多观察几个指数 n在退化草场，我们会发现生态过程相同，指数趋势

26、不在退化草场，我们会发现生态过程相同，指数趋势不 同的情况：草场退化初期，出现多个沙化斑块，沙化同的情况：草场退化初期，出现多个沙化斑块，沙化 土地类型斑块数是上升的；草场继续退化，多个沙化土地类型斑块数是上升的；草场继续退化，多个沙化 斑块连成一整块，沙化土地类型斑块数是下降的。斑块连成一整块，沙化土地类型斑块数是下降的。 n这个时候，用单个指数根本无法衡量景观格局的变化这个时候，用单个指数根本无法衡量景观格局的变化 趋势。只能把斑块数的变化跟总面积、平均斑块面积趋势。只能把斑块数的变化跟总面积、平均斑块面积 的变化结合起来一起分析。的变化结合起来一起分析。 n所以，我们要关心具体的生态过程

27、，多观察几个指数，所以，我们要关心具体的生态过程，多观察几个指数， 结合起来说明问题。结合起来说明问题。 2形状指数分析形状指数分析 周长周长面积分维数面积分维数 （PAFRAC） 1.周长面积比（周长面积比（PARA） 2.形状指数（形状指数（Shape）: 景观形状指数（景观形状指数（LSI） 平均斑块形状指数（平均斑块形状指数（MSI） 3.分维数（分维数（FRAC）: 平均斑块分维数（平均斑块分维数（MPFD） PARA =P/A A E LSI 25.0 N a 0.25P m 1i n 1j ij ij MSI N P MPFD m 1i n 1j ij ij aln 0.25ln

28、2 ）（ n j ij n j iji n j ij n j ij n j ijiji ppn apapn PAFRAC 11 2 111 lnln lnln)ln(ln 2 景观类型形状指数统计表景观类型形状指数统计表 年代年代类型类型PARA_MNPARA_MNLSILSIMSIMSIMPFDMPFDPAFRACPAFRAC 1930整个景观区域整个景观区域28.747847.50221.5199 1.04261.5222 耕地耕地30.354144.91561.39621.03911.5675 林地林地19.508945.64481.64151.04691.3490 草地草地23.355

29、952.46111.97871.06061.5153 水域水域34.490734.91721.19351.02231.5591 城市城市21.67026.38711.11631.01881.2536 未利用土地未利用土地28.980284.36241.52241.04491.5969 1980整个景观区域整个景观区域6.322439.55181.71781.04891.5709 耕地耕地7.035739.88391.69111.04821.5369 林地林地5.853840.28261.57231.04151.5216 草地草地6.450049.36761.91691.05691.6839 水

30、域水域6.95603.84001.40461.03811.1033 城市城市3.33822.65151.32691.0302N/A 未利用土地未利用土地6.002119.31961.85611.06001.5023 3 蔓延度蔓延度/聚集度聚集度/导度指数分析导度指数分析 3.景观导度指数（景观导度指数（COHESION） 1.蔓延度（蔓延度（CONTAG） 2.聚集度指数（聚集度指数（AI） 100 m2ln ln 1 m 1i n 1j ijij ）（ ）（PP CONTAG )100(* 1 1*1 1 1 1 A ap p COHESION n j ijij n j ij ij n i n j ij PPnAIlnln2 11 景观蔓延度景观蔓延度/ /分布指数统计表分布指数统计表 年代年代类型类型CONTAGCONTAGAIAICOHESIONCOHESION 19301930整个景观区域整个景观区域64.950964.950991.921791.921799.802199.8021 耕地耕地 60.350760.350788.985688.9856 林地林地94.345