地貌景觀多角度效應(yīng)分析

1、地貌景觀多角度效應(yīng)分析     引言生態(tài)學(xué)中的尺度具有復(fù)雜性和多樣性，一直以來，多尺度問題都是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心問題，等認(rèn)為，尺度包含空間和時間的粒度和幅度兩個方面。眾多學(xué)者對景觀指數(shù)的粒度效應(yīng)進行了研究，但對景觀指數(shù)幅度效應(yīng)的研究相對較少。申衛(wèi)軍等以廣東粵北植被景觀和美國鳳凰城城市景觀為例，研究了種景觀指數(shù)的粒度效應(yīng)；李明杰等用影像研究了汕頭市景觀指數(shù)的粒度效應(yīng)；趙文武等以陜北延河流域為例，研究了萬和萬比例尺下景觀指數(shù)的粒度變化效應(yīng)；游麗平等以廈門島土地利用格局為例研究了景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)；朱明等利用上海市土地利用數(shù)據(jù)研究了景觀指數(shù)的幅度效應(yīng)。但由于

2、研究區(qū)域、所采用數(shù)據(jù)源，以及景觀分類數(shù)目、地形的不同等因素的影響，許多指數(shù)隨粒度和幅度的變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。地貌作為生境變化的重要指示因子，其特點與變化影響著地面的物質(zhì)流動與能量的轉(zhuǎn)化，也是景觀格局分布的重要影響因子。黃土高原作為我國黃土分布最典型的地區(qū)，黃土物質(zhì)疏松，易受侵蝕，水土流失嚴(yán)重，對其進行生態(tài)學(xué)的研究具有重要意義。因此，本文以山西省運城市典型地貌為例，研究了不同地貌類型上景觀指數(shù)隨粒度和幅度的變異規(guī)律，為景觀指數(shù)描述景觀格局、土地利用覆蓋變化等提供一定的依據(jù)。典型地貌的選取與數(shù)據(jù)處理地貌的選取與處理運城市地處山西省南部、黃土高原南端，屬溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，具有黃土高原典型

3、的地貌特征。本研究所采用的數(shù)據(jù)為運城市校正后的年月日影像，分辨率為。首先，在軟件應(yīng)用運城市邊界裁剪出運城市影像，然后，應(yīng)用監(jiān)督分類法并參照全國第二次土地調(diào)查分類標(biāo)準(zhǔn)，以及年該區(qū)域個縣區(qū)的土地利用現(xiàn)狀，對遙感影像分類結(jié)果進行核對，將其分為：水澆地、旱地、林地、草地、建設(shè)用地、水域大類型。根據(jù)影像從該區(qū)域選取出（×）的種不同地貌類型的區(qū)域，地貌類型分為：平原、丘陵、山地和綜合地貌（圖），然后，用種地貌的矢量數(shù)據(jù)分別裁剪分類后的結(jié)果，得到種地貌×的景觀類型圖。景觀類型圖的生成以種地貌×的景觀類型圖為基礎(chǔ)，在粒度方面以為間隔，對該景觀類型圖進行重采樣得到、個粒度等級的景觀

4、類型圖；在幅度方面以該正方形區(qū)域的左下角像元為不變點，橫軸和縱軸都以為間隔，得到×、××等個不同幅度等級的景觀類型圖。景觀指數(shù)的選取景觀格局指數(shù)從斑塊水平、斑塊類型水平、景觀水平個水平來定義。斑塊水平反映景觀中單個斑塊的結(jié)構(gòu)特征，是計算其他景觀級別指標(biāo)的基礎(chǔ)；斑塊類型水平反映景觀中不同斑塊類型各自的結(jié)構(gòu)特征；景觀水平反映景觀的整體結(jié)構(gòu)特征。本文在景觀水平上，從面積密度邊長、聚集分布、形狀、連接性以及多樣性大方面，選用了斑塊密度（）、最大斑塊指數(shù)（）、景觀形狀指數(shù)（）、周長面積比分維數(shù)（）、景觀聚集度（）、斑塊結(jié)合度（）、多樣性指數(shù)（）。首先，將各景觀指數(shù)值在軟件中

5、進行計算，然后，將指數(shù)計算結(jié)果導(dǎo)入處理分析。各指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義見表。景觀指數(shù)多尺度效應(yīng)分析不同地貌景觀指數(shù)的粒度效應(yīng)分析景觀粒度變化可以改變斑塊邊界、分割或融合斑塊，引起景觀格局變化，從而使得描述這些格局的指數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化。圖是不同地形景觀的粒度變化曲線。（）從景觀指數(shù)與粒度之間的關(guān)系看，隨粒度的增加，不同地形上景觀指數(shù)表現(xiàn)出兩種變化趨勢：斑塊密度（）、景觀形狀指數(shù)（）、斑塊結(jié)合度指數(shù)（）、聚集度指數(shù)（），隨粒度的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，且前兩種指數(shù)沒有明顯的尺度轉(zhuǎn)折點，后兩種指數(shù)在丘陵和綜合地貌上有尺度轉(zhuǎn)折點，這可能是由于分類精度的影響；最大斑塊指數(shù)（）、周長面積比分維數(shù)（）和多樣性指數(shù)（）

6、，隨粒度的增加呈現(xiàn)幾乎不變的趨勢，說明粒度的變化對這些指數(shù)的影響很小。（）從景觀指數(shù)與地貌之間的關(guān)系可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：斑塊密度（）、景觀形狀指數(shù)（），在較小的粒度范圍內(nèi)丘陵和綜合地貌這里兩種地貌上的景觀指數(shù)值明顯大于平原和山地這兩種地貌的景觀指數(shù)值，說明在較小粒度范圍內(nèi)根據(jù)景觀指數(shù)值可以較好地區(qū)分這兩類地貌。這可能是因為平原和山地景觀單一，而丘陵和綜合地貌景觀較為復(fù)雜。斑塊結(jié)合度指數(shù)（）隨粒度的增加，平原和山地這兩種地貌的景觀指數(shù)值明顯大于丘陵和綜合地貌這兩種地貌的景觀指數(shù)值，說明在較大粒度范圍內(nèi)，根據(jù)景觀指數(shù)值可以較好地區(qū)分這兩類地貌。周長面積比分維數(shù)（）在各種地形上的景觀指數(shù)值差別不明顯，不

7、能根據(jù)景觀指數(shù)值區(qū)分出各種地貌。最大斑塊指數(shù)（）、聚集度指數(shù)（）和多樣性指數(shù)（）這種指數(shù)平原和山地這類地貌的景觀指數(shù)值要么明顯大于要么明顯小于丘陵和綜合地貌這類地貌的景觀指數(shù)值，說明可以根據(jù)景觀指數(shù)值區(qū)分出地貌的復(fù)雜程度。不同地貌景觀指數(shù)的幅度效應(yīng)分析圖為不同地貌類型在不同幅度上景觀指數(shù)的變化情況，圖中的橫坐標(biāo)表示幅度大小，其中，數(shù)字代表×，代表×，依次類推。圖是不同地形景觀的幅度變化曲線。（）從幅度與景觀指數(shù)的關(guān)系上看，各景觀指數(shù)都表現(xiàn)出一定的幅度效應(yīng)且各景觀指數(shù)隨幅度的變化表現(xiàn)出兩種變化趨勢：斑塊密度（）、最大斑塊指數(shù)（）、周長面積比分維數(shù)（）、景觀聚集度（）、斑塊結(jié)合

8、度（）、多樣性指數(shù)（），這些景觀指數(shù)隨幅度的增加在×幅度范圍左右變化趨勢比較復(fù)雜，之后景觀指數(shù)隨幅度的變化趨于平穩(wěn)，說明在較小幅度范圍內(nèi)這些指數(shù)受幅度的影響較大，達到一定的尺度后，幅度對其幾乎沒有影響。景觀形狀指數(shù)（）隨幅度的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，說明該指數(shù)受幅度的影響較大。（）從景觀指數(shù)和地貌的關(guān)系上看，可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：不同幅度上，斑塊密度（）的景觀指數(shù)值丘陵和綜合地貌這兩種地貌的景觀指數(shù)值明顯大于平原和山地這兩種地貌的景觀指數(shù)值，說明該景觀指數(shù)值能較好地區(qū)分這兩類地貌。景觀形狀指數(shù)（）在較大幅度范圍內(nèi)丘陵和綜合地貌地貌上景觀指數(shù)值大于平原和山地地形，說明在較大幅度上該指數(shù)能較好

9、地區(qū)分這兩類地形。不同幅度上，最大斑塊指數(shù)（）、景觀聚集度（）、多樣性指數(shù)（），這些指數(shù)平原和山地這類地貌的景觀指數(shù)值要么明顯大于要么明顯小于丘陵地形的景觀指數(shù)值，但在綜合地貌上這些指數(shù)隨幅度呈現(xiàn)出逐漸下降或上升的趨勢，且在較大幅度上景觀指數(shù)值跟丘陵地貌上的相差不大，與平原和山地上的相差較大，說明在較大幅度上這些指數(shù)能區(qū)分地貌的復(fù)雜程度。不同幅度下，周長面積比分維數(shù)（）和斑塊結(jié)合度（），在不同地貌上的景觀指數(shù)值相差不明顯，說明這兩個指數(shù)不能區(qū)分不同地貌。結(jié)論與討論各景觀指數(shù)都呈現(xiàn)出一定的粒度效應(yīng)和幅度效應(yīng)。不同地形上，斑塊密度（）、景觀形狀指數(shù)（）、結(jié)合度（），個指數(shù)有明顯的粒度效應(yīng)，隨粒度的

10、增加有明顯的變化規(guī)律。最大斑塊指數(shù)（）、周長面積比分維數(shù)（）、景觀聚集度（）和多樣性指數(shù)（），隨粒度的增加幾乎不發(fā)生變化。不同地形上，各景觀指數(shù)隨幅度的變化規(guī)律比較復(fù)雜。除景觀形狀指數(shù)（）外，所有指數(shù)在各種地形上都是在一定幅度范圍內(nèi)變化曲線復(fù)雜，之后隨幅度的增加各指數(shù)變化趨于穩(wěn)定，景觀形狀指數(shù)（）隨幅度的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。另外周長面積比分位數(shù)（）指數(shù)值在×的幅度上差異明顯。景觀指數(shù)作為景觀格局分析的重要指標(biāo)，在景觀分析中被普遍應(yīng)用，但由于景觀指數(shù)之間的相關(guān)性，以及景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)，使得其應(yīng)用和發(fā)展受到一定程度的制約。本文從多種地貌類型上對常用的景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)進行研究，試圖找出不受尺度變化影響的景觀指數(shù)，使得能在不同數(shù)據(jù)源、不同時相、不同地貌類型下，客觀地運用景觀格局指數(shù)進行對比分析。另外，從本研究可以看出不同地貌景觀指數(shù)值有一定的