第４Ｏ卷第１期 广西林业科学 Ｖ０１．４０ Ｎ０．１ ２０１１年３月 Ｇｕａｎｇｘｉ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍａｒ．２０１１ 文章编号：１００６—１１２６—２０１１（１）一００３８—０４ 景观类型水平景观指数的空间粒度效应研究 喻斐涵 ，欧西成２，程 明 ，徐聪荣 （１．江西省林业调查规划研究院，南昌 ３３００４６；２．湖南省林业调查规划设计院，长沙４１Ｏ０Ｏ７） 摘要：以西洞庭湖区为研究景观，并分为９种景观类型。分析了３０ ｍ粒度下景观的结构组成，运用Ｆｒａｇｓｔａｔｓ 软件在景观类型水平上分不同粒度计算了５个指数，探讨各个景观类型指数的粒度效应，结果表明：研究区域 景观类型以非林地为主，柏木景观类型最少。除面积加权平均形状指数的粒度响应曲线较为曲折外，其它指数 几乎都是呈规律的幂函数下降趋势，具有较为明显的粒度效应。在研究的９种景观类型中，柏木景观类型面积 比少，因此呈现有别于其它景观类型的粒度响应曲线。结果还表明，对研究区域景观进行景观类型水平分析的 适宜粒度应该是３０～９０ ｍ。 关键词：景观类型指数；粒度效应 中图分类号：Ｐ２０８文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｇｒａｉｎ－ｓｉｚｅ Ｅｆｆｅｃｔ Ｏｎ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｔｙｐｅ Ｌｅｖｅｌ ＹＵ Ｆｅｉ—ｈａｒｔ ，ＯＵ Ｘｉ—ｃｈｅｎｇ２ＣＨＥＮＧ Ｍｉｎｇ１ＸＵ Ｃｏｎｇ—ｍｉｎｇ‘ ，，（１．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｆｏｒｅｓｔ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ａｎｄ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００４６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎａｎ Ｆｏｒｅｓｔ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ａｎｄ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｗｅｓｔ Ｄｏｎｇｔｉｎｇ ｌａｋｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ａｎｄ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｎｉｎｅ ｌａｎｄ－ ｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｓ．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌｌｎｄｅｒ ｔｈｅ ３０ｍ ｇｒａｉｎ ＷａＳ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ Ｆｒａｇｓｔａｔｓ ＷａＳ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａ］ｅＬ１一 ｌａｔｅ ｆｉｖｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ—ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄ— ｓｃａｐｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｍａｉｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｗａｓ ｎｏｎ．ｆｏｒｅｓｔ．ａｎｄ ｃｅｄａｒ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ Ｗ＇１ｆ．Ｓ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ．Ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｉｃｅｓ ｗｔ￣ｒｅ ａｌｍｏｓｔ ｒｅｇｕ— ｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｇｒａｉｎ—ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｒｅａ— ｗｅｉｇｈｔｅｄ ａｖｅｒａｇｅ ｓｈａｐｅ ｉｎｄｅｘ．Ｔｈｅ ｃｅｄａｒ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｌｅｓｓ ａｒｅａ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｔｈｅ ｎｉｎｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｓ，ＳＯ ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ａｌｓｏ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｇｒａｉｎ・ｓｉｚｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ３０— ９０ｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｉｎｄｉｃｅｓ，ｇｒａｉｎ—ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ 空间异质性是一种多尺度上普遍存在的自然甚 避免地受尺度的影响，空间异质性的尺度依赖主要 至社会、文化现象。在景观生态学中，尺度通常是 体现在两个方面，即在不同尺度上，空间异质性表 以空间粒度或幅度来表达。空间粒度指景观中空间 现出不同的格局，因而从不同尺度上观测或分析空 最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积 间异质性时结果是不同的－４ Ｊ。前人做了大量的关 （如样方、像元）。幅度是研究对象在空间或时间上 于景观水平上景观指数的粒度效应研究ｌ５ Ｊ，而 的持续范围或长度【卜３ｌ。空间异质性的量化不可 本研究以西洞庭湖区为研究景观，通过计算该景观 作者简介：喻斐涵（１９７８一），女，助理工程师，主要从事生态保护与规划工作。 第１期 喻斐涵，欧西成，程明，等：景观类型水平景观指数的空间粒度效应研究 ３９ 在景观类型水平上的一系列不同粒度上的指数值， 运用景观生态学原理，探讨景观类型水平上的景观 用ＡｒｃｔＴｏｏｌｂｏｘ的Ｆｅａｔｕｒｅ ｔｏ Ｒａｓｔｅｒ工具转为Ｇｒｉｄ 文件，其中取值字段Ｆｉｅｌｄ取为ＪＧＬＸ字段，Ｏｕｔ ｃｅｌｌ ｓｉｚｅ以３０ ｍ为最小值，每次增加１０ ｍ，一直 取到２００ ＩＴＩ，其得到１８幅不同粒度的景观类型栅 格图。并在３０ ｍ粒度时初步分析西洞庭湖区景观 组成结构。 指数的空间粒度效应。 １数据和研究方法 １．１景观类型分类 结合西洞庭湖区森林景观结构特点，以土地利 用类型及森林群落优势树种为主要依据，将研究区 域森林景观归并为杉木类、松木类、阔叶类、经济 林类、灌木类、柏木类、竹类、无立木林地类和非 林地等９种景观类型。 １．２数据来源及处理 １．３景观格局指数计算 将景观类型栅格图导人景观格局分析软件 Ｆｒａｇｓｔａｔｓ３．３中分别对各粒度计算出景观类型水平 的景观格局指数。依据Ｆｒａｇｓｔａｔｓ３．３软件的指数分 类体系在景观类型水平针对面积／密度／Ｎ长、形 状、蔓延度三大方面选择常用的景观指数进行计算 和分析，各指数的具体计算公式含义参见文献 Ｊ。 研究数据来源于西洞庭湖区２００７年的二类调 查基础数据，包括属性数据库的矢量数据库。首先 在属性数据库中小班属性表中新建一个名为ＪＧＬＸ ２结果与分析 ２．１景观结构组成分析 的字符型字段，将字段赋值为１、２、…、８、９分 为对应杉木类、松木类、阔叶类、经济林类、灌木 类、柏木类、竹类、无立木林地类和非林地９种景 观类型。在ＡｒｃＧＩＳ中将西洞庭湖区的Ｓｈａｐｅ文件 在３０ ｍ粒度时初步分析西洞庭湖区景观组成 结构，如表１所示。 表１ ３０ ｍ粒度景观组成结构分析 由上表可见，研究区域景观类型以非林地为 １Ｏ％之间。因此，研究区域只有２种极端的景观类 主，柏木景观类型最少，面积比分别６２．１１８９％和 ０．００１１％。其他景观类型则差别不大，在１％～ 型，非林地景观类型可以认为是景观的基质。 ２．２面积／密度／边长指数 ２．５ ２ １．５ ｌ ８Ｏ ６０ ４０ ２Ｏ Ｏ Ｏ．５ Ｏ 图１斑块密度粒度效应图 图２边界密度粒度效应图 ４０ 广西林业科学 第４Ｏ卷 在这类指数中主要研究了斑块密度ＰＤ和边界 密度ＥＤ。从上图可以看出，随着粒度的增大，斑 块密度粒度效应曲线和边界密度粒度效应曲线没有 降，主要是由景观类型斑块数量在重采样过程中逐 渐减少引起的，各景观类型有很小面积斑块，重采 样过程中对这些小面积斑块的过滤使小斑块被逐渐 合并，因此斑块数随之减少，也引起斑块密度和边 大的差别，都呈平滑的单调下降趋势。由于矢量数 据在栅格化的时候会出现“可塑性面积单元问题”， 即栅格粒度的变化会引起总面积发生变化，但整体 变化不会很大＿９ Ｊ。所以斑块密度和边界密度的下 、’、’・～．．．．：：： 。： Ｉ ● ● Ｉ － ＿－ ● ● － － － － ｌ ● Ｉ － 图３ １。２。４．５。６，８类景观类型ＳＨＡＰＥ—ｆ｛｝｝二 ＡＭ粒度效应图 ２５０ ２００ ｌ５Ｏ １ＯＯ ５Ｏ Ｏ 图５ ９类景观类型ＳＨＡＰＥ—ＡＭ粒度效应图 在这类指数中主要探讨了面积加权平均形状指 数ＳＨＡＰＥ．ＡＭ和面积加权平均分维数ＦＲＡＣ—ＡＭ。 可以看出，面积加权平均形状指数ＳＨＡＰＥ—ＡＭ粒 度效应比较多样化，除了非林地景观类型是表现平 滑的幂函数下降以外，其它的８种景观类型均表现 为曲折变化，但总体是呈下降趋势。主要是面积加 权平均形状指数反映了景观类型斑块形状的复杂程 度，越接近１，表明该景观类型的斑块越规则，即 接近于正方形或圆形。第６类柏木景观类型的 ＳＨＡＰＥ－ＡＭ值最小，且在１００ ｍ粒度后为１，表 明该景观类型斑块最为规则，主要原因是该景观类 型占景观总面积比最小，斑块面积小，在粒度变时 形状接近正方形。第９类非林地景观类型ＳＨＡＰＥ— ＡＭ值最大，表明斑块形状最复杂，由于其边缘形 状延伸到其他景观类型中，河流、公路等带状地物 在类型中的分布，使得非林地景观类型边缘形状延 伸程度更为明显。其它的几类景观类型的变化是曲 界密度的减少。总体上看斑块密度ＰＤ和边界密度 ＥＤ表现出比较有规律的粒度影响效应。 ２．３形状指数 １Ｏ ８ ６ —－－・・一３ —－４ ＿・一７ ２ Ｏ 图４ ３．７类景观类型ＳＨＡＰＥ—ＡＭ粒度效应图 １．５ １．４ ＿～———～ １．３ １．２ ； ！．－！！● ‘．‘ Ｉ 一 １．１ －、～。一ｉ●ｉ●－一－－● 一—’’ 一．、’１ ． －＿．●●●＾●●● ０．９ Ｉ － － － ● － －● － ● － Ｉ ● － ● ● ● 图６ ＦＲＡＣ－ＡＭ粒度效应图 折没有规律的，但总体形状指数的下降，表明随着 粒度的增大，这几类的景观类型斑块平均斑块面积 ｝｝｝｝｝｝二一 增大，形状趋于简单，但粒度效应不明显。面积加 权平均分维数ＦＲＡＣ－ＡＭ整体趋势是随着粒度的增 大而减少，其表现出粒度效应较为明显。分维数指 示了研究区景观结构的自相似性特征。 ２．４蔓延度／分散指数 １０Ｏ ８０ ６０ ４０ ２Ｏ Ｏ 图７ ＡＩ粒度效应图 第１期 喻斐涵，欧西成，程明，等：景观类型水平景观指数的空间粒度效应研究 ４１ 在这类指数中主要探讨了聚集度ＡＩ。随着粒 究区域景观的最适粒度应该在３０～９０ ｍ之间。 度的增加，聚集度指标值减少，响应曲线比较平 滑，只在个别粒度附近的区间出现轻微波动，这是 一由于景观格局指数在不同的景观条件下行为的 致性还具有很大的不确定性，所以针对不同的研 究区域，指数的变化行为有很大的不确定性。同 时，前人研究的景观水平指数的粒度效应与本研究 中景观类型水平指数的粒度效应基本一致，但景观 类型水平指数的粒度效应更应该考虑到各种景观类 因为该指标表达的是同类型网格单元的相对聚集或 分散情况，粒度增大，总网格数目减少，同类网格 相对聚集程度减小。通过蔓延度数值变化以及响应 曲线可以看到随着粒度增大表现出逐渐降低的趋 势，这说明粒度增大可以改变斑块的形状、融合小 型的面积比和各种景观类型本身组成结构的多样 的斑块，逐渐降低不同景观类型间的聚集程度，但 这是一个缓慢渐变的而不是急剧的陡然变化的过 程。同样的，特殊的是柏木景观类型，这主要还是 由于柏木景观类型面积过小引起的。 ３结论与讨论 景观格局指数的粒度效应本质上是由于随着粒 度的变化、栅格数据对斑块的分割、融合和改变边 界所致［加］。以西洞庭湖区为研究景观，并按二类 调查地类为主要依据把景观分为９种景观类型，并 分析了３０粒度下景观的结构组成。在前人对景观 指数研究结果基础上，对景观指数进行了选择。在 景观类型水平上分不同粒度计算了三个方面其５个 指数，探讨了各个景观类型指数的粒度效应，结果 表明： （１）研究区域景观类型以非林地为主，柏木景 观类型最少，其他景观类型则差别不大，非林地景 观类型可以认为是景观的基质。 （２）在所研究的景观类型指数中，除面积加权 平均形状指数的粒度响应曲线较为曲折外，其它指 数几乎都是呈规律的幂函数下降趋势，具有较为明 显的粒度效应。 （３）在研究的９种景观类型中，柏木景观类型 面积比少，因此呈现有别于其它景观类型的粒度响 应曲线。由于这类景观类型的存在，对适宜粒度进 行选择时，考虑到当粒度大于１００ ｍ粒度时，柏 木类景观类型几乎被其它景观类型合并，因此，研 性，这些可能造成与景观水平的研究结果有很大的 不同。同时，在景观类型水平继续研究不同景观、 不同景观类型分类以及不同的指数，将是对全面、 深入认识景观类型指数粒度效应的有益补充。 参考文献 ［１］Ｌａｍ Ｎ Ｓ Ｎ．Ｏｎ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｓｃａｌｅ，ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｓｃｉｅｎｃｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｇｅｏｇｒａ． ｐｈｅｒ，１９９２，４４：８８—９８． ［２］Ｊｅｎｅｒｅｔｔｅ Ｇ Ｄ，ｗｕ Ｊ．Ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｃａｌｅ［Ｒ］．Ｂｕｌ— ｌｅｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｃｏｌｏ ｇｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２０００，８１：１０４— １０５． ［３］Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｄ Ｃ．Ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｓｃａｌｅ ｉｎ ｅｃｏｌｏｇｙ ［Ｊ］．Ｂｉｏ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，５１：５４５—５５３． ［４］ＷＵ Ｊ Ｇ．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｅｃｏｌｏｇｙ：Ｐａｔｔｅｒｎ，Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｓｃａｌｅ ａｎｄ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ［Ｍ］．Ｂ￣ｉｎｇ：Ｈｉｇｈｅｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓ，２０００． ［５］申卫军，邬建国，林永标，等．空间粒度变化对景观格局分 析的影响［Ｊ］．生态学报，２００３，２３（１２）：２５０６—２５１９． ［６］周兴东，于胜文，赵长胜，等．空间粒度变化对景观格局指 数的影响——以徐州地区为例［Ｊ］．测绘科学，２００９，１ （３４）：２０１—２０２． ［７］杨丽，甄霖，谢高地，等．泾河流域景观指数的粒度效应 分析［Ｊ］．资源科学，２００７，２９（２）：１８３—１８７． ［８］ＷＵ Ｊ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ ｓｃａｌｅ ｏｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎａｌｙ． 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