[科普中国]-景观指数

简介

景观指数是指高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标；适合定量表达景观格局和生态过程之间关联的空间分析方法。1

分类现状在对景观进行空间分析，建立格局与过程相互联系的过程中及其它理论如岛屿生物地理学理论、渗透理论等向景观生态学渗透的过程中，形成了许多描述景观格局及其变化的景观指数。由于景观指数数量多且由于新理论在景观生态学中的应用而不断推陈出新，目前，对景观指数的分类还未形成统一标准。Forman曾把描述斑块的景观指数分为两大类, 即描述斑块形状的景观指数如形状指数(Shape index) 等及描述斑块镶嵌的景观指数如相对丰度( Relative richness) 、优势度( Dominance index) 和分维数(Fractal dimension) 等. Hulshoff认为景观指数可划分为景观格局指数( Pattern index) 和变化指数( Changing index) ，前者如斑块类型、数量及形状指数; 后者如斑块数目变化率等。Tur ner 等认为，景观指数可以分为斑块数目与大小、斑块分维数(Fractal dimension) 、景观要素之间的边缘数和多样性(Diversity) 、优势度( Dominance ) 与蔓延度( Contagion) 。

以上划分均是先人为确定景观空间格局及动态的主要方面, 然后对现有的景观指数进行功能分析以确定归属的，这种分类方法较为主观；另一种分类则从现有景观指数整体出发，先不考虑景观功能，应用统计学方法如相关分析、因子分析等将景观指数分成不同的类，然后对各类指数进行描述功能分析、定类。如Riitters 等对85 幅土地利用图的55 个景观指数进行了计算, 并用因子分析法对55 个景观指数进行了维数压缩。经综合分析，最后将55 个景观指数分成5 组: 1)描述斑块平均压缩度的指数; 2) 描述景观总体质地的指数;3) 描述斑块形状的指数; 4) 斑块周长、面积比例指数及斑块类型指数. 值得注意的是, 地理信息系统虽然是管理与分析空间数据的有效工具, 但由于其涉及面广，提供的景观指数计算功能远远不能满足人们的实际需要. 因此, 人们常将地理信息系统的这部分功能进行延伸, 形成了基于地理信息系统的各具特色的景观指数软件包, 如rlle 软件包、SPAN软件包、Fragstats 软件包。其中，Fragstats 是由美国俄勒冈州立大学开发的，软件最新版本共能计算景观指数66 个，是最为常用的景观指数软件包. 有关各软件包的具体内容及其分类方法，可参阅相应文献. 由于景观生态学是一门新兴的交叉学科，多种学科如信息论、空间理论、渗透理论等不断向景观生态学渗透，因此景观指数的分类标准多种多样。但要很好地理解和把握景观指数分类，还得从景观生态学的基本原理出发，从斑块、廊道、基质的基本结构出发，对景观指数进行分类。景观指数可分为描述景观要素的指数和描述景观总体特征的指数两个层次；描述景观要素的指数和描述景观总体特征的指数也具有不同的层次。 因此，景观指数的分类从整体上说是一个层次结构。

单个要素的指数如描述斑块的面积、周长、形状指数; 描述廊道的长度、曲度等. 同类型要素之间关系的指数主要是指单个要素指数的统计值如均值、极值、离差及空间关系(斑块密度、斑块平均大小、斑块面积方差等) ; 不同类型要素之间关系的指数主要是指描述具有相同生态学意义的不同类型要素统计值及空间关系指数; 不同要素之间关系的指数如描述斑块与廊道之间空间关系( 空间距离等) 的指数( 最邻近距离、平均邻近距离等) , 目前有关于这方面的指数还不多; 我们把指数值受要素大小、个数影响的景观指数分为基于景观要素的景观总体特征指数如优势度( Dominance) 、蔓延度( Contagion) . 基于景观构型的景观总体特征指数是指景观构型的数量化表示, Forman曾根据景观结构特征划分出4 种景观类型, 即斑块散布的景观、网络状景观、指状景观和棋盘状景观, 4 种景观中斑块分布构型不同, 对应的基本生态过程也各异. 目前这方面的研究较少, 有待于进一步深入探索。1

主要作用景观指数的重要作用在于，它能用来描述景观格局，进而建立景观结构与过程或现象的联系，更好地解释与理解景观功能。关于用景观指数成功描述景观结构及动态的研究很多。景观生态学在利用和发展景观指数进行景观格局分析的同时， 也注意到景观指数中存在的问题。自20 世纪80 年代以来，渗透理论在景观生态学中广为应用，并形成了一种被称为景观中性模型( Neutr al model) 的景观模型。生态学中性模型是指不包含任何具有生态进程或机理，只产生数学或统计学上所期望的时间或空间格局的模型。中性模型为检验景观指数对景观格局的描述能力提供了一个良好的工具，近年来有关这方面的研究有增多的趋势。1

景观指数的选择原则如下：

1、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；

2、所选指数是可以表征景观的组成、结构，或兼而有之；

3、所选指数具体表征哪些方面。

选取：

1、斑块密度（Patch Density，PD），百分比。描述破碎度情况。

2、景观形状指数（Landscape Shape Index，LSI），LSI≥1.无上限值。LSI反映了景观的形状变化。值越大形状越复杂。

3、斑块所占景观面积比例（Percentage of Landscape，PLAND），PLAND∈（0，100]。

4、聚合度指数（Aggregation Index，AI），AI∈（0,100]。AI考察了每一种景观类型斑块间的连通性。取值越小，景观越离散。

常用景观指数1、景观多样性指数

多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了景观类型的丰富度和复杂度。

2、景观优势度指数

景观的优势度与多样性指数成反比，对于景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越大，其优势度越小。

3、景观均匀度指数

均匀度和优势度一样，是描述景观由少数几个主要景观类型控制的程度。

4、景观破碎化指数

破碎度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程，景观破碎化是生物多样性丧失的重要原因之一，它与自然资源保护密切相关。

5、景观聚集度指数

RC=1－C/Cmax ；

RC 是聚集度指数，取值范围为 0～1 之间；C 为复杂性指数，Cmax 是 C 的最大可能取值。

RC 的取值越大，则代表景观由少数团聚的大斑块组成，RC 值小，则代表景观由许多小斑块组成。

6、景观分维度指数

D=2ln(P/4)/ln(A)；

式中，D表示分维数；P为斑块周长；A为斑块面积。D 值越大，表明斑块形状越复杂，D 值的理论范围为 1.0～2.0，1.0 代表形状最简单的正方形斑块，2.0 表示等面积下周边最复杂的斑块。

7、景观干扰度和自然度指数

干扰强度表示人类的干扰作用，干扰强度越小，越利于生物的生存，因此，其针对受体的生态意义越大。

Wi = Li / Si；Ni = 1 / Wi；

Wi表示受干扰强度，Li是指i类生态系统内廊道(公路、铁路、堤坝、沟渠)的总长度，Si是指i类生态系统的总面积，Ni是i类生态系统类型的自然度。