景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件

景觀生態(tài)學LandscapeEcologyLandscapeEcology江西財經(jīng)大學旅游與城市管理學院景觀生態(tài)學LandscapeEcologyLandscap第五章景觀格局分析5.1景觀格局分析概述

5.2景觀指數(shù)

5.3空間統(tǒng)計學方法

5.4可塑性面積單元問題

5.5景觀格局分析中的誤差問題

5.6景觀格局分析中的一些挑戰(zhàn)性問題LandscapeEcology第五章景觀格局分析5.1景觀格局分析概述

5.25.1景觀格局分析概述

景觀生態(tài)學研究最突出的特點是強調(diào)空間異質(zhì)性、生態(tài)學過程和尺度的關(guān)系。研究空間異質(zhì)性自然會用到一些已經(jīng)在生態(tài)學中應(yīng)用的空間割據(jù)分析方法，同時又有必要發(fā)展新的方法來彌補傳統(tǒng)方法的不足。

研究景觀的結(jié)構(gòu)是研究景觀功能和動態(tài)的基礎(chǔ)。

LandscapeEcology5.1景觀格局分析概述景觀生態(tài)學研究最突出

LandscapeEcology

LandscapeEcology景觀格局分析概念

景觀格局分析方法：用來研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征和空間配置關(guān)系的分析方法。

它們不僅包括一些傳統(tǒng)的統(tǒng)計學方法，同時也包括一些新的、專門解決空間問題的格局分析方法。

LandscapeEcology景觀格局分析概念

景觀格局分析方法：用來研景觀格局分析的目的確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機制；比較不同景觀鑲嵌體的特征和它們的變化；探討空間格局的尺度性質(zhì)；確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系；為景觀的合理管理提供有價值的資料。景觀格局分析的目的確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機制；景觀格局分析基本步驟

景觀格局分析的基本步驟（如圖5.1所示）

1、以研究目的和方案為指導，收集和處理景觀數(shù)據(jù)

2、將真實的景觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的景觀，選用適當?shù)母窬盅芯糠椒ㄟM行分析

3、最后對分析結(jié)果加以解釋和綜合

LandscapeEcology景觀格局分析基本步驟景觀格局分析的基本步驟（景觀格局分析圖示景觀格局分析圖示5.1景觀格局分析概述

景觀的數(shù)字化有兩種表達形式：一種是柵格化數(shù)據(jù)，另一種是矢量化數(shù)據(jù)。前者以網(wǎng)格來表示景觀表面特征，每一個網(wǎng)細胞對應(yīng)于景觀表面的某一面積，而一個斑塊可由一個至多個網(wǎng)細胞組成；后者則以點、線和多邊形表示景觀的單元和特征，例如，一個斑塊對應(yīng)于一個多邊形，而線段往往表示道路或河流。（圖5.2）LandscapeEcology5.1景觀格局分析概述景觀的數(shù)字化有兩種表LandscapeEcologyLandscapeEcology景觀格局分析需要的數(shù)據(jù)類型

景觀數(shù)據(jù)包括非空間的和空間的，而空間數(shù)據(jù)又可分為：

點格局數(shù)據(jù)(如單個樹木的分布)

定量空間數(shù)據(jù)(如生物量)

定性空間數(shù)據(jù)(如植被類型圖)。

LandscapeEcology景觀格局分析需要的數(shù)據(jù)類型景觀數(shù)據(jù)包括非空間LandscapeEcologyLandscapeEcology景觀格局分析方法景觀生態(tài)學景觀格局分析方法：

格局指數(shù)方法

空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology景觀格局分析方法景觀生態(tài)學景觀格局分析方法：

5.2景觀指數(shù)5.2.1景觀指數(shù)概念與類型

能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標。5.2景觀指數(shù)5.2.1景觀指數(shù)概念與類型5.2

景觀指數(shù)景觀格局特征可以在3個層次上分析:

①單個斑塊（individualpatch）

②由若干單個斑塊組成的斑塊類型（patchtype或class）

③包括若干斑塊類型的整個景觀鑲嵌體（landscapemosaic）。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)景觀格局特征可以在3個層次上分析:

5.2

景觀指數(shù)景觀格局指數(shù)可相應(yīng)地分為:

斑塊水平指數(shù)(patch-levelindex）

斑塊類型水平指數(shù)（class-levelindex）

景觀水平指數(shù)（landscape-levelindex）LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)景觀格局指數(shù)可相應(yīng)地分為:

斑5.2

景觀指數(shù)斑塊水平指數(shù)往往作為計算其他景觀指數(shù)的基礎(chǔ)，而其本身對了解整個景觀的結(jié)構(gòu)并不具有很大的解釋價值。然而，斑塊水平指數(shù)提供的信息有時還是很有用的。例如，每一生境斑塊的大小、內(nèi)部生境數(shù)量或生境核心區(qū)的大小對于研究某些物種的存活率和種群動態(tài)有著重要的意義。

斑塊水平上的指數(shù)包括與單個斑塊面積、形狀、邊界特征以及距其他斑塊遠近有關(guān)的一系列簡單指數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)斑塊水平指數(shù)往往作為計算其他5.2

景觀指數(shù)在斑塊類型水平上，因為同一類型常常包括許多斑塊，所以可相應(yīng)地計算一些統(tǒng)計學指標(如斑塊的平均面積、平均形狀指數(shù)、面積和形狀指數(shù)標準差等)。此外，與斑塊密度和空間相對位置有關(guān)的指數(shù)對描述和理解景觀中不同類型斑塊的格局特征很重要，例如斑塊密度(單位面積的斑塊數(shù)目)、邊界密度(單位面積的斑塊邊界數(shù)量)、斑塊鑲嵌體形狀指數(shù)、平均最近鄰體指數(shù)等。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)在斑塊類型水平上，因為同5.2

景觀指數(shù)

在景觀水平上，除了以上各種斑塊類型水平指數(shù)外，還可以計算各種多樣性指數(shù)(如Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)等)和聚集度指數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)在景觀水平上，除了以上各種斑塊按照景觀格局分析的內(nèi)容也可以分為：1斑塊規(guī)模指數(shù)2景觀要素斑塊形狀3景觀異質(zhì)性指數(shù)按照景觀格局分析的內(nèi)容也可以分為：1斑塊規(guī)模指數(shù)5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（1）斑塊形狀指數(shù)（patchshapeindex）

通過計算某一斑塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測量起形狀復(fù)雜程度。

常見的斑塊形狀指數(shù)S有兩種形式：

（以圓為參照幾何形狀）

（以正方形為參照幾何形狀）

其中，P是斑塊周長，A是斑塊面積。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（1）斑塊形5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（2）景觀豐富度指數(shù)（landscaperichnessindex）

景觀豐富度指數(shù)R是指景觀中斑塊類型的總數(shù)，即：

R=m（m為景觀中斑塊類型的數(shù)目）

在比較不同景觀時，相對豐富度（relativerichness）和豐富度密度（richnessdensity）更為適宜。即：

其中，Rr，Rd分別表示相對豐富度和豐富度密度，Mmax是景觀中斑塊類型數(shù)的最大值，A是景觀面積。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（2）景觀豐富5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（3）景觀多樣性指數(shù)（landscapediversityindex）

多樣性指數(shù)H是基于信息論基礎(chǔ)之上，用來度量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜程度的一些指數(shù)。常包括兩種：

①

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（Shannon-Weaver指數(shù)或Shannon指數(shù)）

式中，Pk是斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的頻率，n是景觀中斑塊類型的總數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（3）景觀多樣5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（3）景觀多樣性指數(shù)（landscapediversityindex）

②

Simpson多樣性指數(shù)

式中，Pk是斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的頻率，n是景觀中斑塊類型的總數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（3）景觀多樣5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（4）景觀優(yōu)勢度指數(shù)（landscapedominanceindex）

優(yōu)勢度指數(shù)D是多樣性指數(shù)的最大值與實際計算值之差。其表達式為：

其中，Hmax是多樣性指數(shù)的最大值，Pk是斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的概率，m是景觀中斑塊類型的總數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（4）景觀優(yōu)勢5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（5）景觀均勻度指數(shù)（landscapeevennessindex）

均勻度指數(shù)E反映景觀中各斑塊在面積上分布的不均勻程度，通常以多樣性指數(shù)和其最大值的比來表示。以Shannon多樣性指數(shù)為例，均勻度可表達為：

其中，H是Shannon多樣性指數(shù)，Hmax是其最大值。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（5）景觀均勻5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（6）景觀形狀指數(shù)（landscapeshapeindex）

景觀形狀指數(shù)LSI與斑塊形狀指數(shù)相似，只是將計算尺度從單個斑塊上升到整個景觀而已。其表達式如下：

其中，E為景觀中所有斑塊邊界的總長度，A為景觀總面積。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（6）景觀形狀5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（7）正方像元指數(shù)（squarepixelindex）

正方像元指數(shù)SQP是周長與斑塊面積比的另一種表達方式，即將其取值標準化為0與1之間。

其表達式為：

其中，A為景觀中斑塊總面積，E為總周長。

當景觀中只有一個斑塊且為正方形時，SQP=0，當景觀中斑塊形狀越來越復(fù)雜或偏離正方形時，SQP增大，漸趨于1。顯然，SQP于LSI之間有直接的數(shù)量關(guān)系，

即：

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（7）正方像元5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（8）景觀聚集度指數(shù)（contagionindex）

景觀聚集度C反映景觀中不同斑塊類型的非隨機性或聚集程度。其一般數(shù)學表達式如下：

其中，Cmax是聚集度指數(shù)的最大值，n式景觀中斑塊類型總數(shù)，Pij是斑塊類型i與j相鄰的概率。通常在比較不同景觀時，相對聚集度C’更為合理，其計算公式如下：

其中，Cmax是聚集度指數(shù)的最大值，n式景觀中斑塊類型總數(shù)，Pij是斑塊類型i與j相鄰的概率。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（8）景觀聚集5.2

景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（9）分維（fractaldimension）

分維或分維數(shù)可以直觀地理解為不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)。對于單個斑塊而言，其形狀的復(fù)雜程度可以用分維數(shù)來量度。斑塊分維數(shù)可以下式求得：

即：

其中，P是斑塊的周長，A是斑塊的面積，F(xiàn)d是分維數(shù)，k是常數(shù)。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.1常用的景觀指數(shù)

（9）分維（f景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件LandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcologyLandscapeEcology注意：景觀指數(shù)的局限景觀指數(shù)可以用來表征景觀格局，但是景觀指數(shù)并不是表征格局的唯一方法，還有空間統(tǒng)計學等途徑；景觀指數(shù)不是萬能的，景觀生態(tài)學有很多內(nèi)容用景觀指數(shù)是表征不出來的；景觀指數(shù)與景觀格局并不是一對一的對應(yīng)關(guān)系，而是多對多的關(guān)系，我們分析的時候要具體問題具體分析，不要陷入指數(shù)這樣變就一定對應(yīng)什么結(jié)論的思維定勢；我們計算指數(shù)，主要通過定量的依據(jù)來證明定性的結(jié)論，不能為計算而計算，玩數(shù)字游戲，如果某個指數(shù)說明不了什么問題，那么這個數(shù)字就沒有任何意義。注意：景觀指數(shù)的局限景觀指數(shù)可以用來表征景觀格局，但是景觀指具體問題具體分析——多觀察幾個指數(shù)在退化草場，我們會發(fā)現(xiàn)生態(tài)過程相同，指數(shù)趨勢不同的情況：草場退化初期，出現(xiàn)多個沙化斑塊，沙化土地類型斑塊數(shù)是上升的；草場繼續(xù)退化，多個沙化斑塊連成一整塊，沙化土地類型斑塊數(shù)是下降的。這個時候，用單個指數(shù)根本無法衡量景觀格局的變化趨勢。只能把斑塊數(shù)的變化跟總面積、平均斑塊面積的變化結(jié)合起來一起分析。所以，我們要關(guān)心具體的生態(tài)過程，多觀察幾個指數(shù)，結(jié)合起來說明問題。具體問題具體分析——多觀察幾個指數(shù)在退化草場，我們會發(fā)現(xiàn)生態(tài)5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（1）用于兩種景觀的對比

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（1）用于5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

描述對象：美國亞利桑那州鳳凰城地區(qū)1912—1995年間的景觀格局變化。

選取的景觀指數(shù)：斑塊密度、邊界密度、平均斑塊面積、最大斑塊面積、景觀形狀指數(shù)、正方像元指數(shù)、雙對數(shù)分維數(shù)、景觀聚集度指數(shù)、Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、斑塊豐富度。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀格局指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測景觀的結(jié)構(gòu)特征隨時間的變化。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（2）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀指數(shù)還可以用來描述和辨別景觀中生態(tài)學特征的空間梯度。

描述對象：通過某地區(qū)1995年的土地利用圖，來定量描述該地區(qū)城市化強度的空間梯度。

選取的景觀指數(shù)：斑塊密度、分維數(shù)、聚集度、平均斑塊面積、周長與面積比。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀指數(shù)還可以用來描述和辨別景觀中生態(tài)學特征的空間梯度。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀指數(shù)還可以用來描述和辨別景觀中生態(tài)學特征的空間梯度。

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.2景觀指數(shù)應(yīng)用舉例

（3）景觀5.2

景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以及其他行為學特征

景觀指數(shù)隨空間幅度和粒度的變化而變化，因此，在使用這些指數(shù)時必須要明確指出分析尺度（scaleofanalysis）。以一個研究實例來說明一些常用景觀指數(shù)對分析尺度的敏感

性：LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以5.2

景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以及其他行為學特征

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以5.2

景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以及其他行為學特征

LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以5.2

景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以及其他行為學特征

景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以及其他行為特征近幾年來有大量研究，使我們對常用景觀指數(shù)的行為學有了比較全面的了解。

景觀指數(shù)表現(xiàn)出3種趨勢：簡單的線性或冪函數(shù)關(guān)系（如斑塊數(shù)量、總斑塊邊長、景觀形狀指數(shù)）、階梯狀遞變（如豐富度和多樣性指數(shù)）和無規(guī)則變化（大多數(shù)指數(shù)屬于此類）。景觀指數(shù)對不同景觀格局特征（如斑塊類型總數(shù)及其相對數(shù)量、斑塊的空間聚集特征）也已經(jīng)有大量研究。LandscapeEcology5.2景觀指數(shù)5.2.3景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)、方向性以5.2

景觀指數(shù)LandscapeEcology可以計算景觀指數(shù)的軟件有很多種，比如ArcGis，SPAN等，但最為常用的是FRAGSTATS.5.2.4景觀指數(shù)計算軟件5.2景觀指數(shù)LandscapeEcology可以計算景

Fragstats是由美國俄勒岡州立大學開發(fā)的．軟件最新版本共能計算景觀指數(shù)66個，是最為常用的景觀指數(shù)軟件。

Fragstats是由美國俄勒岡/landeco/research/fragstats/fragstats.html/landeco/research景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件

使用Fragstats時，用于分析的景觀是由使用者來定義的，它可以代表任何空間現(xiàn)象。Fragstats定量化景觀中斑塊的面積大小和空間分布特征，它只能分析類型數(shù)據(jù)。使用者必須根據(jù)景觀數(shù)據(jù)的特征和所研究的生態(tài)學問題合理的選擇做分析景觀的幅度和粒度，病進行適當?shù)陌邏K分類及其邊界的確定。

5.3空間統(tǒng)計學方法

許多景觀格局的數(shù)據(jù)以類型圖來表示，也就是說，景觀格局是以空間非連續(xù)型變量來表示的。但是，將景觀格局用類型圖來表示必然有客觀和主觀的誤差存在。從另一方面而言，了解空間異質(zhì)性在景觀中是如何連續(xù)變化的，即是否具有某種趨勢或統(tǒng)計學規(guī)律，是理解景觀格局本身及其與生態(tài)學過程相互作用的重要環(huán)節(jié)。這就要求景觀格局以連續(xù)變量來表示(如土壤養(yǎng)分、水分分布圖、植物密度分布圖、生物量圖、地形圖)，或通過抽樣產(chǎn)生點格局數(shù)據(jù)來表示。這時，景觀指數(shù)方法不再適宜，需用空間統(tǒng)計方法來解決。LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法許多景觀格局的數(shù)據(jù)以5.3空間統(tǒng)計學方法景觀格局的最大特征之一，是空間的自相關(guān)性，即在空間上愈靠近的事物或現(xiàn)象就愈相似?？臻g自相關(guān)性被稱為地理學第一定律，因此時間和空間上的自相關(guān)性是自然界存在持續(xù)秩序、格局和多樣性的根本原因之一。

然而，空間自相關(guān)性的存在使得傳統(tǒng)的統(tǒng)計學方法不宜用來研究景觀的空間特征，因為傳統(tǒng)統(tǒng)計學最根本的假設(shè)包括取樣的獨立性和隨機性，而景觀異質(zhì)性往往以梯度和斑塊的鑲嵌形式出現(xiàn)，表現(xiàn)出不同程度空間的自相關(guān)性。因此，空間自相關(guān)性被一度認為是生態(tài)學分析的障礙。但生態(tài)學變量在空間上如何關(guān)聯(lián)，如何變化正是景觀格局研究的核心，于是需要空間統(tǒng)計學的方法。LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法景觀格局的最大特征之一，是空間的自相景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.3空間統(tǒng)計學方法

空間自相關(guān)分析

地統(tǒng)計分析

空隙度分析

其它LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法空間自相關(guān)分析

5.3空間統(tǒng)計學方法

空間統(tǒng)計學的目的是描述事物在空間上的分布特征，如隨機、聚集、或有規(guī)則，以及確定空間自相關(guān)關(guān)系是否對這些格局有重要影響。主要的方法有：

1、空間自相關(guān)分析

2、半方差分析LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法

空5.3空間統(tǒng)計學方法5.3.1空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析

目的是確定某一變量是否在空間上相關(guān)，其相關(guān)的程度。用空間自相關(guān)系數(shù)來描述事物在空間的依賴關(guān)系。具體說，是用來度量物理或生態(tài)學變量在空間上的分布特征，及其對其鄰域的影響程度。如果某一變量的值隨測定距離的縮小而變得更相似，這一變量呈空間正相關(guān)，反之反是。若所測值不表現(xiàn)出任何空間依賴關(guān)系，那么這一變量表現(xiàn)出空間不相關(guān)性或空間隨機性。

空間自相關(guān)分析有3個步驟：①取樣；②計算空間自相關(guān)系數(shù)或建立自相關(guān)函數(shù)；③自相關(guān)顯著性檢驗。LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法5.3.1空間自相關(guān)分析

空間5.3空間統(tǒng)計學方法5.3.1空間自相關(guān)分析

介紹兩種最常用的自相關(guān)系數(shù)

（1）Moran的I系數(shù)（2）Geary的C系數(shù)

式中，xi和xj是變量x在相鄰配對空間單元ij（或柵格細胞）取值，

為變量的平均值；Wij為相鄰權(quán)重，最常用的是二元相鄰權(quán)重，即當空間單元i和j相連接時為1，否則為0；n為空間單元總數(shù)。

I系數(shù)取值在-1和1之間：<0表示負相關(guān)，=0不相關(guān)，>0表示正相關(guān)。

C系數(shù)取值在0-2之間：>1表示負相關(guān)，=1表示不相關(guān)；<1表示正相關(guān)。

空間自相關(guān)系數(shù)也隨觀察尺度的改變而變化，最好在一系列不同尺度上計算，以揭示變化。LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法5.3.1空間自相關(guān)分析

介紹景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology不同格局的空間自相關(guān)舉例（空心園表示0，實心1）A完全負相關(guān)；B一定程度上負相關(guān)；C不相關(guān)或隨機分布分布；D一定程度上的正相關(guān)；E很強的正相關(guān)；F完全正相關(guān)。以自相關(guān)系數(shù)為縱坐標，樣點間隔距離為橫坐標所作的圖稱為自相關(guān)圖（correlogram）,自相關(guān)圖可用來分析景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，判別斑塊的大小以及某種格局出現(xiàn)的尺度。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology不5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

地統(tǒng)計學是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。該理論強調(diào)在短距離之內(nèi)的觀察值比遠距離的觀察值要更相似，即方差較小。

半方差分析（又稱變異距或變異函數(shù)分析）是地統(tǒng)計學中的一個重要組成部分。半方差分析主要有兩種用途:一是描述和識別格局的空間結(jié)構(gòu)，二是用于空間局部最優(yōu)化插值，即克瑞金插值，簡稱克瑞金或Kriging。本節(jié)將重點討論第一個用途。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

在統(tǒng)計學中有三種二階矩，即方差、協(xié)方差（或自協(xié)方差，covariance或autocovariance）和半方差（Burrough,1995）。

方差的定義是:

在應(yīng)用時，以下式估計：

式中，Z為代表某一系統(tǒng)屬性的隨機變量，x為空間位置，μ為數(shù)學期望值，n為抽樣總數(shù)，為樣本平均值。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

自協(xié)方差的定義是：

式中，x1和x2表示空間上兩個抽樣點。對于一維空間數(shù)據(jù)（例

如樣帶）來說，自協(xié)方差的實際計算公式可表達為:

式中，h為配對抽樣間隔距離，n（h）是抽樣間距為h時的樣點對的總數(shù)，Z（xi）和Z（xj+h）分別是變量xi和xj+h點的取

值。顯然，當h=0時，自協(xié)方差與方差相同，即C（h）=C（0）

空間自相關(guān)則可以用自協(xié)方差與方差之比來表示，即:

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

以半方差λ(h)為縱坐標，抽樣間隔h為橫坐標作圖即是所謂的半方差圖(Semivariogram，或稱變異距圖；見圖5.11)。為了確保半方差圖有意義，一般每一抽樣間距上至少要有30—50個樣點對，或者使h不超過所研究景觀幅度的1/2。與自相關(guān)圖相比，半方差圖是通過樣對變異程度隨樣對間隔距離增加的變化來刻畫變量的空間自相關(guān)特征的。

半方差圖中包含3個重要參數(shù)：半方差基臺值(sill)、塊金方差(nuggetvariance)和自相關(guān)閾值(range;見圖5.11）。當數(shù)據(jù)中存在有空間依賴性時，半方差值一般隨抽樣間距的增加而增加，并逐漸達到一個最大值，即基臺值(見圖5.11和5.12)。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

基臺值表示某變量在研究系統(tǒng)或地地區(qū)中總的變異程度，它可理解為是兩個部分的和，即塊金方差和結(jié)構(gòu)方差（structuralvariance)。塊金方差是小于最小抽樣距離時的空間異質(zhì)性（或變量的變異性）和測量及分析誤差的綜合反映。在理論上，當樣對間隔距離趨于零時，樣對應(yīng)表現(xiàn)出百分之百的空間自相關(guān)，故塊金方差應(yīng)該成為零。但實際應(yīng)用中，由于樣方不可能無限小，測量及分析誤差不可能完全杜絕，塊金方差往往是大于零的。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

結(jié)構(gòu)方差表示由于空間非隨機結(jié)構(gòu)造成的變異，反映了該變量的空間自相關(guān)的變化特征。結(jié)構(gòu)方差與系統(tǒng)總方差（基臺值）的比例，即C1/(C1十C0)，是對變量在空間上的可預(yù)測性的一個重要度量。而塊金方差占總體方差的比例則可用來估計隨機因素在所研究的空間異質(zhì)性中的相對重要性。

自相關(guān)閾值表示某一特征在空間上自相關(guān)的空間幅度，在大于閾值的空間尺度上該特征不再有自相關(guān)性。根據(jù)半方差圖，我們可以判斷某一景觀特征是否具有斑塊性，斑塊格局有何規(guī)律性，以及斑塊大小和格局的尺度特征。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

為了分析空間結(jié)構(gòu)或進行空間內(nèi)插值，都有必要將實際計算所得的半方差圖用某種數(shù)學模型(稱為理論半方差圖或模型)來擬合。Journel和Huijbregts(1978)將理論半方差模型分為3類：含基臺值模型(modelwithasill)、無基臺值模型(modelwithoutasill)和自相關(guān)閾為零模型(modelwithzerorange)。如表5.3所列。在實際應(yīng)用中，以球體模型

和指數(shù)模型最為常見。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

根據(jù)半方差圖來解釋空間結(jié)構(gòu)，如圖5.13所示。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5半方差可以分析空間是否隨機分布半方差可以分析空間是否隨機分布確定塊金系數(shù)確定塊金系數(shù)5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

Robertson和Gross指出，半方差圖可以揭示空間格局的等級結(jié)構(gòu)特征。但也有研究表明，半方差分析在研究具有多尺度空間結(jié)構(gòu)特征的景觀時，并不很有效。Robertson和Gross假設(shè)，從植物個體、種群、群落、區(qū)域景觀、以至到全球，空間依賴性表現(xiàn)出等級結(jié)構(gòu)，從而使半方差表現(xiàn)出隨間隔距離增加而呈階梯式上升的趨勢（圖5.14）。雖然這一假設(shè)很有趣，但其真實性和普遍性尚有必要進一步研究。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5多向異性多向異性5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

在現(xiàn)實景觀中，雖然隨機空間結(jié)構(gòu)是存在的，但不是普遍的。這是因為各種生態(tài)學過程往往導致景觀特征在空間上的非隨機分布。此外，空間自相關(guān)性在不同方向上常常是不同的，即所謂的各向異性，這就要求在不同方向上計算半方差。近年來，半方差分析已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到景觀生態(tài)學的研究中，用來描述景觀中植被、土壤養(yǎng)分、生物量分布及其他生態(tài)學特征的空間格局，并且檢測和定量化這些格局出現(xiàn)的尺度。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.2半方差分析

半方差的另一重要用途是為克瑞金空間插值法提供必要的、有關(guān)變量空間變異的信息。

克瑞金空間插值法包括兩個步驟：①計算半方差；②根據(jù)克瑞金算法估計未測點的值?？巳鸾鹚惴ㄓ卸喾N，最簡單的兩種是點插值法和小區(qū)插值法。前者用來估側(cè)點上的值，而后者是用于估計為測量的小樣區(qū)的值。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

簡略介紹另外幾種景觀空間分析方法，它們包括趨勢面分析、聚塊樣方方差分析、譜分析、小波分析、空隙度分析和尺度方差分析。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（1）空隙度分析（Lacunarityanalysis）

是一種多尺度的、用來分析景觀空間格局“質(zhì)地”的方法。景觀指數(shù)普遍存在“一值多形”的問題，即不同的空間格局可能存在具有相同的景觀指數(shù)值，基于多尺度的空隙度分析可以避免。Plotnick等于1993年首次引入景觀生態(tài)學，空隙度可以想象為對景觀質(zhì)地中間隙特征和分布的一種度量，具有均勻間隙的同質(zhì)景觀其空隙度值較低，具有許多大小差異顯著間隙的異質(zhì)景觀的空隙度則較高。

與景觀指數(shù)方法相比，它同時提供多尺度空間信息，適合于檢測景觀的等級結(jié)構(gòu)、自相似性、隨機性以及聚集性等重要特征?？障抖确治鲈诮陙淼膽?yīng)用表明，其在景觀格局以及空間過程的研究中有很大的潛力。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（6）尺度方差分析（Scalevarianceanalysis）

是Moellering和Tobler在1972年發(fā)展的一種空間等級分析方法，最初目的是用來確定一個已知巢式等級系統(tǒng)各組織水平的相對變異程度，即各組織水平上的空間變異性對整個系統(tǒng)變異性各自獨立的貢獻。許多組織、社團以及自然系統(tǒng)都具有等級結(jié)構(gòu)，若能將其主要等級水平加以識別，尺度方差分析就可用來研究著系系統(tǒng)的空間變異性主要發(fā)生在哪些水平上。這一方法，對于檢測景觀的多尺度結(jié)構(gòu)和等級同樣有效。

尺度方差是將整個系統(tǒng)的方差按照等級系統(tǒng)的水平逐漸分解，在思路上與半方差、空間自相關(guān)有相似處。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（6）尺度方差分析（Scalevarianceanalysis）

尺度方差的統(tǒng)計模型：

表示等級系統(tǒng)最低層次上某組成單元的取值，μ表示在這一層次上系統(tǒng)的基本組成單元的平均值；其余各項分別表示來自各個層次上的影響（αβγω表示不同等級），其中αi

表示分解的最高層次的影響。

Moellering和Tobler導出求各層次上平方和的公式，以具有4個層次上平方和的公式為例（即系統(tǒng)整體α層次β層次γ層次。

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（6）尺度方差分析（Scalevarianceanalysis）

總平方和：

α層次平方和：

β層次平方和：

γ層次平方和：

式中，I是α層次的單元數(shù)，Ji是第i個α層次單元中所包含的β層次上的單元數(shù)，Kij是第ij個β層次上包含的γ層次的單元數(shù)。

各式之間的關(guān)系是：

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（2）尺度方差分析（Scalevarianceanalysis）

用自由度去除平方和得各層次的平均平方和，即：

對于景觀格局研究中常用的柵格數(shù)據(jù)（遙感圖象）來說，尺度方差可根據(jù)以下公式計算。

因此尺度方差是平方和經(jīng)由自由度標準化后所得，以尺度方差和等級層次作圖，得尺度方差圖，由此可看出各層次上的變異程度。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（3）趨勢面分析（Trendsurfaceanalysis

）

用來研究區(qū)域尺度上空間結(jié)構(gòu)的趨勢和逐漸變化的一種空間分析方法，是根據(jù)對某一變量的觀察值和其取樣位置的多項回歸結(jié)果來進行內(nèi)插值，從而產(chǎn)生一維、二維或三維連續(xù)線段、平面或立體面。趨勢面本身是一個多項式函數(shù)，一般從一次多項一次多項式開始，然后不斷增加次數(shù)，次數(shù)愈高擬合程度愈高，但通用性和預(yù)測性降低，一般用到4-5次就可。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（3）趨勢面分析（Trendsurfaceanalysis

）

總的說來，景觀受大尺度環(huán)境因子的控制，其分布格局在大尺度上也由此產(chǎn)生某種趨勢或規(guī)律性。同時，景觀也受局部地區(qū)各種因子的影響，所以小尺度上某些缺乏規(guī)律性的分布格局也常見，這種局部因素有時還會使大尺度的總體趨勢變得模糊不清，趨勢面分析能幫助排除局部的“干擾”，揭示大尺度格局的趨向。

5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（4）聚塊樣方方差分析（Blockedquadradanalysis）

采用連續(xù)網(wǎng)格系統(tǒng)取樣，逐級歸并相鄰樣方并計算每一聚塊水平方差，最后以方差為縱軸，聚塊大小為橫軸作圖，即均方差—聚塊大小關(guān)系圖（meansquarevariance-blocksizegraph）。該分析又稱巢式方差分析或等級方差分析。該方法常用來理解植物種群相互作用關(guān)系，存在一些問題，但有所改進。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（5）譜分析（Spectralanalysis）

分析一維或二維空間數(shù)據(jù)中反復(fù)出現(xiàn)的斑塊性格局及其尺度特征，基本思想是利用傅立葉轉(zhuǎn)換（Fouriertransformation）將實測數(shù)據(jù)分解為若干不同頻率、不同振幅和不同起始點的一組正弦波，然后尋求對實際數(shù)據(jù)擬合最好的波函數(shù)。要點是建立譜密度或強度的周期圖,簡稱譜周期圖，以譜密度為縱坐標，頻率或周期為橫坐標，反映空間數(shù)據(jù)周期性變化和隨機變化。該方法在研究等距離取樣的時間和空間生態(tài)學序列數(shù)據(jù)的格局中已有廣泛的應(yīng)用，尤其適用于分析具有周期性結(jié)構(gòu)的空間和時間數(shù)據(jù)，對小尺度格局敏感，對大尺度結(jié)構(gòu)特征不很有效。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology55.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5.3.3其他空間分析方法

（6）小波分析（Waveletanalysis）

是一種能夠?qū)r間或空間上的格局與不同尺度以及具體時、空位置相聯(lián)系的分析方法。在生態(tài)學的應(yīng)用始于20世紀90年代，目前正處于發(fā)展中應(yīng)用尚少，但應(yīng)用價值很高。5.3空間統(tǒng)計學方法LandscapeEcology5景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology

在景觀生態(tài)學研究中，許多數(shù)據(jù)（如遙感數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等）是與面積相聯(lián)系的，或稱為面積數(shù)據(jù)。在分析這類數(shù)據(jù)時，常常出現(xiàn)其結(jié)果隨面積單元（柵格細胞或粒度）定義的不同而變化的問題，這就是所謂的“可塑性面積單元問題”（themodifiablearealunitproblem，簡稱MAUP）?？臻g分析方法常常在不同程度上受到MAUP的影響。本節(jié)將這一問題作一較為詳細的討論。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.1什么是可塑性面積單元問題

就面積單元問題而言，空間分析研究的有效性決定于數(shù)據(jù)中的基本面積單元的性質(zhì)和含義。可塑性面積單元問題正是由于基本面積單元在選擇上的任意性而造成。具體而言，它是空間分析結(jié)果對資料收集和分析所基于的面積單元的敏感性所致。

可塑性面積單元問題包括兩個方面，即尺度效應(yīng)（scalecffect）和劃區(qū)效應(yīng)（zoningeffect）。

尺度效應(yīng)是指當空間數(shù)據(jù)經(jīng)聚合（aggregation)而改變其粒度或柵格細胞大小時，分析結(jié)果也隨之變化的現(xiàn)象；

劃區(qū)效應(yīng)指在同一粒度或聚合水平上由于不同聚合方式（即劃區(qū)方向）而引起的分析結(jié)果的變化。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.2可塑性面積單元問題的研究及生態(tài)學意義

Amrhein和Flowerdew在研究MAUP對一個泊松空間作用模型的影響時發(fā)現(xiàn)，尺度效應(yīng)具有臨界性（threshold)，即在一定尺度之上才表現(xiàn)出來，而劃區(qū)效應(yīng)則在許多尺度上均非常明顯。他們將MAUP研究從單參數(shù)空間作用模型推廣到多參數(shù)空間作用模型，并發(fā)現(xiàn)不同劃區(qū)方法導致了多變元空間作用模型中最適參數(shù)在分布上的差異。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.2可塑性面積單元問題的研究及生態(tài)學意義

生態(tài)學中一些與MAUP有關(guān)的早期研究主要是植物群落空間格局分析。近些年來，隨著景觀生態(tài)學和等級系統(tǒng)理論興起，許多生態(tài)學研究注意到了尺度改變對格局和過程的分析結(jié)果的影響。例如，Turner等研究了尺度變化對3種景觀格局指數(shù)即景觀多樣性、優(yōu)勢度和聚集度的影響。

可塑性面積單元問題對于生態(tài)學中涉及到空間資料的大多數(shù)研究有著不可忽視的影響。每當基于面積的數(shù)據(jù)聚合時，可塑性而積單元問題就可能出現(xiàn)。直觀地講，這是因為生態(tài)學格局和過程均與空間密切相聯(lián)系；當面積單元改變時，對于這些格局和過程的表達也就可能隨之而變。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.3如何對待可塑性面積單元問題

（1）基本實體途徑

主要特點是，資料的收集和分析直接基于研究對象的基本實體或個體。

因為這些實體是“不可塑的”，MAUP即可完全避免。就此而言，基于個體的空間模型比以網(wǎng)格為基礎(chǔ)的模型優(yōu)越。但這種基本實體途徑在實際應(yīng)用中有一些問題。首先，在生態(tài)學或地理學研究中，并非總能夠說明什么是基本實體。此外，在許多情形中，即使基本實體可以明確定義，但由于其數(shù)目之巨大，數(shù)據(jù)的收集、整理和分析以及建模在技術(shù)上有極大的困難。

5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.3如何對待可塑性面積單元問題

（2）最優(yōu)劃區(qū)途徑

旨在尋找某一個劃區(qū)方案，使得面積單元內(nèi)部的差異最小，而面積單元之間的差異最大；或者尋找某一個劃區(qū)方案，使得空間統(tǒng)計分析或模型的結(jié)果吻合度最好。

雖然這一途徑可以消除由于MAUP引起的分析結(jié)果上的差異，但所謂最優(yōu)度從概念上和操作上都有主觀因素在內(nèi)。有關(guān)最優(yōu)的定義是隨著所研究的問題及選用的方法而變化的。再者，在多變元系統(tǒng)中，一個劃區(qū)方案對某一變元是最優(yōu)，但對其他變元來說就會不然。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.3如何對待可塑性面積單元問題

（3）敏感性分析途徑

特點在于不是去消除MAUP的影響，而是通過一系列研究來確定或大致掌握MAUP影響的范圍和強度。

敏感性分析對了解所研究的系統(tǒng)和所采用的分析方法的特點有很大益處。但是，當涉及的變量很多，尺度等級數(shù)目大，以及劃區(qū)方案繁多時，完成一整套敏感性分析是極其困難的。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.3如何對待可塑性面積單元問題

（4）“摒舊創(chuàng)新”途徑

有人主張應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法，而去發(fā)展新的、對MAUP不敏感的分析方法。

（5）強調(diào)所研究變量的變化速率

Fotheringham(1989)建議將空間統(tǒng)計分析的重點轉(zhuǎn)移到變化速率上。

這種強調(diào)變化速率途徑與敏感性分析途徑有相似之處，即都注重于考察變量及其關(guān)系隨尺度及劃區(qū)系統(tǒng)的改變而變化的特點。需要指出的是分維只是在自相似(self-similarity)存在的空間尺度域中才保持相對不變。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcology5.4.3如何對待可塑性面積單元問題

可塑性面積單元間題不應(yīng)該被理解為是一個“問題”，因為它可能是真實系統(tǒng)的多尺度結(jié)構(gòu)或等級結(jié)構(gòu)在空間上的反映。從生態(tài)學意義上來說，空間特征隨尺度變化的信息對于更深入和全面地認識復(fù)雜系統(tǒng)很重要。由于生態(tài)學系統(tǒng)的多尺度特征，過分強調(diào)統(tǒng)計學合理性，而忽視格局和過程的空間相關(guān)性似乎是不可取的。從一方面講，可塑性面積單元問題是景觀格局分析中的一個棘手問題；但從另一方面來看，對于可塑性面積單元問題的研究和認識會大大地增進對景觀的格局、等級結(jié)構(gòu)和多尺度特征的理解，并會促進空間分析方法的創(chuàng)新和完善。5.4可塑性面積單元問題LandscapeEcolog5.5

景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEcology

1、景觀格局分析中誤差問題的簡介

景觀空間分析的最重要問題之一—誤差問題一直未受到重視。一些景觀生態(tài)學家對迄今為止關(guān)于這一問題的研究如此之少，認識如此膚淺而深表擔憂。

5.5景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEco5.5

景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEcology2、景觀格局分析中誤差的來源

1）原始數(shù)據(jù)收集過程引入的誤差：技術(shù)方法本身和與觀察者有關(guān)的種種原因造成；

2）數(shù)據(jù)處理和分類過程引入的誤差；

3）空間分析過程本身所引入的誤差：各種景觀指數(shù)和空間統(tǒng)計學方法的局限性和非確定性；采用這些方法的人的實際操作水平和對結(jié)果的解譯能力。5.5景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEco5.5

景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEcology

這些不同階段所產(chǎn)生的誤差還可能相互作用，不斷放大，即所謂的誤差繁衍（errorpropagation）現(xiàn)象。5.5景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEco5.5

景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEcology

3、景觀格局分析中誤差的影響和解決

在已發(fā)表的景觀分析文獻中，幾乎找不到任何有關(guān)誤差或準確性方面的報道。

景觀分析中的誤差分析十分重要，需要景觀生態(tài)學家與遙感、地理信息系統(tǒng)以及統(tǒng)計學領(lǐng)域的研究者們攜手合作，共同來解決。

5.5景觀格局分析中的誤差問題LandscapeEco5.6

景觀格局分析中的一些挑戰(zhàn)性問題LandscapeEcology

1、如何準確解釋景觀指數(shù)及分析結(jié)果

挑戰(zhàn)：了解景觀指數(shù)的具體算法；知道它們的理論依據(jù)、假設(shè)條件及變化規(guī)律。

2、如何建立格局指數(shù)與生態(tài)過程之間的關(guān)系

障礙：1）缺乏大尺度上生態(tài)學過程的數(shù)據(jù)；2）空間分析缺少重復(fù)數(shù)據(jù)；3）直接研究空間格局與過程關(guān)系的大尺度野外實驗尚少。5.6景觀格局分析中的一些挑戰(zhàn)性問題Landscape5.6

景觀格局分析中的一些挑戰(zhàn)性問題LandscapeEcology

3、如何利用已知景觀格局特征來提高景觀預(yù)測的準確性

此方面研究尚少。涉及尺度下推的一些方法和空間差值法。

4、如何確定兩個景觀是否在統(tǒng)計學和生態(tài)學上有顯著差異

這是一個經(jīng)常遇到的問題，但尚缺乏很有效的統(tǒng)計學方法。

原因：景觀指數(shù)是描述性的量度，不能直接用于統(tǒng)計檢驗；而空間統(tǒng)計學方法雖然可以用于局部檢驗，但在整個景觀必須被視為一個樣本時，也不符合統(tǒng)計檢驗的要求。

解決關(guān)鍵：獲取景觀所屬變量總體或母體的特征數(shù)（即平均數(shù)和方差）。5.6景觀格局分析中的一些挑戰(zhàn)性問題Landscape5.7景觀動態(tài)變化景觀變化及穩(wěn)定性景觀變化的驅(qū)動力

景觀中的人文與文化過程

5.7景觀動態(tài)變化景觀變化及穩(wěn)定性第一節(jié)景觀變化及穩(wěn)定性一、景觀變化的規(guī)律性及其判斷標準1景觀參數(shù):是指景觀生產(chǎn)力、生物量、斑塊的形狀或面積、廊道的寬度、基質(zhì)的空隙度、生物多樣性、網(wǎng)絡(luò)發(fā)育情況、演替速率、景觀要素間的流等。2景觀變化判斷標準①景觀的基質(zhì)發(fā)生變化，一種新的景觀要素類型成為景觀基質(zhì)；②幾種景觀要素類型所占景觀表面百分比發(fā)生足夠大的變化，引起景觀內(nèi)部空間格局的改變；③景觀內(nèi)產(chǎn)生一種新的景觀要素類型，并達到一定覆蓋范圍。第一節(jié)景觀變化及穩(wěn)定性一、景觀變化的規(guī)律性及其判斷標景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件二、景觀穩(wěn)定性及其測度1.景觀穩(wěn)定性的相關(guān)概念恒定性、持久性、慣性、彈性（恢復(fù)性）、抗性、變異性、變幅一般來說，穩(wěn)定性包括了兩方面的含義：一是系統(tǒng)保持現(xiàn)有狀態(tài)的能力，即抗干擾的能力；二是系統(tǒng)受干擾后回歸該狀態(tài)的傾向，即受干擾后的恢復(fù)能力。二、景觀穩(wěn)定性及其測度1.景觀穩(wěn)定性的相關(guān)概念對景觀的穩(wěn)定性可從以下幾個方面來分析和衡量①景觀基本要素具有再生能力；②景觀中的生物組分保持物質(zhì)平衡；③景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性有助于保持景觀功能的穩(wěn)定性；④人類活動的干擾影響未超出景觀自然穩(wěn)定性的承受能力。對景觀的穩(wěn)定性可從以下幾個方面來分析和衡量①景觀基本要素具有關(guān)于景觀特性與穩(wěn)定性關(guān)系的基本原則巖石、水泥路面等無生物定居地，具有物理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨生物量的增加景觀穩(wěn)定性增加。頂級群落的穩(wěn)定性最大，中間演替階段次之，先鋒階段最小。從抵抗力來說，頂級群落大于先鋒群落；從恢復(fù)力來說，先鋒群落大于頂級群落。關(guān)于景觀特性與穩(wěn)定性關(guān)系的基本原則巖石、水泥路面等無生物定居2.景觀穩(wěn)定性的尺度問題景觀穩(wěn)定性的時間尺度：指人們衡量景觀變化時假定的一個變化速率。景觀穩(wěn)定性的空間尺度：主要是指景觀的異質(zhì)穩(wěn)定性，即景觀結(jié)構(gòu)在立地水平上不斷變化和大尺度上相對靜止的統(tǒng)一。2.景觀穩(wěn)定性的尺度問題景觀穩(wěn)定性的時間尺度：指人們衡量景3.景觀穩(wěn)定性的熵值表達S=-㏒2D=㏒2(P1·N)!·(P2·N)!·(P3·N)!·…·(Pk·N)〕N是景觀內(nèi)所包含的所有植物種群數(shù)；Pk是各斑塊內(nèi)植物種群所占的百分比；S是景觀的熵值，熵值高，表明景觀穩(wěn)定性好；熵值低，景觀穩(wěn)定性差。在相同植物種群的情況下，斑塊類型越多，景觀結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性越強，熵值越低，景觀越不穩(wěn)定；相反，斑塊類型越少，結(jié)構(gòu)越簡單，熵值越高，景觀的穩(wěn)定性越強。3.景觀穩(wěn)定性的熵值表達S=-㏒2D=㏒2(P1·N)!第二節(jié)景觀變化的驅(qū)動力一、景觀動態(tài)與干擾1干擾：是系統(tǒng)中一個偶然發(fā)生的不可預(yù)知的事件，是在不同時空尺度上發(fā)生的現(xiàn)象。

干擾類型①按干擾產(chǎn)生的來源劃分：自然干擾和人為干擾；②按干擾的功能劃分：內(nèi)部干擾和外部干擾；③按干擾產(chǎn)生的機制劃分：物理干擾、化學干擾和生物干擾；④按干擾的傳播特征劃分：局部干擾和跨邊界干擾。第二節(jié)景觀變化的驅(qū)動力一、景觀動態(tài)與干擾幾種常見的干擾現(xiàn)象①火干擾②放牧③土壤物理干擾④土壤施肥⑤踐踏⑥外來物種入侵幾種常見的干擾現(xiàn)象①火干擾干擾性質(zhì)1.干擾具有多重性，對生態(tài)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為多方面的；2.干擾具有較大的相對性；3.干擾具有明顯的尺度性；4.干擾又可看作是對生態(tài)演替過程的再調(diào)節(jié)；5.

干擾經(jīng)常是不協(xié)調(diào)的，常常是在一個較大的景觀中形成一個不協(xié)調(diào)的異質(zhì)斑塊，新形成的斑塊往往具有一定的大小、形狀。干擾性質(zhì)1.干擾具有多重性，對生態(tài)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為多方面2景觀變化動態(tài)與景觀變化的空間模式

景觀變化動態(tài)是指景觀變化的過去，現(xiàn)在和未來趨勢。它包括兩方面的內(nèi)容：景觀空間變化動態(tài)和景觀過程變化動態(tài)。景觀空間變化動態(tài)：景觀過程變化動態(tài)：2景觀變化動態(tài)與景觀變化的空間模式景觀變化動態(tài)是指景觀變2景觀變化動態(tài)與景觀變化的空間模式

景觀空間變化動態(tài)：①斑塊數(shù)量；②斑塊大??；③斑塊類型；④廊道的數(shù)量和類型；⑤影響擴散的障礙類型和數(shù)量；⑥景觀要素的配置……等景觀過程變化動態(tài)：①系統(tǒng)的輸入流；②流的傳輸率和系統(tǒng)的吸收率；③系統(tǒng)的輸出流；④能量的分配……等2景觀變化動態(tài)與景觀變化的空間模式景觀空間變化動態(tài)：景觀變化空間過程景觀變化空間過程景觀變化空間模式①邊緣式：指新的景觀類型從一個邊緣單向地呈平行帶狀蔓延，景觀變化從一個邊緣開始；②廊道式：指新的廊道在開始時把原來的景觀類型一分為二，從廊道的兩邊向外擴張;③單核心式：指變化從景觀中的一點或一個核心處蔓延；④多核心式：指變化從景觀中的幾個點蔓延，如居民點或外來物種的侵入（郊區(qū)化）；⑤散布式：指新的斑塊廣泛散布（如住宅區(qū)擴張）景觀變化空間模式①邊緣式：指新的景觀類型從一個邊緣單向地呈3景觀格局演變與干擾景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，同時又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。景觀作為一個整體具有其組成部分所沒有的特性。3景觀格局演變與干擾景觀格局是景觀異質(zhì)性的合理的景觀格局1“集中與分散相結(jié)合原則”的中心思想：將相似的用地類型集中起來，但在建成區(qū)保留一些自然廊道和小的自然斑塊，在大型自然植被斑塊的邊緣也布局一些小的人為活動斑塊。(Forman的理想景觀格局模式)2粗粒與細粒要素結(jié)合，不僅利于大型內(nèi)部種生存，而且有利于廣生境物種的活動；集中的建成區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)則便于進行大規(guī)模的工農(nóng)業(yè)活動.合理的景觀格局1“集中與分散相結(jié)合原則”的中心思想：將相似景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件二、景觀變化的驅(qū)動因子自然驅(qū)動因子：地貌的形成、氣候的影響、生命的定居、土壤的發(fā)育、自然干擾人為驅(qū)動因子：人口因素、技術(shù)因素、政經(jīng)體制及決策因素、文化因素（公眾的意見、思想體系、法律、知識）二、景觀變化的驅(qū)動因子自然驅(qū)動因子：地貌的形成、氣候的影響、三、景觀變化的生態(tài)環(huán)境影響區(qū)域氣候:土地表面性質(zhì)的變化、地表反射率的變化、溫室氣體和痕量氣體的變化。土壤：土壤有關(guān)生態(tài)過程的影響（能量交換、水交換侵蝕和堆積、生物循環(huán)和農(nóng)作物生產(chǎn)）、土壤養(yǎng)分流動的影響。水環(huán)境：水量與水質(zhì)帶來的生態(tài)環(huán)境問題：大氣質(zhì)量下降（光化學煙霧、酸雨）、土壤侵蝕和土地沙化、濕地減少、水資源短缺、非點源污染三、景觀變化的生態(tài)環(huán)境影響區(qū)域氣候:土地表面性質(zhì)的變化、地表光化學煙霧：是一種次生污染物，它是由石油燃燒和汽車尾氣排放的CO和碳水化合物在紫外線的作用下生成的一種蘭色的有毒氣體，是一種強氧化劑，對人、畜、農(nóng)作物和工業(yè)產(chǎn)品、建筑物等都有強烈的腐蝕危害。光化學煙霧：是一種次生污染物，它是由石油燃燒和汽車尾氣排放的酸雨：酸雨是大氣中的CO2、SO2、NO2和HCL等有毒氣體，在云霧的形成中被水滴吸收轉(zhuǎn)化，形成酸雨和酸霧，降到地面和水體會引起土壤和水體酸化；造成樹木葉片枯萎、脫落以至整體死亡，腐蝕建筑物和古跡。景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件非點源污染：是景觀變化對水質(zhì)影響的主要方式。所謂非點源污染是同點源污染相對應(yīng)，指溶解的或固體污染物從非特定的地點，在降水和徑流沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體（如河流、湖泊、水庫、海灣等），引起的水體污染。土壤侵蝕是規(guī)模最大、危害程度最為嚴重的一種非點源污染。景觀生態(tài)學5-景觀格局分析課件四景觀中的人文與文化過程1人類對自然景觀干擾的程度和影響的深度可以分為：干擾、改造、構(gòu)建干擾：指人類活動對自然景觀產(chǎn)生的有限影響，它可以是有利或不利的，但均在一定程度上改變了景觀的某些特性。改造：是指人類為了一定生存目的，針對某一景觀客體，通過增加或減少一些景觀要素，對景觀格局進行適當?shù)母淖?，以達到人類生存的目的。與干擾相比，它對景觀的影響程度要更大.構(gòu)建：可以說是一種完全破壞原自然景觀的干擾行為，一般指為了人類某種特殊目的，徹底改變原來的景觀結(jié)構(gòu)，在原地建立起新型景觀的行為。四景觀中的人文與文化過程1人類對自然景觀干擾的程度和影響2人類與自然景觀之間的關(guān)系人類與自然景觀之間的關(guān)系，并非僅僅是一種單向的一維生態(tài)關(guān)系，而是一種雙向的相互依賴的復(fù)雜關(guān)系。

3人工景觀的表現(xiàn)人工景觀或稱人類文明景觀是一種自然界原先不存在的景觀。這類景觀多表現(xiàn)為規(guī)則化的空間布局，以高度特化的功能與通過景觀的高強度能流、物流為特征。4人類對自然景觀的開發(fā)利用形式

2人類與自然景觀之間的關(guān)系生態(tài)過程與流概念生態(tài)流景觀中的能量、養(yǎng)分和多數(shù)物種，都可以從一種景觀要素遷移到另一種景觀要素，表現(xiàn)為物質(zhì)、能量、信息、物種等的流動過程。生態(tài)過程與流概念生態(tài)流

景觀中生態(tài)流移動的機制

1媒介物作用:

風、水、飛行動物、地面動物、人2驅(qū)動力作用:擴散、重力、行為

景觀中生態(tài)流移動的機制

1媒介物作用:

擴散：指物體在景觀中的隨機運動。

生態(tài)流的流動表現(xiàn)出三種最基本的形式：

擴散、物質(zhì)流、運動。

擴散：指物體在景觀中的隨機運動。

生態(tài)流的流動表現(xiàn)出三種物質(zhì)流：是物質(zhì)在重力和擴散力作用影響下沿能量梯度的運動物質(zhì)流：是物質(zhì)在重力和擴散力作用影響下沿能量梯度的運動

運動：是物體消耗本身能量從一個地方移動到另一個地方。

運動：是物體消耗本身能量從一個地方移動到另一個地方。

擴散：最少的聚集格局；

物質(zhì)流：居中；

運動：最明顯的聚集格局擴散：最少的聚集格局；

物質(zhì)流：居中；

運動：最明顯的聚景觀生態(tài)學LandscapeEcologyLandscapeEcology江西財經(jīng)大學旅游與城市管理學院景觀生態(tài)學LandscapeEcologyLandscap第五章景觀格局分析5.1景觀格局分析概述

5.2景觀指數(shù)

5.