碩士學(xué)位論文-黑河流域景觀結(jié)構(gòu)與景觀變化研究

1、<p>　　分類號(hào)密級(jí)</p><p>　　UDC編號(hào)</p><p><b>　　中 國(guó) 科 學(xué) 院</b></p><p>　　碩士學(xué)位研究生學(xué)位論文</p><p>　　黑河流域景觀結(jié)構(gòu)與景觀變化研究</p><p

2、>　　指導(dǎo)教師：程國(guó)棟 研究員 中國(guó)科學(xué)院院士</p><p>　　中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所</p><p>　　申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)名稱 自然地理學(xué) （地理信息系統(tǒng)與遙感方向）</p><p>　　論文提交日期1999

3、年12月10日論文答辯日期2000年1月 日</p><p>　　學(xué)位授予單位中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所</p><p>　　答辯委員會(huì)主席</p><p>　　Analysis on the Landscape Structure and Change of the Heihe River Basin, Northwest C

4、hina</p><p>　　A dissertation submitted to </p><p>　　Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute (CAREERI)</p><p>　　Chinese Academy of Sciences (CAS)</p&g

5、t;<p>　　For the degree of</p><p>　　Master of Science</p><p>　　Presented by</p><p><b>　　Lu Ling</b></p><p>　　Accepted on the recommendation of</p&g

6、t;<p>　　Professor Cheng Guodong</p><p>　　Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute CAS</p><p>　　January, 2000</p><p><b>　　致 謝</b><

7、;/p><p>　　光陰似箭，轉(zhuǎn)眼間三年的碩士研究生學(xué)習(xí)階段已接近尾聲。在這三年中，我最感幸運(yùn)的是遇著了一位令人敬慕的好導(dǎo)師，他就是程國(guó)棟院士。導(dǎo)師知識(shí)淵博，目光敏銳，因而能時(shí)刻把握學(xué)科發(fā)展的前沿，不斷為我們指點(diǎn)前進(jìn)的方向；導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍，正是他的嚴(yán)格要求才使我們每一位學(xué)生都能在各自的研究領(lǐng)域取得不斷進(jìn)步；特別是導(dǎo)師人格高尚，胸懷博大，幾十年來(lái)扎根西北，將他寶貴的青春和杰出的才華奉獻(xiàn)給了這片貧瘠的土地，這些都

8、將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣和追求的人生境界。導(dǎo)師工作繁忙，但總不忘擠出時(shí)間來(lái)與學(xué)生們暢談科學(xué)與理想，教導(dǎo)我們做人的道理；他那充滿信任與鼓勵(lì)的目光，是我們每一位學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)，勇攀科學(xué)高峰的永恒動(dòng)力，因?yàn)檫@目光會(huì)令無(wú)所事事或滯步不前的人感到羞愧與汗顏。</p><p>　　本篇論文的完成，自始至終都傾注著導(dǎo)師大量的心血。論文的選題，提綱的擬訂直到具體的每一章每一節(jié)，都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成。導(dǎo)師多次對(duì)我說(shuō)，與遙感和地理信

9、息系統(tǒng)相結(jié)合的生態(tài)學(xué)研究在西北干旱區(qū)這片廣闊的土地上將大有前途。導(dǎo)師的話將激勵(lì)我在景觀生態(tài)學(xué)與遙感領(lǐng)域更加勇于探索。</p><p>　　謹(jǐn)向?qū)熤乱猿绺叩木匆夂驼\(chéng)摯的感謝！</p><p>　　特別感謝肖洪浪老師、龔家棟老師和安黎哲博士，他們不但慷慨地為我提供論文需要的各種數(shù)據(jù)和資料，還在具體工作中給予我耐心的指導(dǎo)?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有他們的熱心幫助，我的論文就不可能順利完成。同時(shí)，我還要感謝徐

10、中民、王根緒、郭曉寅等師兄，他們給我提供大量的參考文獻(xiàn)，教我研究方法，使我深受啟發(fā)，獲益斐淺。</p><p>　　衷心感謝師母張幼芬女士，多年來(lái)她給予我在生活和學(xué)習(xí)上無(wú)微不至的關(guān)心與照顧。同時(shí)，感謝教育處王正文老師三年來(lái)對(duì)我的研究生學(xué)業(yè)的關(guān)心和幫助，這些都是我能夠按時(shí)完成各門學(xué)習(xí)課程并順利畢業(yè)的重要保證。</p><p>　　最后，我還要衷心感謝我的每一位家人（包括我可愛(ài)的不滿四歲的女兒

11、李麓含之），感謝他們?nèi)陙?lái)對(duì)我的學(xué)業(yè)自始至終的理解、支持和幫助，使我解除了許多后顧之憂，順利完成了這篇畢業(yè)論文。</p><p>　　黑河流域景觀結(jié)構(gòu)與景觀變化研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　水是中國(guó)西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境的主要控制因素，流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)需水，生態(tài)需水和有限的水量三者之間的相互矛盾，構(gòu)

12、成了西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。因此，以流域?yàn)閱卧_展研究是十分必要的。同時(shí)，干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境演變，也很好地反映在景觀的變化上。黑河流域是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流域。流域內(nèi)包括不同的自然地理單元，山區(qū)水源帶、綠洲帶和戈壁荒漠帶既是自成體系的生態(tài)系統(tǒng)又互相聯(lián)系，它們構(gòu)成了一個(gè)完整的水-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)。本論文選取黑河流域?yàn)檠芯繂卧?，采用景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法研究流域的生態(tài)環(huán)境變化，將能為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。</p&

13、gt;<p>　　本論文使用GIS技術(shù)和景觀結(jié)構(gòu)分析軟件FRAGSTATS，以黑河流域90年代后期1：50萬(wàn)土地利用圖和黑河流域中游地區(qū)80年代前期1：50萬(wàn)土地類型圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行流域景觀制圖，劃分出六個(gè)景觀地帶；利用FRAGSTATS在流域尺度上計(jì)算了各景觀地帶的面積、拼塊密度和大小、邊緣、形狀、最近距離、多樣性、蔓延度和散布等景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)。同時(shí)，在地理信息系統(tǒng)支持下，建立黑河流域中游地區(qū)近20年間景觀元素轉(zhuǎn)移矩陣并編制

14、拼塊類型轉(zhuǎn)換圖。分析結(jié)果表明：</p><p>　　流域內(nèi)景觀分異強(qiáng)烈，不同的景觀地帶都具有獨(dú)特的景觀結(jié)構(gòu)特征：山區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)特征突出表現(xiàn)為連通性強(qiáng)，拼塊形狀復(fù)雜。綠洲—荒漠區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為，綠洲主要沿河流和渠道分布，是鑲嵌在荒漠基質(zhì)上的景觀異質(zhì)體。綠洲是干旱區(qū)景觀結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，類型最豐富，景觀多樣性最高的地區(qū)，但不同地帶的綠洲區(qū)其景觀結(jié)構(gòu)也有顯著的差異。在走廊綠洲景觀地帶，以耕地為主的人工綠洲已成為最主要的

15、景觀元素之一；而黑河下游的弱水三角洲景觀地帶，景觀破碎度強(qiáng)，是一個(gè)極易受到干擾的地區(qū)?；哪途G洲的過(guò)渡地帶的景觀類型的共同的結(jié)構(gòu)特征是拼塊破碎、呈團(tuán)聚狀分布，它們是荒漠生物多樣性的體現(xiàn)，并對(duì)阻滯沙漠化和土壤侵蝕有及其重要的作用，應(yīng)特別注意保護(hù)。在極端干旱的北部阿拉善高平原，裸露戈壁是景觀模地，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，蔓延度極高，其它類型是面積相對(duì)很小的異質(zhì)鑲嵌體。</p><p>　　黑河流域中游地區(qū)的各類景觀元素在近20

16、年間盡管發(fā)生了十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化和相互轉(zhuǎn)換，但整體景觀仍保持荒漠化景觀與綠洲景觀強(qiáng)烈分異的鮮明格局。人類有目的性的干擾活動(dòng)改變了干旱區(qū)有限的水資源的分布與分配，導(dǎo)致本地區(qū)荒漠化過(guò)程和綠洲化過(guò)程的矛盾斗爭(zhēng)激烈，而綠洲與荒漠的交錯(cuò)地帶是這兩個(gè)過(guò)程強(qiáng)弱之勢(shì)對(duì)立發(fā)展的最敏感部位。</p><p>　　黑河流域中游地區(qū)是整個(gè)流域中受人類活動(dòng)影響最強(qiáng)烈的地區(qū)，走廊綠洲景觀地帶的香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均度指數(shù)的下降，充分證明人類

17、對(duì)本地區(qū)景觀的管理和改造程度的不斷加強(qiáng)。其結(jié)果一方面是顯著提高了本地區(qū)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也降低了本地區(qū)景觀異質(zhì)性以及生物生境的多樣性，導(dǎo)致局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境效益的下降。</p><p>　　文章最后指出，GIS技術(shù)和景觀結(jié)構(gòu)分析軟件相結(jié)合是研究景觀結(jié)構(gòu)及其變化的有效方法和工具，但需要注意三個(gè)問(wèn)題：即在使用FRAGSTATS的柵格版本時(shí)，要特別注意尺度的影響；謹(jǐn)慎解釋把流域景觀作為一個(gè)封閉的系統(tǒng)處理時(shí)所帶來(lái)的

18、誤差；對(duì)數(shù)據(jù)源的選擇與處理要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　Analysis on the Landscape Structure and Change of the Heihe River Basin, Northwest China</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Water resource

19、 is the main factor to influence the development of ecosystems in the inland river basins of the arid regions, northwest China. The shortage of water resource and the contradiction of water resource allocation between ec

20、onomy and ecosystem has constituted a severe constraint to the sustainable development of these regions, so it is essential to take the basin scale as the study unit. In the meanwhile, landscape change can significantly

21、reflects the evolution of eco-environment in a</p><p>　　To study the landscape structure and change in the Heihe River Basin, firstly, GIS and a landscape structure analysis program, FRAGSTATS are combined t

22、o compile two landscape maps based on a 1:500,000 land use map of the whole basin in the later 90s and a 1:500,000 land type map of the middle part of the basin in the early 80s. Then, a total of six landscape zones are

23、divided and various landscape metrics of each zone including area metrics, patch density and size metrics, edge metrics, shape me</p><p>　　1. The characteristics of landscape structure in the mountainous are

24、a of the Heihe River Basin display a high connectivity and complex patch shapes. The characteristics of landscape structure of the oasis-desert area are that the oases, with the most complex landscape structure, richest

25、patch types, and highest diversity, are distributed along rivers and channels, and are heterogeneous mosaic of patches embedded in the matrix element, desert. The landscape structures of oases in different zones </p&g

26、t;<p>　　2. During the past 20 years, the landscape in the middle part of the Heihe River Basin has undertook a complex change of landscape structure and a apparent transition of landscape composition, but the land

27、scape in a whole still displays a pattern of sharply contrast between oasis landscape and desert landscape. The human activities have significantly changed the distribution and allocation of the limited water resource in

28、 the basin, leading to an acute contradiction between desertification and o</p><p>　　3. The middle part of the Heihe River Basin is influenced by human activities most strongly in the basin. The decrease of

29、Shannon’s diversity index and evenness index manifests intensive management and reconstruction of landscape by human begins. This, on the one hand, improves the socioeconomic benefits of the basin, but on the other hand

30、brings down the landscape heterogeneity and landscape diversity, leading to the decrease of eco-environmental benefits of some areas in the basin.</p><p>　　The paper concludes that the combination of GIS and

31、 landscape analysis programs is very effective for studying landscape structure and change. In the meanwhile, some problems should be given special considerations when the raster version of FRAGSTATS is used. One of the

32、problems is scale. If the data scale and resolution is changed, the landscape metrics calculated from FRAGSTATS will change as well because the traditional landscape metrics are very sensitive to scale. Another problem i

33、s that a </p><p>　　Analysis on the Landscape Structure and Change of the Heihe River Basin, Northwest China2</p><p>　　第 1 章 緒論1</p><p>　　第 1 節(jié) 論文選題的重要意義1</p><p>　　1

34、.1 景觀生態(tài)學(xué)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展1</p><p>　　1.2 景觀結(jié)構(gòu)分析方法及其指標(biāo)的發(fā)展綜述2</p><p>　　1.3 景觀結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀5</p><p>　　第 2 節(jié) 研究思路及論文結(jié)構(gòu)7</p><p>　　第 2 章 景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)計(jì)算方法8</p><p>　　第 1 節(jié) 景觀結(jié)構(gòu)分析

35、軟件FRAGSTATS8</p><p>　　第 2 節(jié) 論文使用的指標(biāo)及其公式和生態(tài)意義10</p><p>　　拼塊類型面積（CA），單位：ha，范圍：CA>012</p><p>　　景觀面積（TA），單位：ha，范圍：TA>012</p><p>　　拼塊所占景觀面積的比例（%LAND），單位：百分比，范圍：0&l

36、t;%LAND<=10012</p><p>　　拼塊個(gè)數(shù)（NP），單位：無(wú)，范圍：NP>=113</p><p>　　最大拼塊所占景觀面積的比例（LPI），單位：百分比，范圍：0<LPI<=10013</p><p>　　拼塊平均大?。∕PS），單位：ha，范圍：MPS>013</p><p>　　面積

37、加權(quán)的平均形狀因子（AWMSI），單位：無(wú)，范圍：AWMSI>=114</p><p>　　面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)（AWMPFD），單位：無(wú)，范圍：1<=AWMPFD<=214</p><p>　　平均最近距離（MNN），單位：m，范圍：MNN>015</p><p>　　平均鄰近指數(shù)（MPI），單位：無(wú)，范圍：MPI>=0

38、15</p><p>　　景觀豐度（PR），單位：無(wú)，范圍：PR>=115</p><p>　　香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI），單位：無(wú)，范圍：SHDI>=016</p><p>　　香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI），單位：無(wú)，范圍：0<=SHEI<=116</p><p>　　散布與并列指數(shù)（IJI），單位：百分比，范圍：

39、0<IJI<=10016</p><p>　　蔓延度指數(shù)（CONTAG），單位：百分比，范圍：0<CONTAG<=10017</p><p>　　第 3 章 數(shù)據(jù)處理18</p><p>　　第 1 節(jié) 黑河流域自然條件概況18</p><p>　　第 2 節(jié) 基于GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法21</p&g

40、t;<p>　　第 3 節(jié) 景觀制圖22</p><p>　　3.1 地圖投影和數(shù)據(jù)比例尺22</p><p>　　3.2 黑河流域90年代后期景觀圖編制23</p><p>　　3.3 黑河流域中游地區(qū)80年代前期景觀圖編制25</p><p>　　第 4 章 黑河流域景觀結(jié)構(gòu)分析29</p><

41、p>　　第 1 節(jié) 黑河流域90年代后期景觀結(jié)構(gòu)分析29</p><p>　　1.1 祁連山森林草地景觀地帶31</p><p>　　1.2 走廊綠洲景觀地帶32</p><p>　　1.3 走廊西北部沙漠戈壁景觀地帶32</p><p>　　1.4 弱水三角洲景觀地帶33</p><p>　　1.5

42、古日乃湖盆沙漠化景觀地帶34</p><p>　　1.6 北部阿拉善高平原荒漠戈壁景觀地帶35</p><p>　　第 2 節(jié) 黑河流域中游地區(qū)80年代前期景觀結(jié)構(gòu)分析35</p><p>　　第 5 章 黑河流域中游地區(qū)近二十年間景觀變化38</p><p>　　第 1 節(jié) 景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較39</p><p&

43、gt;　　1.1 拼塊級(jí)別上的指標(biāo)比較39</p><p>　　1.2 景觀級(jí)別上的指標(biāo)比較41</p><p>　　第 2 節(jié) 景觀類型轉(zhuǎn)換比較41</p><p>　　2.1 建立轉(zhuǎn)移矩陣和制作景觀拼塊類型轉(zhuǎn)換圖41</p><p>　　2.2 景觀類型轉(zhuǎn)換變化分析結(jié)果45</p><p>　　第 6 章

44、 結(jié)論與討論50</p><p>　　第 1 節(jié) 結(jié)論50</p><p>　　第 2 節(jié) 方法討論52</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　論文選題的重要意義</b></p><p>　　黑河流域是我國(guó)西北干旱區(qū)第二大內(nèi)陸河流域，發(fā)源

45、于祁連山區(qū)，流經(jīng)青海、甘肅和內(nèi)蒙古三省區(qū)，流域總面積達(dá)12.8萬(wàn)平方公里，土地資源豐富，光熱能源充足，水資源潛力也相當(dāng)可觀。流域中上游的廣大綠洲地區(qū)，多年來(lái)經(jīng)人類開墾利用，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)產(chǎn)品豐富，已成為我國(guó)西北地區(qū)重要的商品糧基地。但是，近年來(lái)因綠洲農(nóng)業(yè)大量引水，加之亂墾、濫伐、過(guò)牧等破壞性行為的積累，流域荒漠化過(guò)程加劇，以土地沙漠化為代表的荒漠化景觀發(fā)展迅速，在黑河流域古日乃湖盆區(qū)（與巴丹吉林沙漠毗鄰）年平均速度達(dá)到2.6%~6

46、.8%，成為我國(guó)乃至世界上現(xiàn)代沙漠化發(fā)展最強(qiáng)烈的地區(qū)之一[1]。特別是位于流域下游的額濟(jì)納旗，由于受黑河入境流量銳減的影響，近年來(lái)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，尾閭湖泊消失，植被成片死亡，草場(chǎng)迅速退化，土地沙漠化趨勢(shì)加劇，已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注[2]。干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，一旦破壞就難以恢復(fù)或不可逆轉(zhuǎn)[3]，顯然我們不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)來(lái)?yè)Q取農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的一時(shí)發(fā)達(dá)[4]。因此，如何協(xié)調(diào)黑河流域生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)黑河流域生態(tài)環(huán)境與

47、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，已成為急需解決的重要科學(xué)問(wèn)題。</p><p>　　景觀生態(tài)學(xué)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展</p><p>　　自本世紀(jì)30年代德國(guó)生物地理學(xué)家Carl Troll首先提出景觀生態(tài)學(xué)（Landscape Ecology）一詞以來(lái)[5]，景觀生態(tài)學(xué)以其多學(xué)科交叉性、綜合整體性、宏觀區(qū)域性和與人類活動(dòng)密切相關(guān)性的學(xué)科特點(diǎn)，在80年代得以迅猛發(fā)展，并逐漸成為世界上資源、環(huán)境、生態(tài)方面研

48、究的一個(gè)熱點(diǎn)，其作用被越來(lái)越多的研究者所認(rèn)識(shí)和強(qiáng)調(diào)[6-12]。現(xiàn)代生態(tài)學(xué)奠基人E. P. Odum在他的《基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)》一書[13]中指出，應(yīng)把景觀生態(tài)和土地合理布局利用作為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)維護(hù)間幾乎是不可調(diào)和的根本性矛盾主要的可能出路。自90年代以來(lái)，景觀生態(tài)學(xué)逐漸成為研究區(qū)域生態(tài)問(wèn)題的新的有效手段[15]，并在景觀尺度上對(duì)生態(tài)要素的空間格局與動(dòng)態(tài)變化研究方面，顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　景觀生態(tài)學(xué)

49、是一門研究空間格局對(duì)生態(tài)過(guò)程相互作用的新興交叉學(xué)科，它主要研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和變化[8，12，14-15]。關(guān)于景觀概念的使用，一般基于人類尺度上的具體地域或作為任意尺度上空間異質(zhì)性的代表，在宏觀尺度上，以空間異質(zhì)性及空間格局為主要研究?jī)?nèi)容[1，15-16]。Turner等認(rèn)為：為實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，景觀是最適宜于進(jìn)行規(guī)劃和管理的空間尺度，因?yàn)榫坝^有比較明顯的邊界和共同的生態(tài)過(guò)程[17-18]。而且，景觀生態(tài)學(xué)的研究從一開始就十分注

50、重人類活動(dòng)對(duì)景觀格局及其過(guò)程的影響[9，15]，人類與自然生物共生控制理論是景觀生態(tài)學(xué)重要指導(dǎo)思想；這正與可持續(xù)發(fā)展的思想是一致的。因而，景觀生態(tài)學(xué)是一門實(shí)用性很強(qiáng)的科學(xué)，它以研究人類社會(huì)同其生存空間的相互關(guān)系為主要內(nèi)容，可以為區(qū)域的生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供有力的科學(xué)依據(jù)，在研究可持續(xù)發(fā)展方面顯示出重大價(jià)值[20]。</p><p>　　干旱區(qū)存在的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，可以歸納為人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾自然生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)

51、程中，生態(tài)環(huán)境體系出現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)而超出生態(tài)安全閾值的顯著退化，在區(qū)域上出現(xiàn)兩種密切相聯(lián)的不同景觀格局變化：以黑河流域?yàn)槔?，一方面在靠近水源和流域中上游地帶，農(nóng)耕發(fā)達(dá)，一般形成集約化、灌溉系統(tǒng)完善的農(nóng)田景觀；另一方面，在遠(yuǎn)離水源或流域中下游地帶，則隨水資源被襲奪程度的不斷增加，天然生態(tài)體系破壞不斷加劇，景觀由高度破碎化的天然植被向優(yōu)勢(shì)度高的荒漠化景觀發(fā)展。這種區(qū)域上景觀類型與格局的變化，是干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的具體表現(xiàn)，如何控制這種演變，并

52、使自然生態(tài)系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生物共生與可持續(xù)協(xié)調(diào)是干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究始終需要解決的問(wèn)題[1]。由于干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境特征和生態(tài)過(guò)程與景觀生態(tài)理論相吻合，而且景觀生態(tài)學(xué)理論體系中的景觀動(dòng)態(tài)與演進(jìn)、景觀變化與穩(wěn)定性、景觀多樣性、景觀規(guī)劃與建設(shè)以及景觀生態(tài)保護(hù)等都是現(xiàn)階段干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境研究中所面臨的核心問(wèn)題[7，21]，因而景觀生態(tài)學(xué)在研究干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及可持續(xù)發(fā)展對(duì)策中有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。</p><p>

53、;　　景觀結(jié)構(gòu)分析方法及其指標(biāo)的發(fā)展綜述</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)分析是景觀生態(tài)學(xué)基本理論研究的重要組成部分[15]，也是景觀生態(tài)評(píng)價(jià)、規(guī)劃、管理及建設(shè)等應(yīng)用方向的基礎(chǔ)。其中，景觀結(jié)構(gòu)是指具體生態(tài)系統(tǒng)或存在“元素”的空間關(guān)系——主要指與生態(tài)系統(tǒng)的大小、形狀、數(shù)量、類型及構(gòu)型相關(guān)的能量、物質(zhì)和物種的分布[19]。景觀生態(tài)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)在很大程度上控制其功能的特征及其發(fā)揮，影響著其中物質(zhì)、能量和信息各種流的過(guò)程及其

54、形式[22，23]，并對(duì)景觀的性質(zhì)、變化方向起著決定性作用。分析景觀結(jié)構(gòu)的目的在于從看似無(wú)序的景觀中發(fā)現(xiàn)潛在的有意義的有序或規(guī)律，并把景觀的空間特征與時(shí)間過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，研究其隨時(shí)間的變化、演替和外界干擾對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的影響，從而能夠更為清楚地研究和把握景觀結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程相互作用的內(nèi)在規(guī)律性，這也是景觀生態(tài)學(xué)與其它生態(tài)學(xué)科的重要區(qū)別之一。</p><p>　　景觀生態(tài)學(xué)中的結(jié)構(gòu)分析方法是多種多樣的，其中特別重要的是空間

55、格局分析。李哈濱[19]曾對(duì)這些方法有過(guò)如下的總結(jié)歸納：（1）作圖法；（2）概率分布法；（3）指數(shù)法；（4）空間相關(guān)法；（5）地統(tǒng)計(jì)學(xué)法；（6）圖論。其它方法還有模擬法，滲透理論（Percolation Theory）、波譜分析（Spectral Analysis）、分形分析和半變異矩分析（Semivariogram Analysis）等[24-34]。最近引入景觀生態(tài)學(xué)的方法還有小波分析和間歇度指數(shù)分析，前者用于測(cè)定和描述空間格局在多

56、個(gè)尺度上的特征，不要求系統(tǒng)平穩(wěn)假設(shè)；后者不受邊界的影響，而與網(wǎng)格大小成分指數(shù)相關(guān)，對(duì)判別各種景觀格局有顯著效果[7]。當(dāng)前遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也成為景觀結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)分析的基本手段，它們與其它方法緊密結(jié)合以提供能充分反映景觀結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)變化的空間模型。按Turner[17]的分類，目前主要有三類模擬景觀動(dòng)態(tài)變化的空間模型，即隨機(jī)模型，過(guò)程模型和規(guī)則模型。</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)分析常常

57、需要運(yùn)用各種定量化的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行景觀結(jié)構(gòu)描述與評(píng)價(jià)，構(gòu)建有關(guān)模型。對(duì)景觀生態(tài)系統(tǒng)空間特征的度量及其指標(biāo)體系的建立，是空間結(jié)構(gòu)研究的深化方向。景觀生態(tài)學(xué)本身有一套較成熟的景觀結(jié)構(gòu)測(cè)定、描述和統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)體系，從定性分析向定量方法拓展取得了很大進(jìn)展[17]，由此也產(chǎn)生了很多的景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)[17，19，24，25-36]。這些指標(biāo)在景觀生態(tài)學(xué)中都有明確的定義，被用來(lái)指征景觀空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程之間的定量關(guān)系[17，24，36-39]。其中，基于信息

58、論的優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)（Dominance）和蔓延度指標(biāo)（Contagion），基于分維幾何學(xué)的分?jǐn)?shù)維指標(biāo)（Fractal Dimension）是景觀生態(tài)學(xué)中運(yùn)用最廣泛的三個(gè)指標(biāo)[17，24，40-42]。實(shí)際上，許多景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間有高度的相關(guān)性[39，43]。Ritters等人曾對(duì)55個(gè)景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)做過(guò)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性分析，他們認(rèn)為這55個(gè)指標(biāo)所包含的信息可以集中到6個(gè)指標(biāo)之中。這6個(gè)指標(biāo)是：優(yōu)勢(shì)度（Dominance）、蔓延度（Contagio

59、n）、基于周長(zhǎng)面積比的分?jǐn)?shù)維（Fractal Dimension from Perimeter/Area</p><p>　　建立一套度量景觀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)體系，是對(duì)景觀結(jié)構(gòu)度量體系的進(jìn)一步完善與發(fā)展。我國(guó)研究人員趙景柱對(duì)此進(jìn)行了有益的探索[45]，并建立了兩種動(dòng)態(tài)指標(biāo)序列：一種是單向動(dòng)態(tài)指標(biāo)序列，用{Ii(t)}(i=1，2，…，13) 表示，其中包括類斑均度、斑均度、類斑散度、斑散度、斑塊貼近度、斑塊形狀

60、指標(biāo)、類斑豐度、斑豐度、帶豐度、帶斑比、邊緣強(qiáng)度、景觀網(wǎng)絡(luò)的連通度和環(huán)度指標(biāo)；另一種是總體動(dòng)態(tài)指標(biāo)序列{I(t)}，它可以從總體上體現(xiàn)景觀空間格局的自然演替規(guī)律和人類活動(dòng)開發(fā)規(guī)律。另外，EPA（1994）認(rèn)為景觀結(jié)構(gòu)的變化也可以用優(yōu)勢(shì)度（Dominance）、蔓延度（Contagion）和分?jǐn)?shù)維（Fractal Dimension）這三個(gè)指標(biāo)來(lái)描述，即通過(guò)計(jì)算三維的歐氏距離公式來(lái)分析景觀結(jié)構(gòu)變化：Change=[(X1-X2)2+(Y1

61、-Y2)2+(Z1-Z2)2]1/2。其中，X是優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)，Y是蔓延度指標(biāo)，Z是分?jǐn)?shù)維指標(biāo)[36，43]。</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)計(jì)算方法的新趨勢(shì)是把傳統(tǒng)的計(jì)算程序集成于GIS中，以更有效地利用GIS管理和分析空間數(shù)據(jù)的能力。自O(shè)’Neill等將許多數(shù)量指標(biāo)引入景觀生態(tài)學(xué)以來(lái)，先后產(chǎn)生了幾個(gè)軟件包，如SPANS、LSPA、HE和FRAGSTAS等[7]。其中，F(xiàn)RAGSTAS軟件[38]以及在它的基礎(chǔ)上

62、發(fā)展而來(lái)的PATCH ANALYST[44]軟件是體現(xiàn)這一趨勢(shì)的代表性軟件，它們可以計(jì)算幾乎所有類型的景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)，并且與ARC/INFO、ArcView、ERDAS、IDRISI等GIS軟件高度集成。</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在景觀結(jié)構(gòu)研究方面，一向以美國(guó)流派最為活躍與成熟。以Dansereau、R.T.T.Forman、P.G.Risser、M.

63、Turner等為代表的美國(guó)流派，把景觀生態(tài)學(xué)研究建立在現(xiàn)代科學(xué)和系統(tǒng)生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上，形成了從景觀空間結(jié)構(gòu)分析、景觀生態(tài)功能研究、景觀動(dòng)態(tài)變化分析、一直到景觀控制和管理的一整套方法，從而成為當(dāng)今景觀研究的重心與主流[8，46]。其在研究景觀結(jié)構(gòu)與功能方面有不少成功范例，如Forman按景觀元素的構(gòu)型和結(jié)構(gòu)特征劃分了四種基本景觀類型，它們是散置拼塊景觀、網(wǎng)絡(luò)景觀、交指狀景觀和棋盤格子景觀，并同時(shí)研究了決定這些空間結(jié)構(gòu)特征的因素與參數(shù)以及不同景

64、觀結(jié)構(gòu)對(duì)其生態(tài)過(guò)程的影響[14，19，47]。又如對(duì)法國(guó)西部鄉(xiāng)村樹籬網(wǎng)景觀結(jié)構(gòu)與其間多種物種分布格局之間的關(guān)系研究，深刻反映出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)各種生物流的運(yùn)動(dòng)有重要的控制功能[19]。</p><p>　　隨著景觀結(jié)構(gòu)定量化方法取得新進(jìn)展，對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的變化研究成為國(guó)外學(xué)者又一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中E.P.Odum和M.G.Turner [19]對(duì)美國(guó)佐治亞州景觀結(jié)構(gòu)變化的研究很有值得借鑒之處。他們利用1935年到1985年共

65、計(jì)五十年的該州景觀和資源情況的資料，對(duì)其景觀結(jié)構(gòu)變化的研究涉及土地利用變化、景觀空間格局、景觀多樣性以及模擬景觀結(jié)構(gòu)變化四個(gè)方面，同時(shí)還研究了該州土地利用變化的生態(tài)學(xué)影響和資源利用趨勢(shì)，并根據(jù)佐州景觀結(jié)構(gòu)變化研究結(jié)果提出了六點(diǎn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建議。他們對(duì)佐州景觀結(jié)構(gòu)變化過(guò)程及其后果的景觀生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)研究，可以為發(fā)展中國(guó)家的生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　近年來(lái)，在以GIS和遙感為代表的新技術(shù)支

66、撐下，對(duì)景觀動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行大尺度生態(tài)監(jiān)測(cè)和建模研究成為景觀生態(tài)學(xué)的新熱點(diǎn)。由于景觀變化難以控制和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬研究成為國(guó)外研究者爭(zhēng)相采用的方法，如J.Franklin和李哈濱對(duì)美國(guó)西部森林景觀空間格局所進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬研究。建立景觀空間動(dòng)態(tài)模型一般有兩種思路，即或是把生物反饋引入空間動(dòng)態(tài)模型，或是把空間特征引入生態(tài)學(xué)模型。除常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移概率模型外，滲透模型（Percolation model）也被一些學(xué)者引入景觀動(dòng)態(tài)研究中，利

67、用二維滲透網(wǎng)絡(luò)模擬景觀結(jié)構(gòu)，可研究火、病蟲害和物種的傳播，拼塊的聚集性狀和空間結(jié)構(gòu)，資源在不同尺度上的可利用性等[7]。</p><p>　　我國(guó)景觀生態(tài)學(xué)研究從1989年召開的第一屆全國(guó)景觀生態(tài)學(xué)討論會(huì)之后已有長(zhǎng)足進(jìn)展[7]，也涌現(xiàn)了一批高水平的論文[49]。從所發(fā)表的研究工作來(lái)看，我國(guó)目前景觀生態(tài)研究受北美學(xué)派的影響很大，研究主要集中于對(duì)景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)研究上。以肖篤寧[50]對(duì)沈陽(yáng)西郊景觀結(jié)構(gòu)變化的研

68、究作為典范，我國(guó)學(xué)者運(yùn)用北美學(xué)派的研究方法開展了內(nèi)容涉及城市與城郊景觀[50]，農(nóng)業(yè)景觀[51-52]，森林景觀[53-54]，濕地景觀[55]，沙漠景觀[56]，流域景觀[57-58]，干旱區(qū)綠洲景觀[59]等的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)變化研究。不少論文應(yīng)用了GIS、遙感與統(tǒng)計(jì)分析模型等先進(jìn)方法和手段[51，53-55]，其中以傅伯杰在這方面開展的工作較為突出。他在對(duì)陜北米脂縣黃土區(qū)農(nóng)業(yè)景觀的空間格局研究中，將GIS和景觀空間分析模型相結(jié)合，用GI

69、S顯示景觀的空間分布，用定量模型測(cè)定景觀的空間格局，取得了更為精確的分析結(jié)果，從而能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)化管理提出合理建議[51]。</p><p>　　目前我國(guó)學(xué)者對(duì)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的建模研究還處于起步階段，相關(guān)的研究論文也較少。謝志霄和肖篤寧在沈陽(yáng)市東陵區(qū)開展了城郊景觀動(dòng)態(tài)模型研究，建立了三個(gè)不同的城郊景觀動(dòng)態(tài)模型，得出結(jié)論認(rèn)為在滲透理論、馬爾柯夫過(guò)程基礎(chǔ)上綜合介入自然因子和決策因素是建立景觀動(dòng)態(tài)模型的有效途徑，

70、而現(xiàn)實(shí)因素的介入可以改進(jìn)模擬效果[60]。最近，蘇文貴和常禹對(duì)景觀動(dòng)態(tài)研究的模型方法作了綜述，分析了景觀動(dòng)態(tài)模型的特點(diǎn)，并對(duì)景觀動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了分類，指出模型方法已成為景觀動(dòng)態(tài)研究的主要技術(shù)手段，并將形成景觀生態(tài)學(xué)研究的新領(lǐng)域—景觀建模研究[48]。</p><p>　　由現(xiàn)狀可見(jiàn)，我國(guó)景觀生態(tài)學(xué)研究由于起步晚，從總體來(lái)看和國(guó)際水平還存在明顯差距；同時(shí)也可以看到對(duì)該學(xué)科的研究不論從理論上還是從應(yīng)用上，在我國(guó)都將有著

71、廣闊的發(fā)展前景。</p><p><b>　　研究思路及論文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域是一個(gè)完整的水-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)。流域內(nèi)的水資源主要來(lái)自山區(qū)的冰雪融水和山區(qū)降水。出山以后，盆地內(nèi)“有水是綠洲，無(wú)水是荒漠，水少鹽漬化”，水是流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的主要控制因素；流域內(nèi)農(nóng)業(yè)是用水大戶，消耗了80%以上的水資源，因此流域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也與水息息相關(guān)

72、。流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)需水，生態(tài)需水和有限的水量三者之間的相互矛盾，構(gòu)成了西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。因此，以流域?yàn)閱卧_展研究是十分必要的。同時(shí)，干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境演變，也很好地反映在景觀的變化上。所以，本研究選取資料較好的黑河流域?yàn)檠芯繂卧?，采用景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法研究流域的生態(tài)環(huán)境變化，將能為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。</p><p>　　本論文運(yùn)用GIS技術(shù)以及國(guó)外最新的景觀結(jié)構(gòu)分析軟件FRAGSTA

73、TS，選取軟件中22個(gè)指標(biāo)，計(jì)算了黑河流域各景觀地帶的景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)，并對(duì)黑河中游地區(qū)80年代前期至90年代后期近二十年間的景觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了分析研究，從而有助于揭示干旱區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)特征和景觀演變規(guī)律；同時(shí)，也在利用GIS進(jìn)行景觀制圖和景觀結(jié)構(gòu)及其變化分析等方面做一些方法性的探索。</p><p>　　本論文共分六章，本章闡述了論文選題的重要意義，并對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在景觀結(jié)構(gòu)分析方面取得的研究成果作了簡(jiǎn)要回顧。第二章介

74、紹景觀結(jié)構(gòu)分析軟件FRAGSTATS以及軟件中部分使用到的指標(biāo)和公式。第三章運(yùn)用GIS技術(shù)編制黑河流域90年代后期景觀圖和黑河流域中游地區(qū)80年代前期景觀圖，并在景觀圖基礎(chǔ)上對(duì)流域進(jìn)行景觀分帶。第四章依據(jù)22個(gè)景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)黑河流域90年代后期的景觀結(jié)構(gòu)和中游地區(qū)80年代前期景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。第五章分析黑河流域中游地區(qū)近二十年間景觀結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，探討促成該地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)變化的主要原因。第六章在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，探討了流域景

75、觀結(jié)構(gòu)及其變化的研究在方法和技術(shù)方面的若干問(wèn)題。</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)計(jì)算方法</p><p>　　景觀結(jié)構(gòu)分析軟件FRAGSTATS</p><p>　　FRAGSTATS[38]是由美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)森林科學(xué)系開發(fā)的一個(gè)景觀指標(biāo)計(jì)算軟件，它有兩種版本，矢量版本運(yùn)行在ARC/INFO環(huán)境中，接受ARC/INFO格式的矢量圖層；柵格版本可以接受ARC/I

76、NFO、IDRISI、ERDAS等多種格式的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。兩個(gè)版本的區(qū)別在于：柵格版本可以計(jì)算最近距離、鄰近指數(shù)和蔓延度，而矢量版本不能；另一個(gè)區(qū)別是對(duì)邊緣的處理，由于格網(wǎng)化的地圖中，拼塊邊緣總是大于實(shí)際的邊緣，因此柵格版本在計(jì)算邊緣參數(shù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差依賴于網(wǎng)格的分辨率。</p><p>　　FRAGSTATS軟件功能強(qiáng)大，可以計(jì)算出59個(gè)景觀指標(biāo)（表2-1）。這些指標(biāo)被分為三組級(jí)別，分別代表了三種不同的應(yīng)

77、用尺度：（1）拼塊級(jí)別（patch-level）指標(biāo)，反映景觀中單個(gè)拼塊的結(jié)構(gòu)特征，也是計(jì)算其它景觀級(jí)別指標(biāo)的基礎(chǔ)；（2）拼塊類型級(jí)別（class-level）指標(biāo)，反映景觀中不同拼塊類型各自的結(jié)構(gòu)特征；（3）景觀級(jí)別（landscape-level）指標(biāo)，反映景觀的整體結(jié)構(gòu)特征。由于許多指標(biāo)之間具有高度的相關(guān)性，只是側(cè)重面有不同，因而使用者在全面了解每個(gè)指標(biāo)所指征的生態(tài)意義及其所反映的景觀結(jié)構(gòu)側(cè)重面的前提下，可以依據(jù)各自研究的目標(biāo)和數(shù)

78、據(jù)的來(lái)源與精度來(lái)選擇合適的指標(biāo)與尺度。</p><p>　　表2-1 FRAGSTATS提供的景觀指標(biāo)</p><p>　　論文使用的指標(biāo)及其公式和生態(tài)意義</p><p>　　本論文的研究目標(biāo)是從宏觀尺度上分析黑河流域的景觀結(jié)構(gòu)及其變化。由于整個(gè)流域尺度寬廣，并且缺少判據(jù)拼塊核心面積和邊緣帶寬的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因而不適合計(jì)算邊緣指標(biāo)和核心面積指標(biāo)以及一部分鄰近度指標(biāo)；

79、同時(shí)我們還排除了一部分相關(guān)性很高的指標(biāo)；最后從FRAGSTATS軟件中選取了能確保計(jì)算精度的22個(gè)指標(biāo)，其中在拼塊類型級(jí)別上選用了9個(gè)指標(biāo)，它們是：拼塊類型面積、拼塊所占景觀面積的比例、拼塊個(gè)數(shù)、拼塊平均大小、面積加權(quán)的平均形狀因子、面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)、平均最近距離、平均鄰近指數(shù)、散布與并列指數(shù)；在景觀級(jí)別上選用了13個(gè)指標(biāo)，它們是：景觀面積、最大拼塊所占景觀面積的比例、拼塊個(gè)數(shù)、拼塊平均大小、面積加權(quán)的平均形狀因子、面積加權(quán)的

80、平均拼塊分形指數(shù)、平均最近距離、平均鄰近指數(shù)、景觀豐度、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均度指數(shù)、散布與并列指數(shù)、蔓延度指數(shù)。在拼塊和景觀級(jí)別上，有些指標(biāo)是度量景觀組分的，有些是度量景觀空間格局的。我們知道組分和格局都能夠獨(dú)立和相互地影響并作用生態(tài)過(guò)程，因而了解這些指標(biāo)的內(nèi)涵是十分重要的，也是我們分析黑河流域景觀結(jié)構(gòu)的前提與基礎(chǔ)。下文是對(duì)選取指標(biāo)及其生態(tài)意義的詳細(xì)介紹，其中所有公式</p><p><b>　　符號(hào)

81、</b></p><p>　　i = 1, …, m：拼塊類型； j = 1, …, n：拼塊數(shù)目； k = 1, …, m：拼塊類型； s=1, …, n：給定距離內(nèi)的拼塊數(shù)目。</p><p>　　A：總的景觀面積（m2）</p><p>　　aij：拼塊ij的面積（m2）</p><p>　　aijs：給定

82、距離（m）內(nèi)的拼塊ijs的面積（m2）</p><p>　　pij：拼塊ij的周長(zhǎng)（m）</p><p>　　eik：與類型為k的拼塊相鄰的拼塊ij的邊長(zhǎng)（m）</p><p>　　N：景觀中的拼塊總數(shù)</p><p>　　N‘：具有最近距離的拼塊總數(shù)</p><p>　　ni：類型i的拼塊數(shù)目&l

83、t;/p><p>　　ni’：具有最近距離的類型i的拼塊數(shù)目</p><p>　　hij：從拼塊ij到同類型的拼塊的最近距離（m）</p><p>　　hijs：在給定距離之內(nèi)的拼塊ijs之間的距離（m）</p><p>　　gik：類型i和類型k之間相鄰的格網(wǎng)單元數(shù)目</p><p>　　Pi：拼塊類

84、型i所占景觀面積的比例</p><p>　　拼塊類型面積（CA），單位：ha，范圍：CA>0</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　公式描述：CA等于某一拼塊類型中所有拼塊的面積之和（m2），除以10000后轉(zhuǎn)化為公頃（ha）；即某拼塊類型的總面積。</p><p>　　生態(tài)意義：CA

85、度量的是景觀的組分，也是計(jì)算其它指標(biāo)的基礎(chǔ)。它有很重要的生態(tài)意義，其值的大小制約著以此類型拼塊作為聚居地（Habitation）的物種的豐度、數(shù)量、食物鏈及其次生種的繁殖等，如許多生物對(duì)其聚居地最小面積的需求是其生存的條件之一[61]；不同類型面積的大小能夠反映出其間物種、能量和養(yǎng)分等信息流的差異，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)拼塊中能量和礦物養(yǎng)分的總量與其面積成正比[18]；為了理解和管理景觀，我們往往需要了解拼塊的面積大小，如所需要的拼塊最小面積和

86、最佳面積是極其重要的兩個(gè)數(shù)據(jù)。</p><p>　　景觀面積（TA），單位：ha，范圍：TA>0</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　公式描述：TA等于一個(gè)景觀的總面積，除以10000后轉(zhuǎn)化為公頃（ha）。</p><p>　　生態(tài)意義：TA決定了景觀的范圍以及研究和分析的最大尺度，

87、也是計(jì)算其它指標(biāo)的基礎(chǔ)。在自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)和景觀生態(tài)建設(shè)中，對(duì)于維護(hù)高數(shù)量的物種，維持稀有種、瀕危種以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，保護(hù)區(qū)或景觀的面積是最重要的因素。</p><p>　　拼塊所占景觀面積的比例（%LAND），單位：百分比，范圍：0<%LAND<=100</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　公式描述

88、：%LAND等于某一拼塊類型的總面積占整個(gè)景觀面積的百分比。其值趨于0時(shí)，說(shuō)明景觀中此拼塊類型變得十分稀少；其值等于100時(shí)，說(shuō)明整個(gè)景觀只由一類拼塊組成。</p><p>　　生態(tài)意義：%LAND度量的是景觀的組分，其在拼塊級(jí)別上與拼塊相似度指標(biāo)（LSIM）的意義相同。由于它計(jì)算的是某一拼塊類型占整個(gè)景觀的面積的相對(duì)比例，因而是幫助我們確定景觀中模地（Matrix）或優(yōu)勢(shì)景觀元素的依據(jù)之一；也是決定景觀中的生物

89、多樣性、優(yōu)勢(shì)種和數(shù)量等生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)的重要因素。</p><p>　　拼塊個(gè)數(shù)（NP），單位：無(wú)，范圍：NP>=1</p><p>　　NP = n（2-4）</p><p>　　公式描述：NP在類型級(jí)別上等于景觀中某一拼塊類型的拼塊總個(gè)數(shù)；在景觀級(jí)別上等于景觀中所有的拼塊總數(shù)。</p><p>　　生態(tài)意義：NP反映景觀的空間格局，

90、經(jīng)常被用來(lái)描述整個(gè)景觀的異質(zhì)性，其值的大小與景觀的破碎度也有很好的正相關(guān)性，一般規(guī)律是NP大，破碎度高；NP小，破碎度低。NP對(duì)許多生態(tài)過(guò)程都有影響，如可以決定景觀中各種物種及其次生種的空間分布特征；改變物種間相互作用和協(xié)同共生的穩(wěn)定性[62]。而且，NP對(duì)景觀中各種干擾的蔓延程度有重要的影響[63]，如某類拼塊數(shù)目多且比較分散時(shí)，則對(duì)某些干擾的蔓延（蟲災(zāi)、火災(zāi)等）有抑制作用。</p><p>　　最大拼塊所占景

91、觀面積的比例（LPI），單位：百分比，范圍：0<LPI<=100</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　公式描述：LPI等于某一拼塊類型中的最大拼塊占據(jù)整個(gè)景觀面積的比例。</p><p>　　生態(tài)意義：有助于確定景觀的模地或優(yōu)勢(shì)類型等。其值的大小決定著景觀中的優(yōu)勢(shì)種、內(nèi)部種的豐度等生態(tài)特征；其值的變化

92、可以改變干擾的強(qiáng)度和頻率，反映人類活動(dòng)的方向和強(qiáng)弱。</p><p>　　拼塊平均大小（MPS），單位：ha，范圍：MPS>0</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　公式描述：MPS在拼塊級(jí)別上等于某一拼塊類型的總面積除以該類型的拼塊數(shù)目；在景觀級(jí)別上等于景觀總面積除以各個(gè)類型的拼塊總數(shù)。</p>

93、<p>　　生態(tài)意義：MPS代表一種平均狀況，在景觀結(jié)構(gòu)分析中反映兩方面的意義：景觀中MPS值的分布區(qū)間對(duì)圖像或地圖的范圍以及對(duì)景觀中最小拼塊粒徑的選取有制約作用；另一方面MPS可以指征景觀的破碎程度，如我們認(rèn)為在景觀級(jí)別上一個(gè)具有較小MPS值的景觀比一個(gè)具有較大MPS值的景觀更破碎，同樣在拼塊級(jí)別上，一個(gè)具有較小MPS值的拼塊類型比一個(gè)具有較大MPS值的拼塊類型更破碎。研究發(fā)現(xiàn)MPS值的變化能反饋更豐富的景觀生態(tài)信息，它

94、是反映景觀異質(zhì)性的關(guān)鍵[38]。</p><p>　　面積加權(quán)的平均形狀因子（AWMSI），單位：無(wú)，范圍：AWMSI>=1</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　公式描述：AWMSI在拼塊級(jí)別上等于某拼塊類型中各個(gè)拼塊的周長(zhǎng)與面積比乘以各自的面積權(quán)重之后的和；在景觀級(jí)別上等于各拼塊類型的平均形狀因子乘以類型

95、拼塊面積占景觀面積的權(quán)重之后的和。其中系數(shù)0.25是由柵格的基本形狀為正方形的定義確定的。公式表明面積大的拼塊比面積小的拼塊具有更大的權(quán)重。當(dāng)AWMSI=1時(shí)說(shuō)明所有的拼塊形狀為最簡(jiǎn)單的方形（采用矢量版本的公式時(shí)為圓形）；當(dāng)AWMSI值增大時(shí)說(shuō)明拼塊形狀變得更復(fù)雜，更不規(guī)則。</p><p>　　生態(tài)意義：AWMSI是度量景觀空間格局復(fù)雜性的重要指標(biāo)之一，并對(duì)許多生態(tài)過(guò)程都有影響。如拼塊的形狀影響動(dòng)物的遷移、覓食

96、等活動(dòng)[14，64]，影響植物的種植與生產(chǎn)效率[65]；對(duì)于自然拼塊或自然景觀的形狀分析還有另一個(gè)很顯著的生態(tài)意義，即常說(shuō)的邊緣效應(yīng)。</p><p>　　面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)（AWMPFD），單位：無(wú)，范圍：1<=AWMPFD<=2</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　公式描述：AWMPFD的

97、公式形式與AWMSI相似，不同的是其運(yùn)用了分維理論來(lái)測(cè)量拼塊和景觀的空間形狀復(fù)雜性。AWMPFD=1代表形狀最簡(jiǎn)單的正方形或圓形，AWMPFD=2代表周長(zhǎng)最復(fù)雜的拼塊類型，通常其值的可能上限為1.5。</p><p>　　生態(tài)意義：AWMPFD是反映景觀格局總體特征的重要指標(biāo)，它在一定程度上也反映了人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響[24,29,40,66]。一般來(lái)說(shuō)，受人類活動(dòng)干擾小的自然景觀的分?jǐn)?shù)維值高，而受人類活動(dòng)影

98、響大的人為景觀的分?jǐn)?shù)維值低。應(yīng)該指出的是，盡管分?jǐn)?shù)維指標(biāo)被越來(lái)越多地運(yùn)用于景觀生態(tài)學(xué)的研究，但由于該指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重依賴于空間尺度和格網(wǎng)分辨率[67]，因而我們?cè)诶肁WMPFD指標(biāo)來(lái)分析景觀結(jié)構(gòu)及其功能時(shí)要更為審慎。</p><p>　　平均最近距離（MNN），單位：m，范圍：MNN>0</p><p><b>　?。?-9）</b></p>

99、<p>　　公式描述：MNN在拼塊級(jí)別上等于從拼塊ij到同類型的拼塊的最近距離之和除以具有最近距離的拼塊總數(shù)；MNN在景觀級(jí)別上等于所有類型在拼塊級(jí)別上的MNN之和除以景觀中具有最近距離的拼塊總數(shù)。</p><p>　　生態(tài)意義：MNN度量景觀的空間格局。一般來(lái)說(shuō)MNN值大，反映出同類型拼塊間相隔距離遠(yuǎn)，分布較離散；反之，說(shuō)明同類型拼塊間相距近，呈團(tuán)聚分布。另外，拼塊間距離的遠(yuǎn)近對(duì)干擾很有影響，如距離近

100、，相互間容易發(fā)生干擾；而距離遠(yuǎn)，相互干擾就少。但景觀級(jí)別上的MNN在拼塊類型較少時(shí)應(yīng)慎用。</p><p>　　平均鄰近指數(shù)（MPI），單位：無(wú)，范圍：MPI>=0</p><p><b>　　（2-10）</b></p><p>　　公式描述：給定搜索半徑后，MPI在拼塊級(jí)別上等于拼塊ijs的面積除以其到同類型拼塊的最近距離的平方之和除

101、以此類型的拼塊總數(shù)；MPI在景觀級(jí)別上等于所有拼塊的平均鄰近指數(shù)。MPI=0時(shí)說(shuō)明在給定搜索半徑內(nèi)沒(méi)有相同類型的兩個(gè)拼塊出現(xiàn)。MPI的上限是由搜索半徑和拼塊間最小距離決定的。</p><p>　　生態(tài)意義：MPI能夠度量同類型拼塊間的鄰近程度以及景觀的破碎度，如MPI值小，表明同類型拼塊間離散程度高或景觀破碎程度高；MPI值大，表明同類型拼塊間鄰近度高，景觀連接性好。研究證明MPI對(duì)拼塊間生物種遷徙或其它生態(tài)過(guò)程

102、進(jìn)展的順利程度都有十分重要的影響[68]。</p><p>　　景觀豐度（PR），單位：無(wú)，范圍：PR>=1</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　公式描述：PR等于景觀中所有拼塊類型的總數(shù)。</p><p>　　生態(tài)意義：PR是反映景觀組分以及空間異質(zhì)性的關(guān)鍵指標(biāo)之一，并對(duì)許多生態(tài)

103、過(guò)程產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)景觀豐度與物種豐度之間存在很好的正相關(guān)[69]，特別是對(duì)于那些生存需要多種生境條件的生物來(lái)說(shuō)PR就顯得尤其重要[70]。</p><p>　　香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI），單位：無(wú)，范圍：SHDI>=0</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　公式描述：SHDI在景觀級(jí)別上等于各拼塊類型的

104、面積比乘以其值的自然對(duì)數(shù)之后的和的負(fù)值。SHDI=0表明整個(gè)景觀僅由一個(gè)拼塊組成；SHDI增大，說(shuō)明拼塊類型增加或各拼塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布。</p><p>　　生態(tài)意義：SHDI是一種基于信息理論的測(cè)量指數(shù)[71]，在生態(tài)學(xué)中應(yīng)用很廣泛。該指標(biāo)能反映景觀異質(zhì)性，特別對(duì)景觀中各拼塊類型非均衡分布狀況較為敏感，即強(qiáng)調(diào)稀有拼塊類型對(duì)信息的貢獻(xiàn)，這也是與其它多樣性指數(shù)不同之處。在比較和分析不同景觀或同一景觀不

105、同時(shí)期的多樣性與異質(zhì)性變化時(shí)，SHDI也是一個(gè)敏感指標(biāo)。如在一個(gè)景觀系統(tǒng)中，土地利用越豐富，破碎化程度越高，其不定性的信息含量也越大，計(jì)算出的SHDI值也就越高。景觀生態(tài)學(xué)中的多樣性與生態(tài)學(xué)中的物種多樣性有緊密的聯(lián)系，但并不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)在一景觀中二者的關(guān)系一般呈正態(tài)分布[68]。</p><p>　　香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI），單位：無(wú)，范圍：0<=SHEI<=1</p>&