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Scale effect of Nanjing urban green infrastructure network pattern and connectivity analysis.

南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应


以南京市为研究区,基于ArcGIS、Erdas、GuidosToolbox和Conefor等软件平台,采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性分析方法,通过在MSPA中设置不同的粒度、边缘宽度和在景观连通性分析中设置不同的扩散距离阈值,对2013年南京市绿色基础设施网络格局变化的尺度效应、边缘效应与距离效应进行评价.结果表明: 基于MSPA获取的景观类型构成存在明显的尺度效应和边缘效应,且边缘效应对MSPA景观类型的影响较尺度效应更为明显.不同扩散距离对景观连通性的影响很大,对于南京市来说,2 km或2.5 km是关键的扩散距离阈值.当输入数据选择粒度30 m、边缘宽度30 m时,可以得到南京市城市绿色基础设施(UGI)网络更为详尽的景观信息.基于MSPA与景观连通性方法,分析尺度效应、边缘效应、距离效应对研究区UGI网络景观类型的影响,有助于选择合适的粒度、边缘宽度及扩散距离,并更好地理解UGI网络的空间格局和与生态过程相关的尺度效应和距离效应,从而使得UGI网络时空格局变化分析时的参数设置更为科学合理.研究结果可为中尺度范围内UGI景观网络时空格局分析时的参数设置提供重要的参考和依据,对其他地区UGI景观网络的分析也具有一定的借鉴意义.

Based on ArcGIS, Erdas, GuidosToolbox, Conefor and other software platforms, using morphological spatial pattern analysis (MSPA) and landscape connectivity analysis methods, this paper quantitatively analysed the scale effect, edge effect and distance effect of the Nanjing urban green infrastructure network pattern in 2013 by setting different pixel sizes (P) and edge widths in MSPA analysis, and setting different dispersal distance thresholds in landscape connectivity analysis. The results showed that the type of landscape acquired based on the MSPA had a clear scale effect and edge effect, and scale effects only slightly affected landscape types, whereas edge effects were more obvious. Different dispersal distances had a great impact on the landscape connectivity, 2 km or 2.5 km dispersal distance was a critical threshold for Nanjing. When selecting the pixel size 30 m of the input data and the edge wide 30 m used in the morphological model, we could get more detailed landscape information of Nanjing UGI network. Based on MSPA and landscape connectivity, analysis of the scale effect, edge effect, and distance effect on the landscape types of the urban green infrastructure (UGI) network was helpful for selecting the appropriate size, edge width, and dispersal distance when developing these networks, and for better understanding the spatial pattern of UGI networks and the effects of scale and distance on the ecology of a UGI network. This would facilitate a more scientifically valid set of design parameters for UGI network spatiotemporal pattern analysis. The results of this study provided an important reference for Nanjing UGI networks and a basis for the analysis of the spatial and temporal patterns of mediumscale UGI landscape networks in other regions.


全 文 :南京市绿色基础设施网络格局与
连通性分析的尺度效应
于亚平1  尹海伟1∗  孔繁花2  王晶晶1  徐文彬1
( 1南京大学城市规划与设计系, 南京 210093; 2南京大学国际地球系统科学研究所, 南京 210023)
摘  要  以南京市为研究区,基于 ArcGIS、Erdas、GuidosToolbox 和 Conefor 等软件平台,采用
形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性分析方法,通过在 MSPA中设置不同的粒度、边缘
宽度和在景观连通性分析中设置不同的扩散距离阈值,对 2013 年南京市绿色基础设施网络
格局变化的尺度效应、边缘效应与距离效应进行评价.结果表明: 基于 MSPA获取的景观类型
构成存在明显的尺度效应和边缘效应,且边缘效应对 MSPA景观类型的影响较尺度效应更为
明显.不同扩散距离对景观连通性的影响很大,对于南京市来说,2 km 或 2.5 km 是关键的扩
散距离阈值.当输入数据选择粒度 30 m、边缘宽度 30 m 时,可以得到南京市城市绿色基础设
施(UGI)网络更为详尽的景观信息.基于 MSPA与景观连通性方法,分析尺度效应、边缘效应、
距离效应对研究区 UGI网络景观类型的影响,有助于选择合适的粒度、边缘宽度及扩散距离,
并更好地理解 UGI网络的空间格局和与生态过程相关的尺度效应和距离效应,从而使得 UGI
网络时空格局变化分析时的参数设置更为科学合理.研究结果可为中尺度范围内 UGI 景观网
络时空格局分析时的参数设置提供重要的参考和依据,对其他地区 UGI景观网络的分析也具
有一定的借鉴意义.
关键词  形态学空间格局分析(MSPA); 景观连通性; 城市绿色基础设施(UGI); 南京市
本文由国家自然科学基金项目(51478217)和中央高校基本科研业务费专项资助 This work was supported by the National Natural Science Founda⁃
tion of China (51478217) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities.
2015⁃12⁃28 Received, 2016⁃03⁃29 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: qzyinhaiwei@ 163.com
Scale effect of Nanjing urban green infrastructure network pattern and connectivity analysis.
YU Ya⁃ping1, YIN Hai⁃wei1∗, KONG Fan⁃hua2, WANG Jing⁃jing1, XU Wen⁃bin1 ( 1Department
of Urban Planning and Design, Nanjing University, Nanjing 210093,China; 2International Institute
for Earth System Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023, China) .
Abstract: Based on ArcGIS, Erdas, GuidosToolbox, Conefor and other software platforms, using
morphological spatial pattern analysis (MSPA) and landscape connectivity analysis methods, this
paper quantitatively analysed the scale effect, edge effect and distance effect of the Nanjing urban
green infrastructure network pattern in 2013 by setting different pixel sizes (P) and edge widths in
MSPA analysis, and setting different dispersal distance thresholds in landscape connectivity analy⁃
sis. The results showed that the type of landscape acquired based on the MSPA had a clear scale
effect and edge effect, and scale effects only slightly affected landscape types, whereas edge effects
were more obvious. Different dispersal distances had a great impact on the landscape connectivity, 2
km or 2.5 km dispersal distance was a critical threshold for Nanjing. When selecting the pixel size
30 m of the input data and the edge wide 30 m used in the morphological model, we could get more
detailed landscape information of Nanjing UGI network. Based on MSPA and landscape connectivi⁃
ty, analysis of the scale effect, edge effect, and distance effect on the landscape types of the urban
green infrastructure (UGI) network was helpful for selecting the appropriate size, edge width, and
dispersal distance when developing these networks, and for better understanding the spatial pattern
of UGI networks and the effects of scale and distance on the ecology of a UGI network. This would
facilitate a more scientifically valid set of design parameters for UGI network spatiotemporal pattern
应 用 生 态 学 报  2016年 7月  第 27卷  第 7期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2119-2127                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.006
analysis. The results of this study provided an important reference for Nanjing UGI networks and a
basis for the analysis of the spatial and temporal patterns of medium⁃scale UGI landscape networks
in other regions.
Key words: morphological spatial pattern analysis (MSPA); landscape connectivity; urban green
infrastructure (UGI); Nanjing City.
    随着我国城市化进程的不断推进,城市空间不
断扩展,致使城市下垫面性质发生改变,生境斑块变
得日益破碎化,景观连通性不断降低,严重削弱了城
市生态系统的服务和城市的可持续发展能力[1-3] .城
市绿色基础设施(urban green infrastructure,UGI)作
为自然生命支持系统(natural life support system),
可为生物多样性保护、生态环境质量维护和人类福
祉提供重要的空间载体与保障,对于维护城市生态
系统的服务具有重要意义[4-5] .
传统的 UGI 要素识别和时空格局研究主要基
于 GIS技术和景观指数分析,且通常将 UGI 网络的
结构性要素(核心、廊道)分别提取出来进行单独分
析[3] .近年来,形态学空间格局分析(morphological
spatial pattern analysis,MSPA)方法开始被引入到
UGI网络分析中[6-8] .MSPA 是 Vogt 等[9]基于腐蚀、
膨胀、开运算、闭运算等数学形态学原理对栅格图像
的空间格局进行度量、识别和分割的一种图像处理
方法,能够更加精确地分辨出景观的类型与结构.该
方法强调结构性连接,仅依赖于土地利用数据,将其
重新分类后提取林地、湿地等自然生态要素作为前
景( foreground),其他用地类型作为背景 ( back⁃
ground),然后采用一系列的图像处理方法将前景按
形态分为互不重叠的 7 类景观.MSPA 能够快速识
别 UGI网络的结构要素,进而对 UGI 网络的空间分
布进行可视化分析.景观连通性指景观对生态流的
便利和阻碍程度,是衡量景观格局和功能的一个重
要指标[10] .连通性良好的 UGI 网络可以更好地保护
区域生物多样性和维持生态系统的稳定性和整体
性[11] .目前,大量基于景观连通性指数和景观连通
性模型的研究已经广泛应用于生态学的各个方
面[6,12-21] .例如,Conefor软件可以定量分析栖息地和
廊道对于维持或提高景观连通性的重要性,通过识
别生态连通性的关键站点,确定其优先次序,被认为
是在景观规划和栖息地保护中的决策支持工具.
近年来,国外基于 MSPA 和景观连通性分析方
法的 UGI 时空格局变化研究逐渐增多[22-27] .例如,
Saura等[13]采用 MSPA和景观连通性方法分析了西
班牙两个不同尺度和管理背景下的森林区域中各结
构要素的重要性,并考虑了距离效应对景观结构要
素的影响;Vogt 等[27]基于 MSPA 方法,通过设置不
同的粒度和边缘宽度的组合,探讨了 MSPA 对尺度
效应、边缘效应的敏感性;Wickham 等[8]采用 MSPA
方法对整个美国的 UGI 格局进行分析与评价,并探
讨了边缘效应、邻域规则对 UGI 时空格局演化的影
响.国内目前有关 UGI 景观格局与连通性的尺度效
应研究仍以景观指数与连通性指数分析为主[28-33],
而基于 MSPA 的景观格局与连通性分析尚不多
见[34-35],关于粒度效应、边缘效应、距离效应对 UGI
景观格局和景观连通性影响的研究更为少见.
本文以南京市为研究区,基于 ArcGIS、Erdas、
GuidosToolbox和 Conefor等软件平台,采用 MSPA和
景观连通性分析方法,通过在 MSPA 分析中设置不
同的粒度(pixel)、边缘宽度( edge width)和在景观
连通性分析中设置不同的扩散距离阈值(maximum
dispersal distance),探讨了粒度效应、边缘效应和距
离效应对南京市 UGI 网络格局变化的影响,以期明
确粒度效应、边缘效应对研究区 UGI 网络格局有何
影响、以及距离效应对研究区 UGI 的景观连通性水
平有何影响,旨在为南京市 UGI 网络格局分析时设
置合适的分析参数提供重要的参考和依据,对其他
城市 UGI网络格局的尺度效应分析也具有一定的
借鉴意义.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
南京市是江苏省省会,地处长江三角洲西端
(31°14′—32°37′ N、118°45′—119°14′ E),市域总面
积 6582 km2 .该区属北亚热带湿润气候,四季分明,
雨量充沛;境内江河湖泊遍布,长江穿城而过,主要
支流有秦淮河和滁河,湖泊主要有固城湖、玄武湖
等;地貌以低山丘陵和河谷平原为主,两者交错分布
(图 1).
南京市虽坐拥山水城林、自然人文景观资源丰
富,但随着城市建设用地的快速扩张,UGI 不断遭受
侵占与蚕食.2000年以来,南京市先后出台并实施了
一系列生态保护措施,使得部分在快速城市化过程
中遭到破坏的 UGI网络得以部分恢复.
0212 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 1  研究区 2013年土地利用类型
Fig.1  Land use types of the study area in 2013.
1􀆰 2  数据来源与预处理
本研究所使用的主要数据有:南京市 2013 年 8
月 11日的 TM遥感影像数据(源于地理空间数据云
网站)、1 ∶ 50000 地形图以及南京市城市总体规划
中的相关图件.
首先,基于 ERDAS 软件平台,将 2013 年的 TM
遥感影像数据进行多光谱融合.然后,以地形图为参
照,将融合后的遥感数据进行精校正(均方根 RMS<
1个像元)和坐标转换(统一转换成 WGS _1984 坐
标体系和 UTM投影坐标体系),并按照研究区边界
进行数据裁剪.最后,基于监督分类方法得到土地利
用现状图,并结合城市总体规划中的用地现状图和
实地调研数据进行验证.根据研究区实际情况和研
究目的,将南京市土地利用类型划分为 7类:建设用
地、草地、林地、农田、道路、水体和裸地(图 1),并将
林地、草地、水体作为 UGI 的主要构成要素,合并为
UGI一类.
1􀆰 3  研究方法
1􀆰 3􀆰 1南京市 UGI网络格局的粒度效应与边缘效应
分析  首先,基于研究区的土地利用现状图,将 UGI
作为前景,其他用地类型作为背景,并将数据转为
TIFF格式的二值栅格数据文件.然后,基于 Guidos
Toolbox软件,采用八邻域分析方法,边缘宽度(edge
width)参数设置为 4,对应的物理距离为 120 m,粒
度大小分别设置为 30、60、120 m,进行 MSPA 分析,
并将得到的 7类景观类型进行统计(表 1) [35],进而
分析粒度效应对研究区UGI网络景观结构的影响 .
表 1  MSPA的景观类型及其生态学含义
Table 1  Definition of landscape type based on MSPA
景观类型
Landscape type
生态学含义
Ecological meaning
核心区
Core
前景像元中较大的生境斑块,可以为物种提供较大的栖息
地,对生物多样性的保护具有重要意义,是生态网络中的
生态源地
岛状斑块 Islet 彼此不相连的孤立、破碎的小斑块,斑块之间的连接度比
较低,内部物质、能量交流和传递的可能性比较小
孔隙 Perforation 核心区和非绿色景观斑块之间的过渡区域,即内部斑块边
缘(边缘效应)
边缘区 Edge 是核心区和主要非绿色景观区域之间的过渡区域
桥接区 Bridge 连通核心区的狭长区域,代表生态网络中斑块连接的廊
道,对生物迁移和景观连接具有重要意义
环岛区 Loop 连接同一核心区的廊道,是同一核心区内物种迁移的捷径
支线 Branch 只有一端与边缘区、桥接区、环道区或者孔隙相连的区域
再次,采用同样的方法,使用粒度为 30 m 的栅格数
据,边缘宽度参数分别设置为 1、2、4,对应的物理距
离分别为 30、60、120 m,分析边缘效应对 UGI 网络
景观结构的影响.最后,为了表征边缘宽度的变化对
大、中、小型斑块及其网络数量的影响,将核心区按
照面积大小划分为 3 类,并分别统计了 3 类核心区
及其网络构成的数量变化特征.需要说明的是,这里
的边缘宽度指 MSPA分析时定义的非核心区类型的
宽度和厚度(以像素为单位),真实的距离对应边缘
像素的数量乘以数据的像素精度;“边缘效应”指图
形分析时人为改变边缘宽度导致的分析结果的变
化,不同于生态学意义上景观边界两侧或生态交错
带生态系统在生物量、物种组成、理化参数等方面对
边界的响应.
1􀆰 3􀆰 2南京市 UGI景观连通性的距离效应分析  首
先,基于 GIS软件平台,从 MSPA 7 类景观类型中提
取出对于维持 UGI 网络连通性具有重要意义的核
心区(本文选取面积大于 1000 m2的核心斑块进行
分析).然后,基于 Conefor软件[9],使用 30 m的栅格
数据(边缘宽度设置为 30 m),分别设置扩散距离阈
值为 1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 km 7 种情景,连
通的概率均设为 0.5(中等扩散距离对应的扩散概
率) [4,13],采用景观连通性指数等量连接面积
(equivalent connected area,ECA),包括整体连通性
的等量连接面积指数 EC(IIC)和可能连通性的等量
连接面积指数 EC(PC),对 2013 年核心斑块的整体
景观连通性的距离效应进行定量评价.最后,基于
GIS软件中 Matrix Green 工具,通过距离分析(patch
distance analysis)方法,分析核心斑块在不同连接距
离下,景观网络个数及最大景观网络面积占总面积
的百分比,进一步分析距离效应对研究区 UGI 网络
12127期                        于亚平等: 南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应           
的整体景观连通性影响.
2  结果与分析
2􀆰 1  粒度效应对 UGI网络景观结构的影响
在粒度 30、60、120 m时,研究区 2013年绿色基
础设施的总面积分别为 131097、 131202、 131465
hm2,UGI 总面积稍有增加,这是因为尺度不同造成
的微小差异.由表 2 可见,随着粒度增加,核心区一
直是研究区的主要景观类型,约占 UGI 总面积的
42%,其次是孤岛区、边缘区、桥接区;随着粒度增
加,核心区面积先减后增,孤岛面积先增后减,孔隙、
边缘面积、分支面积递增 (依次增加了 135. 7%、
35.6%、66.1%),环道区、桥接区面积递减(依次减少
了 59.5%、48.5%);孤岛区数量先增后减,孔隙、桥
接区数量先减后增,其余景观类型的数量均大幅递
减.事实上,大部分情况下核心区的内部像素依然是
核心区(核心区转变成核心区的概率大于 0.5).但是
核心区面积的外部边界很可能以较高的概率(转变
概率在 0.1~0.5)转变成边缘类型,或者以较低的概
率转变成分支、桥接区、孔隙或非 UGI 要素(转变概
率<0.1) [22],这主要在于非核心区类型要素宽度的
增加或是狭长形的小面积的 UGI 要素的减少.随着
粒度的增加,核心区面积的减少(像素由 30 m 增加
到 60 m时)对应着孔隙、边缘、分支面积增加,而对
于小面积的核心斑块,粒度的增加很可能导致其转
变成孤岛类型或是完全被移除.由于非核心区MSPA
类型要素宽度增加,边缘区最有可能转变成桥接区、
分支,或是孤岛类(粒度 P 足够大).孔隙、桥接区、
分支、孤岛很可能转变成非 UGI 要素(狭长形的小
面积的 UGI消失),而桥接区、分支、孤岛转变成其
他 MSPA类型的可能性相对较低.总之,随着粒度增
加,MSPA类型不稳定,处于动态变化(图 2).
2􀆰 2  边缘效应对 UGI网络景观结构的影响
由表 3可见,随着边缘宽度的增加,核心区依然
是研究区 UGI的主要景观类型,面积平均约占 UGI
总面积的55%,其次是边缘、分支类;核心、孔隙、边
表 2  粒度 30、60、120 m时MSPA各景观类型比重及数量变化(边缘宽度 120 m)
Table 2  Changes of percentage and number of MSPA landscape types at 30, 60 and 120 m pixel scales (edge width, 120 m)
景观类型
Landscape type
像素 30 m Pixel 30 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
像素 60 m Pixel 60 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
像素 120 m Pixel 120 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
核心区 Core area 42.3 1058 40.4 808 42.3 687
孤岛 Islet 17.7 4339 19.4 5350 18.9 3723
孔隙 Perforation 0.1 22 0.2 19 0.3 26
边缘 Edge 13.3 2690 14.7 2028 18.0 1327
环道区 Loop 8.2 837 6.0 462 3.3 325
桥接区 Bridge 11.7 435 11.1 388 6.0 453
分支 Branch 6.7 10283 8.3 5040 11.1 2939
合计 Total 100 100 100
表 3  边缘宽度 30、60、120 m时MSPA各景观类型比重及其数量变化(粒度 30 m)
Table 3  Changes of percentage and number of MSPA landscape types at 30, 60 and 120 m edge width scales (pixel size, 30
m)
景观类型
Landscape type
边缘宽度 30 m Edge wide 30 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
边缘宽度 60 m Edge wide 60 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
边缘宽度 120 m Edge wide 120 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
核心区 Core area 68.2 6794 54.0 2881 42.3 1058
孤岛 Islet 1.8 1870 8.4 3404 17.7 4339
孔隙 Perforation 0.3 130 0.3 77 0.1 22
边缘 Edge 17.0 11281 16.1 6730 13.3 2690
环道区 Loop 2.1 3473 5.7 1888 8.2 837
桥接区 Bridge 3.2 4298 7.5 1257 11.7 435
分支 Branch 7.3 33496 7.9 19510 6.7 10283
合计 Total 100 100 100
2212 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 2  2013年 UGI的景观类型空间分布图[粒度 30 (a)、60 (b)、120 (c) m]
Fig.2  Map of UGI landscape types at 30 m (a), 60 m (b), and 120 m (c) pixel scales in 2013.
缘区面积递减(分别减少 38.0%、57.6%、21.7%),孤
岛、环道、桥接类面积递增 (分别增加 860. 3%、
286.9%、267.6%),分支区面积先增后减;除孤岛区
的数量逐渐增加外,其余景观类型的数量均逐渐减
少.这主要是因为边缘宽度的增加,使核心区面积的
最小尺寸增大,同时导致非核心区类型要素宽度增
加,因此减少了被归类为核心区的像素数量,导致核
心区面积丢失,进而引起其他 MSPA景观类型增加,
且增幅较大,如孤岛、环道区、桥接区面积的增加
(图 3).边缘宽度值越大,边缘、孔隙类越容易转变
成分支和桥接区,或是孤岛和孔隙转变成边缘.当边
缘宽度大于 60 m时,桥接区和环道区增加的速度比
边缘宽度小于 60 m时的增速缓慢,因为边缘宽度较
大时,桥接区和环道区很可能转变成孤岛类.
由表 4 可见,边缘宽度的变化对网络数量有着
非线性的影响,主要是因为大部分网络都比较小
(连接小于 100 个像素的核心区的网络个数占
84%),且边缘宽度的增加使原先被连接的核心区转
32127期                        于亚平等: 南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应           
表 4  UGI网络的景观类型核心区、网络数量的变化(粒度 30 m)
Table 4  Changes of core area and number of UGI network at 30 m, 60 m and 120 m edge width scales (pixel size, 30 m)
核心和网络
Core and network description
边缘宽度 30 m
Edge wide 30 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
边缘宽度 60 m
Edge wide 60 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
边缘宽度 120 m
Edge wide 120 m
占 UGI总面积的
百分比
Percentage in
UGI area
数量
Number
0≤核心区面积<1000 m2
Core area with ≥0 but <1000 m2 (amall)
15.4 6692 8.5 2795 4.8 988
1000 m2≤核心区面积<4000 m2
Core area with ≥1000 m2 but <4000 m2 (large)
8.3 60 7.4 51 7.1 45
核心区面积≥4000 m2
Core area with ≥4000 m2
44.6 42 38.1 35 30.4 25
网络数量
Number of networks
100 2966 100 1401 100 464
0≤连接核心面积的像素个数<10 的网
络数量
Number of networks with ≥0 but < 10
pixels to connect core area
0.8 1038 0.9 608 0.9 138
10≤连接核心面积的像素个数<100 的
网络数量
Number of networks with ≥10 but <100
pixels to connect core area
5.8 1462 4.6 531 4.1 174
100≤连接核心面积的像素个数<1000
的网络数量
Number of networks with ≥ 100 but <
1000 pixels to connect core area
11.4 380 10.6 203 8.9 108
连接核心面积的像素个数≥1000 的网
络数量
Number of networks with≥1000 pixels to
connect core area
82.0 86 83.8 59 86.2 44
变成孤立的核心区.同理,边缘效应对小、中、大面积
的核心区数量也有非线性的影响,并且小面积的核
心区受边缘效应的影响尤为明显.
粒度效应和边缘效应都会对 MSPA类型产生影
响,但是,与粒度变化相比,边缘宽度增加使核心区、
孤岛类、环道区、桥接区的变幅远大于粒度增加时的
变化幅度.表明边缘效应对 MSPA类型的影响更大,
而粒度效应的影响则很微小.由边缘效应引起的
MSPA类型的比例变化与粒度效应引起的类似.但
是,粒度增加会导致空间信息丢失,而边缘宽度的增
加,不会导致信息的丢失和景观格局的改变.
2􀆰 3  距离效应对 UGI网络景观连通性的影响
由表 5可见,随着扩散距离阈值的增加,研究区
UGI网络核心区 EC( IIC)、EC(PC) (面积)占 UGI
总面积的百分比均逐渐增加,EC( IIC)、EC(PC)占
研究区 UGI 总面积均值分别为 24. 2%、29. 5%,且
EC(PC)值均大于 EC( IIC),说明随着扩散距离的
递增,UGI景观连通性呈递增趋势,且可能连通性水
平大于整体连通性,但景观整体连通性及可能连通
性均处于较低水平,研究区 UGI 网络破碎化程度较
大.随着扩散距离的递增,UGI 网络数量逐渐减少,
最大组分网络面积占核心区总面积的比例递增,扩
散距离从 1 km到 2 km,网络数量从 818个降低到 50
个,减少约 94%,呈现骤减趋势;扩散距离从 1 km到
2.5 km,最大组分网络核心区面积占总的核心区面
积的比值从 11.8%骤增到 87.9%,增加约 6.5 倍,当
扩散距离为 5 km,整个景观为一个整体的生境斑
块,此时网络连通性达到最大(图 4).由此可见,对
于研究区的 UGI网络连通性而言,2 或 2.5 km 是一
个关键的扩散距离阈值.
表 5  不同扩散距离阈值下景观连通性指数的变化
Table 5  Changes of landscape connectivity indexes at dif⁃
ferent maximal dispersal distance scales
扩散距离
Dispersal
distance
(km)
整体连通性
等效连接面积
EC(IIC)
(hm2)
可能连通性等
效连接面积
EC(PC)
(hm2)
EC(IIC)占 UGI
总面积的百分比
Percentage of
EC(IIC) in
UGI area
EC(PC)占 UGI
总面积的百分比
Percentage of
EC(PC) in
UGI area
1.0 22721.87 26146.49 17.3 19.9
1.5 25442.15 29874.80 19.4 22.8
2.0 29404.95 33300.97 22.4 25.4
3.0 32731.52 39192.09 25.0 29.9
4.0 35247.47 43715.29 26.9 33.4
5.0 37401.81 47481.29 28.5 36.2
6.0 39423.66 50686.57 30.1 38.7
4212 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 3  2013年 UGI的景观类型空间分布[边缘宽度 30 (a)、60 (b)、120 (c) m]
Fig.3  Spatial distribution of UGI landscape types at 30 m (a), 60 m (b) and 120 m (c) edge width scales in 2013.
3  结    论
基于 MSPA 和景观连通性分析方法的 UGI 网
络格局研究是景观格局分析的一个新框架.本文采
用该方法,对研究区 2013年 UGI网络格局与连通性
的粒度效应、边缘效应和距离效应进行定量评价.结
果表明:研究区 UGI 网络的 MSPA 类型对尺度、粒
度效应是敏感的.相对于边缘宽度的增加,粒度变化
对景观类型的影响较小,对分析结果影响不大,而边
缘效应的影响则比较明显,且边缘宽度增加对 UGI
大中小面积的核心区、网络数量有着非线性的影响.
事实上,粒度增加,会导致空间信息丢失,而边缘宽
度的增加,不会导致信息丢失,因为尺寸参数( size
parameter)的变化没有改变前景要素的组分和格局.
不同的研究尺度、边缘宽度可能会导致 MSPA 的分
析结果不同,对于不同尺度、边缘宽度的 MSPA类型
变化的分析有助于我们选择合适的粒度大小和边缘
宽度,并更好地理解UGI的空间格局和与生态过程
52127期                        于亚平等: 南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应           
图 4  不同最大连接距离阈值下 UGI网络数量、最大组分网
络面积百分比的变化
Fig.4  Changes of number of UGI networks and percentage of
the largest components at different maximal dispersal distance
scales.
相关的尺度效应.研究发现,选用输入数据较大的空
间精度和较小的边缘宽度,会得出研究对象更为详
细的景观格局信息.
基于景观连通性分析的结果表明,生态格局过
程在较大尺度上进行时,景观连通性水平也较大,且
可能连通性水平大于整体连通性水平.基于景观图
谱理论分析的结果表明,扩散距离的增加会提高景
观网络的整体连通性水平,当最大扩散距离增加到
一定程度,整个景观成为一个生境斑块,景观连通性
保持不变并达到最大值.在分析不同尺度区域范围
的 UGI 网络连通性时,如何设置合适的距离阈值需
要考虑区域范围内物种的生态过程和相关研究背
景.例如,对于大、中尺度的区域,最大扩散距离不应
太大,否则连接桥的长度很可能远远超过特定物种
的扩散范围,连接程度可能也会被高估,因此需要考
虑更为详细的情景,以便城市规划管理者或森林管
理者选择合适的扩散距离,进而作出正确的决定以
此提高 UGI景观网络的结构连通性.
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作者简介  于亚平,女,1990 年生,硕士研究生.主要从事区
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责任编辑  杨  弘
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