全 文 ：二维与三维景观格局指数在山区县域景观
格局分析中的应用*
路摇 超1 摇 齐摇 伟1**摇 李摇 乐2 摇 孙摇 瑶1 摇 秦天天1 摇 王娜娜1
( 1山东农业大学资源与环境学院, 山东泰安 271018; 2中国农业大学土地资源管理系, 北京 100193)
摘摇 要摇 景观格局指数是景观格局分析中常用的定量分析工具,而传统二维景观格局指数却
忽略了地形对景观的影响,在定量描述山区景观格局时可能存在一定局限.本文以典型山地
丘陵区山东栖霞市为研究区,在地形结构分析的基础上,选择面积 /密度(类型面积、平均斑块
大小)、边缘 /形状(边缘密度、景观形状指数、平均斑块分维数)、多样性(香农多样性指数、香
农均匀度指数)、聚散性(聚集度)4 个方面的 8 个景观格局指数,比较分析传统二维景观格局
指数与三维景观格局指数对山区景观格局及其动态变化定量描述的差异.结果表明: 三维类
型面积、平均斑块大小和边缘密度与其相应二维指数差异显著,三维景观形状指数、平均斑块
分维数、香农多样性指数和香农均匀度指数与其相应二维指数差异不显著,三维聚集度与二
维聚集度无差别.由于采用斑块表面面积和表面周长计算三维景观格局指数,采用各斑块的
投影面积和投影周长计算二维景观格局指数,所以在描述山区景观面积、密度、边界等指标时
三维景观格局指数相对精确,但在测定景观形状、多样性和聚散性等指数时,则与传统的二维
景观格局指数差异不显著.三维景观格局指数引入了地形特征,对景观格局及其动态变化的
反映相对精确.
关键词摇 景观格局摇 地形分析摇 三维景观格局指数摇 二维景观格局指数
*山东省科技攻关项目(2009GG10009062)资助.
**通讯作者. E鄄mail: qiwei@ sdau. edu. cn
2011鄄08鄄18 收稿,2012鄄02鄄19 接受.
文章编号摇 1001-9332(2012)05-1351-08摇 中图分类号摇 F301. 2;Q149摇 文献标识码摇 A
Applications of 2D and 3D landscape pattern indices in landscape pattern analysis of moun鄄
tainous area at county level. LU Chao1, QI Wei1, LI Le2, SUN Yao1, QIN Tian鄄tian1, WANG
Na鄄na1 ( 1College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai爷an 271018,
Shandong, China; 2Department of Land Resources Management, China Agricultural University, Bei鄄
jing 100193, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(5): 1351-1358.
Abstract: Landscape pattern indices are the commonly used tools for the quantitative analysis of
landscape pattern. However, the traditional 2D landscape pattern indices neglect the effects of ter鄄
rain on landscape, existing definite limitations in quantitatively describing the landscape patterns in
mountains areas. Taking the Qixia City, a typical mountainous and hilly region in Shandong Prov鄄
ince of East China, as a case, this paper compared the differences between 2D and 3D landscape
pattern indices in quantitatively describing the landscape patterns and their dynamic changes in
mountainous areas. On the basis of terrain structure analysis, a set of landscape pattern indices
were selected, including area and density (class area and mean patch size), edge and shape (edge
density, landscape shape index, and fractal dimension of mean patch), diversity (Shannon爷 s di鄄
versity index and evenness index), and gathering and spread (contagion index). There existed ob鄄
vious differences between the 3D class area, mean patch area, and edge density and the corre鄄
sponding 2D indices, but no significant differences between the 3D landscape shape index, fractal
dimension of mean patch, and Shannon爷s diversity index and evenness index and the corresponding
2D indices. The 3D contagion index and 2D contagion index had no difference. Because the 3D
landscape pattern indices were calculated by using patch surface area and surface perimeter whereas
the 2D landscape pattern indices were calculated by adopting patch projective area and projective
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 5 月摇 第 23 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2012,23(5): 1351-1358
perimeter, the 3D landscape pattern indices could be relative accurate and efficient in describing
the landscape area, density and borderline, in mountainous areas. However, there were no distinct
differences in describing landscape shape, diversity, and gathering and spread between the 3D and
2D landscape pattern indices. Generally, by introducing 3D landscape pattern indices to topograph鄄
ic pattern, the description of landscape pattern and its dynamic change would be relatively accu鄄
rate.
Key words: landscape pattern; terrain analysis; 3D landscape pattern indices; 2D landscape pat鄄
tern indices.
摇 摇 景观格局指数是能够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[1-4],是景观生态学中广泛使用的一种定量
研究方法[5-9] .迄今为止,基于二维平面信息的景观
格局指数已被广泛应用,并很好地解决了景观格局
的定量分析问题.但是,此类景观格局指数仅考虑了
景观的二维结构,其景观异质性来源于“鸟瞰冶图,
忽略了具有生态学意义的三维空间格局[10-12] .尤其
在地形复杂的山地丘陵区,利用二维平面信息测得
的斑块面积和斑块周长可能远小于实际斑块的表面
面积和表面周长[13] .
目前,随着地理信息系统(GIS)及计算机技术
的突飞猛进,三维可视化、三维模型等三维分析技术
在众多领域被广泛应用,成为揭示真实景观的重要
技术方法.栖霞市属于山地丘陵区,地形结构复杂,
资源分布差异显著,研究该类地区地形对景观格局
的影响,对山区农业结构调整和生态安全保护尤为
重要[14-18] .为此,本文利用数字高程模型(DEM)对
栖霞市地形结构进行定量分析,提取斑块表面面积
和表面周长等信息对基于平面信息的二维景观格局
指数进行修正,形成能够反映地形特征的三维景观
格局指数,并以此分析了栖霞市景观格局的变化,阐
明三维景观格局指数用于山区景观格局分析的可行
性与必要性,比较了传统二维景观格局指数和三维
景观格局指数对山区复杂地形响应的异同,旨在为
山区景观格局分析提供新思路.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
山东省栖霞市 (37毅05忆—37毅32忆 N,120毅33忆—
121毅15忆 E)地处胶东半岛内陆中部山区,是烟台市
辖县之一,总面积 2017郾 7 km2,海拔 30 ~ 814 m. 境
内大小山峰 2500 余座,海拔 400 m 以上的低山 118
座,群山起伏,丘岭连绵,地形复杂,属典型山地丘陵
地形,素有“六山一水三分田冶和“胶东屋脊冶之称.
土壤类型主要为棕壤、潮棕壤和河潮土.该区属暖温
带季风型半湿润气候,四季分明,光照充足,年均温
11郾 3 益,年降水量 743郾 14 mm,无霜期 207 d,年日
照时数 2690 h.栖霞市拥有秀丽的自然风光和良好
的生态环境,自 1980 年以来,该市大力推进农业结
构调整,快速发展苹果园地,被国家确定为“中国苹
果第一市冶和“全国无公害苹果生产示范基地市冶,
享有“苹果之都冶的美誉.在社会经济快速发展的同
时,栖霞市土地利用结构发生了较大变化.
1郾 2摇 数据来源及预处理
本研究数据包括农村产业结构调整前后的
1987 年 11 月 24 日和 2003 年 10 月 19 日的 LAND鄄
SAT鄄5 TM遥感影像(25 m伊25 m). 首先在 ERDAS
8郾 6 平台下对遥感图像进行几何精校正和图像配
准,选择对绿色植被反应敏感的 TM 4、3、2 波段进
行 RGB假彩色合成,然后进行监督分类,最后参照
土地利用现状图进行错误纠正,得到 1987 和 2003
年栖霞市土地利用现状图(图 1). 根据栖霞市的实
际情况,从遥感图像中提取7种土地利用 / 覆被类
图 1摇 1987 和 2003 年栖霞市土地利用图
Fig. 1摇 Land use map of Qixia City in 1987 and 2003郾
2531 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
型:耕地、园地、林地、草地、建设用地、水域和未利用
地.将栖霞市 1 颐 2郾 5 万地形图进行扫描,在 MapGIS
下对等高线进行屏幕跟踪矢量化,生成拓扑关系完
整的矢量图,最后通过文件转化,在 ArcView 下建立
TIN模型,经过网格化处理得到 25 m伊25 m 栅格的
DEM模型.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 坡度等级划分摇 坡度作为典型的微观地形因
子,是对地面具体点位地形特征的描述,表示了地表
面在该点的倾斜程度. 参考《第二次全国土地调查
技术规程》 [19]坡度级别划分方法,将栖霞市坡度划
分为 4 个级别:0 ~ 6毅、6毅 ~ 15毅、15毅 ~ 25毅、>25毅,分
别统计各坡度带内地表表面面积.
1郾 3郾 2宏观地形因子摇 相对于微观地形因子,宏观地形
因子所描述和反映的是地面较大区域内宏观的地形特
征.地形崎岖不平的变异特性在水平方向上采用地表
粗糙度描述,垂直方向上采用地形起伏度描述.
地表粗糙度是反映地表起伏变化和侵蚀程度的
指标,对于描述或分析景观格局和生态学过程至关
重要,简单而直接地测量景观粗糙度有助于提高景
观格局分析的准确性[20-22] .一般采用地表单元的表
面面积与其在水平面上的投影面积之比作为度量地
表粗糙度的指标.
地形起伏度是反映地形起伏的宏观地形因子,
是所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小
高程的差,是定量描述地貌形态、划分地貌类型的重
要指标,能够在宏观区域内反映地面的起伏特
征[23-24] .本研究根据研究区平均斑块大小,选择 5伊
5 栅格的矩形分析窗口作为地形起伏度的统计窗
口.地形起伏度的计算公式如下:
RF i = Hmax - Hmin
式中:RF i为分析窗口 i内的地形起伏度;Hmax为分析
窗口内的最大高程;Hmin为分析窗口内的最小高程.
1郾 3郾 3 景观格局指数选取 摇 基于前人的研究成
果[25-26],在类型和景观尺度上选取面积 /密度、边
缘 /形状、多样性和聚散性 4 类 8 个常用的景观格局
指数,分别计算其二维和三维指数值(表 1),对山区
景观格局及其变化进行定量化分析.
表 1摇 景观格局指数描述
Table 1摇 Description of selected landscape indices
类型
Type
景观格局指数
Landscape pattern
index
应用水平
Application level
计算公式
Formulation
面积 /密度
Area / density
类型面积
CA (hm2)
类型
Class
CA=A / 1000
A为某一景观类型中所有斑块的面积之和(m2)
平均斑块大小
MPS (hm2)
类型 /景观
Class / landscape
MPS=A / 10000N
A为某一景观类型或整个景观的总面积(m2);N为斑块总数
边缘 /形状
Edge / shape
边缘密度
ED (m·hm-2)
类型 /景观
Class / landscape
ED=E / A伊1000
E为某一景观类型或整个景观的边界总长度(m)
景观形状指数
LSI
类型 /景观
Class / landscape
LSI=0郾 25E / A
LSI逸1;A为某一景观类型或整个景观的总面积(m2)
平均斑块分维数
MPFD
类型 /景观
Class / landscape 类型: MPFD = 移
n
j = 1
2ln(0郾 25p j)
ln(a j
[ ]) / n
景观: MPFD = 移
m
i = 1
移
n
j = 1
2ln(0郾 25pij)
ln(aij
[ ]) / N
1臆MPFD臆2;pij为斑块类型 i中斑块 j的周长(m);aij为斑块类型 i
中斑块 j的面积(m2);m为斑块类型数;n 为某类型斑块数;N 为斑
块总数
多样性
Diversity
香农多样性指数
SHDI
景观
Landscape SHDI = - 移
m
i = 1
Pi lnPi
SHDI逸0;Pi为景观中类型 i所占比例
香农均匀度指数
SHEI
景观
Landscape SHEI = - 移
m
i = 1
Pi lnPi / lnm
0臆SHEI臆1;Pi为景观中类型 i所占比例
聚散性
Gathering and spread
聚集度
CONT
(% )
景观
Landscape CONT = 1 + 移
m
i = 1
移
n
j = 1
Pij lnPij
2ln[ ]m 伊 100
0的概率
35315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 路摇 超等: 二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用摇 摇 摇 摇 摇 摇
1郾 3郾 4 三维景观格局指数计算方法摇 本研究采用由
Jenness[27]开发的基于 DEM数据的计算方法精确地
计算每个栅格的表面面积[10,28] .该方法通过滑框算
法并采用三角形法计算每个栅格的表面面积(图
2).三维空间中的每个三角形连接着中央所要计算
栅格和相邻 2 个栅格的中心点,因而三角形的边长
可以通过勾股定理计算出来,并以此计算出每个三
角形的面积,最后利用 8 个三角形计算出中央栅格
的表面面积.
为了获得每个斑块的表面面积,首先利用前述
方法计算出整个研究区所有栅格的表面面积,然后
与解译后的遥感影像结合,分斑块提取对应栅格的
表面面积,最后加和得出各斑块的表面面积.斑块表
面周长的计算方法与此类似,首先提取各斑块的边
界线,然后将矢量的斑块边界线与 DEM数据结合计
算出斑块各边界的表面长度,最后加和求得各斑块
的表面周长.利用斑块的表面面积和表面周长替代
部分传统二维景观格局指数中的平面面积和平面周
长,并代入各景观格局指数的计算公式(表 1),可以
获得三维景观格局指数.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 微观地形分析
栖霞市地表表面面积2080郾 42 km2 ,较平面面
图 2摇 栅格表面面积计算方法说明图[27]
Fig. 2摇 Illustration of the applied method to determine true sur鄄
face area of patches[27] 郾
积多 62郾 72 km2,是平面面积的 1郾 03 倍,坡度 0毅 ~ 6毅
和 6毅 ~ 15毅的地表面积分别占栖霞市总表面面积的
43郾 9%和 33郾 0% . 由表 2 可以看出,在坡度 0毅 ~ 6毅
的区域内,地表表面面积与平面面积的差异不大,两
者的面积比仅 1郾 002;随着坡度的逐渐增大,面积比
快速增加,坡度>25毅区域内的面积比达 1郾 77. 地表
表面面积与坡度呈正相关,随坡度的增大而快速增
加,这使得地表表面面积在各坡度等级区域内所占
比例区别于平面面积所占比例,从而可相对精确地
反映栖霞市土地空间分布结构.
2郾 2摇 宏观地形分析
栖霞市地表粗糙度 1 ~ 1郾 03 的土地面积占总面
积的 70郾 2% ,分布最广,粗糙度较大的区域主要分
布在东南部的牙山以及西北部的艾山等山区. 栖霞
市地形起伏度在 0 ~ 258郾 19 m,其平原(地形起伏度
<30 m[29-30])面积占 77郾 2% ,台地(地形起伏度 31 ~
70 m[29-30])面积占 21郾 5% ,丘陵(地形起伏度 71 ~
200 m[29-30])面积占 1郾 4% ,山地(地形起伏度>201
m[29-30])分布极少. 地形起伏度的空间分布与地表
粗糙度和坡度类似,高起伏地区集中分布在东部和
西北部的山区(图 3).栖霞市地形复杂,丘陵连绵,
以东南的牙山和西北的艾山两大山系构成了全区西
北东南的地形屋脊,其两侧余脉多呈南北走向,形成
低山丘陵及少量河谷冲击平原,而地形越复杂区域
的地表表面面积越大.
2郾 3摇 景观格局指数分析
2郾 3郾 1 面积及密度指数 摇 栖霞市类型面积(CA)和
平均斑块大小(MPS)指数的三维值均大于相应的二
维值,其中,差异较大的地类是未利用地和草地,而
CA和 MPS均与斑块表面面积有关,这与栖霞市各
地类的空间分布特点一致(图 1),草地主要分布在
中东部和西北部的山地丘陵区,未利用地则主要以
山地中上部的裸岩为主,均处于地形复杂区域,地表
粗糙度较大.由于各地类空间分布不同,所处的地形
各异,使各地类三维面积与二维面积的差异不同,导
表 2摇 不同坡度带的土地平面面积和表面面积
Table 2摇 Planimetric area and true surface area in different slope鄄zones
坡度等级
Slope grade
平 面 Plane
面积
Area (km2)
百分比
Percentage
表 面 Surface
面积
Area (km2)
百分比
Percentage
面积比
Area ratio
0 ~ 6毅 910郾 52 45郾 1 912郾 72 43郾 9 1郾 002
6毅 ~ 15毅 672郾 52 33郾 3 687郾 41 33郾 0 1郾 022
15毅 ~ 25毅 309郾 21 15郾 3 332郾 66 16郾 0 1郾 076
>25毅 125郾 45 6郾 2 147郾 62 7郾 1 1郾 177
合计 Total 2017郾 70 100 2080郾 42 100 -
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图 3摇 研究区坡度等级(a)、地表粗糙度(b)和地形起伏度
(c)的空间分布
Fig. 3摇 Distribution of slope grade (a), surface roughness (b)
and relief (c) in the study area郾
致各地类在整个景观中所占比例发生一定变化. 采
用地表表面面积计算的三维比例可相对精确地反映
栖霞市土地利用结构.
1987—2003 年,随着农村产业结构的调整,栖
霞市土地利用景观结构发生了较大变化.其中,栖霞
市减少最明显的地类是耕地,增加最明显的地类是
园地和建设用地 (表 3 ). 耕地的二维 CA 减少
49337郾 83 hm2,而三维 CA 却减少了 50393郾 89 hm2,
说明传统的二维 CA可能使栖霞市耕地减少面积被
低估了 1056郾 06 hm2;园地和建设用地的二维 CA分
别增加 28591郾 89 和 9816郾 39 hm2,其三维 CA 却分
别增加 29240郾 76 和 9888郾 40 hm2,较二维 CA 分别
增加 648郾 87 和 72郾 01 hm2,说明二维 CA 同样低估
了园地和建设用地的变化.
1987 年,研究区建设用地的平均斑块大小
(MPS)最小,其次是林地和园地,耕地最大. 这主要
是由于栖霞市属于典型山地丘陵地区,城镇和农村
居民点面积不大且分布较分散,加之农业是当时的
主导产业,耕地集中分布;而苹果产业刚有初步发
展,因此园地所占比重不大,主要分布在坡度较大地
区,未能集中连片种植. 2003 年,栖霞市各景观类型
MPS虽然都有不同程度的减小,但相对大小发生了
一定变化,水域取代耕地成为平均斑块最大的地类,
建设用地和园地已不是相对较小的地类,其 MPS 值
仅次于耕地和水域,研究区景观水平上的 MPS 也出
现大幅下降(表 4).这说明 1987—2003 年栖霞市景
观在整体上更加破碎,同时部分地类出现相对集中
分布的格局.作为集约山地农区,栖霞市开展农业结
构调整,大力发展果园,使苹果产业逐渐成为当地的
支柱产业,同时也保留了部分优质耕地,集中开发建
设用地,开辟了一条集约化发展的道路.
2郾 3郾 2 边缘及形状指数摇 边缘密度(ED)、景观形状
指数(LSI)和平均斑块分维数(MPFD)均在类型和
景观 2 个水平上应用.研究区二维 ED与三维 ED差
异较明显,而二维 LSI 和 MPFD 与相应三维值的差
异并不显著(表 3,表 4). ED 能够揭示斑块边界的
复杂程度,在面积一定的情况下,斑块数量越多、形
状越复杂,其边界总长度越大,ED值越高.采用表面
面积和表面周长计算的三维 ED值在景观类型水平
和景观水平上均明显低于二维 ED 值,即三维景观
斑块边界的复杂程度较二维有所降低,三维 ED 可
能更接近景观真实情况.
1987—2003 年,ED 和 LSI 无论在景观类型水
平还是在景观水平都呈增加趋势.这说明 2003 年研
究区景观整体边界形状较 1987 年更复杂,破碎度有
所增加.基于每一斑块形状复杂程度的 MPFD 仅在
耕地水平上有所增加,在其他地类和景观水平上均
呈减小趋势,说明研究期间耕地的平均斑块形状变
得略微复杂,而其他地类及整个景观的平均斑块形
状复杂度有所降低. 栖霞市在景观整体边界形状复
杂程度增加、景观趋于破碎的同时,具体斑块的平均
形状却趋于规则,这主要是由于人为因素的影响不
断增强,土地利用方式趋于集约.
2郾 3郾 3 多样性及聚散性指数 摇 由表 4 可见,二维香
农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)与
其三维指数的差异不显著,二维和三维聚集度
(CONT)则完全相同,但由于计算三维 SHDI 和
SHEI采用的景观类型比例为各景观类型地表面积
在整个景观中所占比例,较平面面积所占景观的比
例更精确,所以三维 SHDI 和 SHEI 能相对精确地反
映真实景观格局. 1987—2003 年,SHDI 和 SHEI 在
二维和三维尺度上均呈增加趋势,而CONT则呈减
55315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 路摇 超等: 二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 1987 和 2003 年景观类型尺度的二维和三维景观格局指数
Table 3摇 2D and 3D landscape pattern indices at class level in 1987 and 2003
景观类型
Landscape type
年份
Year
维数
Dimension
类型面积
CA (hm2)
百分比
Percentage
平均斑块大小
MPS (hm2)
边缘密度
ED (m·hm-2)
景观形状指数
LSI
平均斑块
分维数 MPFD
耕地 1987 2 103031郾 42 51郾 1 17郾 12 126郾 23 100郾 40 1郾 0483
Cropland 3 104989郾 62 50郾 5 17郾 45 125郾 01 100郾 40 1郾 0476
2003 2 53693郾 59 26郾 6 3郾 52 271郾 01 155郾 71 1郾 0557
3 54595郾 74 26郾 2 3郾 58 268郾 56 155郾 65 1郾 0550
园地 1987 2 7938郾 80 3郾 9 4郾 80 234郾 05 51郾 67 1郾 0645
Orchard 3 7966郾 08 3郾 8 4郾 81 233郾 63 51郾 69 1郾 0643
2003 2 36530郾 70 18郾 1 2郾 50 322郾 35 152郾 76 1郾 0584
3 37206郾 84 17郾 9 2郾 55 319郾 77 152郾 99 1郾 0574
林地 1987 2 34919郾 19 17郾 3 4郾 50 262郾 01 121郾 32 1郾 0598
Forest 3 35357郾 52 17郾 0 4郾 56 260郾 25 121郾 30 1郾 0593
2003 2 35203郾 74 17郾 5 1郾 49 422郾 83 196郾 71 1郾 0569
3 36414郾 02 17郾 5 1郾 54 413郾 21 195郾 58 1郾 0563
草地 1987 2 31719郾 28 15郾 7 5郾 51 236郾 37 104郾 31 1郾 0528
Grassland 3 34144郾 05 16郾 4 5郾 93 225郾 38 103郾 23 1郾 0516
2003 2 47113郾 46 23郾 4 1郾 87 390郾 29 210郾 05 1郾 0516
3 49573郾 79 23郾 8 1郾 96 377郾 65 208郾 56 1郾 0508
建设用地 1987 2 11502郾 26 5郾 7 3郾 23 285郾 82 75郾 95 1郾 0613
Construction land 3 11649郾 65 5郾 6 3郾 27 283郾 85 75郾 94 1郾 0608
2003 2 21318郾 66 10郾 6 2郾 56 301郾 23 109郾 05 1郾 0531
3 21538郾 05 10郾 4 2郾 58 299郾 96 109郾 19 1郾 0524
水域 1987 2 980郾 67 0郾 5 11郾 27 150郾 72 11郾 70 1郾 0693
Water 3 989郾 31 0郾 5 11郾 37 150郾 30 11郾 72 1郾 0688
2003 2 1658郾 50 0郾 8 4郾 70 183郾 46 18郾 53 1郾 0566
3 1670郾 81 0郾 8 4郾 73 182郾 97 18郾 55 1郾 0562
未利用地 1987 2 11678郾 37 5郾 8 4郾 62 269郾 22 72郾 09 1郾 0707
Unutilized land 3 12945郾 77 6郾 2 5郾 12 252郾 03 71郾 08 1郾 0686
2003 2 6251郾 36 3郾 1 1郾 37 440郾 29 86郾 31 1郾 0590
3 7042郾 74 3郾 4 1郾 54 408郾 68 85郾 07 1郾 0567
表 4摇 1987 和 2003 年景观尺度的二维和三维景观格局指数
Table 4摇 2D and 3D landscape pattern indices at landscape level in 1987 and 2003
年份
Year
平均斑块大小
MPS (hm2)
2D 3D
边缘密度
ED (m·hm-2)
2D 3D
景观形状指数
LSI
2D 3D
平均斑块分维数
MPFD
2D 3D
香农多样性指数
SHDI
2D 3D
香农均匀度指数
SHEI
2D 3D
聚集度
CONT
(% )
1987 7郾 24 7郾 47 188郾 78 185郾 54 210郾 12 209郾 78 1郾 06 1郾 06 1郾 42 1郾 43 0郾 73 0郾 73 51郾 2
2003 2郾 16 2郾 22 342郾 36 336郾 34 381郾 31 380郾 51 1郾 06 1郾 05 1郾 69 1郾 69 0郾 87 0郾 87 36郾 2
少趋势.说明在景观类型数量不变的情况下,2003
年栖霞市各景观类型的分布较 1987 年更加均衡,但
各景观类型的连接性降低,景观总体破碎化程度有
所增高.这与面积、密度、边缘和形状指数所反映的
趋势基本一致.
3摇 讨摇 摇 论
景观格局分析中传统的二维景观格局指数是基
于平面信息所得,当需要考虑地形因素时,此指数可
能受到局限,而地形是影响景观格局的重要自然因
子[31-33] .本文利用 DEM 数据首先对栖霞市进行微
观和宏观的地形分析,揭示了栖霞市地形分布特点,
然后通过计算各斑块的表面面积和表面周长对常用
的二维景观格局指数进行修正,明确了传统二维景
观格局指数与三维景观格局指数在山地丘陵区定量
景观格局分析中的异同,为山区景观格局分析提供
了新思路.
本研究发现,由于栖霞市地形复杂,斑块表面面
积和表面周长明显大于斑块投影面积和投影周长,
三维 CA、MPS 和 ED 与其相应的二维指数差异明
显,三维 LSI、MPFD、SHDI 和 SHEI 与其相应的二维
指数差异不显著,而三维与二维 CONT则无差别.三
维 CA和 MPS明显大于二维 CA 和 MPS,说明传统
二维面积和密度指数低估了栖霞市各地类真实面积
6531 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
和密度;三维 ED 略小于二维 ED,主要由于斑块表
面面积与平面面积的差异大于斑块表面周长与平面
周长的差异,说明斑块的真实边界复杂程度较其投
影后的边界复杂程度低;三维 LSI 和 MPFD 与二维
LSI和 MPFD差异较小主要是由于指数计算过程中
缩小了三维面积和周长与二维面积和周长的差异,
说明景观形状指数与平均斑块分维数对斑块形状变
化不敏感,但三维指数较接近真实景观;三维 SHDI
和 SHEI与二维 SHDI 和 SHEI 差异同样不显著,原
因在于此指数的计算是基于景观中各地类所占比
例,而各地类比例缩小了表面面积与平面面积的差
异,说明现有多样性指数对地形不敏感;CONT 的计
算与地形无关,主要反映景观的整体聚散性,所以其
三维指数与二维指数无差异.
本研究所用三维景观格局指数是利用斑块表面
面积和表面周长对传统二维景观格局指数的修正,
能够较精确地反映栖霞市景观格局及其变化. 三维
景观格局指数在定量描述栖霞市面积、密度和边界
指数时与相应二维指数差异明显,能够较精确地反
映栖霞市真实信息,但三维形状和多样性指数与相
应二维指数差异不显著,即在原有形状和多样性指
数的基础上增加地形因素后,指数变化不明显.景观
格局指数作为高度浓缩的景观格局信息,在将来的
研究中有必要对现有景观形状指数、多样性指数、聚
散性指数等各类指数进行改进,使其能够考虑地形
因子并对地形变化有所反映.此外,传统二维景观格
局指数对于不同研究区的横向比较由于未考虑地形
因素而略显不足,这在对平原景观与山地景观之间
进行对比时尤为明显.
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作者简介摇 路摇 超,男,1986 年生,硕士研究生.主要从事土
地规划与利用研究. E鄄mail: 2002鄄luki@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
8531 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷