全 文 ：游动分割窗技术在景观界面
影响域判定中的应用
———以牛枝子-黑沙蒿群落界面为例
时项锋 ,许冬梅 ,邱开阳 ,谢应忠
(宁夏大学草业科学研究所 ,宁夏 银川 750021)
摘要:采用样带法 , 以毛乌素沙地南缘牛枝子 Lespedeza potaninii-黑沙蒿 Artemisia ordosica 群落界面为
研究对象。以样带上样地间的平方欧氏距离系数为指标 ,采用游动分割窗技术判定了牛枝子-黑沙蒿群落
界面的位置和宽度。结果表明:当分割窗体大小在 4 个和 6 个样地单位时 ,曲线波动大 , 干扰了界面的判
定。而最小窗体大小为 8个时 , 能很好地进行界面的判定。样带 A和样带 B在样地 20 ～ 25 都出现了波峰。
游动分割窗技术是景观界面影响域判定和群落划分的有效方法 ,并在小尺度研究中能够较好地解释群落水
平界面的边界和宽度。
关键词:群落;景观界面;游动分割窗技术
中图分类号:S812　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2010)04-0030-04
＊ 　20世纪初 ,美国生态学家 Clements 首次将生
态交错带引入生态学研究 ,并将生态交错带看作
是 2 个群落的交错区 ,从而开创了生态学(Eco-
to ne)领域研究的新篇章[ 1] 。一个世纪以来 ,关于
生态交错带的研究一直为广大生态学者所关
注[ 2] 。景观界面的提出起源于生态交错带 ,在一
定程度上 ,生态交错带与景观界面己成为了同义
语[ 3-4] 。一般来说 ,在生态系统中 ,凡处于 2种或
2种以上的物质 、能量 、结构 、功能体系之间所形
成的界面 ,即可称为生态界面 。
景观界面位置和宽度的判定 ,是研究界面各
种生态效应的基础 ,特别是在斑块 、尺度 、格局与
动态 、群落尺度种群统计和种群尺度异质种群的
行为等研究中具有重要意义[ 5] 。景观界面出现在
生态区域[ 6] 、生物群区到群落甚至更小的尺度水
平。界面可以在任何尺度上进行判定 ,并且依赖
于反应变量的特征属性与变幅大小 。界面判定
中 ,常用的方法有群落分类排序和游动分割窗技
术(MSW),而游动分割窗技术已被证明是简单而
且可靠的一种判定界面的方法 ,并且适用于任何
类型的反应变量[ 5 , 7-12] 。
景观界面具有明显的时空动态和脆弱性[ 13] 。
脆弱性主要反映在人地关系紧张区 。研究区地处
毛乌素沙地南缘 ,生物多样性丧失 ,草地生产力降
低 ,荒漠化不断加剧[ 14] 。以荒漠草原向沙地过渡
带为例 ,在小尺度范围内 ,通过野外实测数据 ,采
用游动分割窗技术确定界面影响域的位置和宽
度 ,以揭示植被自草地到沙地随沙化程度加重产
生的变化 ,对指导沙化草地的恢复与重建及草地
资源的可持续开发利用具有实用意义。
1　材料与方法
1.1 研究区概况　研究地位于宁夏盐池县四墩
子村 ,地处缓坡丘陵区 。该地属于典型中温带大
陆性气候 , 年平均气温为 7.7 ℃, 1 月平均气温
-8.9 ℃,7月平均气温 22.5 ℃,绝对最高和最低
气温分别是 38.1 ℃和-29.6 ℃, ≥0 ℃的年积
温为 3 430.3 ℃·d , ≥10 ℃的年积温为 2 949.9
℃·d。多年平均降水 250 ～ 350 mm ,年无霜期
为162 d。土壤类型以淡灰钙土为主 ,其次是风沙
土及少量第三纪红岩母质经侵蚀形成的红沙质
30-33
04/2010 草　业　科　学PRATACULTURAL SCIENCE 27 卷 04 期Vol.27.No.04
＊收稿日期:2009-10-15基金项目:国家自然基金项目资助(30860200)作者简介:时项锋(1984-), 男 ,河南项城人 ,在读硕士生 , 主要从事草地资源 、生态与环境方面研究。
E mai l:shixfeng1984@y ah oo.com .cn通信作者:谢应忠　E m ail:xieyz@n xu.edu.cn
土。植被主要以蒙古冰草 Agropy ron mongoli-
cum 、牛枝子 Lespedeza potanini i 、黑沙蒿 Arte-
misia ordosica 为主 , 伴生有长芒草 St ipa bun-
geana 、赖草 Leymus secalinus 、刺叶柄棘豆 Oxy t-
rop is aciphy lla 、阿尔泰狗娃花 Heteropappus
altaicus 、银灰旋花 Convolvulus ammanni i 、狭叶
米口袋 Gueldenstaedtia stenophy lla 、老瓜头
Cynanchum komarovi i 等植物。
1.2 调查方法　采用样带法 ,沿牛枝子+蒙古
冰草+杂类草群落向黑沙蒿+牛枝子+杂类草群
落方向设置 2条长 300 m ,宽 2 m 的平行样带 ,样
带间距 50 m 。沿样带每隔 10 m 布设样地 ,每个
样地重复 3次 ,样方大小为草本 1 m ×1 m ;灌木
10 m×10 m 。调查植被物种的组成 、高度 、多度 、
盖度和频度。以相对高度 、相对密度 、相对盖度 、
相对频度计算物种重要值 。
1.3 界面影响域判定方法　研究采用游动分
割窗技术。其原理如图 1 所示 ,设置具有偶数取
样点的窗体平均分割为 2 个半窗体 A 和 B ,计算
A和 B 之间的相异系数 ,将窗体向右滑动 1个取
样点 ,再计算半窗体间的相异系数 ,直到右半窗端
点达到最后 1个取样点为止。然后将相异系数系
列沿取样点坐标轴作图 ,根据曲线的峭度和变异
定量判断景观界面的类型 、位置和宽度 。陡峭的
峰值出现区就是景观界面所在的位置 ,峰两边明
显出现起伏的端点之间的距离 (即峰宽)就是景
观界面的宽度 ,峰宽的端点即景观界面和相邻生
态系统 (或群落)的边界 。距离函数的峰值越
陡 ,峰宽越窄 ,景观界面过渡越明显;相反 ,峰值较
低且峰宽较大 ,景观界面是较为渐变的类型 。有
很多函数如相对欧式距离(RED)、弦距离(CRD)
等可用来计算相邻分割窗之间的相异系数 ,目前
最常用的计算相异系数的函数是平方欧氏距离
(SED)[ 15-16] :
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
A B
○取样点
图 1　游动分割窗分析原理示意图
　注:A 和 B 分别代表游动分割窗的 2 个半窗体。
　　SEDnw =∑a
i=1(X iAw -X iB w)
式中 ,SEDnw为窗体为 n 时平方欧氏距离;X iAw和
X iBw分别代表A 半窗体和B半窗体在参数为 i时
的平均值 。
2　结果分析
2.1 景观界面影响域的判定
2.1.1分割窗大小对景观界面影响域判别的影响
　在应用游动分割窗技术进行界面影响域的判定
时 ,窗体的宽度通常依据主观确定 ,但窗体太小 ,
由于大小不同的波峰噪音的干扰而影响界面影响
域的判定 ,窗体太大 ,波峰不明显 ,也会影响判定
结果 。因此 ,分割窗窗体的宽度依据研究的实际
情况而定[ 5] 。根据植物物种重要值 ,采用不同分
割窗窗体大小计算的样带系列见图 2 、3。当分割
窗窗体较小时 ,即窗体大小为 4 个和 6 个样地单
位时 ,曲线波动大 ,平方欧氏距离出现多波峰 ,由
于多波峰噪音干扰了界面的判定。当游动分割窗
窗体大小为 8个和 10个取样单位时 ,平方欧氏距
图 2　样带 A 基于植被物种重要值的平方欧氏距离的
游动分割窗峰值图
3104/ 2010 草　业　科　学(第 27 卷 04 期)
离的峰值变化基本一致 ,这也进一步证明平方欧
氏距离在最小窗体大小为 8个时能清晰判定小尺
度景观界面的位置与宽度 。研究再次验证了游动
分割窗技术通过窗体平滑的方法避免了单纯计算
相邻样地间相异系数所产生的干扰波动 ,更加客
观地判定交错带的位置和宽度[ 17-18] 。
2.1.2不同样带界面影响域判定结果的比较　由
图 2可以看出 ,平方欧氏距离在样带 A 系列上出
现了 1个主要波峰 ,在样地 20 ～ 25 ,峰值出现在
样地 22附近 ,峰值显示的是牛枝子群落和黑沙蒿
群落的边界 ,此波峰陡峭度高 ,表明该边界较为明
显。根据判定结果 ,将其划分为 3 个类型:牛枝
子+蒙古冰草+杂类草群落;牛枝子+黑沙蒿+
杂类草过渡带;黑沙蒿+牛枝子+杂类草群落 。
图 3　样带 B基于植被物种重要值的平方欧氏距离的
游动分割窗峰值图
　　由图 3可以看出 ,平方欧氏距离在样带 B系
列上呈现双波峰曲线 ,第 1峰出现在样地 11 ～
20 ,峰值出现在样地 19附近 ,峰值显示的是蒙古
冰草群落和牛枝子群落的边界 ,此界面具有渐变
性特征。随之出现第 2峰 ,在样地 20 ～ 25 ,峰尖
出现在样地 22附近 ,峰值显示的是牛枝子群落和
黑沙蒿群落的边界 。此峰陡峭度高 ,表明牛枝子
群落和黑沙蒿群落边界较为明显。不同植物群落
的分布受制于一定的地貌和土壤条件[ 19] 。本研
究区地处缓坡丘陵区 ,样带 B 位于下坡 ,由于受
到小地形及微环境的影响 ,蒙古冰草种子散落到
地势低洼处聚集 ,从而形成了斑块状的蒙古冰
草+牛枝子+杂类草群落 ,进而在界面影响域的
判定过程中形成了双波峰曲线 。根据判定结果 ,
将其划分为 4个类型:蒙古冰草+牛枝子+杂类
草群落;牛枝子+蒙古冰草+杂类草过渡带;牛枝
子+黑沙蒿+杂类草过渡带;黑沙蒿+牛枝子+
杂类草群落。
以上结果表明 ,样带 A和样带 B在样地 20 ～
25都出现了急变类型 ,即牛枝子群落和黑沙蒿群
落的交错区。
3　结论
3.1 当游动分割窗窗体大小为 8 个取样单位时 ,
平方欧氏距离的峰值变化基本一致 ,说明平方欧
氏距离在最小窗体大小为 8个时能清晰判定小尺
度景观界面的位置与宽度 。在研究的样带长度系
列上 ,分割窗大小应取 8个为宜。
3.2 样带 A 和样带 B在样地 20 ～ 25都出现了急
变类型 ,即牛枝子群落和黑沙蒿群落的交错区。
说明游动分割窗技术在小尺度研究中能够较好地
解释群落水平界面的边界和宽度。
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Application of moving spl it-window technique in quantitative methodologies for
edge influence of landscape boundary:a case study of
Lespedeza potaninii-Artemisia ordosica community
SHI Xiang-feng , XU Dong-mei , QIU Kai-yang XIE Ying-zhong
(Inst itute of Pratacul tural Science , Ningxia Universi ty , Yinchuan 750021 , China)
Abstract:Tw o transects w ere set up to study the Lespedeza potanini i-Artem isia ordosica community
boundary in south edge of M aowusu Desert.The squared Euclidean distance coef ficients of sampling
plo ts along eco tone t ransect we re applied in the moving split-w indow technique fo r edge inf luence of
landscape boundary po sitio n and width in the a rea across the communi ty .The result show ed that
w hile the spli t fo rm w as in size of 4 and 6 uni ts of plo ts , the curves dramatically va ried and the ident i-
f icat ion of landscape boundary w as interfered.While the minimum size of spli t-window w as 8 plo ts the
landscape boundary could be properly identified.The emerging peaks appeared betw een plot 20 and
plo t 25 in Transect A and B.Therefore , moving split-w indow technique w as an ef fective method fo r
edge inf luence of landscape boundary and community classi ficat ion and it w as a satisfacto ry me thod to
show the peaks and w idths of communi ties in small scale.
Key words:communi ty ;landscape boundary;moving spli t-window technique
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