全 文 ：几 种 景 观 分离 程 度 评 价 指 标 的 探 讨 *
金卫斌* * 胡秉民
(浙江大学农业生态研究所, 杭州 310029)
Discussion on several indices assessing landscape dispersion. JIN Weibin, HU Bingmin ( I nstitute of Agroecology ,
Zhej iang Univer sity , Hangzhou 310029, China) . Chin. J . A ppl . Ecol. , 2003, 14( 2) : 314~ 316.
Several indices assessing landscape dispersion, such as isolation, type diver gence and nearest neighbor index , were
compared. Different indices could r eflect different aspects of landscape dispersion. Dispersion index was suggested to
assess the dispersion more comprehensively. All t he indices were computed to study the landscape dispersion in a
valley basin, and the results showed that dispersion index w as better to synthesize information and to be in line w ith
practice than others.
Key words Landscape, Isolation, Type diver gence, Nearest neighbor index , Dispersion index .
文章编号 1001- 9332( 2003) 02- 0314- 03 中图分类号 Q149 文献标识码 A
* 湖北省自然科学基金资助项目( 99J105) .
* * 通讯联系人.
2000- 06- 26收稿, 2000- 09- 29接受.
1 引 言
景观分离程度是指同一景观类型斑块分布的离散程度.
正确评价景观分离程度对于理解景观格局的形成机制、全面
认识景观格局的特点是十分重要的. 因此, 几乎所有景观格
局研究都需要计算景观分离程度指标. 景观分离度[ 1]、最小
距离指数[ 5]、类斑散度[ 9]是 3 种比较重要的景观分离程度指
标.本文通过一个流域景观的研究, 对以上指标进行了计算
和比较, 发现这些指标所反映的离散程度各有侧重. 因此提
出了一个综合性更好一些的指标 平均距离指数.
2 计算方法
陈利顶等[ 1]计算景观分离度的公式是:
F i= D i/ S i ( 1)
式中, F i 表示景观类型 i 的分离度, S i 为景观类型的面积指
数, S i= A i/ A , A 为景观的总面积, A i 是景观类型 i 的总面
积, D i 是景观类型 i 的距离指数. 这里的 D i 是森林斑块分
离度[ 2] , 计算公式为:
D i= 1/ 2 d i ( 2)
式中, d i 表示景观类型 i 的斑块密度. Di 所表达的分离度实
际上只与斑块个数有关, 即认为在一定景观总面积下, 斑块
个数越多的类型,其分离程度越大. 公式( 1)所计算的分离度
则是考虑了景观类型的面积,比例越大, 分离度应该是越小,
故将 D i 去除面积指数 S i 得到F i . D i 在文献[ 2]中被称为距
离指数,实际上 F i 是指在景观类型 i中 ,单位面积上的斑块
间距离指数.
景观类型 i的最小距离指数NNI i 的计算公式[ 5]为:
NNI i= MNNDi / ENNDi ( 3)
MNND i= NND j / n i ( 4)
ENND i= 1/ ( 2 d i ) ( 5)
( 3) ~ ( 5)式中, MNND i 是该类型的斑块与其最近相邻同类
斑块间的平均最小距离, NNDj 是斑块 j 与其最邻近同类斑
块间的最小距离, ENND i 是随机分布条件下 MNNDi 的期
望值, d i是该斑块类型的密度. 斑块间的距离以斑块的中心
间距离为标准. 最小距离指数是用来研究群落中种的分布
格局的.用斑块间的距离代替了个体间的距离, 这个指数就
被用到了景观研究中 .当 NNI = 0 时,表明个体或斑块呈完
全的团聚分布; 当 NNI = 1 时, 表明呈完全的随机分布; 当
NNI> 1 时,个体或斑块则趋于规则分布[ 5, 8] . 类斑散度[ 9]的
计算公式是:
TDi= { [ ( X ij - X- xj ) 2+ ( Y ij - Y- ij ) 2 ] } 1/ 2/ ni . A ( 6)
式中, TD i 是景观类型的类斑散度, n i 是该类型的斑块数, A
是景观总面积, ( X ij , Y ij )是类型 i 中斑块 j 的中心坐标. 从
式( 6)可以看出 ,类斑散度实际上是单位景观面积中的斑块
间的平均距离.
从上述 3 个指标的计算公式可以看出, 景观分离度的计
算最为简单,最小距离指数的计算比较烦琐. 分离度只考虑
了斑块密度与面积比例对分离程度的影响, 没有考虑斑块空
间位置的作用. 最小距离指数和类斑散度反映了斑块空间位
置的作用,但最小距离指数只考虑了最近相邻斑块间的距
离, 当斑块具有明显中心分布,特别是有多个中心时,用来评
价斑块的总体分散程度是偏低的. 类斑散度适宜于评价斑块
在整个研究区域中的散度, 但公式中用景观总面积去除平均
的离中距离, 这在同一区域的不同类型景观的散度比较中是
没有必要的, 因为这样处理对各个类型的散度排序和相对差
异程度都没有改变, 所以说它其实并没有考虑面积比例的影
响.从视觉上判断分离程度[ 6] , 景观类型的面积比例是必须
考虑的因素[ 1] .为此, 本文提出计算平均距离指数,计算公式
为:
应 用 生 态 学 报 2003 年 2 月 第 14 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2003, 14( 2)!314~ 316
DI i= { [ ( X ij - X- xj ) 2+ ( Yij - Y- ij ) 2 ] } 1/ 2/ n i . A i ( 7)
式( 7)与斑散度公式的唯一区别就是用景观类型的面积代替
了景观总面积.类斑散度反映了斑块在整个区域中的分布离
散程度,它对研究景观生态系统中的物质、能量、信息流的传
递和交换有着重要的意义.平均距离指数的计算则为比较不
同类型的景观斑块的整体分离程度提供了一致的基础.
3 结果与分析
四湖流域位于湖北境内长江北岸, 流域面积12 021. 28
km2 ,是一个湖积平原为主体的农业区域. 以中国科学院武
汉测地研究所 1997 年编制的四湖地区土地利用现状图(比
例尺 1!250 000)为基础分析图件,参照∀湖北省大中型湖库
资源研究#、∀湖北省湖泊变迁图集#等资料,在 MAPINFO 软
件的支持下,进行图形叠加, 制成四湖地区景观生态图(见图
1) . 该地区的景观被分成湖泊、水库、水田、渔池、洲滩、旱地、
林地、居民点、河渠 9 种类型.由于水田和旱地在整个区域中
占了绝对优势,面积比例分别为 55. 14%和 29. 68% , 农田无
疑构成了该地区景观的基质,具有高度的连通性和较低的分
离程度. 河渠则是景观的主要廊道. 因此这里主要对其余 6
种类型斑块的分布特征进行分析 . 计算结果见表 1 .
图 1 湖北四湖地区景观类型图
Fig. 1 Landscape types in S ihu region ,Hubei Province, China.
表 1 四湖地区几种景观分离程度指标
Table 1 A few of index assessing landscape dispersion in Sihu region
景观类型
L andscape
type
面积
Area
( km
2
)
斑块密度
Density
of patch
分离度
Iso lat ion
value
最小距离指数
Nest ne ighbor
index
类斑散度
Type
diverg ence
平均距离指数
Dispersion
index
湖泊Lake 712. 23 0. 0025 0. 4216 0. 0507 0. 0040 0. 0672
水库Reserv oir 59. 21 0. 0030 5. 5548 0. 0245 0. 0015 0. 3050
渔池Pond 137. 67 0. 0038 2. 7008 0. 0551 0. 0037 0. 3203
洲滩Sandba r 153. 65 0. 0026 1. 9866 0. 0363 0. 0055 0. 4282
林地Forest 112. 01 0. 0026 2. 7250 0. 0326 0. 0033 0. 3506
居民点 Residential 38. 18 0. 0035 9. 9136 0. 0235 0. 0024 1. 4826
区域总计 12 021. 28 1. 0547
Total of the region
由表 1 可见,各种类型的各项指标值排序表现有很大差
异,必须结合实际各种类型的分布特点进行具体分析.
用分离度 F i 的结果排序,居民点的分离程度最大,其次
是水库、林地、渔池、洲滩, 湖泊的分离度最小. 从实际情况
看,把集中分布在流域上游的水库的分离程度评价为大于林
地等类型,是不可接受的. 分离度指标计算中没有考虑到斑
块有可能是集中分布在一个局部区域的空间位置 ,这样即使
是面积指数小且斑块个数多, 也不足以判定它具有高的斑块
间分离.从洲滩分布的情况看, 洲滩是沿流域的边界呈半圆
形环状分布的, 实际上可以看成具有多个分布中心, 其分离
程度不应该比林地、渔池、水库的小. 但由于该类型的面积指
数较大, 斑块密度较小,所以它的分离度较小. 从本例的研究
结果看,不考虑斑块空间位置的影响, 在斑块分布呈单个或
多个集团中心时, 分离度指标 F i 对分离程度的评价是有可
能不被接受的.
从最小距离指数的结果看,居民点的离散程度最小, 水
库、林地、洲滩的最小距离指数值也较小, 而渔池和湖泊的值
却较大, 与视觉上的分离程度的判断相差更远.根据 NNI 反
映分布的格局特点看, 居民点趋于团聚分布, 各个斑块的最
邻近斑块都相距不远. 虽然该类型的斑块数多(斑块密度排
名第 2) , 斑块面积小(面积指数最小) ,分离度 Fi最大,却具
有最小的 NNI 值.渔池和湖泊的 NNI 值较大, 其分布更趋
于随机, 说明以最小距离指数来评价一个较大的区域内的斑
块离散程度存在局限性.
从类斑散度的结果看, 离散程度最大的是洲滩, 最小的
是水库,说明洲滩斑块间的平均距离最大, 而水库斑块间的
距离为最近.如果考虑到洲滩斑块的面积指数较大, 而水库
斑块的面积指数较小, 仅以类斑散度的值对各个类型的离散
程度进行评价似乎也不够全面.
平均距离指数对影响离散程度的各种因素包括密度、面
积、斑块间的距离等,从计算的结果看比较好地反映了研究
区域各种景观类型的分离程度.根据平均距离指数的结果,
四湖地区主要景观类型的斑块离散程度从大到小排序为: 居
民点> 洲滩> 林地> 渔池> 水库> 湖泊. 这基本上反映了该
地区的实际情况, 符合视觉上对景观分离程度的判断.
4 讨 论
本文的计算和分析表明, 景观分离程度并不是简单地用
一个指标来表征就能解决问题, 几种指标其实分别表示了分
离程度的各个侧面. 本文对一个实例的研究表明,平均距离
指数具有较好的信息综合能力, 计算结果也符合实际. 当然,
在没有一个判断指标好坏的客观标准条件下, 且在实际问题
尤其是在尺度较大的研究区域中存在多种离散格局的情况
下,正确和全面地认识斑块的分布特征的最好办法是计算出
多种分离指数以及聚集度指数[ 5]、间隙度指数[ 4]、分裂指
数[ 3]和破碎化指数[ 8]等. 值得指出的是, 以最小距离指数为
基础来评价分离程度虽然不妥, 但是基于最小距离指数对斑
块的分布格局, 作出团聚、随机、规则分布的判断是非常有用
的[ 2, 7, 8] .本文的研究已经证明了在趋于团聚分布的情况下,
计算上较为简单的分离度 F i 的评价是不能被接受的. 类斑
3152 期 金卫斌等:几种景观分离程度评价指标的探讨
散度和平均距离指数都是值得推荐的,在 GIS 的环境中实现
其计算也并不复杂,在需要比较各种类型的离散程度之差异
时,平均距离指数的好处是显而易见的.
参考文献
1 Chen LD(陈利顶) , Fu B J(傅伯杰 ) . 1996. Analysis of impact of
human act ivity on landscape st ructure in Yellow River delta A
case study of Dongying Region. A cta E col S in(生态学报) , 16( 4) :
337~ 344 ( in Chinese)
2 Geit s A, Franklin J. 1987. Second order neighborhood analysis of
mapped point pat terns. Ecology , 61: 99~ 105
3 Jochen AG, Jaeger. 2000. Landscape division, split ting index, and
effect ive mesh size: New measures of landscape f ragmentat ion.
Landscap e Ecol , 15: 115~ 130
4 Kimberly AW , Anthony WK. 1999. Dispersal success on f ractal
landscapes: A consequence of lacunarity thresholds. Landscape
Ecol , 14: 73~ 82
5 Li HB(李哈滨) , Wu YG(伍业纲) . 1992. Quant itat ive methods
in landscape ecology. In: Liu JG(刘建国) ed. Advances in Modern
Ecology. Beijing: Ch ina S cience and Technology Press. 209~ 234
( in Chinese)
6 Tang L J(唐礼俊) . 1998. The spat ial pat tern of landscape and the
landscape planning in Sheshan Scenic Spot. A cta Geogr S in (地理
学报) , 53( 5) : 429~ 437( in Chinese)
7 Turner SJ, O∃ neill RV, Conley W , et al . 1991. Pat tern and
scale: S tatist ics for landscape ecology. In: Turner MG, Gorder RH
ed. Quant itative Methods in Landscape Ecology. New York:
SpringerVerlag. 17~ 50
8 Wang XL (王宪礼) , Bu RC (布仁仓) , Hu YM( 胡远满) , et
al . 1996. Analysis on landscape fragment of Liaohe delta w etlands.
Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 7(3) : 299~ 304( in Chinese)
9 Zhou JZ(赵景柱) . 1990. Dynamic indicator system for measure
ment of spatial pattern in landscape ecology. Acta Ecol Sin (生态学
报) , 10( 2) : 182~ 186( in Chinese)
作者简介 金卫斌, 男, 1961 年出生, 副教授, 浙江大学在职
博士生, 现主要从事流域景观生态学研究. Email: w . b. jin@
263. sina. com
致 读 者 % 作 者
∀应用生态学报#系中国科学院沈阳应用生态研究所和中国生态学会主办的国内外公开发行的学术性期
刊,科学出版社出版.国际标准刊号为 ISSN10019332. 专门刊载有关应用生态学(主要包括森林生态学、农
业生态学、草地牧业生态学、渔业生态学、自然资源生态学、景观生态学、全球生态学、城市生态学、污染生态
学、化学生态学、生态工程学等)的具有创新性的综合性论文、研究报告和研究简报等.
本刊创刊于 1990年,现为月刊,采用国际标准开本( 210mm & 285mm) , 160面,每期 36万字. 本刊系中
国自然科学核心期刊,曾荣获全国优秀科技期刊和中国科学院优秀期刊称号.本刊整体质量和水平已达到相
当高度,在国内外应用生态学界的影响日益扩大. ∀中国科学引文索引#、∀中国生物学文摘#、美国∀生物学文
摘#( BA)、美国∀化学文摘#( CA)、英国∀生态学文摘#( EA)、日本∀科学技术文献速报#( CBST)和俄罗斯∀文摘
杂志#( )等数十种权威检索刊物均收录本刊的论文摘要(中英文) .
据悉, 您们正在从事有关生态与环境科学研究项目(如国家基础科学人才培养基金项目、国家杰出青年
科学基金项目、国家自然科学基金重大和重点项目、国家攀登计划项目、国家∋ 863(和∋ 973(计划项目、国家重
点科技攻关项目、∋百人计划(项目、∋长江学者计划(项目和国际合作研究项目等) ,并有望取得重大研究成果
和产生一系列创新论文, 本刊编辑同仁热切希望您及您的同行们充分利用这一科学园地,竭诚为您们提供优
质跟踪服务,本刊将及时发表您们的创新成果论文(或以特刊、专刊及增刊等形式发表,或以专刊形式发表优
秀英文创新论文) .我们相信这一承诺一定能得到您们的积极响应,愿我们迎着新世纪的曙光,为应用生态学
的发展协同奋进!
我们的目的:
读者 广泛订阅这一优秀期刊
作者 充分利用这一科学园地
编者 精心编制这一信息精品
∀应用生态学报#编辑部
316 应 用 生 态 学 报 14卷