全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆源期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中国南方红壤生态系统面临的问题及对策 赵其国袁黄国勤袁马艳芹 渊苑远员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
叶生态学基础曳院对生态学从传统向现代的推进要要要纪念 耘援孕援奥德姆诞辰 员园园周年
包庆德袁张秀芬 渊苑远圆猿冤
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食物链长度理论研究进展 张摇 欢袁何摇 亮袁张培育袁等 渊苑远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
天山盘羊夏季采食地和卧息地生境选择 李摇 叶袁余玉群袁史摇 军袁等 渊苑远源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
松果梢斑螟对虫害诱导寄主防御的抑制作用 张摇 晓袁李秀玲袁李新岗袁等 渊苑远缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
菹草附着物对营养盐浓度的响应及其与菹草衰亡的关系 魏宏农袁潘建林袁赵摇 凯袁等 渊苑远远员冤噎噎噎噎噎噎噎
濒危高原植物羌活化学成分与生态因子的相关性 黄林芳袁李文涛袁王摇 珍袁等 渊苑远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四年 韵猿熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响 吴芳芳袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊苑远苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
重金属 悦凿圆垣和 悦怎圆垣胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 陈肖肖袁高业田袁吴洪喜袁等 渊苑远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
不同生境中橘小实蝇种群动态及密度的差异 郑思宁 渊苑远怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
亚热带樟树鄄马尾松混交林凋落物量及养分动态特征 李忠文袁闫文德袁郑摇 威袁等 渊苑苑园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性 王绍强袁陈蝶聪袁周摇 蕾袁等 渊苑苑员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江流域 晕阅灾陨变化与风沙化土地演变的耦合关系 李海东袁沈渭寿袁蔡博峰袁等 渊苑苑圆怨冤噎噎噎噎噎噎
高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 张庆印袁樊摇 军 渊苑苑猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高寒草原土壤有机碳及土壤碳库管理指数的变化 蔡晓布袁于宝政袁彭岳林袁等 渊苑苑源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
芦芽山亚高山草甸尧云杉林土壤有机碳尧全氮含量的小尺度空间异质性
武小钢袁郭晋平袁田旭平袁等 渊苑苑缘远冤
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湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征 孙伟军袁方摇 晰袁项文化袁等 渊苑苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
东北黑土区片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响 姜义亮袁郑粉莉袁王摇 彬袁等 渊苑苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征 解成杰袁郭雪莲袁余磊朝袁等 渊苑苑愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
红壤区桉树人工林炼山后土壤肥力变化及其生态评价 杨尚东袁吴摇 俊袁谭宏伟袁等 渊苑苑愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年黄河流域植被覆盖的时空变化 袁丽华袁蒋卫国袁申文明袁等 渊苑苑怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
庐山森林景观格局变化的长期动态模拟 梁艳艳袁周年兴袁谢慧玮袁等 渊苑愿园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
暖温带鄄北亚热带生态过渡区物种生境相关性分析 袁志良袁陈摇 云袁韦博良袁等 渊苑愿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 张瑞波袁袁玉江袁魏文寿袁等 渊苑愿圆苑冤噎噎噎噎噎
资源与产业生态
大小兴安岭生态资产变化格局 马立新袁覃雪波袁孙摇 楠袁等 渊苑愿猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态环境移动数据采集系统研究与实现 申文明袁孙中平袁张摇 雪袁等 渊苑愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
城市遥感生态指数的创建及其应用 徐涵秋 渊苑愿缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
大明竹属遗传多样性 陨杂杂砸分析及 阅晕粤指纹图谱研究 黄树军袁陈礼光袁肖永太袁等 渊苑愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
干旱胁迫下 源 种常用植物幼苗的光合和荧光特性综合评价 卢广超袁许建新袁薛摇 立袁等 渊苑愿苑圆冤噎噎噎噎噎
基于 陨栽杂圆和 员远杂 则砸晕粤的西施舌群体遗传差异分析 孟学平袁申摇 欣袁赵娜娜袁等 渊苑愿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制 徐军田袁王学文袁钟志海袁等 渊苑愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京山区侧柏林冠层对降雨动力学特征的影响 史摇 宇袁余新晓袁张建辉袁等 渊苑愿怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
景观生态学研究院传统领域的坚守与新兴领域的探索要要要圆园员猿厦门景观生态学论坛述评
杨德伟袁赵文武袁吕一河 渊苑怨园愿冤
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期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
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封面图说院 黄土丘陵农牧交错带要要要黄土丘陵是中国黄土高原的主要地貌形态袁由于黄土质地疏松袁加之雨季集中袁降水强度
较大袁地表流水冲刷形成很多沟谷袁斜坡所占的面积很大遥 这里千百年来的农牧交错作业袁地表植被和生态系统均
遭受了严重的破坏遥 利用高精度影像对小流域景观的研究表明袁这里耕地尧林地和水域景观相对比较规则简单袁荒
草地和人工草地景观比较复杂遥 农牧交错带小流域景观形态具有分形特征袁各类景观斑块的分维数对粒度变化的
响应不同袁分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 24 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.24
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41271239,51239009);中国科学院西部行动计划资助项目(KZCX2鄄XB3鄄13)
收稿日期:2012鄄09鄄05; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄21
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: fanjun@ ms.iswc.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201209051256
张庆印, 樊军.高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应.生态学报,2013,33(24):7739鄄7747.
Zhang Q Y, Fan J.Effects of higher resolution image and spatial grain size on landscape pattern in a small watershed of the farming鄄pastoral zone.Acta
Ecologica Sinica,2013,33(24):7739鄄7747.
高精度遥感影像下农牧交错带小流域
景观特征的粒度效应
张庆印1, 樊摇 军1,2,*
(1. 西北农林科技大学资源环境学院,杨凌摇 712100;
2. 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌摇 712100)
摘要:在 GIS和 RS技术支持下,以农牧交错带六道沟小流域 2010年的 WV鄄1高精度遥感影像为基础,编制了小流域景观类型
图,选取经典景观指数,在类型和整体景观的水平上,探讨了农牧交错带小流域景观格局指数随粒度变化的基本规律,并分析了
各景观格局指数间的相关性。 结果表明:在 1—50 m粒度范围内,农牧交错带六道沟小流域景观格局指数的“临界粒度冶现象
明显,总体而言,在 0.5 m分辨率下六道沟小流域的景观格局指数的“临界粒度冶为 10 m,适宜计算的粒度范围为 5—10 m,所以
在利用高精度影像对小流域景观进行预测、对比和评价等研究时,需注意粒度的影响并进行一定的粒度转换。 农牧交错带小流
域景观形态具有分形特征,各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应不同,分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势,表明景观
类型边界趋于简单化。 相关性分析一方面定量反映了所选景观指数受粒度变化影响的相关性程度,另一方面可为后续农牧交
错带小流域因“退耕还林(草)冶工程引起的景观格局变化研究提供参考。
关键词:农牧交错带;景观格局;粒度效应;临界粒度;相关分析
Effects of higher resolution image and spatial grain size on landscape pattern in a
small watershed of the farming鄄pastoral zone
ZHANG Qingyin1, FAN Jun1,2,*
1 College of Resource and Environment, Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, China
2 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and
Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China
Abstract: Effects of spatial grain size on landscape pattern, especially the study of critical grain size, has been developed
during the last two decades to describe and quantify complex landscape patterns and to link landscape patterns and
ecological processes. Scale is an important issue in both landscape ecology and remote sensing. Scale in landscape ecology
involves both grain size and extent. However, past studies mainly used low spatial resolution images. Thus, it is necessary to
identify the scale characteristics and appropriate grain extent of farming鄄pastoral zone in higher resolution images.
A high resolution image of a small watershed with areas of farming鄄pastoral zone was interpreted to create maps of
landscape pattern. In the GIS and RS environment, the vector drawings were transformed into shutter drawings according to
different spatial grain sizes. The landscape pattern was then converted to ArcGrid formats with grain sizes of 1, 5, 10, 15,
20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 m using ArcGIS Spatial Analyst. Landscape indexes were chosen and the relations between
spatial grain size and these landscape indexes were determined by correlation analysis. Landscape indexes were examined at
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the class鄄level including five Area / Perimeter / Density indexes, seven Shape indexes and eight Contag indexes; and
landscape indexes were also chosen at the landscape鄄level including four Area / Perimeter / Density indexes, four Shape
indexes, three Contag indexes and four Diversity indexes.
The results showed that the scale effects of selected landscape indexes were different in the farming鄄pastoral zone. The
scale effects were apparent at both the class and the landscape levels. Critical grain sizes of landscape indexes of the
farming鄄pastoral zone were evident, such as the grain size of 10 m for the PD, IJI and FARC鄄MN indexes in the watershed.
An appropriate grain extent (5—10 m) was identified for calculating the landscape indexes of the farming鄄pastoral zone for
the high resolution image. For these reasons, the scaling conversion should be taken into account in order to provide
reference for studies such as forecasting landscape changes, comparison analyses and evaluations of the land use types based
on landscape metrics. The various landscape type patches in the small watershed had a fractal character and the fractal
dimensions of landscapes responded to scaling differently, such that fractal dimensions decreased nonlinearly with increasing
grain size. Moreover, it indicated that at the border of landscape types there was a tendency towards simplification. This
study should provide useful information about farming鄄pastoral zone effects on landscape mechanisms and the importance of
scaling to these areas in high resolution image spatial models in future research.
Key Words: farming鄄 pastoral zone; landscape pattern; effects of spatial grain size; critical grain size; correlation analysis
20世纪 80年代开始,为了测定景观格局对生态过程的影响[1鄄2],必须用简单数字描述复杂的景观格局,
因而产生了景观格局指数,而尺度问题一直是景观生态学界研究的核心问题之一,特别是对于景观格局分析
而言,尺度选择直接关系到结果的可靠性[3鄄4]。 利用景观格局指数进行土地利用类型、土地利用格局空间分
析的方法得到了广泛应用[5鄄8],很多学者对景观格局指数的尺度效应研究表明景观指数尺度依赖性的普遍存
在[9鄄13]。 前人研究结果已经证明,不同的景观有不同的格局特征,对尺度变化的响应也不一样,因此并不存在
景观格局分析的最佳尺度,只有针对特定景观的合适尺度[9],并且基于粒度效应的景观格局研究成了目前的
研究热点,因为在对尺度研究时需对数据信息进行聚合以及各尺度之间信息转移[14]。 尺度域是指大多数格
局和过程发生的尺度范围[15],同一尺度域内格局及过程相似,推绎比较容易,当跨越多个尺度域时,由于过程
在不同尺度上起作用,尺度推绎会变得复杂甚至不可能[16鄄17]。 陈利顶等[18]指出,通过对多种景观格局指数的
联合应用及定量研究景观格局演变与生态过程之间的关系,可以有效的解释景观生态过程。
遥感技术的飞速发展为相关研究提供了不同空间分辨率的影像数据资料,但合适空间分辨率的选择却成
了一个棘手问题[19鄄21]。 对粒度效应的研究主要集中在低分辨率下景观格局指数随粒度的变化[22鄄23],而对于
农牧交错带小流域,高精度遥感影像下景观格局指数的粒度效应及其相关性研究较少。 鉴于此,本研究综合
相关景观格局指标选取的研究成果,从类型与景观 2个水平上选取多个经典景观格局指数,主要测度农牧交
错带小流域景观格局指数的粒度效应,并对所选景观指数分类后进行相关性分析。 总结相同景观在不同粒度
尤其是小粒度下的景观特征差异,验证景观格局指数在测度过程中的说服力。 本研究可为高精度影像下农牧
交错带小流域景观指数计算的适宜粒度选择及粒度推绎提供参考。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
六道沟小流域位于毛乌素沙地边缘和黄土丘陵区的过渡地带,属于典型的盖沙黄土丘陵地貌,处于晋、
陕、蒙水蚀风蚀交错带强烈侵蚀中心区。 该流域属窟野河水系二级支流,其主沟道长为 4.21 km,流域面积为
7.28 km2。 该流域属于中温带半干旱气候区,年均气温为 8.4 益,多年平均降雨量为 437.4 mm。 植被成分十
分复杂,即以森林草原,灌丛草原成分为主,也有荒漠草原和沙地植被,这些成分均为地带性植被,是流域自然
状况的体现。
0477 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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1.2摇 数据来源与处理
以六道沟小流域全色波段遥感卫星影像(World View鄄1卫星,2010 年 2 月拍摄,0.5 m 分辨率)为遥感数
据,在 Erdas Imagine 9.2 中对遥感影像进行几何精校正,然后结合六道沟小流域的边界图对几何校正后的图
像进行裁剪,从而得到研究区的数字影像地图。
根据研究区的地理特征和影像质量,结合实地勾绘和调查,本文将研究区土地分类为:1)耕地,包括坡耕
地、梯田、沟坝地及沟谷地;2)荒草地;3)林地,包括果园用地、有林地和疏林地;4)人工草地;5)灌木地;6)建
设用地,包括居民地和煤炭开采用地;7)水域;8)未利用地,包括沙地和裸露基岩等 8 种地类。 分类采用计算
机自动分类和人工分类相结合的方法,在 Erdas Imagine 9.2环境下,先对影像进行监督分类,再结合地形图等
辅助资料,人工目视解译修改分类结果,提高解译精度。 经过精度评价,研究区 2010 年分类图总体分类精度
为 88.5%,可以满足本文的精度要求。 最后,在 ArcGIS 9.3支持下,通过格式转换、空间叠加等处理,进行数据
统计分析。
1.3摇 粒度与景观指数选择
常用的粒度推绎方法是把精微尺度上的观察、试验及模拟结果外推到较大尺度[24],它是研究成果的“粗
粒化冶,即不断降低景观格局的空间分辨率[23]。 利用 ArcGIS9.3 软件中的空间分析模块,把研究区的土地利
用类型图转为不同粒度的栅格数据,由于研究区面积较小,所以采用的粒度大小为 1—50 m,即 1、5、10、15、
20、25、30、35、40、45、50 m,然后用 Fragstats 3.3软件计算景观格局指数。
目前描述景观格局的指数很多,参考前人研究并结合研究区的景观特征,本文按照景观格局指数生态学
意义(Fragstats 3.3的分类标准)在类型水平上选取的景观指数包括 5 个面积 /周长 /密度指数,7 个形状指数,
8个蔓延度指数;景观水平上选取的景观指数包括 4 个面积 /周长 /密度指数,4 个形状指数,3 个蔓延度指数
和 4个多样性指数。 各指数计算公式及生态学意义见参考文献[25]
2摇 结果与分析
2.1摇 景观指数的空间粒度变化行为
2.1.1摇 类型水平景观指数的空间粒度变化行为
利用 Fragstats 3.3软件分析的结果,进行类型水平上的土地景观特征对比分析。 2010 年类型水平上土地
景观类型特征的粒度效应如图 1。
空间粒度变化对一些景观格局指数有明显的影响,即同一景观不同粒度时,用同一种景观格局指数表示
的结果不同。 根据景观指数对空间粒度的响应情况和粒度效应关系,选取 20 个指数中的 14 个经典景观指
数,分为 3类,从地类景观单个指标特征曲线来看,其粒度效应有以下特征:
(1)第 1类景观指数随着粒度的增加而减小,且具有比较明显的粒度效应关系,可预测性较强。 这类景
观指数主要有平均分维数、景观形状指数、平均形状指数、聚集度指数、相似临近比和聚合指数(图 1)。 以聚
合指数为例,聚合指数表示景观类型内部的团聚程度[22],如果一个景观由许多离散的小斑块组成,其聚合指
数较小;当景观中以少数大斑块为主或同一类型斑块高度相连时,其聚合指数较大[26]。 从聚合指数的变化趋
势来看(图 1),除了未利用地,其它地类景观指数下降较为明显,其中下降最明显的是荒草地和水域,其次是
耕地、林地,可见随着粒度的增加,类型景观的形状愈加简单,并且在 40 m粒度时,建设用地、耕地和水域都出
现了拐点。
(2)第 2类景观指数随着粒度的增加呈现增加的趋势,同样具有比较明显的粒度效应关系,代表性指数
有散步与并列指数和归一化形状指数(图 2)。 散步与并列指数对那些受到某种自然条件严重制约的生态系
统的分布特征反映显著,从图 2可以看出,水域、灌木地和人工草地的散步与并列指数值较低,而林地、耕地、
建设用地和荒草地的分散指数值相对较高。 随粒度变化最明显的是耕地,增加幅度最大。 而归一化形状指数
随着粒度的增加,其曲线呈逐渐上升的趋势,可见随着粒度的增加景观类型的形状便越来越简单,由图 2 可以
看出,荒草地的归一化形状指数都小于 0.1,表明研究区荒草类型景观形状比较复杂,而其他类型景观随着粒
1477摇 24期 摇 摇 摇 张庆印摇 等:高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 摇
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图 1摇 类型水平景观特征指数的粒度变化曲线(减小趋势)
Fig.1摇 Change curves of land metrics of different types to grain sizes (Decreasing trend)
图 2摇 类型水平景观特征指数的粒度变化曲线(增大趋势)
Fig.2摇 Change curves of land metrics of different types to grain sizes (Increasing trend)
度的增加边界曲线趋于平滑、规则。
(3)第 3类景观格局指数随粒度的变化曲线差异较大,无明显规律,代表性指数如周长面积变异系数、斑
块密度、景观形状变异系数、最大斑块指数、有效粒度面积和平均周长面积比(图 3)。 有效粒度面积用于比较
斑块的平均面积大小。 景观总面积不变时,有效粒度面积变大,反映该类型景观面积增加,其在景观中的比例
加大[9]。 通过分析,粒度变化对荒草地、人工草地和灌木地的有效粒度面积指数影响最大,尤其在 20—40 m
粒度其值变化较为剧烈,而其它地类的有效粒度面积指数随粒度的增加变化不明显。 其他几类景观指数随粒
度同样表现出不规律的变化。
2.1.2摇 整体水平景观指数的空间粒度变化行为
利用 Fragstats 3.3软件分析的结果,进行整体水平上的景观特征对比分析。 六道沟小流域 2010年整体景
观特征的粒度效应如图 4所示。
2477 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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图 3摇 类型水平景观特征指数的粒度变化曲线(无规则)
Fig.3摇 Change curves of land metrics of different types to grain sizes (Irregularity)
图 4摇 整体水平景观特征指数的粒度变化曲线
Fig.4摇 Change curves of different landscape metrics to grain sizes
在整体水平上,选取特征较明显的 10个景观指数进行分析,其粒度变化曲线如图 4 所示,2010 年六道沟
小流域的类型景观指数大部分随着粒度的增加呈现减小的趋势。 图 2 中可以看出,平均形状指数、聚合指数
和蔓延度指数的粒度效应曲线形状受空间格局特征的影响不大,主要表现为幂函数下降,也有少数情况下指
数的粒度效应曲线表现为直线下降,如凝聚度、平均分维数和景观形状指数,可见景观中斑块形状逐渐规则,
在 10 m时,其曲线出现拐点,以上分析表明景观格局特征对这类指数值的大小有明显影响且有一定的规律。
另外,景观形状变异系数随粒度的增加分阶段下降,但总体是下降趋势,只有景观丰度、香农多样性和香农均
匀度指数随着粒度的增加基本无变化。
2.2摇 景观形态的自相似性及其对粒度效应的响应
在各种粒度下,六道沟小流域 2010 年各类景观斑块的平均分维数都大于 1(表 1),这说明各类景观形态
都具有分形特征,呈现出一定的自相似性和复杂性。
3477摇 24期 摇 摇 摇 张庆印摇 等:高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 摇
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表 1摇 各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应
Table 1摇 Fractal dimension of different landscape types within different grains
粒度
Grain size / m
建设用地
Construction
land
荒草地
Wild
grassland
灌木地
Scrub land
人工草地
Artificial
pasture
耕地
Farmland
林地
Forest land
水域
Water
area
未利用地
Unused
land
1 1.14 1.30 1.13 1.15 1.11 1.09 1.19 1.1
5 1.12 1.25 1.13 1.15 1.11 1.09 1.19 1.11
10 1.12 1.14 1.13 1.14 1.11 1.08 1.18 1.10
15 1.11 1.11 1.11 1.14 1.11 1.07 1.10 1.10
20 1.11 1.11 1.10 1.13 1.09 1.08 1.10 1.10
25 1.11 1.08 1.09 1.14 1.08 1.06 1.06 1.10
30 1.10 1.09 1.10 1.12 1.07 1.06 1.05 1.10
35 1.09 1.07 1.08 1.11 1.07 1.07 1.06 1.10
40 1.08 1.06 1.08 1.10 1.07 1.05 1.04 1.10
45 1.06 1.08 1.07 1.13 1.06 1.05 1.02 1.09
50 1.07 1.06 1.07 1.10 1.06 1.06 1.02 1.09
平均值 Average 1.10 1.12 1.10 1.128 1.09 1.07 1.09 1.10
从平均水平来看,耕地、林地和水域景观相对比较规则简单,荒草地和人工草地景观比较复杂,而建设用
地、灌木地和未利用地景观介于他们之间,这也符合研究区的实际情况,因为:1)神木县六道沟流域地处毛乌
素沙地边缘和黄土丘陵区的交错过渡地带,环境恶劣,该区的荒草地主要位于各侵蚀沟的边缘地带,随着侵蚀
沟的加速发展,荒草地的管理随之减少,从而导致草地景观比较复杂的格局;2)1999 年退耕还林(草)政策的
实施,使得耕地大面积减少,林草地大面积增加,并且得到了有序的种植和管理;3)六道沟流域内由于居民点
的转移和煤矿的建设,使得建设用地景观的形态格局复杂化程接近于荒草地。 表 1 还表明,各类景观斑块的
分维数对粒度变化的响应不同,它们的分维数随着粒度的变化呈非线性下降趋势;在粒度较小时,各类景观斑
块之间的分维数差异较大,而随着粒度增大,各类景观斑块之间的分维数差异减小。 其中,荒草地和水域的分
维数在 1—30 m粒度内,具有明显的随粒度增加而减小的趋势,而超过 30 m范围后则表现出在一定水平上的
波动。 其它类型景观的分维数在 1—40 m粒度范围内变化较小,说明这些景观的形态结构在这一粒度范围内
具有自相似性,当超过 40 m粒度时各类型景观分维数略有波动,但整体呈下降趋势。
2.3摇 类型景观指数与粒度的相关分析
采用相关性分析,获得了 2010年六道沟流域各地类景观指数与粒度的相关性(表 2)。
表 2摇 2010年各地类景观指数与粒度的相关性
Table 2摇 Correlation between landscapes metrics and sizes at pattern scale in 2010
地类
Land use
classes
散步与并列指数
Interspersion
juxtaposition
index
斑块数量
Number
of patchs
平均面积周长比
Mean
perimeter
area ratio
聚集度指数
Clumpy
归一化形状指数
Normalize
landscape
shape index
相似邻近比
Proportion
of like
adjacency
聚合指数
Aggregation
index
建设用地 Construction land 0.81** 0.52 -0.72** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
荒草地 Wild grassland 0.73** 0.66* -0.71** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
灌木地 Scrub land 0.99** -0.83** -0.83** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
人工草地 Artificial pasture 0.99** -0.92** -0.93** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
耕地 Farmland 0.98** -0.47 -0.79** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
林地 Forest land 0.87** -0.76** -0.94** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
水域 Water area 0.53 0.35 -0.76** -0.91** 0.91** -0.94** -0.91**
未利用地 Unused land 0.85** -1.00** -0.81** -0.99** 0.99** -0.99** -0.99**
摇 摇 *代表 P<0.05显著水平,**代表 P<0.01显著水平
从表 2看出,聚集度指数、相似临近比和聚合指数与粒度的相关性在类型水平上呈现极显著负相关,散步
与并列指数和归一化形状指数与粒度呈正相关。 其中,各地类的归一化形状指数与粒度都呈极显著正相关,
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水域、建设用地的斑块数量与粒度的相关性不高,而且斑块数量与粒度的相关性既有正相关也有负相关。
对于农牧交错带六道沟小流域而言,耕地、建设用地和林草地之间的转化频繁。 此次重点研究三者在斑
块数量、归一化形状指数、聚集度指数与粒度之间的相关性。 如表 2所示,从耕地和林地类型景观指数与粒度
的相关性来看,斑块数量与粒度为显著负相关,归一化形状指数与粒度极显著正相关,聚集度指数与粒度则呈
现极显著负相关。 从建设用地类型景观指数与粒度的相关性来看,斑块数量与粒度呈显著正相关,而归一化
形状指数和聚集度指数与粒度的相关性则与耕地类似。 通过相关性分析,一方面定量反映了所选景观指数受
粒度变化影响的相关性程度,另一方面可为后续六道沟流域因“退耕还林(草)冶工程引起的景观格局变化的
研究提供参考。
3摇 结论与讨论
通过对高精度遥感影像下农牧交错带六道沟小流域 2010 年景观格局指数的粒度效应研究,分析了六道
沟小流域景观格局的粒度效应。 从景观的类型水平和整体水平分别进行分析,实现了农牧交错带小流域景观
格局研究从部分到整体的结合。 与热岛格局的粒度效应相似[13],“临界粒度冶现象在农牧交错带小流域景观
格局也普遍存在。 在高分辨率遥感影像下,农牧交错带小流域景观格局指数的“临界粒度冶现象较为明显。
在 1—50 m粒度范围内,0.5 m分辨率下六道沟小流域的景观格局指数的“临界粒度冶为 10 m。 在粒度选择
时,若想既保证计算的质量、体现比例尺的特征信息,又不使计算过程中工作量过大,应当在第一尺度域内选
择中等偏大的粒度[27]。 所以,小流域适宜计算的粒度范围为 5—10 m,从而得知,在利用高分辨率遥感影像对
农牧交错带小流域景观进行预测、对比和评价等研究时,需注意粒度的影响并进行一定的粒度转换。
景观形态自相似性的研究可以很好的反映景观格局的边界特征,研究中,小流域景观形态具有分形特征,
并且呈现出一定的自相似性和复杂性。 各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应不同,分维数随粒度的增大
呈非线性下降趋势,表明景观类型边界趋于简单化。 在粒度较小时,各类景观斑块之间的分维数差异较大,而
随着粒度增大,各类景观斑块之间的分维数差异减小。 从平均水平看,耕地、林地和水域景观相对比较规则简
单,荒草地和人工草地景观比较复杂,而建设用地、灌木地和未利用地介于它们之间。 徐建华等[28]对城市景
观的研究表明,廊道景观在 5—70 m的粒度范围内,分维数具有明显随粒度增加而减小的趋势,与本研究相
比,六道沟流域以廊道基质景观为主,分维数随粒度的增加而减小,这与徐建华的研究结果类似。
开展景观指数与粒度的相关性研究也是本次粒度效应研究的一部分。 通过相关性分析,一方面定量反映
了所选景观格局指数受粒度变化影像的相关性程度,另一方面可为后续农牧交错带小流域因“退耕还林
(草)冶工程引起的景观格局变化研究提供参考。
格局与过程之间的相互作用具有强烈的尺度依赖性,而尺度又可分为测量尺度和本征尺度。 只有当测量
尺度和本征尺度相符时,格局或过程才能被可靠的揭示[29鄄30]。 景观格局直属对尺度敏感性的原因在于测量
尺度与研究对象的本征尺度存在差异,因而,使测量尺度不断接近于本征尺度是深刻而准确地揭示自然现象
和规律的必然选择。 本文在对景观指数的粒度效应研究中,针对从测量尺度向本征尺度的过度进行了说明,
但文章只从空间上分析了各地类景观指数的粒度效应,并没有从时间变化角度分析景观指数的粒度效应,这
一点还需深入研究。 因为景观格局是不同景观单元和生态过程在一定时间和一定空间内相互作用的表现,它
在空间或时间单方面的特征都不能代表其本质的规律性。 判别景观格局的特征尺度是进行格局分析的前
提[4],而这个特征尺度不仅包括空间尺度,还应包含时间尺度,二者缺一不可。
目前在我国开展的大量景观格局分析中,更多的侧重于景观格局指数的计算与分析,而将景观格局分析
与实际问题相结合的研究相对较少。 但仍有生态学工作者作了很好的尝试,如:傅伯杰、赵文武等针对黄土高
原地区的土壤侵蚀,建立了多尺度景观格局评价指数[31鄄32];李秀珍、刘红玉等分别研究了湿地景观格局在污
水净化方面和湿地景观破碎化对珍禽栖息环境的影响[33鄄34],所有这些工作为探讨景观格局与生态过程之间
的关系奠定了基础。
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园员怨苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 丁摇 平摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆源期摇 渊圆园员猿年 员圆月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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电话院渊园员园冤远圆怨源员园怨怨憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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