1、中南林業調查規劃CENTRAL SOUTH FOREST INVENTORY AND PLANNING 景觀空間格局指數的相關性研究馮湘蘭1,李際平1,陳端呂2(1.中南林業科技大學林學院,長沙410004;2.湖南文理學院資源環境與旅游學院,湖南常德415000摘要:在景觀指數中,大部分指數之間景觀格局信息重復,存在不同程度的相關關系。從現有景觀指數整體出發,應用聚類分析將景觀指數分成不同的類,并采用相關分析法研究各類型之間景觀指數的相關性,從整體上揭示景觀指數的信息重疊量。關鍵詞:景觀指數;景觀格局;類別;相關性中圖分類號:Q149文獻標識碼:A文章編號:1003-6075(201002-

2、0052-04Study on the Correlation of Landscape Spatial Pattern IndicesFENG Xianglan 1,LI Jiping 1,CHEN Duanl 2(1.School of forestry,Central South University of Forestry and Technology ,Changsha 410004,China ;2.School of Resource Environment and Tourism Hunan University of Arts and Science,Hunan Changd

3、e 415000,ChinaAbstract:As landscape indices,landscape pattern information had resemblance among most of indices and existed correlation in varying degrees.According to the existent landscape indices,classify the landscape indices with cluster analysis,and research the correlation of landscape indice

4、s contained in each type,to reveal the information overlap of landscape pattern indices.Key words :landscape indices ;landscape spatial pattern ;type ;correlation*收稿日期:2010-03-12作者簡介:馮湘蘭(1985-,女,湖南懷化人,碩士研究生,從事林業系統工程研究。為了測定景觀格局對生態過程的影響,常使用景觀格局指數描述復雜的景觀格局1。由于新理論在景觀生態學中的應用而不斷推陳出新,產生了多種類型的景觀指數,如以信息論為基礎的

5、優勢度與蔓延度2、以分形幾何學為基礎的分維數3等。如今景觀格局指數已經發展到了數量多、類型少、生態學意義模糊的局面4,在景觀指數中,大部分指數之間景觀格局信息重復5,不滿足相互獨立的統計性質6,存在不同程度的相關關系。通過比較景觀格局指數的相關性,可為建立景觀格局評價指標體系、確定主要的景觀格局及其過程以及景觀規劃提供依據。1研究方法1.1研究對象研究對象選擇西洞庭湖區。西洞庭湖區位于湖南省北部,長江中游荊江段南側,總面積為142.2萬hm 2,屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤季風氣候區,兼有潤濕的濱湖氣候和潮濕的山地森林氣候特征。1.2常用的景觀空間格局指數利用ArcGIS 軟件的統計分析和空

6、間分析能力,對西洞庭湖區的森林景觀類型進行計算分析,獲取的主要分析指標為:面積比;斑塊數;斑塊密度;平均斑塊大小;斑塊最大值;斑塊最小值;標準差;變動系數;形狀指數;斑塊邊緣密度;分維度;優勢度;分離度;樣性指數;均勻度。1.3數據處理根據森林景觀空間格局評價指標的內涵設計調查52ij d 15,2,1(?i i 表格,對原始資料計算指標值。用極大值標準化,對于每一個,有:對指標原始值進行數據處理,以滿足功能聚類和Pearson 相關分析的基本條件。1.4景觀空間格局指數的聚類分析在聚類分析中,通常根據分類對象的不同分為型和R 型兩大類。對樣本進行分類處理的稱為Q 類分析,對變量進行分類處理的

7、稱為R 型聚類分析本文用的是R 型聚類分析。歐氏距離(是一種常用的分類統計量,系數可按下式計算:式中:代表第地點第個指標的值;代表第個地點第個指標的值;個指標個數。離系數越小,兩點間的相似程度越大,反之則小。除量綱的影響,準化處理,以增強各因素之間的可比性。(無量剛化處理,數據的缺省值以指標平均值代替,量親疏程度的指標采用相關系數:聚類方法使用類間平均距離連接法,然后進行聚類分析。2森林景觀評價指標相關性2.1評價指標的主要類型目前,對景觀指數的分類還未形成統一標準。Froman 曾把描述斑塊的景觀指數分為兩大類:一類是描述斑塊形狀的景觀指數如形狀指數等,另一類是描述斑塊鑲嵌的景觀指數如相對豐

8、度、優勢度和分維數等。Hulshoff 認為景觀指數可劃分為景觀格局指數和變化指數,前者如斑塊類型、數量及形狀指數,后者如斑塊數目變化率等。Turner 等認為,景觀指數可以分為斑塊數目與大小、斑塊分維數、景觀要素之間的邊緣數和多樣性、優勢度與蔓延度。以上劃分均是先人為確定景觀空間格局及動態的主要方面,然后對現有的景觀指數進行功能分析以確定歸屬的,這種分類方法較為主觀8。為了更好地分析各個景觀指數的相關性,首先從現有景觀指數整體出發,不考慮景觀功能,應用聚類從圖1可以看出,景觀指數不同的聚類標準(距離下,可以分成不同的類型。當聚類距離為18時,把景觀指數分成兩大類,從兩大類中的景觀指數進行綜合

9、分析,應為景觀要素特征指數和景觀總體特征指數。當聚類距離為11時,景觀要素特征指數可分為兩類,即景觀要素單指標統計特征指數和景觀要素關系特征指數,這時景觀總體特征指數(優勢度、多樣性、均勻度、分離度和分維度歸為1類;而聚類距離為10時,分維度指數單獨列為1類,而景觀鑲嵌的復雜性指數優勢度、多樣性、均勻度、分離度合并為1類,表示景觀鑲嵌的結構性,究其原因,主要是這兩類指數分別是不同的理論應用于景觀生態學的景觀格局描述,分維數來源于分形理論,而另一類來源于信息論。景觀指數分類結果見圖2。2.2不同景觀空間格局指數之間評價信息的重疊度,通過對相關系數的計算與檢驗來完成。景觀指數由于理論來源的不同,指

10、數之間不完全相互獨立,總是不同程度地存在著相關性,使描述信息重復。但景觀指數存在相關性并不意味著將任何一個指數放棄不用。(1(2ijj ijij x x x max ,?ni ini i n i i i xy y y x x y y x x r 12121(ik x ?,2,1k k jk m (1?x x m d jk x ni i x n x 11ni iy n y 11馮湘蘭,等:景觀空間格局指數的相關性研究2010年第2期第29卷2010年第2期第29卷中南林業調查規劃表3景觀總體特征指數注:*為0.01水平上相關顯著;*為0.05水平上相關顯著優勢度多樣性均勻度分離度分維度優勢度0.

11、69*0.762*0.497*0.336*1表2景觀要素關系的特征指數斑塊數斑塊密度邊緣密度形狀指數-0.578*0.588*0.813*1注:*為0.01的水平上相關顯著表1景觀要素單元的特征指數的相關性最小值最大值平均值面積比變動系數標準差最小值1最大值0.676*1111標準差1對森林景觀要素單元的特征進行描述的景觀指數,主要來源于景觀類型圖中周長、面積所統計的空間屬性。從表1可以看出,所有的景觀要素單元的特征指數都存在顯著的相關性,相關系數R 的絕對值,除了“最大值”與“最小值”,都大于0.75。相對來說,只有最小值與最大值、平均值、面積比、變動系數的相關系數相對較小。景觀總體特征指數

12、關系到景觀類型數及類型面積或周長,用來量化景觀結構組成的復雜性。優勢度與多樣性呈現最大的負相關性,相關系數為-0.930,說明它們是從兩個相反的角度表達了景觀類型的豐富性;優勢度與均勻度之間也存在顯著的負相關性,表示的生態學意義相同,從不同的角度解釋景觀均勻度;分維度與分離度、優勢度、多樣性和均勻度的相關性較小,反映的是景觀空間實體幾何形狀的不規則性;分離度與優勢度、多樣性和均勻度相關性較小,它反映的是景觀在地域上的空間分散程度,主要與景觀從景觀要素單元的特征指數、景觀要素關系的特征指數、景觀總體特征指數三大類中,根據聚類距離最大和最小各選取1個作為該類的代表性景觀指數進行相關分析,見表4和表

13、5。從表4和表5可以看出,無論是聚類距離最遠還是聚類距離最近,其景觀指數的相關性都不大,相關系數最大為斑塊密度與變動系圖2景觀指數分析結果54表4三類中聚類距離最遠的代表性指數的相關性比較注:*為在0.05的水平上相關顯著注:*為在0.05的水平上相關顯著表5三類中聚類距離最近的代表性指數的相關性比較變動系數斑塊密度分維度變動系數1斑塊密度-0.43*1分維度0.342*0.0321最小值邊緣密度分維度最小值1邊緣密度-0.2511分維度0.0710.409*1景觀指數分析對于表達景觀斑塊、嵌塊體的幾何特性是適宜的,但景觀指數之間有很多重復的信息量,許多景觀指數之間不滿足相互獨立的統計性質。從

14、圖3可以看出,相關系數最大的為標準差與平均值,達到0.997,平均相關系數一般在0.5左右,最小相關系數一般在0.1左右。按統計學的要求,對景觀指數的相關系數按三級劃分計算等級的分布,即|0.4為低度相關,0.4|0.7為顯著性相關,0.7|1為高度相關,得出景觀指數相關程度等級分布見圖4。從圖4可知,對于第一個景觀指數與所有分析的景觀指數的相關性中,三個等級的相關總體上都各占1/3,其中低度相關占的比例最大的為最小值,所占比例為67%,主要是其它指數的計算過程和生態學意義都不涉及最小面積,而高度相關的占比例最大的為面積比、標準差和形狀系數,為40%。3結語用聚類分析和相關分析相結合的方法,分

15、析景觀格局評價指標的相關性。結果表明:通過景觀格局評價指數的聚類,初步判斷出評價指數中最相關的類型;進一步比較結果類別的相關性,從整體上揭示出景觀指數的信息重疊量。指數之間影響因子的相同之處越多,它們之間存在顯著相關關系的概率越大。參考文獻:1Tischendorf L.Can landscape indices predict ecological processesconsistentlyJ.Landscape Ecology,2001,16:235-254.2Shannon C E,Weaver W.The Mathematical Theory of Commu -man and Co.,New York,N Y,1983.460.4李秀珍,布仁倉,常禹,等.景觀格局指標對不同景觀格局的反應J.生態學報,2004,24(1:123-134.5Herold M,Liu X H and Clarke K C.Spatial metrics and imagetexture for mapping urban land use J.Photogram metric Engi -neering &Remote Sen