GIS在景观生态学中的应用

GIS在景观生态学中的应用

摘要：本文简要介绍了，地理信息系统的概念、特点，景观生态学的概念。详细介绍了GIS技术并在景观数据的来源、景观空间格局分析、景观生态监测、评价与管理、景观空间模拟、景观生态规划等研究中的作用。随着GIS 技术的不断发展, GIS技术在很大程度改变了生态学家开展研究的方式，同时也逐渐成为景观生态学的特征之一。

关键词：地理信息系统；景观生态学；GIS

1.引言

地理信息系统（Geographical information system，简称GIS）自上世纪60年代由加拿大的Roger F．Tomlinson创立以来，经过多年的发展，现已成为一项比较完善、实用并已涉入商业领域的应用性技术。在最近30多年内取得了惊人的进展，功能不断扩展完善，越来越显示出强大的生命力以及非常广阔的应用前景，目前已被广泛应用于城市规划、交通运输、农业生产、自然资源调查、生态环境评估、公共设施管理等多个领域。

我国地理信息系统的应用始于年代, 在陈述彭院士的积极倡导下发展较快。地理信息系统的研究深入到科研和教学诸多领域, 开发出了一些适合中国国情的软件系统, 其中一些较为完善的软件已开始步入商业化阶段。随着社会主义市场经济的建立和完善, 地理信息系统作为一种技术将给诸多学科带来新的发展契机,尤其对于处在生态学与地理学之间的边缘交叉学科—景观生态学的发展意义更为深远。

2.地理信息系统与景观生态学

地理信息系统(Geographic Information System ．简称为GIS)是对与地理环境有关的问题进行分析和研究的一门学科。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素及其地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存储，建立有效的数据管理系统．通过对各种要素的综舍分析，方便快速地获得信息，并以图形和数字方式表示结果，满足应用或研究的需要。

GIS具有如下3个特征：(1)具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力；(2)以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析和动态预测的能力；(3)在计算机系统的支持下，完成空间地理数据管理、分析和决策。计算机支持是地理信息系统的重要特征，使地理信息系统能够快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析过程。

3.地理信息系统在景观生态学中的应用

地理信息系统、遥感、全球定位系统等计算机与空间技术的发展与应用为景观生态学研究提供了重要的手段与数据来源, 并在景观生态系统结构与功能分

析、景观空间格局描述与景观变化模拟、景观生态监测与预研究、景观生态设计与规划以及景观生态保护与管理等方面起着越来越重要的作用。

3.1景观数据的来源

景观生态学研究过程中，特别是景观生态格局的研究过程中，需要得到详细的景观分布信息的时候，就要对遥感影像景观类别进行分类。GIS数据库中含有大量的可供遥感影像分类的知识，可以作为先验知识指导景观分类，也可以用其对分类后的景观图进行简单验证。杨克磊等运用GIS技术对南湖生态示范区的景观类型进行分类, 将南湖生态示范区划分为密林景观、疏林浅草景观、湖面景观、休闲娱乐景观、农田景观、自然生态恢复区、文化景观和其他用地等8 种类型。

3.2景观空间格局分析

景观生态学研究最突出的特点是强调空间异质性、生态学过程和尺度的关系，研究空间异质性往往应用空间格局分析方法。景观生态学中的格局，往往是指空间格局，即缀块和其它组成的类型、数目以及空间分布与配置等。空间格局可粗略地描述为随机型、规则型和聚集型。更详细的景观结构特征和空间关系可通过一系列景观指数和空间分析方法加以定量化。景观指数分为缀块水平指数（面积、形状、边界特征）、缀块类型指数（平均面积、平均形状指数等）和景观水平指数（多样性指数、多样性指数、均匀度指数等）。空间分析方法包括自相关分析、半方差分析、趋势面分析等。GIS 所具有的地理空间数据的处理和统计分析功能为景观指数的计算和空间分析提供了计算平台，为景观空间结构研究提供了实用的工具。何方等利用ArcGIS 9. 2 软件的叠加分析功能,对研究区1990 年、1995 年和2000 年三期的景观类型数据进行动态定量的分析,对结果进行频度汇总统计(Frequency) ,采用转换矩阵的算法,得到区域10 a间景观类型动态相互转化面积数据。

3.3景观生态监测、管理与评价

随着GIS技术的发展，景观评价愈加向着综合化、定量化、精确化的方向发展。应用景观生态学原理和3S技术在区域宏观景观的监测、评价与管理中受到广泛重视。周昕薇[等利用RS与GIS技术对北京地区的湿地资源及其环境进行动态监测与分析。王家骥等采用遥感技术，对三亚城市景观中不同景观组分的优势度值和边界形状等空间结构指标，对林木覆盖率和生物量等景观稳定状况指标进行了监测，在此基础上建立了区域生态环境变化监测体系和Sanya/landscape 信息系统对三亚城市生态环境变化趋势进行了评价。李锋等应用3S 技术对青海沙珠玉地区荒漠化进行景观监测与评价。梁守真等同样通过不同时期的遥感影像和GIS技术对洞庭湖区湿地景观变化进行了研究。

3.4景观空间模拟

在景观生态学研究中，景观变量的空间分布、一致性或邻近度等可以作为输

入参数通过GIS 进入空间预测模型；反过来，预测模型的结果也可由独立的数据检验或重新输入地理信息系统进行空间分析、显示或查询。在这一过程中，可以连续运用模型，也可把模型作为经验信息或分析技术来确定合适的变量及其在分析中的权重。景观模拟按以下步骤进行：①数据的采集，包括遥感数据、公开出版的数据和统计资料及调查的数据等；②根据来源和技术手段建立景观分类系统；③把不同的来源数据转化成相同的空间数据系统；④运用地理信息系统，建立和使用各种模拟模型。随着遥感和地理信息系统发展，景观空间变化模拟越来越受到重视。Turner and Ruscher 选择Oglethorpe作为研究对象，以航空相片为数据源，选择 3 种不同邻域影响的方法模拟景观空间结构变化，模拟同真实景观基本一致。史培军以3个时相的遥感影像数据和社会经济数据为数据源，分析了深圳市土地利用变化的机制，选择出模拟所需参数，用细胞自控制模型（CA）和经验模型模拟了深圳1980至2010年间的土地利用变化情况。

3.5景观规划管理

目前，已有许多学者将景观生态学结合3S技术应用到景观规划中去。李新通以GIS技术为支撑，根据景观生态学格局与过程的原理，在闽东南沿海地区进行景观尺度上的农业土地景观生态分类与景观单元空间格局的优化配置，对生产性景观单元进行了土地利用模式设计，以形成高效的农业土地利用模式。王芳等运用GIS技术强大的信息管理、空间数据处理分析功能，采用松散耦合式GIS 建模方式，实现了对二龙山水库流域退化生态系统进行景观生态规划。

4.结论

GIS技术在很大程度改变了生态学家开展研究的方式，同时也逐渐成为景观生态学的特征之一，并在景观数据的来源、景观空间格局分析、景观生态监测、评价与管理、景观空间模拟、景观生态规划等研究中起着重要的作用。随着GIS 技术的不断发展,其在景观生态学中的应用会越来越广泛和更加深入。

参考文献

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