6.1-格局指数讲解

注意：景观指数的局限


景观指数可以用来表征景观格局，但是景观指数并不 是表征格局的唯一方法，还有空间统计学等途径； 景观指数不是万能的，景观生态学有很多内容用景观 指数是表征不出来的； 景观指数与景观格局并不是一对一的对应关系，而是 多对多的关系，我们分析的时候要具体问题具体分析， 不要陷入指数这样变就一定对应什么结论的思维定势； 我们计算指数，主要通过定量的依据来证明定性的结 论，不能为计算而计算，玩数字游戏，如果某个指数 说明不了什么问题，那么这个数字就没有任何意义。
景观格局指数讲解
——东北土地利用变化的分析
景观指数用来干什么？

景观指数的提出，是用来进行景观定量分析的。在整体 上，用于定量分析的景观指数通常有如下几种：



1、景观多样性指数 2、景观优势度指数 3、景观均匀度指数 4、景观破碎化指数 5、景观聚集度指数

通过对上述指数进行分析，可以找到对改善现状不利的 环境要素，并在规划中提出控制与发展原则。同时，对 起支配地位和要重点保护的土地类型应用类型水平指数 进行分析，如圆明园环评中的水体与绿地。
未利用土地
119
0.0001
0.1444
面积/密度/边界指数分析


整个东北研究区范围内，1930年代林地和草地在面积 上占有支配地位，两者相加占总面积的93.58%，其它 几个类型的面积比例不超过6%。而1980年代耕地面积 急剧增加，面积比例由0.99%增长到30.2%，基本上由 林地和草地转化过来，形成林地、耕地、草地三种类 型鼎立的景观格局，三者相加约占总面积的95%。 经过50年的演变，未利用土地略为减少，城市用地略 微增加，这可能与地理数据统计尺度有关，1980年代 的数据由于比例尺较小，忽略了大量新增的小城镇斑 块。
58,776
1.2098
49,391.5966
景观类型密度/边界指数统计表
年代
1930
类型
整个景观区域 耕地 林地 草地
NP（个）
6,320 1,070 320 946
PD（个/km2）
0.0050 0.0008 0.0003 0.0007
ED（m/ha）
1.6013 0.1582 1.1069 1.1985

优势度指数由1930年代的0.8627下降至1980年代的 0.5445。主要原因是1930年代面积居前列的是林地和 草地，而1980年代的为耕地、林地和草地，优势景观 类型有所增加，各类型景观比例分配逐渐趋于均衡化。

破碎度指数呈减小趋势，由1930年代的0.0050减小到 1980年代的0.0011。这和前文总结的平均斑块密度等 指数的趋势一致，都反映了大面积的人为干扰并没有 带来景观的破碎化。
2,178.0171 90,797.4322 111,028.9017
林地
草地 水域 城市
485,122
339,998 3,852 1,072
13.9052
10.6953 0.1398 0.0292
90,004.0816
88,772.3238 35,018.1818 26,800.0000
未利用土地
年代
SHDI
LDI
SHEI
LFI
1930 1980
0.9291 1.2473
0.8627 0.5445
0.5186 0.6961
0.0050 0.0011
多样性/均匀度/优势度/破碎化指数分析

1980年代景观的多样性和均匀度均高于1930年代的， 多样性指数由0.9291增加到1.2473，同时均匀度指数 也从0.5186增加到0.6961。即50年间，东北地区在景 观类型分布更加均匀的同时，景观多样性也得到比较 大的提升，较好地实现了景观类型的演替更新。
圆 明 园 环 境 评 价 中 的 景 观 格 局 分 析
常用那些景观指数？




景观指数中，面积/密度/边界指数和形状指数是最基本 的，其中面积的变化又是最重要的。 没有量，哪有质？土地利用类型都改变了，不再起支配 地位了，你形状变得再好、连通度再高、对比度再合适 又有什么意义呢？比如城市里的片林。 所以，许多学者先研究土地利用类型的面积变化，再研 究空间变化和质量变化。面积变化首先反映在不同类型 的总量变化上，从中我们可以了解变化总的态势和土地 利用结构是怎么演化的（东北例子）。 一般的景观生态学应用，如环评、规划，往往只分析面 积/密度/边界指数和形状指数，连通度、对比度、邻接 度指数等很少涉及。
NP=N
PD=N/A
E 6 ED 10 A
5.边界密度（ED）
景观类型面积指数统计表
年代 1930 类型 整个景观区域 CA（km2） 1,272,981 LPI（％） 46.7276 MPS（km2） 20,142.1000
耕地
林地 草地 水域百度文库
12,573
625,322 565,941 5,201
地图来源
（1）1930年代东北地区地形图
（2） 1980年代中国土地利用图
土地利用分类
土地利用类型一级 类 耕地 林地
1930年代土地利用分类 农田 针叶林、阔叶林、 针阔混交林
1980年代土地利用分类 稻田、水浇地、旱地 用材林、经济林、 疏林、灌木林
草地
水域 城市 未利用土地
荒草地
河流水面、湖泊水面、 海滨滩涂 城市 湿地
125.78 6251.63 5661.03 51.79 2.37 637.44 12730.04
-1401.18 -11.00 -2260.41 -17.76 -13.33 8.34 -50.10 —— -0.10 0.06 -0.39 ——
1930、1980年代中国东北地区土地利用结构对比图
中国东北地区景观格局动态演变分析
牧草地、高山草甸
湖泊—水库 城市 裸地、沙地、盐碱地、 寒漠、戈壁、沼泽地
景观指数选取
选取尽可能反映景观全局或各类型的变化，且相关 性较小的典型变量；共选取19个指标： （1）斑块类型水平指数有：斑块类型面积，最大斑 块指数，斑块平均面积，斑块数，斑块密度，边界密度， 周长面积比，景观形状指数，平均斑块形状指数，平均 斑块分维数，周长面积比分维数，聚集度指数，景观导 度指数。 （2）景观水平指数除上述各种斑块类型水平指数外， 还选用了蔓延度，Shannon多样性指数，Shannon均匀度 指数，优势度指数和破碎度指数。
土地利用变化分析(arcview)
中国东北地区土地利用变化分类面积表
土地利用类 面积/万 型 hm2
耕地 林地 草地 水域 城市 未利用土地 合计 1930年代 比例/% 0.99 49.11 44.47 0.40 0.02 5.01 100 1980年代 面积/万 hm2 3842.46 4850.45 3400.62 38.46 10.71 587.34 12730.04 比例/% 30.18 38.11 26.71 0.30 0.08 4.62 100 面积变化 面积/万 hm2 3716.68 比例/% 29.19

在最大斑块指数方面，1930年代研究区的最大斑块指 数为46.73%，属于林地类型，而1980年代的最大斑块 指数为25.29%，存在于耕地类型中，而林地的最大斑 块指数下降到13.91%，同时草地的最大斑块指数也从 31.45%下降到10.69%。这个变化说明了景观类型间的 演替，正好与建国后东北移民垦荒政策的效果相吻合。
具体问题具体分析——多观察几个指数



在退化草场，我们会发现生态过程相同，指数趋势不 同的情况：草场退化初期，出现多个沙化斑块，沙化 土地类型斑块数是上升的；草场继续退化，多个沙化 斑块连成一整块，沙化土地类型斑块数是下降的。 这个时候，用单个指数根本无法衡量景观格局的变化 趋势。只能把斑块数的变化跟总面积、平均斑块面积 的变化结合起来一起分析。 所以，我们要关心具体的生态过程，多观察几个指数， 结合起来说明问题。

从边界密度来看，不管是1930年代还是1980年代，草 地和林地都排在前两位，而且比较接近，这说明这两 种景观类型的开放性强，是其他景观类型斑块进行物 质能量交流时，不可或缺的通道。
4 多样性/均匀度/优势度指数分析
1.Shannon多样性指数（SHDI）
SHDI ( Pi ln Pi )
MPFD
1.0426 1.0391 1.0469 1.0606 1.0223
PAFRAC
1.5222 1.5675 1.3490 1.5153 1.5591
城市
未利用土地 1980 整个景观区域
21.6702
m n
N
m n
2ln （0.25 Pij） ln a ij i 1 j＝1 MPFD N
2 n n n ni (ln pij ln aij ) ln pij ln aij j 1 j 1 j 1 PAFRAC n n 2 ni ln pij ln pij j 1 j 1
0.1473
46.7276 31.4552 0.0992
1,175.0467
195,413.1250 59,824.6300 506.9201
城市
未利用土地 1980 整个景观区域 耕地
237
63,707 1,272,980 384,160
0.0023
1.1107 25.2907 25.2907
718.1818
2形状指数分析
1.周长面积比（PARA） 2.形状指数（Shape）: 景观形状指数（LSI） 平均斑块形状指数（MSI） 3.分维数（FRAC）: 平均斑块分维数（MPFD） 周长—面积分维数 （PAFRAC）
MSI
PARA =P/A
LSI 0.25 E A
0.25Pij a i 1 j＝1 ij
景观类型形状指数统计表
年代
1930
类型
整个景观区域 耕地 林地 草地 水域
PARA_MN
28.7478 30.3541 19.5089 23.3559 34.4907
LSI
47.5022 44.9156 45.6448 52.4611 34.9172
MSI
1.5199 1.3962 1.6415 1.9787 1.1935
1 面积/密度/边界指数分析
2 形状指数分析 3 蔓延度/聚集度/导度指数分析
4 多样性/均匀度/优势度指数分析
1 面积/密度/边界指数分析
1.斑块平均面积（MPS）
2.最大斑块指数（LPI） 3.斑块数（NP） 4.斑块密度（PD）
A 6 MPS 10 N Max a1， ，a n 100 LPI A
水域
城市 未利用土地 1980 整个景观区域 耕地 林地 草地 水域 城市
1,026
33 2,925 1,402 346 539 383 11 4
0.0008
0.0000 0.0023 0.0011 0.0003 0.0004 0.0003 0.0000 0.0000
0.0722
0.0031 0.6637 1.3194 0.7538 0.8530 0.8780 0.0068 0.0027

从平均斑块密度来看，1930年代到1980年代，景观总 斑块数由6320个减少到1402个，景观水平的平均斑块 密度由0.005个/km2减少到0.0011个/km2，虽然有数据 尺度不同的因素，但还是说明了从1930年代到1980年 代，东北地区的景观破碎度是下降的趋势——高强度、 大范围的垦荒和集约化农业生产导致了大片耕地的出 现，这些耕地完整而相连，集聚成少数几个大型斑块， 从而造成景观破碎度的下降。1980年代耕地景观的平 均斑块面积居所有景观类型之首，达到111023km2， 同时耕地类型的最大斑块指数达25.29%，恰好验证了 上述观点。
m i 1
m
2.优势度指数（LDI）
LDI H max Pk ln Pk
k 1
3.Shannon均匀度指数（SHEI）
SHEI H H max
Pk ln Pk
k 1
n
ln n
4.破碎度指数（LFI） LFI Ni / Ai
景观多样性/均匀度/破碎度指数统计表