2023年【景观生态学中的格局分析_现状_困境与未来】困境.docx
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1、2023年【景观生态学中的格局分析_现状_困境与未来】困境 第28卷第11期2023年11月 生态学报Vo.l28,No.11 Nov.,2023 景观生态学中的格局分析:现状、逆境与将来 陈利顶,刘 洋,吕一河,冯晓明,傅伯杰 1 2,3 1 1 1 (1.中国科学院生态环境探讨中心城市与区域生态国家重点试验室,北京 100085;2.中国科学院城市环境探讨所,厦门 361003;3中国科学院探讨生院,北京 100049) 摘要:作为景观格局分析的重要手段,景观格局指数的提出与发展极大地推动了景观生态学的发展,但是由于众多景观格局指数在指示生态学过程方面的不足,近年来景观格局分析已经走入逆境
2、。在总结近年来国内外相关探讨的基础上,对景观格局分析的现状、逆境及将来发展方向进行了综述。景观格局分析仍旧是景观生态学的重要方面,景观格局指数仍旧是景观格局分析的主要手段。但是如何建立具有生态学意义的景观格局指数和分析方法,如何将景观格局与生态过程联系起来,以及如何将/基质)斑块)廊道0的景观生态学理论应用到实际中是目前景观格局分析面临的主要逆境。基于对景观格局分析现状及逆境的相识,提出了景观格局分析将来的5个发展方向:(1)景观格局分析应当从目前的静态格局描述发展到对动态格局的刻画,只有找到刻画动态格局的方法,才能将格局和过程有机地联系在一起;(2)通过对多种景观格局指数的联合应用,发掘景观
3、格局指数集合体对生态过程的说明实力;(3)发展基于生态过程的景观格局指数和分析方法;(4)通过多维景观格局分析,定量探讨景观格局演化与生态过程之间的关系;(5)多尺度景观格局分析,将为解决格局与过程的关系提出有效手段。关键词:景观格局指数;景观格局分析;逆境;发展方向 文章编号:1000-0933(2023)11-5521-11 中图分类号:Q143 文献标识码:A Landscapepatternanalysisinlandscapeecology:current,challengesandfuture CHENL-iDing,LIUYang,LBY-iHe,FENGXiao-Ming,FU
4、Bo-Jie China 2InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361003,China3GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,ChinaActaEcologicaSinica,2023,28(11):55215531. 1 2,3 1 1 1 1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseA
5、cademyofSciences,Beijing100085, Abstract:Landscapepatternmetrics,asmiportantmeansinlandscapeecology,hasresultedintheprosperityoflandscapeecology.However,landscapepatternanalysiswascriticizedrecentlyforitspoorcorrelationwithecologicalprocesses.Inthispaper,thecurrentsituationandchallengesinlandscapepa
6、ttrnanalysiswaselaborated,andfutureoflandscapepatternanalysiswasdiscussed.Webelievelandscapemetricsarestillthemainmethodinspatialpatternanalysis,andmiportantforlandscapeecology.However,threechallengesarefacedinlandscapepatternanalysis.Howtodevelopnewmethodsbyintegratingexplicitecologicalsenseinlands
7、capepatternanalysis?Howtolinklandscapepatternandecologicalprocesses?Howtoapplythetheoryof/matrix-patch-corridor0inpractice?Infuture,fiveareasaretobeaddressed,(1)todevelopa 基金项目:中国科学院学问创新工程重要方向性资助项目(kzcx2-yw-421);国家自然科学基金资助项目(40621061;30570319)收稿日期:2023-11-19;修订日期:2023-08-29 作者简介:陈利顶(1965),男,河南辉县人,博士
8、,探讨员,主要从事景观格局与生态过程、土地利用改变的环境效应与区域生态平安探讨.E-mai:lLiding Foundationitem:TheprojectwasfinanciallysupportedbyKeyProjectofCASKnowledgeInnovationProgram(No.kzcx2-yw-421),andNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.40621061;30570319)Receiveddate:2023-11-19;Accepteddate:2023-08-29 Biography:CHENL-iDing,Ph.
9、D.,Professor,mainlyengagedinlandscapepatternandecologicalprocesses,effect,andregionaleco-security.E-mai:lLiding landusechangeanditsenvironmental 5522 生 态 学 报 28卷 methodologytodescribelandscapepatternfromstatictodynamic;(2)toexploretheecologicalsenseoflandscapepatternbyusingaseriesoflandscapemetrics;
10、(3)toframenewlandscapemetricsbyintegratinganexplicitecologicalmeanings;(4)toconductlandscapepatternanalysisatmult-idmiensions;(5)toexplaintherelationshipbetweenlandscapepatternandecologicalprocessesbymult-iscalepatternanalysis. KeyWords:landscapemetrics;landscapepatternanalysis;challenge;perspective
11、s 景观格局是指大小和形态不同的景观要素在空间上的排列素的空间排列方式 2 1 ,景观要素的组成和构型是其基本特点 3 2 。 景观要素组成是指景观格局的要素类型以及各类型在景观中所占的比重,而景观要素构型则是指不同景观要 。景观异质性是指景观格局在空间和时间上的困难性和变异性 3 4 ,即景观要素的组成 和构型在时空上的改变。景观格局与景观异质性有时会被作为同义词而相互替代究景观的结构组成特征及其空间配置关系间格局的因子和机制 46 。景观空间格局分析研 ,并借助肯定的手段(如文字、图表、景观格局指数等)对其进行 描述。格局分析的目的是从看似无序的景观要素镶嵌中,发觉潜在的有意义的规律性,并
12、确定产生和限制空 。 7,8 景观空间格局、景观功能和景观动态是景观生态学探讨的核心内容是探讨格局与过程相互关系的基础 9 ,而对景观格局进行定量分析,则 10 ,也是探讨景观动态和景观功能的关键 311 。此外,景观格局分析还在资 源管理和生物多样性爱护等方面起着重要作用至全球的景观生态学探讨中始终占据重要地位 。也正是这些缘由,使景观格局分析自1980s以来在北美乃。然而,由于多年来景观格局分析始终停留在景观格局特 征的描述方面,未能深化反映探讨的生态过程,目前受到了非议。但是作者认为景观格局分析,作为景观生态学发展的重要特点,在深化景观生态学发展中仍将起到重要作用,关键在于如何利用现有的
13、景观格局指数,来揭示生态过程。鉴于景观格局分析的重要性,本文系统分析了景观格局分析的现状及其面临的逆境,并对将来发展方向进行了分析。1 景观格局分析的现状 目前景观格局分析可分为两种:泛泛的景观格局分析和针对特定生态过程的景观格局分析。所谓泛泛的景观格局分析是指针对肯定的探讨区域,利用传统的景观格局指数,描述该区域的景观类型组成和结构特征。这类景观格局分析在早期的探讨中占优势,绝大多数的景观格局指数都是在这种景观格局分析过程中提出来的。针对特定生态过程的景观格局分析是在景观生态学家充分相识到格局-过程关系的重要性以后被提出来的,是景观格局分析的更高层次,它将在当前及将来的景观格局分析中占据主导
14、地位。1.1 景观格局的指数分析方法 现代景观生态学包含了一系列景观空间格局分析的方法其中,景观格局指数是应用最为广泛的一种 1519 12 ,如文字、图表以及景观格局指数等 4,13,14 。, 。Turner 11 认为,探讨景观空间异质性的成因及其生态学含 20 义首先须要对景观格局进行量化,而景观格局指数是反映景观结构组成、空间配置特征的简洁量化指标较探讨 19 可以满意这种须要。此外,利用景观格局指数,还可以实现景观空间格局同时异地、同地异时及异地异时的比 。 (1)景观格局指数类型 依据描述对象的不同,景观格局指数可以分为描述景观要素的指数和描述景观水平的格局指数。对描述景观要素的
15、格局指数而言,依据指数功能可分为斑块面积指数(如平均斑块面积、斑块密度、最大斑块指数等)、边界形态指数(如边界密度、平均形态指数、平均斑块分维数等)、邻近度指数(如斑块平均邻近距离)和构型指数(如聚集度指数、扩散度指数);景观水平的格局指数除以上4类外,还包括多样性指数,如斑块丰富度指数、香农多样性指数、香农匀称度指数等。随着GIS和计算机技术的迅猛发展,一些新的景观格局指数不断产生 21,22 ,如孔隙度指数 23 、聚集度指数 24 、景观空间负荷对比指数 25 等。 11期 陈利顶 等:景观生态学中的格局分析:现状、逆境与将来 5523 表1列出了19792023年发表的100篇中文文献
16、中运用的主要景观格局指数的状况。从中可以看出,目前主要集中在斑块面积、形态、多样性、空间构 型和景观破裂化几个方面(图1)。除了面积方面指数用的稍多(28.97%)外,其他3个方面的指数被运用的频率比较接近。同时,通过统计分析可知,目前景观格局指数在命名上非常混乱,表1仅仅列出了运用次数超过5次的指数,出现在中文文章的景观格局指数名称多达100余个。 (2)景观格局指数的相关性 景观生态学中存在各种各样的景观格局指数,尽管表现形态不同,但是有很多景观格局指数所表达的含义类同。如景观优势度、景观匀称度及景观多样性指数,均表达了景观中各种类型在格局中所占的优势或平均程度;平均斑块密度、聚集度指数与
17、边界密度指数,斑块形态指数、分维数等等皆表达了相类似的含义。很多探讨表明,景观格局指数之间存在较大的相关性,由此导致在进行景观格局分析时,须要对景观格局指数进行筛选,客观反映景观格局的特征。 Riiters等 26 表1 景观格局指数在中文文献运用的频率分析 Table1 类型 Type面积指数AreaIndex Statisticanalysisofthelandscapeindicesusedinthe 指标IndexPANPPDMPSLPI 合计totalAWMSIMSI AWMPFDMPFDFDILSI PAFRAC合计totalSHDISIDIHiSHEIEv 合计totalPCID
18、ICOCIIs CONTAGAI 合计totalEDFNSL PLAND合计Total总计Total 次数Times*1*73 频率 Frequency(%)5.6.6.6.2.28.1.2.2.3.5.3.1.19.5.0.6.2.3.19.0.5.1.1.3.2.2.18.4.5.0.3.13.100. 06 *1*0 referencedChineseliterature 形态指数ShapeIndex 多样性指数DiversityIndex 以85张土地利用图为基本数据,采 空间构型指数 SpatialConfigurationIndex 用相关分析与因子分析法对55个景观指数进行了计算
19、,最终筛选出平均周长面积比、扩散度、相对斑块面积、分维数、斑块类型数5个格局指数作为反映景观格局特征的指数集。Lausch和Herzog 27 分别用相关 分析和因子分析法、分类树法对德国Espenhain和LeipzigSouth两个地区景观水平的格局指数进行了筛选,由于两个地区数据来源、数据处理方法等的差异,最终得到的景观格局指数集差异较大。因此,有必要 建立一套利用遥感影像计算景观格局指数的标准步骤 28 破裂化指数 FragmentationIndex 。利用统计学方法对格局指数进行筛选,以避 22,27 免信息重复,在格局分析过程中是特别必要的而同时,Li和Wu 15 。 也指出,在
20、格局指数与生态过程 的联系以及格局指数的尺度敏感性问题未得到解决之前,用统计方法计算得到的指数集,其生态学意义经常并不明确或难以说明。 (3)景观指数与生态过程 景观格局与生态过程之间存在紧密的相互作用关系是景观生态学探讨的基本前提 3 ,而深化了解和 29 把握这种关系则是景观生态学探讨的主要议题间的相互作用关系 15 。 PA:斑块面积PatchArea;NP:斑块数Numberofpatches;PD:斑块密度Patchdensity;MPS:平均斑块面积Meanpatcharea;LPI:最大斑块指数Maximumpatchindex;AWMSI:面积加权平均斑块形态指数Area-we
21、ightedpatchshapeindex;MSI:平均斑块形态指数Meanpatchshapeindex;AWMPFD:面积加权平均斑块分维数Area-weightedmeanpatchfractaldimension;MPFD:平均斑块分维数Meanpatchfractaldimension;FDI:分维数Fractaldimensionindex;LSI:景观形态指数Landscapeshapeindex;PAFRAC:面积/周长分维数Perimeter-areafractaldimension;SHDI:Shannon多样性指数Shannondiversity;SIDI:Simpson
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