景觀指數

景觀指數（Landscape indices）是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反應其結構的組成和空間配置某些方面特徵的簡單定量指標。

基本介紹

• 中文名：景觀指數
• 外文名：Landscape indices
• 性質：定量指標
• 特徵：高度濃縮景觀格局信息等
• 分類：相對豐度、優勢度和分維數
• 作用：建立景觀結構與過程或現象的聯繫

簡介

景觀指數是指高度濃縮景觀格局信息，反映其結構組成和空間配置某些方面特徵的簡單定量指標；適合定量表達景觀格局和生態過程之間關聯的空間分析方法。

分類現狀

在對景觀進行空間分析，建立格局與過程相互聯繫的過程中及其它理論如島嶼生物地理學理論、滲透理論等向景觀生態學滲透的過程中，形成了許多描述景觀格局及其變化的景觀指數。由於景觀指數數量多且由於新理論在景觀生態學中的套用而不斷推陳出新，目前，對景觀指數的分類還未形成統一標準。Forman曾把描述斑塊的景觀指數分為兩大類, 即描述斑塊形狀的景觀指數如形狀指數(Shape index) 等及描述斑塊鑲嵌的景觀指數如相對豐度( Relative richness) 、優勢度( Dominance index) 和分維數(Fractal dimension) 等. Hulshoff認為景觀指數可劃分為景觀格局指數( Pattern index) 和變化指數( Changing index) ，前者如斑塊類型、數量及形狀指數; 後者如斑塊數目變化率等。Tur ner 等認為，景觀指數可以分為斑塊數目與大小、斑塊分維數(Fractal dimension) 、景觀要素之間的邊緣數和多樣性(Diversity) 、優勢度( Dominance ) 與蔓延度( Contagion) 。

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, 然後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；另一種分類則從現有景觀指數整體出發，先不考慮景觀功能，套用統計學方法如相關分析、因子分析等將景觀指數分成不同的類，然後對各類指數進行描述功能分析、定類。如Riitters 等對85 幅土地利用圖的55 個景觀指數進行了計算, 並用因子分析法對55 個景觀指數進行了維數壓縮。經綜合分析，最後將55 個景觀指數分成5 組: 1)描述斑塊平均壓縮度的指數; 2) 描述景觀總體質地的指數;3) 描述斑塊形狀的指數; 4) 斑塊周長、面積比例指數及斑塊類型指數. 值得注意的是, 地理信息系統雖然是管理與分析空間數據的有效工具, 但由於其涉及面廣，提供的景觀指數計算功能遠遠不能滿足人們的實際需要. 因此, 人們常將地理信息系統的這部分功能進行延伸, 形成了基於地理信息系統的各具特色的景觀指數軟體包, 如rlle 軟體包、SPAN軟體包、Fragstats 軟體包。其中，Fragstats 是由美國俄勒岡州立大學開發的，軟體最新版本共能計算景觀指數66 個，是最為常用的景觀指數軟體包. 有關各軟體包的具體內容及其分類方法，可參閱相應文獻. 由於景觀生態學是一門新興的交叉學科，多種學科如資訊理論、空間理論、滲透理論等不斷向景觀生態學滲透，因此景觀指數的分類標準多種多樣。但要很好地理解和把握景觀指數分類，還得從景觀生態學的基本原理出發，從斑塊、廊道、基質的基本結構出發，對景觀指數進行分類。景觀指數可分為描述景觀要素的指數和描述景觀總體特徵的指數兩個層次；描述景觀要素的指數和描述景觀總體特徵的指數也具有不同的層次。 因此，景觀指數的分類從整體上說是一個層次結構。

單個要素的指數如描述斑塊的面積、周長、形狀指數; 描述廊道的長度、曲度等. 同類型要素之間關係的指數主要是指單個要素指數的統計值如均值、極值、離差及空間關係(斑塊密度、斑塊平均大小、斑塊面積方差等) ; 不同類型要素之間關係的指數主要是指描述具有相同生態學意義的不同類型要素統計值及空間關係指數; 不同要素之間關係的指數如描述斑塊與廊道之間空間關係( 空間距離等) 的指數( 最鄰近距離、平均鄰近距離等) , 目前有關於這方面的指數還不多; 我們把指數值受要素大小、個數影響的景觀指數分為基於景觀要素的景觀總體特徵指數如優勢度( Dominance) 、蔓延度( Contagion) . 基於景觀構型的景觀總體特徵指數是指景觀構型的數量化表示, Forman曾根據景觀結構特徵劃分出4 種景觀類型, 即斑塊散布的景觀、網路狀景觀、指狀景觀和棋盤狀景觀, 4 種景觀中斑塊分布構型不同, 對應的基本生態過程也各異. 目前這方面的研究較少, 有待於進一步深入探索。

主要作用

景觀指數的重要作用在於，它能用來描述景觀格局，進而建立景觀結構與過程或現象的聯繫，更好地解釋與理解景觀功能。關於用景觀指數成功描述景觀結構及動態的研究很多。景觀生態學在利用和發展景觀指數進行景觀格局分析的同時， 也注意到景觀指數中存在的問題。自20 世紀80 年代以來，滲透理論在景觀生態學中廣為套用，並形成了一種被稱為景觀中性模型( Neutr al model) 的景觀模型。生態學中性模型是指不包含任何具有生態進程或機理，只產生數學或統計學上所期望的時間或空間格局的模型。中性模型為檢驗景觀指數對景觀格局的描述能力提供了一個良好的工具，近年來有關這方面的研究有增多的趨勢。

景觀指數的選擇

原則如下：

1、選取儘可能反映景觀全局或各類型的變化，且相關性較小的典型變數；

2、所選指數是可以表征景觀的組成、結構，或兼而有之；

3、所選指數具體表征哪些方面。

選取：

1、斑塊密度（Patch Density，PD），百分比。描述破碎度情況。

2、景觀形狀指數（Landscape Shape Index，LSI），LSI≥1.無上限值。LSI反映了景觀的形狀變化。值越大形狀越複雜。

3、斑塊所占景觀面積比例（Percentage of Landscape，PLAND），PLAND∈（0，100]。

4、聚合度指數（Aggregation Index，AI），AI∈（0,100]。AI考察了每一種景觀類型斑塊間的連通性。取值越小，景觀越離散。

常用景觀指數

1、景觀多樣性指數

多樣性指數是指景觀元素或生態系統在結構、功能以及隨時間變化方面的多樣性，它反映了景觀類型的豐富度和複雜度。

2、景觀優勢度指數

景觀的優勢度與多樣性指數成反比，對於景觀類型數目相同的不同景觀，多樣性指數越大，其優勢度越小。

3、景觀均勻度指數

均勻度和優勢度一樣，是描述景觀由少數幾個主要景觀類型控制的程度。

4、景觀破碎化指數

破碎度表征景觀被分割的破碎程度，反映景觀空間結構的複雜性，在一定程度上反映了人類對景觀的干擾程度。它是由於自然或人為干擾所導致的景觀由單一、均質和連續的整體趨向於複雜、異質和不連續的斑塊鑲嵌體的過程，景觀破碎化是生物多樣性喪失的重要原因之一，它與自然資源保護密切相關。

5、景觀聚集度指數

RC=1－C/Cmax ；

RC 是聚集度指數，取值範圍為 0～1 之間；C 為複雜性指數，Cmax 是 C 的最大可能取值。

RC 的取值越大，則代表景觀由少數團聚的大斑塊組成，RC 值小，則代表景觀由許多小斑塊組成。

6、景觀分維度指數

D=2ln(P/4)/ln(A)；

式中，D表示分維數；P為斑塊周長；A為斑塊面積。D 值越大，表明斑塊形狀越複雜，D 值的理論範圍為 1.0～2.0，1.0 代表形狀最簡單的正方形斑塊，2.0 表示等面積下周邊最複雜的斑塊。

7、景觀干擾度和自然度指數

干擾強度表示人類的干擾作用，干擾強度越小，越利於生物的生存，因此，其針對受體的生態意義越大。

Wi = Li / Si；Ni = 1 / Wi；

Wi表示受干擾強度，Li是指i類生態系統內廊道(公路、鐵路、堤壩、溝渠)的總長度，Si是指i類生態系統的總面積，Ni是i類生態系統類型的自然度。