第九章第九章景观生态数量化方法景观生态数量化方法
? 前面章节从定性角度分析了景观结构组成、
空间格局变化特征及其差异，然而深入研究景观结构和空间格局，则需要量化景观的主要属性。
本章主要内容本章主要内容
? 景观数量化研究方法概述
? 景观生态研究数据
? 景观要素斑块特征分析
? 景观异质性分析
? 景观要素空间相互关系分析第一节第一节景观数量化研究方法概述景观数量化研究方法概述景观属于等级结构系统，且类型多样：森林景观、湿地景观、城市景观和农田景观等。不同学者提出了不同数量研究方法。
李哈滨和傅伯杰将景观格局数量研究方法分为：
景观异质性指数、景观格局分析方法、景观模型和模拟；郭晋平将景观指数分为：景观要素斑块特征指数、景观异质性指数、景观要素空间相互关系分析指数、景观总体空间分布格局分析指数和景观动态模拟预测模型。
景观数量化分析方法构成景观数量化分析方法构成
? 1,景观要素特征分析
? 2,景观要素空间相互关系分析
? 3,景观异质性分析
? 4,景观总体空间分布格局分析
? 5,景观模型第第二节二节
,景观生态研究数据景观生态研究数据景观研究属于中尺度的生态学问题，因此需要介绍其数据类型和来源。
? 1,数据类型
1)空间数据：系指反映景观要素空间位置（地理位置或在景观中的相对位置）、空间大小或规模（景观总体的空间范围大小、景观要素的平均规模、变异程度，一般用面积表示）、空间形状（含斑块形状特征、边界特征和分形特征等）、空间关系（景观要素斑块间及其与其他景观要素间的空间位置关系）的数据。
2) 属性数据：指反映景观要素的生态学、生物学、自然地理学、社会经济学和美学特征或属性的数据，包括定性和定量数据。
（1）属性数据的范围、
地质、土壤、水文、地貌、小气候、植被类型、群落组成结构、生产力、更新和演替、水土流失、干扰、
人为经营、美学价值和宜人性等，以及由上述数据派生的数据：生境适宜性指数、立地指数和立地生物生产潜力等。
（2）属性数据的类型土层厚度、土壤pH值、温度、降水以及地位级、美感度等，和二值数据。
2.数据收集数据收集基于研究对象的规模，确定合适的空间尺度或分辨率。
不同的研究尺度，数据收集方法和来源则不同。
? 1)现有资料的收集植被、土壤、地质、动物、生境等资源的样地、标准地调查资料，特别是森林经理的小班调查和作业设计调查的资料。
地质、土壤、气候、植被、立地条件、生境质量、火险等级、水土流失等图面资料，如植被图、土壤图、立地类型图和林相图等，多数资料可作为空间数据和属性数据的数据源，还可作为辅助资料。
? 2)遥感技术的应用遥感技术可提供地理空间实体的空间位置、
形态和关系，还可提供景观实体表面甚至深层特征：土地利用状况及其分布、植被生产力及其分布、水文特征、叶面积指数、植被蒸散等。
航空遥感和卫星遥感两种影像数据。
? 3)社会经济状况数据
3,森林景观要素分类森林景观要素分类原理：采用以地形斑块为基础，结合植被类型和土地利用类型斑块叠加整合的方法，通过综合植被类型、土地利用类型和地形特征，构成景观中相对同质的景观要素单元。
? 1) 基于地形部位、坡度和坡向，划分出地形斑块，其中坡度等级为：平坡（≤ 5° ）、缓坡 6° ~15 °,斜陡坡
16° ~35 ° 和急险坡≥ 36 °；
? 2) 植被和土地利用类型的划分可根据研究需要和航片分辨率制定分类标准。
基于航片上可识别的植被优势成分差异，划分植被类型和森林类型，再考虑土地利用或土地覆盖类型。如，
一级分类景观要素为：林地、人工幼林、疏林、灌丛、草甸、迹地、疏灌草丛、耕地、河流、村庄和其他。
第三节第三节斑块特征分析斑块特征分析景观要素斑块特征包括：斑块数量、大小、形状和边界特征等。
一,斑块数斑块数：指整个景观的斑块数量，单一类型的斑块数量。
斑块密度：
整个景观的斑块密度＝景观斑块总数/景观总面积类型的斑块密度＝类型斑块数/类型面积二,斑块面积整个景观的斑块平均面积＝斑块总面积/斑块总数
? 1,类斑面积：是景观中某类景观要素斑块面积的算术平均值。
? 2,内部生境面积
∑
=
=
N
i
j
ij
i
i
A
N
A
1
1
∑
=
=
N
i
j
ijiji
EAAAI
1
)(
∑
=
=
N
i
j
ijij
i
i
EAA
N
AI
1
)(
1
3,斑块周长斑块周长
? 斑块周长反映了各种扩散过程（能流、物流、物种流）的可能性。
边界密度：
整个景观的边界密度＝景观总周长 /景观总面积类型的边界密度＝类型周长 /类型面积
4,斑块形状斑块形状
? 1) 类斑块形状指数系指斑块实际周长与相同面积圆形斑块周长之比的面积加权平均值。
2)景观要素斑块分维数分维数可反映空间实体几何形状的不规则性。
AP
A
SI
ij
j
ij
i
i
N
i
∑
=
=
1
2
1
π
A
F
kP
d
2
=
第四节第四节
,景观异质性分析景观异质性分析借助于景观斑块密度、边缘密度、景观多样性和景观镶嵌度等指标加以描述。
1,景观多样性指数景观多样性指数
? 1) Shannon-Wiener 多样性指数
? 2) Simpson 多样性指数
)(
1
PP
i
n
i
i
LnH
∑
=
=
∑
=
=
n
i
i
P
D
1
2
1
2,景观优势度指数景观优势度指数
? 优势度指数D是多样性指数的最大值与实际计算值之差。
Hmax为多样性指数的最大值,Pk 为斑块类型 k在景观中出现的概率，m是景观中斑块类型的总数。通常，较大的D值对应于一个或少数几个斑块类型占主导地位的景观。
()
P
Ln
PH
D
k
m
k
k
∑
+=
=1
max
3,景观均匀度指数景观均匀度指数
? 均匀度指数 E 反映景观中各斑块在面积上的不均匀程度，
通常以多样性指数和其最大值的比值来表示。
? 4,景观形状指数式中,E为景观中所有斑块边界的总长度,A为景观总面积
()
()nLn
P
Ln
P
H
H
E
n
k
kk
∑
==
=1
max
A
E
LSI
25.0
=
5,景观镶嵌度和聚集度景观镶嵌度和聚集度
? 1) 镶嵌度描述景观相邻生态系统的对比程度
∑∑
=
==
m
i
ij
m
j
ij
t
DN
E
E
PI
11
1
∑∑
=
==
m
i
m
j
ijt ENE
11
? 2) 聚集度指数描述景观中不同景观要素的团聚程度
? 式中,m为斑块类型总数，Pij 是随机选择的两个相邻栅格细胞属于类型i和j的概率。聚集度指数通常度量同一类型斑块的聚集程度，但其取值还受到类型总数及其均匀度的影响。取值范围：0＜ CONT≤100
( )
()
()100
2
1
11
∑∑
+=
==
m
i
n
j
ijij
mLn
P
Ln
P
CONT
第五节第五节景观要素空间相互关系分析景观要素空间相互关系分析
? 景观要素的空间关系包括同类景观要素的空间关系和异质景观要素之间的空间关系。同类景观要素斑块的联系程度是用连接度指数（即最近邻体距离的面积加权平均数）来描述；而景观中不同属性景观要素的空间关系则可借助空间关联分析来回答。
? 2*2 列联表
? 关联系数种B
+ -
+ a b a+b
- c d c+d
a+c b+d n
种A
d)c)(bd)(ab)(c(a
bc)(ad
V
++++
=
本本章章结结束束语语
? 生态学是一个综合性极强的学科，它是对人类文明的整合和反思。生态学不仅仅是一门科学，也是一种精神、
一种思想和一种信仰。生态学不是上帝，然而要作为诺亚方舟履行拯救万物生灵的职责。生态学是一座智慧桥梁，沟通着物质世界、精神王国和生命天堂。生态学要建立新的伦理道德观念，要求人类与所有生命平等对话。
? 要让人们懂得和尊重树木的权利，山岳的崇高，个体的完美和荒原的价值。
新新疆疆那那拉拉提提森森林林草草原原景景观观喀纳斯森林景观
2008年大兴安岭森林草原过火区年大兴安岭森林草原过火区墨脱原始森林景观墨脱原始森林景观谢谢谢谢诸诸位位
！
！
? 前面章节从定性角度分析了景观结构组成、
空间格局变化特征及其差异，然而深入研究景观结构和空间格局，则需要量化景观的主要属性。
本章主要内容本章主要内容
? 景观数量化研究方法概述
? 景观生态研究数据
? 景观要素斑块特征分析
? 景观异质性分析
? 景观要素空间相互关系分析第一节第一节景观数量化研究方法概述景观数量化研究方法概述景观属于等级结构系统，且类型多样：森林景观、湿地景观、城市景观和农田景观等。不同学者提出了不同数量研究方法。
李哈滨和傅伯杰将景观格局数量研究方法分为：
景观异质性指数、景观格局分析方法、景观模型和模拟；郭晋平将景观指数分为：景观要素斑块特征指数、景观异质性指数、景观要素空间相互关系分析指数、景观总体空间分布格局分析指数和景观动态模拟预测模型。
景观数量化分析方法构成景观数量化分析方法构成
? 1,景观要素特征分析
? 2,景观要素空间相互关系分析
? 3,景观异质性分析
? 4,景观总体空间分布格局分析
? 5,景观模型第第二节二节
,景观生态研究数据景观生态研究数据景观研究属于中尺度的生态学问题，因此需要介绍其数据类型和来源。
? 1,数据类型
1)空间数据：系指反映景观要素空间位置（地理位置或在景观中的相对位置）、空间大小或规模（景观总体的空间范围大小、景观要素的平均规模、变异程度，一般用面积表示）、空间形状（含斑块形状特征、边界特征和分形特征等）、空间关系（景观要素斑块间及其与其他景观要素间的空间位置关系）的数据。
2) 属性数据：指反映景观要素的生态学、生物学、自然地理学、社会经济学和美学特征或属性的数据，包括定性和定量数据。
（1）属性数据的范围、
地质、土壤、水文、地貌、小气候、植被类型、群落组成结构、生产力、更新和演替、水土流失、干扰、
人为经营、美学价值和宜人性等，以及由上述数据派生的数据：生境适宜性指数、立地指数和立地生物生产潜力等。
（2）属性数据的类型土层厚度、土壤pH值、温度、降水以及地位级、美感度等，和二值数据。
2.数据收集数据收集基于研究对象的规模，确定合适的空间尺度或分辨率。
不同的研究尺度，数据收集方法和来源则不同。
? 1)现有资料的收集植被、土壤、地质、动物、生境等资源的样地、标准地调查资料，特别是森林经理的小班调查和作业设计调查的资料。
地质、土壤、气候、植被、立地条件、生境质量、火险等级、水土流失等图面资料，如植被图、土壤图、立地类型图和林相图等，多数资料可作为空间数据和属性数据的数据源，还可作为辅助资料。
? 2)遥感技术的应用遥感技术可提供地理空间实体的空间位置、
形态和关系，还可提供景观实体表面甚至深层特征：土地利用状况及其分布、植被生产力及其分布、水文特征、叶面积指数、植被蒸散等。
航空遥感和卫星遥感两种影像数据。
? 3)社会经济状况数据
3,森林景观要素分类森林景观要素分类原理：采用以地形斑块为基础，结合植被类型和土地利用类型斑块叠加整合的方法，通过综合植被类型、土地利用类型和地形特征，构成景观中相对同质的景观要素单元。
? 1) 基于地形部位、坡度和坡向，划分出地形斑块，其中坡度等级为：平坡（≤ 5° ）、缓坡 6° ~15 °,斜陡坡
16° ~35 ° 和急险坡≥ 36 °；
? 2) 植被和土地利用类型的划分可根据研究需要和航片分辨率制定分类标准。
基于航片上可识别的植被优势成分差异，划分植被类型和森林类型，再考虑土地利用或土地覆盖类型。如，
一级分类景观要素为：林地、人工幼林、疏林、灌丛、草甸、迹地、疏灌草丛、耕地、河流、村庄和其他。
第三节第三节斑块特征分析斑块特征分析景观要素斑块特征包括：斑块数量、大小、形状和边界特征等。
一,斑块数斑块数：指整个景观的斑块数量，单一类型的斑块数量。
斑块密度：
整个景观的斑块密度＝景观斑块总数/景观总面积类型的斑块密度＝类型斑块数/类型面积二,斑块面积整个景观的斑块平均面积＝斑块总面积/斑块总数
? 1,类斑面积：是景观中某类景观要素斑块面积的算术平均值。
? 2,内部生境面积
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=
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? 斑块周长反映了各种扩散过程（能流、物流、物种流）的可能性。
边界密度：
整个景观的边界密度＝景观总周长 /景观总面积类型的边界密度＝类型周长 /类型面积
4,斑块形状斑块形状
? 1) 类斑块形状指数系指斑块实际周长与相同面积圆形斑块周长之比的面积加权平均值。
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第四节第四节
,景观异质性分析景观异质性分析借助于景观斑块密度、边缘密度、景观多样性和景观镶嵌度等指标加以描述。
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2,景观优势度指数景观优势度指数
? 优势度指数D是多样性指数的最大值与实际计算值之差。
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3,景观均匀度指数景观均匀度指数
? 均匀度指数 E 反映景观中各斑块在面积上的不均匀程度，
通常以多样性指数和其最大值的比值来表示。
? 4,景观形状指数式中,E为景观中所有斑块边界的总长度,A为景观总面积
()
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∑
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=1
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5,景观镶嵌度和聚集度景观镶嵌度和聚集度
? 1) 镶嵌度描述景观相邻生态系统的对比程度
∑∑
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? 式中,m为斑块类型总数，Pij 是随机选择的两个相邻栅格细胞属于类型i和j的概率。聚集度指数通常度量同一类型斑块的聚集程度，但其取值还受到类型总数及其均匀度的影响。取值范围：0＜ CONT≤100
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m
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第五节第五节景观要素空间相互关系分析景观要素空间相互关系分析
? 景观要素的空间关系包括同类景观要素的空间关系和异质景观要素之间的空间关系。同类景观要素斑块的联系程度是用连接度指数（即最近邻体距离的面积加权平均数）来描述；而景观中不同属性景观要素的空间关系则可借助空间关联分析来回答。
? 2*2 列联表
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+ -
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d)c)(bd)(ab)(c(a
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本本章章结结束束语语
? 生态学是一个综合性极强的学科，它是对人类文明的整合和反思。生态学不仅仅是一门科学，也是一种精神、
一种思想和一种信仰。生态学不是上帝，然而要作为诺亚方舟履行拯救万物生灵的职责。生态学是一座智慧桥梁，沟通着物质世界、精神王国和生命天堂。生态学要建立新的伦理道德观念，要求人类与所有生命平等对话。
? 要让人们懂得和尊重树木的权利，山岳的崇高，个体的完美和荒原的价值。
新新疆疆那那拉拉提提森森林林草草原原景景观观喀纳斯森林景观
2008年大兴安岭森林草原过火区年大兴安岭森林草原过火区墨脱原始森林景观墨脱原始森林景观谢谢谢谢诸诸位位
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