景观指数
第四章景观格局分析方法
教学目的：通过本章的学习，掌握景观格局分析方法的含义及其意义，了解景观空间格局分析的基本步骤；熟悉各特征指数的计算方法及其生态意义；了解格局分析中误差的来源、精度评价方法和常用降低的误差方法。
重点难点：教学重点景观格局与景观格局分析的概念与主要的景观指数。教学难点空间统计学方法。
第一节概念
一、景观格局的概念
主要指空间格局，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。如不同类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布。
景观格局研究在生态学文献中占有很大比重，成为景观生态学研究的焦点之一。
二、景观格局的基本类型
对景观格局的认识并没有一定的标准，不同的目的、不同的角度可以将景观格局分成不同的类型。著名的美国生态学家福尔曼针对不同的景观格局和结构类型进行了分类与归纳，如下：
1）规则或均匀分布格局
指某一特定类型景观要素间的距离相对一致的一种景观。大面积林区长期的规则式采伐和更新造成的森林景观、平原农田林网控制下的景观都属于规则式均匀格局。
2）聚集（团聚）型分布格局
同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起，同类景观要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再散布在整个景观中。
如：在丘陵农业景观中，农田多聚集在村庄附近或道路的一端。
3）线状格局
指同一类景观要素的斑块呈线性分布。如：沿公路零散分布的房屋，干旱地区（或山地）沿河分布的耕地。
4）平行格局
指同一类型的景观要素斑块呈平行分布。如：侵蚀活跃地区的平行河流廊道，以及山地景观中沿山脊分布的林地。
5）特定的组合或空间联结格局
指不同的景观要素类型由于某种原因经常相联结分布。空间联结可以是正相关，也可以是负相关。如：稻田总是与河流或渠道并存是正相关空间联结的实例；如平原的稻田区很少有大片林地出现。
三、景观格局分析的概念
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。研究空间异质性自然会用到一些已经在生态学中应用的空间割据分析方法，同时又有必要发展新的方法来弥补传统方法的不足。
研究景观的结构是研究景观功能和动态的基础。
景观格局分析方法：用来研究景观结构组成特征和空间配置关系的分析方法。
他们不仅包括一些传统的统计学方法，同时也包括一些新的、专门解决空间问题的格局
分析方法。
如何定量地分析景观格局是景观生态学一个重要而具有挑战性的研究课题。
生态学中长期以来缺乏将空间格局、生态学过程和尺度结合到一起来研究，而景观生态学的一系列研究方法正是强调这三者的相互关系。这一点已成为景观生态学与其它生态学科的主要区别之一。通过研究空间格局可以更好地理解生态学过程。从格局到过程的推绎仍然是景观生态学面临的一大挑战。
第二节景观格局分析的基本步骤
一、景观格局分析的目的意义
（1）确定产生和控制空间格局的因子及其作用机制；
（2）比较不同景观镶嵌体的特征和它们的变化；
（3）探讨空间格局的尺度性质；
（4）确定景观格局和功能过程的相互关系；
（5）为景观的合理管理提供有价值的资料。
景观格局的基本模式：斑块-廊道-基质模式
在实际研究中，要确切地区分斑块、廊道和基质有时是很困难的，也是不必要的，这与尺度有密切关系：
?许多景观中并没有在面积上占绝对优势的植被类型或土地利用类型；
?斑块、廊道和基底的区分往往是相对的，总是与观察尺度相联系；
?广义地讲，基质可看做是景观中占主导地位的斑块，而许多所谓的廊道也可看做是狭长型斑块。
二、景观格局分析的基本步骤
?以研究目的和方案为指导，收集和处理景观数据
?将真实的景观系统转换为数字化的景观，选用适当的格局研究方法进行分析
?最后对分析结果加以解释和综合
景观格局分析图示
第三节 景观指数
一、景观指数
景观指数：能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。
二、景观要素斑块特征分析
1 景观要素斑块规模
A: 斑块面积
类斑块平均面积：景观中某类景观要素斑块面积的算术平均值。反映该类景观要素斑块规模的平均水平。
式中： Ni ——第i 类景观要素的斑块总数；
Aij ——第i 类景观要素第i 个斑块的面积。
最大和最小斑块面积：是指景观中某类景观要素最大和最小斑块的面积。反映该类景观要素斑块规模的极端情况。
类斑面积标准差(Si)和变动系数(Ci)：是指景观中某类景观要素斑块面积的统计标准差和变
B: 内部生境面积
类斑块内部生境总面积：该类生境全部斑块内部面积之和。
式中 AI i ——第i 类生境的内部生境总面积；
A ij ——第j 类生境的斑块平均内部生境面积； EA ij ——第i 类景观要素第
j 斑块的边际带面积；
平均内部生境面积：该类生境全部斑块内部面积算术平均值。
实际研究工作中，某一类生境斑块内部生境面积的测度，并不通过上式计算，而是在GIS 支持下通过生成该类斑块的边际缓冲带（buffer ）图层后，直接有非缓冲带面积得到。
2 景观要素斑块形状
()()
ij i ij i A A A A min min max max ==()∑=-=i
N j ij ij i EA A AI 1
A:景观要素斑块形状指数
斑块形状指数D ：通过计算某一斑块形状与相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其形状的复杂程度。
以圆为参照：
斑块周长与等面积的圆周长之比
以正方形为参照：
斑块周长与等面积的正方形周长之比
P 为斑块周长；A 为斑块面积。斑块的形状越复杂或越扁长，D 的值就越大。 B: 景观要素斑块分维数
?
分形维数（fractal dimension ） ?
分形：不规则的非欧几里德几何形状可通称为分形。组成部分以某种方式与整体相似的形体称分形。 ?
分形维数或分维数：不规则几何形状的非整数维数。 ?
分维数的一般数学表达式： ?
Q(L)=LD 。式中，Q(L)是在观测尺度L 上获得的某种量（即分维变量），D 是量Q 的分维数。D 取值越大，则Q 的结构和变化越复杂。 ? 对于单个斑块：
P 是斑块的周长，A 是常数。对于栅格景观而言，k=4。一般地说，欧几里德几何形状的分维为1，具有复杂边界斑块的分维则大于1，但小于2。
三 景观异质性指数
1）景观斑块密度和边缘密度
A:景观斑块密度
景观斑块密度：指景观中包括全部异质景观要素斑块的单位面积斑块数。
式中:PD ——景观斑块密度 PDi ——景观要素的斑块密度
M ——研究范围内某空间分辨率上景观要素类型总数
A ——研究范围景观总面积。
景观要素斑块密度：指景观中某类景观要素的单位面积斑块数。
类型的斑块密度（孔隙度）=类型斑块总数/类型总面积。
B:景观边缘密度
景观边缘密度包括景观总体边缘密度（或称景观边缘密度）和景观要素边缘密度（简称类斑边缘密度）。
景观边缘密度（ED ）指景观范围内单位面积上异质景观要素斑块间的边缘长度。
景观要素边缘密度（EDi ）指研究对象单位面积上某类景观要素斑块与其相邻异质斑块之间的边缘长度。
2/D kA P =
P ij ——景观中第i 类景观要素斑块与相邻第j 类景观要素斑块间的边界长度。
2）景观多样性
A: 多样性指数与均匀度
景观丰富度指数（landscape richness index
）
?
景观丰富度R ：景观中斑块类型的总数， R = m ，m 是指景观中斑块类型数目。 ?
相对丰富度Rr ： Rr = m / mmax ? 丰富度密度Rd ： Rd = m / A
mmax 为景观中斑块类型数的最大值，即景观最大可能丰富度；A 为景观面积。
景观多样性指数（landscape diversity index ）
? Shannon 多样性指数： Pk 为斑块类型k 在景观中出现的概率；m 为景观中斑块类型总数。
? Simpson 多样性指数： 多样性指数的大小取决于两个方面的信息：斑块类型的多少（即丰富度），各斑块类型在面积上分布的均匀程度。对于给定的m ，当各类斑块的面积比例相同时（即Pk=1/m ），H 达到最大值。
景观均匀度指数（landscape evenness index ）
? 以Shannon 多样性指数为例：
E<=1，当E 趋于1时，景观斑块类型分布的均匀程度也趋于最大。
B: 景观要素优势度
? 景观优势度指数（landscape dominance index ）
描述景观由少数几类斑块控制的程度。通常，较大的D （RD ）对应于一个或少数几个斑块类型占主导地位的景观。
? 优势度指数D ： D = Hmax – H
? 相对优势度RD ： RD = 1 - E = 1 —（H / Hmax ）
第四节 空间统计学方法
景观格局的最大特征就是空间自相关性（spatial autocorrelation ）。空间自相关性被称为是地理学第一定律，指在空间上越靠近的事物或现象就越相似，即景观特征或变量在邻近范围内的变化往往表现出对空间位置的依赖关系。
∑=-=m k k k P P H 1
)ln()ln(max m H =∑=-=m k k P H 1
21')/1(1'max m H -=
空间自相关性的存在使得传统的统计学方法不宜用来研究景观的空间特征。因此，空间自相关性曾被认为是生态学分析的一大障碍。生态学中需要不受空间自相关性限制的统计学方法，空间统计学提供了这样一系列方法。空间统计学方法非常丰富，并且仍然在蓬勃发展。 空间自相关分析：检验某一空间变量的取值是否与相邻空间上该变量的取值大小相关，以及相关程度如何。 空间自相关系数：度量物理或生态学变量在空间上的分布特征及其对其邻域的影响程度。
若某一空间变量的值随着测定距离的缩小而变得更相似，则这一变量呈空间正相关；若所测值随距离的缩小而更为不同，则这一变量呈空间负相关；若表现出任何空间依赖关系，则这所测值不一变量表现出空间不相关性或空间随机性。
第五节 景观格局分析中的误差问题
1、景观格局分析中误差问题的简介
景观空间分析的最重要问题之一——误差问题一直未受到重视。
一些景观生态学家对迄今为止关于这一问题的研究如此之少，认识如此肤浅而深表担忧。
2、景观格局分析中误差的来源
1）原始数据收集过程引入的误差：技术方法本身和与观察者有关的种种原因造成。
2）数据处理和分类过程引入的误差：
3）空间分析过程本身所引入的误差：各种景观指数和空间统计学方法的局限性和非确定性；采用这些方法的人的实际操作水平和对结果的解译能力。
这些不同阶段所产生的误差还可能相互作用，不断放大，即所谓的误差繁衍（error propagation ）现象。
景观空间分析中的误差
多层空间数据分析的精确度
3、景观格局分析中误差的影响和解决
在已发表的景观分析文献中，几乎找不到任何有关误差或准确性方面的报道。
景观分析中的误差分析十分重要，需要景观生态学家与遥感、地理信息系统以及统计学
领域的研究者们携手合作，共同来解决。
现在景观格局研究普遍采用Fragstats
3.3软件计算格局指数，我在写文章的过程中也使用了这一软件，期间也遇到不少问题，幸得高人指点和自己不断摸索（当时网上鲜有使用方法），终于把数据算出来了，现在把使用过程中遇到的一些问题与方法写出来，希望对后来者有些帮助，在写这个的过程中，参考了一些朋友的意见。
Fragstats 33软件的安装
如果你装了arcgis软件，那么Fragstats 3.3可以直接使用。下载下来的文件解压缩后，双击便可
以使用，注意，要保证你的ArcGIS是运行的状态。
环境变量的设置
打开软件后，看你的是“ARCGRID disabled”还是“ARCGRID enabled”，如果是后则，可以直接
使用，如果是前者，学要设置环境变量。步骤：
我的电脑->属性->高级->环境变量，在系统变量那里，新建，变量名为path，变量值为X:\ESRI\AV_GIS30\ARCVIEW\BIN32，X为Arcview安装所在的盘符。
或者是C:\Program Files\ArcGIS\Bin，C为Arcview安装所在的盘符，一般默认安装在C盘上。这
样你的软件就能用了。
数据准备
因为这个软件支持的是grid格式的数据，所以需要将手上的coverage、shape文件转换为grid 格式的文件，用来运算。转换可以在Arcview里面进行，或者Arcmap都可以。以Arcmap为例：A、调
出B、转换为grid：feature to raster
如果想要grid按照你所设定的形状进行计算，可以进行裁剪。且可以保证背景的完整性。以Arcview为例：ert to Grid来生成。加载空间分析模块的方法：File->Extensions，选择Spatial Analyst，
ok。
属性文件的制定
新建txt文件，格式如下：
ClassID , ClassName , Status , isBackground
1 , shrubs , true , false
2 , conifers , true , false
3 , deciduous , true , false
4 , other , false , true
注意：每个之间用空格键和逗号隔开。1－3是你所分的地类所代表的属性，有多少个地类就列多少行。4是文件最后所必需的一列。最后保存为*.fdc格式。
参数设定
找到图标或者是fragstats\set run parameters打开Run parameters对话框。
Grid name：选择grid文件。
Output File: 随便命个名字，存在你能找到的地方。
Is properties file 找到步骤五所保存好的*.fdc文件。
Output Statistics:选择你要计算的指数，有斑块级别的、地类级别的、景观级别的，自己可以任
意选择。
同意可以选择斑块的邻距。那要看自己怎么订了。4个cell或者8个cell。
注意：如果参数设置完成后，你的地类学要修改，或者有运行有什么问题，可以打开：tools/class
properties进行修改。
指数的选择
Fragstats/select patch(class、land)metrics
指数一共有三个级别，path、class、land三个级别。不同级别对应不同的指数，对应着不同的生态学意义。所以选择指数的时候，一定要清楚所选择的指数对应的级别。
运行计算
选择好指数后，点击Fragstats/execute执行，或者是图标。
结果保存在步骤6种的Output File是所存的地方。找到后，用记事本打开。便是你要的结果了。
部分景观指数及其生态学含义
拼块类型面积（CA），单位：ha，范围：CA>0
公式描述：CA等于某一拼块类型中所有拼块的面积之和（m2），除以10000后转化为公顷（ha）；
即某拼块类型的总面积。
生态意义：CA度量的是景观的组分，也是计算其它指标的基础。它有很重要的生态意义，其值的大小制约着以此类型拼块作为聚居地（Habitation）的物种的丰度、数量、食物链及其次生种的繁殖等，如许多生物对其聚居地最小面积的需求是其生存的条件之一；不同类型面积的大小能够反映出其间物种、能量和养分等信息流的差异，一般来说，一个拼块中能量和矿物养分的总量与其面积成正比；为了理解和管理景观，我们往往需要了解拼块的面积大小，如所需要的拼块最小面积和最佳面积是极其重要的两个数据。
景观面积（TA），单位：ha，范围：TA>0
公式描述：TA等于一个景观的总面积，除以10000后转化为公顷（ha）。
生态意义：TA决定了景观的范围以及研究和分析的最大尺度，也是计算其它指标的基础。在自然保护区设计和景观生态建设中，对于维护高数量的物种，维持稀有种、濒危种以及生态系统的稳定，保护区
或景观的面积是最重要的因素。
拼块所占景观面积的比例（%LAND），单位：百分比，范围：0< %LAND<=100
公式描述：%LAND等于某一拼块类型的总面积占整个景观面积的百分比。其值趋于0时，说明景观中此拼块类型变得十分稀少；其值等于100时，说明整个景观只由一类拼块组成。
生态意义：%LAND度量的是景观的组分，其在拼块级别上与拼块相似度指标（LSIM）的意义相同。由于它计算的是某一拼块类型占整个景观的面积的相对比例，因而是帮助我们确定景观中模地（Matrix）或优势景观元素的依据之一；也是决定景观中的生物多样性、优势种和数量等生态系统指标的重要因素。
拼块个数（NP），单位：无，范围：NP>=1
公式描述：NP在类型级别上等于景观中某一拼块类型的拼块总个数；在景观级别上等于景观中所有
的拼块总数。
生态意义：NP反映景观的空间格局，经常被用来描述整个景观的异质性，其值的大小与景观的破碎度也有很好的正相关性，一般规律是NP大，破碎度高；NP小，破碎度低。NP对许多生态过程都有影响，如可以决定景观中各种物种及其次生种的空间分布特征；改变物种间相互作用和协同共生的稳定性。而且，NP对景观中各种干扰的蔓延程度有重要的影响，如某类拼块数目多且比较分散时，则对某些干扰的蔓延（虫
灾、火灾等）有抑制作用。
最大拼块所占景观面积的比例（LPI），单位：百分比，范围：0 公式描述：LPI等于某一拼块类型中的最大拼块占据整个景观面积的比例。 生态意义：有助于确定景观的模地或优势类型等。其值的大小决定着景观中的优势种、内部种的丰度等生态特征；其值的变化可以改变干扰的强度和频率，反映人类活动的方向和强弱。 拼块平均大小（MPS），单位：ha，范围：MPS>0 公式描述：MPS在拼块级别上等于某一拼块类型的总面积除以该类型的拼块数目；在景观级别上等 于景观总面积除以各个类型的拼块总数。 生态意义：MPS代表一种平均状况，在景观结构分析中反映两方面的意义：景观中MPS值的分布区间对图像或地图的范围以及对景观中最小拼块粒径的选取有制约作用；另一方面MPS可以指征景观的破碎程度，如我们认为在景观级别上一个具有较小MPS值的景观比一个具有较大MPS值的景观更破碎，同样在拼块级别上，一个具有较小MPS值的拼块类型比一个具有较大MPS值的拼块类型更破碎。研究发现MPS值的变化能反馈更丰富的景观生态信息，它是反映景观异质性的关键。 面积加权的平均形状因子（AWMSI）， 公式描述：AWMSI在拼块级别上等于某拼块类型中各个拼块的周长与面积比乘以各自的面积权重之后的和；在景观级别上等于各拼块类型的平均形状因子乘以类型拼块面积占景观面积的权重之后的和。其中系数0.25是由栅格的基本形状为正方形的定义确定的。公式表明面积大的拼块比面积小的拼块具有更大的权重。当AWMSI=1时说明所有的拼块形状为最简单的方形（采用矢量版本的公式时为圆形）；当AWMSI 值增大时说明拼块形状变得更复杂，更不规则。 生态意义：AWMSI是度量景观空间格局复杂性的重要指标之一，并对许多生态过程都有影响。如拼块的形状影响动物的迁移、觅食等活动[14，64]，影响植物的种植与生产效率；对于自然拼块或自然景观的形状分析还有另一个很显著的生态意义，即常说的边缘效应。 面积加权的平均拼块分形指数（AWMPFD），单位：无，范围：1<=AWMPFD<=2 公式描述：AWMPFD的公式形式与AWMSI相似，不同的是其运用了分维理论来测量拼块和景观的空间形状复杂性。AWMPFD=1代表形状最简单的正方形或圆形，AWMPFD=2代表周长最复杂的拼块类 型，通常其值的可能上限为1.5。 生态意义：AWMPFD是反映景观格局总体特征的重要指标，它在一定程度上也反映了人类活动对景观格局的影响。一般来说，受人类活动干扰小的自然景观的分数维值高，而受人类活动影响大的人为景观的分数维值低。应该指出的是，尽管分数维指标被越来越多地运用于景观生态学的研究，但由于该指标的计算结果严重依赖于空间尺度和格网分辨率[67]，因而我们在利用AWMPFD指标来分析景观结构及其功能 时要更为审慎。 平均最近距离（MNN），单位：m，范围：MNN>0 公式描述：MNN在拼块级别上等于从拼块ij到同类型的拼块的最近距离之和除以具有最近距离的拼块总数；MNN在景观级别上等于所有类型在拼块级别上的MNN之和除以景观中具有最近距离的拼块总数。 生态意义：MNN度量景观的空间格局。一般来说MNN值大，反映出同类型拼块间相隔距离远，分布较离散；反之，说明同类型拼块间相距近，呈团聚分布。另外，拼块间距离的远近对干扰很有影响，如距离近，相互间容易发生干扰；而距离远，相互干扰就少。但景观级别上的MNN在拼块类型较少时应慎 用。 平均邻近指数（MPI），单位：无，范围：MPI>=0 公式描述：给定搜索半径后，MPI在拼块级别上等于拼块ijs的面积除以其到同类型拼块的最近距离的平方之和除以此类型的拼块总数；MPI在景观级别上等于所有拼块的平均邻近指数。MPI=0时说明在给定搜索半径内没有相同类型的两个拼块出现。MPI的上限是由搜索半径和拼块间最小距离决定的。 生态意义：MPI能够度量同类型拼块间的邻近程度以及景观的破碎度，如MPI值小，表明同类型拼块间离散程度高或景观破碎程度高；MPI值大，表明同类型拼块间邻近度高，景观连接性好。研究证明MPI 对拼块间生物种迁徙或其它生态过程进展的顺利程度都有十分重要的影响[68]。 景观丰度（PR），单位：无，范围：PR>=1 公式描述：PR等于景观中所有拼块类型的总数。 生态意义：PR是反映景观组分以及空间异质性的关键指标之一，并对许多生态过程产生影响。研究发现景观丰度与物种丰度之间存在很好的正相关，特别是对于那些生存需要多种生境条件的生物来说PR 就显得尤其重要。 香农多样性指数（SHDI），单位：无，范围：SHDI>=0 公式描述：SHDI在景观级别上等于各拼块类型的面积比乘以其值的自然对数之后的和的负值。SHDI=0表明整个景观仅由一个拼块组成；SHDI增大，说明拼块类型增加或各拼块类型在景观中呈均衡化 趋势分布。 生态意义：SHDI是一种基于信息理论的测量指数，在生态学中应用很广泛。该指标能反映景观异质性，特别对景观中各拼块类型非均衡分布状况较为敏感，即强调稀有拼块类型对信息的贡献，这也是与其它多样性指数不同之处。在比较和分析不同景观或同一景观不同时期的多样性与异质性变化时，SHDI也是一个敏感指标。如在一个景观系统中，土地利用越丰富，破碎化程度越高，其不定性的信息含量也越大，计算出的SHDI值也就越高。景观生态学中的多样性与生态学中的物种多样性有紧密的联系，但并不是简单的正比关系，研究发现在一景观中二者的关系一般呈正态分布。 香农均度指数（SHEI），单位：无，范围：0<=SHEI<=1 公式描述：SHEI等于香农多样性指数除以给定景观丰度下的最大可能多样性（各拼块类型均等分布）。SHEI=0表明景观仅由一种拼块组成，无多样性；SHEI=1表明各拼块类型均匀分布，有最大多样性。 生态意义：SHEI与SHDI指数一样也是我们比较不同景观或同一景观不同时期多样性变化的一个有力手段。而且，SHEI与优势度指标（Dominance）之间可以相互转换（即evenness=1-dominance）,即SHEI值较小时优势度一般较高，可以反映出景观受到一种或少数几种优势拼块类型所支配；SHEI趋近1时优势度低，说明景观中没有明显的优势类型且各拼块类型在景观中均匀分布。 散布与并列指数（IJI），单位：百分比，范围：0 公式描述：IJI在拼块类型级别上等于与某拼块类型i相邻的各拼块类型的邻接边长除以拼块i的总边长再乘以该值的自然对数之后的和的负值，除以拼块类型数减1的自然对数，最后乘以100是为了转化为百分比的形式；IJI在景观级别上计算各个拼块类型间的总体散布与并列状况。IJI取值小时表明拼块类型i 仅与少数几种其它类型相邻接；IJI=100表明各拼块间比邻的边长是均等的，即各拼块间的比邻概率是均等 的。 生态意义：IJI是描述景观空间格局最重要的指标之一。IJI对那些受到某种自然条件严重制约的生态系统的分布特征反映显著，如山区的各种生态系统严重受到垂直地带性的作用，其分布多呈环状，IJI值一般较低；而干旱区中的许多过渡植被类型受制于水的分布与多寡，彼此邻近，IJI值一般较高。 蔓延度指数（CONTAG），单位：百分比，范围：0 公式描述：CONTAG等于景观中各拼块类型所占景观面积乘以各拼块类型之间相邻的格网单元数目占总相邻的格网单元数目的比例，乘以该值的自然对数之后的各拼块类型之和，除以2倍的拼块类型总数的自然对数，其值加1后再转化为百分比的形式。理论上，CONTAG值较小时表明景观中存在许多小拼块；趋于100时表明景观中有连通度极高的优势拼块类型存在。应该指出的是，该指标只能运行在FRAGSTATS 软件的栅格版本中。 生态意义：CONTAG指标描述的是景观里不同拼块类型的团聚程度或延展趋势。由于该指标包含空间信息，是描述景观格局的最重要的指数之一。一般来说，高蔓延度值说明景观中的某种优势拼块类型形成了良好的连接性；反之则表明景观是具有多种要素的密集格局，景观的破碎化程度较高。而且研究发现 蔓延度和优势度这两个指标的最大值出现在同一个景观样区。该指标在景观生态学和生态学中运用十分广泛，如Graham等曾用蔓延度指标进行生态风险评估；Musick和Grover 用它来量测图像的纹理等。 景观指数英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 最近整理的Fragstats3.3软件Grid格式下可以计算的景观指数，希望大家共同学习探讨 （注：每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 一、面积指标 1.Area/Perimeter ①AREA(AREA-CSD、AREA-CPS/AREA-LSD、AREA-LPS)——Patch Area——斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha(ha、%) ≥0 2.Isolation/Proximity ①LSIM——Landscape Similarity Index——斑块相似系数——斑块——% 3.Area/Density/Edge ①CA——Total Class Area——斑块类型面积——类型——ha＞0 ②PLAND(%LAND)——Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0,100] ③TA——Total Landscape Area——景观面积——景观——ha＞0 ④LPI——Largest Patch Index——最大斑块指数——类型/景观——% 二、密度大小及差异 1.Area/Density/Edge ①NP——Number of Patches——斑块数量——类型/景观——n ≥1 ②PD——Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha ③AREA(AREA-MN、AREA-AM、AREA-MD、AREA-RA、AREA-SD、AREA-CV)(MPS、PSSD、PSCV)——Patch Area（Patch Area Mean / Mean Patch Size、Patch Area Standard Deviation / Patch Size Standard Deviation、Patch Area Coefficient of Variation / Patch Size Coefficient of Variation）——斑块面积（平均斑块面积、面积加权平均斑块面积、斑块面积中值、斑块面积范围、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）（平均斑块面积、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）——类型/景观——ha(ha，%，%) ④GYRA(同上)——Radius of Gyration——回旋半径——类型/景观——m 三、边缘指标 1.Area/Perimeter ①PERIM(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Perimeter——斑块周长（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——m ≥0 ②GYRA(同上)——Radius of Gyration——回旋半径——斑块——m 2.Contrast ①EDCON(同上)——Edge Contrast Index——边缘对比度——斑块——% 3.Area/Density/Edge ①TE——Total Edge——总边界长度——类型/景观——m ②ED——Edge Density——边缘密度——类型/景观——m/ha 4.Contrast ①CWED——Contrast-Weighted Edge Density——对比度加权边缘密度——类型/景观——m/ha ②TECI——Total Edge Contrast Index——总边缘对比度——类型/景观——% ③ECI(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MECI、AWMECI)——Edge Contrast Index（Mean Edge Contrast Index、Area-Weighted Mean Contrast Index）——边缘对比度（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均边缘对比度、面积加权平均边缘对比度）——类型/景观——%（%，%） 四、形状指标 1.Shape ①PARA(CSD、CPS/LSD、LPS)——Perimeter Area Ratio——周长面积比（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——无 ②SHAPE(同上)——Shape Index——形状指标——斑块——无 ③FRACT(同上)——Fractal Dimension Index——分维数——斑块——无[1,2] ④CRICLE(同上)——Related Circumscribing Circle——近圆形形状指数——斑块——无 ⑤CONTIG(同上)——Contiguity Index——邻近指数——斑块——无 2.Area/Density/Edge ①LSI——Landscape Shape Index——景观形状指数——类型/景观——无 ②NLSI——Normalize LSI——归一化景观形状指数——类型——无 3.Shape ①PAFRAC——Perimeter Area Fractal DImension——周长面积分维——类型/景观——无 ②PARA(MN、AM、MD、RA、SD、CV)——Perimeter Area Ratio——周长面积比（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）——类型/景观——无 ③SHAPE(同上)(MSI、AWMSI)——Shape Index(Mean Shape Index、Area-Weighted Mean Shape Index)——形状指数（平均形状、面积加权的平均形状指标）——类型/景观——无 ④FRAC(同上)(MPFD、AWMPFD)——Fractal Dimension Index(Mean Patch Fractal Dimension、Area-Weighted Patch Fractal Dimension)——分维数（平均斑块分维数、面积加权的平均斑块分维数）——类型/景观——无[1,2] ⑤CRICLE(同上))——Related Circumscribing Circle——近圆形状指数——类型/景观——无 ⑥DLFD——Double Log Fractal Dimension——双对数分维数——类型/景观——无 五、核心面积指标 1.Core Area ①Core(CSD、CPS/LSD、LPS)——Core Area——核心斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha ②NCORE(同上)——Number of Core Area——核心斑块数量——斑块——n ≥1 ③CAI(同上)——Core Area Index——核心斑块面积比指标——斑块——% 2.Core Area ①TCA——Total Core Area——核心斑块总面积——类型/景观——ha ②CPLAND(C%LAND)——Core Area Percentage of Landscape——核心斑块占景观面积比——类型——% ③NDCA——Number of Disjunct Core Area——独立核心斑块数量——类型/景观——n ④DCAD——Disjunct Core Area Density——独立核心斑块密度——类型/景观——n/100ha ⑤CORE(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MCA1、CASD1、CACV1)——Core Area(Mean Core Area、Core Area Standard Deviation、Core Area Coefficient of Variation)——核心斑块面积（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均核心斑块面积、核心斑块面积方差、核心斑块面积变异系数）——类型/景观——ha(ha,ha,%) ⑥DCA(同上)(MCA2、CASD2、CACV2)——Disjunct Core Area——独立核心斑块面积（平均独立核心斑块面积、独立核心斑块面积方差、独立核心面积变异系数）——类型/景观——ha(ha,ha,%) ⑦CAI(同上)(MCAI)——Core Area Index(Mean Core Area Index)——核心斑块面积比指标（平均核心斑块指标）——类型/景观——% 六、邻近度指标 1.Isolation/Proximity ①PROXIM(CSD、CPS/LSD、LPS)——Proximity Index——邻近指数（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——无 ②SIMI(同上)——Similarity Index——相似度——斑块——无 ③ENN(同上)——Euclidean Nearest Neighbor Index——欧氏邻近距离——斑块——m 2.Isolation/Proximity ①PROXIM(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MPI)——Proximity Index(Mean Proximity Index)——邻近指数（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、变异系数）（平均邻近指数）——类型/景观——%(%) ≥0 ②SIMI(同上)——Similarity Index——相似度——类型/景观——无 ③ENN(同上)(MNN、NNSD、NNCV)——Euclidean Nearest Neighbor Index(Mean Euclidean Nearest-Neighbor Index、Euclidean Nearest-Neighbor Index Standard Deviation、Euclidean Nearest-Neighbor Index Coefficient of Variation)——欧氏邻近距离（平均欧氏邻近距离、欧氏邻近距离方差、欧氏邻近距离变异系数）——类型/景观——m(m,m,%) ＞0 七、多样性 1.Diversity ①PR——Patch Richness——斑块多度（丰富度）——景观——n ≥1 ②PRD——Patch Richness Density——斑块丰富度——景观——n/100ha ③RPR——Relative Patch Richness——相对丰富度——景观——% ④SHDI——Shannon's Diversity Index——香农多样性指数——景观——无 ⑤SIDI——Simpson's Diversity Index——Simpson多样性指数——景观——无 ⑥MSHDI——Modified Simpson's Diversity Index——修正Simpson多样性指数——景观——无 ⑦SHEI——Shannon's Evenness Index——香农均匀度指数——景观——无[0,1] ⑧SIEI——Simpson's Evenness Index——Simpson均匀度指数——景观——无 ⑨MSIEI——Modified Simpson's Evenness Index——修正Simpson均匀度指数——景观——无 八、聚散性 1.Contagion/Interspersion ①CLUMPY——Clumpiness——丛生度——类型——% ②PLADJ——Proportion of Like Adjacency——相似邻近比例——类型/景观——% （0,100] ③AI——Aggregation Index——聚合度——类型/景观——% （0,100] ④IJI——Interspersion Juxtaposition Index——散布与并列指数——类型/景观——% （0,100] ⑤DIVISION——Landscape Division Index——景观分裂指数——类型/景观——% （0,100] ⑥SPLIT——Splitting Index——分离度——类型/景观——% （0,100] ⑦MESH——Effective Mesh Size——有效粒度面积——景观——% （0,100] 2.Connectivity ①COHESION——Patch Cohesion Index——整体性（斑块凝聚度）——类型/景观——% （0,100]- ②CONNECT——Connectance Index——连接度——类型/景观——% （0,100] 3.Contagion/Interspersion ①CONTAG——Contagion Index——蔓延度——景观——% (0,100] （注：以上仅为参考，具体仍需查阅专业文献） 1、指数的选择 :Fragstats/select patch(clas、s land)metrics 指数一共有三个级别， path、class、landscape 三个级别。不同级别对应不同的指数，对应着不同的生态学意义。所以选择指数的时候，一定要清楚所选择的指数对应的级别。 2、整理的 Fragstats中可以计算的景观指数注：每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位 一、面积指标 1.A rea/Perimeter ①AREA(AREA-CSD 、AREA-CPS、AREA-LS 、AREA-LPS) —Patch Area——斑块面积(类型水平方差、百分比 /景观水平方差、百分比)——斑块—— ha(ha、%) ≥0； 2.Isolation/Proximity ①LSIM —Landscape Similarity Index—斑块相似系数—斑块—%； 3.A rea/Density/Edge ①CA —— Total Class Area——斑块类型面积——类型—— ha>0；②PLAND(%LAND) —— Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0，100]； ③T A—— Total Landscape Area——景观面积——景观— ha> 0； ④LPI —— Largest Patch Index—最大斑块指数—类型/景观—%； 二、密度大小及差异 1.A rea/Density/Edge ①NP—— Number of Patches——斑块数量——类型 /景观——n ≥1； ②PD—— Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha；③AREA（AREA-MN 、 AREA-AM 、 AREA- MD 、 AREA-RA 、 AREA-SD 、AREA-CV）（MPS 、PSSD、PSCV）—— Patch Area（Patch Area Mean / Mean Patch Size、Patch Area Standard Deviation / Patch Size Standard Deviation、 Patch Area Coefficient of Variation / Patch Size Coefficient of Variation）——斑块面积（平均斑块面积、面积加权平均斑块面积、斑块面积中值、斑块面积范围、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）（平均斑块面积、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）——类型 /景观—— ha （ha，%，%）；④GYRA（同上）—Radius of Gyration—回旋半径—类型/景观—m； 三、边缘指标 1.Area/Perimeter ①PERIM（CSD 、 CPS/LSD、 LPS）—— Patch Perimeter——斑块周长（类型水平方差、百分比 /景观水 景观格局计算指数 （注：每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 一、面积指标 1.Area/Perimeter ①AREA(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Area——斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha(ha、%) ≥0 2.Isolation/Proximity ①LSIM——Landscape Similarity Index——斑块相似系数——斑块——% 3.Area/Density/Edge ①CA——Total Class Area——斑块类型面积——类型——ha＞0 ②PLAND(%LAND)——Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0,100] ③TA——Total Landscape Area——景观面积——景观——ha＞0 ④LPI——Largest Patch Index——最大斑块占景观面积比例——类型/景观——% 二、密度大小及差异 1.Area/Density/Edge ①NP——Number of Patches——斑块数量——类型/景观——n ≥1 ②PD——Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha ③AREA(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MPS、PSSD、PSCV)——Patch Area（Mean、Standard Deviation、Coefficient of Variation）——斑块大小（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、均方差）（斑块平均大小、斑块面积方差、斑块面积均方差）——类型/景观——ha(ha，%，%) ④GYRA(同上)——Radius of Gyration——回转半径——类型/景观——m 三、边缘指标 1.Area/Perimeter ①PERIM(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Perimeter——斑块周长（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——m ≥0 景观破碎度 破碎度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程，景观破碎化是生物多样性丧失的重要原因之一，它与自然资源保护密切相关。公式如下： Ci = Ni / Ai 式中Ci为景观i的破碎度，Ni为景观i的斑块数，Ai 为景观i的总面积。 景观分离度 指某一景观类型中不同斑块数个体分布的分离度。 Vi = Dij / Aij 式中Vi为景观类型i的分离度，Dij为景观类型i的距离指数，Aij 为景观类型i的面积指数。 干扰强度和自然度 干扰强度表示人类的干扰作用，干扰强度越小，越利于生物的生存，因此，其针对受体的生态意义越大。 Wi = Li / Si；Ni = 1 / Wi Wi表示受干扰强度，Li是指i类生态系统内廊道(公路、铁路、堤坝、沟渠)的总长度，Si是指i类生态系统的总面积，Ni是i类生态系统类型的自然度。 优势度 D 为景观的优势度，它与多样性指数成反比，对于景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越大，其优势度越小。 均匀度 E=(H/Hmax)×100% 均匀度和优势度一样，也是描述景观由少数几个主要景观类型控制的程度。这两个指数可以彼此验证。 分维数 D=2ln(P/4)/ln(A) 式中，D表示分维数；P为斑块周长；A为斑块面积。D 值越大，表明斑块形状越复杂，D 值的理论范围为 1.0～2.0，1.0 代表形状最简单的正方形斑块，2.0 表示等面积下周边最复杂的斑块。 聚集度指数 RC=1－C/Cmax 式中，RC 是相对聚集度指数，取值范围为 0～1 之间；C 为复杂性指数，Cmax 是 C 的最大可能取值，C 和 Cmax 的计算公式为：其中，P(i，j) 是生态系统 i 与生态系统 j 相邻的概率，m 是景观中生态系统类型总数。在实际计算中，P(i，j) 可由下式估计：P(i，j)=E(i，j)/Nb，式中 E(i，j) 是相邻生态系统 i 与 j 之间的共同边界长度，Nb 是景观中不同生态系统间边界的总长度。RC 的取值越大，则代表景观由少数团聚的大斑块组成，RC 值小，则代表景观由许多小斑块组成。 FRAGSTATS 英文缩写提供的景观指标指 标名称斑块面积斑块 相似系数斑块类型面 积斑块所占景观面积 比例 应用尺度 斑块 斑块 类型 类型 英文全称 Area Landscape similarity index Class area Percent of landscape 单位 ha % ha % 面AREA LSIM CA %LAN D 积指TA景观面积类型/景观T otal landscape area ha 标最大斑块占景观面积比 LPI例类型/景观L argest patch index% 密NP斑块数量类型/景观N umber of patches# 度PD斑块密度类型/景观P atch density#/100ha 大MPS斑块平均大小 类型/景观M ean patch size ha 小PSSD斑块面积方差类型/景观P atch size standard deviation ha 及 差PSCV斑块面积均方差类型/景观P atch size coefficient of variation% 异 PERIM斑块周长斑块Perimeter m EDCON边缘对比度斑块Edge contrast index% 边 TE总边缘长度类型/景观T otal edge m ED边缘密度类型/景观E dge density m/ha 缘指CWED对比度加权边缘密度类型/景观C ontrast-weighted edge density m/ha J I=I TECI总边缘对比度类型/景观T otal edge contrast index% MECI平均边缘对比度类型/景观M ean edge contrast index%面积加权平均边缘对比 AWMECI度类型/景观Area-weighted mean edge contrast index % SHAPE形状指标斑块Shape index FRACT分维数斑块Fractal dimension LSI景观形状指标类型/景观L andscape shape index 形MSI平均形状类型/景观M ean shape index 状面积加权的平均形状指 指AWMSI标 类型/景观A rea-weighted mean shape index 标DLFD双对数分维数类型/景观D ouble log fractal dimension MPFD平均斑块分维数类型/景观M ean patch fractal dimension 面积加权的平均斑块分Area-weighted mean patch fractal AWMPFD类型/景观 形指标dimension 核CORE核心斑块面积斑块Core area ha 心NCORE核心斑块数量斑块Number of core areas#面CAI核心斑块面积比指标斑块Core area index%积C%LAND核心斑块占景观面积比类型Core area percent of landscape% 指TCA核心斑块总面积类型 /景观T otal core area ha 标NCA核心斑块数量类型/景观N umber of core areas# 1、指数的选择:Fragstats/select patch(class、land)metrics 指数一共有三个级别，path、class、landscape三个级别。不同级别对应不同的指数，对应着不同的生态学意义。所以选择指数的时候，一定要清楚所选择的指数对应的级别。 2、整理的Fragstats中可以计算的景观指数 注：每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位 一、面积指标 Perimeter ①AREA(AREA-CSD、AREA-CPS、AREA-LS、AREA-LPS)—Patch Area——斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha(ha、%) ≥0； Proximity ①L SIM—Landscape Similarity Index—斑块相似系数—斑块—%； Density/Edge ①CA——Total Class Area——斑块类型面积——类型——ha＞0； ②PLAND(%LAND)——Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0，100]； ③TA——Total Landscape Area——景观面积——景观—ha＞0； ④LPI——Largest Patch Index—最大斑块指数—类型/景观—%； 二、密度大小及差异 Density/Edge ①NP——Number of Patches——斑块数量——类型/景观——n ≥1； ②PD——Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha； ③AREA(AREA-MN、AREA-AM、AREA-MD、AREA-RA、AREA-SD、AREA-CV)(MPS、PSSD、PSCV)——Patch Area（Patch Area Mean / Mean Patch Size、Patch Area Standard Deviation / Patch Size Standard Deviation、Patch Area Coefficient of Variation / Patch Size Coefficient of Variation）——斑块面积（平均斑块面积、面积加权平均斑块面积、斑块面积中值、斑块面积范围、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）（平均斑块面积、斑块面积标准差、斑块面积变异系数）——类型/景观——ha(ha，%，%)； ④GYRA(同上)—Radius of Gyration—回旋半径—类型/景观—m； 三、边缘指标 Perimeter ①PERIM(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Perimeter——斑块周长（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）—斑块—m ≥0； ②GYRA(同上)——Radius of Gyration——回旋半径—斑块—m； ①EDCON(同上)——Edge Contrast Index—边缘对比度—斑块 景观格局指数 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT 景观格局计算指数（注：每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 一、面积指标 Perimeter ①AREA(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Area——斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha(ha、%) ≥0 Proximity ①LSIM——Landscape Similarity Index——斑块相似系数——斑块——% Density/Edge ①CA——Total Class Area——斑块类型面积——类型——ha＞0 ②PLAND(%LAND)——Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0,100] ③TA——Total Landscape Area——景观面积——景观——ha＞0 ④LPI——Largest Patch Index——最大斑块占景观面积比例——类型/景观——% 二、密度大小及差异 Density/Edge ①NP——Number of Patches——斑块数量——类型/景观——n ≥1 ②PD——Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha ③AREA(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MPS、PSSD、PSCV)——Patch Area （Mean、Standard Deviation、Coefficient of Variation）——斑块大小（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、均方差）（斑块平均大小、斑块面积方差、斑块面积均方差）——类型/景观——ha(ha，%，%) 景观格局计算指数（注：每个景观指数包含的信息依次为??英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 一、面积指标 Perimeter ①AREA(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Area——斑块面积（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——ha(ha、%) ≥0 Proximity ①LSIM——Landscape Similarity Index——斑块相似系数——斑块——% Density/Edge ①CA——Total Class Area——斑块类型面积——类型——ha＞0 ②PLAND(%LAND)——Percentage of Landscape——斑块所占景观面积比例——类型——% [0,100] ③TA——Total Landscape Area——景观面积——景观——ha＞0 ④LPI——Largest Patch Index——最大斑块占景观面积比例——类型/景观——% 二、密度大小及差异 Density/Edge ①NP——Number of Patches——斑块数量——类型/景观——n ≥1 ②PD——Patch Density——斑块密度——类型/景观——n/100ha ③AREA(MN、AM、MD、RA、SD、CV)(MPS、PSSD、PSCV)——Patch Area （Mean、Standard Deviation、Coefficient of Variation）——斑块大小（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、均方差）（斑块平均大小、斑块面积方差、斑块面积均方差）——类型/景观——ha(ha，%，%) ④GYRA(同上)——Radius of Gyration——回转半径——类型/景观——m 三、边缘指标 Perimeter ①PERIM(CSD、CPS/LSD、LPS)——Patch Perimeter——斑块周长（类型水平方差、百分比/景观水平方差、百分比）——斑块——m ≥0 第一节概念 一、景观格局的概念 主要指空间格局，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。如不同类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布。 景观格局研究在生态学文献中占有很大比重，成为景观生态学研究的焦点之一。 二、景观格局的基本类型 对景观格局的认识并没有一定的标准，不同的目的、不同的角度可以将景观格局分成不同的类型。著名的美国生态学家福尔曼针对不同的景观格局和结构类型进行了分类与归纳，如下： 1）规则或均匀分布格局 指某一特定类型景观要素间的距离相对一致的一种景观。大面积林区长期的规则式采伐和更新造成的森林景观、平原农田林网控制下的景观都属于规则式均匀格局。 2）聚集（团聚）型分布格局 同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起，同类景观要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再散布在整个景观中。 如：在丘陵农业景观中，农田多聚集在村庄附近或道路的一端。 3）线状格局 指同一类景观要素的斑块呈线性分布。如：沿公路零散分布的房屋，干旱地区（或山地）沿河分布的耕地。 4）平行格局 指同一类型的景观要素斑块呈平行分布。如：侵蚀活跃地区的平行河流廊道，以及山地景观中沿山脊分布的林地。 5）特定的组合或空间联结格局 指不同的景观要素类型由于某种原因经常相联结分布。空间联结可以是正相关，也可以是负相关。如：稻田总是与河流或渠道并存是正相关空间联结的实例；如平原的稻田区很少有大片林地出现。 三、景观格局分析的概念 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。研究空间异质性自然会用到一些已经在生态学中应用的空间割据分析方法，同时又有必要发展新的方法来弥补传统方法的不足。 研究景观的结构是研究景观功能和动态的基础。 景观格局分析方法：用来研究景观结构组成特征和空间配置关系的分析方法。 他们不仅包括一些传统的统计学方法，同时也包括一些新的、专门解决空间问题的格局分析方法。 如何定量地分析景观格局是景观生态学一个重要而具有挑战性的研究课题。 生态学中长期以来缺乏将空间格局、生态学过程和尺度结合到一起来研究，而景观生态学的一系列研究方法正是强调这三者的相互关系。这一点已成为景观生态学与其它生态学科的主要区别之一。通过研究空间格局可以更好地理解生态学过程。从格局到过程的推绎仍然是景观生态学面临的一大挑战。 第二节景观格局分析的基本步骤 景观指数 （1）斑块类型指数 ①斑块所占景观面积的比例（PLAND ） ()1001A a P PLAND n j ij i ∑===式中：——斑块的面积；——所有景观的总面积。 ij a ij A PLAND 度量的是景观的组分。它计算的是某一斑块类型占整个景观的面积的相对比例；是帮助确定景观中优势景观元素的依据之一。其值趋于0时,说明景观中此斑块类型变得十分稀少，其值等于100时，说明整个景观只由一类斑块组成。 ②斑块密度（PD ） ()()10010000A n PN i = 式中：——第类景观要素的总面积；——所有景观的总面积。 i n i A 斑块密度是景观格局分析的基本的指数，其单位为斑块数/100公顷，它表达的是单位面积上的斑块数，有利于不同大小景观间的比较。 ③周长面积分维数（PAFRAC ） ()2112111ln ln ln ln 2 ???? ??-???? ????? ????????? ?????? ??-??????-= ∑∑∑∑∑=====n j ij n j ij i n j ij n j ij n j ij ij ij p p n a p a p n PAFRAC 式中：——斑块的面积；——斑块的周长；——斑块数目。 ij a ij ij p ij i n PAFRAC 反映了不同空间尺度的性状的复杂性。分维数取值范围一般应在1—2之间，其值越接近1，则斑块的形状就越有规律，或者说斑块就越简单，表明受人为干扰的程度越大；反之，其值越接近2，斑块形状就越复杂，受人为干扰程度就越小。 ④斑块聚合度（AI ） )100(max ?????→=ii ii g g AI 式中：——相应景观类型的相似邻接斑块数量 ii g AI 基于同类型斑块像元间公共边界长度来计算。当某类型中所有像元间不存在公共边界时，该类型的聚合程度最低；而当类型中所有像元间存在的公共边界达到最大值时，具有最大的聚合指数。 （2）总体景观指数 ①香农多样性指数（SHDI ） () i i m i p p SHDI ln 1∑=-=式中：——景观斑块类型所占据的比率； i p i 香农多样性指数在群落生态学中被广泛应用于多样性的检测，该指标能反映景观异质性，特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。另外在比较和分析不同景观或同一景观不同时期的多样性与异质性变化时，SHDI 也是一个敏感指标。如在一个景观系统中，土地利用越丰富，破碎化程度越高，其步定性的信息含量也越大，计算出的SHDI 值也就越高。 ②蔓延度（CONTAG ） ()()()100ln 2)ln(11111??????????? ???????? ??????????????????????? ???????????????????? ??+=∑∑∑∑====m g g P g g P CONTAG m k m k ik ik i m k ik ik i m i 式中：——类型斑块所占的面积百分比；——类型斑块和类型斑块毗邻的i p i ik g i k 数目；——景观中的斑块类型总数目。 m CONTAG 可描述景观里斑块类型的团聚程度或延展趋势,包含了空间信息。CONTAG 较大，表明景观中的优势斑块类型形成了良好的连接；反之，则表明景观是具有多种要素的散布格局，景观的破碎化程度较高。CONTAG 与边缘密度呈负相关，与优势度和多样性指 应用Fragstats 3.3 计算景观格局指数的步骤 1、根据研究目的确定需要计算的景观格局指数，并列表明确其生态意义。假设 本文在斑块水平选取以下指数： 斑块数目（NP）、平均斑块面积（MPS）、聚集度（AI）、最大斑块指数（LPI）、斑块所占景观面积比例（PLAND）面积加权平均形状指数（AWMSI） 在景观水平选取以上指数外（不含PLAND）还选择香农多样性指数（SHDI）、 香农均匀度指数（SHEI）。本文所选指数见表1 （表格自行设定，不一定按此 类型） 水 景观指数指数全称生态含义取值范围 平 香农多样性Shannon's 反映景观中各斑块类型的复杂性 SHDI% 指数(SHDI) diversity index 和变异性 景 反映景观中各斑块在面积上分布 观香农均匀度Shannon's 的不均匀程度，当值趋于1时，说0 令HEI W 指数(SHEI) evenness index 明各斑块类型在景观中分布均匀 斑块数目值的大小与破碎度之间呈正相关 Number of patches NPS M (NP) 性 平均斑块面积描述景观粒度，一定意义上揭示景 Mean patch area MPS>0 (MPS) 观破碎化程度 聚集度反映景观中不同斑块类型的非随 Aggregation index 0 FRAGSTATS提供的景观指标 英文缩写 指标名称应用尺度英文全称单位 面 积指标AREA斑块面积斑块Area ha LSIM斑块相似系数斑块Landscape similarity index% CA斑块类型面积类型Class area ha %LAND斑块所占景观面积比例类型Percent of landscape% TA景观面积类型/景观Total landscape area ha LPI最大斑块占景观面积比 例 类型/景观Largest patch index% 密度大小及差异NP斑块数量类型/景观Number of patches# PD斑块密度类型/景观Patch density#/100ha MPS斑块平均大小类型/景观Mean patch size ha PSSD斑块面积方差类型/景观Patch size standard deviation ha PSCV斑块面积均方差类型/景观Patch size coefficient of variation% 边缘指标PERIM斑块周长斑块Perimeter m EDCON边缘对比度斑块Edge contrast index% TE总边缘长度类型/景观Total edge m ED边缘密度类型/景观Edge density m/ha CWED对比度加权边缘密度类型/景观Contrast-weighted edge density m/ha TECI总边缘对比度类型/景观Total edge contrast index% MECI平均边缘对比度类型/景观Mean edge contrast index% AWMECI面积加权平均边缘对比 度 类型/景观Area-weighted mean edge contrast index% 形状指标SHAPE形状指标斑块Shape index FRACT分维数斑块Fractal dimension LSI景观形状指标类型/景观Landscape shape index MSI平均形状类型/景观Mean shape index AWMSI面积加权的平均形状指 标 类型/景观Area-weighted mean shape index DLFD双对数分维数类型/景观Double log fractal dimension MPFD平均斑块分维数类型/景观Mean patch fractal dimension AWMPFD面积加权的平均斑块分 形指标 类型/景观 Area-weighted mean patch fractal dimension 核心CORE核心斑块面积斑块Core area ha NCORE核心斑块数量斑块Number of core areas# 1. 斑块形状指数 （patch shape index） 是通过计算某一斑块形状与相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量起形状复杂程度的。 常见的斑块形状指数S有两种形式： （以圆为参照几何形状） （以正方形为参照几何形状） 其中，P是斑块周长，A是斑块面积。 2. 景观丰富度指数 （landscape richness index ） 景观丰富度指数R是指景观中斑块类型的总数，即： R=m（m为景观中斑块类型的数目） 在比较不同景观时，相对丰富度（relative richness）和丰富度密度（richness density）更为适宜. 其中，Rr，Rd分别表示相对丰富度和丰富度密度，Mmax是景观中斑块类型数的最大值，A是景观面积。 3.Shannon-Weaver多样性指数 （Shannon-Weaver 指数或Shannon指数） 式中，Pk是斑块类型k在景观中出现的频率，n是景观中斑块类型的总数。 4. Simpson多样性指数 式中，Pk是斑块类型k在景观中出现的频率，n是景观中斑块类型的总数 5. 景观优势度指数 （landscape dominance index ） 优势度指数D是多样性指数的最大值与实际计算值之差。其表达式为： 其中，Hmax是多样性指数的最大值，Pk是斑块类型k在景观中出现的概率，m是景观中斑块类型的总数。 6.景观均匀度指数 （landscape evenness index ） 均匀度指数E反映景观中各斑块在面积上分布的不均匀程度，通常以多样性指数和其最大值的比来表示。以Shannon多样性指数为例，均匀度可表达为: 其中，H是Shannon多样性指数，Hmax是其最大值。 7. 景观形状指数 （landscape shape index ） 景观形状指数LSI与斑块形状指数相似，只是将计算尺度从单个斑块上升到整个景观而已。其表达式如下： 其中，E为景观中所有斑块边界的总长度，A为景观总面积。 8. 正方像元指数 （square pixel index ） 正方像元指数SQP是周长与斑块面积比的另一种表达方式，即将其取值标准化为0与1之间。其表达式为： 其中，A为景观中斑块总面积，E为总周长。 当景观中只有一个斑块且为正方形时，SQP=0，当景观中斑块形状越来越复杂或偏离正方形时，SQP增大，渐趋于1。显然，SQP于LSI之间有直接的数量关系，即： 9. 景观聚集度指数 （contagion index ） 景观聚集度C反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度。其一般数学表达式如下： 其中，Cmax是据极度指数的最大值，n式景观中斑块类型总数，Pij是斑块类型i与j相邻的概率。通常在比较不同景观时，相对聚集度C’更为合理，其计算公式如下： 景观格局计算指数 (注:每个景观指数包含的信息依次为英文缩写——英文全称——指标名称——应用尺度——单位） 一、面积指标 1.Ａreａ／Ｐerｉｍｅｔer ①AＲＥA(CSＤ、CPＳ/ＬＳD、LPS)——PatｃｈＡｒea——斑块面积(类型水平方差、百分比／景观水平方差、百分比)——斑块——hａ（hａ、%) ≥０ 2.Iｓolatiｏn/Proｘimiｔy ①LＳＩＭ——Lanｄscaｐe Siｍilarity Ｉndex——斑块相似系数——斑块——% ３.Ａreａ/Dｅnｓity／Edge ①CA——Total Clａｓs Arｅａ——斑块类型面积——类型——ha>0 ②PＬAＮＤ（％LANＤ)——Perｃeｎtage of Ｌandscape——斑块所占景观面积比例——类型——％[0,１00] ③TA——ToｔalＬａndscapｅAreａ——景观面积——景观——ｈa＞0 ④LＰI——Laｒgest Paｔch Ｉnｄex——最大斑块占景观面积比例——类型/景观——% 二、密度大小及差异 1.Ａrea/Densiｔｙ／Edgｅ ①ＮＰ——Number ofＰatches——斑块数量——类型/景观——ｎ≥１ ②PD——Pａtch Deｎsiｔｙ——斑块密度——类型/景观——n/100ｈａ ③AＲEA（MＮ、AM、MD、ＲA、SＤ、CＶ）(MPS、PSSD、ＰSCV)——Ｐatch Area（Mｅan、StandaｒｄDeviａtion、Coeｆfiｃiｅnt of Variatioｎ)——斑块大小（平均、面积加权平均、中值、变化范围、方差、均方差)(斑块平均大小、斑块面积方差、斑块面积均方差)——类型/景观——hａ(ｈa，%,%） ④ＧYRA(同上)——Rａdiuｓof Gｙrａｔｉｏn——回转半径——类型/景观——m 三、边缘指标 1.Area/Pｅrｉmｅter 应用Fragstats 3、3 计算景观格局指数的步骤 1、根据研究目的确定需要计算的景观格局指数,并列表明确其生态意义。假设 本文在斑块水平选取以下指数: 斑块数目(NP)、平均斑块面积(MPS)、聚集度(AI)、最大斑块指数(LPI)、斑块 水 平 景观指数指数全称生态含义取值范围 景观香农多样性 指数(SHDI) Shannon’s diversity index 反映景观中各斑块类型的复杂性 与变异性 SHDI≥0 香农均匀度 指数(SHEI) Shannon’s evenness index 反映景观中各斑块在面积上分布 的不均匀程度,当值趋于1时,说明 各斑块类型在景观中分布均匀 0≤SHEI≤1 斑块类型斑块数目 (NP) Number of patches 值的大小与破碎度之间呈正相关 性 NP≥1 平均斑块面积 (MPS) Mean patch area 描述景观粒度,一定意义上揭示景 观破碎化程度 MPS>0 聚集度 (AI) Aggregation index 反映景观中不同斑块类型的非随 机性或聚集程度 0 景观格局指数的概念、计算方法等 1、景观破碎度 景观破碎度即景观被分割的破碎程度，它反映了景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一均质和连续的整体向复杂、异质性不连续的斑块镶嵌体的过程。景观破碎化也是生物多样性丧失的重要原因之一。 Ci=Ni/Ai Ci即为景观破碎度，Ni为景观的斑块数量，Ai为景观的总面积。 2、景观分离度 景观分离度是指某一景观类型中不同斑块数个体分布的分离度。 Vi=Di/Ai Vi即为景观分离度，Di为景观类型i的距离指数，Ai为景观类型i的面积指数。 3、干扰强度与自然度 干扰强度表示人类的干扰作用，干扰强度越小，越有利于生物的生存。 Wi=Li/Si, Ni=1/Wi Wi即为受干扰强度，Li表示i类生态系统内廊道（公路、铁路、沟渠等）的总长度，Si 是指i类生态系统的总面积，Ni是i类生态系统类型的自然度。 4、景观多样性指数 景观多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了绿地景观类型的丰富度和复杂度。 H=-∑（ｍ、i=1）*P(i)*㏒P(i) H即为景观多样性指数，P（i）为景观类型i所占总面积的比例，m为景观斑块类型的目，H值越大，表示景观多样性越大。 5、景观优势度指数 景观优势度指数是用于测定景观结构中一种或几种景观组分对景观的分配程度。它与景观多样性指数意义相反，对景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越高，其优势度越低。 D=Hmax+∑(m、i=1)*P(i)*㏒P(i) D即为景观优势度指数，它与景观多样性成反比。Hmax为最大多样性指数，Hmax=㏒（m）,m 为景观中斑块类型的总数。P(i)为景观类型i的面积所占总面积的比例。通常，较大的D 值对应于一个或是多个斑块类型占主导地位的景观。 6、景观均匀度指数 景观均匀度指数是用于景观中不同景观组分分布的均匀程度。 E=（H/Hmax）*100% E为景观均匀度指数，Hmax=㏒（m）,Hmax表示最大多样性指数。景观均匀度与优势度都是描述景观由少数几个主要经管类型所控制的程度，两者可以彼此验证。 7、分维指数 D=2*㏑（P/4）/㏑(A) D即为分维指数，P为斑块周长，A为斑块面积，D值越大，表明斑块形状越复杂。D值理论为1.0～2.0,1.0代表最简单的正方形斑块，2.0则代表等面积下周边最复杂的斑块。 8、聚集度指数 聚集度指数是反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度。 C=Cmax+∑∑（m、i=1、j=1）*P(ij)*㏑(Pij) C即为景观聚集度指数，Cmax为最大聚集度指数，Cmax=2*㏑(m),m为景观中斑块类型总 景观指数计算表 常用景观指数景观指数简写计算公式描述斑块数目 NP NP=N 景观中斑块的总数。NP≥1,无上限斑块密度 PD PD=N/A 每平方千米的斑块数 PD0,无上限边界总长度 TE TE=E 景观中所有斑块边界总长度边界密度 ED 景观中斑块边界总长度除以总面积再乘以106转化成平方千米斑块丰富度 PR PR=m 景观中不同板块类型的总数斑块丰富度密度 PRD 类型总数除以总面积景观均匀度指数 E 均匀度指数反应的是景观中各版块在面积分布上的不均匀程度，以多样性指数与其最大值的比来表示景观优势度指数 D 景观多样性的最大值与实际值之差，D越大说明一个或者少数几个板块类型占主导地位 Shannon多样性指数 SHDI 每一斑块类型所占景观总面积的比例乘以其对数，然后求和，取负值。当景观中只有一种类型的斑块是SHDI=0，当斑块类型增加或者各类斑块所占比例趋于相近的时候，SHDI也相应增大最大斑块指数 LPI 景观中最大斑块的面积除以总面积乘以100转化成百分比平均斑块面积 MPS 所有斑块总面积除以斑块总数转化成平方千米斑块面积标准差PSSD 每一斑块面积与平均斑块面积之差的平方总和除以斑块总数然后开方，转化成平方千米。当斑块大小一致或者只有一个板块是PSSD=0 斑块面积变异系数 PSCV J景观形状指数 LSI 边界总长度除以景观总面积的平方根，在乘 以正方形校正常数。一正方形为标准，LSI≥1，只有一个正方形斑块时LSI=1，形状越不规则，LSI越大平均斑块形状指数 MSI 景观中所有斑块为正方形的时候MSI=1，当斑块形状偏离正方形的时候MSI增大。景观中每一斑块的周长除以面积平方根在乘以正方形校正常数。 面积加权平均斑块形状指数 AWMSI 每一斑块的周长除以面积的平方根，再乘以正方形校正系数，再乘以斑块面积与景观总面积之比，然后对所有斑块加和。当景观中所有斑块为正方形是AWMSI=1，随形状不规则性增加而增加。 双对数回归分维数 DLFD 聚集度 CONT m是斑块类型总数，Pij是随机两个相邻的栅格细胞属于类型i与j的概率。聚集度通常度量同一类型版块的聚集程度，取之在0到100之间。其取值还受到类型总数和均匀度的影响。如果一个景观是由许多离散的小斑块组成，聚集度值比较小，否则聚集度比较大，与多样性、均匀度不同，聚集度明确考虑斑块类型之间的相邻关系。 平均最近邻近距离 MNN 景观中每一斑块与其最近邻体距离的总和除以具有邻体的斑块总数核心区面积 TCAI 景观中每一个核心区面积总和除以景观总面积。 ：沙漠化景观研究中经常用到的景观指数主要有： 2. 景观多样性指数 3. 景观优势度指数 4. 景观分维数：对单个 较全的景观指数公式 Prepared on 22 November 2020 景观指数 （1）斑块类型指数 ①斑块所占景观面积的比例（PLAND） 式中：ij a——斑块ij的面积；A——所有景观的总面积。 PLAND度量的是景观的组分。它计算的是某一斑块类型占整个景观的面积的相对比例；是帮助确定景观中优势景观元素的依据之一。其值趋于0时,说明景观中此斑块类型变得十分稀少，其值等于100时，说明整个景观只由一类斑块组成。 ②斑块密度（PD） 式中：i n——第i类景观要素的总面积；A——所有景观的总面积。 斑块密度是景观格局分析的基本的指数，其单位为斑块数/100公顷，它表达的是单位面积上的斑块数，有利于不同大小景观间的比较。 ③周长面积分维数（PAFRAC） 式中：ij a——斑块ij的面积；ij p——斑块ij的周长；i n——斑块数目。 PAFRAC反映了不同空间尺度的性状的复杂性。分维数取值范围一般应在1—2之间，其值越接近1，则斑块的形状就越有规律，或者说斑块就越简单，表明受人为干扰的程度越大；反之，其值越接近2，斑块形状就越复杂，受人为干扰程度就越小。 ④斑块聚合度（AI） 式中：ii g——相应景观类型的相似邻接斑块数量 AI基于同类型斑块像元间公共边界长度来计算。当某类型中所有像元间不存在公共边界时，该类型的聚合程度最低；而当类型中所有像元间存在的公共边界达到最大值时，具有最大的聚合指数。 （2）总体景观指数 ①香农多样性指数（SHDI） 式中：i p——景观斑块类型i所占据的比率； 香农多样性指数在群落生态学中被广泛应用于多样性的检测，该指标能反映景观异质性，特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。另外在比较和分析不同景观或同一景观不同时期的多样性与异质性变化时，SHDI也是一个敏感指标。如在一个景观系统中，土地利用越丰富，破碎化程度越高，其步定性的信息含量也越大，计算出的SHDI值也就越高。 ②蔓延度（CONTAG） 式中：i p——i类型斑块所占的面积百分比；ik g——i类型斑块和k类型斑块毗邻的数目；m——景观中的斑块类型总数目。 CONTAG 可描述景观里斑块类型的团聚程度或延展趋势,包含了空间信息。CONTAG 较大，表明景观中的优势斑块类型形成了良好的连接；反之，则表明景观是具有多种要素的散布格局，景观的破碎化程度较高。CONTAG 与边缘密度呈负相关，与优势度和多样性指数高度相关。 ③景观破碎度 破碎度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过Fragstats软件中各生态景观指数详述知识讲解
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