巩义市农业景观异质性的多尺度特征分析

摘要

景观异质性是由许多基本生态过程和物理环境过程在空间和时间尺度上共同作用的产物。本研究从不同空间尺度角度出发，对景观异质性特征进行多尺度分析。以黄河中下游的巩义市为研究区，首先在建城区、农田、丘陵和山地四种不同人为干扰背景下的景观类型中各选一个4×4km的样区，采用移动窗口算法，分别以100m、250m、500m、1000m、1250m和1500m为移动窗口半径大小，借用表征景观组成的均匀度指数(SHEI)和表征景观构型的蔓延度指数(CONT)，分析了巩义市不同干扰背景下农业景观异质性特征，依次从不同移动窗口半径的景观组成与构型中探寻干扰的差异性;其次，根据地貌特征的差异性划分了河川平原区、丘陵区和山区三种不同的地貌分区，在各类地貌分区中分别选取10个样点，以样点为圆心，分别以100m、250m、500m、750m、1000m、1250m和1500m为圆形缓冲区半径，通过选取的21个景观指数在不同缓冲区半径的变化特征，判定研究区景观异质性的特征尺度为1250m，并在该尺度上进行了景观指数的筛选，最终剔除相关性较高(P＜0.01)的指数，保留了斑块密度指数(PD)、面积加权平均斑块数(AREA_AM)、面积加权平均分维数(FRAC_AM)、蔓延度指数(CONT)、聚集度指数(AI)、分散与并列指数(IJI)、斑块丰富度指数(PR)、香浓多样性指数(SHDI)和粘合度指数(COHESION)共9个指数，作为不同地貌分区景观异质性特征对比分析的指数集;最后，基于NDVI统计数值随着不同空间分辨率的变化，借助于半方差函数曲线来判定空间分辨率对景观异质性特征的影响。
　　研究结果表明:
　　(1)随着幅度从100m、250m、500m、1000m、1250m和1500m逐渐增大，各景观类型的蔓延度和均匀度指数的最大值逐渐递减，而最小值除建成区外其它三类景观基本呈递增趋势;人为干扰强度较大的建成区和农田景观蔓延度指数的平均值均大于人为干扰强度较小的丘陵和山地景观，均匀度指数的平均值则相反;在建成区、农田、丘陵和山地4种景观类型区，均匀度指数和蔓延度指数都呈显著相关关系，R2都大于0.9，除城市景观（1000m及以上移动窗口半径）外;拟合曲线的斜率（β值）随着移动窗口半径的增大基本呈递增趋势。
　　(2)从表征景观中斑块复杂程度的PD、AREA_AM和FRAC_AM指数值的变化特征来看，丘陵区斑块的类型和数量与其它两个区域相比更为丰富，而山区景观中面积比例占优势的斑块尤为突出，就斑块的形状而言区域内斑块的形状都比较规则;从表征景观构型特征的AI、CONT和IJI指数值的变化特征来看，丘陵区不同类型斑块的聚集程度较高，而山区景观中不同类型的斑块分布比较均匀，且彼此之间的相邻分布的几率较高;从表征景观多样性特征的SHDI和PR指数值的变化特征来看，河川平原景观中斑块的类型和数量最多;从表征景观粘合度的COHESION指数来看，山区中核心类型斑块具有较高的绝对优势。
　　(3)在重采样的基础上，分别提取30m、60m和90m三种不同空间分辨率的各种景观类型的NDVI数值，从不同空间分辨率的NDVI数值随着空间分辨的变化的箱线图中可以看出，同一种景观类型的NDVI数值随着空间分辨率变化的幅度较小，空间分辨率影响的差异性并不显著。根据半方差函数曲线的变化特征可知，耕地、河渠和坑塘、建设用地在各空间分辨率的半方差函数曲线的变化呈水平波动，说明景观的结构和要素组成比较单一;林地景观格局的表现形式为在不同的空间尺度上均分布有不同类型的斑块且它们的组成结构复杂，呈现强烈的异质性特征;而未利用地的景观的空间异质性特征受空间自相关性的影响逐渐增大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 景观异质性的基本理论研究

1．2．2 景观异质性研究的主要方法

1．2．3 景观异质性研究的尺度依赖性研究进展

1．2．4 景观异质性的梯度效应研究进展

1．2．5 景观异质性对生物多样性的影响研究进展

1．2．6 干扰对景观异质性的影响研究进展

1．2．7 异质性景观的生态系统服务与多功能性研究进展

1．3 主要研究内容概要

1．4 技术路线

2 研究区概况

2．1 研究区自然地理概况

2．1．1 地质

2．1．2 地貌

2．1．3 气候和降水

2．1．4 土壤和水文资源

2．1．5 生物资源

2．2 研究区社会经济概况

3 研究方法

3．1 基础数据的来源与处理

3．1．1 景观特征数据

3．1．2 数字高程模型(Digital Elevation Models，DEM)数据

3．1．3 地貌分区图

3．1．4 归一化植被指数(the Nomalised Different Vegetation Index)数据

3．2 指数的选择

3．2．1 景观指数的选择

3．2．2 归一化植被指数(NDVI)的计算

3．2．3 半方差函数

4 不同移动窗口半径下景观异质性特征分析

4．1 景观异质性特征分析

4．2 景观要素组成与构型的相互关系分析

4．3 不同干扰背景下景观结构轨迹的梯度分析

4．4 本章小结

5 特征尺度上景观异质性特征分析

5．1 不同地貌分区的景观组成特征分析

5．2 景观异质性分析的特征尺度

5．2．1 景观指数的计算

5．2．2 特征尺度的判定

5．3 特征尺度上景观异质性指数的筛选及主成分分析

5．3．1 景观指数的相关性分析

5．3．2 景观异质性指数的主成分分析

5．4 特征尺度上不同地貌分区景观异质性特征的对比分析

5．5 本章小结

6 不同空间分辨率下景观异质性的特征分析

6．1 景观类型的划分与数据的获取

6．2 不同景观类型的NDVI随着空间分辨率变化的特征分析

6．3 基于NDVI的景观异质性对空间分辨率的响应特征分析

6．4 本章小结

7 结论与讨论

7．1 景观异质性水平与干扰强度之间具有相互指示作用

7．2 景观的组成与构型表征了景观异质性的内在机制

7．3 特征尺度能够客观的反映景观的异质性水平

7．4 景观异质性具有继承特征

参考文献

附录A 河川平原、丘陵和山区景观指数的相关性分析

致谢