挠力河流域景观格局粒度效应分析

基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（Ｃ２００４－２２）挠力河流域景观格局粒度效应分析

罗春雨１，２，倪红伟２，高玉慧２（１．哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨１５００２５；２．黑龙江省科学院自然与生态研究所）

摘要：挠力河流域是重要的生态敏感区，国际生物多样性保护网络的重要节点，该流域湿地是三江平原地区重要的生态屏障，具有无法替代的生态价值和资源意义；分析了景观格局空间粒度的变化。

关键词：挠力河流域；景观生态学；格局分析；空间粒度

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｐａｔｉａｌｇｒａｉｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎｌａｎｄｓａｃｐｅｐａｔｔｅｒｎｏｆＮａｏｌｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ

ＬＵＯＣｈｕｎ－ｙｕ１，２，ＮＩｈｏｎｇ－ｗｅｉ２，ＧＡＯＹｕ－ｈｕｉ２

（１．ＨａｒｂｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２５；２．ＮａｔｕｒａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮａｏｌｉｈｅＮａｔｕｒａｌＲｅｓｅｒｖｅｈａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｒａｗｍａｒｓｈａｌｓｉｇｈｔ，ａｌｍｏｓｔｉｎｃｌｕｄｅａｌｌｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｍａｒｓｈｉｎＳａｎｊｉａｎｇｐｌａｉｎ．ＩｔｓｈｏｗｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒａｗｍａｒｓｈｏｆＳａｎｊｉａｎｇｐｌａｉｎｆｒｏｍｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｆｌｏｒａｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｐｌａｎｔｃｏｍｍｕｎｉｔｙｏｒｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ．ＩｔｉｓａｎｅｐｉｔｏｍｅｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｒａｗｍａｒｓｈｉｎＳａｎｊｉａｎｇｐｌａｉｎｏｆＣｈｉｎａ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｓｐａｔｉａｌｇｒａｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮａｏｌｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ；ｌａｎｄｓｃａｐｅｅｃｏｌｏｇｙ；ｐａｔｔｅｒｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｐａｔｉａｌｇｒａｉｎ

空间尺度问题是所有生态学研究的基础，它往往以空间粒度和空间幅度来表达。空间幅度指研究对象在空间上的范围或长度，即研究区域总面积决定空间幅度；空间粒度指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、面积或体积（如样方、像元）。景观的结构与功能都与空间粒度密切相关，景观生态格局随空间粒度有显著变化，并表现出特征粒度。许多生态学格局随空间尺度不同而显著改变，因此尺度问题是景观生态学的核心问题之一。对空间粒度的分析可以揭示生态学系统的等级结构，确定空间粒度断点或特征粒度。而空间粒度断点或特征粒度往往反映了不同的生态学过程在不同空间粒度上起主导作用。１研究区概况挠力河流域位于三江平原腹地，占三江平原总面积的１／４，并且其湿地面积占三江平原湿地面积的１／４强。该地区保存有完整的原始湿地景观，原始湿地生态系统类型齐全，沼泽、沼泽化草甸和水域生态系统发育良好，蕴含着丰富的生物多样性，是三江平原湿地的典型代表。挠力河流域的物种多样性丰富，约占三江平原动植物物种的６８％、黑龙江省的４６％。其中高等植物和脊椎动物分别占三江平原和黑龙江省的６５％、４１％和７５％、６３％，其物种多度为０．００９１／ｈｍ２，远高于世界湿地平均物种多度（０．００５６），物种多样性极为丰富。２研究方法２．１景观指数它的多样性指数均在１，２，３，５这４个粒度水平上略呈下降趋势。其中，粒度４水平上的多样性类指数是个特例，它表现出突然上升的趋势。对研究区图像以３０ｍ为幅度，重新进行采样。设定了３０ｍ、６０ｍ、９０ｍ、１２０ｍ、１５０ｍ、１８０ｍ、２１０ｍ、２４０ｍ、２７０ｍ、３００ｍ等１０个梯度。也得到相同的结果。由此可以得知粒度４水平下多样性类指数在其它粒度下呈现出较大的不同。再通过对三大类指数中各个指数进行分析，发现只在最大斑块占景观比例这个指数此粒度水平下出现与其它粒度明显不同的变化，所以多样性指数受最大斑块占景观面积比例这个指数的影响而出现最大值。由此可以得出在粒度４水平下，多样性类指数受最大斑块占景观面积比例这个指数的影响而出现最大值。通过对景观要素特征类指数和景观空间构型类指数这两类景观指数分析，它们或是随粒度的增大而增大，或是随粒度的增大而减小，其中每个指数在粒度变化情况下均呈现出一致的变化趋势，没有出现明显异常。为了进一步分析粒度变化对不同指数的影响，分别对不同的景观指数进行变异系数的计算。由表２可以看出，景观多样性这类指数的变异系数最小，这说明景观多样性指数对空间粒度的变化不敏感，这主要是因为影响多样性指数变化的最主要因素是丰富度，５个粒度的图像中其丰富度没有变化，只是各景观类型的面积和形状略有根据本研究的内容，结合相关文献把选择的景观指数分成３类，即景观多样性类指数、景观要素特征类指数、景观空间构型类指数。其中，景观多样性类指数包括：丰富度指数、香农指数、辛普森指数、均匀度指数；景观要素特征类指数包括：景观形状指数、分维指数、周长面积比；景观空间构型类指数包括：斑块密度、斑块平均面积、最大斑块占景观面积比例、平均邻近指数、平均最近距离、散步与并列指数、结合度指数。２．２空间粒度本研究重点计算挠力河流域２００１年景观格局在一系列不同粒度上的变化。粒度变化的基本思路是变换前图像的４个正方形像元聚合成变换后图像的１个像元。变粒度时保持幅度不变。变换后的新像元的值按“多数原则（ｍａｊｏｒｉｔｙｒｕｌｅ）”，也即在新产生的像元中，以占变换前的４个像元中的多数像元的属性作为新像元的属性。在本研究中，我们以ＴＭ图像的３０ｍ分辨率作为初始粒度，通过对图像进行退化操作，分别得到粒度２（６０ｍ）、粒度３（１２０ｍ）、粒度４（２４０ｍ）、粒度５（４８０ｍ）等５种粒度的图像。３粒度变化分析

３．１空间粒度变化对整体景观格局的影响通过对５种粒度图像进行景观指数的计算得到表１和图１，从中可以看出，在不同的粒度下除丰富度未有变化以外，其

国土与自然资源研究２００８Ｎｏ．３ＴＥＲＲＩＴＯＲＹ＆ＮＡＴＵＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳＳＴＵＤＹ・７５・

文章编号：１００３－７８５３（２００８）０３－００７５－０２中图分类号：Ｑ１４９文献标识码：Ａ差异，而导致景观多样性指数变化较小。

景观空间构型类指数变异系数最大，这说明景观空间构型类指数对空间粒度的变化最敏感，这主要是由于粒度的变化使得面积较小的斑块被合并到相邻的大斑块当中，斑块面积的增大，造成斑块密度下降，平均邻近指标和平均最近距离增大。景观要素特征类指数变异系数居中，这主要是粒度的增大使得斑块边界在重采样过程中，由于过滤作用变得更加平滑，斑块形状与同面积的正方形偏差减小，景观斑块形状的复杂程度也相应降低，从而使得形状指数和分维数下降。３．２空间粒度变化对各类型景观格局的影响各景观类型在粒度变化下大体都有相同的趋势。但粒度４即２４０ｍ分辨率是个转折点。在超出这个粒度之后有些景观类型趋势出现了较大的差异。说明在超过粒度４的时候，各类型的景观格局发生了

指数和景观要素特征类指数分别对空间粒度最不敏感、最敏感和敏感程度居中。粒度４是本研究中的特征粒度。在粒度１￣粒度４范围内总体景观格局和各斑块类型的每个景观指数上均呈现出相同的趋势，在此范围内可以景观格局的推绎，而结果不会有实质性改变。粒度５则超出了特征粒度（粒度４），表现出与前面粒度不同的走势，这说明景观格局在粒度５水平上出现了变化。水田和旱田这两类人工景观对粒度变化十分敏感，并在一些指数上表现出明显的不同，主要是与这两类人工景观的空间分布有关。

表１不同粒度下多样性指数变化情况粒度分辨率丰富度香农指数辛普森指数修正辛普森指数香农均匀度指数辛普森均匀度指数修正辛普森均匀度指数１３０ｍ８１．６６４４０．７８２８１．５２６９０．８００４０．８９４６０．７３４３２６０ｍ８１．６６４３０．７８２８１．５２６８０．８００４０．８９４６０．７３４２３１２０ｍ８１．６６４００．７８２７１．５２６５０．８００２０．８９４５０．７３４１４２４０ｍ８１．６６５１０．７８３０１．５２７８０．８００７０．８９４８０．７３４７５４８０ｍ８１．６６３６０．７８２５１．５２５６０．８００００．８９４３０．７３３６

表２景观指数在粒度变化下的变异系数景观多样性类指数变异系数景观要素特征类指数变异系数景观空间构型类指数变异系数斑块数量０．４７５７景观形状指数０．３３２８斑块密度０．４７５７丰富度指数０平均形状指数０．１３３１最大斑块占景观面积比例０．１８４９香农指数０．０００３加权形状指数０．１５４３斑块平均面积０．８６７９辛普森指数０．０００２平均分维数０．０２４６平均邻近指标１．２６５９修正辛普森指数０．０００５面积加权分维数０．０１６８面积加权平均邻近指数１．０９６８香农均匀度指数０．０００３平均周长面积比０．４３８６平均最近距离０．７０５８辛普森均匀度指数０．０００２面积加权平均周长面积比０．３３４８散步与并列指数０．００３８

修正辛普森均匀度指数０．０００５周长面积分维数０．０５８６结合度指数０．０１１７

参考文献：

［１］倪红伟．洪河自然保护区生物多样性［Ｍ］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，１９９９．［２］倪红伟．三江平原湿地植物多样性研究［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２．［３］邬建国．景观生态学—格局、过程、尺度与等级［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．［４］刘红玉，张世奎，吕宪国．２０世纪８０年代以来挠力河流域湿地景观变化过程研究［Ｊ］．自然资源学报，２００２，（１１）：６９８￣７０５．

［５］ＷｉｅｎｓＪＡ．Ｓｐａｔｉａｌｓｃａｌｉｎｇｉｎｅｃｏｌｏ－ｇｙ［Ｊ］．ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＥｃｏｌｏｇｙ，１９８９，（３）：３８５￣３９７．

作者简介：罗春雨（１９７６￣），男，硕士，助理研究员，主要从事ＧＩＳ、景观生态学方面的研究工作。

（２００８－０５－２４收稿宿伯杰编辑）

变化。其中，水田在超过粒度４后呈现出与其它景观类型相反的走势。旱田则在超过粒度４后与其它景观类型走势相比，在原有走向的基础上更加强化了原有的趋势。以平均邻近指数（图２）和面积加权

平均邻近指数为例，这两个指数的走势可能与水田、旱田两种景观类型不同的空间分布有关。水田由于灌溉因素影响，其形状一般呈正方形，边长通常在１００ｍ以内。相邻的水田由垄坝隔开，并且水田的分布受到地形、水源等多种因素限制，这就

使得水田的分布在整体上并不均匀。在粒度变大到粒度５的情况下，水田迅速合并相邻单元，这就使得近处不再出现水田分布，从而使得平均邻近指数和面积加权平均邻近指数随粒度增大而有所增大。旱田在研究区内则呈连续大片分布，其整体形状并没有水田规整，且相邻旱田间隔较近，在多种地形、地势条件下都可连续大片分布。在粒度变大到粒度５的情况下，旱田迅速合并相邻单元，由于旱田的连续分布，使得平均邻近指数和面积加权平均邻近指数随粒度增大而有所减小。４结论