【文章內(nèi)容簡介】 1]。目前我國學者對景觀結構動態(tài)變化的建模研究還處于起步階段，相關的研究論文也較少。謝志霄和肖篤寧在沈陽市東陵區(qū)開展了城郊景觀動態(tài)模型研究，建立了三個不同的城郊景觀動態(tài)模型，得出結論認為在滲透理論、馬爾柯夫過程基礎上綜合介入自然因子和決策因素是建立景觀動態(tài)模型的有效途徑，而現(xiàn)實因素的介入可以改進模擬效果 [60]。最近，蘇文貴和常禹對景觀動態(tài)研究的模型方法作了綜述，分析了景觀動態(tài)模型的特點，并對景觀動態(tài)模型進行了分類，指出模型方法已成為景觀動態(tài)研究的主要技術手段，并將形成景觀生態(tài)學研究的新領域—中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 6景觀建模研究 [48]。由現(xiàn)狀可見，我國景觀生態(tài)學研究由于起步晚，從總體來看和國際水平還存在明顯差距；同時也可以看到對該學科的研究不論從理論上還是從應用上，在我國都將有著廣闊的發(fā)展前景。第 2 節(jié) 研究思路及論文結構西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域是一個完整的水經(jīng)濟生態(tài)復合系統(tǒng)。流域內(nèi)的水資源主要來自山區(qū)的冰雪融水和山區(qū)降水。出山以后，盆地內(nèi)“有水是綠洲，無水是荒漠，水少鹽漬化” ，水是流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的主要控制因素；流域內(nèi)農(nóng)業(yè)是用水大戶，消耗了 80%以上的水資源，因此流域內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展也與水息息相關。流域內(nèi)經(jīng)濟需水，生態(tài)需水和有限的水量三者之間的相互矛盾，構成了西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。因此，以流域為單元開展研究是十分必要的。同時，干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境演變，也很好地反映在景觀的變化上。所以，本研究選取資料較好的黑河流域為研究單元，采用景觀生態(tài)學的理論和方法研究流域的生態(tài)環(huán)境變化，將能為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學依據(jù)。本論文運用 GIS 技術以及國外最新的景觀結構分析軟件 FRAGSTATS，選取軟件中 22 個指標，計算了黑河流域各景觀地帶的景觀結構指標，并對黑河中游地區(qū) 80 年代前期至 90 年代后期近二十年間的景觀結構變化進行了分析研究，從而有助于揭示干旱區(qū)的景觀結構特征和景觀演變規(guī)律；同時，也在利用 GIS 進行景觀制圖和景觀結構及其變化分析等方面做一些方法性的探索。本論文共分六章，本章闡述了論文選題的重要意義，并對國內(nèi)外學者在景觀結構分析方面取得的研究成果作了簡要回顧。第二章介紹景觀結構分析軟件FRAGSTATS 以及軟件中部分使用到的指標和公式。第三章運用 GIS 技術編制黑河流域 90 年代后期景觀圖和黑河流域中游地區(qū) 80 年代前期景觀圖，并在景觀圖基礎上對流域進行景觀分帶。第四章依據(jù) 22 個景觀結構指標的計算結果，對黑河流域 90 年代后期的景觀結構和中游地區(qū) 80 年代前期景觀結構進行定量分析。第五章分析黑河流域中游地區(qū)近二十年間景觀結構變化趨勢，探討促成該地區(qū)景觀結構變化的主要原因。第六章在總結全文的基礎上，探討了流域景觀結構及其中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 7變化的研究在方法和技術方面的若干問題。中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 8第 2 章 景觀結構指標計算方法第 1 節(jié) 景觀結構分析軟件 FRAGSTATSFRAGSTATS[38]是由美國俄勒岡州立大學森林科學系開發(fā)的一個景觀指標計算軟件，它有兩種版本，矢量版本運行在 ARC/INFO 環(huán)境中，接受 ARC/INFO 格式的矢量圖層；柵格版本可以接受 ARC/INFO、IDRISI 、ERDAS 等多種格式的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。兩個版本的區(qū)別在于：柵格版本可以計算最近距離、鄰近指數(shù)和蔓延度，而矢量版本不能；另一個區(qū)別是對邊緣的處理，由于格網(wǎng)化的地圖中，拼塊邊緣總是大于實際的邊緣，因此柵格版本在計算邊緣參數(shù)時，會產(chǎn)生誤差，這種誤差依賴于網(wǎng)格的分辨率。FRAGSTATS 軟件功能強大，可以計算出 59 個景觀指標（表 21） 。這些指標被分為三組級別，分別代表了三種不同的應用尺度：（1）拼塊級別（patchlevel）指標，反映景觀中單個拼塊的結構特征，也是計算其它景觀級別指標的基礎；（2）拼塊類型級別（classlevel）指標，反映景觀中不同拼塊類型各自的結構特征；（3）景觀級別（landscapelevel）指標，反映景觀的整體結構特征。由于許多指標之間具有高度的相關性，只是側(cè)重面有不同，因而使用者在全面了解每個指標所指征的生態(tài)意義及其所反映的景觀結構側(cè)重面的前提下，可以依據(jù)各自研究的目標和數(shù)據(jù)的來源與精度來選擇合適的指標與尺度。表 21 FRAGSTATS 提供的景觀指標英文縮寫指標名稱 應用尺度英文全稱 單位AREA 拼塊面積 拼塊 Area haLSIM 拼塊相似系數(shù) 拼塊 Landscape similarity index %CA 拼塊類型面積 類型 Class area ha%LAND 拼塊所占景觀面積比例 類型 Percent of landscape %面積指標TA 景觀面積 類型/景觀 Total landscape area ha中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 9LPI 最大拼塊占景觀面積比例 類型/景觀 Largest patch index %NP 拼塊數(shù)量 類型/景觀 Number of patches PD 拼塊密度 類型/景觀 Patch density /100haMPS 拼塊平均大小 類型/景觀 Mean patch size haPSSD 拼塊面積方差 類型/景觀 Patch size standard deviation ha密度大小及差異 PSCV 拼塊面積均方差 類型/景觀 Patch size coefficient of variation %PERIM 拼塊周長 拼塊 Perimeter mEDCON 邊緣對比度 拼塊 Edge contrast index %TE 總邊緣長度 類型/景觀 Total edge mED 邊緣密度 類型/景觀 Edge density m/haCWED 對比度加權邊緣密度 類型/景觀 Contrastweighted edge density m/haTECI 總邊緣對比度 類型/景觀 Total edge contrast index %MECI 平均邊緣對比度 類型/景觀 Mean edge contrast index %邊緣指標AWMECI 面積加權平均邊緣對比度 類型/景觀 Areaweighted mean edge contrast index %SHAPE 形狀指標 拼塊 Shape indexFRACT 分維數(shù) 拼塊 Fractal dimensionLSI 景觀形狀指標 類型/景觀 Landscape shape indexMSI 平均形狀 類型/景觀 Mean shape indexAWMSI 面積加權的平均形狀指標 類型/景觀 Areaweighted mean shape indexDLFD 雙對數(shù)分維數(shù) 類型/景觀 Double log fractal dimensionMPFD 平均拼塊分維數(shù) 類型/景觀 Mean patch fractal dimension形狀指標AWMPFD面積加權的平均拼塊分形指標類型/景觀 Areaweighted mean patch fractal dimensionCORE 核心拼塊面積 拼塊 Core area haNCORE 核心拼塊數(shù)量 拼塊 Number of core areas CAI 核心拼塊面積比指標 拼塊 Core area index %C%LAND 核心拼塊占景觀面積比 類型 Core area percent of landscape %TCA 核心拼塊總面積 類型/景觀 Total core area haNCA 核心拼塊數(shù)量 類型/景觀 Number of core areas CAD 核心拼塊密度 類型/景觀 Core area density /100ha核心面積指標MCA1 平均核心拼塊面積 類型/景觀 Mean core area per patch ha中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 10CASD1 核心拼塊面積方差 類型/景觀 Patch core area standard deviation haCACV1 核心拼塊面積均方差 類型/景觀 Patch core area coefficient of variation %MCA2 獨立核心拼塊平均面積 類型/景觀 Mean area per disjunct core haCASD2 核心拼塊面積方差 類型/景觀 Disjunct core area standard deviation haCACV2 核心拼塊面積均方差 類型/景觀 Disjunct core area coefficient of variation %TCAI 總核心拼塊指標 類型/景觀 Total core area index %MCAI 平均核心拼塊指標 類型/景觀 Mean core area index %NEAR 最鄰近距離 拼塊 Nearestneighbor distance mPROXIM 鄰近指標 拼塊 Proximity indexMNN 平均最近距離 類型/景觀 Mean nearest –neighbor distance mNNSD 最鄰近距離方差 類型/景觀 Nearestneighbor standard deviation mNNCV 最鄰近距離標準差 類型/景觀 Nearestneighbor coefficient of variation鄰近度指標MPI 平均鄰近度指標 類型/景觀 Mean proximity index %SHDI 香農(nóng)多樣性指標 景觀 Shannon’s diversity indexSIDI Simpson 多樣性指標 景觀 Simpson’s diversity indexMSIDI 修正 Simpson 多樣性指標 景觀 Modified Simpson’s diversity indexPR 拼塊多度（景觀豐度） 景觀 Patch richness PRD 拼塊多度密度 景觀 Patch richness density /100haRPR 相對拼塊多度 景觀 Relative patch richness %SHEI 香農(nóng)均勻度指標 景觀 Shannon’s evenness indexSIEI Simpson 均勻度指標 景觀 Simpson’s evenness index多樣性指標MSIEI 修正 Simpson 均勻度指標 景觀 Modified Simpson’s evenness indexIJJ 散布與并列指標 類型/景觀 Interspersion and Juxtaposition index %聚散性 CONTAG 蔓延度指標 景觀 Contagion index %第 2 節(jié) 論文使用的指標及其公式和生態(tài)意義本論文的研究目標是從宏觀尺度上分析黑河流域的景觀結構及其變化。由于整個流域尺度寬廣，并且缺少判據(jù)拼塊核心面積和邊緣帶寬的實測數(shù)據(jù)，因而不適合計算邊緣指標和核心面積指標以及一部分鄰近度指標；同時我們還排除了一部分相關性很高的指標；最后從 FRAGSTATS 軟件中選取了能確保計算精度的22 個指標，其中在拼塊類型級別上選用了 9 個指標，它們是：拼塊類型面積、拼中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 11塊所占景觀面積的比例、拼塊個數(shù)、拼塊平均大小、面積加權的平均形狀因子、面積加權的平均拼塊分形指數(shù)、平均最近距離、平均鄰近指數(shù)、散布與并列指數(shù)；在景觀級別上選用了 13 個指標，它們是：景觀面積、最大拼塊所占景觀面積的比例、拼塊個數(shù)、拼塊平均大小、面積加權的平均形狀因子、面積加權的平均拼塊分形指數(shù)、平均最近距離、平均鄰近指數(shù)、景觀豐度、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均度指數(shù)、散布與并列指數(shù)、蔓延度指數(shù)。在拼塊和景觀級別上，有些指標是度量景觀組分的，有些是度量景觀空間格局的。我們知道組分和格局都能夠獨立和相互地影響并作用生態(tài)過程，因而了解這些指標的內(nèi)涵是十分重要的，也是我們分析黑河流域景觀結構的前提與基礎。下文是對選取指標及其生態(tài)意義的詳細介紹，其中所有公式都采用 FRAGSTATS 的柵格版本表示方式 [38]。符號i = 1, …, m：拼塊類型； j = 1, …, n：拼塊數(shù)目； k = 1, …, m：拼塊類型； s=1, …, n：給定距離內(nèi)的拼塊數(shù)目。A： 總的景觀面積（m 2）aij： 拼塊 ij 的面積（m 2）aijs： 給定距離（m ）內(nèi)的拼塊 ijs 的面積（m 2）pij： 拼塊 ij 的周長（m）eik： 與類型為 k 的拼塊相鄰的拼塊 ij 的邊長（m）N： 景觀中的拼塊總數(shù)N‘： 具有最近距離的拼塊總數(shù)ni： 類型 i 的拼塊數(shù)目ni’： 具有最近距離的類型 i 的拼塊數(shù)目hij： 從拼塊 ij 到同類型的拼塊的最近距離（m）hijs： 在給定距離之內(nèi)的拼塊 ijs 之間的距離（m ）gik： 類型 i 和類型 k 之間相鄰的格網(wǎng)單元數(shù)目Pi： 拼塊類型 i 所占景觀面積的比例中國科學院碩士研究生學位論文——《黑河流域景觀結構與景觀變化研究》 12拼塊類型面積（CA），單位：ha，范圍：CA0（21 ）??njia1)0(CA公式描述