空間粒度的變化對景觀格局指數的影響

梁燚++黨超亞++張玲玲++史云飛

摘 要：基于2010年臨沂市蘭山區土地利用圖，選擇6個景觀格局指數進行分析，研究不同的空間粒度對景觀格局指數的影響，選取的粒度從30～300m。結果表明：（1）隨空間粒度變化呈現出三種規律。（2）整個景觀的第一適宜尺度域為30～150m，選取的適宜空間粒度為60m。（3）對6個景觀格局指數進行擬合分析，其中5個景觀格局指數的擬合效果較好，1個指數擬合的效果較差。

關鍵詞：空間粒度 景觀格局指數 臨沂市蘭山區

中圖分類號：P901 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0022-03

空間尺度是景觀生態學研究的重要的問題之一[1]。空間尺度通常使用空間幅度和空間粒度這兩個概念來表述?？臻g幅度用來表示研究區域的范圍的大小。空間粒度是在景觀中最小的可以識別的單元所表示的面積、體積和特征長度，是最小的制圖單元[2]。景觀的功能、組成和結構都與景觀的空間粒度有著緊密的關系，隨著空間粒度的變化，景觀格局指數也會發生相應的變化。

空間粒度效應對景觀格局指數的影響很大，而景觀生態學中研究景觀格局指數又有利于深入研究景觀格局的動態變化規律，因此本文以臨沂市蘭山區為例，研究該區域空間粒度變化對景觀格局指數的影響，對于優化景觀的布局和城鄉居民的分布有重要意義。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

臨沂市蘭山區位于山東省東南部，地處東經118°06′～118°20′，北緯35°03′～35°23′，總面積817.58 km2。蘭山區有平原和丘陵兩種地形類型，平原為主。境內有沂、沭、枋、涑等大小河流10余條，均屬淮河流域之沂沭泗水系，流向自北而南或自西而東。水資源、礦產資源和生物資源都非常豐富。主要氣候為溫帶季風氣候，大陸性特點明顯，四季分明，冬季寒冷，夏季炎熱，雨量充沛，雨熱同期。

1.2 數據來源與處理

采用2010年臨沂市蘭山區TM影像數據，在ENVI平臺上進行遙感解譯，獲取臨沂市蘭山區土地利用類型數據，分辨率為34。土地利用類型的分類主要根據臨沂市的具體情況，并結合《全國土地利用現狀分類》國家標準確定了水體、居民建設地、未利用地、林地、水域和耕地6種類型。

1.3 粒度的選取

以2010年度臨沂市蘭山區的土地利用類型圖為例，利用ArcMap軟件的空間分析模塊，將土地利用類型圖通過重采樣轉換為不同的空間粒度，最小空間粒度為30m，空間粒度步長設為30m，分別得到10個不同的空間粒度，分別為30m、60m、90m、120m、150m、180m、210m、240m、270m、300m。

1.4 指數的選取與計算

在景觀水平基礎上選擇了6個景觀格局指數進行研究，分別是斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊占景觀面積比例（LPI）、景觀形狀指標（LSI）、蔓延度指標（CONTAG）、聚集度指數（AI）。各景觀格局指數的意義見文獻[3-5]。利用Fragstats3.3軟件對所選取的6個景觀格局指數進行計算并分析，得出其變化規律。

1.5 數學模型檢驗

利用WPS表格建立空間粒度與景觀格局指數的一元線性回歸方程模型，利用R檢驗其相關性。R2的取值范圍在0～1之間，當R2越接近1時，擬合的效果越好，越接近0時，擬合的效果越不好。然后通過查表得到判定系數Ra2。比較R2和Ra2，當R2>Ra2的時候說明建立的方程有意義，反之則沒意義。

2 研究結果與分析

2.1 數據成果圖

根據臨沂市蘭山區的土地利用類型圖，分析了在粒度變化范圍內的6個景觀格局指數，并且繪制了相應的景觀格局指數隨空間粒度變化的折線圖，如圖1所示（圖1景觀格局指數圖依次為：斑塊數量、斑塊密度、最大斑塊占景觀面積比例、景觀形狀指標、蔓延度指標和聚集度指數）。

2.2 指標規律分析

由圖1可知，隨空間粒度的變化，不同的景觀格局指數呈現出不同的規律。主要規律有3種：第一種是隨著空間粒度的增加而下降，有明顯轉折點。如NP和PD隨著空間粒度的增加逐漸減小，而且幅度較大，對空間粒度的敏感度較高，轉折點在空間粒度為60m的地方。隨著空間粒度的增大減小，對空間粒度較為敏感，存在明顯轉折點為60m。第二種是隨著空間粒度的增加而下降，沒有明顯轉折點。如CONTAG、AI和LSI。蔓延度較低，優勢斑塊的鏈接性一般。景觀中存在多種要素聚集而且破碎程度高，隨空間粒度的增大逐漸減小，不存在明顯的轉折點。聚集度隨著空間粒度的增加逐漸減小，是因為隨著空間粒度的增加，斑塊的形狀發生變化，較小的板塊融合在一起。AI在減小時沒有明顯的轉折點。LSI隨著空間粒度的增加而減小，表明隨著板塊的融合，景觀形狀變得越來越簡單，在隨著空間粒度增加而下降的過程中沒有明顯的轉折點。第三種是隨著空間粒度的增加呈現不規律的波動，如LPI。最大斑塊指數比較曲折，波動比較大且不規則，對空間粒度的變化比較敏感，有明顯的轉折點，轉折點為60m、210m和240m。

2.3 適宜粒度分析

通過上述分析可知：當空間粒度發生變化時，景觀格局指數也發生相應的改變，因此選取適宜的空間粒度是對景觀格局數據進行正確分析的重要步驟。通過對景觀指數的粒度效應進行分析，找出第一尺度域，再在第一尺度域中選取最佳粒度[7]是選取最佳粒度的有效途徑。在進行粒度選取過程中應注意不能選取太大的粒度，因為粒度變大，斑塊會進行融合，導致一些較小的景觀無法顯示；也不能選取的太小，太小會大大的增加分析的計算量。通過對臨沂市蘭山區的6個景觀格局指數進行分析，轉折點出現的第一尺度域為30～150m之間，適宜的粒度可選擇60m。

2.4 曲線擬合分析

通過對景觀指數的粒度效應圖進行分析，景觀格局指數與空間粒度的變化曲線成線性關系，如表1所示。endprint

通過查相關系數臨界值表，當α=0.01時，Ra=0.760。由表1可以看出6個景觀格局指數的擬合線性方程的R2超過了臨界值Ra2（0.760）；而最大斑塊占景觀面積比例的擬合度為0.56896，小于臨界值Ra2（0.760），可能是選取的粒度不合適或者指數本身無規律造成。

3 結論

3.1 結論

空間粒度的變化對景觀格局指數確實存在著明顯的影響，研究景觀格局指數的空間粒度效應的意義也很重大。通過對臨沂市蘭山區6個景觀格局指數進行分析可知。

第一，NP、PD、LSI、CONTAG和AI都隨空間粒度的增加反而下降，但是NP和PD存在明顯轉折點，其他指數不存在明顯轉折點；LPI隨空間粒度的增加呈現不規則的波動。

第二，景觀格局指數空間粒度變化的第一尺度域為30～150m，適宜粒度為60m，與解譯后的數據的分辨率較為接近。

第三，通過對景觀格局指數與空間粒度的曲線擬合方程和相關系數臨界值進行分析，可以得出NP、PD、LSI、CONTAG和AI這5個景觀格局指數的擬合效果較好，證明了景觀格局指數與空間粒度存在一定的關系。而LPI的擬合曲線數學模型的相關系數臨界值都達不到標準，擬合效果較差。

3.2 討論

景觀格局指數對空間粒度的效應比較敏感，上述分析中選取6個景觀格局指數，確定最佳粒度為60m，而其中部分指數對空間粒度的擬合效果不理想，主要原因有：空間粒度步長的選??；空間粒度的起始和終止粒度，景觀格局指數的選取。在后期工作中可以進一步研究：如空間粒度的步長選取5m，10m，20m……等；起始空間粒度可以從10m開始；而景觀格局指數可以選取的更多；根據上述幾個條件進行反復實驗，從而找出更加理想的變化規律，獲取更為準確的適宜粒度。

參考文獻

[1] 朱開群.土地整理項目區景觀粒度效應與景觀格局分析[D].南京大學，2011.

[2] 周興東，于勝文.空間粒度變化對景觀格局指數的影響-以徐州地區為例[J].測繪科學，2009，34（1）：105-110.

[3] 申衛軍，鄔建國，林永標，等.空間粒度變化對景觀格局分析的影響[J].生態學報，2003，23（12）：2506-2519.

[4] 董躍宇，喻慶國，劉朝蓬，等.基于最佳空間粒度的碧塔海流域景觀格局分析[J].西部林業科學，2013，42（3）：45-53.

[5] 朱明，濮勵杰，李建龍.遙感影像空間分辨率及粒度變化對城市景觀格局分析的影響[J].生態學報，2008，28（6）： 2753-2763.endprint