第四章 景观空间格局
景观格局
景观指数定义：指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；适合定量表达景观格局和生态过程之间关联的空间分析方法。
景观指数公式及其生态意义；斑块类型面积（CA），单位：ha，范围：CA>0（2-1）公式描述：CA等于某一斑块类型中所有斑块的面积之和（m2），除以10000后转化为公顷（ha）；即某斑块类型的总面积。
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斑块作为聚居地（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，一个斑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，我们往往需要了解斑块的面积大小，如所需要的斑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（2-2）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。
斑块所占景观面积的比例（%LAND），单位：百分比，范围：0<%LAND<=100 （2-3）公式描述：%LAND等于某一斑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。
生态意义：%LAND度量的是景观的组分，其在斑块级别上与斑块相似度指标（LSIM）的意义相同。
由于它计算的是某一斑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。
4景观格局的形成、结构和功能特征
缀块的形态可以用长宽比、周长－面积比以 及分维数等方法来定量描述。
缀块长宽比或周长－面积比越接近方形或圆 形，其形状就越“紧密”；反之，越松散。
“紧密”利于保蓄能量、养分和生物
“松散”利于能量和物质的交换。
园林规划设计中，确定缀块形状的原则是什么？
生境缀块大小和形状对物种多样性的影响
(3)缀块空间格局的生态学效应
log S z log A log c dS (t ) I (s) E (s) dt
A.美国伊利诺斯 州东部当地繁殖 的鸟类种类与林 地面积的关系
B.美国伊利诺斯州 草原区繁殖鸟类种 数与草原面积的关 系
生境缀块面 积与其边缘 和内部生境 部分的关系
(2)缀块形状的生态学效应
(如人的日常活动和重大工程)在一系列尺度上
均起作用，而生物因素(如疾病、种间斗争)通
常只在较小的尺度上成为格局的成因。
大尺度上的非生物因素（如气候、地形、地 貌）为景观格局提供了物理模板，生物的和 人为的过程通常在此基础上相互作用而产生 空间格局。
不同因素在景观格局形成过程中的重要性随 尺度而异。例如，温度和降水量；种间关系。 园林建设是人为干扰主导的景观格局形成过 程
是景观生态学研究中的一个核心问题。
景观的空间格局影响能量、物质以及生物在景
观中的运动，如种群动态、生物多样性和生态 系统过程
5种媒介：风、水、飞动物、地面动物、人类 （尤其是利用交通工具）
Chapter 4 The landscape and the environment
Some species of bats prefer to fly along corridors. In these areas, many insects are hatched but corridors also tend to collect wind-driven insects. At the same time, the corridors provide protection for the bats against predatory birds.
景观格局的概念
景观格局的概念景观格局是指地理空间上不同景观要素之间的组合与分布关系。
它体现了自然和人类活动对地表形态、植被、水体、建筑、道路等要素的改变和配置，反映了一定地理区域的整体特征和空间结构。
景观格局是地表覆盖的空间分布特征，包括景观种类的数量分布、景观要素的形状与大小、边缘的复杂程度以及景观要素之间的相互关系。
通过分析景观格局，可以了解到地区的资源利用方式、生态系统的功能以及人类活动对环境的影响。
景观格局的概念在生态学、地理学、景观规划、景观设计等学科领域中被广泛运用。
景观格局的要素包括景观单位、连通性、分布分析、景观矩阵等。
景观单位是指地表上的一个独立单元，如一个湖泊、一片林地、一个农田等。
连通性是指不同景观单位之间的联系，如河流将不同景观单位连接起来，形成一个连通的水系。
分布分析是对不同景观单位的数量和空间分布进行统计和分析，通过计算指标如景观斑块面积、数量、形状、边缘等，可以得知景观格局的特征。
景观矩阵是由不同景观单位组成的空间结构，反映了不同景观单位之间的关系和相互作用。
景观格局对于人类活动和生态系统具有重要意义。
首先，景观格局可以为景观规划和设计提供依据。
通过分析和评价不同景观要素的分布和连通性，可以确定保护和恢复生态系统的重点区域，合理规划土地利用，优化城市道路和建筑物的布局，提高环境质量。
其次，景观格局对生态系统的功能和生物多样性有影响。
生物多样性是生态系统的重要组成部分，而景观格局是影响生物多样性的关键因素之一。
合理的景观格局有助于提供适宜的栖息地和连接路径，促进物种迁移和基因流动，增加生物多样性。
相反，不合理的景观格局会导致生境破碎化、物种丧失和生态系统功能退化。
再次，景观格局对于人类社会的可持续发展具有重要作用。
合理的景观格局有助于提供良好的生态环境，保障生活质量和人类健康。
例如，通过合理规划城市景观格局和绿地系统，可以改善城市空气质量、调节城市气候和防洪能力。
同时，合理的农田景观格局可以提高农作物产量，降低生产成本，促进农业可持续发展。
景观格局分析方法共40页文档
一、景观格局(景观空间格局)的概念 景观要素在景观空间内的配置和组
合形式。
二、景观格局的基本类型
1）规则或均匀分布格局 2）聚集（团聚）型分布格局 3）线状格局 4）平行格局 5）特定的组合或空间联结格局
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。
美国华盛顿 洲贝克山山 坡针叶林中 砍伐斑块的 规则分布格 局
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 形状复杂程度。
以圆为参照： DP/2 A
以正方形为参照： D0.25P/ A 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。
对于单个斑块：
PkAD/2
D2ln(P)/ln(A) k
P是斑块的周长，A是斑块的面积，D是分维 数，k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。
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
✓栅格化数据
最后对分析结果加以解释和综✓合矢量化数据
收集景观数据
野外考察、测量（获得植被、森林、土壤等 相关资料）
遥感数据：航空遥感 卫星遥感
景观格局分析图示
2）聚集（团聚）型分布格局
第四章景观生态学一些基本法则与重要理论
中的小廊道来实现。 第四章景观生态学一些基本法则与
5
重要理论
4）斑块形状：为完成斑块的几个关键性功能，其生态 学上的最佳形状应为一个大的核心区加上弯曲的边界和狭 窄的指状凸起，且其延伸方向与周围流的方向相一致。
5）生态系统间的相互作用：景观中所有生态系统都是相 互联系的，物质运动或流的速率随着距离的增大迅速减小， 但同类生态系统中物种间的相互作用减小得较慢。
第四章景观生态学一些基本法则与
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重要理论
二、景观生态学中的一些重要理论 （一）岛屿生物地理学理论
1 基本原理
岛屿作为一种特殊的生境类型，生态学家们最早关注的 是岛屿面积与物种数量之间的关系，并由Preston(1962)提出 以下关于岛屿种—面积关系方程：
Ss=cAz
logSs=logc+zlogA
12）必要格局：自然保护中生态效益无可替代的最首要 格局，是一些大型自然植被斑块，保护水道的宽阔绿色走 廊，供关键物种在大斑块之间运动的连接通道，以及发达 地区提供自然异质性的小斑块和廊道。
第四章景观生态学一些基本法则与
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重要理论
其中： 1）～2）为景观与区域方面的一般法则； 3）～6）为斑块与廊道方面的一般法则； 7）～10）为斑块方面的一般法则； 11）～12）则是景观应用方面的法则。
3）大型自然植被斑块：大型植被斑块是景观中唯一可以
保护水源和相互沟通的水系网络，使多数内部物种得以生
存，为许多大栖境脊椎动物提供核心栖息地和庇护所，并
允许有近自然状态干扰的一种结构。可以设想，最优景观
是由几个大型自然植被斑块所组成的，并由分散在基质中
的一些小斑块所补充。或者，小斑块的功能也可以由基质
6）景观变化原理：在无干扰条件下，景观的水平结构逐 渐向着均质性发展；中度干扰将迅速增加异质性；而严重 干扰则可能增加，也可能减少异质性。
景观生态学第四章总结
`景观生态学中 景观生态学中，一般将景观中景观要素的类型、分类属性及其数量关 般将景观中景观要素的类型 分类属性及其数量关 系特征称为景观结构。
`景观中景观要素在空间上组合配置关系及其变化规律称为景观空间格 局。
`景观结构模型 景观异质性 景观空间格局``` `1 斑块 1、斑块 斑块是在外观上不同于周围环境的非线性地表区域，具有相对同质性， 是构成景观的基本结构和功能单元。
`景观生态学研究中更注重作为生态系统的有生命的斑块 一般指动植 景观生态学研究中更注重作为生态系统的有生命的斑块， 般指动植 物群落。
` `斑块的起源和类型 --环境资源型斑块:自然环境资源的空间异质性或镶嵌分布而形成的 斑块。
` `--干扰斑块：局部干扰形成的斑块 --残存斑块：大面积干扰后残存下来的局部未受干扰的自然或半自然 斑块。
`--引入斑块：由人类有意或无意将生物引进一个地区而形成的或者完 全由人工建立和维护的斑块。
全由人工建立和维护的斑块` `斑块大小 斑块大小： ---斑块大小的意义：斑块大小与生物多样性、斑块大小与生境适宜 性、斑块大小与边缘效应` ` ` `---斑块大小的测度 斑块形状： ---斑块形状的意义：斑块形状影响生物多样性 斑块形状的意义：斑块形状影响生物多样性 ---斑块形状测度`` `斑块的尺度性和相对性：---采用不同的尺度研究景观时，斑块的划分结果可能不同 ---斑块的相对性`` ` ` ` ` ` `斑块的其他生态特征---斑块的可感知性 斑块的可感知性 ---斑块的内部结构 ---斑块的相对均质性 斑块的相对均质性 ---斑块的动态性 ---斑块的尺度性和生物依赖性 斑块的尺度性和生物依赖性 ---斑块等级系统 ---核心等级水平与斑块敏感性 核心等级水平与斑块敏感性` `2 廊道 2、廊道 廊道是不同于两侧本底的狭长地带，可以看作是一个线状或带状斑块。
`廊道的起源：廊道的产生机理与斑块相同，与斑块的起源和成因相类 似。
景观空间格局指标及其分析方法
2.5景观空间格局指标及其分析方法
对景观空间格局的定量描述是分析景观结构功能及过程的基础。
景观空间格局是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的配置．它是
景观异质性的具体表现(傅伯杰等，2001)，是自然、生物和社会要素之间相互作用的结果。
通常，景观空间格局可以用景观格局指数来度量，景观格局指数是指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(邬建国，2000)。
2.5.1斑块面积(A)和斑块周长(P)斑块面积和斑块周长是描述景观斑块
形态特征和景观空间格局分析的基础。
斑块的面积可以反映湿地景观类型／覆盖斑块的基本特征．斑块的大小直接影响单位面积的生物量、生产力及物种组成和多样性(蒋卫国等，2003)。
2.5.2景观的破碎化指数(C)景观的破碎化指数是指景观被分割的破碎
程度．该指数的研究对景观中生物和资源的保护具有十分重要的意义(陈鹏，2O05)。
其表达式为：C=MPS x(Nf 1)／Nc式中．MPS为景观中各类斑块的平均斑块面积，Nf是某～种景观类型的斑块总数，Nc是景观总面积。
通过景观破碎化分析可以从一定的角度对景观的稳定性和人类干扰程度进行适当评价。
2.5.3斑块的分维数(D) 斑块的分维数主要揭示斑块及斑块组成的
景观的形状和面积大小之间的相互关系，它反映了在一定的观测尺度上斑块和景观格局的复杂程度，表达式是：D = 2Ig(P／4)／Ig(A)
式中，P为斑块周长，A为斑块面积，D为分维数，且满足1≤D≤2。
D
值越大，反映斑块的形状越复杂；当D=1时，斑块形状为简单的欧几
里德正方形(阎传海等，2003)。
第4章景观空间结构与景观异质性
2007年，受国家环境保护部（原国家环境保护总局）的委托 ，北京大学景观设计学研究院开展了国土生态安全格局规 划，研究针对我国面临的水资源短缺、洪涝调节、水土流 失、沙漠化、生物多样性维护等问题，以景观生态学为基 本理论、采用景观生态安全格局的分析方法，对上述主要 自然生态过程进行了系统分析，辨识出了维护这些过程所 必须的关键的空间位置及其空间联系。中观对应的是区域 和城市尺度，在这个尺度上，生态安全格局能够以生态基 础设施的形式落实在城市中，一方面用来引导城市空间扩 展、定义城市空间结构、指导周边土地利用；
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• 三、景观生态安全格局
俞孔坚等在“理想景观模式”的基础上提出了景观生态 安全格局的理论和方法，他将景观中某些潜在的空间格局， 称为景观生态安全格局或景观安全格局，它们是由景观中的 某些关键性的局部、位置和空间关系所构成。
在一个明显的异质性景观中，景观生态安全格局组分是 可以凭经验判别的，如一个盆地的水口、廊道的断裂处或瓶 颈、河流交汇处的分水岭等。但是，在许多情况下生态安全 格局组分并不能直凭经验识别。这种情况下，对景观战略性 组分的识别必须通过对生态过程动态和趋势的模拟来实现。
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这条用玻璃钢打造成的“红飘带”，在汤河公园内曲折蜿蜒 621米，因地形和树木的存在而发生宽度和线型的变化， 从而最大限度地保证了景观 的原生态 。该景观 先后获 “中国环境范例奖”、“2007年度美国景观设计师协会设 计荣誉奖”。
《康德纳特斯旅行家》在评价“红飘带”时称，“这一构思 保留了原有河流生态 廊道的绿色基底，将城乡结合部的 一条脏、乱、差的河流，改造成一处魅力无穷的城市休憩 地。”
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• 这种模式具有以下7种景观生态属性（优点）：
1、包含大型自然植被斑块：大型自然植被斑块用以涵养 水源，维持关键物种的生存，为多种野生动物提供栖息地；
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3. 随机格局景观
指所有或某类景观要素景观内按一定的统计 规律随机分布的景观类型。
散点格局
散斑格局
镶嵌格局（如平原上的耕作农田）
4. 组合格局景观
指两种或多种景观格局类型同时存在的景观 类型。 也称特定组合和空间连接。
例：
重庆主城区城市绿地景观格局分析及综
（一）景观单元特征指数
斑块面积 最大和最小斑块面积，斑块平均面积， 斑块面积的统计分布，斑块面积的方差， 景观相似性指数， 最大斑块指数 2. 斑块数 斑块数，斑块密度、单位周长的斑块数 3. 斑块周长 斑块周长，边界密度，形状指标，内缘 比例
1.
（二）景观异质性指数
多样性指数 丰富度、均匀度、优势度 2. 镶嵌度指数 3. 景观聚集度指数 4. 分维
景观格局分析的目的是从看似无序的景
观斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规 律性。
第一节
景观空间格局类型 第二节 景观空间格局分析
第一节 景观空间格局类型
Forman
和Godron (1986)将景观格局分 为以下几类：
均匀格局景观 2. 聚集格局景观 3. 随机格局景观 4. 组合格局景观
1.
1. 均匀格局景观
指某一特定类型景观要素间的距离相对一致。
点阵格局 渐变格局 带状格局（如城市中的平行主干道及其绿带等） 交替格局 棋盘格局（如平原湖区稻田景观中的鱼塘等） 网状格局（如防护林网） 环状格局（如城市环道及其绿带） 楔状格局
2. 聚集格局景观
指景观要素向某一点或线聚集的景观类型，也包括 景观要素由某一点或线向外扩展形成的景观。 群集格局 线状格局（如城市建筑沿公路零散分布） 交错格局 交替格局 放射格局（如城市对外交通干道） 水系格局 指状格局（如城市周边森林区以指状斑块和廊道向 城市内部延伸等）
1.
PT
1 Nb
EE(i, j) DD(i, j) 100%
i 1 j 1
T
T
镶嵌度指数
镶嵌度描述景观相邻生态系统的对比程度。
PT
1 Nb
EE(i, j) DD(i, j) 10Байду номын сангаас%
i 1 j 1
T
T
PT是相对镶嵌度指数（百分数）；EE（i,j）是相邻 生态系统i和j之间的共同边界长度；DD（i，j）是生 态系统i和j之间的相异性量度；Nb是景观中不同生态 系统间边界的总长度。
另外，在景观格局分析中一个有用的计算机系统 就是地理信息系统(GIS)，它不但可以将景观格局 数字化、分析并输出分析图，而且可以对图形进行 迭加、网格分析、邻区比较等处理，工作效率较高。
三、景观格局分析模型
空间自相关分析、地统计学方法、小波
分析、聚块方差分析、分维分析
四、景观模拟模型
景观空间动态模型、景观个体行为模型、
景观过程模型
景观生态学现正处在蓬勃发展的新阶段，景观格 局研究也越来越受到人们的重视。有关格局分析的 方法还很多，景观格局研究方法的计算一般不太复 杂，用统计学软件均能完成。比如FRAGSTAS (McGarigal等1993)、SPANS (Turner等1988)、 SPATIAL (Marks 1989)、LSPA (Li 1989)等。
合评价
城市绿地景观格局类型
研究标明，当绿地覆盖率小于40%时，
绿地整体生态效益的发挥主要取决于绿 地的内部结构和空间布局，为分析不同 城市绿地景观格局对城市绿地服务功能 的影响，周志翔等（2004）按绿地景观 布局特性（绿地景观要素类型、斑块数 量与面积等）的差异，并考虑总体景观 格局的一致性和连片性，将城市绿地景 观格局划分为四种类型：
研究景观的结构（即组成单元的特征及
其空间格局）是研究景观功能和动态的 基础。 空间格局分析方法是指用来研究景观结 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。分析景观结构或空 间格局一般由以下几个基本步骤组成：
收集处理景观数据 2. 收集的景观资料数据化（数字化景 观） 3. 选择适当的方法 4. 解释、综合分析结果
1.
景观数量化的两种方法：矢量化数据和栅栏 化数据
二、景观空间格局指数
格局指数方法适于空间上非连续的数据。 格局指数是高度浓缩景观格局信息，结构
组成和空间配置特征的简单定量指标 。 （一）景观单元特征指数 （二）景观异质性指数
斑优格局景观 B. 斑匀格局景观 C. 廊道格局景观 D. 散斑格局景观
A.
第二节 景观空间格局分析
一、景观空间格局分析的一般过程 二、景观格局分析方法
一、景观空间格局分析的一般过程
景观格局是生态学家研究最多的课题之一，
早在50年代就进行了大量的描述性研究 (Troll 1950)，但数量化研究是70年代才逐 渐重视起来，近年来景观格局数量研究有 了重大发展，出现了大量的数量化方法 (Turner和Gardner 1991；Turner等1990)。 自20世纪80年代以来，空间统计学和地统 计学(geostatistics)方法亦越来越广泛地应 用在景观格局分析中。