景观指数行为:审查的规模效应外文翻译资料

景观指数行为:审查的规模效应

---外文翻译

Petra Siacute;movaacute;*, Katerina Gdulovaacute;

捷克布拉格大学生命科学学院环境科学,应用地理信息和空间规划,Kamycka 129 165 00布拉格,捷克共和国

摘要：

各种景观指标在过去已经被用于定量描述景观结构。许多作者指出，为了正确计算和解释景观指标，输入数据的规模和分析的规模必须是连贯的。扩展的问题与像元大小(像素大小)，与最小单元的映射和研究区域的程度有关。最近,有研究一直证实，主尺度也会影响景观指标的值。近几十年来由于计算机技术的进步，空间景观指标变化的反应程度,像元大小和景观主尺度因此成为景观生态学研究的一个重要话题。有评论已经讨论了利用指数对景观生态学和生态进行研究。然而,没有各种空间指标或主尺度的敏感性概述，也没有关于指标使用和参考这些类型比例的可用性建议。在这项研究中，我们研究用来量化景观结构的行为指标。评估空间和主尺度对于这些指标的价值变化的影响，并给出进一步研究这些指标行为方向的建议。在此研究基础上，我们认为简单和容易解释的指标能够预测指标的反应变化规模，如斑块数量(NP)，斑块密度(PD)，边缘密度(ED)，斑块丰富度(PR)和平均斑块面积(MPS),是最适合用来评估景观结构的指标。

关键字：景观格局 景观指标 像元大小 程度 主尺度 尺度函数

介绍

定量描述景观结构是分析发生在整个景观生态过程结构元素的基本方式。虽然量化景观结构不是新话题（福尔曼与高登，1986年，奥尼尔等人，1988年），因为（GEO）信息技术的持续发展使这个领域一直在演化发展（加德纳，路肯比尔，汤森和法拉利，2008；凯利，土逊 amp; 斯炯贝尔，2011年；梅瑟利，黑里曼，与爱普瑞克，2009年；瑞特斯， 福格特，索里，与伊斯特贵尔，2009；绍拉与卡斯特罗，2007年）。 使用遥感和地理信息系统（GIS）创建的土地利用与土地覆盖专题图允许我们量化特征，如景观异质性(Baldwin, Weaver, Schnekenburger, amp; Perera, 2004; Buyantuyev amp; Wu, 2007; Sklenicka amp; Pixovaacute;, 2004)，景观连接度y (Ferrari, Lookingbill, amp; Neel, 2007; Kelly et al., 2011)，和景观破碎度n (Benedek, Nagy, Raacute;cz, Jordaacute;n, amp; Varga, 2011; Gao amp; Li, 2011; Hargis, Bissonette, amp; David, 1998; Rutledge, 2003)。

在过去的研究中许多景观指标用于描述景观结构(Farina, 2007; Fortin, Boots,

Csillag, amp; Remmel, 2003; McGarigal, 2002; McGarigal, Cushman,Neel, amp; Ene, 2002; Rutledge, 2003)，并且其他指标最近也被提到(Ahlqvist amp; Shortridge, 2009; Ferrari et al., 2007; Watts amp; Handley, 2010)，景观指标已被广泛使用于应用领域，例如，用于评估土地利用变化(Chen, Wang, Fu, amp; Qiu, 2001; Iverson, 1988; Turner amp; Ruscher, 1988)、景观规划与管理(Botequilha Leitatilde;o amp; Ahern, 2002; Sklenicka amp; Pixovaacute;, 2004)、景观改造(Sklenicka amp; Lhota, 2002)、森林管理(Li, Franklin, Swanson, amp; Spies, 1993)，生物多样性监测(Bailey, Billeter, Aviron, Schweiger, amp; Herzog, 2007)、栖息地分析(Benedek et al., 2011; Guthery et al., 2001; Henner, Chamberlain, Leopold, amp; Burger, 2004; Kie, Bowyer, Nicholson, Boroski, amp; Loft, 2002; Wheatley, 2010)、检测植被格局的变化(Fernandez, Aguiar, amp; Ferreira, 2011; Kelly et al., 2011)、和景观结构的变化(Mallinis, Emmanoloudis, Giannakopoulos, Maris, amp; Koutsias, 2011; Pocirc;ccedil;as, Cunha, amp; Pereira, 2011)、水质监测(Snyder,Goetz, amp; Wright, 2005; Uuemaa, Roosaare, amp; Mander, 2005)、城市化和交通网络的影响评价(Gao amp; Li, 2011; Li et al., 2010; Su, Jiang, Zhang, amp;Zhang, 2011; Sudhira, 2004)、评估生活质量和城市生活质量的趋势(Rafiee, Salman Mahiny, amp;Khorasani, 2009)。

大部分的景观指标是规模相关的，许多作者指出，（观测）数据量表和分析的尺度必须是一致的(Bailey, Herzog et al., 2007;Gao amp; Li, 2011; Gustafson, 1998; Li amp; Reynolds, 1995; Li amp; Wu, 2004;Wheatley, 2010; Wu, 2004)，比例问题与像元大小（像素尺寸）、最小制图单元（MMU）和研究区范围相关，最近已经证明主尺度也影响到景观的价值度量(Bailey, Herzog et al., 2007; Buyantuyev amp; Wu, 2007)。景观指标与空间变化的关系和可用数据的主尺度因此已成为近几年景观生态学研究中的重要课题(Baldwin et al., 2004; Delcourt amp; Delcourt, 1996; PascualHortal

amp; Saura, 2007; Saura amp; Castro, 2007; Wu, 2004)。一些学者已经检查出了像元大小、区域的范围、或数据的主尺度的实验变化。关于指数行为，不同作者常得出不同的结论。例如，传染指数与与像元大小增加的关系已被描述为消极的(Baldwin et al., 2004)，不稳定的，复杂来说就是比例功能(Shen, Jenerette, Wu, amp; Gardner, 2004;

Turner, Orsquo;Neill, Gardner, amp; Milne, 1989; Wu, Shen, Sun, amp; Tueller,2002)，或概括的说就是像元大小的变化(Millington,Velez-Liendo, amp; Bradley, 2003)。

很多观点讨论景观了指标在景观生态学主要领域(Uuemaa, Antrop, Roosaare, Marja,amp; Mander, 2009)的作用，总结了基于斑块的景观连通性(Galpern, Manseau, amp; Fall, 2011)或指数连通性(Kindlmann amp; Burel, 2008)，描述中的森林景观指数的应用(Haines-Young amp; Chopping, 1996)，或检查反映影响生态系统破碎化指标的实用性(Rutledge, 2003)。然而，没有景观指数的空间或主尺度的敏感性概述，也没有参考这些行为使用各种景观指数的建议。

在这项研究中，我们回顾了常用的用于量化景观结构指标的行为，评估了空间和主尺度指数值变化的影响。基于这篇综述中，我们描述了一些不同作者不同结果差异的原因。最后，我们建议了进一步研究景观指数行为的方向。

指标的概述和分类

有几项研究提供了各个领域述用于景观生态学研究的部分景观指标的概述。拉特利奇（2003）从景观破碎化评价的角度提出了一个指数概述。他区分地描述了基本特征碎片的构成指标、形状指数和配置指数。李和吴（2004）评论了评估景观结构指标的作用，这些指标具有局限性和可能出现潜在陷阱，例如，来源于规模观察和规模分析的差异，景观格局变化的变量响应，指数的不确定性解释。Uumeaa等人（2009）提出一个详细的论文概述，概述集中在景观生态学七个分支中的景观指数的应用，包括指标的使用和选择，生物多样性和栖息地分析，水质评价，景观评价城市景观格局与景观格局变化模式，道路网络，景观美学，景观管理与规划。Kindlman和Burel (2008)对完全基于景观结构的量化结构连通性指标的使用，和生物对于景观模式的行为反应的功能连通性的反映进行了详细的描述。

最全面的公式和某些指标范围的概述在FRAGSTATS软件介绍文件中 (see McGarigal amp; Marks, 1995, 122 pp. 和 alsoMcGarigal et al., 2002)。作者基于量化的主要特点将这些景观指数指定分类为区域/密度/边缘指标，形状的组度量，核心区域度量，隔离/接近度量，多样性度量，传染/散布度量，即度量组。这个分类技术已被接受或在其他研究中稍微修改 (e.g.,Baldwin et al., 2004; McGarigal, 2002; Trani amp; Giles, 1999)。表1根据这一分类展示了最常用的指标，阳离子体系，他们的首字母缩写，和案例参考。

景观指数根据综合他们的特点景观也被分类。景观分析可以从三个层次进行分析（mcgarigal，2002）：对于每一个斑块的景观栅格（斑块级别），为每一个景观（级）类的斑块类，或作为一个整体（景观水平）的景观栅格。有些指标只有在一个层次是有意义的 （例如，景观异质性指数，如Shannon多样性指数SHDI，Shannon均匀度指数Simpson，辛普森多样性指数SIDI可以唯一确定景观水平，因为他们是集成研究区的所有斑块和类），但大多数被定义为多个级别（例如，斑块密度，边缘密度，总边缘特，景观形状指数LSI、面积加权平均形状指数指数，最大斑块LPI，周长面积分形维数、平均形状指数、平均欧氏最邻近指数MNN）。例如，李等人（2009）用PD，LPI，MSI和AWMSI值类水平与景观水平的关系检查景观结构与森林火灾的严重程度。同样，方等人（2011）计算了一些全局景观指数（形状指数，传染指数，多样性和 条干度指数）和一些选定的类（修补区，形状指数、丛生，斑块的凝力，连续性，连通性和最近邻指数）。

景观结构可以特征化为结构和景观配置 (Botequilha Leitatilde;o amp;Ahern, 2002; Buyantuyev, Wu, amp; Gries, 2010; McGarigal, 2002;Rutledge, 2003)。结构指的是多样性和在景观中的斑块频率，不论其空间配置。组合物可以通过所谓的空间表达指标，可分为四个基本群体：相对类频率、丰富度、均匀度、多样性（mcgarigal，2002）。将这些指标进行排序，同样的花粉（2007），古斯塔夫森（1998）和拉特利奇（2003）。景观配置与之形成对比的是，相关的空间明确的土地覆盖特征类型（botequilha的atilde;O·埃亨，2002）。景观空间结构的主要方面是大小分布和密度，形状复杂度，核心区，隔离，对比度，分散性，景观斑块的传染、细分和连通性(McGarigal, 2002)。

表1

常用景观指标列表。基于McGarigal等人整理。（2002）。

影响景观指数行为的尺度因子

景观格局具有尺度依赖性，而且没有一个单一的在景观和生态系统还有待研究的规模 (DiazVarela,Marey-Peacute;rez, amp; Aacute;lvarez-Aacute;lvarez, 2009; Levin, 1992; Li amp; Wu,2004; Orsquo;Neill et al., 1996; Wu, 2004)。许多研究的目的是描述景观指数变化规模和判定所谓的指数规模功能的关系，它使特定索引的值转换为不同的规模 (Saura amp; Castro,2007; Wu, 2004; Wu et al., 2002)或至少根据他们的反应，使指数可以分为组(Shen et al., 2004; Uuemaa et al., 2005)。规模依存关系的研究可以从真实的景观数据进行(Baldwin et al., 2004; Buyantuyev amp; Wu, 2007; Millington et al.,2003; Wu et al., 2002)，或与模拟数据 (e.g., Gustafson amp;Parker, 1992; Hargis et al., 1998; Li et al., 1993)。几个研究人员已经使用这两种类型的数据比较指数的行为(Neel, McGarigal, amp; Cushman, 2004; Shen et al., 2004;Uuemaa et al., 2005)。使用真实数据或使用调查模拟景观可以确定一个指数的不同行为（见，例如，CONTAG，MNN，表3中的PR和珠三角）。空间范围和空间分辨率（由像元大小决定的MMU）在一起通常被称为空间尺度(

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