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盐化草地景观中的斑块形状指数及其生态学意义
盐化草地景观中的斑块形状指数及其生态学意义
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盐化草地景观中的斑块形状
指数及其生态学意义sg『2
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(甘肃农业大学资源-5”环境系.甘肃兰州730070)
摘要:
利用GIS技术研究了盐化草地景观中的斑块形状指数及其生态学意义.研究结果表
明,斑块形状指数在描述斑块和斑块的空间格局方面与斑块的分维数一样具有明确的生态
学意义,可以作为反映一定尺度上斑块和景现复杂程度的定量指标.斑块形状指数越小,斑块
的形状越规则,简单;斑块形状指数越大,斑块的形状越复杂;斑块形状指数的变化范围比分
维数要大,可以大于分维数的上限2.i兄
关键词盐化草地景观;斑块形状指数1分维数.J生
中囝分类号tS812文献标识码:
A文章编号:
1001—0629(2000)02—0050—03
景观空间格局,景观异质性一直是景观
生态学中的重点研究领域.斑块是景观
结构中最一般,最重要的景观要素.斑块的类
型,大小(面积),形状,数量和组合关系是斑
块的主要特征,这些斑块特征对景观结构,景
观格局,景观多样性,景观异质性以及生态
流,生物多样性等各种生态过程和现象具有
深刻的影响”.有许多定量研究斑块和景
观结构,景观异质性的方法和指标,蜘
如,景观多样性指数,优势度,均匀度,景观破
碎度,景观分离度,分维数等.而对于定量描
述斑块形状特征的斑块形状指数以及斑块形
状指数的生态意义,还不很清楚.本文拟通过
对盐化草地景观中斑块形状的研究,来分析
斑块形状指数的生态学意义.
l研究区概况
研究区位于河西走廊腹地的临泽县该
区宏观上位于西北荒漠景观中由山地,荒漠
和绿洲三个系统构成的耦台系统大背景中,
荒漠子系统居主导地位,具有脆弱性.同时,
由于系统耦合过程的不够完善,它所固有的
系统相悖因素未能有效控制,使系统本身的
生态危机加重,表现为草原退化(任继周,朱
兴运,1995).土地类型盐化草地为主,其生
产力低下,生物量(DM)最大值为546.12
g/m”,是畜牧业生产的薄弱环节,也蕴涵
着较大的生产潜力.
-
根据草原的综合顺序分类法,该区基本
的草原类型为微温极干类(灰棕荒漠土,荒
漠)和微温干旱类(棕钙土,灰钙土,半荒漠.
旧称半荒漠草原),它们的共同点是水分极端
缺乏,牧草主要为灌木,半灌木的荒漠植被,
稀疏,多刺,多盐分,光照克沛(任继周1985.
胡自治等1978,1982)”“引.
盐化草地的生境为:
具典型大陆性温带
干旱气候.冬季寒冷,干燥,多风.降水量低,
在10~125mm之间,由东向西递减.蒸发量
大,可达3000mm.湿润度甚低,在0.3~o.9
之间.目照充足,全年日照总时数30426h,
年均温7.6℃.气温年变化和日变化剧烈.最
冷月与最热月之间可以相差50~60℃,日平
均振幅一般不少于11C.全年无霜期179d.
收穑FI期;1999—09—14
基金项目:
甘肃省自然科学基金资助项目(项目编
号:
ZS99]一A2103l—N)
作者简舟:
刘学录(1966一).男,甘肃天求人.博士,讲
师,主要从事景观生态学与土地利用规划研究.
PRATACULTURALSCIENCE(Voll17,No.2)
海拔高度1387~1390m,常年地下水位0.5
~
2.5m,春季甚至溢出地表,地下水矿化度
1o~100dsm-..大地形处于祁连山与合黎山
之间的山前倾斜平原地带,主要土壤类型为
盐化草甸土和草甸盐土,土壤母质发育在冲
积,洪积物之上;植物成分赖草(上.dasys-
tachs),芦苇(P.cornmunis),海韭菜仃.?
~7a7”-
itimum),小灯心草(,.bofonius),盐爪爪(.
gracile)等为主(阎顺国,沈禹颖,朱兴运等,
1994).
2材料与方法
在1:
35000的航片上,设定一个20(10
m×2000m的研究小区.根据航片上色调的
变化,确定盐化草地斑块的边界.整个研究小
区共划分出1O个草地斑块,分别用G,G,
Ga,G.,G5,G¨GGG.和G.表示.同时,
选择3个人工斑块类型(耕地),用F,F和
F|表示,连同一个正方形,3个与正方形面积
相同但长宽比不同的长方形和一个圆形斑块
作为对照.然后利用G1S完成图形输入与曲
线拟合,并输出每个草地斑块和对照的周长
和面积.利用公式SD=P/2/(Richard
T.T.,1986)计算斑块形状指数,式中,SD
为斑块形状指数,P为斑块周长,A为斑块面
积.在边长为2.5mm的方格网中进行图形
转换,利用公式FD=2In(P/4)/InA(常学
礼,1998)计算分维数,式中,FD为分维数,
P,A为图形转换后的斑块周长和面积.
3结果与分析
盐化草地的斑块形状指数和分维数计算
结果见表1.从表1可看出,对于图形规则
的斑块而言,面积相同,斑块形状指数随着长
短轴之比的变化而变化.当长短轴之比从
1:
1,1:
4,1:
9增加到1:
16时,斑块形状
指数则由1.128,1.410,1.881增加到2.539;
同时,分维数由1.000,1.161,1.368增加到
1.585.说明长短轴之比越小,斑块形状指数
越小,分维数也越小;长短轴之比越大,斑块
形状指数越大,分维数也越大.斑块长短轴之
比反映的是斑块的狭长程度,比值越大,斑块
形状越狭长.分维数与斑块形状指数具有相
同的变化规律,都随着斑块形状狭长程度的
增加而变大.
表1盐化草地景观中斑块的形扶指数
受人类活动影响较大的3个人工斑块
(耕地),斑块形状指数和分维数也随着斑块
长短轴之比的增加而增加.随着长短轴比值
从1:
1.01,1:
1.61增加到1:
2.56,斑块形
状指数由1.049,1.158增加到1.260;分维数
则由1.001,1.010增加到1.036.
FD值一般处于1~2之间,FD值越趋
近于1,则斑块的自我相似形越强,斑块形状
越有规律,斑块的几何形状越趋向简单,表明
受干扰的程度越大.这是因为人类干扰所形
成的斑块一般几何形状较为规则,因而易于
草业科学
出现相似的斑块形状.FD值越大,反映斑块
的形状越复杂”l._.
从规则图形斑块和人工斑块(耕地)的斑
块形状指数与分维数的变化规律来看,斑块
形状指数与分维数一样,具有相同的变化规
律,都随着斑块形状狭长程度的增加而变大.
也是一定尺度上斑块和景观复杂程度的反
映.斑块形状指数越小,表明斑块形状越有规
律,斑块的几何形状越简单,更趋向于正方形
或圆形,受到的干扰也越大.相反,斑块形状
指数越大,表明斑块形状越复杂,斑块的几何
形状越狭长,受到的干扰也越小.
盐化草地斑块中,长短轴之比最大的斑
块为G,,长短轴之比为1:
4.00,斑块形状指
数为l_620,分维数为1.297,都是本研究区内
最大的.如果按照分维数的生态意义,说明该
斑块的形状最复杂,受到的干扰最小.如果按
照斑块形状指数的生态意义,则反映的是斑
块形状的狭长程度最高.
盐化草地斑块中,长短轴之比最小的斑
块为G,长短轴之比为1:
1.13,斑块形状指
数为l_094,分维数为1.001,都是本研究区内
最小的;说明该斑块的形状最简单,最规则,
受到的干扰最大,斑块形状的狭长程度最低.
斑块形状指数与分维数也有不同之处.
首先,分维数的变化范围在理论上是一定的,
它仅仅在1~2之间变化;而斑块形状指数的
变化范围比分维数要大.在本研究中,长短轴
比值为1:
l6的人工斑块(耕地)的斑块形状
指数为2.539,大于分维数的上限2.
4结论
1)斑块形状指数与分维数一样,具有明
确的生态学意义,可以作为反映一定尺度上
斑块和景观复杂程度的定量指标.
2)斑块形状指数越小,斑块的形状越规
则,简单,长短轴比值越小,斑块的几何形状
越趋近于正方形或圆形;斑块形状指数越大,
斑块的形状越复杂,长短轴比值越大,斑块的
几何形状越狭长.
3)斑块形状指数的变化范围比分维数要
大,可大于分维数的上限2.
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(下转56页)
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- 盐化 草地 景观 中的 形状 指数 及其 生态学 意义