基于“資源三號(hào)”衛(wèi)星的黃河口濕地景觀格局及其空間尺度效應(yīng)分析

肖艷芳, 張 杰, 馬 毅, 王建步

(國(guó)家海洋局 第一海洋研究所, 山東 青島266061)

景觀格局影響著種群動(dòng)態(tài)、生物多樣性等生態(tài)學(xué)過(guò)程, 與生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾能力、恢復(fù)能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系[1-2]。掌握景觀格局的時(shí)空變化特征和演替規(guī)律, 可以快速、準(zhǔn)確地了解區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化。然而, 景觀格局具有尺度依賴性, 即尺度效應(yīng)[3-5]。不同因素在景觀格局形成過(guò)程中的重要性隨尺度而異, 因此認(rèn)識(shí)并了解研究區(qū)的生態(tài)景觀格局對(duì)尺度的依賴特征是正確理解格局與過(guò)程關(guān)系的關(guān)鍵。在景觀生態(tài)學(xué)中, 尺度通常是指空間和時(shí)間上的粒度(grain)和幅度(extent)[1]?？臻g粒度是指景觀中最小可辨別單元所代表的特征長(zhǎng)度、面積或體積, 對(duì)于空間數(shù)據(jù)或圖像資料而言, 對(duì)應(yīng)于最大空間分辨率或像元大小。時(shí)間粒度是指某一現(xiàn)象或事件發(fā)生的頻率或時(shí)間間隔。幅度是指研究對(duì)象在空間或時(shí)間上的持續(xù)范圍或長(zhǎng)度。景觀分析過(guò)程中, 尺度過(guò)小會(huì)造成研究區(qū)信息量過(guò)大, 掩蓋某些重要信息; 而尺度過(guò)大又會(huì)造成細(xì)節(jié)信息的丟失, 甚至某些景觀類型也會(huì)消失[6]。

入海河口濕地位于江河入海的海陸交界處, 是陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)在強(qiáng)烈的相互作用下形成的具有高物質(zhì)、多樣性和多功能的生態(tài)邊緣區(qū)[7]。黃河是世界上含沙量最大的河流, 其每年輸送的泥沙大量淤積在河口三角洲上, 形成了大片保持著原生自然狀態(tài)的濕地。作為一個(gè)新生的濕地系統(tǒng), 黃河口濕地的生態(tài)環(huán)境較脆弱, 極易受到破壞。由于坡度平緩、波浪作用較小, 黃河口濕地的潮灘上發(fā)育了大量的水溝系[8], 同時(shí), 黃河口地區(qū)具有豐富的石油資源, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求使得濕地內(nèi)出現(xiàn)大量的油井、道路及其他建筑設(shè)施, 對(duì)濕地的生態(tài)環(huán)境和景觀格局都產(chǎn)生了重要的影響。

近年來(lái)有關(guān)黃河三角洲濕地景觀變化及成因的研究較多[9-14], 但研究對(duì)象多為整個(gè)近代或現(xiàn)代黃河三角洲, 所用的數(shù)據(jù)源也多為L(zhǎng)andsat TM等中分辨率影像。黃河口濕地沖淤變化頻繁, 景觀斑塊邊界極不規(guī)則, 中分辨率影像難以提取準(zhǔn)確的景觀斑塊信息, 對(duì)油井、道路等人工建筑及潮溝的識(shí)別能力也十分有限, 無(wú)法評(píng)估石油開(kāi)采、道路修建和潮流溝系對(duì)黃河口濕地景觀格局的影響。作者基于景觀生態(tài)學(xué)原理, 以黃河口濕地為研究對(duì)象, 利用高分辨率的“資源三號(hào)”衛(wèi)星遙感影像, 選取具有代表性的景觀指數(shù), 分析黃河口濕地的景觀格局, 以及空間粒度對(duì)黃河口濕地景觀格局分析的影響。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

黃河口濕地位于山東省東營(yíng)市黃河現(xiàn)行流路入?？谔? 黃河攜帶的大量泥沙以每年2～3 km2的速度使黃河口濕地向渤海推進(jìn), 是中國(guó)暖溫帶最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)。其淡水資源充足, 動(dòng)植物資源十分豐富, 是珍稀、瀕危鳥(niǎo)類的集中分布地和越冬棲息地。濕地內(nèi)的植被以水生植被和鹽生植被為主, 植被種群組成簡(jiǎn)單, 建群種較少; 土壤類型以潮土和鹽土為主; 區(qū)域氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候, 年平均氣溫12.1℃, 年降水量為551.6 mm[15]。

1.2 數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

景觀類型的劃分是進(jìn)行景觀格局和動(dòng)態(tài)分析的首要步驟, 而土地覆被變化是景觀格局變化的重要原因, 因此, 確定適宜的基本分類單元對(duì)景觀生態(tài)的研究十分關(guān)鍵[16-17]。作者借鑒國(guó)內(nèi)外濕地分類研究成果, 以2012年5月27日采集的“資源三號(hào)”衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源, 利用多光譜(空間分辨率為6 m)與全色(空間分辨率為2.1 m)的融合數(shù)據(jù), 結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查,借助 GIS技術(shù), 對(duì)研究區(qū)的遙感影像進(jìn)行目視解譯和分類, 得到黃河口濕地的土地覆被類型圖(圖1)。

“資源三號(hào)”衛(wèi)星是中國(guó)首顆民用高分辨率光學(xué)測(cè)圖衛(wèi)星, 搭載一臺(tái)地面分辨率為2.1 m的高分辨率正視全色延時(shí)積分成像相機(jī)、兩臺(tái)地面分辨率優(yōu)于3.6 m的前視、后視全色CCD相機(jī)和一臺(tái)地面分辨率優(yōu)于6.0 m的正視多光譜相機(jī)。全色相機(jī)的光譜范圍為0.50～0.80 μm, 多光譜相機(jī)共4個(gè)波段, 光譜范圍分別為 0.45～0.52μm、0.52～0.59μm、0.63～0.69 μm、0.77～0.89 μm。

將黃河口濕地的土地覆被類型分為自然植被、人工栽培植被、河流、坑塘、潮溝、裸灘、裸地、油田用地、道路和其他建設(shè)用地共10種類型, 其中其他建設(shè)用地的斑塊數(shù)和面積很小, 結(jié)果分析中不予考慮。需要指明的是, 由于黃河口濕地中植被混生現(xiàn)象嚴(yán)重, 大多數(shù)的植被像元無(wú)法被明確地劃分為某種植被類型, 為了盡量避免人工解譯的誤差, 作者僅將植被分為自然植被和人工栽培植被兩類。

圖1 基于“資源三號(hào)”衛(wèi)星影像的黃河口濕地土地覆被類型Fig.1 The land cover map of Yellow River estuarine wetland based on “ZY-3” satellite image

對(duì)由“資源三號(hào)”衛(wèi)星得到的研究區(qū)土地覆被類型圖進(jìn)行重采樣, 得到粒度大小為2.5、5、10、30、50、150、200 m的景觀類型圖。

2 研究方法

景觀指數(shù)有效反映景觀格局信息, 能夠反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面的時(shí)空變化特征, 是景觀格局定量化描述與評(píng)價(jià)常用的技術(shù)手段[1,18-21]。通常, 景觀指數(shù)可分為斑塊水平指數(shù)、斑塊類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)。目前屬于上述景觀指數(shù)類別范疇的指數(shù)類型數(shù)目繁多, 大部分指數(shù)之間景觀格局信息重復(fù)[22-24]?；诖? 作者根據(jù)前人對(duì)景觀指數(shù)的分類結(jié)果[25-27], 在斑塊類型水平上選擇斑塊類型面積、斑塊個(gè)數(shù)、平均斑塊面積、邊緣密度表征研究區(qū)的景觀類型面積和結(jié)構(gòu)特征, 平均周長(zhǎng)面積比表征形狀特征, 散布與并列指數(shù)表征聚集特征, 在景觀格局水平上選擇香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)表征景觀多樣性特征, 各景觀指數(shù)的計(jì)算公式及生態(tài)學(xué)意義如下:

(1) 斑塊類型面積(CA)。是度量景觀組分和計(jì)算其他指標(biāo)的基礎(chǔ), 其值的大小制約著以某種景觀類型斑塊為聚集地的物種豐度、數(shù)量、食物鏈及其次生種的繁殖等。計(jì)算公式為:

式中,ai為某景觀斑塊面積,n為斑塊數(shù)。

(2) 斑塊個(gè)數(shù)(NP)。反映景觀的空間格局, 經(jīng)常被用來(lái)描述整個(gè)景觀的異質(zhì)性, 其值的大小與景觀的破碎度有很好的正相關(guān)性, 一般NP越大, 破碎度越高; NP越低, 破碎度越低。計(jì)算公式為:

式中,n為某種景觀類型總斑塊數(shù)。

(3) 平均斑塊面積(AREA_MN)。其值的分布區(qū)間一方面對(duì)圖像或地圖的范圍以及對(duì)景觀中最小斑塊粒徑的選取有制約作用; 另一方面可以表征景觀的破碎程度, 是反映景觀異質(zhì)性的關(guān)鍵指標(biāo)。計(jì)算公式為:

(4) 邊界密度(ED)。用來(lái)分析斑塊形狀的重要指標(biāo), 表示景觀類型被分割的程度。邊界密度越大, 表示某景觀類型被分割的程度越高, 布局越分散。計(jì)算公式為:

式中,ei為某斑塊的邊界長(zhǎng)度。

(5) 平均周長(zhǎng)面積比(PARA_MN)。是某類景觀斑塊周長(zhǎng)-面積比的平均值, 可用以描述斑塊的復(fù)雜性。計(jì)算公式為:

(6) 散布與并列指數(shù)(IJI)。是描述景觀空間格局最重要的指標(biāo)之一, 對(duì)受到某種自然條件嚴(yán)重制約的生態(tài)系統(tǒng)的分布特征反映顯著。取值較小時(shí), 表明該斑塊類型僅與少數(shù)幾種其他類型相鄰接。計(jì)算公式為:

式中,m為某斑塊的鄰接斑塊數(shù)目。

(7) 香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)。其值能反映景觀異質(zhì)性, 對(duì)景觀中各斑塊類型非均衡分布狀況較為敏感, 強(qiáng)調(diào)稀有斑塊類型對(duì)信息的貢獻(xiàn), SHDI增大,表明拼塊類型增加或各拼塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布。計(jì)算公式為:

式中,m為景觀類型的數(shù)目。

(8) 香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)。其值較小時(shí)優(yōu)勢(shì)度一般較高, 可反映出景觀受一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢(shì)斑塊類型所支配。其值趨近1時(shí)優(yōu)勢(shì)度低, 說(shuō)明景觀中沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布。計(jì)算公式為:

式中,m為景觀類型的數(shù)目。

將重采樣生成的 7種空間粒度的土地覆被類型圖轉(zhuǎn)化為 Arc Grid格式, 逐一輸入到景觀格局分析軟件Fragstats4.1中, 分別計(jì)算各景觀指數(shù)的值。

3 黃河口濕地景觀格局分析

基于“ZY-3”號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果, 計(jì)算裸灘、自然植被、人工栽培植被等 9種景觀類型的景觀指數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)差, 分析黃河口濕地景觀類型的面積和結(jié)構(gòu)、形狀及聚集特征。

3.1 景觀類型的面積和結(jié)構(gòu)特征

從表1中可以看出, 不同景觀類型之間斑塊總面積CA的標(biāo)準(zhǔn)差最大, 表明各景觀類型的面積極不平衡。裸灘的面積最大, 為326.09 km2, 是研究區(qū)的主導(dǎo)景觀類型, 具有景觀基底性質(zhì); 其次為自然植被, 面積為136.04 km2; 面積最小的景觀類型為油田用地, 僅為2.20 km2; 人工栽培植被、河流、潮溝和裸地的面積基本一致, 約為18.00 km2。各個(gè)景觀類型面積的大小順序?yàn)? 裸灘＞自然植被＞坑塘＞裸地＞人工栽培植被＞河流＞潮溝＞道路＞油田用地。在研究區(qū)內(nèi), 具有自然屬性的景觀類型約占景觀總面積的82%, 人工化的景觀類型所占面積較小, 表明人工栽種和建筑在景觀面積上沒(méi)有表現(xiàn)出大量侵占黃河口濕地的態(tài)勢(shì)。

表1 各景觀類型與面積和結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的景觀指數(shù)值Tab.1 The value of landscape indices related to the area and structure characteristic

各景觀類型的斑塊數(shù)也很不均衡, 油田用地的斑塊數(shù)最多, 共 281個(gè)斑塊; 其次為自然植被, 共216個(gè)斑塊; 河流的斑塊數(shù)最少, 只有1個(gè)。各景觀類型的斑塊個(gè)數(shù)順序?yàn)? 油田用地＞自然植被＞潮溝＞裸灘＞坑塘＞裸地＞道路＞人工栽培植被＞河流。通常情況下, 分布面積較大的景觀類型所擁有的斑塊數(shù)也較多, 如自然植被、裸灘等; 而潮溝和油田用地的面積較小, 但擁有的斑塊數(shù)卻較多, 表現(xiàn)出明顯的破碎化。裸灘的面積遠(yuǎn)大于自然植被, 而斑塊數(shù)卻比自然植被少, 主要是由于因石油開(kāi)采和旅游修建的道路將原本大的自然植被斑塊切割為若干個(gè)小的斑塊。雖然潮溝對(duì)裸灘也具有一定的切割作用, 但切割作用遠(yuǎn)小于道路, 要將大的裸灘斑塊切割成小的斑塊需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

各景觀類型之間邊界密度的差異較斑塊面積和斑塊個(gè)數(shù)有所減小。裸灘的邊界密度最大, 為2206.78 m/ km2; 人工栽培植被的邊界密度最小, 為79.64 m/ km2。各景觀類型邊界密度的順序?yàn)? 裸灘＞自然植被＞潮溝＞道路＞坑塘＞裸地＞油田用地＞河流＞人工栽培植被。由于景觀總面積一定, 邊界密度指標(biāo)實(shí)際上揭示了各景觀類型周長(zhǎng)的規(guī)律。自然景觀的斑塊邊界多表現(xiàn)為復(fù)雜不規(guī)則, 邊界密度相對(duì)較高;油田用地、人工栽培植被等人工景觀類型的斑塊形狀較規(guī)則, 邊界密度相對(duì)較低。除景觀類型面積最大、斑塊數(shù)目較多外, 裸灘邊界密度最大的另一個(gè)主要原因是, 潮溝對(duì)裸灘的沖刷和侵蝕, 導(dǎo)致裸灘與潮溝相接的邊界極其不規(guī)則, 在很大程度上增加了裸灘的邊界長(zhǎng)度, 這與潮溝景觀類型的面積較小而邊界密度較大的原因是一致的。

各景觀類型之間平均斑塊面積也有較大的差異,河流的平均斑塊面積最大, 為 18.23 km2; 油田用地的平均斑塊面積最小, 為0.0078 km2。各景觀類型平均斑塊面積的順序?yàn)楹恿鳎韭銥救斯ぴ耘嘀脖唬究犹粒咀匀恢脖唬韭愕兀境睖希镜缆罚居吞镉玫?。除位于研究區(qū)邊界的人工栽培植被外, 總體趨勢(shì)是自然景觀的平均斑塊面積大于人工景觀。河流景觀類型在研究區(qū)內(nèi)僅有 1個(gè)斑塊, 其平均斑塊面積就等于河流的景觀類型面積, 使得河流的平均斑塊面積最大。潮溝、道路和油田用地的平均斑塊面積較小, 表明破碎化程度較高。油田用地的景觀類型面積和平均斑塊面積都最小, 但斑塊數(shù)眾多, 石油在開(kāi)采、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及其他生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物會(huì)對(duì)油井周圍環(huán)境中的植被生長(zhǎng)造成一定的影響, 并最終導(dǎo)致景觀格局的變化。

3.2 景觀類型的形狀特征

采用周長(zhǎng)面積比 PARA_MN分析黃河口濕地各景觀類型的形狀特征?？梢钥闯?表2), 各景觀類型的周長(zhǎng)面積比差異非常大。潮溝的周長(zhǎng)面積比最大,其次為裸灘, 河流的周長(zhǎng)面積比最小。各景觀類型周長(zhǎng)面積比的順序?yàn)? 潮溝＞裸灘＞坑塘＞道路＞自然植被＞裸地＞人工栽培植被＞油田用地＞河流。潮溝的景觀類型面積不大, 但斑塊曲折復(fù)雜的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有最大周長(zhǎng)面積比; 人工栽培植被、油田用地和裸地的斑塊形狀簡(jiǎn)單, 周長(zhǎng)面積比相對(duì)較小。

3.3 景觀類型的聚集特征

采用散布與并列指數(shù)IJI分析黃河口濕地各景觀類型的聚集特征, IJI能夠表征各個(gè)斑塊類型間的總體散布與并列狀況。結(jié)果表明(表3), 自然植被的指數(shù)值最高, 為84.82; 潮溝的指數(shù)值最低, 為17.85。各景觀類型 IJI值的順序?yàn)? 自然植被＞裸地＞裸灘＞坑塘＞河流＞油田用地＞道路＞人工栽培植被＞潮溝。自然植被、裸地等與其他景觀類型相互混雜分布, 而人工栽培植被和潮溝等斑塊分布相對(duì)獨(dú)立, 與斑塊邊界相鄰接的景觀類型較少。

表2 各景觀類型的平均周長(zhǎng)面積比指數(shù)值Tab.2 The value of landscape index PARA_MN

表3 各景觀類型的散布與并列指數(shù)值Tab.3 The value of landscape index IJI

3.4 景觀的多樣性特征

多樣性指數(shù)是對(duì)土地利用類型的多樣性和復(fù)雜性的度量, 而均勻度指數(shù)則是對(duì)不同土地利用類型分配均勻程度的描述。作者采用香農(nóng)多樣性指數(shù) SHDI和香農(nóng)均勻度指數(shù)SHEI來(lái)分析研究景觀的多樣性特征。研究結(jié)果顯示, 黃河口濕地研究區(qū)的香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI為1.38, 說(shuō)明該研究區(qū)內(nèi)景觀類型較豐富; 香農(nóng)均勻度指數(shù)SHEI為0.60, 說(shuō)明景觀優(yōu)勢(shì)度較高, 這主要是受裸灘和自然植被兩種優(yōu)勢(shì)景觀類型的影響。

4 黃河口濕地景觀格局空間尺度效應(yīng)

4.1 景觀類型的面積和結(jié)構(gòu)特征對(duì)空間粒度的響應(yīng)

圖2是景觀類型的斑塊面積、斑塊個(gè)數(shù)、邊界密度和平均斑塊面積 4個(gè)景觀指數(shù)隨空間粒度的變化趨勢(shì)。可以看出, 各景觀類型的斑塊面積隨著粒度的增大沒(méi)有發(fā)生明顯的變化, 表明各景觀類型的面積對(duì)粒度的變化并不敏感。

景觀類型的斑塊個(gè)數(shù)表現(xiàn)出對(duì)粒度變化的強(qiáng)敏感性。隨著粒度的增大, 斑塊數(shù)量都表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì), 但各景觀類型斑塊數(shù)量最大時(shí)的空間粒度有較大差異。潮溝景觀和道路景觀對(duì)粒度的變化最為敏感, 在2.5 m～10 m粒度范圍內(nèi), 斑塊數(shù)量隨著粒度的增大而急劇增大, 在10 m～200 m粒度范圍內(nèi), 斑塊數(shù)量則隨著粒度的增大急劇減小。潮溝和道路多為條狀斑塊, 粒度增大會(huì)導(dǎo)致條狀斑塊斷裂,形狀破碎, 斑塊數(shù)量增多; 粒度進(jìn)一步增大時(shí), 破碎的小斑塊融入到作為基底的大斑塊中, 導(dǎo)致斑塊數(shù)量下降。

裸灘、潮溝、自然植被和道路等景觀類型的邊緣密度對(duì)粒度較為敏感, 其邊緣密度在粒度大于10 m后急劇下降。裸灘、潮溝以及自然植被為自然景觀,受人為干擾較少, 斑塊邊界不規(guī)則, 依據(jù)高分辨率影像解譯的景觀斑塊, 其邊緣與真實(shí)的斑塊邊緣更為相似, 隨著尺度的增大, 邊緣中的鋸齒或毛刺逐漸被合并, 導(dǎo)致邊緣密度的降低。在小于10 m的粒度范圍內(nèi), 裸灘、潮溝和自然植被的邊緣密度沒(méi)有明顯的變化, 說(shuō)明10 m可能是能夠較為真實(shí)地解譯出3種景觀類型邊緣的遙感影像的最低空間分辨率。道路的邊界雖然規(guī)則, 但屬于長(zhǎng)條狀斑塊, 在粒度大于其寬度后, 道路斑塊會(huì)被鄰近斑塊合并, 導(dǎo)致邊緣密度降低。河流和人工栽培植被的斑塊形狀規(guī)則,其邊緣密度沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)粒度較強(qiáng)的敏感性, 在整個(gè)粒度范圍內(nèi), 邊緣密度值相對(duì)穩(wěn)定。

裸灘、自然植被、坑塘、人工栽培植被和油田用地的平均斑塊面積隨著粒度的增大而增大, 其中裸灘的增長(zhǎng)最為顯著, 其值隨著粒度的增大近似呈指數(shù)增長(zhǎng), 最大增長(zhǎng)速率點(diǎn)50 m粒度附近; 潮溝、道路和坑塘的平均斑塊面積則隨著粒度的增大呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)。由于各景觀類型的斑塊總面積隨著空間粒度的增大沒(méi)有發(fā)生明顯的變化, 因此平均斑塊面積的變化趨勢(shì)與斑塊個(gè)數(shù)的變化趨勢(shì)相反。

4.2 景觀類型的形狀特征對(duì)空間粒度的響應(yīng)

圖3是各景觀類型的斑塊平均周長(zhǎng)面積比隨空間粒度的變化趨勢(shì)。裸灘、潮溝、自然植被、坑塘、裸地、油田用地和人工栽培植被的周長(zhǎng)面積比都隨著粒度的增大而減小, 其中以潮溝和裸灘的變化趨勢(shì)最為顯著; 道路的面積周長(zhǎng)比以 5 m粒度大小為界限, 粒度小于 5 m時(shí), 其值隨粒度的增大而增大,粒度大于5 m時(shí), 其值隨粒度的增大呈冪指數(shù)下降;河流的周長(zhǎng)面積比沒(méi)有明顯的變化?？臻g粒度增大,景觀斑塊的邊界變得更為平滑, 復(fù)雜度降低, 這種變化尤以裸灘、潮溝等邊界極不規(guī)則的斑塊最為明顯; 而河流和人工景觀的斑塊相對(duì)規(guī)則, 空間粒度變化對(duì)其斑塊形狀的影響不大。

4.3 景觀類型的聚集特征對(duì)空間粒度的響應(yīng)

圖4是研究區(qū)內(nèi)各種景觀類型的散布與并列指數(shù)值隨粒度的變化情況。從圖中可以看出, 各景觀類型的散布與并列指數(shù)值對(duì)粒度變化的響應(yīng)不同, 在粒度小于10 m時(shí), 其值較為平穩(wěn), 粒度大于10 m時(shí),其值隨著粒度的變化沒(méi)有表現(xiàn)出明顯地規(guī)律性。其中, 自然植被的散布與并列指數(shù)值最大, 其值隨著粒度的增大有減小的趨勢(shì)。裸灘、坑塘、道路、河流、油田用地和裸地在粒度小于10 m時(shí)的散布與并列指數(shù)值相近, 粒度大于10 m時(shí), 隨著粒度的增大,裸灘的散布與并列指數(shù)值有較小的上升, 裸地的散布與并列指數(shù)值有較小的下降, 坑塘和河流的散布與并列指數(shù)值沒(méi)有明顯地變化, 道路的散布與并列指數(shù)值先增大后減小, 油田用地的散布與并列指數(shù)值先降低后增大。人工栽培植被和潮溝的散布與并列指數(shù)值較小, 其值隨粒度的變化呈波動(dòng)性變化?？傮w來(lái)說(shuō), 各景觀類型的散布與并列指數(shù)隨著空間粒度的增大沒(méi)有出現(xiàn)較為劇烈的變化, 表明空間粒度對(duì)景觀類型聚集特征沒(méi)有顯著的影響。

圖2 與面積和結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的景觀指數(shù)對(duì)空間粒度的響應(yīng)Fig.2 The response of landscape indices related to area and structure characteristics to spatial grain

圖3 平均周長(zhǎng)面積比對(duì)空間粒度的響應(yīng)Fig.3 The response of PARA_MN to spatial grain

4.4 景觀多樣性特征對(duì)空間粒度的響應(yīng)

圖4 散布與并列指數(shù)對(duì)空間粒度的響應(yīng)Fig.4 The response of IJI to spatial grain

表4是景觀香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI和香農(nóng)均勻度指數(shù) SHEI對(duì)空間粒度變化的響應(yīng)。從表中可以看出, SHDI和 SHEI隨著粒度的變化趨勢(shì)基本一致, 都隨著粒度的增大而減小, 但變化幅度很小。這是因?yàn)槎鄻有灾笖?shù)和均勻度指數(shù)主要取決于景觀類型的數(shù)量和所占的面積比例, 研究區(qū)的空間粒度增大到 200m 時(shí), 雖然道路消失, 但由于所占面積很小, 并沒(méi)有使其他景觀類型的面積比例發(fā)生大的變化, 因此多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)隨著空間粒度的變化相對(duì)穩(wěn)定。如果空間粒度繼續(xù)增大, 各景觀類型會(huì)逐漸消失, 多樣性和均勻度指數(shù)必然持續(xù)下降。多樣性和均勻度指數(shù)相對(duì)空間粒度的緩慢變化說(shuō)明了研究區(qū)的景觀多樣性特征對(duì)粒度的變化不敏感。

表4 香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)對(duì)空間粒度的響應(yīng)Tab.4 The value of landscape indices of SHDI and SHEI with the changes of grain

5 結(jié)論

作者利用高分辨率的“資源三號(hào)”衛(wèi)星遙感影像, 選取8種具有代表性的景觀指數(shù), 分析了黃河口濕地的景觀格局, 以及空間粒度對(duì)黃河口濕地景觀格局分析的影響。研究區(qū)內(nèi), 各景觀類型的斑塊面積極不均衡, 裸灘和自然植被是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀。油田用地的斑塊數(shù)最多, 而潮溝的沖刷和侵蝕, 使裸灘具有最大的邊緣密度?？偟膩?lái)說(shuō), 黃河口濕地目前以裸灘和自然植被等自然景觀為主, 灘涂上潮溝發(fā)育, 人工景觀在面積上沒(méi)有表現(xiàn)出大量侵占黃河口濕地的態(tài)勢(shì)。雖然如此, 因旅游和石油開(kāi)采修建道路所導(dǎo)致的景觀破碎化已非常明顯。研究區(qū)內(nèi)油井散布、數(shù)量眾多, 雖然斑塊面積較小, 但石油在開(kāi)采、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及其他生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物會(huì)對(duì)油井周圍一定范圍內(nèi)的土壤和植被造成影響。

研究區(qū)的景觀格局分析結(jié)果具有強(qiáng)的尺度依賴性, 不同的景觀指數(shù)對(duì)空間粒度變化的敏感性不同,即使同一種景觀指數(shù), 由于景觀類型的不同, 對(duì)空間粒度的敏感程度也有較大差異?？偟膩?lái)說(shuō), 景觀類型的面積和結(jié)構(gòu)特征中的斑塊個(gè)數(shù)、邊緣密度、平均斑塊面積具有明顯的尺度效應(yīng), 斑塊面積則相對(duì)穩(wěn)定; 景觀類型的形狀特征表現(xiàn)出對(duì)空間粒度強(qiáng)的敏感性, 而聚集特征則隨著空間粒度的增大沒(méi)有規(guī)律性的變化; 景觀的多樣性特征隨空間粒度的變化極為緩慢, 對(duì)粒度變化的敏感性相對(duì)較弱。對(duì)于不同的景觀類型, 斑塊為條狀結(jié)構(gòu)或斑塊邊界不規(guī)則的景觀類型對(duì)空間粒度有較強(qiáng)的響應(yīng), 而斑塊形狀相對(duì)規(guī)則的景觀類型的尺度效應(yīng)不明顯。綜上, 空間粒度的變化對(duì)黃河口濕地景觀格局分析結(jié)果有明顯的影響, 因此在進(jìn)行景觀格局評(píng)價(jià)和分析時(shí), 需要考慮尺度效應(yīng), 依據(jù)空間粒度對(duì)不同景觀類型和景觀指數(shù)值的影響, 選取合適的尺度推演方法, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的尺度轉(zhuǎn)換。

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