Fragstats33使用方法及景觀指數(shù)生態(tài)學含義

1、現(xiàn)在景觀格局研究普遍采用 Fragstats3、3 軟件計算格局指數(shù) ,我在寫文章的過程中也使用了這一軟件,期間也遇到不少問題 ,幸得高人指點與自己不斷摸索（當時網(wǎng)上鮮有使用方法 ）, 終于把數(shù)據(jù)算出來了 ,現(xiàn)在把使用過程中遇到的一些問題與方法寫出來,希望對后來者有些幫助 ,在寫這個的過程中 ,參考了一些朋友的意見。Fragstats 33 軟件的安裝如果您裝了 arcgis 軟件,那么 Fragstats 3、3 可以直接使用。下載下來的文件解壓縮后,雙擊便可以使用 ,注意 ,要保證您的 ArcGIS 就是運行的狀態(tài)。環(huán)境變量的設(shè)置打開軟件后，瞧您的就是 “ARCGRID disabled”

2、還就是“ARCGRID enabled如果就是后則 可以直接使用 ,如果就是前者 ,學要設(shè)置環(huán)境變量。步驟 :我的電腦-屬性-高級-環(huán)境變量，在系統(tǒng)變量那里，新建，變量名為path,變量值為 X:ESRIAV_GIS30ARCVIEWBIN32，X 為 Arcview 安裝所在的盤符?；蛘呔褪?C:Program FilesArcGISBin，C 為 Arcview 安裝所在的盤符 ，一般默認安裝在 C 盤上。這樣您的軟件就能用了。數(shù)據(jù)準備因為這個軟件支持的就是 grid格式的數(shù)據(jù)，所以需要將手上的coverage shape文件轉(zhuǎn)換 為 grid 格式的文件 ，用來運算。轉(zhuǎn)換可以在 Arcv

3、iew 里面進行 ，或者 Arcmap 都可以。以 Arcmap 為例：A、調(diào)出 B、轉(zhuǎn)換為 grid:feature to raster如果想要grid按照您所設(shè)定的形狀進行計算，可以進行裁剪。且可以保證背景的完整性。以 Arcview 為例 : ert to Grid 來生成。加載空間分析模塊的方法 :File-Extensions， 選擇 Spatial Analyst，ok。屬性文件的制定新建 txt 文件 ,格式如下 :ClassID , ClassName , Status , isBackground1 , shrubs , true , false2 , conifers ,

4、true , false3 , deciduous , true , false4 , other , false , true注意:每個之間用空格鍵與逗號隔開。 13 就是您所分的地類所代表的屬性 ,有多少個 地類就列多少行。 4就是文件最后所必需的一列。最后保存為*、fdc 格式。參數(shù)設(shè)定找到圖標或者就是 fragstatsset run parameters 打開 Run parameters 對話框。Grid name: 選擇 grid 文件。Output File: 隨便命個名字 ,存在您能找到的地方。Is properties file 找到步驟五所保存好的 * 、 fdc 文件。

5、Output Statistics: 選擇您要計算的指數(shù) ,有斑塊級別的、地類級別的、景觀級別的,自己可以任意選擇。同意可以選擇斑塊的鄰距。那要瞧自己怎么訂了。4 個 cell 或者 8 個 cell 。注意 :如果參數(shù)設(shè)置完成后 ,您的地類學要修改 ,或者有運行有什么問題 ,可以打開 :tools/class properties 進行修改。指數(shù)的選擇Fragstats/select patch(class、 land)metrics指數(shù)一共有三個級別 ,path、 class、 land 三個級別。不同級別對應不同的指數(shù),對應著不同的生態(tài)學意義。所以選擇指數(shù)的時候,一定要清楚所選擇的指數(shù)對

6、應的級別。運行計算選擇好指數(shù)后，點擊Fragstats/execute執(zhí)行，或者就是圖標。結(jié)果保存在步驟 6 種的 Output File 就是所存的地方。找到后 ,用記事本打開。便就是您 要的結(jié)果了。部分景觀指數(shù)及其生態(tài)學含義拼塊類型面積(CA),單位:ha,范圍:CA0公式描述:CA等于某一拼塊類型中所有拼塊的面積之與(m2),除以10000后轉(zhuǎn)化為公頃(ha);即某拼塊類型的總面積。生態(tài)意義 :CA 度量的就是景觀的組分 ,也就是計算其它指標的基礎(chǔ)。它有很重要的生態(tài)意義，其值的大小制約著以此類型拼塊作為聚居地(Habitation)的物種的豐度、數(shù)量、食物鏈及其次生種的繁殖等 ,如許多生

7、物對其聚居地最小面積的需求就是其生存的條件之一;不同類型面積的大小能夠反映出其間物種、能量與養(yǎng)分等信息流的差異,一般來說 ,一個拼塊中能量與礦物養(yǎng)分的總量與其面積成正比;為了理解與管理景觀 ,我們往往需要了解拼塊的面積大小如所需要的拼塊最小面積與最佳面積就是極其重要的兩個數(shù)據(jù)。景觀面積 (TA), 單位 :ha, 范圍 :TA0公式描述 :TA 等于一個景觀的總面積 ,除以 10000后轉(zhuǎn)化為公頃 (ha)。生態(tài)意義 :TA 決定了景觀的范圍以及研究與分析的最大尺度,也就是計算其它指標的基礎(chǔ)。在自然保護區(qū)設(shè)計與景觀生態(tài)建設(shè)中,對于維護高數(shù)量的物種 ,維持稀有種、瀕危種以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定 ,保護

8、區(qū)或景觀的面積就是最重要的因素。拼塊所占景觀面積的比例 (%LAND), 單位:百分比,范圍:0 %LAND=1公式描述 :NP 在類型級別上等于景觀中某一拼塊類型的拼塊總個數(shù);在景觀級別上等于景觀中所有的拼塊總數(shù)。生態(tài)意義 ：NP 反映景觀的空間格局 ,經(jīng)常被用來描述整個景觀的異質(zhì)性 ,其值的大小與景 觀的破碎度也有很好的正相關(guān)性 ,一般規(guī)律就是 NP 大,破碎度高 ;NP 小,破碎度低。 NP 對許多 生態(tài)過程都有影響 ,如可以決定景觀中各種物種及其次生種的空間分布特征;改變物種間相互作用與協(xié)同共生的穩(wěn)定性。 而且,NP對景觀中各種干擾的蔓延程度有重要的影響 ，如某類拼塊 數(shù)目多且比較分散

9、時 ,則對某些干擾的蔓延 (蟲災、火災等 )有抑制作用。最大拼塊所占景觀面積的比例(LPI),單位：百分比，范圍：0LPI0公式描述 ：MPS 在拼塊級別上等于某一拼塊類型的總面積除以該類型的拼塊數(shù)目;在景觀級別上等于景觀總面積除以各個類型的拼塊總數(shù)。生態(tài)意義:MPS代表一種平均狀況，在景觀結(jié)構(gòu)分析中反映兩方面的意義：景觀中MPS值 的分布區(qū)間對圖像或地圖的范圍以及對景觀中最小拼塊粒徑的選取有制約作用;另一方面MPS 可以指征景觀的破碎程度 ,如我們認為在景觀級別上一個具有較小MPS 值的景觀比一個具有較大 MPS 值的景觀更破碎 ,同樣在拼塊級別上 ,一個具有較小 MPS 值的拼塊類型比一

10、個具有較大 MPS 值的拼塊類型更破碎。 研究發(fā)現(xiàn) MPS 值的變化能反饋更豐富的景觀生態(tài)信 息,它就是反映景觀異質(zhì)性的關(guān)鍵。面積加權(quán)的平均形狀因子 (AWMSI),公式描述 :AWMSI 在拼塊級別上等于某拼塊類型中各個拼塊的周長與面積比乘以各自 的面積權(quán)重之后的與 ;在景觀級別上等于各拼塊類型的平均形狀因子乘以類型拼塊面積占景 觀面積的權(quán)重之后的與。 其中系數(shù) 0、25 就是由柵格的基本形狀為正方形的定義確定的。公式表明面積大的拼塊比面積小的拼塊具有更大的權(quán)重。 當 AWMSI=1 時說明所有的拼塊形狀 為最簡單的方形 (采用矢量版本的公式時為圓形 );當 AWMSI 值增大時說明拼塊形狀

11、變得更 復雜 ,更不規(guī)則。生態(tài)意義 :AWMSI 就是度量景觀空間格局復雜性的重要指標之一,并對許多生態(tài)過程都有影響。如拼塊的形狀影響動物的遷移、覓食等活動 14,64, 影響植物的種植與生產(chǎn)效率 ;對 于自然拼塊或自然景觀的形狀分析還有另一個很顯著的生態(tài)意義,即常說的邊緣效應。面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù) (AWMPFD), 單位 :無 ,范圍 :1=AWMPFD0公式描述 :MNN 在拼塊級別上等于從拼塊 ij 到同類型的拼塊的最近距離之與除以具有 最近距離的拼塊總數(shù) ;MNN 在景觀級別上等于所有類型在拼塊級別上的 MNN 之與除以景觀 中具有最近距離的拼塊總數(shù)。生態(tài)意義 :MNN 度量景

12、觀的空間格局。一般來說 MNN 值大 ,反映出同類型拼塊間相隔 距離遠 ,分布較離散 ;反之 ,說明同類型拼塊間相距近 ,呈團聚分布。另外 ,拼塊間距離的遠近對 干擾很有影響 ,如距離近 ,相互間容易發(fā)生干擾 ;而距離遠 ,相互干擾就少。但景觀級別上的 MNN 在拼塊類型較少時應慎用。平均鄰近指數(shù) (MPI), 單位 : 無 ,范圍 :MPI=0公式描述 :給定搜索半徑后 ,MPI 在拼塊級別上等于拼塊 ijs 的面積除以其到同類型拼塊 的最近距離的平方之與除以此類型的拼塊總數(shù) ;MPI 在景觀級別上等于所有拼塊的平均鄰近 指數(shù)。 MPI=0 時說明在給定搜索半徑內(nèi)沒有相同類型的兩個拼塊出現(xiàn)。

13、 MPI 的上限就是由 搜索半徑與拼塊間最小距離決定的。生態(tài)意義 :MPI 能夠度量同類型拼塊間的鄰近程度以及景觀的破碎度,如 MPI 值小 ,表明同類型拼塊間離散程度高或景觀破碎程度高 ;MPI 值大 ,表明同類型拼塊間鄰近度高 ,景觀連 接性好。研究證明 MPI 對拼塊間生物種遷徙或其它生態(tài)過程進展的順利程度都有十分重要 的影響 68 。景觀豐度(PR),單位：無，范圍：PR=1公式描述:PR等于景觀中所有拼塊類型的總數(shù)。生態(tài)意義:PR就是反映景觀組分以及空間異質(zhì)性的關(guān)鍵指標之一 ，并對許多生態(tài)過程產(chǎn) 生影響。研究發(fā)現(xiàn)景觀豐度與物種豐度之間存在很好的正相關(guān) ,特別就是對于那些生存需要 多種

14、生境條件的生物來說 PR就顯得尤其重要。香農(nóng)多樣性指數(shù) (SHDI)， 單位 :無，范圍 :SHDI=0公式描述 :SHDI 在景觀級別上等于各拼塊類型的面積比乘以其值的自然對數(shù)之后的與 的負值。 SHDI=0 表明整個景觀僅由一個拼塊組成 ;SHDI 增大 ,說明拼塊類型增加或各拼塊類 型在景觀中呈均衡化趨勢分布。生態(tài)意義 :SHDI 就是一種基于信息理論的測量指數(shù),在生態(tài)學中應用很廣泛。該指標能反映景觀異質(zhì)性 ,特別對景觀中各拼塊類型非均衡分布狀況較為敏感,即強調(diào)稀有拼塊類型對信息的貢獻 ,這也就是與其它多樣性指數(shù)不同之處。在比較與分析不同景觀或同一景觀不同 時期的多樣性與異質(zhì)性變化時 ,

15、SHDI 也就是一個敏感指標。如在一個景觀系統(tǒng)中,土地利用越豐富 ,破碎化程度越高 ,其不定性的信息含量也越大,計算出的 SHDI 值也就越高。景觀生態(tài)學中的多樣性與生態(tài)學中的物種多樣性有緊密的聯(lián)系,但并不就是簡單的正比關(guān)系 ,研究發(fā)現(xiàn)在一景觀中二者的關(guān)系一般呈正態(tài)分布。香農(nóng)均度指數(shù) (SHEI), 單位:無,范圍 :0=SHEI=1公式描述 :SHEI 等于香農(nóng)多樣性指數(shù)除以給定景觀豐度下的最大可能多樣性(各拼塊類型均等分布)SHEI=O表明景觀僅由一種拼塊組成，無多樣性；SHEI=1表明各拼塊類型均勻分 布,有最大多樣性。生態(tài)意義 :SHEI 與 SHDI 指數(shù)一樣也就是我們比較不同景觀或

16、同一景觀不同時期多樣性變化的一個有力手段。而且,SHEI與優(yōu)勢度指標(Dominance)之間可以相互轉(zhuǎn)換(即evenness=1-dominance),即 SHEI值較小時優(yōu)勢度一般較高，可以反映出景觀受到一種或少數(shù) 幾種優(yōu)勢拼塊類型所支配 ；SHEI 趨近 1 時優(yōu)勢度低 ,說明景觀中沒有明顯的優(yōu)勢類型且各拼 塊類型在景觀中均勻分布。散布與并列指數(shù)(IJI),單位:百分比，范圍:0IJI=100公式描述:IJI在拼塊類型級別上等于與某拼塊類型i相鄰的各拼塊類型的鄰接邊長除以拼塊 i 的總邊長再乘以該值的自然對數(shù)之后的與的負值,除以拼塊類型數(shù)減 1 的自然對數(shù) ,最后乘以 100就是為了轉(zhuǎn)化

17、為百分比的形式 ；IJI 在景觀級別上計算各個拼塊類型間的總體散布 與并列狀況。 IJI 取值小時表明拼塊類型 i 僅與少數(shù)幾種其它類型相鄰接 ；IJI=100 表明各拼塊 間比鄰的邊長就是均等的 ,即各拼塊間的比鄰概率就是均等的。生態(tài)意義 :IJI 就是描述景觀空間格局最重要的指標之一。IJI 對那些受到某種自然條件嚴重制約的生態(tài)系統(tǒng)的分布特征反映顯著,如山區(qū)的各種生態(tài)系統(tǒng)嚴重受到垂直地帶性的作用,其分布多呈環(huán)狀 ,IJI 值一般較低 ;而干旱區(qū)中的許多過渡植被類型受制于水的分布與多寡,彼此鄰近 ,IJI 值一般較高。蔓延度指數(shù) （CONTAG）, 單位 :百分比 ,范圍 :0CONTAG0

18、2、Isolation/Proximity LSIMLan dscape Similarity In dex斑塊相似系數(shù)斑塊%3、Area/Density/Edge CATotal Class Area斑塊類型面積類型ha 0 PLAND（%LAND）Perce ntage of Landscape斑塊所占景觀面積比例類型 % 0,100 TATotal Lan dscape Area景觀面積景觀ha 0 LPILargest Patch In dex最大斑塊指數(shù)類型/景觀%二、密度大小及差異1、Area/Density/Edge NPNumber of Patches斑塊數(shù)量類型/景觀n 1

19、 PD Patch Density 斑塊密度 類型/景觀 n/100ha AREA（AREA-MN 、AREA-AM、AREA-MD、AREA-RA、AREA-SD、AREA-CV）（MPS、PSSD、 PSCV） Patch Area（Patch Area Mean / Mean Patch Size、 Patch Area Standard Deviation / Patch Size Standard Deviation 、 Patch Area Coefficient of Variation / Patch Size Coefficient of Variation） 斑塊面積 （平

20、均斑塊面積、面積加權(quán)平均斑塊面積、斑塊面積中 值、斑塊面積范圍、 斑塊面積標準差、 斑塊面積變異系數(shù) ）（平均斑塊面積、 斑塊面積標準差、 斑塊面積變異系數(shù) ） 類型 /景觀 ha（ha,%,%） GYRA（同上）一一Radius of Gyration 回旋半徑一一類型/景觀三、邊緣指標1、Area/Perimeter PERIM（CSD、CPS/LSD、LPS） Patch Perimeter斑塊周長（類型水平方差、百分比/景觀水平方差、百分比）一一斑塊一一m 0 GYRA（同上）Radius of Gyration回旋半徑斑塊m2、Contrast EDCON（同上）Edge Contr

21、ast Index邊緣對比度斑塊%3、Area/Density/Edge TE Total Edge 總邊界長度 一一類型/景觀一一m ED Edge Density 邊緣密度 類型/景觀 m/ha4、Contrast CWEDCon trast-Weighted Edge De nsity對比度加權(quán)邊緣密度類型/景觀 m/ha TECI Total Edge Con trast In dex 總邊緣對比度 類型/景觀 % ECI（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MECI、AWMECI）Edge Contrast Index（MeanEdge Contrast Index、 Area-W

22、eighted Mean Contrast Index） 邊緣對比度 （平均、面積加權(quán)平均、中值、變化范圍、方差、變異系數(shù)）（平均邊緣對比度、面積加權(quán)平均邊緣對比度）一一類型/景觀一一%（%,%）四、形狀指標1、Shape PARA（CSD、CPS/LSD、LPS）Perimeter Area Ratio 周長面積比（類型水平方 差、百分比 /景觀水平方差、百分比 ）斑塊 無 SHAPE（同上）一一Shape Index形狀指標 斑塊無 FRACT（同上）Fractal Dimension Index分維數(shù)斑塊無1,2 CRICLE（同上）Related Circumscribing Circ

23、le近圓形形狀指數(shù)斑塊無 CONTIG（同上）Contiguity Index鄰近指數(shù)斑塊無2、Area/Density/Edge LSILan dscape Shape Index景觀形狀指數(shù)類型/景觀無 NLSINormalize LSI歸一化景觀形狀指數(shù)類型無3、Shape PAFRACPerimeter Area Fractal DIme nsio n周長面積分維類型 / 景觀無 PARA（MN、AM、MD、RA、SD、CV）Perimeter Area Ratio 周長面積比（平均、面積加權(quán)平均、中值、變化范圍、方差、變異系數(shù)）類型/景觀無 SHAPE（同上）（MSI、AWMSI）S

24、hape Index（Mean Shape Index Area-Weighted MeanShape Index）形狀指數(shù)（平均形狀、面積加權(quán)的平均形狀指標）類型/景觀無 FRAC（同上）（MPFD、AWMPFD）Fractal Dimension Index（Mean Patch FractalDimension 、 Area-Weighted Patch Fractal Dimension） 分維數(shù) （平均斑塊分維數(shù)、面積加權(quán) 的平均斑塊分維數(shù) ）類型/景觀無 1,2 CRICLE（同上）Related Circumscribing Circle近圓形狀指數(shù)類型 /景觀 DLFD Dou

25、ble Log Fractal Dimension 雙對數(shù)分維數(shù) 類型 /景觀 無五、核心面積指標1、 Core Area Core（CSD、CPS/LSD、LPS） Core Area 核心斑塊面積（類型水平方差、 百分比 /景觀水平方差、百分比 ） 斑塊 ha NCORE（同上）Number of Core Area核心斑塊數(shù)量斑塊n 1 CAI（同上） Core Area Index 核心斑塊面積比指標 斑塊 %2、Core Area TCA Total Core Area 核心斑塊總面積 類型/景觀 一一ha CPLAND（C%LAND）Core Area Perce ntage of

26、 Landscape核心斑塊占景觀面積比類型% NDCANumber of Disj unct Core Area獨立核心斑塊數(shù)量類型/景觀n DCADDisj unct Core Area Den sity獨立核心斑塊密度類型/景觀 n/100ha CORE（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MCA1、CASD1、CACV1）Core Area（MeanCore Area、 Core Area Standard Deviation 、 Core Area Coefficient of Variation） 核心斑塊面 積（平均、面積加權(quán)平均、中值、變化范圍、方差、變異系數(shù)）（平均核心斑塊

27、面積、核心斑塊面積方差、核心斑塊面積變異系數(shù)）類型/景觀ha（ha,ha,%） DCA（同上）（MCA2、CASD2、CACV2） Disjunct Core Area 獨立核心斑塊面積（平均獨立核心斑塊面積、獨立核心斑塊面積方差、獨立核心面積變異系數(shù)）一一類型/景觀ha(ha,ha,%)核心斑塊面積比指 CAI( 同上 )(MCAI) Core Area Index(Mean Core Area Index)標（平均核心斑塊指標 ）類型/景觀 %六、鄰近度指標1、 Isolation/Proximity PROXIM（CSD、CPS/LSD、LPS） Proximity Index 鄰近指數(shù)

28、（類型水平方差、 百分比 /景觀水平方差、百分比 ）斑塊 無 SIMI（同上）Similarity Index相似度斑塊無 ENN（同上）Euclidean Nearest Neighbor Index歐氏鄰近距離斑塊m2、 Isolation/Proximity PROXIM（MN、AM、MD、RA、SD、CV）（MPI）Proximity Index（Mean ProximityIndex） 鄰近指數(shù) （平均、面積加權(quán)平均、中值、變化范圍、方差、變異系數(shù)）（平均鄰近指數(shù)）一一類型/景觀一一%（%） 0 SIMI（同上）Similarity Index 相似度一一類型/景觀 無 ENN（同上）（MNN、NNSD、NNCV）Euclidean Nearest Neighbor Index（MeanEuclidean Nearest-Neighbor Index、 Euclidean Nearest-Neighbor Index Standard Deviation 、 Euclidean Nearest-Neighbor Index Coefficient of Variation） 歐氏鄰近距離 （平均歐氏鄰近距 離、歐氏鄰近距離方差、歐氏鄰近距離變異系數(shù)）類型/景觀m（m,m,%） 0七、多樣性1、 D