基于邻接关系的森林景观斑块耦合网络特性分析

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森林景观斑块间进行着各种复杂的生态过程,通过物质与能量的流动耦合维持总体可持续形态,形成“斑块耦合体”。把斑块作为空间功能单元,抽象成网络中的节点,斑块间相邻的公共边抽象成网络中的边,构造由若干节点和边组成的“斑块耦合网络”。本文对森林景观斑块耦合网络的结构特性和景观特性进行分析,主要研究内容和结果如下:(1)以实用性为景观类型划分的前提,以森林健康经营为目的,综合桃源县景观类型的特点,构建了基于地类、优势树种、龄组、郁闭度、树种组成四个异质性因子为基础的森林景观要素分类指标体系。(2)从常德市桃源县筛选75个不同规模的森林景观斑块耦合体,将其抽象成基于邻接关系的森林景观斑块耦合网络。从小世界特性、无标度特性、社团特性三个方面来研究森林景观斑块耦合网络的结构特性。所研究的森林景观斑块耦合网络小世界特性具有普适性,森林景观斑块耦合网络规模越大,小世界特性越显著;森林景观斑块耦合网络的无标度特性与森林景观斑块耦合网络的规模有关,森林景观斑块耦合网络规模越大,无标度特性越显著,总体来看,森林景观斑块耦合网络节点度分布更符合幂律分布,森林景观斑块耦合网络具有无标度特性;森林景观斑块耦合网络的社团特性具有普适性,且随着森林景观斑块耦合体规模的增大,森林景观斑块耦合网络的社团特性越明显。(3)分别对斑块水平和景观水平的森林景观格局指数进行独立相关性分析,结果表明斑块尺度水平的森林景观格局指数之间的相关关系大小和显著程度可以分为三类:一、景观指数之间的相关关系显著,且大于0.75,不受景观尺度的影响,比如:斑块面积指标与斑块周长、回旋半径;二、景观指数之间相关关系的大小与景观尺度有关系,比如:斑块面积与斑块形状指标;三、景观指数之间的相关性小于0.75,与森林景观的规模大小无关,比如:斑块面积与分维数指标。景观尺度水平的格局指数中,同一个指数的平均值、面积加权平均值、方差三个统计值之间相关性不显著,其中面积加权的斑块面积平均值指标、回旋半径的平均值指标、面积加权的相关外接圆平均值指标与其他景观指数之间的相关性最强。(4)从4m、 11m、 13m、 15m、 18m五个景观粒度中筛选出较合适的景观粒度,用于本次研究,结果表明在11m、 13m、 15m三个景观粒度下计算的森林景观格局指数无显著差异,本次研究选择景观粒度为13m。(5)从单个森林景观斑块耦合网络的角度,逐个分析75个森林景观斑块耦合网络节点的聚类系数、度及其森林景观斑块耦合网络整体的景观特性,结果表明:节点的聚类系数、度以及森林景观斑块耦合网络景观特性不明显;从所筛选出的森林景观斑块耦合网络整体来分析,对其中26281个森林景观斑块耦合网络节点的聚类系数、度与同一聚类系数、同一度值对应的森林景观格局指数的平均值之间的相关性进行分析,结果表明:聚类系数与同一聚类系数值对应的森林景观斑块的形状指标、斑块周长、分维数指标的平均值相关性绝对值大于0.75,呈负相关,且与斑块面积呈负相关,说明节点的聚类系数越大,斑块的面积越小,而同等面积下,景观斑块的形状越规则,从景观层次上来分析,网络的聚类系数越高说明森林景观斑块的形状越规则或景观斑块平均面积越小;度与同一度下森林景观格局指数平均值之间的相关关系均大于0.75,并且景观格局指数之间的相关关系也均大于0.75,说明节点的度越高,对应森林景观斑块的面积越大,同等面积下,斑块形状越复杂,从景观层次上来分析,网络平均度越高,说明森林景观中景观斑块平均面积越大或斑块形状越复杂。
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