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Fragstats4.2景观参数计算与景观生态学意义

走天涯徐小洋 走天涯徐小洋地理数据科学 2022-05-17


 Fragstats4.2是目前最新的生态学参数计算软件,可以很方便的计算景观生态学相关参数,本文以Fragstats4.2介绍生态参数计算及其意义,还有R语言对计算结果进行制图可视化



01


景观指数计算


Fragstats4.2可以和ArcGIS10.0及以下版本进行数据互通,可以直接借助ArcGIS10的Spatial Analysis模块进行Grid数据的读取。然而,ArcGIS10以上版本不再提供Spatial Analysis模块都调用接口,因此10.1及以上的ArcGIS无法再和Fragstats进行ESRI格式的数据交换。尽管GRID格式在高版本ArcGIS时无法和fragstats进行交换通信,Fragstats可以独立使用GeoTIFF格式进行景观格局的分析。


首先新建一个工程,然后Add Layer,如下图所示,导入GeoTIFF格式的数据。

打开Analysis paraments选项卡,在Sampling strategy中选择No sampling, 复选框选择Class metrics、Landscape metrics和Generate patchID file

然后从右侧选择不同的景观参数进行计算。

点击开始计算按钮开始计算,然后再点一下Proceed按钮,这样fragstats就开始计算了

切换到Result面板查看计算结果,然后可以对计算结果进行保存。


02


常用的景观参数介绍




斑块类型面积(Total Area, CA/TA)。是度量景观组分和计算其他指标的基础, 其值的大小制约着以某种景观类型斑块为聚集地的物种丰度、数量、食物链及其次生种的繁殖等。

式中,ai为某景观斑块面积,n为斑块数。

斑块个数(Number of Patches, NP)。反映景观的空间格局, 经常被用来描述整个景观的异质性, 其值的大小与景观的破碎度有很好的正相关性, 一般NP 越大, 破碎度越高; NP 越低, 破碎度越低。

NP=n

式中,n为某种景观类型总斑块数。

最大斑块指数(LargestPatch Index, LPI),表征了某一类型的最大斑块占整个景观区域面积都比例。


03


运算结果ArcGIS后处理

Fragstats也可以计算得到栅格的结果,Fragstats计算结果会存在空值,在Fragstats里面默认将空值设为-999,为了在ArcGIS里面能够正确的进行显示和分析,需要去除空值。
可以使用栅格计算器将-999设为空值,代码如下:
SetNull("shei.tif" == - 999,"shei.tif")

需要注意的是,代码函数和符号应该使用鼠标点击,尤其是-999的负号,如果自己使用键盘输入会报错ERROR 000539

由于生成的TIFF栅格数据很多,可以使用模型构建器批量处理,模型搭建情况如下,有关模型构建器循环处理栅格更多信息请参阅ArcGIS批量转投影



04


景观指数R语言可视化

如图,绘制一个斑块类型面积的旋风图,需要将数据转化为如下形式:

TYPECACOUNTRY
其它157.95CN
草地45633.78CN
其它160360.56RU
建设用地165136.32CN
建设用地227573.55RU
水体271418.04CN
湿地295790.13CN
草地575991.81RU
水体589802.31RU
耕地702245.7RU
湿地1016431.74RU
林地1832953.86CN
耕地3250981.17CN
林地10242924.66RU

使用R语言ggplot2进行绘图:

library(ggplot2)library(readxl)CAdata <- read_excel(path = "CA.xlsx", sheet = 2, col_names = T)p1 <- ggplot(CAdata, aes(x = TYPE, y = ifelse(COUNTRY== 'RU', CA, -CA), fill=COUNTRY))+ geom_bar(stat = "identity") + coord_flip() p1 + scale_y_continuous(limits = c(-11000000, 11000000), breaks = seq(-11000000, 11000000, 10000000), labels = abs)+ labs(y = 'CA(ha)')

p1是未进行坐标轴对称的形式:

完整的代码是修整坐标轴后。

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