动态斑块空间显式转换表征方法DynamicPATCH：景观生态格局动态分析的新范式

针对传统景观格局指标仅能反映时间点净变化的局限，Clark University团队开发了空间显式动态斑块转换表征方法DynamicPATCH。该方法通过识别8种互斥且完备的斑块转换类型（如Appearing/Disappearing等），首次实现了时间区间内景观格局总变化的量化，在Plum Island Ecosystems盐沼动态研究中揭示传统方法遗漏的89%总变化量，为景观破碎化、生境连通性等研究提供了创新工具。

　　

景观生态学研究长期面临一个关键挑战：传统指标如FRAGSTATS只能捕捉时间点之间的净变化，却无法揭示时间区间内发生的总变化动态。就像观察者仅看到剧场的开场与落幕，却错过了中间精彩的剧情转折。这种局限性在Plum Island Ecosystems(PIE)等敏感生态系统的监测中尤为突出——盐沼和池塘的斑块可能经历分裂、合并、扩张等多种动态过程，但传统方法仅能呈现简单的面积增减结果。

为突破这一局限，Clark University的Aiyin Zhang、Robert Gilmore Pontius Jr.团队在《Landscape Ecology》发表了创新性方法DynamicPATCH。该方法首次建立了空间显式、互斥且完备的斑块动态转换分类体系，通过识别8种核心转换类型（Appearing、Disappearing、Splitting、Merging等），实现了对景观格局总变化的精确量化。研究以PIE-LTER 1938-2013年的盐沼和池塘动态为案例，揭示传统方法完全忽略的生态过程：如池塘斑块总变化量是净变化的10倍，盐沼边缘侵蚀（Contracting）与内部穿孔（Perforating）各占损失的48%和41%。

关键技术方法包括：1）基于8-连通性的多时相栅格叠加分析；2）创新性提出Union Patch概念量化斑块数总变化；3）开发年度化总变化计算公式（如Gain Line/Loss Line）；4）构建开源Python工具包实现自动化分析。研究使用PIE-LTER历史航片解译的2米分辨率土地覆盖数据（1938/1971/2013年）作为输入数据。

【空间分布特征】
通过图5展示的转换类型空间分布图发现：盐沼变化主要表现为河岸边缘收缩（Contracting）和内部穿孔（Perforating），而池塘变化以新斑块形成（Appearing）和既有斑块合并（Merging）为主。值得注意的是，1938-1971年西部边界消失的盐沼斑块（Disappearing），在1971-2013年又以更小斑块形式重现（Appearing）。

【数量与规模特征】
图6显示盐沼的Filling和Perforating转换斑块数量最多（中位数面积0.04-0.06 km²），而池塘的Appearing和Expanding斑块占主导。特别值得注意的是，池塘Merging斑块的中位面积达0.12 km²，是其他类型的2-3倍。

【总变化量化】
图7的年度化分析表明：盐沼总损失量持续高于总增益（Perforating+Contracting占89%），而池塘总增益是总损失的2倍以上（Merging占47%）。斑块数量动态显示：盐沼在第二时段破碎化加剧（年增3.8倍），而池塘虽总变化剧烈（2833个斑块变化）但净变化仅285个，印证其高度动态特性。

这项研究从根本上改变了景观动态分析的范式，其意义体现在三方面：首先，首次实现总变化与净变化的分离量化，纠正了传统指标的系统偏差；其次，提出的8种转换类型为过程-格局关系研究建立新框架，如发现盐沼损失中边缘侵蚀与内部成塘各占半壁江山；最后，开源的DynamicPATCH工具使该方法可广泛应用于栖息地评估、干扰过程追踪等领域。正如作者强调，该方法特别适合分析LTER等长期观测数据，未来可与物种分布模型（如Circuitscape）结合，深入揭示景观变化对生物多样性的影响机制。