基于仙農熵算法的地質多樣性分析
——以浙江麗水百山祖國家公園地區為例

蔡曉亮，汪一凡，趙虎川，張建芳，胡文杰

1.浙江省地質院，浙江杭州 311203；2.天津市測繪院有限公司，天津 300381

地質多樣性與生物多樣性同等重要，它是包括地質、水文、地貌、土壤的物質組成、形態特征以及它們之間相互過程的非生物多樣性（Gray and Gordon,2020）。地質學家和地貌學家用“地質多樣性”一詞作為生物多樣性的“非生物對應詞”（Gray,2004,2008）。地質多樣性的概念最早起源于20 世紀40 年代（Santos et al.,2020），是地質系統和生態系統的有機結合點。地質多樣性為生態系統提供了許多重要支撐和服務（余韻和楊建鋒,2021），當前國際上已開展了相關研究與實踐（Antonelli et al.,2018；Alahuhta et al.,2020;Fox et al.,2020）。地質多樣性是自然多樣性的一部分，在生態系統服務體系中不可或缺，要實現自然資源保護和可持續利用，急需將地質系統和生態系統有機結合（Schrodt et al.,2019），從更深層次綜合考慮地質多樣性研究為生態保護修復提供的地質方案（余韻和楊建鋒,2021;余韻等,2021）。地質多樣性為生物提供了基礎環境舞臺，即使是“黑暗食物鏈”（李玉輝,2006），生物多樣性依舊與地質多樣性關系密切。

地質多樣性要素有地質（可細分為巖石、礦物、化石）、水文（可細分為地下水、地表水、水循環）、地貌（可細分為地形、地貌、地勢）、士壤、沉積物等要素的多樣性以及這些要素之間的相互作用過程（Scottish Geodiversity Forum,2017）。關于巖石、地貌、土壤之間的關系，Pavlopoulos et al.(2009)研究表明可用地貌地圖研究土壤與地形之間的關系；Toomanian et al.(2006)對山谷的土壤多樣性和成土作用之間的關系開展了研究；任圓圓(2017)、任圓圓和張學雷(2015,2017,2019)從地形與土壤的空間關系角度進行了研究，并總結了土壤多樣性研究的經典算法。本文在以上研究的基礎上，基于百山祖國家公園地區多級巖石、地貌、土壤分類矢量化結果，采用改進的仙農熵公式對巖石、地形、土壤的構成組分多樣性、空間分布多樣性特征及相關性進行分析，以期用新的視角探索地質多樣性要素間的關聯程度，填補自然多樣性研究中的空缺，促進自然保護地山水林田湖草生命共同體系統保護。

1 研究區背景

錢江源-百山祖國家公園百山祖園區（百山祖國家公園）位于浙江麗水市下轄龍泉市、慶元縣和景寧畬族自治縣三縣（市）交界處，氣候屬中亞熱帶海洋性季風氣候，區域生態系統完整，生物多樣性豐富、珍稀瀕危物種集聚度極高，是孑遺植物百山祖冷杉的全球唯一分布區（中國國際工程咨詢有限公司和國家林業和草原局調查規劃設計院,2020）。研究區內地質歷史上經歷了元古宙-新生代多期次的構造運動，巖石地層發育較齊全，其中以晚侏羅世-早白堊世火山巖出露面積最大（圖1），占調查區基巖總面積的約75%；地貌上屬中國地貌分區第三地貌階梯東南低中山地貌大區浙閩低中山地貌區，進一步歸屬為浙南中低山區（浙江省地質調查院和浙江省第七地質大隊,2022）；土壤則主要發育紅壤、黃壤、粗骨土、水稻土等。這些自然要素的有機組合形成了百山祖國家公園地區“九山半水半分田”的山水林田湖草生命共同體典型特征。

圖1 浙江麗水百山祖國家公園地區地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of the Baishanzhu national park area,Lishui,Zhejiang province

2 材料與方法

巖石數據來自于浙江錢江源-百山祖國家公園百山祖園區綜合地質調查成果（浙江省地質調查院和浙江省第七地質大隊，2022），對其中的數字化地質圖進一步劃分整理；地形地貌分類數據基于Arc-GIS 10.2 軟件對國家基礎學科公共科學數據中心公開提供的ASTER GDEM 30M 分辨率數字高程數據提取獲得；土壤數據來自于全國第二次土地調查成果數據（施建平和宋歌，2016）。在以上獲取到的巖性分類圖、地貌分類圖、土壤分類圖的基礎上，對巖性、地貌、土壤的多樣性特征及相關性進行分析，具體步驟如下：

①計算組分構成多樣性：采用改進的仙農熵變形公式（任圓圓，2017）（式1）分別計算巖性、地貌、土壤的構成多樣性特征，算法如下：

式中，表示構成組分多樣性時：S 為巖石（土壤、地貌等要素）類別個數，pi為第i 個巖石（土壤、地貌等要素）類別占該巖石（土壤、地貌等要素）類別總面積的比例。在這里，多樣性指數Yh表示在研究區內所有分類單元在數量構成上的均勻程度，這時Yh形同Pielou 均勻度指數，其值越大，說明要素的分布越均勻、復雜程度越高。通過此步驟的計算認識各地質要素分級組構特征。

②計算空間多樣性值：同樣使用式（1），此時表示空間分布多樣性時：S為空間網格的數目，pi為第i 個空間網格里某個巖石（土壤、地貌等要素）類別面積占該巖石（土壤、地貌等要素）類別總面積的比例。在1 km×1 km 網格尺度下以同樣方法計算巖性、地貌、土壤三要素的空間分布多樣性特征，描述巖石（土壤、地貌等要素）類別分布的離散性程度和多樣性格局。多樣性指數Yh取值區間為[0，1]，當要素的相對豐度分布越均勻時，Yh越接近1；當要素的相對豐度分布極不均勻時，其值越接近0。為便于表述要素空間分布的均勻、離散程度，本文參照前人對土壤多樣性優勢類型、稀有類型的定義（任圓圓，2017），將要素的空間分布多樣性值和斑塊面積同時為最大值的定義為首位優勢要素類型，將多樣性值低于0.20的定義為稀有要素類型，并將稀有要素類型中多樣性值最大的定義為首位稀有要素類型。通過此步計算認識各地質要素空間分布的均勻性特征，為各要素關聯性計算奠定基礎。

③關聯系數計算：采用關聯系數算法（任圓圓，2017）（式2）分別計算巖性、地貌、土壤三要素兩兩之間公共斑塊的相關關系，以探索地質要素類型之間在空間分布上的相關性。

式中：r(A，B)表示A 和B 之間的關聯系數，A為巖石的各級類型（一級、二級、三級），B為地貌或土壤的各級分類類型；Yh(A)和Yh(B)分別表示地貌和土壤的空間分布多樣性指數，應用式(1)進行計算，Yh(A，B)表示地質要素類型A 和B 公共斑塊的空間分布多樣性。關聯系數越趨近于1表示二者關聯性越強，關聯系數趨近于0,表示二者沒有關聯性，因此通過關聯系數可以構建各要素間的關系。本文按照關聯系數大小將關聯強弱定義為三個級別：強關聯[0.8≤r(A，B)≤1.0］、中等關聯[0.5≤r(A，B)＜0.8］、弱關聯[0.01≤r(A，B)＜0.5］、不關聯[r(A，B)＜0.01］。

3 結果與分析

3.1 要素構成組分多樣性

巖石構成組分多樣性計算本次僅考慮巖性多樣性特征。巖石分級劃分參照巖石分類和命名方案行業標準（地質礦產部，1998a，1998b，1998c）對研究區1∶5 萬地質圖各地質單元巖性進行了系統分類，應用式（1）對各級巖性構成組分多樣性進行了計算。結果表明：①全區共有3 個一級巖類、5 個二級巖類、13 個三級巖類、25 個四級巖類（圖2a）；②巖性構成組分多樣性值由0.2 增至0.44（圖2b），表明巖性的區域分布總體上非常不均勻，但隨著巖石分類變細，各類巖性分布趨于均勻。

圖2 研究區巖性、地貌、土壤分級（a）及構成組分多樣性(Yh)（b）Fig.2 Multi-grade classification(a)and component diversity of soil，lithology and geomorphology(Yh)(b)in the study area

地貌構成組分多樣性計算本次地貌分級主要參照中國地表地貌類型劃分方案（李炳元等，2008），結合研究區海拔高度、地形起伏度的特點，選擇海拔、地形起伏度兩個指標進行分級。海拔按＜500 m、[500 m，1000 m）、[1000 m，1500 m）、≥1500 m分四個區間，地形起伏度按＜20 m、[20 m，50 m）、[50 m，80 m）、≥80 m分四個區間，并對兩指標組合的地形地貌進行了劃分，應用式（1）對地形地貌分級及各級構成組分多樣性進行了計算。結果表明：①全區共有2 個一級地貌、4 個二級地貌、15 個三級地貌（圖2a）；②地貌構成組分多樣性值由0.67波動下降至0.66（圖2b），表明各類地貌整體分布較均勻，隨著分類等級變細，地貌空間分異可能趨于增加。

土壤構成組分多樣性計算本次土壤分級參照浙江省土壤分類系統表（發生分類）（浙江省土壤普查辦公室,1994），對研究區土壤進行了歸類劃分，應用式（1）對各級土壤構造組分多樣性進行了計算。結果表明：①研究區共有5個土類、9個亞類、18個土屬（圖2a）；②地貌構成組分多樣性值由0.77逐漸降為0.64（圖2b），表明各級土壤整體分布較均勻，隨著分類等級變細，土壤類型空間分異增加趨勢明顯。

3.2 要素空間分布多樣性

3.2.1 巖性要素

應用式（1）對巖性要素空間分布多樣性指數計算表明（圖3）：①一、二級巖類空間分布多樣性值均大于0.5，說明其總體分布均勻；②三級巖類空間分布多樣性值在0.12～0.97 間，大于0.5 的占53.8%，表明其總體分布均勻但有一定差異化；③四級巖類空間分布多樣性值在0.07～0.96 間，小于0.5的占61.5%，表明總體分布開始不均勻，差異化分布特征開始明顯。④三級巖類火山碎屑巖、四級巖類熔結凝灰巖空間分布多樣性值依次為0.97、0.96，說明其空間分布極為均勻；⑤三級巖類超基性巖和四級巖類片麻巖、變粒巖、斜長角閃巖空間分布多樣性值低至0.12、0.07，說明其空間分布極為不均，僅局部分布；⑥首位優勢巖類一至四級依次為巖漿巖、火山巖、火山碎屑巖、熔結凝灰巖；⑦稀有巖類有龍泉俯沖增生雜巖巖塊、未區分超基性巖、片麻巖、變粒巖、斜長角閃巖等，首位稀有巖類三至四級依次為超基性巖、龍泉雜巖巖塊。

圖3 研究區巖性分級及空間分布多樣性（Yh）Fig.3 Classification of lithology and diversity value of spatial distribution(Yh)in the study area

3.2.2 地貌要素

應用式（1）對地貌要素空間分布多樣性指數計算，結果表明：①一、二級地貌空間分布多樣性值在0.82～0.98之間，表明其空間分布總體均勻到非常均勻，即表現為單獨從海拔、地形起伏的空間分布來看，整體分布較分散，不集中；②三級地貌類型空間分布多樣性值在0.0～0.92 之間，大于0.5 的占66.7%，表明其空間分布總體均勻且開始分異；③微切割低山、淺切割低山空間分布多樣性值均達0.92，說明其空間分布極為均勻；④中等切割低中海拔、中等切割中低海拔、中等切割高中海拔空間分布多樣性值均小于0.1，說明其空間分布極不均勻或局部集中；⑤首位優勢地貌為一級分類中海拔（D102）、二級分類中低海拔（D202）和三級地貌微切割中低海拔（D304）、淺切割中低海拔（D305）；⑥首位稀有地貌為三級地貌中等切割低中海拔（D311）（圖4）。

圖4 研究區地貌分級及空間分布多樣性（Yh）Fig.4 Classification of geomorphology and diversity value of spatial distribution(Yh)in the study area

3.2.3 土壤要素

應用式（1）對土壤要素空間分布多樣性計算，結果表明：①一級土壤除紫色土（T105）外，其余空間分布多樣性值在0.73～0.91之間，表明其總體空間分布很均勻；②二級土壤多樣性值在0.16～0.91之間，大于0.5 的占比達2/3，表明其空間分布特征總體均勻，但有一定程度分異；③三級土壤多樣性值在0.16～0.89 之間，小于0.5 的占比55.6%，表明其空間分布開始總體不均；④首位優勢土壤為一級黃壤（T101）、二級黃壤（T201）、三級山黃泥土（T301）；⑤首位稀有土壤類型為一級紫色土（T105）、二級石灰性紫色土（T209）、三級紅紫砂土（T318）（圖5）。

圖5 研究區土壤分級及空間分布多樣性值（Yh）Fig.5 Classification of soil and diversity value of spatial distribution(Yh)in the study area

3.3 各要素間的關聯性

為探討巖性、地貌、土壤空間疊置程度，考慮到不同分類級別的空間尺度問題，本文認為地質要素空間分布多樣性程度均發生較明顯分異的類別之間具有較好的對比意義?；谏鲜龅刭|要素多樣性計算，選擇四級巖類巖性、三級地貌、三級土壤利用式(2)對巖石、土壤、地貌要素兩兩之間關聯系數進行了計算。關聯系數越大說明兩者之間的關系越緊密，空間分布的疊置程度越高。

3.3.1 巖石與地貌

巖石的巖性與地貌要素關聯系數計算結果（圖6a）顯示：四級巖類巖性與三級地貌類別有關聯的共150組，具有強相關性的12組(共4類巖石)、中等相關性的61組、弱相關性的77組。

圖6 研究區巖性、地貌、土壤相互關聯系數圖Fig.6 Correlation graph of lithology，geomorphology and soil in the study area

從海拔高度來看，海拔500 m以下與熔結凝灰巖、龍泉雜巖基質為中等關聯，表明二者對矮低海拔地形具有中等影響程度；海拔[500 m，1500 m）區域與熔結凝灰巖強關聯，與凝灰巖、流紋巖中等關聯，表明中低海拔區域受熔結凝灰巖強烈影響，受凝灰巖、流紋巖中等影響；海拔1500 m以上區域與流紋巖、熔結凝灰巖中等關聯，表明高中海拔區域受流紋巖、熔結凝灰巖中等影響。因此，巖性及組合對地形的影響表現為：熔結凝灰巖對全區海拔高度具有中強的影響，凝灰巖、流紋巖對中低、低中海拔具有中等影響，流紋巖還對高中海拔有中等影響，龍泉雜巖基質則對矮低海拔區域有中等影響。

從地形起伏度看，起伏度[0 m，50 m）區間與熔結凝灰巖強關聯，與凝灰巖、流紋巖、龍泉雜巖中等關聯，表明地形微-淺切割區域受到熔結凝灰巖的強烈影響、受到凝灰巖、流紋巖、龍泉雜巖的中等影響；起伏度[50 m，80 m）區間與熔結凝灰巖、流紋巖中等關聯，表明中淺切割區域受到熔結凝灰巖、流紋巖的中等影響。因此，巖性及組合對地形起伏度的影響表現為：熔結凝灰巖、流紋巖對全區地形起伏為強-中等影響，凝灰巖、龍泉雜巖基質則對微-淺切割地形有中等影響。

綜上，熔結凝灰巖對全區地形具有中-強的影響，流紋巖、凝灰巖對中低、低中海拔的微-淺切割地形具有中等影響，龍泉雜巖基質則對低海拔區域的微-淺切割地形具有中等影響。

3.3.2 巖石與土壤

巖石的巖性與土壤要素關聯系數計算結果（圖6b）顯示：四級巖類與三級土壤有關聯的共167組，強相關性5組，中等相關性49組，弱相關性113組，具有強相關性的土壤類型有4 類，分別為紅松泥、黃泥土、山黃泥土、石砂土。

紅松泥（T304）與龍泉雜巖基質（Y408）強關聯，與片麻巖、片巖、變粒巖、粉砂巖等9 類巖石中等關聯，而龍泉雜巖基質巖性組合主要為二云片巖、石英云母片巖，夾黑云斜長變粒巖、黑云斜長片麻巖、綠泥綠簾片巖，表明紅松泥與片巖類、變粒巖類風化物最密切，次為片麻巖及礫巖-粉砂巖-泥巖類風化物；黃泥土（T302）與熔結凝灰巖（Y401）強關聯，與凝灰巖、火山碎屑沉積巖等5類中等關聯，表明黃泥土與熔結凝灰巖風化物最密切，次為凝灰巖、火山碎屑沉積巖等。山黃泥土（T301）與熔結凝灰巖（Y401）、凝灰巖（Y402）強關聯，與火山碎屑沉積巖、流紋巖等6 類中等關聯，表明山黃泥土與熔結凝灰巖、凝灰巖風化物最密切，次為火山碎屑沉積巖、流紋巖等；石砂土（T303）與熔結凝灰巖（Y401）強關聯，與凝灰巖、火山碎屑沉積巖、流紋巖等11 類中等關聯，表明石砂土與熔結凝灰巖最密切，凝灰巖、火山碎屑沉積巖、流紋巖等次之。

從各土屬的成土母質來看，各土屬成土母質可能較為復雜，僅龍泉雜巖基質等變質巖對紅松泥的關聯相對較單一，而熔結凝灰巖與多類土屬關聯均很密切，山黃泥土與至少2 類巖性關聯密切，說明土屬與巖性之間對應的成因聯系不大或沒有直接關系，土屬的物質構成可能更多受控于成土母質組成、成因及其組合的影響。

3.3.3 土壤與地貌

巖石與土壤要素關聯系數計算結果（圖6c）顯示：①三級土壤與三級地貌有關聯的共125組，強相關性的13組，中等相關性的49組，弱相關性的63組。與地貌具有強關聯性的有山黃泥土（T301）、黃泥土（T302）、石砂土（T303）、紅松泥（T304）4個土屬。

從海拔高度上看，海拔500 m 以下，紅松泥發育最有優勢，山黃泥土、黃泥土、石砂土次之；海拔[500 m,1000 m）區間均趨于發育山黃泥土、黃泥土、石砂土，紅松泥發育程度較弱；海拔[1000 m，1500 m）區間則以山黃泥土最有優勢，黃泥土、石砂土次之；海拔1500 m 以上，山黃泥土、石砂土中等發育。從地形起伏度看，地形起伏度[0 m,50 m）區間強烈發育山黃泥土，中等發育黃泥土、石砂土、紅松泥；地形起伏度[50 m,80 m）區間，則主要發育山黃泥土、石砂土。

3.3.4 多要素間關系探討

綜合巖石、地貌、土壤兩兩之間的關聯性，以地形為基礎可以構建研究區巖石-地形-土壤空間分布關聯體系，并篩選其中典型的強關聯的巖石、土壤、地形要素，可以看出其中可能暗含了密切的成因關系。

（1）從巖石與地貌空間分布關聯性（圖7）可以看出：①區內熔結凝灰巖主要為流紋質，新鮮巖石密度中等略低于流紋巖（浙江省地球物理地球化學勘查院和浙江省區域地質調查大隊，1990），為地表環境下火山碎屑高溫熔結形成，在地表條件下非常穩定，不易化學風化，由于其廣泛分布，在很大程度上控制了區內正地形地貌的基本形態，這和熔結凝灰巖與全區地形具有中-強關聯性是一致的；②龍泉雜巖基質巖性是以變粒巖、片巖為主的變質巖（董學發，2016），新鮮巖石雖密度較大，但其變質條件為T=520～670℃，P=0.44～0.82 Gpa（浙江省地質調查院,2017），形成條件與地表溫壓條件差異巨大，因而易遭受風化，在長期新構造運動抬升剝蝕下易形成較低的地形，這和龍泉雜巖基質與矮低海拔較強的關聯性是一致的；③流紋巖是一種酸性噴出巖，新鮮巖石密度中等，由于這種巖石形成于地表或近地表環境，其組成礦物因適應地表環境而不易蝕變，抗風化能力強，其分布區域一般正地形明顯，易形成陡坡、陡崖，這和流紋巖與低中海拔[1000 m，1500 m）表現為強相關是一致的。因此，巖石-地貌的空間分布關聯系數可以在一定程度上反映不同形成條件的巖石與地形因子的成因聯系。

圖7 百山祖地區地質要素空間關聯體系Fig.7 Spatial correlation system of geological elements in Baishanzu area

（2）從巖石與土壤空間分布關聯性（圖7）可以看出：①龍泉雜巖基質中的各類片巖類、變粒巖類風化物作為成土母質，易形成含有大量云母片的紅松泥土體（章明奎等，1997），代表了巖石風化產物基本未經搬運而形成的土壤，這和龍泉雜巖基質等變質巖與紅松泥的強關聯性是一致的；②黃泥土、石砂土、山黃泥土均與熔結凝灰巖高度吻合，后兩者同時也與流紋巖較好吻合，這一定程度上說明黃泥土的成土母質以熔結凝灰巖風化殘積物為主，而石砂土、山黃泥土的成土母質可能以熔結凝灰巖、流紋巖二者風化的殘積物、坡積物的混合為主；③關聯關系中石砂土、山黃泥土對應的巖性基本相同，除了石砂土原生礦物中易風化的斜長石較多（王明光，2000；鄭喜糰等，2005），二者次生礦物也有一定差別，表明基巖原地風化產物的后期搬運、混雜及其它成土因素可能才是二者進一步分異的重要因素。因此，巖石-土壤的空間分布關聯系數反映巖性與土壤的成因關系非常復雜，總體表現為直接成因聯系不緊密，而成土母質性質、成因類型（殘積、坡積、沖積等）及其組合對不同類型土壤的形成具有重要影響。

（3）從地貌與土壤空間分布關聯性（圖7）可以看出：①海拔500 m 以下區域與紅松泥、黃泥土高度吻合，這反映了低矮平緩的平原地貌作為負地形區域，是物質和能量的聚積地，為同屬紅壤土類的紅松泥、黃泥土的成熟發育提供了以殘積、坡積母質為主的成土母質條件；②海拔[500 m，1500 m）區間，隨著海拔升高地形條件由坡麓→山地斜坡下部→山地斜坡中部→山地頂部，與海拔強關聯、中等關聯的土屬均逐漸減少（圖7a、圖8），這很可能是表層物質在坡麓以坡積為主、山地斜坡下部坡積多殘積少、山地斜坡中部殘積多坡積少、山地斜坡頂部以殘積為主，這種變化導致母質成分從多樣到單一的變化，即地形變化引起成土母質產生一定的垂向上帶狀分布特征，進而影響各種土壤發育及分布；③在成土母質、地形條件一致時，也可以產生不同的土壤類型，這正反映了土壤形成的復雜性及時間、生物等其它成土要素對土壤分異產生的重要影響，典型實例是山黃泥土、石砂土（圖7b）；因此，地形-土壤的空間分布關聯系數反映二者關系是復雜且非常密切的，地形不僅可以在土壤物質來源上明顯影響和控制土壤母質的混合程度，而且也通過雨熱條件、生物條件等其他成土因素影響成土過程，從而產生土壤分異。

圖8 土壤與地形的關聯數統計圖Fig.8 Statistical graph of the association numbers of soils and geomorphology

綜上所述，百山祖國家公園地區地質要素空間關聯體系表征了要素之間的成因聯系，也就是各自然要素之所以在空間分布上強烈關聯，暗示了它們之間有一定的成因聯系。因此，基于以改進的仙農熵公式可以量化分析多種自然要素的空間分布特征（優勢種屬、稀缺種屬），最重要的是可以量化表征多種自然要素之間空間分布關系，是探究它們錯綜復雜成因關系的重要方法。這為實現山水林田湖草生命共同體由單一要素向多要素間關系量化研究提供了新的思路。

4 結論

（1）百山祖國家公園地區首位優勢巖類一至四級依次為巖漿巖、火山巖、火山碎屑巖、熔結凝灰巖，首位稀有巖類三至四級依次為超基性巖、龍泉俯沖增生雜巖巖塊；首位優勢地貌為一級中海拔、二級中低海拔和三級地貌微切割中低海拔、淺切割中低海拔，首位稀有地貌為三級地貌中等切割低中海拔；首位優勢土壤為一級黃壤、二級黃壤、三級山黃泥土，首位稀有土壤類型為一級紫色土、二級石灰性紫色土、三級白巖砂土。

（2）根據巖石-地形-土壤關聯系數可以建立百山祖地區巖石-地形-土壤空間分布關聯體系，表明巖石、地形、土壤間成因關系復雜，巖石或巖性主要從其成因屬性上較大程度影響了地形，而巖石風化產物對土壤類型的分異直接影響有限，地形則從土壤母質混合程度上較大影響了土屬分異，這與相關要素成因研究的認識是一致的，因此基于要素空間關聯研究成因關系的手段是可行的。

（3）以改進的仙農熵公式可以量化分析多種自然要素的空間分布特征，最重要的是可以量化表達多種自然要素空間分布的關聯程度，為各自然要素成因研究提供數據佐證，是探究它們錯綜復雜的成因關系的重要方法，為實現山水林田湖草生命共同體由單一要素向多要素間關系的量化研究提供了新的思路。