长鞘卷叶甲种群空间分布格局的生物地理统计学分析

应用生物地理统计学方法分析了长鞘卷叶甲成虫种群的空间分布格局,在3 m×3 m样方下建立东南→西北方向的半方差函数理论模型,并应用克立格插值方法对其种群密度和空间结构进行估计和模拟。结果表明:球状模型对长鞘卷叶甲成虫种群在该方向上的理论半方差函数有较好拟合效果,其空间分布格局为弱聚集型;成虫在山坡竹林与河岸竹林的变程分别为21.2157和38.8266 m,空间聚集分布的连续性强度分别只有0.3633和0.1758,说明种群在研究区内由空间自相关而产生的结构性变异在总变异中所占比例较小,即变异主要由种群结构的随机性成分引起。     

采用空间自相关分析研究两种兰科植物的群体遗传结构

采用空间自相关分析方法对硬叶兜兰（Paphiopedilum micranthum)和独花兰（Changnienia amoena)4个天然群体的小尺度空间遗传结构进行了研究,以探讨两种兰科植物群体内遗传变异的分布特征及其形成机制。根据来自12个（硬叶兜兰）和16个（独花兰）RAPD引物所提供的多态位点,计算出每个群体的空间自相关系数Moran I值。结果表明,在2个硬叶兜兰群体中,遗传变异在短距离（3－4m)内表现出显著的正相关,在较大的距离内表现出显著的负相关,说明其遗传变异在群体内形成一定的空间结构。而对独花兰的空间自相关分析则显示,其遗传变异在参与计算的2个群体内不存在明显的空间结构。造成上述两种兰科植物具有不同空间分布特性的原因可能与其不同的繁殖方式有关。上述研究结果有助于进一步了解物种的进化历程和濒危机制,并为制定有效的保护策略和措施提供科学依据。     

大尺度下褐飞虱种群空间结构初步分析

褐飞虱是我国主要的水稻害虫,有着复杂的空间结构.地统计学可用来分析空间相关变量的结构和插值模拟空间相关变量的分布.运用地统计学中的变差函数和克立格插值法对广东省褐飞虱种群3个主要世代在早稻田间的空间结构进行分析和模拟的结果表明,大尺度的褐飞虱田间种群的空间分布为聚集型,不同世代褐飞虱种群的局部空间结构有差异,聚集的范围分别为400、200和205km;空间分布模拟地图能反映褐飞虱种群在田间的具体分布情况,广东西部地区每一世代褐飞虱的发生密度均高于东部地区.     

陕西渭南地区汉族人群17个Y-STR基因座多态性及遗传关系分析

调查陕西渭南地区汉族群体17个Y-STR基因座的多态性,探讨其群体遗传学及法医学应用价值。应用Y-fi ler荧光标记复合扩增系统,对413名陕西渭南地区汉族无关男性个体17个Y-STR基因座进行复合扩增,用ABI3130遗传分析仪进行基因分型,计算各基因座的群体遗传学参数,并结合已经发表的其他10个群体相应基因座的单倍型资料,分析各群体间的遗传距离。413名陕西渭南汉族个体共检出405种单倍型,其中397种单倍型仅出现1次,单倍型多样性达0.9999,基因多样性(GD)为0.4130(DYS391)~0.9734(DYS385a/b),累计GD值为0.9999。遗传距离分析提示,陕西渭南汉族与辽宁满族的遗传距离最小(0.00110),与青海藏族的遗传距离最大(0.22333)。结果表明,17个Y-STR基因座在陕西渭南汉族群体中具有丰富的遗传多态性和较高的非父排除能力,在法医学和人类群体遗传学研究中具有重要价值。     

人类群体遗传结构的协方差阵主成分分析方法

目的:探讨基因频率矩阵的中心化(或均值化)协方差阵主成分分析方法在人类群体遗传结构研究中的适用性和合理性。方法:从基因频率矩阵的结构特征入手,分析中心化、均值化协方差阵主成分分析与标准化相关阵主成分分析在特征根、特征向量以及降维效果等方面的差异,并通过实例比较不同方法在解释群体遗传结构特征上合理性。结果:中心化(或均值化)协方差阵的主成分不仅反映了基因变异程度的“方差信息量权”,而且反映了基因间相互影响程度的“相关信息量权”;标准化相关阵的主成分反映的仅是“相关信息量权”,不包括“方差信息量权”。通过比较中国26个汉族人群HLA-A基因座中心化协方差阵和标准化相关阵2种主成分分析结果,证实中心化协方差阵主成分分析方法在特征根与特征向量、保留主成分的个数和对主成分的群体遗传学解释的合理性等方面均优于标准化相关阵主成分分析方法。结论:在对群体遗传结构进行主成分分析时,应使用中心化(或均值化)变换消除基因频率矩阵中量级的影响,然后在用其协方差阵提取主成分。     

广西毛南族DXS7133、DXS8378、DXS6789和DXS7423基因座遗传多态性

采用PCR-STR及基因分型技术,对广西毛南族167名(女57,男110)健康无关个体4个X-STR基因座(DXS7133、DXS8378、DXS6789和DXS7423)的遗传多态性进行研究。结果显示4个X-STR基因座分别检出4、5、9、3个等位基因和5、9、18、5种基因型,4个X-STR基因座女性的基因型频率分布均符合Hardy-Weinberg平衡定律(P>0.05)。群体遗传多态性指标为:多态信息含量(PIC)0.9611、男性个体识别率(DPmale)0.9771、女性个体识别率(DPfemale)0.9980、父-母-女三联体非父排除率(MECtrio)0.9611、父-女二联体非父排除率(MECduo)0.8821,显示上述4个X-STR基因座均具有较高多态性,在法医学个人识别、亲权鉴定及群体遗传学研究中有重要应用价值,同时也为人类群体遗传学、法医学等研究提供了广西毛南族群体X-STR基因座的基础数据,丰富了中华民族基因数据库。     

濒危物种——巴东木莲等位酶遗传变异的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对巴东木莲目前残留的两个最大居群,小溪居群的40个个体和桑植居群的28个个体等位酶遗传变异的空间结构进行了研究,以揭示两居群遗传变异的空间模式,并探讨其形成机制及与巴东木莲致濒原因、过程之间的关系。根据检测出来的8个酶系统的19个酶位点,选择基因频率大于01小于09的等位基因,运用等样本频率和等地理距离间隔两种方法分别计算两居群不同距离等级下的Moran''s I空间自相关系数。结果表明：小尺度的小溪居群等位基因的遗传变异缺乏空间结构,为随机分布模式。巴东木莲生境片断化的桑植居群则是相反的结果,遗传变异存在明显的空间结构,遗传变异空间分布为斑块状。造成这种差别的原因可能是桑植居群片断化和地理隔离造成的基因流的限制。上述结果为进一步制定有效的巴东木莲的保育措施提供科学的理论依据。     

不同土地利用方式下沙地土壤水分空间变异规律

利用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙地甸子地不同土地利用方式草地和玉米地春季土壤含水量的空间变异规律。结果表明 ,草地表层、亚表层土壤含水量的变异函数均可很好地拟合成球状模型 ,具有明显的空间结构特征 ,其空间相关度分别为 0 979、0 999,变程分别为11 5 7m、19 4 1m ,分数维分别为 1 5 71、1 5 35 ,Moran’sI系数表现为在近距离内 (0 5～ 2 5m)为较强的正相关 (I=0 3～ 0 8) ,随着距离的增大 ,相关性变小 ,>5m后表现为较弱的负相关(I =0 2 )的变化趋势 ,克立格制图均表现出中央和四周高 ,西北角存在明显过渡带的空间分布格局 ,表层和亚表层具有很大的相似性。而耕地表层、亚表层土壤含水量变异函数分别拟合成线性和球状模型 ,其空间相关度分别为 0 344、0 914 ,变程分别为 7 6 7m、9 31m ,分数维分别为 1 92 8、1 6 81,Moran’sI系数分析和克立格制图表明表层、亚表层土壤含水量存在明显的差异。因此草地和耕地土壤含水量变异函数模型及参数、分数维、Moran’sI系数和克立格制图均存在明显的区别。同草地相比 ,玉米地土壤含水量空间格局特征表现为空间依赖性小 ,随机性大 ,空间自相关作用范围小 ,破碎化程度高。所以有必要采取退耕还草的措施来保护和恢复沙地生态系统的健康。     

濒危物种--巴东木莲等位酶遗传变异的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对巴东木莲目前残留的两个最大居群, 小溪居群的40个个体和桑植居群的28个个体等位酶遗传变异的空间结构进行了研究, 以揭示两居群遗传变异的空间模式, 并探讨其形成机制及与巴东木莲致濒原因、过程之间的关系。根据检测出来的8个酶系统的19个酶位点, 选择基因频率大于0 1小于0 9的等位基因, 运用等样本频率和等地理距离间隔两种方法分别计算两居群不同距离等级下的Moran’sI空间自相关系数。结果表明: 小尺度的小溪居群等位基因的遗传变异缺乏空间结构, 为随机分布模式。巴东木莲生境片断化的桑植居群则是相反的结果, 遗传变异存在明显的空间结构, 遗传变异空间分布为斑块状。造成这种差别的原因可能是桑植居群片断化和地理隔离造成的基因流的限制。上述结果为进一步制定有效的巴东木莲的保育措施提供科学的理论依据。     

长白山岳桦种群格局的地统计学分析

应用地统计学的原理和方法研究了长白山岳桦种群空间分布格局及其空间相关关系,首先通过样方调查数据计算岳桦材积的半变异函数,拟合半变异函数模型,然后根据拟合的最优半变异函数模型,进行空间数据插值、绘制岳桦材积的克立拉图,最后对所得到的不同海拔质海拔岳桦材积的半变异函数图和克立格图进行分析。结果表明,在海拔1650－1700m岳桦材积的半变异函数曲线为球形,其空间分布格局为聚集型,种群呈衰退趋势;海拔1750－2000m岳桦材积的半变异函数曲线为直线形,其空间分布格局为随机型,种群较稳定;在海拔2000－2150m岳桦材积的半变异函数曲线为球形,其空间分布格局为聚集型,种群呈增长趋势,这说明长白山桦整体上有一种向上迁移的趋势,尤其是过渡带中的岳桦表现则为更为明显。     

多年平均降水资源空间变化模拟方法的研究

区域多年平均降水量的研究是集水农业工程规划的基础,也是有限的降水资源合理利用和配置的依据。研究利用ＡＲＣ／ＩＮＦＯ地理信息系统,建立了研究区的栅格数字高程模型（ＤＥＭ）及近３０年的年均降水量空间数据库;采用９种算法（距离权重法、趋势面法、样条函数法、普通Ｋｒｉｇｉｎｇ法、通用Ｋｒｉｇｉｎｇ方法１、通用Ｋｒｉｇｉｎｇ方法２、泰森多边形法、多元回归法和综合方法）,计算并比较分析了研究区多年平均降水量的     

The impact of spatial structure on the accuracy of contour maps of small data sets

Spatial analysis of insect counts provides important information about how insect species respond to the heterogeneity of a given sampling space. Contour mapping is widely used to visualize spatial pest distribution patterns in anthropogenic environments, and in this study we outlined recommendations regarding semivariogram analysis of small data sets (N < 50). Second, we examined how contour maps based upon linear kriging were affected by the spatial structure of the given data set, as error estimation of contour maps appears to have received little attention in the entomological domain. We used weekly trap catches of the warehouse beetle, Trogoderma variabile, and the accuracy assessment was based upon data sets that had either a random spatial structure or were characterized by asymptotic spatial dependence. Asymptotic spatial dependence (typically described with a semivariogram analysis) means that trap catches at locations close to each other are more similar than trap catches at locations further apart. Trap catches were poorly predicted for data sets with a random spatial structure, while there was a significant correlation between observed and predicted trap catches for the spatially rearranged data sets. Therefore, for data sets with a random spatial structure we recommend visualization of the insect counts as scale-sized dots rather than as contour maps.     

乌兰布和沙漠灌木种群空间格局研究

应用地统计学中半方差函数,研究了内蒙古乌兰布和沙漠主要4种灌木种群的空间格局。在巴彦高勒镇西南设置一个1 000 m×1 000 m的样方,将样方划分为1 600个25 m×25 m的格子,记录各格子内出现的物种及其平均冠幅。运用地统计软件GS+for Windows计算样地各灌木种群的各向同性半方差函数的参数,并绘制其克立格(Kriging)图。从各向同性的半方差模型的参数来看,柽柳（Tamarix chinensis）属于聚集性分布的球型模型,其空间结构比率高,这表明在这一地区柽柳的冠幅分布变化较小,25 m的抽样步长合适;而白刺（Nitraria tangtorum）属于聚集性分布的指数模型,其空间结构比率比较低。本研究成果为沙漠地区植被的抽样调查提供了基础。     

综合土地利用及空间异质性的土壤有机碳空间插值模型

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,土壤有机碳库及其动态变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响.土壤有机碳密度(SOCD)是土壤碳储量的重要参数,也是评价农田土壤质量的重要指标,准确预测区域SOCD空间分布对发展精确农业有重要意义.本文使用江汉平原地区242个农田土壤样本数据,探究平原地区土地利用类型对SOCD空间分布的影响,以及当SOCD空间分布规律呈现空间异质性且存在空间异常值的情况下,虚拟变量回归克里格法(DV_RK)、均值中心化克里格法(MC_OK1)和中位数中心化克里格法(MC_OK2)这3种结合土地利用的克里格法在SOCD空间预测中的应用.结果表明: 土地利用方式的差异是研究区水田和水浇地SOCD存在空间异质性的原因之一,导致SOCD存在空间非平稳特征,降低了普通克里格法(OK)的预测精度;而DV_RK、MC_OK1和MC_OK2在消除了由土地利用引起的SOCD空间异质性对建模的影响后,模型的稳定性提升,其预测精度均高于OK,其中,MC_OK2的模型可靠程度、预测精度和对SOCD总方差的解释能力最优.因此,土地利用类型作为易获取的辅助变量,可以有效减弱空间异质性和空间异常值对SOCD空间插值的影响,提升模型精度,降低不确定性,并与MC_OK2结合生成更高精度的SOCD空间分布图,帮助揭示SOCD空间分异规律,指导农业生产.     

越北腹露蝗若虫空间格局的地学统计学分析

应用地学统计学研究广东北部桑田中越北腹露蝗(Fruhstorferiola tonkinensis Will)1～5龄若虫的空间格局动态.结果表明：越北腹露蝗1～5龄若虫种群变异曲线函数均为球状模型,表现为聚集分布,但各龄若虫的空间依赖范围分别为1.973、1.968、2.169、2.302和4.307 m.利用Kriging插值法由地学统计学软件Surfer 8.0产生的各龄若虫等值线图清晰地反映了各龄若虫的空间位置, 表明越北腹露蝗有别于其它一些蝗虫,其低龄若虫呈聚居型,高龄若虫呈散居型分布.     

石栎-青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征

在1hm2(100 m×100 m)石栎(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林内100个10 m×10 m小样方的中心位置,按0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm土层采集土壤样品,测定土壤有机碳(C)和全氮(N)含量。基于区域化变量理论和地质统计软件(GS+Version 9)的空间分析功能,应用地统计学的半方差函数定量研究该常绿阔叶林土壤有机C和全N的空间变异特征。结果表明:该林地土壤有机C含量平均值为18.61 g/kg,变化范围为9.53—39.40 g/kg,全N含量平均值为1.63g/kg,变化范围为0.73—3.32 g/kg。土壤有机C半方差函数的理论模型符合球状模型,全N半方差函数的理论模型符合高斯模型。土壤有机C和全N的空间异质性主要是由结构性因素引起的,且空间自相关程度均为中等程度。分形维数反映了有机C和全N空间格局差异及尺度依赖特征,有机C分形维数较大,空间格局比全N略为复杂。采用Kriging插值方法,1hm2森林内土壤有机C和全N具有相似的空间分布格局,呈现明显的条带状和斑块状的梯度变化。土壤有机C含量与海拔、凹凸度呈负相关,但相关性不显著,与林地凋落物量呈极显著正相关。土壤全N含量与海拔、凹凸度呈显著负相关,与林地凋落物量呈正相关,反映出土壤N的淋溶特性。     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域是沙地-草地景观界面的关键部位,研究该区域土壤养分的空间格局和生态学过程,对于土地沙漠化的机理研究具有重要的意义。采用经典统计与地统计学相结合的方法,通过半变异函数及其模型、克里格局部插值估计、空间分布图等研究了毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性特征。结果表明:研究区土壤速效钾含量符合球状模型,全氮和速效磷含量符合指数模型;速效钾含量具有强空间自相关性,其结构方差比为0.882,而全氮和速效磷含量表现为中等程度的空间自相关性,其结构方差比分别为0.501和0.514;3种土壤养分空间自相关距离存在差异,其中全氮和速效钾的变程均为511m,而速效磷的变程为143m;3种土壤养分的分布格局呈现明显的空间规律性,从牛枝子群落到黑沙蒿群落,速效钾和速效磷含量先降低后升高,与研究区的界面变化过程一致,而全氮含量逐渐降低,与研究区的植被覆盖度变化一致;3种土壤养分的标准差都较小,Kriging插值结果比较可靠。     

phylin: an r package for phylogeographic interpolation

phylin is a package for the r programming environment which offers different methods to spatially interpolate genetic information from phylogeographic data. These interpolations can be used to predict the spatial occurrence of different lineages within a phylogeny using a modified method of kriging, which allows the usage of a genetic distance matrix to derive a model of spatial dependence. phylin improves the available methods to generate interpolated surfaces from a phylogenetic trees by assessing the autocorrelation structure of the genetic information, interpolating the genetic data based on a statistical model, estimating the uncertainty of the predictions and identifying lineage occurrence and contact zones probability without projection of pairwise genetic distances into mid‐points between sample locations. The package also includes methods to plot interpolation surfaces and provide summary tables from the generated data and models. We provide an example of the usefulness of this tool by inferring the spatial occurrence of distinct historical evolutionary lineages of the Lataste's viper (Vipera latastei Boscá, 1878) in the Iberian Peninsula and identifying potential contact areas. The maps of phylogenetic patterns obtained with these methods provide a spatial context to test hypotheses related to processes underlying the geographic distribution of genetic diversity and to inform conservation planning.     

植被叶面积指数遥感反演的尺度效应及空间变异性

遥感作为宏观生态学研究中数据获取的一种便捷手段,有助于把握较大尺度内生态学现象的特征.应用遥感数据反演LAI时,由于像元的异质性,不同尺度遥感数据之间的转换是遥感发展的一个重要问题.以河北省黄骅市为研究区,在利用TM和MODIS遥感数据对芦苇LAI反演误差产生原因进行分析的基础上,利用半变异函数对像元空间异质性进行了定量描述.发现NDVI算法的非线性带给LAI尺度转换的误差很小,而LAI的空间异质性则是引起LAI尺度效应的根本原因.并且当像元内空间异质性很大时半变异函数的基台值比纯像元要大得多,空间自相关的程度是引起LAI尺度转换误差的主要原因;反之,像元内空间异质性不大时,随机误差是引起LAI尺度转换误差的主要原因.当像元为纯像元时,由像元异质性引起的反演误差基本可以忽略.此外,研究区芦苇的空间相关有效尺度约为360m,超过此距离空间相关性则不复存在.     

宁夏中宁枸杞林地粉壤土阳离子交换量空间分布预测方法对比

土壤阳离子交换量(CEC)是土壤施肥、改良的主要依据和土壤质量的评价指标,研究土壤CEC的空间分布及模型预测可为土壤养分监测、管理及精准农业实施提供科学依据。本研究以中宁枸杞林地粉壤土为对象,在自相关、交互相关等分析基础上,采用协同克里格(CoKriging)、普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)和随机森林(RF)模型对土壤CEC进行回归分析,比较了制图效果及模型预测精度。结果表明:中宁枸杞林地粉壤土CEC平均值为13.12 cmol·kg^-1,属中等肥力;土壤CEC的空间分布具有自相关性,并与土壤pH、有机质、黏粒和电导率在不同滞后距离上存在不同的空间相互关系;RF模型预测图避免了CoKriging、OLS和GWR模型预测图中土壤CEC图斑边界两侧破碎程度大、突变明显的缺陷,使土壤CEC在空间变化上表现为自然、平缓的过渡;RF模型RMSE值分别比CoKriging、OLS和GWR模型减少33.82%、20.55%和19.81%,R^2分别提高8.84%、51.92%和7.69%。RF模型考虑了样点空间位置,明显提高了插值精度且制图效果更加平缓。