哈尔滨行道树的空间异质性分析

城市行道树空间异质性分析是优化城市森林调查、科学管理与生态服务功能提升的基础。本研究以哈尔滨为例,基于网络街景测定哈尔滨市879个样方、26140棵行道树的树高、胸径、冠幅、冠下高等指标,半方差函数和分形分析相结合,旨在确定树木空间异质性特征,为分析城市森林合理采样布点提供依据。结果发现,不同指标存在明显的空间异质性,表现为自相关距离明显差异,但是没有明显的方向性(在0°、45°、90°、135°方向上各向同性)。这些空间异质性受结构、随机因素影响,但是不同指标明显不同,即:冠幅空间变化中随机因素占比为26.56%,而冠下高、树高、胸径的占比分别为8.16%、8.14%、12.80%,后者更多的受城市化相关的结构因素影响(>88%)。冠幅、冠下高、树高、胸径的变程分别为2340、1320、1470、1890m,考虑到采样间距应控制在变程之内就可以有效揭示空间格局特征,测量不同指标的最小采样数量为:冠幅156个样方;冠下高440个样方;树高360个样方;胸径224个样方。分形分析结果显示,哈尔滨树木冠幅、冠下高、树高、胸径的D值分别为1.957、1.961、1.961和1.971,都接近于2,说明空间变异主要发生在各个样方间(距离:666m),与半方差函数分析交互验证。我们的研究结果为哈尔滨市城市森林研究与管理提供了基础数据支持,有助于今后研究确定合理的采样方案。     

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分的空间特征

利用经典统计与地统计学方法,对华北农牧交错带农田-草地界面不同采样粒度（1 m×1 m、2 m×2 m）0～50 cm土层土壤水分的空间异质性进行了分析.结果表明：研究区农田、草地、农田-草地界面土壤水分均属中等变异,草地土壤水分的变异系数较农田大;土壤水分的变异系数随土层深度的增加而逐渐增大,且1 m×1 m采样粒度下农田-草地界面土壤水分变异系数与土壤深度呈显著相关(P＜0.05);1 m×1 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间异质性明显高于邻近的农田和草地,表现为中度到强度的空间自相关性,变程在7.65～30.99 m,且具斑块分布格局;2 m×2 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间结构既有中到强度的空间自相关性,又有完全随机化的纯块金效应,变程在4.16～18.86 m;在农田-草地边界存在土壤水分的界面效应.     

毛乌素沙地沙生半灌木群落的空间异质性

在使用 5m× 50 0 0 m样带进行调查获得的植被盖度数据的基础上 ,通过半方差分析和分形分析揭示了毛乌素沙化草地沙生半灌木群落植被盖度的空间变异特点。半方差分析揭示出植被盖度的多尺度变异和等级斑块结构 ,在取样范围内至少存在着 3个等级。分形分析得出毛乌素沙地沙生半木群落植被盖度的分维 D=1 .90 ,接近于 2 ,指示着大部分空间变异发生在较小的尺度上 ;分段分形分析得出不同尺度范围内的分维 ,反映了空间异质性的多尺度变异性。这一结果揭示了荒漠化过程引起的生境破碎化     

荒漠绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆特征及其空间异质性

以甘肃金塔县和内蒙古额济纳旗的荒漠绿洲过渡带为研究区,研究了戈壁和沙漠两种生境中柽柳灌丛沙堆的形态特征,定量分析了不同生境中柽柳灌丛沙堆形态参数间的关系、空间格局以及空间异质性.结果表明:(1)大部分沙堆为独立型,在沙漠生境通常沿风向形成沙堆链(额济纳NE 83°15',金塔NE 53°13').沙堆高度、体积和植被冠幅的均值在戈壁生境均小于沙漠生境,植被高度和盖度的均值在戈壁生境均大于沙漠生境.此外,沙堆高度、体积和植被冠幅、高度、盖度的最大均值都出现在额济纳,依次为4.47 m、1133.5 m3、534.5 m2、2.27 m和0.47.(2)沙堆长短轴间、体积和冠幅间均为线性关系;沙堆高度和面积间的回归曲线为抛物线;植被冠幅和高度的回归曲线在戈壁生境是抛物线,沙漠生境中却是线性关系.(3)戈壁生境中沙堆相互分隔呈斑块状格局,沙漠生境中呈沙丘链状分布.(4)空间异质性由非随机的结构原因形成的变异为主,在额济纳的空间异质性高于金塔.空间相关性在额济纳戈壁生境中较强,沙漠生境和金塔戈壁生境中属于中等程度;在金塔空间异质性存在由随机的原因形成变异为主的可能性,其环境因素对空间异质性产生大的影响.此外,结论表明高强度的风积产生较深的沙埋对柽柳灌丛生长的促进作用及灌丛与沙堆间的反馈效应是柽柳灌丛沙堆的适应性机理.     

不同群落蒙古栎种群空间格局的地统计学分析

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置2块1 hm^2的处于不同演替阶段的样地(A、B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10 m×10 m的调查单元,对单元内每株林木的空间坐标进行精确定位,调查所有胸径≥1 cm的林木基本信息.采用地统计学分析的半方差函数法和分维数对蒙古栎种群各林木属性的空间异质性程度、组成、尺度、方向进行分析;运用克里格插值法对具有空间自相关的树木属性进行无偏估计并绘制分布图,分析其空间分布格局.结果表明:两块样地各林木属性的最优半方差函数以指数模型和球状模型为主,呈聚集分布,但样地A较样地B的空间自相关程度更高,空间连续性更大;两块样地内部,胸径和东西冠幅均表现出较强的空间异质性和空间自相关性.两块样地各林木属性均在南北方向上表现出较强的空间异质性.此外,样地A在西北-东南方向上也存在较强的空间异质性,而样地B则在东北-西南方向存在较强的空间异质性.两者相比,样地A的空间异质性强度更高、尺度更大.样地A中胸径和东西冠幅变异明显,而样地B中东西冠幅和南北冠幅变异明显.分维数值反映的结果与标准半方差函数值的结果基本一致.样地A各林木属性变量以斑块状和条带状分布为主,空间分布格局和变化趋势明显,而样地B各林木属性变量分布破碎,格局复杂.上述结果说明,种群属性特征、群落发育程度、空间尺度大小和空间水平方向可能影响种群的空间格局.基于地统计学的分析方法有助于定量、直观地描述种群的生长现状和发展趋势,可为东北林区大面积的蒙古栎天然次生林的可持续经营提供理论基础.     

甘肃祁连山青海云杉种群数量动态的初步研究

用生存分析和静态生命表研究方法,在祁连山国家级自然保护区调查了16个(20 m×20 m)样地,分析青海云杉(Picea crassifolia Kom.)种群数量动态和年龄结构.结果表明,不同种群年龄结构不同,属顶级群落的苔藓-青海云杉林、草类-青海云杉林表现为衰退型种群;灌木-青海云杉林、马先蒿-青海云杉林为增长型种群.1～5龄级存活曲线较陡,种群死亡率较高;5龄级以后存活曲线相对平缓,死亡率较低.采用指数方程和幂函数对生存曲线的类型进行检验,苔藓-青海云杉林、草类-青海云杉林和标准化青海云杉林的生存曲线符合DeeveyⅢ型曲线;灌木-青海云杉林、马先蒿-青海云杉林的生存曲线符合DeeveyⅡ型曲线.种群数量变化的回归分析和青海云杉生态寿命与环境因子相关性分析表明,青海云杉种群存活数变化和生态寿命与种群密度有关.     

高寒退化草地甘肃臭草种群分布格局及其对土壤水分的响应

植物种群对土壤水分响应的异质性是其格局形成和演变的环境基础.在石羊河上游的高寒草地,运用点格局分析法和群落调查法,研究了甘肃臭草单一优势种群斑块发育过程中的种群小尺度点格局和土壤水分特征.在4个发育阶段甘肃臭草种群的空间格局由聚集分布过渡为随即分布,土壤水分均呈现出从斑块中心向边缘增大的趋势;在斑块形成、扩散、稳定阶段,甘肃臭草斑块以类似“同心圆”的方式向周围土壤水分高的空间扩散,斑块半径由0.5m扩大至1.5m,种群的高度、密度、盖度由斑块中心向边缘递减;在衰退阶段斑块中心出现裸斑,种群的高度、密度、盖度以类似“同心圆”方式从中心向边缘逐层递增.在甘肃臭草斑块消长过程中,种群的分布格局和主要生物学特征与土壤水分之间不同阶段表现出不同的对应关系.     

沙冬青群落土壤有机碳和全氮含量的空间异质性

应用地统计学的基本原理与方法,分析了干旱荒漠地带沙冬青群落0～5和50～70 cm土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)及C/N空间异质性.结果表明,0～5 cm的SOC和TN的平均含量分别为0.744和0259 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.280和0.213; 50～70 cm的SOC和TN的平均含量分别为1.425和0.295 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.195和0.206,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.该沙生植被区土壤SOC和TN含量存在高度空间异质性,其空间异质性主要由自相关因素引起.0～5 cm土层 SOC和TN含量空间变异尺度分别为20.99和29.19 m;50～70 cm土层分别为42.9和62.1 m.变异尺度未集中在沙冬青冠幅范围,未反映出荒漠地带沙生植物种的“肥岛”效应,为其他物种的入侵创造了障碍.这种空间分布格局和尺度为维持沙冬青在干旱荒漠沙生植被区的优势度提供了保障,解释了其长期存在的机制.     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。     

长白山云冷杉针阔混交林天然更新空间分布格局及其异质性

2012年8月在长白山林区云冷杉针阔混交林中设置一块60 m×60 m典型更新样地,采用地统计学的半方差函数分析方法、分形维数和Kriging插值方法,分析林下天然更新幼苗幼树的空间分布格局及其异质性.结果表明:云冷杉针阔混交林更新层幼苗幼树以冷杉和色木槭为主,占更新总数的87.4%;样地中更新幼苗幼树呈聚集分布,聚集斑块最大半径为9.93 m;更新幼苗幼树之间具有很强的空间自相关性,其88.7%的变异由结构性因素(生物学、生态学特性和环境异质性)引起,11.3%的变异由随机性因素引起;更新幼苗幼树的空间分布表现出各向异性,南北方向上的分形维数最小,异质性最高,东北-西南方向上的分形维数最大,异质性最低;更新幼苗幼树树高比地径的空间异质性强;更新幼苗幼树地径和树高的空间自相关范围分别为29.97和31.86 m,随机因素和结构因素对其空间异质性的影响具有同等作用.     

塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨克隆分株空间分布格局

以叶尔羌河下游阿瓦提县天然胡杨和灰叶胡杨混交林、塔里木河上游农一师16团天然灰叶胡杨林和塔里木河中游轮台县天然胡杨林为对象,研究胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群的空间分布格局.结果表明: 8种不同取样尺度(5 m×5 m、5 m×10 m、5 m×15 m、10 m×10 m、10 m×15 m、15 m×15 m、15 m×20 m、20 m×20 m)下,3个研究区2物种克隆分株种群的空间分布格局均表现为集群分布,表明集群分布是研究区胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群空间分布格局的基本属性;在5 m×5 m尺度上,3个研究区2物种克隆分株种群均表现出负二项参数最小、Cassie指标和聚块性指标最大、聚集强度最大的分布特征.     

荒漠绿洲过渡带泡泡刺灌丛沙堆形态特征及其空间异质性

以甘肃省金塔和临泽的荒漠绿洲过渡带为研究区,定量分析了戈壁和沙漠生境中泡泡刺灌丛沙堆的形态特征、形态参数间的关系、空间格局以及空间异质性．结果表明：泡泡刺灌丛沙堆呈凸起的独立型沙包,在金塔有严重的风蚀现象．沙漠生境的沙堆高度、体积和植被冠幅的平均值均大于戈壁,其中金塔沙漠最大,其平均值为1．43m、65．19m^3和94．06m^2临泽沙漠植被高度和盖度的平均值均大于戈壁,且其最大平均值为0．48m和0．55,金塔却相反．沙堆长短轴间、沙堆体积和植被冠幅间呈显著线性关系;沙堆高度和面积、植被高度和盖度间具线性关系．沙堆沿丘间低地呈带状分布和斑块状格局．在金塔和临泽的戈壁中泡泡刺灌丛沙堆空间相关性较强,而金塔沙漠属于中等程度,临泽沙漠存在由随机的原因形成变异为主的可能性．此外,沙堆空间异质性由结构原因形成的变异为主,以临泽戈壁最高,临泽沙漠最小,金塔的戈壁和沙漠位于二者之间．     

米亚罗林区不同森林恢复方式下中小型土壤动物多样性

为了查明川西不同森林恢复方式下中小型土壤动物多样性,2008年11月对米亚罗林区的次生红桦林、人工云杉林和次生冷杉林的中小型土壤动物进行了调查.共获得中小型土壤动物15234个,隶属于3门9纲10目97科144个类群.线虫纲个体数占总体的71.85%,弹尾目占13.16%,蜱螨目占9.49%,其他类群占0.36%.3种森林中小型土壤动物群落的类群数和个体密度大小顺序均为次生红桦林＞次生冷杉林＞人工云杉林;Shannon多样性指数为次生红桦林＞次生冷杉林=人工云杉林;Margalef丰富度指数和密度-类群指数为次生红桦林＞次生冷杉林＞人工云杉林;Pielou均匀性指数为人工云杉林＞次生红桦林＞次生冷杉林;Simpson优势度指数为次生冷杉林＞次生红桦林=人工云杉林.不同群落间的个体密度无显著差异(P＞0.05),但相似性系数表明人工云杉林的中小型土壤动物群落结构组成与天然次生林有较大差异.红桦林土壤动物的垂直分布的表聚性程度低于云杉林和冷杉林.研究表明,次生红桦林比人工云杉林和次生冷杉林能更有效地提高土壤动物多样性,促进地下生态功能恢复.     

大城市边缘区景观破碎化空间异质性——以北京市顺义区为例

探索大城市边缘区景观破碎化格局及其空间异质性特征,有助于把握景观动态的变化机制及其生态问题.以北京市顺义区这一典型大城市边缘区为例,基于土地利用分类数据,采用有效粒度尺寸方法,对1992年、1999年和2009年景观破碎化空间变异进行了地统计学分析,主要包括尺度依赖性、空间异质性、空间格局及其生态过程的分析.研究结果表明:1)景观破碎化空间变异具有明显的尺度依赖性特征,由空间自相关部分引起的空间异质性较高;1992年和1999年景观破碎化空间总变异相对缓和,2009年空间总变异强烈;通过不同尺度上的异质性对比,选取1000m幅度作为研究区景观破碎化的空间异质性分析较为适宜.2)景观破碎化空间异质性表现出明显的上升趋势,土地利用斑块破碎化不断加剧,其中1999-2009年间的表现尤为强烈.3)景观破碎化高值区呈现出由东部向西部转移的态势,并且其空间布局具有集聚性与分散性的显著特征,空间上相似属性聚集与相异属性聚集的空间格局十分突出.4)景观破碎化空间自相关作用主要来自高强度社会经济活动的影响,并表现出明显的区位特征.该研究结果可为土地、城镇规划以及景观生态建设提供参考.     

祁连山地甘肃臭草斑块土壤水分与植被盖度空间格局

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义,而在较小尺度上,植被状况是土壤水分空间异质性的主要驱动因子.利用地统计学方法,研究了祁连山北坡甘肃臭草单优种群斑块浅层剖面(0 ～30 cm)土壤水分与植被盖度的空间异质性及其关系.结果表明:甘肃臭草斑块浅层剖面土壤水分和植被盖度均符合正态分布,各层土壤水分均存在高度的空间异质性,其中,80.93％～87.34％的空间异质性是由空间自相关引起的,植被盖度主要体现在4.09～6.91 m的尺度上,而由1 m以下尺度随机因素引起的空间异质性占12.66％ ～19.07％;甘肃臭草在斑块尺度上各层土壤水分的空间结构表现出明显的圈层结构和斑块状分布的特点,土壤水分高低值斑块呈镶嵌分布且具有较强的空间异质性;甘肃臭草通过生理整合影响并在一定程度上改变了小尺度上土壤水分的分布格局,从而实现了对土壤水分资源最大限度的利用,提高了种群在干旱生境中的适应能力和竞争力.     

巴丹吉林沙漠东缘天然梭梭种群空间分布异质性

梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)是生长于沙漠地区的一种特有灌木,在维持荒漠生态系统平衡和地区经济发展中发挥着不可替代的作用。为掌握天然梭梭种群空间分布规律,以巴丹吉林沙漠东缘塔木素地区的"野生肉苁蓉及梭梭产籽基地"为试验区,采用样线法测定梭梭株高、冠幅直径,统计梭梭分布密度,分析梭梭种群数量特征空间分布特征及其与生境之间的关系。结果表明:梭梭林密度、株高、冠幅直径均符合正态分布,表现为强度变异;株高、密度、冠幅直径的半方差函数理论模型均为高斯理论模型,其相应的变程为1249、909、1035 m;空间自相关比例均超过70%,受随机因素影响较小,保持着较好的天然分布和生长状态。梭梭种群数量特征的分形维数均大于1.5,空间依赖性强,空间结构性好。长期风蚀作用,小地形海拔高度体现为不同沙层厚度,梭梭株高、冠幅直径和密度在空间上的分布呈西高东低,北高南低的趋势,与海拔高度存在极显著相关;梭梭群落的空间异质性表现出一定的适度沙埋效应。     

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。     

祁连山青海云杉林生物量和碳储量空间分布特征

根据野外调查资料、祁连山地区青海云杉林相图和气象资料,在GIS技术的支持下估算了祁连山地区青海云杉林的生物量和碳储量及其空间分布.结果表明：2008年,研究区青海云杉林平均生物量为209.24 t·hm^-2,总生物量为3.4×10⁷ t;研究区水热条件的差异使青海云杉生物量在地理空间上存在较大的差异性;经度每增加1°,青海云杉生物量增加3.12t·hm^-2;纬度每增加1°,生物量减少3.8 t·hm^-2;海拔每升高100 m,生物量减少0.05 t·hm^-2;2008年,研究区青海云杉林碳密度在70.4～131.1 t·hm^-2,平均碳密度为109.8 t·hm^-2,幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的平均碳密度分别为83.8、109.6、122、124.2和117.1 t·hm^-2,研究区青海云杉林总碳储量为1.8×10⁷ t.     

昆仑山前山带植物群落调查及相似性初步研究

对塔克拉玛干沙漠南缘,昆仑山北坡前山带的荒漠植物群落进行调查.结果显示:(1)在调查区域内发现21种植物,参与建群种15种,其他6种为偶见种.21种植物分属于10科20属,其中菊科(Compositae)和藜科(Chenopodiaceae)植物13种;研究区5种植物群落的优势种分别为塔里木沙拐枣(Calligonum roborovskii)、琵琶柴(Reaumuria songarica)、河西苣(Hexinia polydichotoma)、蒿类植物(昆仑蒿Artemisia nanschanica+昆仑绢蒿Seriphidium korovinii)与驼绒藜(Ceratoides latens).(2)植物群落沿海拔高度变化地带性更替明显,低山砾质壤土母质上为塔里木沙拐枣和琵琶柴群落,集中分布范围分别为2 200～2 300 m和2 250～2 400 m,中部沙质土壤母质上为蒿类植物和河西苣群落,蒿类植物群落分布于海拔2 400～2 500 m,河西苣群落集中于2 500 m高大沙丘丘间低地;驼绒藜群落在砾质土壤和沙质土壤母质上均有分布,海拔范围在2 380～2 800 m.(3)群落结构简单,整体盖度小于10%,物种密度为4～13株(丛)/m2,灌木层优势种单一,密度很小(1.2株(丛)/m2),草本层冠幅水平低,盖度小(小于5%);群落间高度、盖度、密度存在不同程度差异,物种丰富度指数(dMA)和生物多样性指数(D、H′、Jsw、Jgi)差异并不明显,总体处于较低水平.(4)群落盖度、密度、高度和物种数随海拔高度变化趋势不同,生物多样性指数随着海拔高度增加呈增加趋势;群落相似性比较显示,低海拔地区植物群落间的相似性高于高海拔地区.     

青藏高原东部近林线紫果云杉原始林的群落结构与物种组成

原始云杉林是青藏高原东部林区近林线森林的重要类型之一,但关于其林分结构与多样性的科学认识到目前为止仍然是贫乏的.为了揭示云杉原始林的层次结构及其相互关系、维管植物组成特点,选择四川省壤塘县北部日柯沟近林线的紫果云杉(Picea purpurea)原始林为对象,调查了6个40 m×50 m样地的乔木层结构,并在样地内采用机械布点的方法设置180个小样方,调查了林下灌木层、草本层和苔藓层结构以及灌草层物种组成.结果显示:(1)云杉原始林为复层异龄林,乔木层分化明显,可划分为4个亚层;幼树密度不高但集中分布于林窗及其边缘(144±93株/ha);(2)林下灌木盖度与物种丰富度低,层片结构简单,呈明显的斑块状分布;而草本层与苔藓层发达,盖度与物种丰富度均较高;(3)6个样地共发现维管植物124种,隶属于30科68属.其中草本109种,灌木15种,以温带区系成分占优势,特有性缺乏;生活型以地面芽植物为主体(61.29%).综合分析表明,该林分为藓类云杉林,群落结构完整、稳定,自然更新能力强,与本区域内亚高山或高山林线森林具有相似的物种组成和多样性特点,但群落结构则明显不同.