绿洲-荒漠过渡带景观的植被与土壤特征要素的空间异质性分析

采用变异函数的理论和方法,通过空间异质性特征比较,研究了阜康绿洲-荒漠过渡带景观中的植被盖度和土壤环境因子的空间异质性、空间格局及其关系．在此基础上,应用Kriging局部块段插值法,以三维图形显示出各个要素的空间分布格局．结果表明,除土壤全盐量空间相关性较弱外,其他各要素具有中等程度以上的空间相关性,且空间变异主要发生在较小尺度上．其中,植被盖度的空间异质性程度较高,在3km的尺度内具有明显的空间格局．从空间分布格局看,植被盖度、土壤表层含水量和土壤pH值沿样带相邻点差异对比明显,高值区和低值区交错．草本盖度与土壤表层含水量、土壤pH间有相关关系,灌木平均盖度主要依靠深层次地下水维系．灌木和草本盖度的块金值具有明显差异,可能因为二者要求不同的生态条件,因而在同等尺度上具有不同的生态学过程．     

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.     

北方农牧交错带沽源农田-草地界面土壤水热空间特征

农田-草地景观界面是我国北方农牧交错带景观组成部分,研究该界面生态特征的格局和过程是完善北方农牧交错带研究的热点领域.首次采用地统计学方法中的半变异函数、克里格插值估计、空间分布图等方法研究北方农牧交错带河北沽源地区的农田-草地界面(CGB)土壤水热的空间异质性和界面空间效应.结果表明:根据不同尺度下的土壤水热空间异质性各参数的变化趋势确定较为合理的采样粒度为 0.5m×0.5m;农田-草地界面0～20cm土层土壤含水量为中等变异,土壤温度为弱变异,不同采样粒度空间结构特征定量研究得到土壤水分变程范围(A_0)为2.93～15.4m,且为中到强度的异质性程度(MSH),土壤温度变程为3.75～20.99m,表现为强空间异质性;验证在农田-草地边界向两侧的一定范围内土壤水热存在过渡型界面效应,且具不同的生态梯度.该研究结果是认识农田-草地界面和进一步开展该界面功能研究的基础,对深入研究北方农牧交错带农田-草地界面非生物水热界面具有重要意义.     

关帝山云杉天然更新与土壤有效氮素异质性的空间关联性

在山西关帝山华北次生林分布区选择云杉针叶林和云杉、杨、桦混交林为研究样地,应用地统计学理论和格局分析方法,分析了该地区云杉天然更新的空间格局及结构特征;运用地统计分析中的变异函数分析方法定量分析了样地土壤氮素的空间异质性特征.采用GIS叠加分析和统计分析方法,定量评价云杉更新苗分布格局和土壤有效氮素空间异质性之间的空间关联程度,以了解森林土壤氮营养生境的异质性对云杉幼苗更新的影响.结果表明：1）在云杉针叶林中,云杉更新苗分布呈空间斑块状格局,且表现出自相关空间变异特征;在云杉、杨、桦混交林中,云杉更新苗空间分布格局呈集聚分布特征,但表现为随机性的空间变异.2）云杉针叶林土壤氮素含量相对低,有效氮含量空间异质性特征明显,空间结构性变异所占比例较大;混交林土壤氮素含量相对高,有效氮呈随机性变异特征.3）在土壤氮素含量相对低的云杉针叶林中,云杉更新苗分布格局与土壤有效氮异质性之间存在较明显的空间关联性,在土壤NH₄⁺-N含量相对高的斑块中,云杉更新苗发生数量多.在土壤氮素含量相对高的混交林,云杉更新苗空间分布与土壤有效氮异质性之间的空间关联性不明显.     

采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响

以华北落叶松天然林为研究对象,选择采伐干扰林分(样地A)和未采伐干扰林分(样地B),利用根钻法分3层(0—10cm,10—20cm,20—30cm)获取各径级细根(≤1mm、1—2mm、2—5mm3级活细根,≤2mm死亡细根)生物量数据。采用地统计学变异函数和经典统计相结合的数据分析方法对采伐干扰造成的细根生物量空间异质性的变化进行定量研究。主要研究结果如下:采伐干扰林分样地A各经级细根生物量均值减少;同一土层相同径级细根生物量样地A与样地B相比差异显著(P<0.05);不同土层的细根生物量异质性具有显著差别(P<0.05)。0—10cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量呈现较明显的空间自相关变异,采伐干扰林分则表现为随机性变异特征,采伐干扰导致≤1mm细根生物量空间分布特征更加复杂(分维数D=1.978);10—20cm土层,采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度明显降低,只有未采伐干扰林分的5.4%—88.9%。20—30cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量在较小尺度范围(<2.9m)表现出明显的空间自相关变异(结构方差比86.1%),受采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度只有未采伐干扰林分的8.9%—45.9%,且呈现随机性变异。各径级细根生物量空间异质性的垂直分异均表现为随土层深度的增加异质性强度明显降低。     

新疆喀纳斯树种丰富度垂直格局特征

采用样带调查法,通过直接梯度、变异函数和分形函数分析,对新疆喀纳斯旅游区内设置的3条样带的树种比例及树种丰富度沿海拔梯度的变异特征进行了研究。结果表明：直接梯度刻画的不同树种所占比例在海拔梯度上的变化趋势各异;树种丰富度在整个调查尺度范围内随海拔的升高呈现明显的下降态势（P＜0.01）;半方差分析揭示：树种丰富度在中小尺度范围内的空间异质性主要由空间自相关引起的变异组成;分维分析反映出树种丰富度的分形维数偏大,且在中小尺度范围内无拐点,说明树种丰富度受随机生态学过程的影响在相应尺度范围内具有很强的空间异质性。     

河口湿地不同土层有机质的水平异质性与自相关性

以闽江河口湿地土壤有机质为研究对象,采用变异函数、多重分形分析和空间自相关法,从空间异质性和空间自相关性角度研究不同土层有机质的空间分布规律。结果表明:3个土层有机质含量均为中等变异程度,块金效应均小于25%,结构性因素对空间异质性起着主导作用。随着土层深度的增加,各土层有机质空间分形结构表现出差异性,0～20cm空间分布最不均匀,分形程度较高,空间变异性较大; 3个土层有机质的Moran I均大于1.96,呈现出显著的空间正相关,其中20～40 cm的土层有机质空间正相关最显著,空间聚集程度较高。联合变异函数、多重分形分析和空间自相关法能够较好地反映河口湿地不同土层有机质在水平上空间分布特征,为同类区域的土壤有机质空间分布研究提供方法支撑。     

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.     

林分光照空间异质性对水曲柳更新的影响

 光照是森林更新动态中极为关键的环境因子。本研究在东北天然次生林中选择样地,应用地统计学理论结合实验生态学方法,定量分析林分光照空间异质性特征,同时进行林下播种水曲柳（Fraxinus mandshurica）的更新实验,探测更新格局特征。通过空间关联性分析,研究探讨是否林分光照的空间变异对水曲柳更新有重要影响作用。研究结果表明： 1）生长季林分平均光照仅为全光照的4.2%～4.6%,在空间分布上呈现非常明显的异质性特征,空间自相关变异（62.5%～78.2%）主要体现在10.9～12.4 m的尺度上。2）林分光照不同的空间样点上,水曲柳更新幼苗发生数量和秋季幼苗存活数量均存在显著差异,光照相对强的微生境中,更新苗发生数量较多且存活率高,而在光照较弱的微生境中则更新较差,更新具有十分明显的空间格局。3）更新格局与林分光照空间异质性特征紧密关联。在光照空间异质性程度较高、空间变异较复杂的条件下,更新相应呈现出较复杂的空间格局,自相关的变异表现在较小尺度范围（2.12～6.97 m）。在光照空间异质性程度较低、空间变异复杂性较小的条件下,更新格局的复杂程度明显变小,空间自相关变异（>83%）表现在较大的尺度上（30 m）,对更新格局起主要的影响作用,随机变异的影响很小（<17%）。这些研究结果说明,林分光照环境在水曲柳更新中的作用十分关键,林分光照的空间异质性对更新格局起决定性作用。     

两个林分水曲柳土壤种子库空间格局的定量比较

依据地统计理论和方法,采取规则网格数据结构的空间取样设计,在树种组成、林分密度及林下植被等均不相同的两个林分中设置样地,对水曲柳土壤种子库的空间格局进行了定量比较研究．结果表明,在水曲柳杨树等混生的样地1,种子库密度较大(158．1±96．7个·m^-2),异质性程度较高(C0+C＝0．549),格局尺度相对较大(4．52m),空间自相关因素引起的变异高达89．4％,随机变异仅占10．6％,格局变异呈现较高的自相似性(分数维值D＝1．728—1．865)．在水曲柳纯林中的样地2,种子库密度较小(57．4±44．7个·m^-2),异质性程度较低(C0+C＝0．125),且主要体现在相对较小的尺度范围内(2．59m),空间自相关变异占56．8％,随机因素对空间格局的影响较大(D＝1．906—1．960)．两样地之间种子库空间格局表现的尺度范围、强度及空间结构等有显著差异,林分空间异质性是导致这种差异的主要原因．     

Effects of vegetation structure and landscape complexity on insect parasitism across an agricultural frontier in Argentina

Insect parasitism patterns are influenced by vegetation structure and landscape complexity. Our objective was to examine the effects of vegetation structure and landscape complexity on parasitism based on direct measurements of structure and diversity indices as well as on metrics based on remote sensing using Quickbird images. We collected 2266 lepidopteran larvae and pupae, including different families and habits, to estimate parasitism, and recorded vegetation characteristics in five 100-m² transects and 18 1 ha-plots in the dry Chaco, Northwest Argentina. We calculated landscape metrics and semivariograms in the plots from the image. The plots represented four “complexity groups”: agricultural, riparian/hedgerow, bare ground, and forest plots. Mean parasitism in the study sites was 10.7% (min: 0%, max: 23%). Parasitism was highest in agricultural plots, lowest in forest plots, and intermediate in riparian/hedgerow and bare ground plots. The landscape model explained parasitism more than the vegetation model. The landscape final model included Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) Range, a measure of landscape heterogeneity, and Mean Shape Index, a measure of patch shape irregularity, and their interaction. The vegetation model included basal area and the Coefficient of Variation of tree density among transects, a measure of tree spatial distribution within a plot. Our results agree with previous studies that found higher parasitism in agricultural vs. non-agricultural environments in the subtropics, while riparian/hedgerow plots were important for conserving parasitism, as reported for temperate environments. We showed that under-explored tools such as the semivariogram and satellite band combinations were useful for the assessment of parasitism and that studying vegetation and landscape complexity simultaneously can help us examine mechanisms in detail. The identified variables related to high parasitism should be used for image classifications with a functional approach.     

不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究

在GIS与RS技术支持下,采用5 m分辨率的SPOT遥感图像数据,从城市土地利用角度,利用半变异函数对不同尺度的景观多样性、聚集度与分维数的空间变异进行了定量分析.结果表明,不同尺度下3种指数的空间变异具有相似特征,各个尺度上都具有空间依赖性,尺度越小,空间依赖性越大,空间变异的细节更显著,空间自相关性对总体变异的贡献逐渐增加,但尺度过小,有时会破坏景观内部结构.不同指数的半变异函数模型在相同尺度上差异显著,说明不同景观指数在不同尺度下的半变异函数模型不具可比性.就研究上海市内部土地利用结构而言,1 km的幅度是较合适的空间尺度.景观指数空间变异特征是尺度的函数,尺度对景观格局的影响不能忽视.景观综合指数对尺度响应的生态过程揭示了上海城市空间结构的规律性：在小尺度上的复杂无规律性,中尺度上的多中心性和大尺度上的圈层结构性,但各个尺度是相互依赖的,没有绝对界限.     

IKONOS影像景观格局特征尺度的小波与半方差分析

建立不同方向和尺度下景观格局的小波分析方法,并以IKONOS PAN 1m 影像为例,对城市景观和农田景观格局进行了实例研究,并与半方差函数的分析结果进行比较分析。试验结果发现试验区的城市景观图像表现出不同层次和方向的结构特征,主要是阴影－单个楼房－楼房与道路的组合3个尺度的特征,分别出现在2m,16m和128m以及256m分析尺度上,农田景观主要是树木行－农田2个层次和方向尺度特征组合,分别为2m,128m和256m。半方差分析结果对试验区景观结构的多层次和方向不敏感,但可发现景观结构的总体平均特征。城市景观总体结构在空间上的变程为135m,反映的是楼房与道路组合的总体平均特征;农田景观总体结构在空间上的变程为152m。通过改变半方差函数的分析范围和计算间距可以克服半方差对多尺度分析的不足,如该试验通过缩小城市景观和农田分析范围,也发现城市景观有一个在空间结构上15m的变程,与小波分析的特征尺度16m非常接近,而农田景观出现空穴效应的周期一半长度大约为2m,正好是小波分析出种植树木的行距结构特征尺度的大小。这要分析者对研究有一定的先验知识才能够做到选择合适的分析范围,而这恰是景观格局特征尺度分析服务的目的。通过试验区研究证明小波分析是一非常有应用前景的景观格局研究方法,与半方差分析相比,对在解释多尺度结构和不同方向的结构具有明显的优势,且不受分析数据统计平稳假设的约束,但由于对图像分解是基于2进制,导致分析尺度以2的幂函数变化,不像半方差分析可通过理论模型拟合,对特征尺度的估计可以是连续的。     

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。     

棉蚜及龟纹瓢虫空间格局的地学统计学研究

应用地学统计学的原理和方法研究了不同时期棉蚜及龟纹瓢虫种群的空间结构和空间生。结果表明,不同时期棉蚜种群的关变异函数曲线皆为球型,其空间格局为聚集型,变程在８．２１￣１０．８１ｍ之间;龟纹瓢虫种群的拟合半变异函数曲线也表现为球型,呈聚集空间格局,空间变程在８．０１￣１４．２５ｍ之间,并与棉蚜种群在数量和空间上有较强的追随关系,说明龟纹瓢虫种群是棉蚜种群的优势种天敌。     

桃一点叶蝉及草间小黑蛛空间格局的地学统计学研究

应用地学统计学的原理和方法方法研究了不同时期桃－点叶蝉及草间小黑蛛种群的空间结构和空间相关性。结果表明,不同时期桃－点叶蝉种群的半变异函数曲线皆为球型,其空间格局为聚集型,变程在25.71-37.14m之间,草间小黑蛛种群的拟合并变异函数也表现为球型,呈聚集空间格局,空间变程在25.12-44.06m之间,并与桃－点叶蝉种群在数量和空间上有较强的追随关系,说明草间小黑蛛种群是桃一点叶蝉种群的优势种天敌。     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

惠州市景观格局空间分异特征的梯度分析

本文将景观指数、梯度分析和移动窗口法相结合,分析了惠州市景观格局的空间分异特征。以中心城区为起点,向外等距设置辐射状梯度带;同时结合研究区的特点,设置了4个不同方向的样带。综合运用景观指数粒度效应分析和土地面积变化评价指数模型,确定适合研究区的分析粒度;考虑到景观格局的各向异性,计算不同方向的半变异函数和相应的块基比,确定不同方向样带的分析幅度;采用移动窗口法分析不同方向样带的景观格局特征。结果表明:(1)50 m的栅格大小为适合研究区景观格局分析的粒度值,4条样带上移动窗口的适宜分析尺度分别为750、850、1350、1150 m;(2)从中心城区到外围区域,可将惠州市依次划分为城市中心区、农业区、城市副中心区、过渡区和生态保育区;(3)高强度城市化地区和远郊区的景观组分类型单一,优势度特征明显,城市边缘区或城乡过渡带的景观异质性增加,破碎化程度高;(4)不同方向的样带能够反映景观格局的方向分异特征,是城市景观梯度分析的有效手段。     

保安湖-湖湾大型水生植物群落格局的研究

用地质统计学中的半方差和双对数半方差图对保安湖－湖湾（黄风口）的大型水生植物群落格局进行了研究,在不同的尺度上对群落及其主要组成种类的空间异质性进行了定量的描述。结果表明：保安湖黄风口大型水生植物群落的双对数半方差图存在线性区域,群落具有分形特征（自相似性）。在不同的尺度下,群落和各组成种类空间格局具有不同的分形维数值,异质性程度存在差异。但其异质性程度不高,建议进行群落调查时,样方尺度应取５２０     

不同松林马尾松毛虫蛹及其寄生天敌群子的空间格局分析

应用地学统计学的原理和方法研究了３种松柯马尾松毛虫越冬工蛹及其寄生天敌群子的窨结构和空间相关性。结果表明,湿地松－马尾松－火炬松混交松林中蛹的半变异函数曲线为球形,其空间格局为聚集型,受害程度高的马尾松纯林中,蛹的半变异函数曲线为指数形,空间格局为聚集型,受害程度低的纯马尾松林中,蛹的半变异函数曲线是一条截距为０．４２３,斜率为０．００３８１４的直线,表明为随机或均匀型的空间格局。３种松林中蛹的寄