松材线虫病发生点格局及影响因素

松材线虫病在中国大陆造成了巨大的生态与经济价值损失,南方地区尤为严重,分析松材线虫病空间分布、量化环境因素对其发生的影响对于松材线虫病的防控整治具有重要意义。本研究以江西省赣州市南康区松材线虫病为研究对象,采用核平滑密度、Ripley’s K函数、点过程模拟等空间点格局分析方法,探讨了区域松材线虫病发生的空间格局及其对环境变量的响应。结果表明: 研究区松材线虫病的发生不是随机分布,而是存在显著的空间聚集区。地形因子、植被因子和人类活动因子是影响松材线虫病空间异质性分布的主要因素。空间点格局分析表明,海拔、坡度、距最近道路距离、道路密度、距最近居民点距离、郁闭度和植被类型对松材线虫病的发生具有重要影响。在森林病害管理中,除了加强因人类活动引起病害传播源的管控外,还应该考虑地形、植被类型等特征进行松材线虫病害的综合预警监测。     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤有机碳和全氮的空间分布

运用地统计学分析方法,研究了2010年鼎湖山季风常绿阔叶林中土壤有机碳和全氮含量的空间分布特征.结果表明:在鼎湖山季风常绿阔叶林,土壤有机碳和全氮含量存在着较显著的空间自相关性,其空间异质性分别占总空间异质性的93.6%和53.7%,且土壤有机碳与土壤全氮空间分布特征的异质性一致.林地土壤碳、氮存在传统统计学上的线性相关,同时也具有景观层次上的空间自相关性.指数模型拟合结果表明,在17.4 m小尺度范围内,土壤有机碳存在空间自相关性.     

空间尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响:粒度和幅度

空间尺度是影响我们理解生态学格局和过程的关键因素。目前已有多种关于物种多样性分布格局形成机制的假说且研究者未达成共识,原因之一是空间尺度对物种多样性分布格局的环境影响因子的解释力和相对重要性有重要影响。地形异质性是物种多样性分布格局的重要影响因素。本文综述了在地形异质性-物种多样性关系的研究中,不同空间粒度和幅度对研究结果的影响,以及可能的原因。尽管已认识到地形异质性-物种多样性关系的空间尺度效应,但粒度和幅度的具体影响仍未有统一结论。当前物种多样性分布格局研究未能覆盖较完整的尺度变化梯度。未来对地形异质性-物种多样性关系的研究需要同时考虑幅度和粒度的影响。建议结合可靠的模型和统计分析方法开展多尺度格局比较分析,以进一步阐明研究尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响以及地形异质性起主导作用的空间尺度。     

温带落叶阔叶林地表鞘翅目成虫小尺度空间格局动态分析

土壤动物空间格局是格局—过程以及生物多样性维持机制研究的重要基础,目前小尺度空间土壤动物空间格局动态特征仍不清楚。基于地统计空间分析方法,以鞘翅目成虫为研究对象,研究帽儿山温带落叶阔叶林小尺度空间(5m)地表鞘翅目成虫群落及类群的空间格局动态特征。结果表明:4次调查共捕获鞘翅目成虫11科、29类、1021只个体,调查月份鞘翅目成虫群落具有较强的时空变异性;Moran'sⅠ系数表明鞘翅目成虫群落和类群具有复杂的正的空间自相关性,其空间异质性可用球状、指数、高斯和线性模型进行拟合。这种空间异质性具有一定的时间变化特征,且这种空间分异是由随机性因素单一调控或结构性因素和随机性因素共同调控的结果;类群之间在多种尺度上表现为复杂的以负相关居多的空间关联性,这种空间关联性的形成主要是结构性因素或随机性因素单一调控的结果。本实验表明地表鞘翅目成虫群落在小尺度空间具有明显的空间异质性特征,这种空间异质性时间变异性较明显。     

毛乌素沙地油蒿种群点格局分析

 油蒿(Artemisia ordosica)是我国北方农牧交错带的重要固沙植物,研究其种群格局对理解种群生态过程和改善流沙治理技术具有重要意义。点格局分析法是20世纪末发展起来的多尺度空间格局分析方法。通过研究油蒿种群的点格局,发现油蒿种群的空间分布格局和空间关联性同空间尺度、植株形体大小以及生境3种因素有密切联系。在较小的空间尺度上,油蒿种群倾向于非随机分布(集群分布比均匀分布常见),个体间有较强的空间关联(正关联比负关联常见);当空间尺度大于临界值后,油蒿种群倾向于服从随机分布,同时种群的空间关联性减弱。幼小油蒿植株具有明显的集群分布趋势,高大植株则表现出聚集强度的降低趋势;形体大小的差异越大,植株间的正关联关系越弱,或者负关联关系越强。与固定沙地相比,半固定沙地油蒿种群的集群分布现象更加明显,同时种群的空间正关联关系更强。研究结果表明,当通过移栽油蒿成体治理流动沙地时,应尽量将其栽种成集群分布而非均匀分布的形式,以提高植株成活率。     

科尔沁沙地草地植被恢复演替进程中群落优势种群空间分布格局研究

通过对处于流动沙地、半固定沙地和固定沙地等不同恢复演替阶段的群落的取样调查 ,研究了科尔沁沙地草地植被恢复进程中群落优势种群的空间分布格局及其动态变化。运用扩散系数、聚集指数、平均拥挤度、聚块性指数、Green指数、聚集强度、Poisson分布和负二项分布的 χ2 拟合检验等 7项指标 ,对群落优势种群的分布格局的研究结果基本一致 ,大多数物种的空间分布呈显著的聚集分布。在演替进程中种群格局强度的变化和群落总体聚集程度的变化与种群动态和群落结构的空间异质性相对应 ,较高的聚集程度是种群分布斑块化和群落结构的空间异质性的反映 ,随着演替进展 ,优势种的种群数量扩展 ,但种群分布的聚集强度下降 ,群落结构的空间异质性降低。在 7种测定分布格局的指标中 ,聚块性指数、Green指数和聚集强度是无量纲的指标 ,其大小不受种群大小的影响 ,其变化可以较好地指示格局强度本身的变化 ,并与种群动态和群落结构变化相联系     

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.     

典型喀斯特小流域土壤有机碳和全氮空间格局变化及其对退耕还林还草的响应

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响。研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义。     

扩展点格局分析方法在灌木种群空间分布格局研究中的应用

当研究对象个体差异很大或者研究尺度与植物大小属于一个数量级时,传统的以种群空间分布的坐标点图为基础的点格局分析方法存在局限性.本文引入一种在传统点格局分析方法基础上发展起来的以栅格数据为分析对象的新方法——扩展点格局分析方法,用以分析具有一定面积和形状对象的空间格局和生态过程,该方法适用于灌木研究对象.以狭域特有种四合木(Tetraena mongolica)种群的空间分布格局分析为例,采用摄影定位法,用图像处理软件及地理信息系统软件将样地信息数字化后,利用扩展点格局分析方法分析了群落中四合木单种的空间分布格局及其与群落中霸王(Zygophyllum xanthoxylum)种群的关系,四合木种群在69～ 99 cm尺度上表现为均匀分布,四合木与霸王在350 ～570cm尺度上表现出显著的负关联关系.结果揭示了灌木种群的空间结构特征.     

红松老龄林主要树种的空间异质性特征与比较的定量研究

 空间异质性研究对认识不同尺度上的生态系统结构、功能和过程具有重要的理论意义。采用地统计学理论和方法,通过空间异质性特征和比较研究了我国东北红松老龄林中主要树种,即红松(Pinus koraiensis)、云杉(Picea koraiensis)、冷杉(Abies nephrolepis)、枫桦(Betula costata)和紫椴(Tilia amurensis)的空间异质性程度、空间异质性组成、尺度和格局问题。结果表明：红松老龄林中主要树种虽然生长在同一林分中,但是它们的空间异质性与格局具有明显的差异。红松的空间异质性程度最高,分数维较低,其空间异质性主要由空间自相关部分组成,在450m的尺度内,具有明显的空间格局。枫桦的空间异质性程度最低,分数维最大,空间异质性主要由随机部分组成,在大于100m的尺度上不存在明显的空间格局。云杉和冷杉由于生长的立地相似,因此具有相似的空间异质性特征和格局。紫椴是红松最重要的伴生树种,其空间异质性程度、空间异质性组成、尺度和格局等方面与红松接近。红松老龄林中主要树种空间异质性与格局在一定尺度上的差异,反映这些树种在生态系统中具有不同的生态学功能和过程。     

Spatial heterogeneity and carbon contribution of aboveground biomass of moso bamboo by using geostatistical theory

Moso bamboo extensively distributes in southeast and south Asia, and plays an important role in global carbon budget. However, its spatial distribution and heterogeneity are poorly understood. This research uses geostatistics theory to examine the spatial heterogeneity of aboveground biomass (AGB) of moso bamboo, and uses a point kriging interpolation method to estimate and map its spatial distribution. Results showed that (1) spatial heterogeneity and spatial pattern of moso bamboo’s AGB can be revealed by an exponential semivariance model. The analysis of the model structure indicating that the AGB spatial heterogeneity is mainly composed of spatial autocorrelation components, and spatial autocorrelation range is from 360 to 41,220 m; (2) kriging standard deviation map showing the level of the model errors indicates that the AGB spatial distribution by point kriging interpolation method is reliable; (3) the average AGB of moso bamboo in Anji County is 44.228 Mg hm⁻², and carbon density is 20.297 Mg C hm⁻². The total AGB of moso bamboo accounts for 16.97% of the total forest-stand biomass in Zhejiang province. The total carbon storage of moso bamboo in China is 68.3993 Tg C, accounting for 1.6286% of the total forest carbon storage. This implies the important contribution of moso bamboo in regional or national carbon budget.     

近自然毛竹林空间结构动态变化

2009年7月在浙江省天目山国家级自然保护区,建立了1块100 m×100 m的近自然毛竹林固定标准地,采用相邻网格法进行每竹调查,利用全站仪测量毛竹的三维坐标(X,Y,Z),结合2010—2012年的3次毛竹复查数据,利用角尺度、大小比数和年龄隔离度3个结构指数,分析毛竹林空间结构的动态特征。结果表明:天目山近自然毛竹林大小年现象明显,平均胸径逐年增加;空间分布格局特征表现为2009、2012年毛竹林呈随机分布,2010、2011年毛竹林呈聚集分布;各年份毛竹林角尺度均服从左偏近似正态分布,且各年份的角尺度无显著性差异(P0.05);各年份毛竹林的平均大小比数均接近0.5,林分处于中庸状态;各年份毛竹林大小比数分布频率出现均衡分布特征,林分较稳定,且各年份间的大小比数无显著性差异;各年份毛竹林的年龄多样性及年龄隔离程度均较高;年龄隔离度逐年增加,毛竹小年向大年过渡期毛竹林年龄隔离度有显著性差异(P0.05),大年向小年的过渡期则无显著性差异。     

毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

毛竹基因组大小测定

毛竹(Phyllostachys edulis)属禾本科(Poaceae)竹亚科(Bambusoideae)刚竹属(Phyllostachys), 是我国分布和栽培面积最大的经济竹种, 有着广泛的开发前景。本实验以水稻(Oryza sativa)为内标, 用流式细胞仪对水稻和竹子样品的PI发射荧光强度进行测定, 通过比较水稻与毛竹样品峰值的倍数关系, 计算出毛竹的基因组大小。对24组样品进行重复测试, 测得毛竹基因组大小为 2 075.025±13.08 Mb, 即2 C DNA含量为4.24 pg(以1 pg DNA = 0.978×109 bp计算)。毛竹基因组大小测定为毛竹基因组文库的建立及其基因组学研究奠定了重要基础。     

基于不同零模型的点格局分析

在种群空间格局研究中,定量分析格局及其形成过程已成为生态学家的主要目标。在量化分析的众多方法中,点格局分析是最常用的方法,而在选择零模型时,完全空间随机模型以外的复杂零模型很少使用,实际上,这些零模型可能有助于认识格局的内在特征。为此,我们在研究实例中,选择完全空间随机模型(complete spatial randomness)、泊松聚块模型(Poisson cluster process)和嵌套双聚块模型(nested double-cluster process)对典型草原处于不同恢复演替阶段的羊草(Leymus chinensis)种群空间格局进行了分析。结果发现:完全空间随机模型仅能检测种群在不同尺度下的格局类型;而通过泊松聚块模型和嵌套双聚块模型检验表明,在恢复演替的初期阶段,羊草种群在小尺度范围内偏离泊松聚块模型,而在整个取样范围内完全符合嵌套双聚块模型;随着恢复演替时间的推移,在恢复演替的后期,在整个取样尺度上,羊草种群与泊松聚块模型相吻合。这是很有意义的生态学现象。这一实例表明在应用点格局分析种群空间格局时,仅通过完全空间随机模型的检验来分析格局特征,或许很难论证复杂的生态过程,而选择一些完全空间随机模型以外的较复杂的零模型,可能发现一些有价值的生态学现象,对揭示格局掩盖下的内在机制有所裨益。     

南极半岛北部南极磷虾渔业空间点格局特征

南极磷虾作为南极生态系统中的关键物种,在空间分布上常表现出集群特征.这也反映到磷虾渔业生产的空间格局特征上.为了探讨捕捞能力有明显差异的船队在高/低单位捕捞努力量渔获量(CPUE)的情况下空间点分布格局特征及其生态学效应,基于南极半岛北部海域的两艘中国南极磷虾渔船(船A为专业南极磷虾渔船,船B为在智利竹筴鱼渔场与南极磷虾渔场转换的兼作渔船)的磷虾渔业数据,从空间点格局的角度出发,分别从两船的高、低CPUE的空间点格局在不同尺度上聚集特征,高、低CPUE在不同尺度上的二元点格局相关关系,以及CPUE点标记格局下的相关性关系等3个方面进行了分析.Ripley的L函数和标记相关函数分析结果表明: 研究对象在空间窗口所有尺度上的空间格局均表现为聚集性,高、低CPUE下均有聚集发生;在15 km尺度上,聚集强度近最大,在15~50 km尺度下,聚集程度稳定;总体上点格局分布的聚集强度依次为:船A高CPUE>船B低CPUE>船B高CPUE>船A低CPUE.船A高、低CPUE在0~75 km尺度上为正相关关系,在大于75 km尺度上为随机关系;船B在所有尺度上的高、低CPUE均为正相关,说明了低CPUE点事件伴随高CPUE的点事件同步发生,两者在大部分尺度下均显著相关.这是磷虾集群模式的动态性和复杂性造成.船A各点的CPUE值在0~44 km尺度上呈正相关,在44~80 km尺度上呈负相关;船B各点的CPUE值在50~70 km尺度上呈负相关,在其他尺度上无显著相关性;正相关反映了磷虾密集集群的种群分布特性,而负相关表明了磷虾群间由于食物和空间原因存在一定的竞争关系.捕捞能力强的船A和捕捞能力较弱的船B在点格局分布上存在较大差异.专业南极磷虾渔船更适于开展磷虾作业空间点格局分析及相关科学调查工作.