五台山林线过渡带华北落叶松格局过程和尺度分析

林线过渡带作为气候变化的预警区,有很重要的研究意义,林线过渡带中人工林的生存与发展对自然保护区景观生态系统影响显著。选取五台山林线内占绝对分布优势的华北落叶松为研究对象。设置50m×50m样地,随机选取5个10m×10m样方进行群落物种信息收集,对乔木的胸径和位置信息进行调查,利用点格局方法和CSR(完全空间随机模型)、HP(空间异质性过程模型)、RL(随机标签模型)对华北落叶松的活立木和枯立木的格局过程进行0—25m尺度上的分析,结果发现:活的华北落叶松平均胸径在11.54cm,死的华北落叶松平均胸径是8.27cm,这个对于30年以上华北落叶松来说胸径值偏小,其生长慢的特点是和林线这个生境特点相适应的。华北落叶松枯立木的聚块很大,在0—15m上都是聚集分布;活立木聚块小出现在0—3m、和21m上。空间异质性过程模型模拟的格局与活立木实际格局差异检验不显著,说明空间异质性可以很好解释活立木格局的成因。随机标签模型模拟结果表明现有活立木和枯立木只在21m附近出现负相关,主要是负密度制约效应是导致的华北落叶松死亡的主要原因,而且对幼苗到幼树的影响最大。同时推测灌木和华北落叶松幼苗和幼树的种间相关作用与其死亡也有一定关系。     

基于不同零模型的三江平原沼泽湿地主要物种小尺度点格局分析

在三江平原沼泽湿地,基于不同零模型的点格局方法,研究了常年积水环境条件下沼泽湿地主要优势种毛苔草、漂筏苔草、狭叶甜茅以及小叶章种群的空间分布格局特征。结果表明:在0—200cm尺度范围内4种物种基本都偏离完全随机模型,表现为聚集分布,但偏离的程度不同;除了数量最少的小叶章种群外,其他3种物种都在一定尺度上偏离了泊松聚块模型;毛苔草和狭叶甜茅种群在极小尺度上偏离嵌套双聚块模型,但不显著,而漂筏苔草种群在所有尺度上符合嵌套双聚块模型。种群的实测值偏离完全随机模型的程度越大,越有可能符合符合泊松聚块模型,偏离泊松聚块模型的程度越大,越有可能符合嵌套双聚块模型。4种物种在0—200cm尺度范围内形成的聚块是由营养繁殖引起的,多个分株系统组成大聚块,而每个分株系统形成一个小聚块,聚块的形成加剧了种内竞争,使得种群的聚集强度降低。     

不同恢复演替阶段糙隐子草种群的点格局分析

采用摄影定位法测定了羊草+大针茅草原不同恢复演替群落中糙隐子草种群的空间格局,并应用完全空间随机模型、泊松聚块模型和嵌套双聚块模型对其格局进行分析.结果表明:在严重退化的群落中,糙隐子草种群格局表现为嵌套双聚块结构,即在大聚块中分布着较高密度的小聚块;在恢复5年、8年和21年的群落中,则为以母体为中心的泊松聚块结构,即在糙隐子草种群空间格局的聚块中不存在较高密度的小聚块.这说明在严重退化的群落中正相互作用居主导,而在恢复演替群落中负相互作用居主导.糙隐子草种群在恢复演替过程中的格局变化主要是由于伴随放牧胁迫的消失,种群正相互作用(易化)向负相互作用(竞争)转化所致.     

秦岭皇冠优势灌木苦糖果的空间分布格局及种内种间关联

以秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林25 hm²森林样地中的优势灌木苦糖果为对象,研究了苦糖果不同径级个体的空间分布格局以及种内种间关系。结果表明: 苦糖果径级结构呈现出下宽上窄的金字塔型,小径级植株数量最多,更新状态较好,处于稳定增长阶段,有利于群落更新和演替。以Ripley's K函数为基础,采用单变量和双变量成对相关函数,在3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型和先决条件模型)的处理下,树种整体和不同径级以聚集分布为主,且聚集程度随研究尺度的加大而逐渐减小,逐渐趋向随机分布。受到生境异质性、扩散限制、负密度制约等影响,种内不同径级个体之间以正关联为主,但也有一定程度的无关联,未出现负关联的情况。种间关系较为复杂,既有无关联,也有正关联和负关联,但以负关联和无关联为主。     

羊草+大针茅草原退化群落优势种群空间点格局分析

草原退化的特征主要表现为群落生产力的大幅下降和植物个体的小型化, 同时, 退化的草原生态系统与一定强度的放牧压力保持平衡而相对稳定。该文应用摄影定位法测定了羊草+大针茅草原退化群落中4个优势种群羊草(Leymus chinensis)、米氏冰草(Agropyron michnoi)、大针茅(Stipa grandis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间格局。点格局分析结果表明: 在空间分布格局上, 4个优势种群均偏离完全随机模型和泊松聚块模型, 而符合嵌套双聚块模型, 也就是说, 其空间格局表现为聚集分布, 且在大聚块中分布着较高密度的小聚块。严重退化的草原群落中优势种群的嵌套双聚块空间分布格局当属一种集体行为, 是种群适应过度放牧压力的一种表现形式, 为过度放牧导致的退化草原群落的主要特征之一。这种生态学现象同植物个体小型化一样, 是种群易化(正相互作用)的结果。在过度放牧的胁迫下, 种群通过改变个体性状及个体在空间的分布状况实现自我帮助, 以抵御外界的放牧压力达到自我保护, 从而维持退化草原生态系统与放牧压力间的相对平衡。     

西双版纳热带雨林林窗空间分布格局及其特征数与林窗下植物多样性的相关性

林窗作为森林群落中一种重要的干扰方式, 对林下物种构成有着重要的影响。开展林窗空间格局及其特征指数与林下植物多样性关系研究对于探讨林窗对林下生物多样性的影响有重要意义, 有助于进一步了解群落动态, 在物种多样性保护方面也具有指导作用。本研究在西双版纳热带雨林地区随机选取3块大小为1 ha的热带雨林为研究样地, 采用轻小型六旋翼无人机搭载Sony ILCE-A7r可见光传感器, 分别获取各个样地的高清数字影像, 结合数字表面高程模型以及各个样地的地形数据用以确定各样区的林窗分布格局, 并进一步提取出各林窗的景观格局指数。结合地面样方基础调查数据, 对各样地各林窗下植物多样性情况进行统计, 旨在分析热带雨林林窗空间分布格局以及林窗下植物多样性对各林窗空间格局特征的响应情况。研究表明, 西双版纳州热带雨林林窗呈大而分散的空间分布, 林窗空间格局特征指数如林窗形状复杂性指数、林窗面积都与林下植物多样性呈显著正相关关系。在面积小的林窗下, 较之林窗形状复杂性因子, 林窗面积大小对林下植物多样性影响更显著; 在面积达到一定程度后, 相对于面积因子, 林窗形状复杂性指数对林下植物多样性影响更显著, 各样地林窗皆趋于向各自所处样地顶极群落发展。     

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。     

鹞落坪国家级自然保护区吊罐井物种分布格局与种间关联的多尺度分析

为了探讨群落结构形成机制,采用点格局分析方法,对鹞落坪国家级自然保护区吊罐井核心区1hm2样地内36个优势物种在0~50m尺度上的空间分布格局和种间关联性进行了研究。结果显示,36个物种的空间分布格局在小尺度上主要呈聚集分布,在较大尺度上呈随机分布的物种比例最高;对36个物种种间关联性的分析发现,无关联类型是该样地物种间相互作用的主要表现形式,并且在10m尺度上无关联种对的比例最低,正相关和负相关的种对在所有尺度上的比例均未超过20%。群落结构的次生性、生境异质性和扩散限制性是导致该样地物种分布和种间关系格局的主要原因。本研究结果有助于了解物种共存的尺度依赖性特征及其形成机制。     

淫羊藿分株种群特征及其与箭叶淫羊藿空间分布的点格局分析

对四川省南充市金城山3个不同海拔梯度(560m、653m、774m)上的淫羊藿分株种群特征以及用聚块性指标(m*/m)、聚集指数、Cassie指标、扩散系数和点格局分析法,分别对淫羊藿基株种群与海拔771m处箭叶淫羊藿基株种群的空间分布格局进行了研究。结果显示:在低海拔梯度560m处淫羊藿分株种群密度达到最大,随着海拔的升高,淫羊藿分株种群密度显著减小。不同海拔高度下,淫羊藿分钻种群根冠比在774m处最高。3种海拔梯度上,淫羊藿基株种群空间分布格局为集群分布;箭叶淫羊藿基株种群在尺度(t)0~0.01之间呈随机分布,在0.01~0.5之间呈集群分布。最后,结合保护淫羊藿和箭叶淫羊藿的药用资源以及点格局分析方法在研究草本植物种群空间分布格局中的优越性展开了讨论。     

天山北麓中段拟南芥（Arabidopsis thaliana）与相邻物种的分布格局及相互关系

天山山脉是世界拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其近缘种的分布中心之一,资源优势明显.在北天山中段浅山地带选择拟南芥分布的典型样地50m×50m,分析了样地物种的结构、组成和土壤理化性质,用Ripley's K(d)函数分析了拟南芥与相邻物种的空间特征和相互关系.发现样地由7科23个物种组成,以新疆绢蒿(Seriphidium kaschgaricum)为建群种,短命植物物种占近70%.拟南芥仅分布于北坡,在3m内聚集强度高于所有分析物种,在5m范围内与新疆绢蒿中株呈显著正关联,与十字花科的涩芥(Malcolmia africana)、藜科的散枝猪毛菜(Salsola brachiata)、木碱蓬(Suaeda dendroides)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)呈一定尺度显著负关联.分析认为拟南芥空间分布依赖于新疆绢蒿大株、中株生长塑造的遮阴、保湿和丰富土壤有机质,生态位与藜科物种差异极大,生境特异性高于同属近缘种小鼠耳芥(Arabidopsis pumila),以及涩芥(M. africana)、庭芥(Alyssum desertorum)、四齿芥(Tetracme quadricornis)、丝叶芥(Leptaleum filifolium)、狭果鹤虱(Lappula semiglabra)等短命植物.在干旱胁迫下,拟南芥环境选择强度大于种内作用,密度依赖的种子扩散表现不明显.扩散对策是通过大量生产种子,依靠果实不易开裂控制种子短距离扩散,充分利用原适宜生境来维持种群繁衍.     

甘肃臭草型退化草地优势种群空间格局及其关联性

空间格局和空间关联性是研究种群扩散和群落演替的重要方法。在石羊河上游高寒退化草地,运用点格局分析法,对不同演替阶段甘肃臭草和阿尔泰针茅的格局及关联性进行了研究。结果表明:甘肃臭草在没有形成斑块(CK)和斑块形成阶段(A),所有尺度上为聚集分布,在斑块扩散(B)、稳定(C)和衰退阶段(D)分别在0-90 cm、0-70 cm和0-40 cm上为聚集分布,90-100 cm、70-150 cm和40-150 cm为随机分布;阿尔泰针茅在CK阶段所有尺度上为随机分布,在A、B、C阶段分别在0-47 cm、0-75 cm、0-130 cm上为聚集分布,在47-50 cm、75-100 cm和130-150 cm上为随机分布,D阶段在所有尺度上为聚集分布;从CK-D阶段,甘肃臭草和阿尔泰针茅之间的关联性由显著负关联向关联性不显著转变,负关联显著程度先增强,后减弱;甘肃臭草种群从CK到D样地,种群领地密度先增大后减小,阿尔泰针茅种群领地密度逐渐减小。优势种替代过程中,种内竞争和种间竞争的相互转化影响格局的分布类型,竞争的不对称性影响关联性程度的强弱。     

基于零模型的宁夏荒漠草原优势种群点格局分析

植物种群空间分布格局是多种生态过程综合作用的结果。明确植物优势种群个体的空间分布格局与形成机制有助于认识种群生态适应对策与群落多样性维持机制。以宁夏荒漠草原优势种群蒙古冰草、短花针茅、牛枝子和牛心朴子为研究对象,采用完全空间随机零模型分析其种群空间分布格局特征,并通过异质泊松零模型与泊松聚块零模型探讨生境异质性、扩散限制等因子在其空间分布格局形成过程中的作用。结果显示:(1)完全空间随机零模型下,4个物种在<4 m尺度范围内表现为聚集分布,随尺度增大,逐渐过渡到随机分布和均匀分布。(2)在排除生境异质性的异质泊松零模型下,蒙古冰草种群在整个研究尺度上表现为随机分布;牛枝子、短花针茅和牛心朴子种群仅分别在0—0.2、0.1—0.4 m与0—0.2 m尺度范围内发生偏离,表现为均匀分布与聚集分布,其他尺度均为随机分布。(3)在排除扩散限制的泊松聚块零模型下,所研究种群均表现为随机分布。综上,荒漠草原优势种群在小尺度范围内主要表现为聚集分布;生境异质性与扩散限制均是驱动其空间分布格局形成的重要因子,相对而言,小尺度空间范围内扩散限制的作用更为显著。     

庞泉沟自然保护区寒温性针叶林演替优势种格局动态分析

以华北落叶松和青杆为主的寒温性针叶林是庞泉沟自然保护区的重要林型,也是主要保护对象之一。通过空间代时间构建庞泉沟自然保护区寒温性针叶林演替的时间序列,序列1是华北落叶松单优群落稳定发展的过程,序列2是从华北落叶松单优群落演替至华北落叶松-青杆共优群落再到青杆单优群落的过程,采用点格局分析法和与Monte-Carlo拟合检验对演替过程中华北落叶松和青杆的分布格局及其相互关系进行了研究。结果表明:(1)序列1在华北落叶松单优群落稳定发展过程中,华北落叶松的分布格局由集群分布趋向于随机分布,甚至在0—2.5 m上表现为均匀分布,驱动力是种内竞争引起的自疏现象。序列2从华北落叶松单优群落演替至青杆单优群落过程中,华北落叶松的分布格局同样是由集群分布趋向于随机分布,驱动力主要来自于由于青杄侵入扩散而形成的种间竞争;青杄集群的尺度逐步增大,驱动力主要是种群拓殖和种内竞争。(2)二者种间关系,在华北落叶松单优群落阶段无明显相关,共优阶段由于竞争在0—6.5 m尺度上呈显著正相关,在青杄单优群落,青杄竞争获胜,在0—2.5 m尺度上无明显相关,二者种间关系的变化主要来自于群落剩余资源驱动下的种内种间竞争。     

Two-dimensional pattern analysis on dominant species and community in subalpine meadow of Luya Mountain, Shanxi Province, China

The spatial pattern analysis of population and community is important to understand community structure and has become one key topic in modern plant ecology. There are many techniques for analyzing one-dimensional pattern in ecological literature. Two-dimensional pattern analysis is better than one-dimensional analysis in the study on community spatial characteristics and structure. However, it is hard to analyze these two-dimensional patterns due to poor effective methodology. The two-dimensional sampling using two transects that meet at right angles was applied to get quadrat data in this work. And then the data from the two transects were analyzed separately by one-dimensional pattern analysis method, two-term local quadrat variance. The length, width, and area of patches at different scales of pattern for populations were obtained from the analysis. For community pattern, detrended correspondence analysis (DCA) was employed to summarize the species information firstly, and then the first DCA axis scores were analyzed to check its pattern. The application of this method to the pattern analysis on dominant populations and community for subalpine meadow (Comm. Polygonum viviparum + Carex rigescens + Kobresia bellardii) in the Luya mountains showed that it could release the characteristics of spatial pattern clearly and was a very effective technique. The method is easy to use and saves time with obvious advantages, compared with the two-dimensional pattern analysis methods presented in the literatures. In the study meadow, the patterns of the main dominant species, Polygonum viviparum, Carex rigescens, and Kobresia bellardii, were apparent and comparatively regular in shape with large areas of patches at the same scale compared with other species such as Festuca sp. and Thalictrum petaloideum. There were two or three scales of patterns for each plant population studied. This was related to population features, the interaction with environmental factors, and their dominant position in the community. The two scales of patterns for the meadow community were clear. The pattern of community was closely correlated with that of the main dominant species. The patches of dominant species were inter-distributed and overlapped, and formed the community pattern together. This is beneficial for utilization of resources, and keeping the community stable. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(6): 1264–1268 [译自: 生态学报]