昆虫种群空间格局研究方法的最近进展

<正> 昆虫种群空间格局是由物种的行为内禀特征与栖境相互作用而形成的种群个体在空间的分布状况。它的研究无论在生态学理论,还是生产实践上都具有重要意义。空间格局的研究方法可归纳为3类:(1)频次分布拟合x~2检验法;(2)扩散型指数法;(3)回归模型分析法。随着对大量昆虫种群空间格局的实际研究,     

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。     

多学科融合、多尺度探索——植物区系地理研究的新趋势

<正>植物区系地理学(Floristic Geography)是以植物分类学为基础,从空间格局(地理分布)上来探讨地球上或一定区域内植物的构成及其地理格局形成和起源演化过程的学科。当今的植物区系地理学研究正从两大方面发展:宏观上从地质历史–生态环境–植物群落–植物区系及大尺度空间格局方面探讨区系地理格局的成因;微观上从生命之树–物种形成–分子机制(基因组进化)揭示区系地理成分的     

海南岛霸王岭热带低地雨林树木的空间格局

树木空间格局及其形成过程是物种共存及生物多样性维持机制研究的一个重要方面。该文以海南岛两个1 hm ²的典型热带低地雨林老龄林森林动态样地为基础, 通过4个点格局模型(均质Poisson过程、异质Poisson过程、均质Thomas过程和异质Thomas过程)模拟扩散限制和生境异质性作用对树木空间分布格局的影响, 并分析不同空间尺度下(< 2 m, 2-5 m, 5-10 m, 10-15 m, 15-20 m和20-25 m)不同作用的相对重要性。结果表明: 热带低地雨林的所有树木总体上呈现聚集分布的空间格局, 随着尺度的增大, 聚集强度逐渐减小。树种在模拟空间分布格局最优模型中的比例由高到低分别是: 均质Thomas过程, 均质Poisson过程、异质Thomas过程和异质Poisson过程。扩散限制作用是形成热带低地雨林树木空间分布格局最重要的生态过程, 其次是完全随机作用以及生境异质性和扩散限制的联合作用, 而生境异质性的作用最小。不同空间尺度上模拟各树种空间分布格局的最优模型比例差异显著, 扩散限制作用能够在多数空间尺度上模拟多个树种的空间分布格局, 其次为随机作用; 生境异质性和扩散限制的联合作用主要在小尺度(0-5 m)影响树种分布, 而生境异质性在较大尺度(15-25 m)上影响树种的空间分布格局。     

基于无人机航测的漯河市土地利用景观格局尺度效应

景观格局的尺度效应一直是景观生态学研究的核心内容,对于揭示景观空间格局变化规律及其生态过程具有重要意义。以漯河市中心城区为研究对象,基于景观生态学原理,采用无人机航测技术获取空间分辨率为0.09 m的无人机影像,结合GIS空间分析法,量化分析了漯河市土地利用景观格局的尺度效应。结果表明:(1)漯河市中心城区土地利用景观格局具有明显的粒度和幅度效应。(2)粒度越小,景观格局指数随空间粒度的变化趋势越稳定,其表达的生态过程越真实;景观水平上景观格局的粒度效应是由建筑、道路和绿地景观在景观优势度、破碎度和聚集度等方面的变化导致的;35 m和3 m分别为研究粒度效应的临界阈值和最佳粒度。(3)景观优势度、破碎度和蔓延度随空间幅度的增加而降低,景观复杂程度和聚集度随空间幅度的增加而增加;景观格局具有明显的空间梯度分布特征——从市中心往外由不透水地面向透水地面过渡;建筑和道路在城市中心区聚集度较高,而绿地景观在城市内部破碎度较高,进而主导了整体景观格局的梯度变化;景观组分的稳定与城市规模有关。(4)无人机航测技术可以更快速、准确地获取城市尺度上的景观生态信息,揭示景观格局对尺度效应的响应特征,可为景观格局优化和城乡景观规划提供科学依据。     

基于无人机的昆明海口林场宽地坝林区植物群落建群种格局研究

建群种是植物群落优势层中的主要物种,对群落环境有显著控制作用。空间格局是植物种群的基本特征之一,探讨建群种的空间格局是理解生物与生境之间关系和认识群落生态过程的有效途径。空间格局特征包括种群空间关联性及其空间分布型。利用无人机技术,获取昆明海口林场半湿润常绿阔叶林和落叶栎类林的多光谱遥感影像,采用ArcGIS Pro软件进行遥感影像分类并提取滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)、光叶石栎(Lithocarpus mairei)、滇石栎(L.dealbatus)、栓皮栎(Quercus variabilis)、槲栎(Q.aliena)植株树冠中心点空间坐标。在Programita Febrero 2014软件中进点格局分析。结果表明:各物种10m以下呈均匀分布或随机,随尺度增加,渐渐表现为聚集分布。光叶石栎种群和滇石栎种群空间关联性表现为负相关。     

珍稀濒危植物长蕊木兰种群的年龄结构与空间分布

珍稀濒危植物长蕊木兰为国家Ⅰ级保护植物。然而,由于受研究尺度和分析方法的限制,对其种群生态特征等方面仍不清楚。以云南高黎贡山原生的中山湿性常绿阔叶林4 hm2样地调查数据为基础,应用Ripley的L函数分析了长蕊木兰种群的年龄结构与空间分布格局。研究发现:(1)长蕊木兰种群的年龄结构为反"J"型,属稳定型种群。(2)长蕊木兰种群个体的空间分布格局与空间尺度关系密切,空间尺度小于75 m时为聚集分布,大于75 m时为随机分布。生境异质性在长蕊木兰种群空间分布格局的形成中可能发挥了重要的作用。(3)不同发育阶段个体的空间分布格局存在明显的差异,中树和小树阶段的分布格局在中、小尺度上呈聚集分布,在较大尺度上呈随机分布;大树阶段在整个空间尺度上均呈现随机分布。(4)长蕊木兰不同发育阶段的空间关联性主要表现为中、小尺度上的负相关,在较大尺度上则趋向于无关联。     

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。     

特有植物多样性分布格局测度方法的新进展

特有植物是生物多样性保护的重要对象,对其分布格局的研究可以为生物多样性优先保护区的确定提供重要参考.研究人员利用多种测度和分析方法,在不同地理区域对特有现象的分布格局开展了大量研究.随着分子系统学方法的不断完善及一些空间统计分析方法的引入,新的生物多样性测度方法应运而生.本文介绍了生物多样性测度方法的类型及其特点、应用现状与前景.这些测度方法的发展经历了从单一的时间或空间格局到时空格局统一的过程,具体涉及物种丰富度、谱系多样性、进化特异性以及这3种测度方法整合空间分布加权的算法.其中,谱系多样性指数(phylogenetic diversity)、谱系特有性指数(phylogenetic endemism)以及空间加权的进化特异性指数(biogeographically weighted evolutionary distinctiveness)尤其值得关注.中国特有植物分布格局的研究需要在以下4个方面进一步开展工作:(1)完善特有物种的分布格局研究;(2)加强物种的测序工作,完善谱系多样性格局的分析;(3)结合系统发育信息,揭示谱系多样性及进化历史的分布格局,进而深入开展物种p多样性和谱系p多样性的研究;(4)加强物种分布区变化的模拟,在时间维度上探讨特有现象的变化格局,为生物多样性保护提供更完善的理论支持.     

小兴安岭阔叶红松林地表甲虫Metacommunity格局

Metacommunity理论框架为理解生物群落的时空格局及其构建机制提供了一个强有力的方法。然而,少有研究揭示土壤动物metacommunity的格局及其构建机制,小尺度空间的研究更是少见。于2015年分别在凉水和丰林小兴安岭典型阔叶红松林长期动态监测样地内,通过空间直观定位调查监测的方法获得地表甲虫群落,揭示小尺度空间(300 m)地表甲虫metacommunity的格局,并进一步分析地形、土壤因子与这种metacommunity格局的相关性。结果表明:镶嵌型(nestedness)和随机型(random)是小尺度空间地表甲虫metacommunity的常见格局。地表甲虫的metacommunity格局具有类群依赖性,步行虫科和葬甲科多形成镶嵌型格局,而隐翅虫科则仅形成随机型格局。地表甲虫metacommunity格局具有季节波动性,在相对温暖的季节易形成显著的镶嵌型格局,而在相对寒冷的季节多为随机型格局。凉水和丰林地表甲虫的metacommunity格局没有明显差异。地形和土壤因子对地表甲虫metacommunity格局有重要的影响,该影响过程相对复杂,依类群和时间而异。本实验表明镶嵌型和随机型是小尺度空间小兴安岭典型阔叶红松林地表甲虫的常见格局,地形、土壤因子对这些格局的形成有重要的影响。     

GIS在野生动物空间分布格局研究中的应用

地理信息系统(GIS)在绘制动物分布图、确定物种丰富度、预测动物的空间分布格局、建立物种分布数据库等方面都有极大的应用价值。本文介绍了GIS技术在野生动物空间分布格局研究中的应用,并探讨了今后GIS技术在野生动物生态学领域的应用前景。     

点格局研究过程中K-函数的累积效应

植物种群空间格局是生态学研究的基本问题之一, 点格局分析已成为植物种群空间格局研究的重要方法之一, 其中, Ripley's K函数是点格局常用分析方法。然而, 由于Ripley's K函数具有累积效应, 这种累积效应可能会导致特定的格局特征。为了探讨Ripley's K函数的累积效应如何影响种群格局研究结果, 以大针茅种群数据为基础, 通过R软件模拟聚集分布、随机分布和均匀分布3种格局类型, 对比使用具有累积效应的Ripley's K函数和不具有累积效应的成对相关函数进行分析。结果表明: 对于聚集分布和均匀分布, Ripley's K函数的累积效应表现在2个方面: 一方面增加了聚集分布(或均匀分布)的尺度, 另一方面能够检测到聚块或负相互作用范围在取样空间的分布差异而表现出不同的格局特征。而对于随机分布, Ripley's K函数没有累积效应。因此, 在种群格局研究过程中, 通过重复取样且Ripley's K 函数与成对相关函数相结合的方法探讨种群格局, 更能揭示空间格局的本质特征。     

基于GeoDA的甘肃白龙江流域景观破碎化空间关联性

景观破碎化是景观生态学研究热点,其空间分布研究可为景观格局优化提供科学依据。本文综合运用景观格局指数、网格分析和空间自相关等,基于Arc GIS和GeoDA平台分析了2014年甘肃白龙江流域景观破碎化的空间关联性。结果表明:(1)2014年甘肃白龙江流域不同网格大小下景观格局指数边缘密度(ED)、蔓延度(CONTAG)、Shannon多样性(SHDI)的Moran I分别介于0.478~0.501、0.276~0.374、0.406~0.436,在空间上均呈较强的正相关关系,说明流域景观破碎化空间上呈现集聚现象,存在高高聚集区和低低聚集区。(2)以10 km×10 km为特征尺度研究流域景观破碎化的空间集聚效应,发现流域景观破碎化程度较高区域主要集中在武都中部,较低区域主要在文县南部。(3)以10 km×10 km为特征尺度,流域人类活动强度与景观格局指数ED和SHDI的Moran I分别为0.170和0.180,在空间上均呈正相关关系;而与景观格局指数CONTAG的Moran I为-0.095,呈空间负相关,表明流域人类活动强度对景观破碎化的空间分布特征起到一定作用。研究表明,GeoDA可应用于景观生态空间分析。     

2000—2010 年北京城市绿色空间格局动态分析

清楚认知城市绿色空间格局及其变化特征是优化城市建设空间与生态红线划定的重要前提。以 2000、 2005和 2010 年 SPOT 影像和园林绿地普查数据为基础, 综合利用 GIS 技术与景观生态学方法, 定量分析了北京市六环内绿色空间格局动态变化特征。结果发现 2000—2010 年北京城市绿色空间面积减少 207 km2, 主要是大面积农田和水域被改变为城市建设用地; 5—6 环之间绿色空间被侵占现象明显, 而 4 环内绿色空间变化相对稳定; 绿色空间斑块数量(NP)和形状指数(SHAPE)均持续增大, 空间邻近度指数(MNN)、聚集度指数(AI)和结合度指数(COHESION)相对减小, 城市绿色空间破碎化趋势明显。该研究表明, 2000—2010 年城市化过程中北京城区绿色空间面积、组成及格局发生明显变化, 城市绿色空间建设不应停留在简单的“点线面”几何学或美学的考量,而需要重点关注增加立体绿量和优化空间格局以充分发挥生态服务功能。     

新疆阜康地区家麻雀巢址的空间分布格局及其影响因素

2013年和2014年5—7月,在新疆阜康地区,对家麻雀(Passer domesticus)巢址的空间分布格局和种群繁殖密度进行了调查,对影响其巢址空间分布的生态因子进行了分析。结果表明:家麻雀在研究区内为优势鸟种,平均种群繁殖密度为299.8±163.6只·km~(-2);其中,在白杨(Populus tomentosa)防护林中的种群繁殖密度最高,达491.9±87.8只·km~(-2);家麻雀在研究地区巢址的空间分布距离指数I=4.77,为集聚分布格局;农田、防护林带以及荒漠伯劳(Lanius isabellinus)的巢址分布对家麻雀巢址的空间分布格局和巢址利用具有重要影响;影响家麻雀巢址分布格局的主要生态因子是食物资源利用和种间巢址竞争。     

高寒退化草地甘肃棘豆小尺度点格局

植物种群的空间格局是植物与环境协同适应的结果,体现了植物种群的生活史对策。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡选择未退化(Ⅰ)、轻度退化(Ⅱ)、中度退化(Ⅲ)和重度退化(Ⅳ)4种高寒草地,研究了甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis)种群小尺度格局的空间异质性。结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,甘肃棘豆种群高度、盖度、地上生物量和密度增大,小株丛(一级)比例逐渐减小,大株丛(二、三级)比例逐渐增大;甘肃棘豆的分布格局表现出与尺度关联的变化趋势,在未退化(梯度Ⅰ)和轻度退化(梯度Ⅱ)草地,甘肃棘豆种群在较小尺度上表现为聚集分布,较大尺度上表现为随机分布;在中度(梯度Ⅲ)和重度(梯度Ⅳ)退化草地,种群空间分布格局则表现出相异的格局特征。随着草地退化程度加剧,甘肃棘豆种群的聚集分布格局由小尺度转向较大尺度,体现了植物种群的扩散和更新策略。     

宁夏沙湖4种干旱区群落中主要植物种间关系的格局分析

格局分析是研究群落结构、种群特征、种内种间关系以及生物与环境间相互作用的重要手段。应用Ripley’s K函数的双变量点格局分析技术, 对宁夏沙湖4种干旱区群落中主要植物种间的空间关联关系进行了研究; 同时, 根据关联物种间相对位置的规则性, 基于Ripley’s K函数, 提出一种用于检测种间格局控制关系的技术方法。研究结果表明: 1) 沙枣(Elaeagnus angustifolia)-芨芨草(Achnatherum splendens)、芨芨草-苦豆子(Sophora alopecuroides)、白刺(Nitraria tangutorum)-芨芨草3个群落中, 主要物种间在个体大小、根系特点和生态习性等方面存在较大的差异, 并分别在一定的尺度范围内存在正关联关系; 而在物种生态需求和形态大小等方面相对一致的红砂(Reaumuria soongorica)-盐爪爪(Kalidium foliatum)群落中, 红砂和盐爪爪之间在整个观测尺度内(0~15 m)存在负关联关系。2) 格局控制分析表明, 在主要物种间存在空间正关联关系的3个群落中, 均检测出主要物种间在一定尺度范围内存在格局控制关系, 其中格局控制种一般个体较大、生境改造能力较强; 而在主要物种生活型相似的红砂-盐爪爪群落中, 未检测到主要物种间的格局控制关系。     

兴安落叶松种群格局的分形特征:计盒维数

分形维数是分形体填充空间程度的度量,种群格局计盒维数能够揭示出种群格局的空间占据程度及其尺度变化规律,拐点尺度指示出个体聚集尺度。本文应用计盒维数对大兴安岭主要森林类型中兴安落叶松种群空间格局进行的研究表明,兴安落叶松种群格局均具有统计自相似性。各类兴安落叶松林中兴安落叶松种群格局具有较高的计盒维数(> 1.5,接近2),对空间占据程度较高,建群和优势地位明显,空间占据程度的强弱次序为越桔-兴安落叶松(1.829) > 草类-兴安落叶松林(1.720) > 杜鹃-兴安落叶松(1.705)杜香-兴安落叶松林(1.513)。兴安落叶松-白桦林中,兴安落叶松处于劣势伴生地位,种群格局的计盒维数较低(1.371,远离2),空间占据程度低。通过对天然森林类型中兴安落叶松种群格局的计盒维数与兴安落叶松人工林的比较发现,兴安落叶松种群空间占据程度由高至低的次序为兴安落叶松人工林(1.868) > 兴安落叶松天然林(1.692) > 兴安落叶松-白桦林(1.371),揭示出兴安落叶松种群在不同森林类型中地位和作用的差异。     

塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗分布格局初探

采用最近邻体法,将Clark-Evans指数作为度量胡杨幼苗分布格局的指标,并用标准正态分布检验实际CE指数值偏离1的显著性,分析塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗的分布格局。结果表明:(1)在3m×3m的样方尺度上,河水漫溢后0～1年和1～2年的胡杨幼苗呈聚集分布,漫溢后2～3年的胡杨幼苗呈均匀分布,漫溢后4～5年和5～7年的胡杨幼苗呈随机分布。(2)在3m×3m的样方尺度上,随着胡杨幼苗年龄的增长,胡杨幼苗的空间分布格局由聚集分布转变为均匀分布,最终呈现为随机分布的格局。(3)在2m×2m至10m×10m的样方尺度上,漫溢后5～7年的胡杨幼苗空间分布格局均表现为随机分布。(4)标准正态分布检验结果显示,各个尺度上胡杨幼苗的CE值与理论值1之间的偏离均不显著,说明随着尺度的增大,胡杨幼苗的空间分布格局并没有发生显著变化,始终呈现出随机分布的格局。     

湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层(0～5和5～10 cm)土壤水分的空间结构及其分布特征.结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局.湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33.15 m和15.75 m,其中0～5 cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8.22m;在平均含水量较低时(干旱条件)其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计.实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量(降水)和地形等因素的影响.