黑河上游天然草地蝗虫密度与地形关系的GAM分析

地形差异性导致的环境异质性是小尺度范围内生物空间格局形成与维持的重要机制之一,也是导致物种密度分布差异的前提条件.借助GIS和S-Plus软件,利用广义可加模型(GAM)于2009年7-8月对影响蝗虫分布的地形因子进行了研究,在定量分析黑河上游祁连山区北坡地形特征的基础上,研究了该区域蝗虫密度与地形之间的关系.结果表明:蝗虫密度受地形因子影响的顺序为坡向＞海拔＞坡度＞坡位＞平面曲率＞剖面曲率;蝗虫密度在坡位、平面曲率以及剖面曲率各个梯度上的分布比较均衡,在坡向和坡度梯度上呈二次抛物线分布,在海拔梯度上呈“S”曲线分布;从分布区域上来看,蝗虫主要分布在海拔2550～2650 m区域,坡向上则主要集中在西北坡和西坡,与实际观测情况一致.蝗虫密度与地形因子之间的相互关系及其分布状态反映了地形特征对水热等条件的影响,使蝗虫分布格局呈现多元化和以及破碎化状态.     

黑河上游天然草地蝗虫物种丰富度与地形关系的GAM分析

地形差异性导致的环境异质性为小尺度范围内生物空间格局的形成与维持提供了一种重要机制, 是形成物种丰富度差异性的前提条件。借助GIS和S-PLUS软件, 利用广义可加模型(GAM)于7-8月对影响蝗虫分布的地形因子进行了研究, 在定量分析黑河上游祁连山区北坡地形的海拔分异特征的基础上研究了该区域蝗虫的丰富度与地形复杂度的关系。结果表明： 在36个样方中共采集蝗虫3 149头, 隶属于3科10属13种; 蝗虫丰富度受地形因子影响的顺序为海拔＞坡向＞坡度＞剖面曲率＞平面曲率＞坡位; 蝗虫的分布在平面曲率和剖面曲率各个梯度上的分布比较均衡, 在海拔、 坡向以及坡位的每个梯度上呈二次抛物线分布, 坡度上呈递减趋势; 从分布的区域上来看, 蝗虫在整个区域都有较高的丰富度, 但主要分布在海拔2 600~2 700 m区域, 坡向上则主要集中在西北坡和西坡, 与实际观测情况相一致。蝗虫丰富度与地形因子之间的相互关系以及分布状态, 反映了地形因子对水热条件的重分配使蝗虫分布格局出现多元化以及破碎化。     

祁连山北坡天然草地不同尺度地上生物量空间格局对地形的响应

草地群落地上生物量的空间格局反映了地形差异导致的群落资源配置空间异质性。采用草地群落调查与广义相加模型(GAM)相结合的方法,分析了祁连山北坡典型草原山体尺度和坡面尺度上群落地上生物量格局的响应特征。结果表明:山体尺度上,群落地上生物量受地形因子影响的顺序为海拔坡向变率≈坡度变率≈坡度;利用坡向作为划分条件将山体尺度缩小为坡面尺度后,东、西两个坡面群落地上生物量受坡向变率的影响最大,南、北坡则分别受海拔和坡度变率的影响最大,其中草地群落地上生物量在东坡随坡向变率的增大先减少后增加,西坡随坡向变率的增大先增加后减少,南坡随海拔的上升而增加,北坡随坡度变率的增大先不变后减少;草地群落地上生物量空间格局在山体尺度和坡面尺度上具有明显的尺度依赖特征。     

黑河上游天然草地亚洲小车蝗多度与地形的关系

在小尺度范围内,地形差异导致的环境异质性是物种格局形成和演变的环境基础.在2009年7-8月野外调查的基础上,借助GIS和S-PLUS软件,利用广义相加模型(GAM)定量分析了黑河上游祁连山北坡天然草地亚洲小车蝗多度与海拔、坡向、坡度和剖面曲率等地形因子之间的关系.结果表明:亚洲小车蝗具有较好的模型结构和模拟效果,能够较好地反映亚洲小车蝗的多度分布状况;各地形因子对亚洲小车蝗多度分布的影响不尽相同,其中海拔和剖面曲率起主导控制作用;在海拔梯度上,亚洲小车蝗多度随海拔的升高大体呈现倒“V”型变化趋势,在2380 ～ 2560 m,多度与海拔呈正相关,海拔升至2560 m以上时多度开始降低,与海拔呈负相关;亚洲小车蝗多度主要集中分布在剖面曲率＜0的区域,在剖面曲率＜-1.6的区域,多度与剖面曲率呈正相关,在剖面曲率＞-1.6的区域,二者呈负相关.亚洲小车蝗多度与地形因子之间的相互关系及分布状态,反映了地形因子对水热条件的重分配,使亚洲小车蝗空间分布格局出现异质化.     

黑河上游天然草地亚洲小车蝗蝗蝻与成虫多度分布与地形关系的GAM分析

环境异质性是生物空间格局形成与维持的重要条件, 蝗虫的空间分布是物种长期适应自然环境的结果, 反映了蝗虫与生存环境的协同进化机制。在2009年7-8月野外调查的基础上, 借助GIS和S-PLUS 8.0软件, 利用广义相加模型（GAM）研究了祁连山北坡黑河上游亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus蝗蝻与成虫多度分布与海拔、 坡向、 坡度和剖面曲率等6类地形因子之间的关系。结果表明： 亚洲小车蝗蝗蝻与成虫的多度分布与地形因子关系的GAM模型具有不同的模型结构、 模拟效果以及结果的稳定性, 能够较好地体现二者所受地形因子影响的差异。各地形因子对亚洲小车蝗蝗蝻与成虫多度的影响不尽相同, 海拔对二者的多度分布起主导控制作用, 蝗蝻与成虫的多度均随海拔的升高大体呈现倒“V”型变化趋势, 但蝗蝻在海拔梯度上的分布上限明显大于成虫。成虫主要集中分布在剖面曲率<0的区域, 蝗蝻主要集中分布在南坡与西南坡。亚洲小车蝗蝗蝻与成虫对环境选择的异质性属性, 使蝗蝻和成虫在相同地形要素的分布格局存在明显差异。     

喀斯特季节性雨林木本植物胸高断面积分布格局及其对地形因子的响应

森林生态系统地上生物量的分布格局是物种分布格局的重要内容。局域尺度内因地形差异引起的生境异质性是地上生物量分布格局形成的环境基础。本文以弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地2011年第一次普查数据中每木个体为研究对象, 尝试以每20 m × 20 m样方内所有个体及不同径级类群的胸高断面积之和为木本植物地上生物量的衡量指标, 利用广义可加模型对喀斯特季节性雨林中胸高断面积之和的空间分布格局进行研究, 定量分析了其对7个地形因子的响应。结果表明, 洼地、山坡和山脊3种生境类型中, 所有个体的胸高断面积之和山坡最高、山脊最低, 且山脊与山坡、洼地的差异均显著; 广义可加模型结果显示, 不同地形因子对胸高断面积之和的解释偏差差异明显, 其中海拔、坡向、凹凸度、岩石裸露率对胸高断面积之和的解释偏差依次降低, 而干旱度指数、坡度和地形湿润指数解释偏差相对较小。喀斯特季节性雨林木本植物胸高断面积之和空间分布的异质性及其与地形因子之间的关系, 反映了胸高断面积之和在地形因子对土壤、水分和光照等条件重分配影响下的多重响应机制及生长策略。     

高寒草地狼毒种群繁殖分配对海拔的响应

繁殖与物种的生存和发展有着极为密切的关系,是植物生活史研究的核心问题,海拔制约下的环境因子对植物繁殖分配产生重要影响.2010年7月采用样方调查法,研究了祁连山北坡高寒草地2700～3000 m范围内4个海拔梯度下狼毒(Stellera chamaejasme)种群繁殖分配特征.结果表明:随着海拔的升高,狼毒地上生物量呈降低趋势,总花干重、株高呈先减小后增大的趋势,繁殖分配呈增大趋势;在海拔梯度下,狼毒种群繁殖分配与地上生物量均呈极显著负相关(海拔2800 m除外),与株高呈不显著负相关(海拔3000 m除外).狼毒种群繁殖分配存在大小依赖性且生物量的依赖性远大于株高,说明随海拔升高,狼毒种群通过减小个体大小来降低资源消耗,把获取的有限资源分配到繁殖部分,从而达到繁殖成功.     

黑龙江省大兴安岭森林生物量空间格局及其影响因素

基于样地实测数据和EVI指数,定量分析了黑龙江省大兴安岭森林生物量空间格局,并利用ArcGIS软件的空间分析与统计工具,分析了气候区、海拔、坡度、坡向和植被类型对森林生物量空间格局的影响.结果表明: 黑龙江省大兴安岭森林生物量为350 Tg,空间上呈聚集分布,生物量有巨大的增长空间.森林生物量密度大小顺序为:寒温带湿润区(64.02 t·hm^-2)＞中温带湿润区(60.26 t·hm^-2);各植被类型生物量密度大小顺序为:针阔混交林(65.13 t·hm^-2)＞云冷杉林(63.92 t·hm^-2)＞偃松 落叶松林(63.79 t·hm^-2)＞樟子松林(61.97 t·hm^-2)＞兴安落叶松林(61.40 t·hm^-2)＞落叶阔叶混交林(58.96 t·hm^-2).随海拔和坡度的增大,森林生物量密度先减小后增加,并且阴坡大于阳坡.大兴安岭森林生物量空间格局随气候区、植被类型和地形因子的梯度变化表现出差异性,在区域尺度上估算生物量密度时,需要充分考虑这种空间差异性.     

黄土残塬沟壑区流域次生植被物种分布的地形响应

研究流域次生植被物种对地形因子的响应规律,识别影响次生植被物种分布的主要地形因子,是流域近自然植被生态恢复和重建的基础。采用ArcGIS空间分析模块和地形分析模块TauDEM,并与统计软件SPLUS2000中的GRASP工具相结合,建立了位于黄土高原残垣沟壑区山西省吉县蔡家川流域次生植被各个物种分布基于地形因子的广义相加模型(GAM)。模型中的地形因子包括:海拔、坡向、坡度、平面曲率、坡位指数(SPI)、地形湿度指数(TWI)、单宽汇水面积(SCA)等。受试者操作特征曲线(ROC)测试中AUC值表明:大部分测试物种(约62%)拟合模型效果较好,且模型较为稳定。总体来看,研究流域次生植被物种分布体现了水分限制的空间分异特征:阴坡各物种分布概率较大,且随海拔升高而减小。影响研究流域次生植被物种空间分布的潜在重要因子为海拔和坡向,而单宽汇水面积(SCA)和地形湿度指数(TWI)虽然是多个物种响应模型的预测因子,但受高一级尺度海拔的影响,SCA与TWI对物种分布的影响作用较小;坡度影响作用最小。据此,在流域植被恢复和防护林建设目标区选择及立地条件划分时应首先以海拔和坡向为依据,单宽汇水面积(SCA)和地形湿度指数(TWI)则可以作为次一级立地分类依据,而坡度则仅能作为最后一级的分类依据。     

宁夏贺兰山拟步甲科昆虫分布与地形的关系

利用典范对应分析(CCA)及曲线回归拟合,研究了宁夏贺兰山拟步甲科昆虫多样性及分布与地形的关系。结果表明:共调查到14属42种,其中,小圆鳖甲和阿小鳖甲为优势种,其个体数量分别占总捕获个体数的36.09%和19.14%。CCA分析显示,海拔、坡度和平面曲率对拟步甲昆虫的分布格局有显著影响。拟步甲昆虫丰富度和多样性分别与海拔呈显著的线性关系,个体数量与平面曲率呈显著的二次曲线关系。拟步甲昆虫的分布与坡度和坡向没有明显的回归关系,但拟步甲倾向于0°-15°坡度和西北坡向聚集。优势种小圆鳖甲与5个地形因子均不显著相关,因此在贺兰山的分布比较广泛。而优势种阿小鳖甲分布受海拔、坡度和平面曲率影响显著。     

地形对桂西南喀斯特山地森林地表植物多样性及分布格局的影响

利用协方差分析、曲线回归拟合及典范对应分析(CCA),研究了地形因子对桂西南喀斯特森林地表植物多样性及不同生长型地表植物分布格局的影响.结果表明： 共调查到152种地表植物,其中,蕨类植物37种、草本44种、藤本9种、灌木62种;协方差分析显示,海拔与地表植物个体数和丰富度显著相关,坡向对地表植物丰富度具有显著影响;地表植物的个体数和丰富度与海拔梯度存在显著的非线性相关性;CCA分析显示,坡向对蕨类植物的分布格局影响显著,坡度对草本、藤本和灌木的分布格局影响显著.蕨类植物对坡向引起的水热条件改变响应更为敏感,坡度对土壤水分、养分的作用大于高程,是影响本区域草本、藤本和灌木3种地表植物分布的主要地形因子.     

高寒草地狼毒与阴山扁蓿豆种群的空间格局

不同的格局类型和空间关联性可以反映出干扰状态下天然草地植物种群的资源环境适应对策.采用草地群落学调查与点格局分析方法,分析了祁连山北坡高寒草地优势种群更替过程中狼毒和阴山扁蓿豆种群的空间格局及其种间关联关系.结果表明:随着草地退化程度加剧,狼毒种群地上生物量、密度、植株高度持续增加,空间分布类型由聚集分布转变为非聚集分布,阴山扁蓿豆种群高度逐渐降低,种群密度和地上生物量先增大后减小,空间分布类型由均匀或聚集分布转为随机分布;狼毒和阴山扁蓿豆的空间关联性由显著正关联区间不断增大转为关联性不显著.草地退化过程中群落上层禾草西北针茅种群的衰退以及狼毒和阴山扁蓿豆的植株高度差异,导致了植物对光资源的非对称性竞争,使二者的资源分配策略发生了调整,并影响了空间分布格局和种间关联性.     

地形对草甸草原植被生产力分布格局的影响

草原植被生产力在陆地生态系统碳平衡分析中扮演重要角色,而地形作为影响植被生产力(NPP)分布格局的重要环境因子在已有的草原遥感监测研究中没有被充分重视。以USGS和GLCF共享MODIS和DEM数据为数据源,选取呼伦贝尔辉河湿地保护区草甸草原核心区为研究对象,在地面光谱生物量模型构建的基础上,采用ARCGIS的空间分析功能对呼伦贝尔草甸草原2000—2012年的NPP分布格局进行了分析。研究结果表明,地形对草甸草原植被生产力分布格局有显著的影响。在海拔高度、坡度和坡向等3个地形因子中,海拔高度引起的NPP变化幅度最大,坡度次之,坡向最小。在总体特征上,海拔高度每升高10m,生产力增加4.78 g/m2;坡度每增加1°生产力增加-1.42 g/m2;N坡向植被生产力水平最高(184.8 g/m2),西南(SW)坡向最低(173.3 g/m2)。从不同地形因子的分布面积特点判断,地形对草甸草原NPP的影响尺度介于土壤环境异质性和草场类型异质性之间。不同生产力水平年份对生产力分布格局的影响趋势一致,但变化幅度不同,在中等生产力水平年份NPP变幅最大。     

三峡大老岭山地常绿落叶阔叶混交林林隙干扰研究II.林隙干扰的地形格局

根据对三峡大老岭地区山地常绿落叶阔叶林林隙的调查结果,运用多种方法定量分析和检验了5种地形要素对林隙和3类林隙形成木(GM)各方面特征的空间格局的影响。结果反映了地形对林隙时空格局的影响,和不同类型林隙形成木的响应特征：1）林隙干扰随海拔上升、坡度增大、坡位从山脊到沟谷、坡形由凸到凹而加剧;坡向影响的规律不明显。林隙特征对各地形因素梯度有显著的响应,其中扩展林隙面积、林隙高度、GM数量、种数以及平均胸径是反映地形影响的敏感指标。2）GM的平均胸径、最大胸径和扩展林隙面积与海拔显著正相关;GM平均胸径还与坡位正相关;GM数量沿N→S的坡向梯度减少,而随坡度增大及坡形由凹转凸而增加;GM种类沿坡度和坡形梯度有相同的变化趋势。林隙高度（亦即植被高度）随海拔和坡度增大而减小,但随坡位上升而增大。地形要素对林隙高度和GM平均胸径的空间格局的贡献最大,分别达到75.9%和67.0%。3）折干特征的空间格局受海拔和坡位的显著影响;枯立木的分布特征主要受小地形的坡位和坡形控制;影响翻倒木的最根本地形因素是坡度。     

暖温带森林优势种群的地形生境变异性

地形是影响植物种群分布格局、维持群落多样性的重要因子。以东灵山20hm2暖温带落叶阔叶林动态监测样地内的2个优势种群——辽东栎(Quercus wutaishanica)与胡桃楸(Juglans mandshurica)为研究对象,对比分析2种群同物种不同生长阶段、不同物种相同生长阶段群体的地形生境差异性。结果表明,样地内辽东栎种群主要分布在坡度大、南坡、西坡、凸出及高海拔的位置上,成年树比幼树更偏好凹地形;胡桃楸种群集中分布在坡度大、北坡、东坡、凹陷及低海拔的地形上,成年树相比幼树偏好分布在南坡、东坡及凹陷的位置。每个种群的幼树与成年树群体的地形因子之间差异都不显著(P>0.05),地形特征的分布范围一致;2物种成年树群体的海拔因子差异显著(P<0.05),幼树群体除了海拔外,南北坡向也表现了明显的差异(P<0.05)。同种群不同生长阶段地形因子的选择显示了物种地形生境的限制及保守性,不同种群同生长阶段地形因子的选择显示了物种间空间分布格局及多样性的维持。这对于理解暖温带森林的物种共存及生物多样性维持具有重要的意义。     

三峡大老岭山地常绿落叶阔叶混交林林隙干扰研究II.林隙干扰的地形格局

 根据对三峡大老岭地区山地常绿落叶阔叶林林隙的调查结果,运用多种方法定量分析和检验了5种地形要素对林隙和3类林隙形成木(GM)各方面特征的空间格局的影响。结果反映了地形对林隙时空格局的影响,和不同类型林隙形成木的响应特征：1）林隙干扰随海拔上升、坡度增大、坡位从山脊到沟谷、坡形由凸到凹而加剧;坡向影响的规律不明显。林隙特征对各地形因素梯度有显著的响应,其中扩展林隙面积、林隙高度、GM数量、种数以及平均胸径是反映地形影响的敏感指标。2）GM的平均胸径、最大胸径和扩展林隙面积与海拔显著正相关;GM平均胸径还与坡位正相关;GM数量沿N→S的坡向梯度减少,而随坡度增大及坡形由凹转凸而增加;GM种类沿坡度和坡形梯度有相同的变化趋势。林隙高度（亦即植被高度）随海拔和坡度增大而减小,但随坡位上升而增大。地形要素对林隙高度和GM平均胸径的空间格局的贡献最大,分别达到75.9%和67.0%。3）折干特征的空间格局受海拔和坡位的显著影响;枯立木的分布特征主要受小地形的坡位和坡形控制;影响翻倒木的最根本地形因素是坡度。     

伪步甲危害在新疆草原不同地形梯度的空间分布特征

为揭示伪步甲危害在地形梯度上的差异, 探讨草原上不同地貌部位在伪步甲灾害发生过程中的作用, 在RS和GIS 支持下, 以国产ZY1-02C 卫星P/MS 和DEM(Digital Elevation Model)数据为基础, 运用ArcGIS 的空间叠加分析功能, 将遥感解译的数据与高程、坡度和坡向三个地形因子进行空间叠加分析, 对研究区草原伪步甲灾害分布现状的地形梯度空间分异进行了探讨。结果表明: 在高程和坡度梯度上, 伪步甲危害呈现出明显的分布规律, 即“中间高,两边低”, 分别在海拔1000 m-1200 m 和坡度3.3°-6.1° 范围内伪步甲危害最为严重; 而在坡向梯度上, 严重危害区随着坡向变化的分布趋势接近平缓, 在整个坡向范围内均有不同程度的分布。     

基于种群分布地形格局的两种水青冈生态位比较研究

提出了根据不同植物种在地形梯度上的分布格局测度和比较其生态位的思路.将地形分解为海拔、坡向、坡位和坡度4个属性指标,作为多维生态位空间的环境梯度轴.根据对三峡大老岭地区米心水青冈(Fagusengleriana)和亮叶水青冈(F.lucida)群落样方及其地形因子调查,分析了两个种的多维生态位宽度及种间的生态位重叠.结果1)大老岭米心水青冈种群的生态位宽度总体上大于亮叶水青冈.亮叶水青冈在坡向梯度上的生态位较宽;米心水青冈在海拔、坡位和坡度梯度上的生态位较宽;2)两个种在海拔、坡向、坡位和坡度梯度上的生态位重叠度分别为0.259、0.831、0.670、0.676,其总体重叠度为0.087;3)亮叶水青冈和米心水青冈分布的海拔范围分别为1300～2000m和1450～2600m.米心水青冈主要分布于NW80°～NE80°之间的阴坡和半阴坡;亮叶水青冈集中于NW20°～SW10°和NE20°～SE10°的半阴半阳坡.亮叶水青冈不见于沟谷底部,其重要值随坡位上升而增大;而米心水青冈在湿润稳定的中、下坡位重要值最高.米心水青冈适应的坡度范围很宽,主要在20°～40°;而亮叶水青冈集中在35°～45°的坡度范围.上述结果表明在景观尺度上,采用地形因子表征植物多维生态位空间的梯度特征是一个有效而可行的途径,能够很好地反映两种植物生态位的差异.最后讨论了不同尺度上生态位测度的相互验证问题.     

不同坡向高寒退化草地狼毒株高和枝条数的权衡关系

权衡关系是生活史对策理论的基础, 株高和枝条数的权衡关系对理解植物在不同生境下的表型可塑性有重要意义。该研究选择祁连山北坡高寒退化草地, 利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(DEM), 并提取样地坡向数据, 采用广义相加模型(GAM)与偏相关分析相结合的方法, 分析了不同坡向影响下狼毒(Stellera chamaejasme)种群株高和枝条数的关系。结果表明: 随着坡向由北坡转向东坡、南坡、西坡, 草地群落地上生物量和盖度呈“减小—增大—减小”的变化趋势, 群落高度则先增大后减小; 坡向是影响狼毒株高和枝条数空间分异的主要地形因子; 随着坡向由北、东转向西、南, 狼毒种群株高呈下降趋势, 而枝条数呈上升趋势, 二者表现出此消彼长的权衡关系, 狼毒植株比叶面积先增大后减小。不同坡向狼毒株高和枝条数的权衡关系, 反映了异质生境中资源多重竞争下狼毒生物量分配机制和提高种群适应性的种群更新策略。     

南岭国家级自然保护区林下植物分布的地形相关性

以南岭国家级自然保护区山地森林群落林下植物为研究对象,探讨地形因子对林下植物分布的影响。该区3个海拔高度下的山地常绿阔叶林林下植物组成丰富,但个体多度在样方中的分布存在很大的空间异质性。在9000m^2的样地中设置的450个4m^2小样方,共记录到林下维管植物255种,隶属于95科、181属,总的物种个体多度为18203株。多响应置换过程（MRPP）分析表明,坡向和海拔（p〈0．0001）及坡度（p〈0．05）这3个地形因子对林下植被分布有显著的影响,其影响程度大小排序为：海拔〉坡向〉坡度。指示种分析（ISA）进一步确定了不同地形条件下具有显著指示值（IV≥50）的指示种。本项研究表明林下植物的空间分布会同时受到多个地形因子的影响,因此需综合各因子间的相互作用全面考虑;同时,MRPP结合ISA对于揭示群落植物分布的空间异质性及其与环境因子作用的相互关系、生物多样性保育、森林恢复以及造林引种等方面均有着重要的理论意义和实践价值。