植被格局的分形特征

目前植被格局研究存在一些问题,分形模型是解决这些问题的有力工具。选择从分枝到景观的各个等级层次上若干有代表性的研究实例进行介绍。给出了尺度,自相似性和分形维数在植被格局研究中的应用方法,说明了分形模型描述植被格局的实用性和优越性。在此基础上提出了植被格局的分形机制,认为植被格局是具有自组织特征的分形体。最后对植被格局的分形模型进行了评价,提出了研究中需要注意的若干问题以及未来的发展方向。     

兴安落叶松分枝格局的分形特征

对于树木分枝格局分形特征的定量描述,可以加深对树木生长过程的理解。本采用分形几何学对兴安落叶松（Ｌａｒｉｘ ｇｍｅｌｉｎｉ）的分枝格局进行研究,结果表明１）兴安落叶松分枝格局是一种分形结构,存在自相似性。２）兴安落叶松分枝格局的分形维数介于１．４－１．７之间,揭示了它的结构复杂性程度和占据生态空间、利用生态空间的能力。分形维数在树木光合作用及生长发育研究中是一个有用的参数。     

兴安落叶松分枝格局的分形特征

对于树木分枝格局分形特征的定量描述,可以加深对树木生长过程的理解。本文采用分形几何学对兴安落叶松(Larix gmelini)的分枝格局进行研究,结果表明1)兴安落叶松分枝格局是一种分形结构,存在自相似性。2)兴安落叶松分枝格局的分形维数介于1.4~1.7之间,揭示了它的结构复杂性程度和占据生态空间、利用生态空间的能力。分形维数在树木光合作用及生长发育研究中是一个有用的参数。     

干旱半干旱区斑块状植被格局形成模拟研究进展

斑块状植被格局是世界上干旱半干旱区常见的景观类型,它们的形成、组成结构和演替过程研究,对于揭示区域生态系统变化的关键过程具有重要意义。鉴于基于地面调查和遥感技术的方法难以全面刻画斑块状植被格局的形成过程及机制,借助于模型模拟成为解决这一问题的有效方法。自20世纪90年代初至今,斑块状植被格局形成的连续和离散模拟研究不断涌现,然而,连续模拟侧重于植被格局形成的一般机理,缺乏与现实格局的对比和验证,离散模拟单元选择与规则制定等仍需不断研究。在简要回顾斑块状格局形成的反馈机制基础上,重点综述了斑块状植被格局形成的连续和离散模拟的最新研究进展,并指出了现有研究的不足。干旱半干旱区小尺度上植物和水的反馈作用决定了大尺度的斑块状植被格局,充分揭示植被-土壤水分相互作用机理是模型模拟研究的关键,放牧强度和降水格局等外部环境对干旱半干旱区斑块状植被格局特征具有重要影响。在未来研究中,应加强模型模拟结果与实际观测的植被格局比较和验证,重视局域环境条件、生态系统功能在模型中的表达,构建综合连续和离散模型各自优点的混合模型,注重斑块状植被格局形成过程中的标准子模型及模型开发和集成平台的研发,同时强调面向格局模拟和构建空间显式的斑块状植被格局形成模型。     

不同光照条件下假俭草生长格局的分形研究

应用分形几何的原理和方法,研究不同光照条件下假俭草的生长格局。结果表明,假俭草具有自相似性的生长过程。不同光照条件下,假俭草具有不同的分形维数和相应的生物量积累规律。生物量积累速率随着分形维数的增大而增大。分形维数同时反映了假俭草的分枝能力和对空间的占据能力。假俭草种群具有依据外界条件而调节生长格局的生态适应能力。     

仿酶研究的分形（Fractal）原理

分形理论是近十年发展起来的一门新的数学分支,其研究对象是自然界中复杂无规但具有自相似性或自仿射性的现象和体系。本文简单介绍了分形理论,并将其用于酶模型的研究中,求出了卟啉、环糊精、杯芳烃及胶束的分形维数.     

天目山物种多样性尺度依赖及其与空间格局关系的多重分形

以浙江省天目山国家级自然保护区为例,采用多尺度分析思想,利用多重分形分析方法,研究了不同尺度下物种多样性的变化、空间分布格局以及多样性与空间格局之间的关系。研究主要得到3方面的结论：（1）物种多样性具有尺度依赖性,随着空间尺度的增大,Shannon-Wiener多样性指数Ⅳ增大,Margalef多样性指数足和均匀度指数E减小;（2）多重分形参数αmin。多重分形谱的变化范围SR等能够定量反映物种的空间分布特征,空间大尺度越大,物种越聚集,空间分布越不均匀;（3）物种多样性与空间格局存在线性或幂函数关系。研究表明多重分形分析定量描述物种空间格局是有效性的,多重分形参数与生物多样性之间的定量关系为研究物种空间格局、生态属性与尺度之间的关系奠定了基础。因此,分形结合传统方法,在生物多样性方面的研究将有很大的潜在价值。     

山西七里峪油松种群空间格局的分形特征

油松(Pinus tabuliformis)耐低温、干旱和瘠薄,是我国温性针叶林中分布最广的树种,也是我国北方广大地区最主要的造林树种之一。2013年7月,在七里峪林场设置一块100 m×100 m的油松天然林样地,逐一测量并记录了每株油松的胸径、树高和冠幅,并确定它们的坐标位置。应用分形理论中的计盒维数、信息维数和关联维数研究了样地内油松种群空间格局的分形特征。结果表明,油松种群格局具有自相似性,其有较高的计盒维数(1.785)和关联维数(1.826),个体空间相关程度较高,种内竞争激烈,对空间有较强的占据能力。油松种群格局的信息维数较低(0.262),其格局强度尺度变化程度较低,个体分布比较均匀。3个分形维数相辅相承、相互影响,研究结果对全面准确地解释油松种群的空间格局特征具有重要意义。     

芦苇生长格局分形特征的初步研究

应用非线性科学澡的分形几何理论,以黄淮海平原封丘试区的芦苇为例,研究芦苇生长格局的分形特征。计算表明,芦苇大小分布的分形维数在０．６２３５－０．８７６１之间。统计分析表明,其分布局局可明显地分为两个时期在芦生长的初期,其大小分较为均匀,而在芦苇生长中的中后期,大小分布差异较大。     

植被演替过程中种群格局动态的分形分析

该文根据“空间代替时间”的原则和对马尾松(Pinus massoniana)种群的重要值-平均胸径的变动趋势的分析,确定5个森林群落为广东省黑石顶自然保护区森林群落演替的一个时间序列;并在此基础上,运用分形理论的计盒维数和信息维数,对演替过程中马尾松种群空间格局的动态进行了分形分析。结果表明,马尾松种群的计盒维数和信息维数2个参数值均呈递减趋势,与其个体数、重要值变动趋势一致。在群落的演替过程中,马尾松种群的空间占据能力不断下降,种群呈衰退趋势。随其在群落中的优势地位逐渐被其它种群取代,群落将由以马尾松占绝对优势的单优群落演替为多优常绿阔叶林群落。分析结果同时表明,分形分析是群落演替过程中种群空间格局动态研究的有效方法,分形维数则能反映种群格局的尺度变化规律。     

Fractal properties of forest spatial structure

The definition of fractal dimension of natural objects, which enables to deal with scale dependence of fractal dimension is discussed. Abrupt changes of fractal dimension of spatial structure of terrestrial ecosystems are considered in the context of hierarchical paradigm. On this ground the procedure is proposed for segmentation of a territory, which takes into account the scale dependence of spatial variability of ecological parameters. Using remotely sensed data — normalized difference vegetation index (NDVI) and thermal radiation in the infrared band — fractal dimensions and critical scales are evaluated for different forest types with the help of software, developed for this purpose. The results obtained corroborate the potentialities of fractal approach in ecology. These methods and results can be used for discrimination of remotely sensed data; but further investigations, including detailed comparison of fractal characteristics of remotely sensed forest images with results of on-site field studies are necessary to validate them.     

羊草种群地上部生物量与株高的分形关系

应用分形几何学（Ｆｒａｃｔａｌ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）的原理和方法对羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉ－ ｎｅｎｓｅ）种群地上部生物量与株高的关系进行了研究．结果表明．羊草种群的地上部生物量 与株高存在很好的静态分形关系,所得分形维数是对地上部生物量在各器官中积累规律 （生物量配比）的表征;羊草种群地上部生物量与株高的动态分形关系表明在整个生长季 内该种群地上部生物量的增长具有自相似性．是一个分形生长过程,增长规律为分形维数 值Ｄ;在此基础上建立了羊草种群的分形生长模式．认为成熟植株可以看作是其幼苗经生 长放大过程而得到的．     

三峡库区次生柏木林中物种分布格局的分形特征

应用非线性科学中的分形几何理论,以三峡库区一移民安置示范区次生柏木林为对象,研究该群落中物种在中、小尺度上水平分布格局的分形特征,主要应用计盒维数计算群落中一些重要物种分布格局的分维值,如柏木为1.588,地枇杷为1.617,莎草为1.627.得到的结果与用经典群落分析方法所得结果相符,表明分维计算在本研究中是一种有效的手段;对一些物种分布分维值的进一步分析还能说明人类活动对物种分布格局或空间占有程度的影响.     

广西木论自然保护区铁榄群落主要乔木种群格局的分形特征

为了揭示种群空间分布特征随尺度的变化规律,探讨不同种群对空间资源的占据能力和生态适应能力及分形差异,采用计盒维数、信息维数和关联维数对木论自然保护区铁榄群落主要乔木种群格局特征进行了研究。结果表明,优势种铁榄（Sinosideroxylon pedunculatum）、东女贞（Ligustrum japonicum）、小栾树（Boniodendron minius）、稀有濒危种掌叶木（Handeliodendron bodinieri）、青檀（Pteroceltis tatarinowii）5个种群在相应的尺度具有明显的分形特征;计盒维数和信息维数大小顺序一致,均为：铁榄〉东女贞〉小栾树〉掌叶木〉青檀;在5个种群中,铁榄计盒维数为1．7763最大,接近2,对空间环境的占据能力最强,信息维数（1．7206）也最大,个体聚集强度强,在群落中处于绝对优势地位,青檀计盒维数（0．8316）和信息维数（0．8990）最小,对环境的占据利用能力弱,个体聚集程度整体较弱,在群落中处于伴生地位;在0．5～50m的尺度上,关联维数大小顺序为：铁榄（1．7314）〉东女贞（1．6688）〉小栾树（1．6050）〉青檀（0．7868）,而掌叶木只有在大的尺度上才出现关联,且关联较强。3个分形维数大小的不同组合,能够全面揭示不同种群格局特征和种群在群落中所处地位的差异。     

基于亲和度法测度湖北省植被格局多样性

以植物群系为指标,采用亲和度分析法测度湖北省的植被格局多样性。研究结果表明,湖北省植被格局的镶嵌多样性值（mosaic diversity,m）为4.071,景观复杂,不存在明显的生态梯度。根据平均亲和度（mean affini-ties,MA）,可将湖北省的植被划分为3类：第一类为中心点,位于中心点的植被比较典型和常见,对联结整个景观的各斑块起着关键的作用,包括武汉市、襄阳市、黄冈市和随州市等4个分区;第二类为外点,位于外点的植被较为珍稀,多为当地特有,对构成整个植被格局的独特性和多样性意义重大,包括鹤峰县、利川市和咸丰县等3个分区;第三类为中间点,位于中间点的植被普遍度和稀有度适中,占据了较多的生境空间,是构成整个湖北省植被格局的基础,包括黄石市、荆州市、荆门市、宜昌市等14个分区。将平均相似性值（mean similarity,MS）从中心点到外点排序,结果表明,毗邻地区相似性高,鄂东北、鄂西北、鄂东南以及江汉平原构成了整个植被格局的普遍性,鄂西南则构成其独特性。湖北省植被格局东部和西部差异较大,比较复杂。     

云贵鹅耳枥种群分布格局的分形特征

应用分形理论中的计盒维数和信息维数探讨了贵阳喀斯特山地贵鹅耳枥种群分布格局的分形特征。结果表明,贵鹅耳枥种群的分布格局具有分形特征,其计盒维数为1．1853－1．7419,信息维数为1．1961－1．7051。集群型的贵鹅耳枥种群的计盒维数和信息维数均比随机型的高。计盒维数定量地反映了贵鹅耳枥种群占据生态空间的能力,信息维数则揭示了该种群格局强度的尺度变化程度和表征了种群个体分布的非均匀性。这两种维数方法都适用于贵鹅耳枥种群分布格局分形特征的定量描述。     

Fractal spreading growth of Serratia marcescens which produces surface active exolipids

An irregular fiord-like outline of a S. marcescens colony expanding on a hard agar medium was shown to be fractal which promised an extremely long array of outermost cells. For the analysis of such spreading growth, mutants defective in production of surface active exolipids (serawettin W1 and W3) and flagella-less mutants were isolated. The fractal spreading growth was found to be correlated with serrawettin production. Furthermore, serrawettin-less mutants demonstrated spreading growth when purified serrawettin W1 or W3 were supplied exogenously.     

Spectral and Fractal Analysis of Cerebellar Activity After Single and Repeated Brain Injury

The cerebellum, even when not directly damaged, is potentially interesting for understanding the adaptive responses to brain injury. Cerebellar electrocortical activity (ECoG) in rats was studied using spectral and fractal analysis after single and repeated unilateral injury of the parietal cortex. Local field potentials of cerebellar paravermal cortex were recorded before brain injury, in the acute phase (up to 2.5 hours) after a first injury of anesthetized rats, and then before and after second, third, and, in some cases, fourth injury. Relative gamma power (32.1–128.0 Hz) and fractal dimension of ECoGs were temporarily increased after the first injury. However, there was a permanent mild increase in gamma activity and a mild increase in the fractal dimension of cerebellar activity as a chronic change after repeated remote brain injury. There was a negative linear correlation between the normalized difference in fractal dimensions and normalized difference in gamma powers of cerebellar activity only in the case of repeated brain injury. This is the first study showing that correlation between the parameters of spectral and fractal analyses of cerebellar activity can discriminate between single and repeated brain injuries, and is, therefore, a promising approach for identifying specific pathophysiological states.