小波分析方法在心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)空间格局尺度推绎研究中的应用

以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾沙地选取相隔15km的两个200m×200m样地,以建群种心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)及其生境地形为研究对象,应用小波分析定量研究了多尺度上空间格局的推绎以及空间异质性、空间格局依赖于尺度的变化关系。研究发现：小波分析尺度由1(5m)变化到4(20m)时,两个样地小尺度上的异质性和格局被合并到更大的尺度上,当小波分析的尺度大于等于5(25m)时,两个样地的格局变化平稳,对应地形（丘顶、丘坡、丘底）的基频稳定在110m左右,心叶驼绒藜的数量动态变化周期稳定在115～125m之间。结果表明：小波分析对信号整体特征的提取作用实现了小尺度上的信息到大尺度上的聚合。结合小波分析对信号突变点的检测,利用位置方差检验局部空间异质性程度,发现位置方差将大尺度上的格局分解到每个取样小样方,位置方差最大的地点对应的异质性也最强,实现了大尺度上的信息到小尺度上的分解。总结认为应用小波分析可以实现对空间格局的尺度推绎,具有对植被、环境的分布格局以及异质性有双重度量作用,由小波系数以及由其衍生的小波方差、位置方差来实现这种度量,图形表现直观,优越性明显。     

小波分析方法在心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)空间格局尺度推绎研究中的应用

以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾沙地选取相隔15km的两个200m×200m样地,以建群种心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)及其生境地形为研究对象,应用小波分析定量研究了多尺度上空间格局的推绎以及空间异质性、空间格局依赖于尺度的变化关系。研究发现:小波分析尺度由1(5m)变化到4(20m)时,两个样地小尺度上的异质性和格局被合并到更大的尺度上,当小波分析的尺度大于等于5(25m)时,两个样地的格局变化平稳,对应地形(丘顶、丘坡、丘底)的基频稳定在110m左右,心叶驼绒藜的数量动态变化周期稳定在115～125m之间。结果表明:小波分析对信号整体特征的提取作用实现了小尺度上的信息到大尺度上的聚合。结合小波分析对信号突变点的检测,利用位置方差检验局部空间异质性程度,发现位置方差将大尺度上的格局分解到每个取样小样方,位置方差最大的地点对应的异质性也最强,实现了大尺度上的信息到小尺度上的分解。总结认为应用小波分析可以实现对空间格局的尺度推绎,具有对植被、环境的分布格局以及异质性有双重度量作用,由小波系数以及由其衍生的小波方差、位置方差来实现这种度量,图形表现直观,优越性明显。     

Responses of species abundance distribution patterns to spatial scaling in subtropical secondary forests

To quantify and assess the processes underlying community assembly and driving tree species abundance distributions(SADs) with spatial scale variation in two typical subtropical secondary forests in Dashanchong state‐owned forest farm, two 1‐ha permanent study plots (100‐m × 100‐m) were established. We selected four diversity indices including species richness, Shannon–Wiener, Simpson and Pielou, and relative importance values to quantify community assembly and biodiversity. Empirical cumulative distribution and species accumulation curves were utilized to describe the SADs of two forests communities trees. Three types of models, including statistic model (lognormal and logseries model), niche model (broken‐stick, niche preemption, and Zipf‐Mandelbrodt model), and neutral theory model, were estimated by the fitted SADs. Simulation effects were tested by Akaike's information criterion (AIC) and Kolmogorov–Smirnov test. Results found that the Fagaceae and Anacardiaceae families were their respective dominance family in the evergreen broad‐leaved and deciduous mixed communities. According to original data and random sampling predictions, the SADs were hump‐shaped for intermediate abundance classes, peaking between 8 and 32 in the evergreen broad‐leaved community, but this maximum increased with size of total sampled area size in the deciduous mixed community. All niche models could only explain SADs patterns at smaller spatial scales. However, both the neutral theory and purely statistical models were suitable for explaining the SADs for secondary forest communities when the sampling plot exceeded 40 m. The results showed the SADs indicated a clear directional trend toward convergence and similar predominating ecological processes in two typical subtropical secondary forests. The neutral process gradually replaced the niche process in importance and become the main mechanism for determining SADs of forest trees as the sampling scale expanded. Thus, we can preliminarily conclude that neutral processes had a major effect on biodiversity patterns in these two subtropical secondary forests but exclude possible contributions of other processes.     

浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对浙江天台山亚热带常绿阔叶林优势种甜槠种群全部个体及不同年龄级个体的小尺度空间遗传结构进行了分析,以探讨甜槠种群内遗传变异的分布特征及其形成机制。根据11个ISSR引物所提供的多态位点,经GenAlEx 6软件计算地理坐标和遗传距离矩阵在10个距离等级下的空间自相关系数。在样地内,甜槠种群内个体在空间距离小于10 m时存在显著的正空间遗传结构,其X-轴截矩为9.945。甜槠种群的空间遗传结构与其种子短距离传播和广泛的花粉传播有关。Ⅰ年龄级、Ⅱ年龄级和III年龄级个体在空间距离小于10 m时存在显著的正空间遗传结构,其X-轴截矩分别为11.820、9.746和9.792。当距离等级为5 m时,其空间自相关系数r分别为0.068、0.054和0.070。Ⅳ年龄级个体在所有空间距离等级中均不存在显著的空间遗传结构。甜槠是多年生、长寿命植物,自疏作用是导致IV年龄级个体空间遗传结构消失的主要原因。     

放牧干扰和种内竞争对伊犁河谷黑鳞顶冰花种群空间分布格局的影响

植物种群格局分析已有大量研究,但是大多数研究都是从格局推测过程,而很少根据已知的生态过程来检验格局。以新疆伊犁河谷分布的黑鳞顶冰花为研究对象,在放牧干扰和无放牧干扰地点分别建立了8个重复样地(样地面积2 m×2 m),分析放牧干扰和种内竞争两种生态过程对黑鳞顶冰花种群空间分布格局的影响。两个地点共测量了4677株,其中放牧地点819株,未放牧地点3858株。在放牧干扰下,8个样地的黑鳞顶冰花均在小尺度(r < 2 cm)上表现为随机分布,在大尺度(r > 2 cm)上表现为聚集分布,主要与放牧践踏形成的生境异质性有关;在无牧条件下,8个样地黑鳞顶冰花种群均在小尺度上表现出显著的均匀分布特征,在较大尺度则显示为随机分布特征,前者主要与种内资源竞争过程有关,后者主要与生境均质化有关。无论在无牧还是放牧干扰下,黑鳞顶冰花种群最大聚集规模与种群密度之间均存在显著的负相关关系。放牧干扰下各样地种群最大聚集规模介于20.26-168.71 cm²之间,平均值54.61 cm²,明显高于无牧条件的8.26 cm²。放牧干扰和种内竞争两种生态过程产生了明确且不同的空间分布格局,放牧导致黑鳞顶冰花个体出现更大程度的空间聚集,突出显示出干扰在种群空间分布格局形成中的重要性。     

Regeneration pattern analysis of Quercus Iiaotungensis in a temperate forest using two-dimensional wavelet analysis

This paper introduces the two-dimensional (2D) wavelet analysis as a general interrogative technique for the detection of spatial structure in lattice data. The 2D wavelet analysis detects components of hierarchical structure and displays the locational information of the components. Patches and gaps of different spatial scales in graphical presentation of wavelet coefficients can be linked to the local ecological processes that determine patterns at stand or landscape scales. Derived from the 2D wavelet transform function, the calculation of wavelet variance can reduce the four-dimensional data of wavelet coefficients to a two-dimensional wavelet variance function and quantify the contribution of the given scale to the overall pattern. We illustrate the use of the 2D wavelet analysis by analyzing two simulated patterns and identifying the regeneration pattern of the Quercus liaotungensis in a warm temperate forest in north China. Our results indicate that the recruitment of Q. liaotungensis occurs in an overlapping area between the patch of adult and canopy gap at scales of 45m×45m-70m×70 m and 20m×20m-30m×30m. The regeneration pattern of Q. liaotungensis can be mainly ascribed to a trade-off between two ecological processes: recruitment around parent trees and the physiological light requirements of seedlings and saplings. Our results provide a general portrayal of the regeneration pattern for the dispersal-limited and shade-intolerant Quercus species. We find that the two-dimensional wavelet analysis efficiently characterizes the scale-specific pattern of Q. liaotungensis at different life-history stages.     

高寒退化草地不同海拔梯度狼毒种群分布格局及空间关联性

在石羊河上游高寒退化草地,应用点格局分析方法,按狼毒个体分枝数设置Ⅰ级株丛(1—10枝)、Ⅱ级株丛(11—20枝)、Ⅲ级株丛(21—30枝)、Ⅳ级株丛(30以上)4个株级,研究了不同海拔高度各株级狼毒的空间分布格局及关联性,并统计了狼毒种群的大小组成。结果表明:随海拔升高Ⅰ、Ⅱ级狼毒株丛个体数减少,Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛个体数增多;Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛在各海拔梯度上主要以随机分布为主,Ⅰ、Ⅱ级狼毒株丛在低海拔地区小尺度上表现为聚集分布,随海拔升高聚集强度增强,聚集尺度减小,在较大尺度上表现为随机分布;Ⅰ级狼毒株丛与Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛、Ⅱ级狼毒株丛与Ⅳ级狼毒株丛小尺度上表现为正关联关系,随海拔升高正关联关系发生的尺度减小。狼毒种群对环境变化具有明显的响应机制,可通过相互之间的庇护作用、减少繁殖、减弱种内竞争以及提高聚集强度实现生存繁殖。     

IKONOS影像景观格局特征尺度的小波与半方差分析

建立不同方向和尺度下景观格局的小波分析方法,并以IKONOS PAN 1m 影像为例,对城市景观和农田景观格局进行了实例研究,并与半方差函数的分析结果进行比较分析。试验结果发现试验区的城市景观图像表现出不同层次和方向的结构特征,主要是阴影－单个楼房－楼房与道路的组合3个尺度的特征,分别出现在2m,16m和128m以及256m分析尺度上,农田景观主要是树木行－农田2个层次和方向尺度特征组合,分别为2m,128m和256m。半方差分析结果对试验区景观结构的多层次和方向不敏感,但可发现景观结构的总体平均特征。城市景观总体结构在空间上的变程为135m,反映的是楼房与道路组合的总体平均特征;农田景观总体结构在空间上的变程为152m。通过改变半方差函数的分析范围和计算间距可以克服半方差对多尺度分析的不足,如该试验通过缩小城市景观和农田分析范围,也发现城市景观有一个在空间结构上15m的变程,与小波分析的特征尺度16m非常接近,而农田景观出现空穴效应的周期一半长度大约为2m,正好是小波分析出种植树木的行距结构特征尺度的大小。这要分析者对研究有一定的先验知识才能够做到选择合适的分析范围,而这恰是景观格局特征尺度分析服务的目的。通过试验区研究证明小波分析是一非常有应用前景的景观格局研究方法,与半方差分析相比,对在解释多尺度结构和不同方向的结构具有明显的优势,且不受分析数据统计平稳假设的约束,但由于对图像分解是基于2进制,导致分析尺度以2的幂函数变化,不像半方差分析可通过理论模型拟合,对特征尺度的估计可以是连续的。     

空间分析方法在微生物生态学研究中的应用

微生物生态正在受到越来越多的关注,对其研究也渐趋深入。然而由于微生物个体微小的特点及研究手段的限制,多数研究还停留在探索阶段,研究方法也在不断完善当中。近年来,较多的研究开始探讨空间因素在微生物多样性和分布中的影响,对空间分布的探讨有助于更好地认识生态过程,是一种有力的研究手段。微生物空间分析方法已经成为微生物生态学领域中重要的研究方向之一,我国空间方法在微生物生态研究中的应用还没有得到普遍的重视。从不同研究角度出发,结合空间统计的作用,对空间统计方法在微生物生态研究中的应用的必要性及现状做了评述。介绍了空间自相关性的检验,方差图,Mantel检验,Kriging插值等方法在微生物生态研究中的应用,并论述了微生物研究中的尺度问题。这一梳理,对丰富微生物生态学研究中的新方法、新手段具有一定价值。     

An analysis on the spatial distribution patterns of basidiocarps of Agaricales in aCastanopsis-dominated forest in Kyoto

Spatial distribution patterns of basidiocarps of Agaricales were studied in aCastanopsis-dominated forest in Kyoto. Sixty-seven species were recorded, of which 45 species and 99% of total dry weight were ectomycorrhizal fungi belonging to Amanitaceae, Cortinariaceae, Russulaceae, Boletaceae and Strobilomycetaceae. The data were analyzed statistically by using the m-m regression method. Three distribution patterns were recognized: aggregated, random and uniform. Although total basidiocarps were distributed randomly, basidiocarps of most species showed aggregated distributions, suggesting mycelium of ectomycorrhizal and saprotrophic fungi extend in a limited area in the soil. The degree of aggregation was different among species and this difference was suggested to reflect the difference of niche among the species.     

植物空间分布格局中邻体距离的概率分布模型及参数估计

最近邻体法是一类有效的植物空间分布格局分析方法,邻体距离的概率分布模型用于描述邻体距离的统计特征,属于常用的最近邻体法之一。然而,聚集分布格局中邻体距离(个体到个体)的概率分布模型表达式复杂,参数估计的计算量大。根据该模型期望和方差的特性,提出了一种简化的参数估计方法,并利用遗传算法来实现参数优化,结果表明遗传算法可以有效地估计的该模型的两个参数。同时,利用该模型拟合了加拿大南温哥华岛3个寒温带树种的空间分布数据,结果显示:该概率分布模型可以很好地拟合美国花旗松(P.menziesii)和西部铁杉(T.heterophylla)的邻体距离分布,但由于西北红柏(T.plicata)存在高度聚集的团簇分布,拟合结果不理想;美国花旗松在样地中近似随机分布,空间聚集参数对空间尺度的依赖性不强,但西北红柏和西部铁杉空间聚集参数具有尺度依赖性,随邻体距离阶数增加而变大。最后,讨论了该模型以及参数估计方法的优势和限制。     

长鞘卷叶甲幼虫与成虫的空间格局研究

应用聚集度指标法、回归模型分析法、马占山“重新解释的Taylor幂法则”研究了长鞘卷叶甲幼虫与成虫的空间分布格局.结果表明,长鞘卷叶甲幼虫与成虫在绿竹等丛生类竹林中均呈聚集型分布,分布的基本成分为个体群,个体之间相互吸引;据马占山“重新解释的Taylor幂法则”,长鞘卷叶甲种群类型属于“聚集度逆密度制约型”.     

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。     

海南岛翼手类地理分布格局的聚类分析

2007年7月～2008年7月,对海南岛翼手类动物进行了物种多样性调查。按照《世界哺乳动物名典》和Simmons的分类系统进行分类,结合考察标本记录,整理调查结果和文献资料。统计海南岛翼手类动物计37种,隶属于2亚目7科（包括采集标本,计16种,隶属于2亚目4科）。依据分布型对其组成成分进行分析,结果表明海南岛翼手类动物东洋界种类相对较多,反映出强烈的华南区的特征;岛屿的影响表现在亚种分化和缺乏某些大陆类群。依物种组成对分布区进行聚类分析,结果呈现明显的四阶现象。根据物种多样性组成和聚类分析结果,可以认为以乐东、东方和陵水为主要区域范围的尖峰岭和吊罗山两大山系是目前统计海南岛翼手类物种分布的热点区。     

海南杜鹃在河岸带弯道两侧的空间分布格局和年龄结构差异

河岸带是河流与陆地生态系统的交错带, 孕育了丰富的生物多样性。河流的冲刷与地势的作用使得河岸带往往形成弯道, 弯道内外两侧水流速度、泥沙性质与植物繁殖体聚集程度不同, 影响到植物生长与种群动态, 可能导致河岸带弯道凸岸、凹岸两侧植物空间分布格局和种群结构存在较大差异。该研究以中国特有、狭域分布的海南杜鹃(Rhododendron hainanense)为例, 揭示溪流弯道对其两侧海南杜鹃种群空间分布格局与种群动态的影响。在海南岛3个国家级自然保护区内各设置2个河岸弯道样带, 用方差/平均值法对弯道凸岸、凹岸两侧海南杜鹃的空间分布格局和种群动态进行对比研究。结果显示: (1)海南杜鹃弯道凸岸的种群结构呈增长型, 凹岸基本呈衰退型; (2)凸岸一侧上下游的海南杜鹃种群基本呈增长型, 凹岸一侧上下游的海南杜鹃则出现断龄现象; (3)距离弯顶位置或河岸越远, 各龄级海南杜鹃种群个体数量基本呈下降趋势; (4)在2 m × 2 m尺度下, 弯道凸岸及其下游的海南杜鹃主要呈聚集分布, 上游近似随机分布, 凹岸及其上下游则均呈随机分布。海南杜鹃分布的山区河岸带水流较快、坡度较大, 可能是导致弯道凹岸个体较少、种群结构呈衰退型的主要原因。因此, 河岸弯道内外两侧可能存在个体生长与群体差异, 在开展河岸带植物种群动态与物种保育研究中需给予重视。     

贵州闽楠天然种群特征、空间分布格局及空间关联分析

为更好地保护闽楠天然种群,探究闽楠天然种群特征、空间分布格局及其空间关联性,对针对性地提出保护措施具有重要意义。以贵州台江县登鲁村闽楠天然种群为研究对象,通过野外设置60 m×60 m固定样地,采用种群径级结构代替年龄结构、点格局分析方法分析闽楠种群年龄结构、不同生长阶段空间分布格局及其关联性。结果表明：（1）闽楠种群年龄结构呈倒"J"型分布,幼龄个体数量多,随着年龄增加,能够成功进入后期的个体数量急剧下降,死亡率高。存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型,属于稳定型种群。种群在第5龄级（7.5 cm≤DBH<12.5 cm）的生命期望（e_x）最高。（2）闽楠种群分布格局由随机分布转向随机分布。在幼苗、幼树、中树阶段空间分布格局趋于集群分布,大树阶段趋于集群分布。（3）不同生长阶段之间空间关联性表现有所差异。小尺度上,大树与幼树呈负关联,大尺度上,两者呈正关联;小尺度上,幼树与幼苗、大树与幼树都呈正关联,大树和中树无关联,在大尺度上,大树和中树、幼树与幼苗、中树与幼苗以及中树和幼树都呈负关联且随着空间尺度的增加负关联性逐渐增强。总体而言,该闽楠天然种群较稳定,但对环境干扰敏感,幼龄个体因呈聚集分布受密度制约而竞争剧烈,成年个体则因对环境的竞争而呈随机分布。为维持种群的长期稳定,需要分阶段适时进行人工调控。     

Comparison of methods in analysis of the tree spatial distribution pattern

The L-function based on K-function, the pair-correlation function and the uniform angle index used in analyzing the tree spatial distribution pattern were compared on the basis of the data from 5 actual plots and 30 simulated plots. It was concluded that the pair-correlation function and the uniform angle index were more accurate than the L-function; the uniform angle index was more effective and feasible than the L-function and the pair-correlation function; the uniform angle index has an additional advantage that it could combine qualitative and quantitative analyses by using the distribution diagram of the uniform angle index and the average valueW .     

小麦吸浆虫空间格局参数及其应用

本文应用聚集度指数、分析表明了小麦吸浆虫在麦田中的空间格局呈负二项分布,并探讨了吸浆虫在田间的聚集原因以及小麦吸浆虫穗虫平均密度（ｘ）与负二项分布公共ｋｃ值的关系。     

两类不同玉米田蚜虫发生动态数学模型与空间分布型测定

蚜虫是我国各地玉米植株上的重要刺吸类害虫。为了进一步阐述该虫的发生与环境之间的关系,以及其在转基因抗性玉米上的空间分布,本文在田间系统调查蚜虫种群动态的基础上,使用多元回归分析法、Iwao回归分析法和5种常用指标参数法,探明了玉米田蚜虫发生与环境因素之间相关的数学模型,以及在常规玉米和抗性玉米植株上的空间分布。结果表明：江苏扬州地区两类不同玉米植株上发生的蚜虫以玉米蚜为主,玉米蚜虫的发生与当日最低气温关系最密切;玉米蚜虫在玉米植株上部的分布数量可达70%~80%,其全株玉米上的蚜量（y）与玉米植株上部1/3上的蚜量（x）关系为y=1.33x;玉米蚜虫在植株上的分布为聚集分布,其聚集由自身特性和环境因素共同确定。本研究为开展转基因玉米田蚜虫的测报防控提供了重要依据。