渾善達克沙地南緣小葉錦雞兒種群格局的分形特征分析

賀　勇　白小玲

摘要應(yīng)用分形理論中的計盒維數(shù)、信息維數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)分形維數(shù)探討了渾善達克沙地南緣小葉錦雞兒種群分布格局的多尺度分布規(guī)律,研究表明:小葉錦雞兒種群格局計盒維數(shù)、信息維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)分別為0.960、0.927、1.357。這表明該種群個體占據(jù)空間的能力不高,非均勻程度不強,格局強度尺度變化不強烈,具有較低的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,種群有趨向于集群分布的形式。

關(guān)鍵詞 小葉錦雞兒;種群格局;空間占據(jù);分形維數(shù);渾善達克沙地南緣

中圖分類號S793.9文獻標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739(2009)15-0194-01

為避免單一分形維數(shù)分析的片面性,筆者綜合運用計盒維數(shù)、信息維數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)3種分析方法對小葉錦雞兒種群格局的尺度變化特征分別進行了比較綜合分析,掌握種群的多尺度分布規(guī)律,揭示其占據(jù)空間資源的能力和生態(tài)適應(yīng)力。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

渾善達克沙地南緣的正鑲白旗布日都蘇木地區(qū)位于北緯42°35′、東經(jīng)114°47′,海拔1 180～1 305m,屬溫帶大陸性氣候,年平均降水量300～360mm,年平均溫度1.9℃,年平均風(fēng)速4.0~4.1m/s。天然植被為沙生植被類型,主要以小葉錦雞兒(Caragana microphylla)、蟲實(Corispermum spp)和沙米(Agriophllum squanosm)為主,蓋度為15%左右。土壤為基質(zhì)疏松、貧瘠的流沙,土壤粒徑較粗。

1.2研究方法

取樣點設(shè)在渾善達克沙地南緣的正鑲白旗布日都蘇木半流動沙地上。在面積為50m×50m的區(qū)域內(nèi),標(biāo)定X軸和Y軸,對樣地內(nèi)小葉錦雞兒灌叢進行高度、冠幅和空間位置調(diào)查。分形維數(shù)采用計盒維數(shù)、信息維數(shù)、相關(guān)維數(shù)計

算[1-3]。

2結(jié)果與分析

2.1小葉錦雞兒種群格局的計盒維數(shù)分析

理論上,種群占據(jù)全部生態(tài)空間時計盒維數(shù)應(yīng)為2,其余下的維數(shù)為生態(tài)間隙維,而計盒維數(shù)為其生態(tài)占據(jù)維。通常,生態(tài)占據(jù)維(計盒維數(shù))反映的是種群現(xiàn)實占據(jù)生態(tài)空間的能力,而生態(tài)間隙維則反映的是種群潛在占據(jù)生態(tài)空間的能力,即在群落中還可提供給小葉錦雞兒種群占據(jù)的最大空間限度[2]。對小葉錦雞兒種群記盒維數(shù)計算結(jié)果的直線擬合的相關(guān)系數(shù)達顯著水平(見圖1)。小葉錦雞兒種群的計盒維數(shù)為0.960,其大小揭示了小葉錦雞兒種群對空間的占據(jù)能力,較大的計盒維數(shù)反映了種群對空間較高的占據(jù)程度[6]。小葉錦雞兒種群生態(tài)間隙維是1.04,表明小葉錦雞兒種群尚可拓寬的生態(tài)空間維數(shù)占其理論占據(jù)生態(tài)空間的52%,具有很大的潛力,同時也說明了該種群個體占據(jù)空間的能力不高,非均勻程度不強,有趨向于集群分布形式。

2.2小葉錦雞兒種群格局的信息維數(shù)分析

信息維數(shù)的優(yōu)點就在于它能反映分形內(nèi)部的不均勻特性[1]。小葉錦雞兒種群格局的信息維數(shù)計算結(jié)果表明,信息維數(shù)的直線擬合效果較好,信息維數(shù)為0.927(接近于1),總體上個體分布比較均勻,格局強度尺度變化不強,具有較低的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,更新較差(見圖2)。

2.3小葉錦雞兒種群格局的關(guān)聯(lián)維數(shù)分析

種群格局關(guān)聯(lián)維數(shù)在統(tǒng)計意義上揭示出種群個體空間相關(guān)的尺度變化規(guī)律。種群關(guān)聯(lián)維數(shù)大(接近2),表明種群個體的空間相關(guān)程度較高,個體間的競爭強,種群整體對空間的占據(jù)程度較高;反之,關(guān)聯(lián)維數(shù)低(遠離2),則種群個體空間相關(guān)程度低,個體間的競爭較弱,種群對空間的占據(jù)能力較低。分析表明,小葉錦雞兒種群格局關(guān)聯(lián)維數(shù)的直線擬合效果較好(見圖3)。種群的關(guān)聯(lián)維數(shù)為1.357,表明整體上小葉錦雞兒種群個體間平均關(guān)聯(lián)較弱,個體分布的均勻程度低。成熟個體間競爭程度不高,但局部幼齡個體較多,競爭較為激烈。

3結(jié)論與討論

綜合運用各種分形方法將有助于更加全面地解釋小葉錦雞兒種群的空間格局特征,揭示小葉錦雞兒種群的結(jié)構(gòu)、功能和特點。總體而言,計盒維數(shù)為0.960,信息維數(shù)為0.927,關(guān)聯(lián)維數(shù)為1.357,表明小葉錦雞兒個體空間利用能力并不強,平均關(guān)聯(lián)稍弱,個體聚集性不高,天然更新狀況不理想,這與光照或小葉錦雞兒種群自身生物學(xué)、生理生態(tài)學(xué)特性有關(guān)。種群格局計盒維數(shù)、信息維數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)分別從空間占據(jù)程度、格局強度和個體空間關(guān)聯(lián)的尺度變化出發(fā),揭示了種群格局的尺度變化特征。它們相輔相成,相互補充,為深入理解種群格局提供了豐富信息[4-6]。

4參考文獻

[1] 馬克明,祖元剛.興安落葉松種群格局的分形特征信息維數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報,2000,20(2):187-192.

[2] 馬克明,祖元剛.興安落葉松種群格局的分形特征:計盒維數(shù)[J].植物研究,2000,20(1):104-111.

[3] 馬克明,祖元剛,倪紅偉.興安落葉松種群格局的分形特征——關(guān)聯(lián)維數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報,1999,19(3):353-358.

[4] 馬克明,祖元剛.植被格局的分形特征[J].植物生態(tài)學(xué)報,2000,24(1):111-117.

[5] 梁士楚,王伯蓀.紅樹植物木欖幼樹斑塊形狀的分形分析[J].廣西植物,2002,22(6):481-484.

[6] 宋萍,洪偉,吳承禎,等.天然黃山松種群格局的分形特征——計盒維數(shù)與信息維數(shù)[J].武漢植物學(xué)研究,2004,22(5):400-405.