天然毛竹林競爭空間關(guān)系探究

程成武

（宣城市宣州區(qū)自然資源和規(guī)劃局溪口林業(yè)站，安徽 宣城 242062）

植物種內(nèi)和種間關(guān)系的重要形式之一就是競爭，植物內(nèi)部競爭主要表現(xiàn)在相鄰植物的競爭上。競爭作用會對植物個體生長、存活和形態(tài)產(chǎn)生一定的影響。鑒于此，一部分學(xué)者對植物間的競爭關(guān)系進(jìn)行了研究，并將空間分析法應(yīng)用于天然毛竹林競爭空間的研究中，且取得了良好的效果。因此，本文將天然毛竹林空間競爭關(guān)系作為重點(diǎn)研究內(nèi)容。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域

某天然毛竹林位于安徽省宣城市溪口鎮(zhèn)，氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量較多，氣溫較高，適合毛竹林生長，故將其作為研究區(qū)域具有非常高的可行性。

1.2 樣地調(diào)查和數(shù)據(jù)來源

研究樣地的面積為1 萬m2。設(shè)置平面直角坐標(biāo)后，首先將其合理劃分為多個調(diào)查單元，單元劃分標(biāo)準(zhǔn)為100 m2/調(diào)查單元，調(diào)查單元的數(shù)量為100個；然后使用全站儀，對調(diào)查單元內(nèi)的毛竹坐標(biāo)進(jìn)行測量；最后利用新竹年齡標(biāo)記，統(tǒng)計(jì)毛竹的年齡，并使用圍尺測量毛竹的各項(xiàng)指標(biāo)，如高度、胸徑等［1］。指標(biāo)測量完成后，對其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，剔除一些不合格的數(shù)據(jù)，最終得到的有效數(shù)據(jù)為5 417個。

1.3 研究方法

本次研究選擇的研究方法為Voronoi 圖的競爭指數(shù)法V Hegyi。之所以選擇這種研究方法，主要是該方法發(fā)展較為成熟，且得到了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的一致認(rèn)可，與單一的V Hegyi 競爭指數(shù)相比，這種競爭指數(shù)法克服了傳統(tǒng)V Hegyi 競爭指數(shù)應(yīng)用難度高、適用性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，能將相鄰植株數(shù)量和距離作為依據(jù)，對每個植株所占面積進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。面積大小與生存資源存在直接的關(guān)聯(lián)，簡言之，面積越大，生存資源越多，故可以使植物競爭強(qiáng)度得到反映。

找到每株毛竹的相鄰毛竹是計(jì)算競爭指數(shù)V Hegyi的核心。首先，應(yīng)結(jié)合毛竹林的坐標(biāo)點(diǎn)生成Voronoi 圖。這時每個Voronoi圖中的毛竹數(shù)量為1個。然后，基于Voronoi圖的拓?fù)潢P(guān)系，明確每株毛竹所在多邊形的相鄰多邊形。最后，提取這些多邊形中的數(shù)據(jù)，得到毛竹的數(shù)量。

為了對天然毛竹林競爭空間分布特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確識別，本次研究還應(yīng)用了空間數(shù)據(jù)探索分析技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)探索分析技術(shù)上發(fā)展形成的，所擁有的工具可以準(zhǔn)確分析空間數(shù)據(jù)特性，探測數(shù)據(jù)空間屬性是其主要的目的?？臻g數(shù)據(jù)探索技術(shù)能為本次研究提供測度，其所提供的測度與全局和局部空間存在正向關(guān)聯(lián)?？傊?，將其用于天然毛竹林競爭空間關(guān)系分析，可以對毛竹林競爭指數(shù)的全局空間自相關(guān)狀況進(jìn)行測定。

此外，空間核密度估計(jì)也是研究天然毛竹林競爭空間關(guān)系的重要方法。這種方法的初始目的為將觀測值作為根據(jù)，得到多變量或單變量概率密度的平滑估計(jì)值，在無需進(jìn)行假設(shè)的前提下，只需給出一定的帶寬，就能使用這種方法估計(jì)概率密度，且具有較高的準(zhǔn)確性。這種方法能對窗口內(nèi)不同位置的空間點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理，加權(quán)結(jié)果的平均值就是所謂的空間點(diǎn)分布密度。目前，這種方法被廣泛應(yīng)用于空間分布研究中，而且效果極為顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 Voronoi圖的競爭指數(shù)法V Hegyi計(jì)算結(jié)果

Voronoi圖的競爭指數(shù)法V Hegyi計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 天然毛竹林V Hegyi競爭指數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 天然毛竹林競爭空間特征分析

通過觀察表1 可知，天然毛竹林的競爭指數(shù)呈現(xiàn)出的狀況為高值與高值相鄰、低值與低值相鄰。簡言之，天然毛竹林競爭激烈程度越高，集聚現(xiàn)象就越明顯。

2.3 天然毛竹林競爭強(qiáng)度與密度和年齡之間的關(guān)系

使用Natural Breaks 分類方法，對用核密度估計(jì)方法得到的競爭指數(shù)進(jìn)行等級劃分，將其劃分為3 個等級強(qiáng)度，然后對每個競爭強(qiáng)度區(qū)域中的毛竹數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，最終得到了天然林在不同強(qiáng)度區(qū)域下的數(shù)量。并在此基礎(chǔ)上，對不同區(qū)域的毛竹空間分布密度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 天然毛竹林的空間分布密度

通過觀察表2可知，在不同競爭強(qiáng)度等級下，天然毛竹林的密度分布差異十分顯著。故可以得出競爭強(qiáng)度等級會影響天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性的結(jié)論［2］。

為了對不同競爭強(qiáng)度區(qū)域毛竹平均年齡進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，采用了雙樣本T 檢驗(yàn)方法，對2 個競爭等級不同區(qū)域天然毛竹林年齡進(jìn)行了比較，找出二者之間的差異，結(jié)果如表3所示。

表3 天然毛竹林競爭強(qiáng)度與年齡分布間的差異

通過觀察表3 可以看出，低強(qiáng)度區(qū)域天然毛竹林在年齡方面低于其他競爭強(qiáng)度區(qū)域的毛竹林，而中競爭強(qiáng)度和高競爭強(qiáng)度區(qū)域天然毛竹林在年齡方面無過大的差別。

2.4 天然毛竹林競爭空間異向性分析

研究人員利用函數(shù)工具和表1中的天然毛竹林強(qiáng)度V Hegyi 競爭指數(shù)進(jìn)行了風(fēng)玫瑰圖的繪制，如圖1 所示。通過觀察圖1 可以看出，天然毛竹林競爭最激烈的方向?yàn)?17°，加之本文研究的天然毛竹林生長地坡向存在一定角度偏移，偏移幅度約為20°。而天然林毛竹競爭強(qiáng)度最為激烈的方向?yàn)?12°，故二者較為類似，從而表明生長在上坡水平方向的毛竹林的競爭強(qiáng)度高于生長在上下坡方向的毛竹林，如圖2所示。

2.5 研究結(jié)論

利用指數(shù)研究方法對天然毛竹林競爭空間關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，首先是天然毛竹林競爭強(qiáng)度呈現(xiàn)出顯著的高高集聚和低低集聚的特點(diǎn)。如果生存空間較為狹窄，則毛竹林會為了獲取生長資源進(jìn)行個體間的爭奪，希望通過比相鄰植物長得更高獲取更多的資源。其次是天然毛竹林的年齡越小，其所需營養(yǎng)成分就越少，故天然毛竹林彼此之間的競爭激烈程度低。與此同時，只有在競爭激烈程度不高區(qū)域生長的低齡毛竹林，才能獲得生長所需的各類資源，其生長速度較快。最后是毛竹林具有竹鞭繁殖和叢生性的繁殖特點(diǎn)，促使其在生長過程中表現(xiàn)出逐片生長和逐片死亡的特征。故競爭強(qiáng)度表現(xiàn)的空間分布特點(diǎn)為高高集聚和低低集聚，這一點(diǎn)在實(shí)踐生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證［3］。

圖1 天然毛竹林強(qiáng)度V Hegyi競爭指數(shù)風(fēng)玫瑰圖

圖2 天然毛竹林競爭強(qiáng)度和坡向之間的關(guān)系

毛竹林在我國南方大量種植，是南方森林資源的重要組成部分，具有生長速度快、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。對其競爭空間關(guān)系進(jìn)行研究具有十分重要的意義，有助于毛竹的合理種植，以促進(jìn)毛竹生長。

3 結(jié)論

為了準(zhǔn)確探究天然毛竹林競爭空間關(guān)系，本文將宣城市溪口鎮(zhèn)天然毛竹林作為研究對象，采用Voronoi圖的競爭指數(shù)法V Hegyi、空間數(shù)據(jù)探索分析技術(shù)、空間核密度估計(jì)等分析方法，得到了研究結(jié)果。通過對研究結(jié)果進(jìn)行分析，得出了天然毛竹林競爭激烈程度越高，集聚現(xiàn)象就越明顯；競爭強(qiáng)度等級會影響天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性；低強(qiáng)度區(qū)域分布的天然毛竹林，在年齡方面低于其他競爭強(qiáng)度區(qū)域的毛竹林等結(jié)論。