甘家湖白梭梭空間格局分析

曹家睿

摘 要 本研究以甘家湖研究區(qū)中白梭梭為研究對象，采用EViews5.0和PASW18.0軟件中分析方法來確定影響白梭梭分布的因素，對甘家湖白梭梭種群空間格局特征進(jìn)行深入分析。結(jié)果表明：研究區(qū)西北部白梭梭分布密度高于整體的平均水平，東南部低于整體的平均水平;甘家湖白梭梭的分布受自然和人為影響較為劇烈，其中自然因素包括海拔、鼠害、距河流距離等，人為因素包括人口數(shù)量。構(gòu)建模型精度為R2=0.97，說明以上幾種因素對白梭梭的分布存在著影響。

關(guān)鍵詞 甘家湖;白梭梭;空間分析;空間格局

中圖分類號：Q948.15 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.087

白梭梭為藜科多年生灌木，是中亞分布最廣的荒漠植被類型，是我國抗旱生物種質(zhì)資源庫中的重要組成部分，亦是西北干旱地區(qū)防風(fēng)固沙的獨(dú)特樹種[1-2]。白梭梭是一種沙生荒漠植物，具有極強(qiáng)的抗旱能力，也是西北干旱荒漠區(qū)固沙造林面積最大的固沙植物[3]。種群空間格局分布是指不同種群在空間上的分布狀況，是由不同種群特性、關(guān)系和環(huán)境條件決定的[4]。種群空間格局理論研究具備了廣博的運(yùn)用空間，目前依舊是種群生態(tài)學(xué)研究的主要方向。常靜等對準(zhǔn)噶爾盆地瑪納斯河下游一帶沙漠邊緣地區(qū)梭梭、白梭梭群落分布格局及其種間關(guān)系進(jìn)行分析[5];呂朝燕等準(zhǔn)噶爾盆地西北緣梭梭種群的空間格局分布特點(diǎn)進(jìn)行了研究[6];李建貴等對梭梭種群的徑級結(jié)構(gòu)、高度結(jié)構(gòu)、密度和空間分布格局變化等進(jìn)行研究[7]。目前，對甘家湖自然保護(hù)區(qū)白梭梭的空間分析研究甚少，本研究基于遙感影像數(shù)據(jù)和甘家湖實(shí)測數(shù)據(jù)，利用ArcGIS空間分析方法，分析甘家湖白梭梭的空間格局特征，對白梭梭種群的資源的保護(hù)及天山北坡綠洲生態(tài)環(huán)境恢復(fù)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū)，地處準(zhǔn)噶爾盆地西部[8]，屬艾比湖盆地，處于溫帶荒漠地區(qū)，如圖1所示。研究區(qū)年日照時(shí)間約2 800 h，相當(dāng)于10 ℃的積溫約為3 600 ℃，多年來年平均氣溫在6.7 ℃左右，每年的無霜期約180 d。年平均風(fēng)速為1.4 m·s-1，最大風(fēng)速能達(dá)到23 m·s-1，西南風(fēng)是該地區(qū)的主風(fēng)向。研究區(qū)的地帶性土壤為荒漠-灰棕色荒漠土地帶，主要有灰棕色荒漠土、鹽土、流沙、草甸土、灰棕色荒漠土、龜裂土等，地表植被主要有梭梭、白梭梭、胡楊、檉柳、鈴鐺刺、三芒草、肉蓯蓉和蘆葦?shù)萚1]。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源

本研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)由3部分組成：1）2018年赴新疆精河縣甘家湖自然保護(hù)區(qū)土地利用數(shù)據(jù);2）2018年Landsat遙感衛(wèi)星影像;3）精河縣統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 研究方法

在探析甘家湖白梭梭空間分布情況時(shí)，主要運(yùn)用平均最鄰近指數(shù)（ANN）、核密度估算（KDE）、全局性空間聚類校驗(yàn)（Getis-Ord General G）、空間“熱點(diǎn)”探測（Hot spot analysis）等方法。在探求白梭梭空間格局的驅(qū)動力及驅(qū)動機(jī)制時(shí)候，主要運(yùn)用EViews 5.0和PASW 18.0軟件中的分析方法來確定影響白梭梭分布的因子。

3 結(jié)果與分析

3.1 甘家湖研究區(qū)白梭梭的空間格局特征

運(yùn)用上述方法，通過ArcGIS10.6軟件來揭示鄉(xiāng)村聚落的空間分布特征類型[1]。

通過測度，甘家湖研究區(qū)白梭梭分布的平均最鄰近指數(shù)為0.86，屬于集聚分布模式;而且校驗(yàn)值Z為-118.69，表示只有1%或更小的可能性會使該聚類模式是隨機(jī)過程產(chǎn)生的結(jié)果。因此，甘家湖白梭梭林分布較為均衡和集聚。

用Kernel方法生成白梭梭的密度及規(guī)模分布圖，如圖2所示。整個(gè)甘家湖研究區(qū)白梭梭密度分布具有較大的地域差異性，可以發(fā)現(xiàn)以下特征，1）白梭梭分布的總體密度約為25棵/km2。2）甘家湖研究區(qū)北部和南部白梭梭分布集中，東西兩部分分布較稀疏，研究區(qū)中部最為稀疏。3）甘家湖研究區(qū)北部白梭梭分布密度為30棵/km2，由DEM數(shù)據(jù)可以看出北部海拔較低，說明白梭梭的分布可能跟地形有相關(guān)。4）甘家湖研究區(qū)南部白梭梭分布密度為20棵/km2，可以發(fā)現(xiàn)白梭梭在河流附近分布較為密集，地下水資源與白梭梭分布具有相關(guān)性。

將甘家湖研究區(qū)白梭梭進(jìn)行全局聚類校驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白梭梭分布在西北地區(qū)較為集中出現(xiàn)高值區(qū)域如圖3所示，東南地區(qū)較為稀疏，多為低值區(qū)域。就白梭梭分布規(guī)模而言，西北部分布較為茂密，東南方向分布逐漸減少。此外，通過西北部與東南部白梭梭分布典型區(qū)域分析空間格局特征。1）甘家湖研究區(qū)西北部白梭梭分布多而密集，最大分布密度為30棵/km2，最小分布密度為20棵/km2，整體高于整個(gè)研究區(qū)平均水平;東南部則分布較為少而稀疏，最大分布密度為20棵/km2，最小分布密度為10棵/km2，整體較低于研究區(qū)平均水平。2）從白梭梭面積規(guī)模分析，整個(gè)研究區(qū)中白梭梭與梭梭的面積分布狀況分別為17.54 km2和198.23 km2，兩個(gè)種群分布面積有較大的差距，在研究區(qū)南部所占面積的比重為1.14%到11.68%。整體來看，研究區(qū)南部白梭梭分布面積占整個(gè)研究區(qū)種群中的10.53%，其余3個(gè)區(qū)域白梭梭分布面積占整個(gè)研究區(qū)梭梭種群總面積的比重為11%以上，說明白梭梭的分布狀況受其他因子影響。

3.2 甘家湖研究區(qū)白梭梭空間格局驅(qū)動力分析

甘家湖白梭梭聚落空間的變化受到多種因素的影響和制約，各種因素之間相互存在著關(guān)系。為尋求白梭梭空間格局的影響因子，對甘家湖研究區(qū)白梭梭空間格局的驅(qū)動力進(jìn)行分析。采用甘家湖保護(hù)區(qū)DEM數(shù)據(jù)以及土地利用數(shù)據(jù)，基于Eviews軟件對影響白梭搜分布格局的多種因素進(jìn)行回歸分析，最終選取最具代表的影響因子，進(jìn)而探求甘家湖白梭梭空間格局的綜合動力機(jī)制。

3.2.1 樣本變量的選取與測評

1）解釋變量與被解釋變量的選取。以甘家湖研究區(qū)中選取4個(gè)典型白梭梭樣地為樣本，以4個(gè)白梭梭樣地的面積為被解釋變量，以反映白梭梭樣地面積變化的人為和自然等相關(guān)指標(biāo)因素為解釋變量，見表1，建立分析模型。尋找研究區(qū)中白梭梭空間格局與包括人為和自然等方面影響在內(nèi)的相關(guān)因素之間的關(guān)系。

2）模型建立與分析。通過甘家湖自然保護(hù)區(qū)土地利用數(shù)據(jù)、甘家湖地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒，獲取甘家湖自然保護(hù)區(qū)自然狀況和人為因素?cái)?shù)據(jù)，建立模型：

Yi=β1X1+β2X2+…+βnXn+εi（4）

其中，Yi表示第i個(gè)白梭梭樣地的面積的絕對評價(jià)得分;Xi表示第i個(gè)影響因素;εi遵循獨(dú)立同分布過程，均值為零。利用EViews5.1統(tǒng)計(jì)軟件[9]采用逐步回歸法進(jìn)行回歸分析。

3.2.2結(jié)果分析

通過計(jì)算，得出影響白梭梭分布的相關(guān)評價(jià)結(jié)果。從表2和式（5）可以看出，模型的精度為R2=0.97，逐步回歸后的4個(gè)自變量可以大約解釋白梭梭多分布在海拔低且靠近水源的位置，模型通過了F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，均達(dá)到顯著水平，D-W值為2.27。這些都表明該模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。

Y=294.56X3+2.88X4+104.823 4X5+2 845.78X7（5）

可以得到如下關(guān)于甘家湖研究區(qū)白梭梭分布的影響因素的分析結(jié)果。1）自然因素方面海拔高度對白梭梭生長有著一定的影響，通過分析可以判斷出白梭梭密度高的區(qū)域一般分布在海拔位置較低的位置;由于鼠害的原因白梭梭的分布也受到不小的影響，老鼠對于白梭梭的啃食對白梭梭的生長情況造成大面積影響;研究表明，距河流的遠(yuǎn)近對于白梭梭分布同樣存在著聯(lián)系，一般距離河流較遠(yuǎn)的地區(qū)白梭梭分布密度較低，越靠近河流白梭梭分布密度越高面積越大。2）人為因素方面隨著人口的不斷增長偶爾會出現(xiàn)對白梭梭砍伐的現(xiàn)象，這也是影響白梭梭分布的原因之一。

4 結(jié)論與討論

本研究以新疆艾比湖為研究區(qū)，以甘家湖地面調(diào)查數(shù)據(jù)與遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用ArcGIS空間分析的方法對甘家湖白梭梭種群空間格局特征進(jìn)行深入分析。

1）通過分析可以得出研究區(qū)西北部白梭梭的分布狀況較為密集逐漸向邊緣地區(qū)擴(kuò)散的趨勢，整體高于研究區(qū)平均水平;研究區(qū)東南部白梭梭群落的分布密度較小，低于整個(gè)研究區(qū)范圍內(nèi)平均水平。

2）通過對影響甘家湖研究區(qū)白梭梭驅(qū)動力因子進(jìn)行分析得出，甘家湖白梭梭分布狀況受人為和自然因素的影響，白梭梭的生長與海拔和距河流的距離有著密切的聯(lián)系，同時(shí)鼠害也會影響白梭梭分布，人口的增加還會出現(xiàn)對白梭梭破壞的現(xiàn)象。

近些年，由于自然和人為因素，西北干旱區(qū)的荒漠植被不斷縮減。目前，梭梭種群已經(jīng)被列為國家級自然保護(hù)植物，白梭梭更是梭梭種群中的稀有樹種，是西北干旱區(qū)防風(fēng)固沙的綠色屏障。選擇甘家湖白梭梭空間格局特征進(jìn)行研究，對白梭梭種群的資源保護(hù)及天山北坡綠洲生態(tài)環(huán)境恢復(fù)具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：劉 昀）