浑善达克沙地南缘小叶锦鸡儿种群格局的分形特征分析

贺　勇　白小玲

摘要应用分形理论中的计盒维数、信息维数和关联维数分形维数探讨了浑善达克沙地南缘小叶锦鸡儿种群分布格局的多尺度分布规律,研究表明:小叶锦鸡儿种群格局计盒维数、信息维数、关联维数分别为0.960、0.927、1.357。这表明该种群个体占据空间的能力不高,非均匀程度不强,格局强度尺度变化不强烈,具有较低的结构复杂性,种群有趋向于集群分布的形式。

关键词 小叶锦鸡儿;种群格局;空间占据;分形维数;浑善达克沙地南缘

中图分类号S793.9文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)15-0194-01

为避免单一分形维数分析的片面性,笔者综合运用计盒维数、信息维数和关联维数3种分析方法对小叶锦鸡儿种群格局的尺度变化特征分别进行了比较综合分析,掌握种群的多尺度分布规律,揭示其占据空间资源的能力和生态适应力。

1研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

浑善达克沙地南缘的正镶白旗布日都苏木地区位于北纬42°35′、东经114°47′,海拔1 180～1 305m,属温带大陆性气候,年平均降水量300～360mm,年平均温度1.9℃,年平均风速4.0~4.1m/s。天然植被为沙生植被类型,主要以小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、虫实(Corispermum spp)和沙米(Agriophllum squanosm)为主,盖度为15%左右。土壤为基质疏松、贫瘠的流沙,土壤粒径较粗。

1.2研究方法

取样点设在浑善达克沙地南缘的正镶白旗布日都苏木半流动沙地上。在面积为50m×50m的区域内,标定X轴和Y轴,对样地内小叶锦鸡儿灌丛进行高度、冠幅和空间位置调查。分形维数采用计盒维数、信息维数、相关维数计

算[1-3]。

2结果与分析

2.1小叶锦鸡儿种群格局的计盒维数分析

理论上,种群占据全部生态空间时计盒维数应为2,其余下的维数为生态间隙维,而计盒维数为其生态占据维。通常,生态占据维(计盒维数)反映的是种群现实占据生态空间的能力,而生态间隙维则反映的是种群潜在占据生态空间的能力,即在群落中还可提供给小叶锦鸡儿种群占据的最大空间限度[2]。对小叶锦鸡儿种群记盒维数计算结果的直线拟合的相关系数达显著水平(见图1)。小叶锦鸡儿种群的计盒维数为0.960,其大小揭示了小叶锦鸡儿种群对空间的占据能力,较大的计盒维数反映了种群对空间较高的占据程度[6]。小叶锦鸡儿种群生态间隙维是1.04,表明小叶锦鸡儿种群尚可拓宽的生态空间维数占其理论占据生态空间的52%,具有很大的潜力,同时也说明了该种群个体占据空间的能力不高,非均匀程度不强,有趋向于集群分布形式。

2.2小叶锦鸡儿种群格局的信息维数分析

信息维数的优点就在于它能反映分形内部的不均匀特性[1]。小叶锦鸡儿种群格局的信息维数计算结果表明,信息维数的直线拟合效果较好,信息维数为0.927(接近于1),总体上个体分布比较均匀,格局强度尺度变化不强,具有较低的结构复杂性,更新较差(见图2)。

2.3小叶锦鸡儿种群格局的关联维数分析

种群格局关联维数在统计意义上揭示出种群个体空间相关的尺度变化规律。种群关联维数大(接近2),表明种群个体的空间相关程度较高,个体间的竞争强,种群整体对空间的占据程度较高;反之,关联维数低(远离2),则种群个体空间相关程度低,个体间的竞争较弱,种群对空间的占据能力较低。分析表明,小叶锦鸡儿种群格局关联维数的直线拟合效果较好(见图3)。种群的关联维数为1.357,表明整体上小叶锦鸡儿种群个体间平均关联较弱,个体分布的均匀程度低。成熟个体间竞争程度不高,但局部幼龄个体较多,竞争较为激烈。

3结论与讨论

综合运用各种分形方法将有助于更加全面地解释小叶锦鸡儿种群的空间格局特征,揭示小叶锦鸡儿种群的结构、功能和特点。总体而言,计盒维数为0.960,信息维数为0.927,关联维数为1.357,表明小叶锦鸡儿个体空间利用能力并不强,平均关联稍弱,个体聚集性不高,天然更新状况不理想,这与光照或小叶锦鸡儿种群自身生物学、生理生态学特性有关。种群格局计盒维数、信息维数和关联维数分别从空间占据程度、格局强度和个体空间关联的尺度变化出发,揭示了种群格局的尺度变化特征。它们相辅相成,相互补充,为深入理解种群格局提供了丰富信息[4-6]。

4参考文献

[1] 马克明,祖元刚.兴安落叶松种群格局的分形特征信息维数[J].生态学报,2000,20(2):187-192.

[2] 马克明,祖元刚.兴安落叶松种群格局的分形特征:计盒维数[J].植物研究,2000,20(1):104-111.

[3] 马克明,祖元刚,倪红伟.兴安落叶松种群格局的分形特征——关联维数[J].生态学报,1999,19(3):353-358.

[4] 马克明,祖元刚.植被格局的分形特征[J].植物生态学报,2000,24(1):111-117.

[5] 梁士楚,王伯荪.红树植物木榄幼树斑块形状的分形分析[J].广西植物,2002,22(6):481-484.

[6] 宋萍,洪伟,吴承祯,等.天然黄山松种群格局的分形特征——计盒维数与信息维数[J].武汉植物学研究,2004,22(5):400-405.