甘家湖白梭梭空间格局分析

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作者:无, 字数:11318

  摘 要 本研究以甘家湖研究区中白梭梭为研究对象,采用EViews5.0和PASW18.0软件中分析方法来确定影响白梭梭分布的因素,对甘家湖白梭梭种群空间格局特征进行深入分析。结果表明:研究区西北部白梭梭分布密度高于整体的平均水平,东南部低于整体的平均水平;甘家湖白梭梭的分布受自然和人为影响较为剧烈,其中自然因素包括海拔、鼠害、距河流距离等,人为因素包括人口数量。构建模型精度为R2=0.97,说明以上几种因素对白梭梭的分布存在着影响。
  关键词 甘家湖;白梭梭;空间分析;空间格局
  中图分类号:Q948.15 文献标志码:B DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.087
  白梭梭为藜科多年生灌木,是中亚分布最广的荒漠植被类型,是我国抗旱生物种质资源库中的重要组成部分,亦是西北干旱地区防风固沙的独特树种[1-2]。白梭梭是一种沙生荒漠植物,具有极强的抗旱能力,也是西北干旱荒漠区固沙造林面积最大的固沙植物[3]。种群空间格局分布是指不同种群在空间上的分布状况,是由不同种群特性、关系和环境条件决定的[4]。种群空间格局理论研究具备了广博的运用空间,目前依旧是种群生态学研究的主要方向。常静等对准噶尔盆地玛纳斯河下游一带沙漠边缘地区梭梭、白梭梭群落分布格局及其种间关系进行分析[5];吕朝燕等准噶尔盆地西北缘梭梭种群的空间格局分布特点进行了研究[6];李建贵等对梭梭种群的径级结构、高度结构、密度和空间分布格局变化等进行研究[7]。目前,对甘家湖自然保护区白梭梭的空间分析研究甚少,本研究基于遥感影像数据和甘家湖实测数据,利用ArcGIS空间分析方法,分析甘家湖白梭梭的空间格局特征,对白梭梭种群的资源的保护及天山北坡绿洲生态环境恢复具有重要意义。
  1 研究区概况
  研究区位于新疆甘家湖梭梭林自然保护区,地处准噶尔盆地西部[8],属艾比湖盆地,处于温带荒漠地区,如图1所示。研究区年日照时间约2 800 h,相当于10 ℃的积温约为3 600 ℃,多年来年平均气温在6.7 ℃左右,每年的无霜期约180 d。年平均风速为1.4 m·s-1,最大风速能达到23 m·s-1,西南风是该地区的主风向。研究区的地带性土壤为荒漠-灰棕色荒漠土地带,主要有灰棕色荒漠土、盐土、流沙、草甸土、灰棕色荒漠土、龟裂土等,地表植被主要有梭梭、白梭梭、胡杨、柽柳、铃铛刺、三芒草、肉苁蓉和芦苇等[1]。
  2 研究方法
  2.1 试验数据来源
  本研究试验数据由3部分组成:1)2018年赴新疆精河县甘家湖自然保护区土地利用数据;2)2018年Landsat遥感卫星影像;3)精河县统计年鉴。
  2.2 研究方法
  在探析甘家湖白梭梭空间分布情况时,主要运用平均最邻近指数(ANN)、核密度估算(KDE)、全局性空间聚类校验(Getis-Ord General G)、空间“热点”探测(Hot spot analysis)等方法。在探求白梭梭空间格局的驱动力及驱动机制时候,主要运用EViews 5.0和PASW 18.0软件中的分析方法来确定影响白梭梭分布的因子。
  3 结果与分析
  3.1 甘家湖研究区白梭梭的空间格局特征
  运用上述方法,通过ArcGIS10.6软件来揭示乡村聚落的空间分布特征类型[1]。
  通过测度,甘家湖研究区白梭梭分布的平均最邻近指数为0.86,属于集聚分布模式;而且校验值Z为-118.69,表示只有1%或更小的可能性会使该聚类模式是随机过程产生的结果。因此,甘家湖白梭梭林分布较为均衡和集聚。
  用Kernel方法生成白梭梭的密度及规模分布图,如图2所示。整个甘家湖研究区白梭梭密度分布具有较大的地域差异性,可以发现以下特征,1)白梭梭分布的总体密度约为25棵/km2。2)甘家湖研究区北部和南部白梭梭分布集中,东西两部分分布较稀疏,研究区中部最为稀疏。3)甘家湖研究区北部白梭梭分布密度為30棵/km2,由DEM数据可以看出北部海拔较低,说明白梭梭的分布可能跟地形有相关。4)甘家湖研究区南部白梭梭分布密度为20棵/km2,可以发现白梭梭在河流附近分布较为密集,地下水资源与白梭梭分布具有相关性。
  将甘家湖研究区白梭梭进行全局聚类校验,结果发现,白梭梭分布在西北地区较为集中出现高值区域如图3所示,东南地区较为稀疏,多为低值区域。就白梭梭分布规模而言,西北部分布较为茂密,东南方向分布逐渐减少。此外,通过西北部与东南部白梭梭分布典型区域分析空间格局特征。1)甘家湖研究区西北部白梭梭分布多而密集,最大分布密度为30棵/km2,最小分布密度为20棵/km2,整体高于整个研究区平均水平;东南部则分布较为少而稀疏,最大分布密度为20棵/km2,最小分布密度为10棵/km2,整体较低于研究区平均水平。2)从白梭梭面积规模分析,整个研究区中白梭梭与梭梭的面积分布状况分别为17.54 km2和198.23 km2,两个种群分布面积有较大的差距,在研究区南部所占面积的比重为1.14%到11.68%。整体来看,研究区南部白梭梭分布面积占整个研究区种群中的10.53%,其余3个区域白梭梭分布面积占整个研究区梭梭种群总面积的比重为11%以上,说明白梭梭的分布状况受其他因子影响。
  3.2 甘家湖研究区白梭梭空间格局驱动力分析
  甘家湖白梭梭聚落空间的变化受到多种因素的影响和制约,各种因素之间相互存在着关系。为寻求白梭梭空间格局的影响因子,对甘家湖研究区白梭梭空间格局的驱动力进行分析。采用甘家湖保护区DEM数据以及土地利用数据,基于Eviews软件对影响白梭搜分布格局的多种因素进行回归分析,最终选取最具代表的影响因子,进而探求甘家湖白梭梭空间格局的综合动力机制。
  3.2.1 样本变量的选取与测评   1)解释变量与被解释变量的选取。以甘家湖研究区中选取4个典型白梭梭样地为样本,以4个白梭梭样地的面积为被解释变量,以反映白梭梭样地面积变化的人为和自然等相关指标因素为解释变量,见表1,建立分析模型。寻找研究区中白梭梭空间格局与包括人为和自然等方面影响在内的相关因素之间的关系。
  2)模型建立与分析。通过甘家湖自然保护区土地利用数据、甘家湖地区统计年鉴,获取甘家湖自然保护区自然状况和人为因素数据,建立模型:
  Yi=β1X1+β2X2+…+βnXn+εi(4)
  其中,Yi表示第i个白梭梭样地的面积的绝对评价得分;Xi表示第i个影响因素;εi遵循独立同分布过程,均值为零。利用EViews5.1统计软件[9]采用逐步回归法进行回归分析。
  3.2.2结果分析
  通过计算,得出影响白梭梭分布的相关评价结果。从表2和式(5)可以看出,模型的精度为R2=0.97,逐步回归后的4个自变量可以大约解释白梭梭多分布在海拔低且靠近水源的位置,模型通过了F检验和t检验,均达到显著水平,D-W值为2.27。这些都表明该模型在统计学上是有意义的。
  Y=294.56X3+2.88X4+104.823 4X5+2 845.78X7(5)
  可以得到如下关于甘家湖研究区白梭梭分布的影响因素的分析结果。1)自然因素方面海拔高度对白梭梭生长有着一定的影响,通过分析可以判断出白梭梭密度高的区域一般分布在海拔位置较低的位置;由于鼠害的原因白梭梭的分布也受到不小的影响,老鼠对于白梭梭的啃食对白梭梭的生长情况造成大面积影响;研究表明,距河流的远近对于白梭梭分布同样存在着联系,一般距离河流较远的地区白梭梭分布密度较低,越靠近河流白梭梭分布密度越高面积越大。2)人为因素方面随着人口的不断增长偶尔会出现对白梭梭砍伐的现象,这也是影响白梭梭分布的原因之一。
  4 结论与讨论
  本研究以新疆艾比湖为研究区,以甘家湖地面调查数据与遥感影像为数据源,利用ArcGIS空间分析的方法对甘家湖白梭梭种群空间格局特征进行深入分析。
  1)通过分析可以得出研究区西北部白梭梭的分布状况较为密集逐渐向边缘地区扩散的趋势,整体高于研究区平均水平;研究区东南部白梭梭群落的分布密度较小,低于整个研究区范围内平均水平。
  2)通过对影响甘家湖研究区白梭梭驱动力因子进行分析得出,甘家湖白梭梭分布状况受人为和自然因素的影响,白梭梭的生长与海拔和距河流的距离有着密切的联系,同时鼠害也会影响白梭梭分布,人口的增加还会出现对白梭梭破坏的现象。
  近些年,由于自然和人为因素,西北干旱区的荒漠植被不断缩减。目前,梭梭种群已经被列为国家级自然保护植物,白梭梭更是梭梭种群中的稀有树种,是西北干旱区防风固沙的绿色屏障。选择甘家湖白梭梭空间格局特征进行研究,对白梭梭种群的资源保护及天山北坡绿洲生态环境恢复具有重要意义。
  参考文献:
  [1] 蔡新斌,吴俊侠.甘家湖自然保护区白梭梭种群特征与动态分析[J].干旱区资源与环境,2016,30(7):90-94.
  [2] 张立运.新疆的珍稀濒危植物-梭梭和白梭梭[J].植物杂志,2002(4):4-6.
  [3] 常學向,赵文智,张智慧.荒漠区固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)耗水特征[J].生态学报,2007,27(5):1826-1837.
  [4] Johnson J B.Stand structure and vegetation dynamics of a subalpie wooden fen in Rocky Mountain National Park,Colo-Rado[J].Joyrnal of Vegetation Science,1997,8:337-342.
  [5] 常静.准噶尔盆地西北缘典型荒漠植物群落优势种种群空间格局分析[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2006.
  [6] 吕朝燕,张希明,刘国军,等.准噶尔盆地西北缘梭梭种群结构和空间格局特征[J].中国沙漠,2012,32(2):380-387.
  [7] 李建贵,宁虎森,刘斌.梭梭种群性状结构与空间分布格局的初步研究[J].新疆农业大学学报,2003(3):51-54.
  [8] 刘丽燕,蔡新斌,江晓珩,等.新疆甘家湖梭梭林自然保护区植物组成及地理成分分析[J].植物科学学报,2016,34(5):695-704.
  [9] 李红波,张小林,吴江国,等.苏南地区乡村聚落空间格局及其驱动机制[J].地理科学,2014,34(4):438-446.
  (责任编辑:刘 昀)

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