地统计学在生态学中的应用-论文

现代农业科技2014年第13期资源与环境科学地统计学在生态学中的应用李秀梅周时学罗胜军李昌周z刘力萍：(湖北生态工程职业技术学院林业生态学院，湖北武汉430200；。麻城市林业局)摘要自然现象存在空间变异性和空间自相关性。地统计学作为研究变量空间分布规律的理论与方法．成为定量分析自然现象空间特征的有效手段，并逐渐引入生态学研究中。在介绍地统计学基本理论与方法的基础上，论述了地统计学在生态学中的应用。关键词地统计学；生态学；尺度；时空特征；应用中图分类号S153文献标识码A文章编号1007—5739(2014)13—0245—01ApplicationofGeostatisticsinEcologyLIXiu—ineiZHOUShi-xueLUoSheng-jufiLIChang-zhouLIULi-ping’(ForestryEcdogyDepartment，HubeiEcologyVocationalCollege，WuhanHubei430200；MachengForestryBureau)AbstractNaturalphenomenahasspatialvariabilityandautocorrelationcharacteristics．Asthetheoryandmethodsinresearchingspacedistribution，goestatisticsbecameaneffectivemethodforquantitativeanalysisofspatialcharacteristics，andgraduallyintroducedtoecology．Basedonthebasictheoryandmethod．thepaperintroducedtheapplicationofgeostatisticsineeology．Keywordsgeostatistics；ecology；scale；temporalandspatialcharacteristics；application地统计学起源于2O世纪60年代，是以区域化变量为一种最优、无偏的估值方法，在生态学中的应用最广泛，可理论基础．以半变异函数和插值分析为主要工具的一种地以给出每一估计样点的不确定性(即产生误差的几率和大质统计学方法；是通过分析空间数据探索空间过程的信息小)，并利用多种附属信息填补采样不足的缺陷。这种在误分析技术Ⅲ。与传统生态学方法相比，地统计学变异函数中差允许范围内的空间差值既节省工作量。又弥补因资料不的变程(n)包含了距离和方向2种含义，即量化的空间尺度足带来的困难[61。信息，比依靠经验直接确定空间取样尺度更合理；比通过尺1．4空间模拟度推绎方式间接获得目标现象的特征更精确；修正了传统空间模拟方法是当今地统计领域中由已知推断未知的景观格局研究方法中小尺度生态学现象在区域内均质性的最活跃的一种方法。由于Kriging方法具有平滑作用，不适不合理假设。一宜用于获取变量极值的空间分布，例如通过重金属含量的由于该理论充分考虑了样点的位置、方向和彼此间距极值来寻找湖泊水体污染源；而空间模拟方法即能模拟变量的空间变化趋势又能保留变量的极值；此外，空间模拟通离等空间结构信息，为实现参数的离散化与空间化提供了一种有效工具，可以定量化区域变量的空间特征，进而对未过多种实现(realization)系统的表现，进行各种情况下的模拟，具有较好的统计效用【1】。知样点进行无偏最优估值，以直接反映自然现象的随机性2地统计学在生态学中的应用和结构性，广泛用于地理学、环境科学、土壤学等诸多研究地统计学检验、模拟和估计空间特征的作用，对认识不领域。揭示了经典统计方法难以发现的规律。有利于融合同尺度生态学功能与过程具有重要意义【7]。20世纪80年代格局、尺度、过程关系，完善生态学理论与方法。初，引起生态学者关注，广泛应用于描述生态因子的空间自1地统计学的基本理论与方法相关性、绘制生态因子分布图以及设计抽样方案，分析自然1．1区域化变量理论因子普遍存在的空间相关程度、距离和方向等。利用其对可地统计学处理的对象为区域化变量，区域化变量的两信程度和误差的评价，解决了定量地测度空间尺度和更精大特点是随机性和结构性。基于此，地统计学弓1入随机函数确地绘制自然因子的空间分布旧。生态现象所涉及的任何属及其概率分布模型为理论基础，对区域化变量加以研究。性．如植被类型、生物量、土壤化学元素含量、污染物浓度1．2变异函数等，均可以作为地统计模型的变量。变异函数是地统计学方法的基础．根据已知样本点来地统计学方法可以用于研究离散现象的空间特征(群确定变量在空间上的变化规律，推算未知点的属性。其优点落、种群的格局分布)，在处理具有空间连续性特征的变量在于根据已知样本点计算某未知点的属性值时，考虑了不(土壤性质)更占优势。2O世纪80年代初，区域化变量理论同距离、不同方向空间点位间的相关性，使估计值更精确。和地统计方法成为量化土壤物理化参数空间变异的有效方l-3空间插值法嘲。尤其是地统计学方法中半方差图和Kriging插值法适与传统的插值方法不同，地统计学考虑样点的方向、位合于土壤特性的空间预测嘲。目前广泛用于土壤养分【101、水置和彼此间的距离，可以研究既有一定随机性又有一定结分In】等的分布、污染物扩散、土壤肥力质量评价、土壤分类构性的各种变量的空间分布规律圈。克里格(Kriging)插值是制图、试验设计和采样方法探讨等㈣。作者简介李~-(1982一)，女，内蒙古赤峰人，博士，助教。研究方向地统计学在生态学的应用主要集中在生态系统尺度以景观生态学与荒漠化防治。下，弥补了景观生态学在处理物种、种群和群落空间信息的通讯作者收稿日期2014—05—26(下转第247页)245\n徐晓辉等：关于夏收夏种时麦茬秸秆禁烧的思考3．5积极推广适用技术与农业机械业、政府与个人、单位与个人、企业与个人、个人与个人，错农业部门加大农业技术及农业机械的推广力度，特别综复杂。政府应在诸多利益关系中找到平衡点，处理好各种是：农业技术方面推广秸秆堆肥、沤肥等制造有机肥技术、利益关系，才能够解决焚烧麦茬的问题。秸秆还田技术等；农业机械方面推广适用于当地耕作制度的4结语农业机械、农机具等。根据不同地区、不同的种植制度等选禁止焚烧麦茬并非是个人或者某个单位的小范围责用不同的收割机械．以便于下一茬作物的播种。如下茬作物任。该项工作涉及面广，人员多，涵盖部门多，范围大，个中是玉米、棉花等宽垄稀播高杆作物，可以选用联合收割机自利益交错纠葛，错综复杂，难以在1～2年内做好。它需要政带粉碎机或者用粉碎机灭茬秸秆还田；下一茬作物是黄豆等府组织有计划、按步骤、长时间治理，是一项系统工程。作物，可以选用联合收割机自带打捆机或用打捆机收秸秆等。5参考文献3．6政府做好多方面利益协调【1]黄鹏．机收小麦留茬高度对作业成本的影响及建议[J】_现代农业科技，2o14(7)：257—258．禁止焚烧麦茬，涉及范围大，其中有公务员、研究员、工[2]王娅，潘军红，苗正雨．沿海地区作物秸秆禁烧禁抛工作的措施及对人、农民等，有政府、农业部门、宣传部门、教育部门、科研单策建议【J]．上海农业科技，2014(1)：141，143．位、农机生产、销售经营的诸多企业等，涉及政府、工业、农[3】周生涛．多措并举做好秸秆禁烧禁抛工作们．江苏农机化，2014(1)：45—46．业、科研、教育、宣传、法制等诸多领域，其中利益关系有政[4J崔军，史志中，唐莉莉，等．麦秸秆禁烧难在哪里叨．农业开发与装备，府与单位、单位与单位、单位与企业、政府与企业、企业与企2014(1)：85．(上接第244页)收入以及指导融安金桔专用肥生产等方面都有着重要意义。融安金桔生长对养分的需要，从而提高第1～2次花坐果数，4参考文献于是达到果大质优高产高效的生产目的。在试验条件下，测【1]融安县志编纂委员会．融安县志【M]．南宁：广西人民出版社，1996：240—244．土配方施肥比群众常规施肥平均增产4845kg／hm2，增产率[2]陈腾士，甘海峰，肖远辉，等．融安金桔生产发展历程及栽培关键技达15．20％，大、中果率不因产量增加而降低，可溶性固形物含术【J】．南方园艺，2010(21，3)：6-7，l1．量相对提高4．40％；以纯N、P205、K20市场价4．5、5．8、5．9元／kg[3]彭晓，刘丽华，蔡静．马铃薯测土配方施肥研究与应用初探【J1．现代农业科技，2011(15)：117—118，120．计，测土配方施肥肥料成本为l8288元／hm，常规施肥肥[4]鲍士旦．土壤农化分析【M】．北京：中国农业出版社，2000：25—114．料成本为19996元／hm。，肥料成本节约1708元／hm．按[5]陈防．中国中南地区农林复合系统中的植物营养与施肥[M]．北京：中国农业出版社．2005：1-7．6．0元／kg的市场批发价计算，平均节本增收30138元／hm。[6]杨科，潘肘强．融安金桔优质高产栽培与利用技术[M】．南宁：广西科融安金桔测土配方施肥技术对于进一步提高产量、增加群众学技术出版社。2008：6-56．(上接第245页)[2]唐涛，蔡庆华，潘文斌．地统计学在淡水生态学中的应用【JJ．湖泊科学，2000，12(3)：280—288．不足。区域化随机变量耦合了地形(海拔、坡度、坡向)、土[3]张坤，洪伟，吴承祯，等．基于地统计学和GIS的福建省降雨侵蚀力空壤、水分等环境因子，是分析种群、群落的空间异质性与环间格局阴．山地学报，2009，27(5)：538—540．境因子关系的有力工具【41；既是对生态系统尺度空间异质性[4]孙英君，王劲峰，柏延臣．地统计学方法进展研究[J】．地球科学进展，2004，19(2)：268-274．和格局问题的研究，也从生态系统的组成成分人手，同样是[5]王景雷，孙景生，张寄阳，等．基于GIS和地统计学的怍物需水量等值对生态系统功能过程的细化[71。线图fJ]．农业工程学报，2004，20(5)：51—54．[6]王正军，李典谟，商晗武，等．地质统计学理论与方法及其在昆虫生态3结语学中的应用『J]．昆虫知识，2002，39(6)：405—41l_地统计学无论是空间异质性分析法还是空间模拟差值【7]王政，王庆成，李哈滨．红松老龄林主要树种的空间异质性特征与比法，通常都是对因子的静态研究，对处理时间变化问题存在较的定量研究叨．植物生态学报，2000，24(6)：718—723．[8]葛剑平，郭海燕，仲莉娜．地统计学在生态学中的应用(I)一基本理缺陷。有学者尝试建立基于地统计学原理的时间动态模型。论和方法东北林业大学学报，1995，23(2)：88—94．鉴于地统计学方法侧重于空间分析，而传统统计学方法注[9]廖桂堂，李廷轩，王永东，等．基于GIS和地统计学的低山茶园土壤肥力质量评价『J]．生态学报，2007，27(5)：1978—1986．重于时序分析，二者相结合，将时间因子融入空间变异中是[10】祝锦霞，许红卫，王珂，等．基于GIS和地统计学的低丘红壤地区三今后需要解决的问题[61。非线性多维时间序列分析预测模型种土壤性质空间变异性研究『J1．土壤，2008，40(6)：960—965．(GS—SVR)就是半变异函数基础上，结合SVR和新的定阶方[11】张继光，陈洪松，苏以荣．喀斯特山区洼地表层土壤水分的时空变异．生态学报，2008，28(12)：6334—6343．法发展的一种新的多维时间序列最优阶数判断法『l句。[12】王晓春，韩士杰，邹春静，等．长白山岳桦种群格局的地统计学分地统计学与其他格局分析方法相结合，将有助于解决现析fJ]．应用生态学报，2002(7)：781—784．象的时空发展过程与机理问题。近期“3S”技术与地统计学[13】李艳，史舟，徐建明，等．地统计学在土壤科学中的应用及展望【J】．水土保持学报，2003，17(1)：178—183．相结合，通过地理数据确定样点之间的距离，通过属性数据[14】尚占环，姚爱兴，龙瑞军．干旱地区山地荒漠草原阴坡植物群落空间计算出变量之间的差异。二者结合得到地统计学所需要的步异质性．生态学报，2005，25(2)：312—318．[15】夏敏，赵小敏，张佳宝，等．基于GIS和地统计学的土壤养分时空变长和半方差函数关系。强化了大尺度空间信息的分析[10,17】。异分析fJ]．江西农业大学学报，2007，29(2)：312—3l7．但目前地统计学应用于景观尺度的研究较少，并且尚未形[16】谭泗桥，林雪梅，陈渊，等．基于地统计学的多维时间序列模型及其成较成熟的定量化研究方法。在生态学中的应用册．湖南农业大学学报：自然科学版，2009，35(4)：433—436．4参考文献[17]郭旭东，傅伯杰，马克明．等．基于GIS和地统计学的土壤养分空间【1]王劲峰，武继磊，孙英君，等．空间信息分析技术叨．地理研究，2005，24变异特征研究——以河北省遵化市为例[J]．应用生态学报，2000，11(3)：464—472．(4)：557—563．247