基于零模型的腾格里沙漠东南缘固定沙地种群点格局分析

doi:10.11686/cyxb2023444

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (10): 37-45.DOI: 10.11686/cyxb2023444

基于零模型的腾格里沙漠东南缘固定沙地种群点格局分析

曲文杰¹^,³^,⁴(), 王磊²^,⁶, 杨新国²^,⁶(), 屈建军³, 张力², 张波⁵, 孙向波⁵

^1.宁夏大学，农林与生态学部，宁夏银川 750021
^2.宁夏大学，西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏银川 750021
^3.中国科学院西北生态环境资源研究院，敦煌戈壁荒漠生态与环境研究站，甘肃兰州 730000
^4.中国科学院大学，北京 100049
^5.宁夏中卫沙坡头国家级自然保护区管理局，宁夏中卫 755000
^6.宁夏黄河湿地生态系统国家定位观测研究站，宁夏银川 750021

收稿日期:2023-11-21 修回日期:2024-01-03 出版日期:2024-10-20 发布日期:2024-07-15
通讯作者: 杨新国
作者简介:Corresponding author. E-mail： xinguoyang1976@163.com
曲文杰（1982-），女，山东龙口人，实验师，在读博士。E-mail： qwj202@nxu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(32060313);宁夏重点研发课题项目(2021BEG03008)

Point pattern analysis based on null models of populations in fixed sand at the southeastern edge of the Tengger Desert

Wen-jie QU¹^,³^,⁴(), Lei WANG²^,⁶, Xin-guo YANG²^,⁶(), Jian-jun QU³, Li ZHANG², Bo ZHANG⁵, Xiang-bo SUN⁵

^1.Faculty of Agriculture，Forestry and Ecology，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^3.Dunhuang Gobi and Desert Ecological and Environmental Research Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^5.Ningxia Zhongwei Shapotou National Nature Reserve Administration，Zhongwei 755000，China
^6.National Positioning Observation and Research Station for Wetland Ecosystem of Yellow River in Ningxia，Yinchuan 750021，China

Received:2023-11-21 Revised:2024-01-03 Online:2024-10-20 Published:2024-07-15
Contact: Xin-guo YANG

摘要/Abstract

摘要：

植物种群空间分布格局是种群生物学特性、种内或种间关系以及与环境因子综合作用的结果。明确植物空间分布格局对认识植物生态适应性与多样性维持机制具有重要意义。本研究选择腾格里沙漠东南缘30~40年固定沙地，基于点格局的完全空间随机模型、泊松聚块模型和嵌套双聚块模型分析并检验了小画眉草、狗尾草、虎尾草、猪毛菜、雾冰藜5种常见植物种群空间分布格局。结果表明：种群密度大小排序为：小画眉草>狗尾草>虎尾草>雾冰藜>猪毛菜。完全空间随机模型下，小画眉草种群在 $0 ~ 1000 ? c m$ 尺度呈现出从聚集分布过渡到均匀分布，再转换为聚集分布的变化规律；其余4个物种在0~295 cm尺度表现为聚集分布，且聚集分布尺度随种群密度降低而降低。泊松聚块模型下，小画眉草、雾冰藜和猪毛菜物种在0~35 cm尺度内表现为聚集分布，其他尺度为随机分布；而狗尾草和虎尾草种群分别在0~55 cm、405~835 cm和0~75 cm、465~945 cm尺度表现为聚集分布，其他尺度均随机分布。嵌套双聚块模型下，5个物种在0~1000 cm尺度基本呈现随机分布，即在大聚块中都分布着小聚块。综合3种模型的检验结果，种子扩散限制、灌木的“沃岛”效应和藻结皮特性引起的微生境异质性共同决定了腾格里沙漠东南缘30~40年固沙区植被空间多聚块分布特征。

关键词: 腾格里沙漠东南缘, 生境异质性, 扩散限制, 点格局, 零模型

Abstract:

The spatial distribution patterns of vegetation populations result from the combined effects of populations’ biological characteristics， intraspecific relationships， and interspecific relationships. Understanding the spatial distribution patterns of plants is of great significance for elucidating how plants adapt to their ecological environment， and how populations maintain diversity. In this study， we analyzed vegetation populations in fixed sandy lands on the southeast edge of the Tengger Desert. Areas where the sandy lands have been fixed for 30 to 40 years were selected for analysis. The formation of spatial patterns of five common plant species， namely Eragrostis minor， Setaria viridis， Chloris virgata， Salsola collina， and Grubovia dasyphylla， was analyzed and tested using point pattern analyses. The null models used in the tests of spatial randomness were the complete spatial randomness model， the Poisson cluster model， and the nested double-cluster model. According to the results， the populations were ranked from highest to lowest density， as follows： E. minor， S. viridis， C. virgata， G. dasyphylla， and S. collina. When using the complete spatial randomness null model， the population of E. minor showed a trend towards changing from an aggregated distribution to a uniform distribution and then to an aggregated distribution at the scale of 0-1000 cm.The other four species appeared to have aggregated distributions， and the scale of aggregated distribution reduced as population density decreased. Using the Poisson cluster null model， E. minor， G. dasyphylla， and S. collina showed an aggregated distribution at 0-35 cm scales， but a random distribution at other scales. S. viridis， showed an aggregated distribution at scales of 0-55 cm and 405-835 cm， and C. virgata at scales of 0-75 cm and 465-945 cm， but a random distribution at other scales. Using the double-cluster null model， the five species showed random distributions at 0-1000 cm scales， that is， small clusters were spread across large clusters. In conclusion， the restriction of seed dispersal， the “fertile island” effect of shrubs， and the characteristics of the algal crust may determine the patchiness of populations of common plants in areas with 30-40 years of sand fixation on the southeast edge of the Tengger Desert.

Key words: the southeast edge of the Tengger Desert, habitat heterogeneity, dispersal limitation, point pattern analysis, null model

曲文杰, 王磊, 杨新国, 屈建军, 张力, 张波, 孙向波. 基于零模型的腾格里沙漠东南缘固定沙地种群点格局分析[J]. 草业学报, 2024, 33(10): 37-45.

Wen-jie QU, Lei WANG, Xin-guo YANG, Jian-jun QU, Li ZHANG, Bo ZHANG, Xiang-bo SUN. Point pattern analysis based on null models of populations in fixed sand at the southeastern edge of the Tengger Desert[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(10): 37-45.

图/表 5

表1 泊松聚块模型和嵌套双聚块模型分析结果

Table 1 Results of analyses using Poisson cluster process and the double-cluster model process

物种 Species	株数 Number n	复合大尺度聚块格局 Pattern of compound larger-scale clustering				小尺度聚块格局 Pattern of small-scale clustering
物种 Species	株数 Number n	$σ 1$	$100 ρ 1$	$A ρ 1$	$E r$	$σ 2$	$100 ρ 2$	$A ρ 2$	$E r$
狗尾草S. viridis	15311	32.440	0.02126	8.51	0.00063	2.115	3.689	1475.41	0.00080
虎尾草C. virgata	2966	35.327	0.00542	2.17	0.00629	3.120	0.327	130.86	0.00212
小画眉草E. minor	22094	8.321	0.24100	96.50	0.00286	1.098	16.403	6561.25	0.00249
雾冰藜G. dasyphylla	949	18.779	0.03441	13.77	0.00188	2.007	1.790	716.03	0.00091
猪毛菜S. collina	753	4.399	0.78003	312.01	0.01614	1.497	1.882	753.00	0.01482

表1 泊松聚块模型和嵌套双聚块模型分析结果

Table 1 Results of analyses using Poisson cluster process and the double-cluster model process

物种 Species	株数 Number n	复合大尺度聚块格局 Pattern of compound larger-scale clustering				小尺度聚块格局 Pattern of small-scale clustering
物种 Species	株数 Number n	$σ 1$	$100 ρ 1$	$A ρ 1$	$E r$	$σ 2$	$100 ρ 2$	$A ρ 2$	$E r$
狗尾草S. viridis	15311	32.440	0.02126	8.51	0.00063	2.115	3.689	1475.41	0.00080
虎尾草C. virgata	2966	35.327	0.00542	2.17	0.00629	3.120	0.327	130.86	0.00212
小画眉草E. minor	22094	8.321	0.24100	96.50	0.00286	1.098	16.403	6561.25	0.00249
雾冰藜G. dasyphylla	949	18.779	0.03441	13.77	0.00188	2.007	1.790	716.03	0.00091
猪毛菜S. collina	753	4.399	0.78003	312.01	0.01614	1.497	1.882	753.00	0.01482

图1 不同物种高度、生物量及个体分布不同字母表示不同物种特征间差异显著（P<0.05）。Different letters represent significant differences in the characteristics of different species （P<0.05）.

Fig.1 Height， biomass， and point diagram of individual distribution for different populations

图2 物种基于完全空间随机模型的点格局分析

Fig.2 Point pattern analysis of species based on complete spatial randomness model

图3 物种基于泊松聚块模型的点格局分析

Fig.3 Point pattern analysis of species based on Poisson cluster process

图4 物种基于嵌套双聚块模型的点格局分析

Fig.4 Point pattern analysis of species based on nested double-cluster process

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基于零模型的腾格里沙漠东南缘固定沙地种群点格局分析

Point pattern analysis based on null models of populations in fixed sand at the southeastern edge of the Tengger Desert

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