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行深入分析。結果表明：研究區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量。構建模型精度為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 文獻標志碼：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資源庫中的重要組成部分，亦是西北干旱地區防風固沙的獨特樹種[1-2]。白梭梭是一種沙生荒漠植物，具有極強的抗旱能力，也是西北干旱荒漠區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、關系和環境條件決定的[4]。種群空間格局理論研究具備了廣博的運用空間，目前依舊是種群生態學研究的主要方向。常靜等對準噶爾盆地瑪納斯河下游一帶沙漠邊緣地區梭梭、白梭梭群落分布格局及其種間關系進行分析[5];呂朝燕等準噶爾盆地西北緣梭梭種群的空間格局分布特點進行了研究[6];李建貴等對梭梭種群的徑級結構、高度結構、密度和空間分布格局變化等進行研究[7]。目前，對甘家湖自然保護區白梭梭的空間分析研究甚少，本研究基于遙感影像數據和甘家湖實測數據，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及天山北坡綠洲生態環境恢復具有重要意義。

1 研究區概況

研究區位于新疆甘家湖梭梭林自然保護區，地處準噶爾盆地西部[8]，屬艾比湖盆地，處于溫帶荒漠地區，如圖1所示。研究區年日照時間約2 800 h，相當于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。年平均風速為1.4 m·s-1，最大風速能達到23 m·s-1，西南風是該地區的主風向。研究區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、肉蓯蓉和蘆葦等[1]。

2 研究方法

2.1 試驗數據來源

本研究試驗數據由3部分組成：1）2018年赴新疆精河縣甘家湖自然保護區土地利用數據;2）2018年Landsat遙感衛星影像;3）精河縣統計年鑒。

2.2 研究方法

在探析甘家湖白梭梭空間分布情況時，主要運用平均最鄰近指數（ANN）、核密度估算（KDE）、全局性空間聚類校驗（Getis-Ord General G）、空間“熱點”探測（Hot spot analysis）等方法。在探求白梭梭空間格局的驅動力及驅動機制時候，主要運用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 結果與分析

3.1 甘家湖研究區白梭梭的空間格局特征

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

通過測度，甘家湖研究區白梭梭分布的平均最鄰近指數為0.86，屬于集聚分布模式;而且校驗值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過程產生的結果。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模分布圖，如圖2所示。整個甘家湖研究區白梭梭密度分布具有較大的地域差異性，可以發現以下特征，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，研究區中部最為稀疏。3）甘家湖研究區北部白梭梭分布密度為30棵/km2，由DEM數據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。4）甘家湖研究區南部白梭梭分布密度為20棵/km2，可以發現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性。

將甘家湖研究區白梭梭進行全局聚類校驗，結果發現，白梭梭分布在西北地區較為集中出現高值區域如圖3所示，東南地區較為稀疏，多為低值區域。就白梭梭分布規模而言，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域分析空間格局特征。1）甘家湖研究區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，整體高于整個研究區平均水平;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，整體較低于研究區平均水平。2）從白梭梭面積規模分析，整個研究區中白梭梭與梭梭的面積分布狀況分別為17.54 km2和198.23 km2，兩個種群分布面積有較大的差距，在研究區南部所占面積的比重為1.14%到11.68%。整體來看，研究區南部白梭梭分布面積占整個研究區種群中的10.53%，其余3個區域白梭梭分布面積占整個研究區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 甘家湖研究區白梭梭空間格局驅動力分析

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系。為尋求白梭梭空間格局的影響因子，對甘家湖研究區白梭梭空間格局的驅動力進行分析。采用甘家湖保護區DEM數據以及土地利用數據，基于Eviews軟件對影響白梭搜分布格局的多種因素進行回歸分析，最終選取最具代表的影響因子，進而探求甘家湖白梭梭空間格局的綜合動力機制。

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。以甘家湖研究區中選取4個典型白梭梭樣地為樣本，以4個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指標因素為解釋變量，見表1，建立分析模型。尋找研究區中白梭梭空間格局與包括人為和自然等方面影響在內的相關因素之間的關系。

2）模型建立與分析。通過甘家湖自然保護區土地利用數據、甘家湖地區統計年鑒，獲取甘家湖自然保護區自然狀況和人為因素數據，建立模型：

Yi=β1X1+β2X2+…+βnXn+εi（4）

其中，Yi表示第i個白梭梭樣地的面積的絕對評價得分;Xi表示第i個影響因素;εi遵循獨立同分布過程，均值為零。利用EViews5.1統計軟件[9]采用逐步回歸法進行回歸分析。

3.2.2結果分析

通過計算，得出影響白梭梭分布的相關評價結果。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檢驗和t檢驗，均達到顯著水平，D-W值為2.27。這些都表明該模型在統計學上是有意義的。

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

可以得到如下關于甘家湖研究區白梭梭分布的影響因素的分析結果。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，距河流的遠近對于白梭梭分布同樣存在著聯系，一般距離河流較遠的地區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對白梭梭砍伐的現象，這也是影響白梭梭分布的原因之一。

4 結論與討論

本研究以新疆艾比湖為研究區，以甘家湖地面調查數據與遙感影像為數據源，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行深入分析。

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

2）通過對影響甘家湖研究區白梭梭驅動力因子進行分析得出，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系，同時鼠害也會影響白梭梭分布，人口的增加還會出現對白梭梭破壞的現象。

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

參考文獻：

[1] 蔡新斌，吳俊俠.甘家湖自然保護區白梭梭種群特征與動態分析[J].干旱區資源與環境，2016，30（7）：90-94.

[2] 張立運.新疆的珍稀瀕危植物-梭梭和白梭梭[J].植物雜志，2002（4）：4-6.

[3] 常學向，趙文智，張智慧.荒漠區固沙植物梭梭（Haloxylon ammodendron）耗水特征[J].生態學報，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] 常靜.準噶爾盆地西北緣典型荒漠植物群落優勢種種群空間格局分析[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2006.

[6] 呂朝燕，張希明，劉國軍，等.準噶爾盆地西北緣梭梭種群結構和空間格局特征[J].中國沙漠，2012，32（2）：380-387.

[7] 李建貴，寧虎森，劉斌.梭梭種群性狀結構與空間分布格局的初步研究[J].新疆農業大學學報，2003（3）：51-54.

[8] 劉麗燕，蔡新斌，江曉珩，等.新疆甘家湖梭梭林自然保護區植物組成及地理成分分析[J].植物科學學報，2016，34（5）：695-704.

[9] 李紅波，張小林，吳江國，等.蘇南地區鄉村聚落空間格局及其驅動機制[J].地理科學，2014，34（4）：438-446.

（責任編輯：劉 昀）