生态与空间:基于点模式的研究

摘要

植物生态学中的空间点模式通常在二维空间中定义，其中每个点都由一个有序的对表示，它概括了植物的空间位置。空间点模式是必不可少的，因为它们是对重要的生态过程的响应，与人口或社区的结构有关。这些过程主要包括种子传播、资源竞争、促进和植物对胁迫的反应。本文综述了空间格局对植物生物多样性的影响因素及其潜在的潜在过程。提供了一个例子，其中空间点模式区域应用于了解西班牙中部寄生植物的传播，以推断有关传播综合征的次要媒介。

关键字

空间点模式，分散，氧角藻

简介

在自然群落中，植物的随机空间模式是例外而不是规则。植物之间的距离通常比预期的要远或近[1-3.］．了解这些空间模式的原因和后果目前构成了一个重要的目标植物生态学(4，5］．生物、非生物因子的空间分布生态相互作用在维持生态系统的结构、功能和动态方面发挥基本作用[2］．

空间点模式的分析至关重要，因为生态过程可以产生可预测的空间结构，从而使我们能够理解控制物种的机制。不同的空间格局与不同的生态过程相关联，例如，有规律的格局被解释为植物之间由于资源约束而进行激烈竞争的指标[6，7］．聚集模式是中性或积极相互作用的证据，以斑块形式分布[8-10］．随着生态过程新推理方法的发展，基于空间点过程的研究大大增加，这些研究模拟了空间结构对植物群落的影响[11-15］．在不忽视植物形态与生态过程之间关系的复杂性的情况下[15，16］．在空间的名义下分析，采用一套技术定量分析空间显式数据[17，18］．

空间格局的统计分析可以表现为三种基本形式:(1)地质统计学技术分析的定量数据;(2)景观生态学领域中用不同区域的地图表示的分类数据;(3)与空间中物体位置相关的空间点格局。本综述旨在分析以点模式形式呈现的信息[19］．

文献综述

点模式

经典的方法

科学文献提到了一些与点过程理论出现相关的基本方法，包括生命表、计数问题、通信工程粒子物理学[20.］．在高维空间中流行的焦点是在与离散分布相关的各种类型的区间或区域中对事件进行计数。点过程是指点在一定意义上完全随机出现的过程;其中的一个特殊情况是泊松过程[21］．利用距离来衡量人口中个体之间的空间关系，对发展用于分析点过程的统计方法作出了重要贡献。特别是，在利用点-植物距离研究种群格局方面，为点过程在植物生态学中的应用提供了开创性的工作。在其他领域，如流行病学和神经生理学［22-27］．

尽管齐次泊松过程是第一个用于解决与点过程相关问题的模型之一，但很快就发现构建另一类模型来解释空间聚类是可行的。这种分组过程的第一个应用归功于Neyman [28］．巴特利特在20世纪60年代进一步尝试对点模式进行全面分析，他提出使用二维光谱在一个空间格局的所有点间距离中，允许在不同尺度上进行测试[29］．可能这促使Brian D. Ripley引入了二阶技术，包括主要的二阶简化测度，或k函数;后来经过修改和扩展[30.-34］．此外，基于点间距离的聚类模型亦得到发展[35］．此外，Ripley’s K函数的定义也被推广到非平稳过程[36］．

1978年，亚瑟·盖蒂斯(Arthur Getis)和巴里·博茨(Barry Boots)出版了一本名为《空间过程模型》(Models of Spatial Processes)的重要著作，提出了对具有特定特征的点模式的形式化分析，如分组、抑制和统计测试［37］．发展二阶理论的动机来自于一个点与另一个点之间的一个或几个独特的度量不足以以点图的形式概括一组数据。目标是根据点对之间的所有距离找到一个累积分布函数，这种方法被称为二阶或二阶分析，这组方法是为分析来自代表所有个体位置的详尽地图的数据而开发的。

当前的方法

一项开创性的研究，涵盖了与点的空间点模式及其应用的统计分析相关的方法学主题生物提供了[38，39］．狄格尔所采用的方法是基于随机模型，假设事件是由一些潜在的随机机制产生的。点过程被认为是不规则或随机点模式的数学模型[40］．在一些研究中，空间模式分析被用于评估对观测模式负责的过程的假设[41］．为了理解这些功能过程，有必要确定它们发生的空间和时间尺度[42］．但是，尽管该比额表是这些过程固有的，但在过去三十年中才被明确列入[43］．在足够大的尺度上，自然环境表现出异质性，倾向于产生聚合模式[38］．这些空间和时间特征使我们能够将其归因于诸如建立、生长、竞争、繁殖、衰老和死亡等潜在过程[44］．

讨论

几十年来，生态学家一直在问这样一个问题:是什么决定了生物群落中物种的数量、相对丰度和特定组合?最广为接受的反应包括生物和环境因素的影响[45］．一种有效的方法是使用统计程序来验证假设，为观察结果提供合理的解释。这意味着需要评估所观察到的模式的效力或意义，面对一个适当提出的零(理论)模型，允许对生态数据进行随机化[46］．

案例研究:在西班牙中部散布的Arceuthobium oxycedri

生态学的基本目标之一是了解生物和群落的空间模式，这可以通过开发新的空间分析工具来测试关于种群和群落生态学的创新假设来实现。认识到现有方法在检验生态学假设方面的局限性，研究人员开发了一种标记点模式的新模型，并将其应用于西班牙原生寄生植物Arceuthobium oxycedri的传播[47，48］．采用流行病学控制方法，建立基于物种传播能力和传染能力的具有生物学意义的零模型，采用基于传播距离的密度函数[49］．结果揭示了该寄生虫的另一种次要传播媒介。然而，还需要进一步的观察和实验工作来澄清机制是物种感染模式的基础。明确的空间分散和分布模型有助于森林管理者的决策过程。矮槲寄生的管理依赖于对这些重要病原体在地面森林条件下的生态学和流行病学的科学理解。

结论

在过去的二十年中，空间点模式分析已被广泛地纳入生态学研究，然而，我们可以肯定的是，大量的空间点模式研究和技术仍未得到充分利用。尽管存在这些近似，但这表明空间零模型与实证研究相结合，在增加对植物传播机制和生态学许多分支的理解方面具有巨大潜力。

致谢

本研究由PIC-13-ETAPA-005项目支持，由Ciencia Educación Superior秘书处Tecnología e Innovación (SENESCYT)资助。特别感谢Daniel griffith的英语语言修订。

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