2010-2020年生態(tài)學(xué)中點(diǎn)格局研究方法的文獻(xiàn)計(jì)量分析

姚慧芳 盧杰*

（1.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所，西藏 林芝860000；2.西藏高原森林生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西藏 林芝860000）

點(diǎn)格局方法的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論是由Ripley（1977）首先提出來的，經(jīng)過Diggle（1983）等人的進(jìn)一步發(fā)展和完善，因能夠清晰直觀地分析在不同尺度下的種群空間分布格局而被生態(tài)學(xué)家廣泛應(yīng)用［1］。點(diǎn)格局方法充分利用了點(diǎn)圖信息，可以研究各種尺度下的空間格局及其種內(nèi)和種間關(guān)系，不僅對(duì)于空間分析的高度有所提升，而且它的檢驗(yàn)?zāi)芰σ草^強(qiáng)［2］。點(diǎn)格局方法作為一種重要的空間分析方法，能將空間格局類型與研究地的大小相結(jié)合，可以展示出不同空間大小的分布狀態(tài)，對(duì)于研究種群的空間分布格局以及物種特性有重要作用［3］，因此近些年來在植物界甚至是生態(tài)學(xué)方面應(yīng)用越來越多。近十幾年來，關(guān)于點(diǎn)格局的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。研究點(diǎn)格局的一個(gè)重要?jiǎng)訖C(jī)是，它們可能保留影響生態(tài)中物體位置和物體特征的標(biāo)記值過程的印記。因此，點(diǎn)格局是一個(gè)“生態(tài)檔案”，可能包含關(guān)于系統(tǒng)的基本過程、大致結(jié)構(gòu)和具體功能的寶貴信息［4］。檢索相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行計(jì)量分析，有助于了解當(dāng)前點(diǎn)格局研究的動(dòng)態(tài)，了解具體地點(diǎn)具體植物種群的空間分布格局，并且有些文獻(xiàn)對(duì)點(diǎn)格局方法的函數(shù)和模型進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對(duì)我們未來的研究有很大的幫助。

提出文獻(xiàn)計(jì)量分析方法最早是在20世紀(jì)初期，它通過檢索文獻(xiàn)然后進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)的整理來分析，把文獻(xiàn)的外部特征作為對(duì)象，分析文獻(xiàn)的分布狀況、數(shù)量和變化方式，可以反映某學(xué)科或某領(lǐng)域的整體格局、研究概況、當(dāng)前研究熱點(diǎn)以及未來發(fā)展趨勢，并且被多次運(yùn)用到生態(tài)學(xué)方面［5，6］。本文以植物點(diǎn)格局分析方法為主題，通過中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）檢索2010-2020年的中文及英文文獻(xiàn)，并運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析的方法分析了點(diǎn)格局研究方法的發(fā)展現(xiàn)狀和研究趨勢，從文獻(xiàn)的來源、發(fā)文數(shù)量、文獻(xiàn)所發(fā)表的期刊、第一高產(chǎn)作者以及文獻(xiàn)的研究類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解最新動(dòng)態(tài)，為未來相關(guān)的點(diǎn)格局方法的研究和應(yīng)用提供借鑒。

1 文獻(xiàn)來源和研究方法

以中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）中期刊論文為數(shù)據(jù)源，通過高級(jí)檢索篇名為“點(diǎn)格局分析”，限定年份為2010-2020年，共檢索出194篇文獻(xiàn)，進(jìn)一步篩選出其中有關(guān)生態(tài)學(xué)點(diǎn)格局分析方法的文獻(xiàn)有114篇，包含14篇英文文獻(xiàn)。

將已選擇的114篇文獻(xiàn)中的數(shù)量、期刊、研究區(qū)域、作者以及所使用的點(diǎn)格局中的具體方法統(tǒng)計(jì)到Excel中繪制圖表，通過圖表觀察其中研究概況，并且通過計(jì)量可視化分析可以得出總體趨勢、關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和具體分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻(xiàn)數(shù)量分布

在CNKI中檢索以“點(diǎn)格局分析”為篇名并通過篩選出來的114篇文獻(xiàn)的具體發(fā)文量如圖1所示。由圖1可得，雖然在某些年份的發(fā)文量有所下降，但是總體還是呈現(xiàn)上升趨勢；2020年的發(fā)文量最少是由于只統(tǒng)計(jì)到了2月份。英文文獻(xiàn)的數(shù)量相對(duì)較少，其中2016年發(fā)表的最多，為4篇；中文文獻(xiàn)在2011年達(dá)到最多，為15篇；2010-2020年生態(tài)學(xué)點(diǎn)格局分析方法相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量呈波動(dòng)上升。

2.2 期刊分布

通過CNKI篩選出來的114篇文獻(xiàn)中，資源類型主要包括三種形式：期刊、碩士論文和中國會(huì)議，其中期刊占總篇數(shù)的比例最大，達(dá)82.5%；碩士論文有5篇；中國會(huì)議僅有2篇，其中1篇為英文文獻(xiàn)。如表1所示，在所有期刊中，《生態(tài)學(xué)報(bào)》《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》以及《生態(tài)學(xué)雜志所》發(fā)表的文獻(xiàn)最多；其次就是《植物生態(tài)學(xué)報(bào)》和《西北植物學(xué)報(bào)》，分別占3.5%和2.6%；還有部分英文期刊；其他期刊均發(fā)表≤2篇文獻(xiàn)。

圖1 2010-2020（2月）年生態(tài)學(xué)中點(diǎn)格局分析的發(fā)文量

表1 文獻(xiàn)發(fā)表的主要期刊（中文期刊和英文期刊）及研究對(duì)象

2.3 研究區(qū)域分布

通過中國知網(wǎng)（CNKI）篩選出來的114篇文獻(xiàn)中，研究區(qū)域涉及到全國大部分省份；以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究區(qū)域的文獻(xiàn)數(shù)量最多，達(dá)10篇；其次是西藏、黑龍江、陜西、寧夏以及江蘇為研究地發(fā)表的論文最多；有近一半的省份為研究區(qū)域的文獻(xiàn)數(shù)量小于2篇；相對(duì)而言，以中國西部及北部為研究地發(fā)表的論文數(shù)量較多。

2.4 作者分布

如圖3可知，近年來雖然研究生態(tài)點(diǎn)格局的作者不在少數(shù)，但通過統(tǒng)計(jì)114篇文獻(xiàn)中的第一作者可以發(fā)現(xiàn)：高產(chǎn)作者較少，僅5人；其中大部分來自西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，如鄭維列、盧杰和方江平；高產(chǎn)作者中發(fā)表文獻(xiàn)最多達(dá)6篇。

圖3 第一高產(chǎn)作者及所發(fā)表論文數(shù)量/篇

2.5 研究類型

在所檢索的文獻(xiàn)中，研究類型分為兩種：理論研究和應(yīng)用研究，其中理論研究較少，僅10篇，英文文獻(xiàn)占70%；大部分文獻(xiàn)都是將點(diǎn)格局中的具體方法運(yùn)用到實(shí)際的研究地及植物種群中，探索其空間分布格局及關(guān)聯(lián)性，而對(duì)于點(diǎn)格局本身的方法和模型研究較少。由圖4可知，文獻(xiàn)的研究類型大部分為應(yīng)用研究并占總文獻(xiàn)數(shù)量的91.2%；而理論研究僅占8.8%，有關(guān)點(diǎn)格局的理論研究還需要繼續(xù)加強(qiáng)。

圖4 文獻(xiàn)研究類型及其所占比例

2.5.1 理論研究在廣泛的科學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)開發(fā)了許多用于分析點(diǎn)格局?jǐn)?shù)據(jù)的方法。一階統(tǒng)計(jì)量描述了研究區(qū)域中點(diǎn)強(qiáng)度的大規(guī)模變化，而二階特征則是對(duì)地圖區(qū)域中所有點(diǎn)與點(diǎn)距離的匯總統(tǒng)計(jì)，并提供了檢測不同類型和尺度的模型［7］。點(diǎn)格局中零模型的選擇對(duì)于應(yīng)用Ripley′s K函數(shù)和O-ring統(tǒng)計(jì)量很關(guān)鍵，下面簡單介紹一下單變量和雙變量點(diǎn)格局的主要零模型。單變量點(diǎn)格局的零模型：（1）完全空間隨機(jī)性（CSR）；（2）非齊次泊松過程；（3）隨機(jī)標(biāo)記；（4）泊松聚類過程。雙變量點(diǎn)格局的零模型：（1）獨(dú)立性；（2）時(shí)空集聚；（3）前提條件。其中最常用的零模型包括三種：完全空間隨機(jī)模型（CSR）、泊松聚塊模型和嵌套雙聚塊模型［8］。

檢索出來關(guān)于理論研究的文獻(xiàn)有10篇，其中3篇中文文獻(xiàn)分別研究了生態(tài)學(xué)中點(diǎn)格局研究概況、點(diǎn)格局分析法的文獻(xiàn)分析和基于不同零模型的點(diǎn)格局分析；而英文文獻(xiàn)對(duì)點(diǎn)格局方法的研究相對(duì)較多，Tang等提出了一種大規(guī)模并行空間計(jì)算方法，該方法通過使用通用圖形處理單元（GPU）加速Ripley′s K函數(shù)進(jìn)行單變量空間點(diǎn)模式分析［9］。Ripley′s K函數(shù)是空間點(diǎn)格局分析中最有代表性的方法，它可以定量地評(píng)價(jià)空間分布特性。由于使用Ripley′K函數(shù)分析大型空間數(shù)據(jù)時(shí)，往往需要大量的計(jì)算，所以提出了一種大規(guī)模并行的Ripley′s K函數(shù)加速空間點(diǎn)格局分析的方法。Jesper M?ller和H?kon Toftaker研究了橢圓對(duì)相關(guān)函數(shù)的Cox過程模型，并利用總結(jié)統(tǒng)計(jì)和貝葉斯方法建立了估計(jì)過程，這種方法在空間點(diǎn)格局的合成數(shù)據(jù)集上得到了說明［10］。Stelios Zimeras運(yùn)用點(diǎn)格局進(jìn)行生物數(shù)據(jù)建模，對(duì)生物空間數(shù)據(jù)進(jìn)行研究［11］。Shin等人提出了如何利用點(diǎn)格局分析，特別是L-指數(shù)來選擇一個(gè)獨(dú)特的空間回歸模型［12］。

2.5.2 應(yīng)用研究通過中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）檢索并篩選，最后選出104篇關(guān)于生態(tài)學(xué)點(diǎn)格局方法的應(yīng)用研究，其中中文文獻(xiàn)較多，達(dá)97篇；而英文僅有7篇。應(yīng)用研究是指運(yùn)用具體的點(diǎn)格局分析方法到特定的研究地和研究對(duì)象，通過取樣、獲取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、函數(shù)計(jì)算、建模以及相關(guān)軟件來判斷其空間分布格局及關(guān)聯(lián)性。在104篇文獻(xiàn)中，主要運(yùn)用的點(diǎn)格局分析方法及篇數(shù)如下（包括英文文獻(xiàn)）。

表2 文獻(xiàn)中點(diǎn)格局的主要分析方法及其文獻(xiàn)數(shù)量/篇

通過觀察表2可以發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)用具體的點(diǎn)格局分析方法中，Ripley′s K函數(shù)運(yùn)用的篇數(shù)最多，因?yàn)镽ipley′s K函數(shù)是點(diǎn)格局分析方法中最基本的函數(shù)［13］；其次是Ripley′s L函數(shù)；成對(duì)相關(guān)函數(shù)g（r）在點(diǎn)格局中的運(yùn)用也很多，達(dá)15篇；文獻(xiàn)中運(yùn)用單元和多元O-ring統(tǒng)計(jì)量分析空間格局及其關(guān)聯(lián)性也較多；標(biāo)記相關(guān)函數(shù)kmm（r）在文獻(xiàn)中運(yùn)用的最少。

運(yùn)用Ripley′s K函數(shù)的主要方法是以所研究的地點(diǎn)中的其中某一點(diǎn)為圓的中心，而且用適當(dāng)?shù)拈L作為圓的半徑，然后畫出一個(gè)圓接著統(tǒng)計(jì)這個(gè)圓中的植物的個(gè)體數(shù)量，關(guān)于這個(gè)函數(shù)的計(jì)算方式及它的邊緣校正有很多表述在一些文獻(xiàn)中［14，15］。但是Ripley′s K函數(shù)有一個(gè)缺陷就是它有積累的特性，在研究大尺度空間格局的時(shí)候容易受到許多小尺度空間的影響［16］，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，更加準(zhǔn)確清楚地研究空間格局，Besag（1977）提出來Ripley′L函數(shù)［17］，Ripley′L函數(shù)之所以比Ripley′s K函數(shù)先進(jìn)，在于它進(jìn)行了線性化和方差的穩(wěn)定校正之后的估計(jì)值來辨別和判斷在一定尺度下的具體分布類型，在許多文獻(xiàn)中也通常用L函數(shù)來代替K函數(shù)［18］。成對(duì)相關(guān)函數(shù)g（r）同時(shí)也克服了Ripley′s K函數(shù)的積累特性，并且它是一種以鄰體密度為基礎(chǔ)然后進(jìn)行計(jì)算的一種點(diǎn)格局的方法，通常計(jì)算得較為準(zhǔn)確［19］。

3 小結(jié)與討論

空間格局之所以近些年來成為研究的熱點(diǎn)，在很大程度上是因?yàn)樗趲椭斫馍鷳B(tài)機(jī)制方面具有重要意義并且維持了物種共存的生態(tài)過程［20-25］。點(diǎn)格局分析方法作為重要的空間格局研究方法，不僅克服了在單一尺度下分析種群分布格局的不足之處，而且可以考量多種尺度下的空間分布格局和種間關(guān)系［26］，近年來已為國內(nèi)外不少學(xué)者所運(yùn)用［27-28］。通過對(duì)2010-2020年生態(tài)學(xué)中點(diǎn)格局研究方法的文獻(xiàn)計(jì)量分析，可以發(fā)現(xiàn)：文獻(xiàn)發(fā)表的數(shù)量整體上呈現(xiàn)上升趨勢，但上升的幅度相對(duì)較小；文獻(xiàn)的資源類型以期刊為主，《生態(tài)學(xué)報(bào)》《生態(tài)學(xué)雜志》以及《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》發(fā)表的數(shù)量最多，其他英文期刊每種均發(fā)表1篇文獻(xiàn)；文獻(xiàn)中的研究區(qū)域涉及全國26個(gè)省份（包括自治區(qū)和直轄市），研究區(qū)域在全國各省的分布較不均勻，其中以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究地的文獻(xiàn)數(shù)量最多；雖然研究點(diǎn)格局的作者較多，但高產(chǎn)作者較少，發(fā)表≥4篇文獻(xiàn)的作者僅5人；文獻(xiàn)的研究類型包括理論研究和應(yīng)用研究，其中大部分為應(yīng)用研究，占91.2%；文獻(xiàn)中運(yùn)用Ripley′s K和Ripley′s L函數(shù)分析空間格局的數(shù)量最多；在所篩選出來的14篇英文文獻(xiàn)中，理論研究和應(yīng)用研究各占一半。

4 結(jié)論

關(guān)于生態(tài)學(xué)中點(diǎn)格局分析方法的研究還需要繼續(xù)加強(qiáng)，可以適當(dāng)拓寬增加未被深入研究的地方，使得以全國各個(gè)省份為研究地的文獻(xiàn)數(shù)量趨于平衡增長。與國外相比，國內(nèi)關(guān)于點(diǎn)格局的理論研究相對(duì)較少，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)理論研究，深入探索點(diǎn)格局分析方法，包括相關(guān)函數(shù)及零模型，以此豐富點(diǎn)格局分析方法的研究。另外，文獻(xiàn)是由人工手動(dòng)檢索并篩選出來的，因此可能存在漏選或錯(cuò)選，導(dǎo)致分析的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，存在一些誤差，有待進(jìn)一步分析確認(rèn)。