天然毛竹林競爭空間關系探究

程成武

（宣城市宣州區自然資源和規劃局溪口林業站，安徽 宣城 242062）

植物種內和種間關系的重要形式之一就是競爭，植物內部競爭主要表現在相鄰植物的競爭上。競爭作用會對植物個體生長、存活和形態產生一定的影響。鑒于此，一部分學者對植物間的競爭關系進行了研究，并將空間分析法應用于天然毛竹林競爭空間的研究中，且取得了良好的效果。因此，本文將天然毛竹林空間競爭關系作為重點研究內容。

1 研究區域和研究方法

1.1 研究區域

某天然毛竹林位于安徽省宣城市溪口鎮，氣候類型為亞熱帶季風氣候，年降水量較多，氣溫較高，適合毛竹林生長，故將其作為研究區域具有非常高的可行性。

1.2 樣地調查和數據來源

研究樣地的面積為1 萬m2。設置平面直角坐標后，首先將其合理劃分為多個調查單元，單元劃分標準為100 m2/調查單元，調查單元的數量為100個；然后使用全站儀，對調查單元內的毛竹坐標進行測量；最后利用新竹年齡標記，統計毛竹的年齡，并使用圍尺測量毛竹的各項指標，如高度、胸徑等［1］。指標測量完成后，對其進行質量檢驗，剔除一些不合格的數據，最終得到的有效數據為5 417個。

1.3 研究方法

本次研究選擇的研究方法為Voronoi 圖的競爭指數法V Hegyi。之所以選擇這種研究方法，主要是該方法發展較為成熟，且得到了領域內學者的一致認可，與單一的V Hegyi 競爭指數相比，這種競爭指數法克服了傳統V Hegyi 競爭指數應用難度高、適用性不強的缺點，能將相鄰植株數量和距離作為依據，對每個植株所占面積進行準確的計算。面積大小與生存資源存在直接的關聯，簡言之，面積越大，生存資源越多，故可以使植物競爭強度得到反映。

找到每株毛竹的相鄰毛竹是計算競爭指數V Hegyi的核心。首先，應結合毛竹林的坐標點生成Voronoi 圖。這時每個Voronoi圖中的毛竹數量為1個。然后，基于Voronoi圖的拓撲關系，明確每株毛竹所在多邊形的相鄰多邊形。最后，提取這些多邊形中的數據，得到毛竹的數量。

為了對天然毛竹林競爭空間分布特點進行準確識別，本次研究還應用了空間數據探索分析技術。這項技術是在傳統數據探索分析技術上發展形成的，所擁有的工具可以準確分析空間數據特性，探測數據空間屬性是其主要的目的。空間數據探索技術能為本次研究提供測度，其所提供的測度與全局和局部空間存在正向關聯。總之，將其用于天然毛竹林競爭空間關系分析，可以對毛竹林競爭指數的全局空間自相關狀況進行測定。

此外，空間核密度估計也是研究天然毛竹林競爭空間關系的重要方法。這種方法的初始目的為將觀測值作為根據，得到多變量或單變量概率密度的平滑估計值，在無需進行假設的前提下，只需給出一定的帶寬，就能使用這種方法估計概率密度，且具有較高的準確性。這種方法能對窗口內不同位置的空間點進行加權處理，加權結果的平均值就是所謂的空間點分布密度。目前，這種方法被廣泛應用于空間分布研究中，而且效果極為顯著。

2 結果與分析

2.1 Voronoi圖的競爭指數法V Hegyi計算結果

Voronoi圖的競爭指數法V Hegyi計算結果如表1所示。

表1 天然毛竹林V Hegyi競爭指數統計

2.2 天然毛竹林競爭空間特征分析

通過觀察表1 可知，天然毛竹林的競爭指數呈現出的狀況為高值與高值相鄰、低值與低值相鄰。簡言之，天然毛竹林競爭激烈程度越高，集聚現象就越明顯。

2.3 天然毛竹林競爭強度與密度和年齡之間的關系

使用Natural Breaks 分類方法，對用核密度估計方法得到的競爭指數進行等級劃分，將其劃分為3 個等級強度，然后對每個競爭強度區域中的毛竹數量進行準確統計，最終得到了天然林在不同強度區域下的數量。并在此基礎上，對不同區域的毛竹空間分布密度進行準確計算，結果如表2所示。

表2 天然毛竹林的空間分布密度

通過觀察表2可知，在不同競爭強度等級下，天然毛竹林的密度分布差異十分顯著。故可以得出競爭強度等級會影響天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性的結論［2］。

為了對不同競爭強度區域毛竹平均年齡進行準確統計，采用了雙樣本T 檢驗方法，對2 個競爭等級不同區域天然毛竹林年齡進行了比較，找出二者之間的差異，結果如表3所示。

表3 天然毛竹林競爭強度與年齡分布間的差異

通過觀察表3 可以看出，低強度區域天然毛竹林在年齡方面低于其他競爭強度區域的毛竹林，而中競爭強度和高競爭強度區域天然毛竹林在年齡方面無過大的差別。

2.4 天然毛竹林競爭空間異向性分析

研究人員利用函數工具和表1中的天然毛竹林強度V Hegyi 競爭指數進行了風玫瑰圖的繪制，如圖1 所示。通過觀察圖1 可以看出，天然毛竹林競爭最激烈的方向為117°，加之本文研究的天然毛竹林生長地坡向存在一定角度偏移，偏移幅度約為20°。而天然林毛竹競爭強度最為激烈的方向為112°，故二者較為類似，從而表明生長在上坡水平方向的毛竹林的競爭強度高于生長在上下坡方向的毛竹林，如圖2所示。

2.5 研究結論

利用指數研究方法對天然毛竹林競爭空間關系進行研究發現，首先是天然毛竹林競爭強度呈現出顯著的高高集聚和低低集聚的特點。如果生存空間較為狹窄，則毛竹林會為了獲取生長資源進行個體間的爭奪，希望通過比相鄰植物長得更高獲取更多的資源。其次是天然毛竹林的年齡越小，其所需營養成分就越少，故天然毛竹林彼此之間的競爭激烈程度低。與此同時，只有在競爭激烈程度不高區域生長的低齡毛竹林，才能獲得生長所需的各類資源，其生長速度較快。最后是毛竹林具有竹鞭繁殖和叢生性的繁殖特點，促使其在生長過程中表現出逐片生長和逐片死亡的特征。故競爭強度表現的空間分布特點為高高集聚和低低集聚，這一點在實踐生產中得到了驗證［3］。

圖1 天然毛竹林強度V Hegyi競爭指數風玫瑰圖

圖2 天然毛竹林競爭強度和坡向之間的關系

毛竹林在我國南方大量種植，是南方森林資源的重要組成部分，具有生長速度快、經濟效益高的特點。對其競爭空間關系進行研究具有十分重要的意義，有助于毛竹的合理種植，以促進毛竹生長。

3 結論

為了準確探究天然毛竹林競爭空間關系，本文將宣城市溪口鎮天然毛竹林作為研究對象，采用Voronoi圖的競爭指數法V Hegyi、空間數據探索分析技術、空間核密度估計等分析方法，得到了研究結果。通過對研究結果進行分析，得出了天然毛竹林競爭激烈程度越高，集聚現象就越明顯；競爭強度等級會影響天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性；低強度區域分布的天然毛竹林，在年齡方面低于其他競爭強度區域的毛竹林等結論。