2010-2020年生態學中點格局研究方法的文獻計量分析

姚慧芳 盧杰*

（1.西藏農牧學院高原生態研究所，西藏 林芝860000；2.西藏高原森林生態教育部重點實驗室，西藏 林芝860000）

點格局方法的統計學理論是由Ripley（1977）首先提出來的，經過Diggle（1983）等人的進一步發展和完善，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學家廣泛應用［1］。點格局方法充分利用了點圖信息，可以研究各種尺度下的空間格局及其種內和種間關系，不僅對于空間分析的高度有所提升，而且它的檢驗能力也較強［2］。點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合，可以展示出不同空間大小的分布狀態，對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學方面應用越來越多。近十幾年來，關于點格局的研究已成為一個熱點話題。研究點格局的一個重要動機是，它們可能保留影響生態中物體位置和物體特征的標記值過程的印記。因此，點格局是一個“生態檔案”，可能包含關于系統的基本過程、大致結構和具體功能的寶貴信息［4］。檢索相關文獻并進行計量分析，有助于了解當前點格局研究的動態，了解具體地點具體植物種群的空間分布格局，并且有些文獻對點格局方法的函數和模型進行了詳細的闡述，對我們未來的研究有很大的幫助。

提出文獻計量分析方法最早是在20世紀初期，它通過檢索文獻然后進行數理統計和數據的整理來分析，把文獻的外部特征作為對象，分析文獻的分布狀況、數量和變化方式，可以反映某學科或某領域的整體格局、研究概況、當前研究熱點以及未來發展趨勢，并且被多次運用到生態學方面［5，6］。本文以植物點格局分析方法為主題，通過中國期刊全文數據庫（CNKI）檢索2010-2020年的中文及英文文獻，并運用文獻計量分析的方法分析了點格局研究方法的發展現狀和研究趨勢，從文獻的來源、發文數量、文獻所發表的期刊、第一高產作者以及文獻的研究類型進行統計分析，了解最新動態，為未來相關的點格局方法的研究和應用提供借鑒。

1 文獻來源和研究方法

以中國期刊全文數據庫（CNKI）中期刊論文為數據源，通過高級檢索篇名為“點格局分析”，限定年份為2010-2020年，共檢索出194篇文獻，進一步篩選出其中有關生態學點格局分析方法的文獻有114篇，包含14篇英文文獻。

將已選擇的114篇文獻中的數量、期刊、研究區域、作者以及所使用的點格局中的具體方法統計到Excel中繪制圖表，通過圖表觀察其中研究概況，并且通過計量可視化分析可以得出總體趨勢、關系網絡和具體分布。

2 結果與分析

2.1 文獻數量分布

在CNKI中檢索以“點格局分析”為篇名并通過篩選出來的114篇文獻的具體發文量如圖1所示。由圖1可得，雖然在某些年份的發文量有所下降，但是總體還是呈現上升趨勢；2020年的發文量最少是由于只統計到了2月份。英文文獻的數量相對較少，其中2016年發表的最多，為4篇；中文文獻在2011年達到最多，為15篇；2010-2020年生態學點格局分析方法相關文獻的數量呈波動上升。

2.2 期刊分布

通過CNKI篩選出來的114篇文獻中，資源類型主要包括三種形式：期刊、碩士論文和中國會議，其中期刊占總篇數的比例最大，達82.5%；碩士論文有5篇；中國會議僅有2篇，其中1篇為英文文獻。如表1所示，在所有期刊中，《生態學報》《應用生態學報》以及《生態學雜志所》發表的文獻最多；其次就是《植物生態學報》和《西北植物學報》，分別占3.5%和2.6%；還有部分英文期刊；其他期刊均發表≤2篇文獻。

圖1 2010-2020（2月）年生態學中點格局分析的發文量

表1 文獻發表的主要期刊（中文期刊和英文期刊）及研究對象

2.3 研究區域分布

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

2.4 作者分布

如圖3可知，近年來雖然研究生態點格局的作者不在少數，但通過統計114篇文獻中的第一作者可以發現：高產作者較少，僅5人；其中大部分來自西藏大學農牧學院，如鄭維列、盧杰和方江平；高產作者中發表文獻最多達6篇。

圖3 第一高產作者及所發表論文數量/篇

2.5 研究類型

在所檢索的文獻中，研究類型分為兩種：理論研究和應用研究，其中理論研究較少，僅10篇，英文文獻占70%；大部分文獻都是將點格局中的具體方法運用到實際的研究地及植物種群中，探索其空間分布格局及關聯性，而對于點格局本身的方法和模型研究較少。由圖4可知，文獻的研究類型大部分為應用研究并占總文獻數量的91.2%；而理論研究僅占8.8%，有關點格局的理論研究還需要繼續加強。

圖4 文獻研究類型及其所占比例

2.5.1 理論研究在廣泛的科學領域中已經開發了許多用于分析點格局數據的方法。一階統計量描述了研究區域中點強度的大規模變化，而二階特征則是對地圖區域中所有點與點距離的匯總統計，并提供了檢測不同類型和尺度的模型［7］。點格局中零模型的選擇對于應用Ripley′s K函數和O-ring統計量很關鍵，下面簡單介紹一下單變量和雙變量點格局的主要零模型。單變量點格局的零模型：（1）完全空間隨機性（CSR）；（2）非齊次泊松過程；（3）隨機標記；（4）泊松聚類過程。雙變量點格局的零模型：（1）獨立性；（2）時空集聚；（3）前提條件。其中最常用的零模型包括三種：完全空間隨機模型（CSR）、泊松聚塊模型和嵌套雙聚塊模型［8］。

檢索出來關于理論研究的文獻有10篇，其中3篇中文文獻分別研究了生態學中點格局研究概況、點格局分析法的文獻分析和基于不同零模型的點格局分析；而英文文獻對點格局方法的研究相對較多，Tang等提出了一種大規模并行空間計算方法，該方法通過使用通用圖形處理單元（GPU）加速Ripley′s K函數進行單變量空間點模式分析［9］。Ripley′s K函數是空間點格局分析中最有代表性的方法，它可以定量地評價空間分布特性。由于使用Ripley′K函數分析大型空間數據時，往往需要大量的計算，所以提出了一種大規模并行的Ripley′s K函數加速空間點格局分析的方法。Jesper M?ller和H?kon Toftaker研究了橢圓對相關函數的Cox過程模型，并利用總結統計和貝葉斯方法建立了估計過程，這種方法在空間點格局的合成數據集上得到了說明［10］。Stelios Zimeras運用點格局進行生物數據建模，對生物空間數據進行研究［11］。Shin等人提出了如何利用點格局分析，特別是L-指數來選擇一個獨特的空間回歸模型［12］。

2.5.2 應用研究通過中國期刊全文數據庫（CNKI）檢索并篩選，最后選出104篇關于生態學點格局方法的應用研究，其中中文文獻較多，達97篇；而英文僅有7篇。應用研究是指運用具體的點格局分析方法到特定的研究地和研究對象，通過取樣、獲取數據、數據分析、函數計算、建模以及相關軟件來判斷其空間分布格局及關聯性。在104篇文獻中，主要運用的點格局分析方法及篇數如下（包括英文文獻）。

表2 文獻中點格局的主要分析方法及其文獻數量/篇

通過觀察表2可以發現，在運用具體的點格局分析方法中，Ripley′s K函數運用的篇數最多，因為Ripley′s K函數是點格局分析方法中最基本的函數［13］；其次是Ripley′s L函數；成對相關函數g（r）在點格局中的運用也很多，達15篇；文獻中運用單元和多元O-ring統計量分析空間格局及其關聯性也較多；標記相關函數kmm（r）在文獻中運用的最少。

運用Ripley′s K函數的主要方法是以所研究的地點中的其中某一點為圓的中心，而且用適當的長作為圓的半徑，然后畫出一個圓接著統計這個圓中的植物的個體數量，關于這個函數的計算方式及它的邊緣校正有很多表述在一些文獻中［14，15］。但是Ripley′s K函數有一個缺陷就是它有積累的特性，在研究大尺度空間格局的時候容易受到許多小尺度空間的影響［16］，為了彌補這個缺陷，更加準確清楚地研究空間格局，Besag（1977）提出來Ripley′L函數［17］，Ripley′L函數之所以比Ripley′s K函數先進，在于它進行了線性化和方差的穩定校正之后的估計值來辨別和判斷在一定尺度下的具體分布類型，在許多文獻中也通常用L函數來代替K函數［18］。成對相關函數g（r）同時也克服了Ripley′s K函數的積累特性，并且它是一種以鄰體密度為基礎然后進行計算的一種點格局的方法，通常計算得較為準確［19］。

3 小結與討論

空間格局之所以近些年來成為研究的熱點，在很大程度上是因為它在幫助理解生態機制方面具有重要意義并且維持了物種共存的生態過程［20-25］。點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系［26］，近年來已為國內外不少學者所運用［27-28］。通過對2010-2020年生態學中點格局研究方法的文獻計量分析，可以發現：文獻發表的數量整體上呈現上升趨勢，但上升的幅度相對較小；文獻的資源類型以期刊為主，《生態學報》《生態學雜志》以及《應用生態學報》發表的數量最多，其他英文期刊每種均發表1篇文獻；文獻中的研究區域涉及全國26個省份（包括自治區和直轄市），研究區域在全國各省的分布較不均勻，其中以內蒙古自治區為研究地的文獻數量最多；雖然研究點格局的作者較多，但高產作者較少，發表≥4篇文獻的作者僅5人；文獻的研究類型包括理論研究和應用研究，其中大部分為應用研究，占91.2%；文獻中運用Ripley′s K和Ripley′s L函數分析空間格局的數量最多；在所篩選出來的14篇英文文獻中，理論研究和應用研究各占一半。

4 結論

關于生態學中點格局分析方法的研究還需要繼續加強，可以適當拓寬增加未被深入研究的地方，使得以全國各個省份為研究地的文獻數量趨于平衡增長。與國外相比，國內關于點格局的理論研究相對較少，應當加強理論研究，深入探索點格局分析方法，包括相關函數及零模型，以此豐富點格局分析方法的研究。另外，文獻是由人工手動檢索并篩選出來的，因此可能存在漏選或錯選，導致分析的結果不夠準確，存在一些誤差，有待進一步分析確認。