1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 肾叶打碗花、匐茎苦荬菜的种群空间格局的研究 学 院： 学生姓名： 专 业： 生物科学 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 目 录 摘要 . I Abstract . II 引言 . 1 1 研究区概况 . 2 2 研究方法 . 3 3 结果与分析 . 5 4 结论 . 10 参考文献 . 11 致谢 . 13 毕业论文 - 摘要 研究了浙江省舟山市桃花岛肾叶打碗花 （ Calystegia soldanella(Linn.)R.Br. ） 和匐茎苦荬菜 （ Sonchus arvensis Linn） 种群分布格局的分形特征。
2、运用分形理论中的计盒维数法和信息维数法，对肾叶打碗 花和匐茎苦荬菜种群的分布格局进行了对比研究。结果表明，肾叶打碗花和匐茎苦荬菜种群分布格局存在分形特征；肾叶打碗花种群分布格局计盒维数为 1.3096;匐茎苦荬菜样地种群空间格局的计盒维数1.4831,匐茎苦荬菜计盒维数高于肾叶打碗花，表明后者比前者具有更强占据空间的能力。肾叶打碗花种群空间格局的信息维数为 1.6738，匐茎苦荬菜种群分布格局信息维数为 1.3562，肾叶打碗花种群信息维数比匐茎苦荬菜跟接近 2，表明肾叶打碗花种群空间格局更复杂，群聚指数更高。 关键词 肾叶打碗花；匐茎苦荬菜，计盒维数；信息维数 ；分布格局 毕业论文 - Ab
3、stract The research aimeda to study the spatial distribution pattern and fractal characteristics of Calystegia soldanella and Sonchus arvensis population in Peach Blossom Island of Zhejiang. The fractal characteristics of Calystegia soldanella and Sonchus arvensis population in Peach Blossom Island
4、of Zhejiang were studied by contiguous grid quadrate sampling method of pattern research and the box-counting dimension and information dimension of fractal theory. The results showed that the distribution pattern of theirs populations could be described by fractal dimensions; the box-counting dimen
5、sion of Calystegia soldanella populations is 1.3096， The box-counting dimension of Sonchus arvensis populations is 1.4831， Both has strong ability to occupy the space,and Calystegia soldanella than Sonchus arvensis has stronger occupy the space ability.The information dimension of Calystegia soldane
6、lla populations is 1.6738， the information dimension of Sonchus arvensis populations is 1.3562 ， the information dimension of Calystegia soldanella populations is more closer to 2 than Sonchus arvensis, Show that Calystegia soldanella populations space more complex pattern, cluster index is higher.
7、Key words: Calystegia soldanella; Sonchus arvensis; Box-counting dimension; Information dimension; distribution pattern 毕业论文 - 引言 种群的分布格局是指在种群水平上， 种群内个体在一定范围内水平空间的分布情况。分布格局是种群生物学特性、种内种间关系相互关系和环境因子综合作用的结果， 是种群的基本数量特征之一 1,17。自 Gleason 提出植物种群个体分布的非随机性检验方法以来，格局分析方法层出不穷，但是这些方法依赖于单一尺度的随机取样， 不同的样方大小会得到差异较大
8、甚至相反的结论 16。 在种群分布格局的研究方法中 ,都具有 较大的尺度依赖性，不同的观测尺度所得的结果可能截然不同 2。 分形理论广泛应用于自然科学、社会科学中 ,在研究无特征尺度自相似性质的体系研究中发挥着日益重要的作用。植物种群个体的空间分布具有分形特征，种群格局实际上是由不同尺度的自组织结构单元构成的。分形维数是刻画不同尺度共性特征的最有效表征。依据数学意义和计算方法的不同，分形维数有计盒维数、信息维数、关联维数和多重分形测度维数等多种，每一种分形维数应用于生态学研究中都有其特定的生态学含义 15 。 分形模型（ Fractal modle）提供了一个能够直接 探讨生态学中涉及尺度、
9、等级等难题的数学途径。分形分析强调了尺度的重要性，尺度变化的内涵通过分维数的变化反映出来，是刻画尺度依赖问题的有力工具 4,5。采用分形分析的方法研究种群分布格局可以揭示在不同的观测尺度上种群空间分布的变化规律。种群格局计盒维数（ Box-counting dimension）是对种群占据面积随尺度变化规律的反映，揭示出种群占据生态空间的程度和利用生态空间的能力 6。而种群格局信息维数（ Information dimension）则从独立于尺度的角度，揭示了格局强度的尺度变化以及个 体分布的非均匀状况 7。 肾叶打碗花（ Calystegia soldanella(Linn.)R.Br. ）
10、多年生草本 ,生于海滨沙滩或海岸岩石缝上。 肾叶打碗花是我国温和气候区沿海地带盐性砾土指示植物。它居住的土壤 pH 值是 7 0 左右。它是一种近海砂滩地上的好盐牧草。肾叶打碗花还是一种茎蔓粗壮，叶片宽大，肥厚，覆被性很强的牧草，具有很高的护滩抗风性能。无论发生何种程度的海风，它总是能够正常生长、开花结实。每到春末夏初，植株碧绿、喇叭花粉红遍开，如绿带镶嵌在开阔的海岸上，赋于滩涂草场以美丽的季相。肾叶打碗 花茎秆脆嫩、纤维素含量少，叶片肥厚，气味纯正，为多种家畜所喜食，特别是牛、马、驴，骡最喜食，兔、禽、猪也食。匐茎苦 荬 菜（ Sonchus arvensis Linn） 一年或二年生草本
11、也是滨海沙地的固沙植物。这两种植物对于保护海滨生态环境，保护海岸带具有重要生态意义14。 笔者采用分形分析中的计盒维数和信息维数对分布于浙江舟山桃花岛海滨沙地肾叶打碗花 和 匐茎苦卖菜 种群个体空间关联的尺度变化特征进行研究，以揭示出两者的种群空间分布格局的规律，为进一步开发与利用 肾叶打碗花 与 匐茎苦卖菜 治理滨海沙地生态环境提供基础资料 。毕业论文 - 毕业论文 - 1 研究区概况 桃花岛位于舟山本岛南部 ,国家 4A 级旅游景点。面积 43 平方公里。其中南部的对峙山为舟山群岛的最高峰，山脉向四周延伸，形成群峰起伏，层峦叠起的山海风景。相传前秦隐士安期生在岛上白云山修道炼丹，“尝以醉，
12、墨洒于山石上，遂成桃花纹”岛名由此而来。 在桃花岛东侧的东海渔村具有很长的沙质海岸带，旅游业称为“千步金沙”。长 1370 米，宽 400 余米，从面积来说，是 舟山群岛第二大沙滩。 千步金沙属细型沙质，细软纯净，与普陀山的白步沙、千步沙和嵊泗的基湖沙滩相比较要细软得多，与朱家尖的东沙、南沙相似，但还要松软一些，且沙滩上沿有部分植被覆盖，这一点其它沙滩是很难找到的。 植被分布主要有，肾叶打碗花（ Calystegia soldanella(Linn.)R.Br. ） ；砂钻苔草（ Carex kobomugi Ohwi），假牛鞭草(Parapholis incurva (Linn.)C.E.H
13、ubb.)，匍茎苦 荬 菜（ Sonchus arvensis Linn.），珊瑚菜（ Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.），单叶蔓荆 (Vitex trifolia .var.simplicifolia Cham.)，绢毛飘拂草 (Fimbristylis sericea (Poir.)R.Br. )等 18。 毕业论文 - 2 研究方法 2 1 取样方法 在全面考察浙江舟山桃花岛海滨沙地 匐茎苦 荬 菜和 肾叶打碗花种群历史的基础上， 选择具有代表性的地段设置调查样地。由于海滨沙地呈带状分布，样地的选择依据海滨地势，选取长 100m 宽 20m 的带
14、状样带。在样带中随机取 1 个 匐茎苦 荬 菜样方，样方面积 5m 5m；随机取 1 个 肾叶打碗花 样方，样方面积 5m 5m。在样方内采用相邻格子法取样， 对 肾叶打碗花 和 匐茎苦 荬 菜 进行定位观测记录，并测量每个个体在样方平面坐标中的位置，绘制点位图，用 SPSS 进行相关统计分析。 2 2 计算方法 2.2.1 计盒维数 计盒维数反映的是分形体对空间的占据程度。在本文中分形体指所要研究的植物种群。 计盒维数越大，表明种群对空间的占据程度越大；反之，计盒维数越小，则表明种群对空间的占据程度越小 6。用格子边长为的正方形网格对固定样地 (将固定样地中的所有物种的资料都输 到 EXCE
15、L 中，建立数据库 )逐次进行栅格化处理，对每一个物种的种群都得到一系列不同网格边长 时的覆盖结果 N( )。如果 N( )为对应十划分尺度 的相应的非空格子数 11，则该种群的计盒维数 错误 !未找到引用源。 计算公式为 : lg )(lglim0 NDb （ 2.2.1） 该文根据野外绘制肾叶打碗花和 匐茎苦 荬 菜 点位图的分布情况，用不同的网格边长对样方分别进行网格栅格化处理，计数非空格子数 N，将每次划分所得的非空格子数 N( )与对应的网格边长在 双对数直线坐标下进行直线拟合，所得直线斜率的绝对值即为计盒维数估计值。 2.2 2 信息维数 信息维数表征了不同尺度上系统结构复杂性之间
16、的联系和规律性，揭示了系统结构复杂性的尺度变化程度。它是计盒维数的推广，其不但考虑所取格子是“ 空”还是“非空”而且考虑了不同的非空格子所提供的信息量大小，从而反映种群空间分布的非均匀性程度 9。 信息维数 Di 的计算公式为： )ln( )(lim0 IDi （ 2.2.2） 根据野外绘制 肾叶打碗花 和 匐茎苦 荬 菜 点位图的分布 情况，用不同的网格边长对样方分别进行网格栅格化处理，在对种群分布格局的点位图进行网格覆盖的过程毕业论文 - 中， 在对种群格局进行网格覆盖的过程中，进一步统计计数每个非空格子中拥有的个体数目（ Ni）若样方内总个体数日为 N 。则每个非空格子中的个体分布概率为
17、NNP ii 。 信息量为 iii PPI ln 错误 !未找到引用源。 ，则该网格边长为 时的总信息量为 I( )= Ii。将 错误 !未找到引用源。 与之相应的网格边长 的对数进行直线回归 .得到的拟合直线斜率的绝对值为信息维数估计 7。 毕业论文 - 3 结果与分析 3.1 计盒维数 计盒维数 (Box-counting dimension)能够揭示种群占据生态空间的程度和利用生态空间的能力。在一定范围内存在的线性关系表明在该尺度范围内分维体对空间占据存在一致的规律。计盒维数反映分形体对空间的占据程度，取值一般是 0 2。计盒维数越大，表明种群对空间的占据程度越大，反之则越小 11。维数
18、介于 1-2 时揭示的是样地中以完整个体为单位对水平空间的占据，而维数介于 0-1 之间时反映的是位点对水平空间的占据，在种群格局的研究中，我们所要了解的是个体的空间分布特征，因此介于 1-2之间的维数值才是最有意义的 12。 点位图是对种群 分布的二维空间模拟，其不仅能显示出种群个体在各样地的水平配置状况，而且反映了 肾叶打碗花 和 匐茎苦 荬 菜 种群在水平分布格局方面的差异13。以此图为基础，运用分形维数的计算方法，可计算出 肾叶打碗花 和 匐茎苦 荬 菜种群格局的计盒维数和信息维数，进而揭示 肾叶打碗花 和 匐茎苦 荬 菜 个体空间关联、系统结构复杂度和生态空间占据的多尺度变化规律。
19、图 3.1-1 图 3.1-2 为肾叶打碗花和 匐茎苦 荬 菜 种群分布格局位点图，虽然从点位图中可以较直观地看出肾叶打碗花和 匐茎苦 荬 菜 种群在样地内的分布格局，但它只能粗略地估测出在样地中的分布特征。从从 图 3.1-3 图 4.1-4 可见，在所研究的样地中， ln一 1nN( )曲线图都存在两个较明显的线性区域，表明种群在两个不同尺度范围内存在不同空间自相似性，分别占据不同大小的生态空间，说明计盒维数可反映肾叶打碗花和 匐茎苦 荬 菜种群的分布格局。 通过直线拟合得到 肾叶打碗花 和 匐茎苦荬菜 种群的计盒维数 (表 3.1)。由表 3.1可见， 肾叶打碗花样地的计盒维数为 1.3096， 匐茎苦荬菜样地的计盒维数为1.4831， 线性回归的相关系数都在 0.95 以上，相关极其显著，表明回归直线的拟合程度很好， 匐茎苦荬菜 和 肾叶打碗花 种群的空间格 局具有明显的分形特征。 ,从计盒维数的数值来看， 匐茎苦荬菜 种群高于 肾叶打碗花 ，说明其具有更强的占据空间的能力。种群内的每个个体在其生长发育过程中都需要占据一定的空间资源，由于每个个体的发育程度以及在群落空间中占据的位置不同，其实际利用生态空间的能力也有所不同，因此，在不同群落中 匐茎苦荬菜 和 肾叶打碗花 种群的计盒维数存在差异 。
