松墨天牛和花絨堅甲種群空間格局的地統(tǒng)計學分析

陳向陽,鄒運鼎,畢守東

(1.黃山學院 生命與環(huán)境科學學院，安徽 黃山 245041；2.安徽農業(yè)大學 林學與園林學院，安徽 合肥 230036)

松墨天牛和花絨堅甲種群空間格局的地統(tǒng)計學分析

陳向陽1，2,鄒運鼎2,畢守東2

(1.黃山學院 生命與環(huán)境科學學院，安徽 黃山 245041；2.安徽農業(yè)大學 林學與園林學院，安徽 合肥 230036)

應用地統(tǒng)計學的原理和方法研究了黑松、馬尾松、濕地松樹林松墨天牛和花絨堅甲種群的空間結構和空間相關性，結果表明3種松樹林中松墨天牛種群的半變異函數曲線皆為球型，其空間格局為聚集型，2005年黑松、馬尾松、濕地松上的松墨天牛種群空間變程依次為116.06、33.85、115.76，2004年黑松、馬尾松上的松墨天牛種群空間變程依次為36.48、38.02；2005年黑松、馬尾松、濕地松上的花絨堅甲種群空間變程依次為92.36、46.50、63.37，2004年黑松、馬尾松上的花絨堅甲種群空間變程依次為空間變程依次為80.00、40.23，花絨堅甲種群的擬合半變異函數曲線也表現(xiàn)為球型，呈聚集空間格局，與松墨天牛種群變程和分布格局基本上一致，后者對前者在空間上有較強的追隨關系，表明花絨堅甲與松墨天牛有一定依存關系。

松墨天牛;花絨堅甲;空間格局;地統(tǒng)計學

空間格局是種群的重要屬性之一，研究掌握空間格局可以揭示種群的空間結構、種群下結構及物種間的空間聯(lián)系，它是抽樣技術的理論基礎。過去的研究方法從早期的頻次分布法到以后的擴散型指數法、回歸模型分析法及其改進形式，其共同點是依賴于樣本頻次分布或均值一方差關系及其相應的判定準則確定空間分布格局。但是，這些方法未能考慮樣本的空間位置和方向，不能區(qū)別不同空間格局的差異，并受樣方和抽樣區(qū)域大小的影響。[1-6]因此，需要一種既考慮樣本值，又考慮樣本空間位置及樣本間距離的方法來研究種群的空間格局。地統(tǒng)計學(geostatistics)和前述方法不同,它考慮了樣點的位置方向和彼此間的距離，直接測定空間結構相關性和依賴性，可用于研究有一定隨機性和結構性的各種變量和空間分布規(guī)律。[7-11]松材線蟲病（Bursaphelonchus xylophilus steiner）是我國松樹上的毀滅性病害，松墨天牛（Monochamus alternatus）是該病的主要傳播媒介，[12-14]控制松墨天牛種群則可以有效地控制松材線蟲病的蔓延。花絨堅甲(Dastarcus helophoroides)是松墨天牛的重要寄生性天敵之一。[15-18]本文應用地統(tǒng)計學原理和方法研究不同樹種松樹上松墨天牛及其天敵花絨堅甲的空間分布，以揭示其空間格局及其空間關系。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

敬亭山林場位于我國安徽省宣州市西北部（30°69’N，118°E），森林面積1336.2hm2，其中松林面積985.2hm2，占73.7%。在松林中，馬尾松（Pinus massoniana）面積占 601hm2，密度在1800株·hm-2；濕地松（P.elliotii）和火炬松（P.taeda）占384.2hm2，密度在 900株·hm-2；還有少量黑松（P.thunbergii lamb）。樣地選擇在海拔220-250m，主要樹種為馬尾松，杉木（Cunninghamia Lanceolata）,黑松、濕地松、火炬松，樹齡20-22年，平均樹高6-7m，胸徑約6-14cm， 郁閉度為 0.5-0.8，1998年松毒 蛾（Dasychira argentata）暴發(fā)成災，造成約13.3hm2的松林大量死亡，由于未及時清除死樹，使得松墨天牛種群數量迅速增長，據宣州市宣州區(qū)森防檢疫站2001年6月調查松墨天牛危害面積已達266.7hm2，松林死亡率2.3%，平均蟲口6.3頭/株。

1.2 樣樹的誘木的設置

2003年6月在該林場馬尾松、黑松純林設置樣樹誘木，作為誘木的松樹面積各為1.0hm2，2004年6月在該林場的馬尾松、黑松、濕地松的純林及3種樹種的混交林，再次設置樣樹誘木，作為誘木的3種松樹純林和混林面積各為1.2hm2，每種樹為0.4 hm2，樣樹誘木的行株距均為20m。其誘木處理方法是：在誘木基部距離地面30cm用柴刀“品”字形各砍3個刀口，刀口與樹干呈300夾角，入木深度1cm，用廣東省林業(yè)科學研究院森林保護研究所研制的PA-28松墨天牛誘木劑原藥液，與水按1:3比例稀釋，使用專用的稀釋施藥塑料瓶進行施藥，至藥液不流出刀口為止,共處理300棵樹。

1.3 調查方法

2004年5月26-28日在樣地中砍伐純林中的馬尾松、黑松分別選擇6株誘木進行解剖，2005年5月25-29日在樣地中砍伐純林和混交林中的馬尾松、黑松、濕地松3種樹種分別選擇8株誘木進行解剖，記載誘木胸徑大小，解剖誘木按每1m為一個區(qū)段，從砍伐的誘木基部開始編號，分段逐株解剖調查記載松墨天牛的侵入孔數，死、活幼數，死、活蛹數，成蟲數和羽化孔數及其花絨堅甲的幼蟲數和繭數。

1.4 分析方法

根據區(qū)域化變量的理論，[19，20]在空間上，昆蟲種群數量是區(qū)域化變量。因此，可用區(qū)域化變量理論和方法進行研究。本文通過計算松墨天牛和花絨堅甲種群的實驗半變異函數、擬合半變異函數模型、分析半變異函數結構來描述其空間格局和空間相關關系。對于觀察的數據系列z(xi)，i=1,2,…,n,樣本半變異函數值可用下式計算：

其中，N(h)是被h分割的數據對(xi+xi+h)的對數，z(xi)和z(xi+h)分別是點xi和xi+h處樣本的測量值，h是分割兩樣點的距離。

半變異函數有3個重要參數，即基臺值、變程和塊金值。變程指在變異函數的值達到平衡時的空間隔距離?；_值指達到平衡時的變異函數值，塊金值是指變異曲線被延伸至間隔間距為零時的截距。這3個參數可反映昆蟲種群空間格局或空間相關類型，給出該空間相關的范圍。幾種常用的理論模型如球型、指數型、高斯型和線型都可擬合實驗半變異函數。球型半變異函數說明所研究的種群是聚集分布。它的空間結構是當樣點間隔距離達到變程之前時，樣點的空間依賴性隨樣點間距離增大而逐漸降低。指數型與球型模型類似，但其基臺值是漸近線。非水平直線型的半變異函數表明種群是中等程度的聚集分布。其空間依賴范圍超過研究尺度。如果是隨機分布，則R*(h)隨距離無一定規(guī)律性變化，完全隨機或均勻的數據，R*(h)呈水平直線或稍有斜率，塊金值等于基臺值，表明抽樣尺度下沒有空間相關性。

2 結果與分析

2.1 不同林分幾種松樹上的松墨天牛及其天敵花絨堅甲種群數量

將2005年5月25-29日在樣地中砍伐純林和混交林中3種樹種分別選擇8株誘木進行逐株解剖調查,2004年5月26-28日在樣地中砍伐純林中的馬尾松、黑松分別選擇6株誘木進行解剖，記載松墨天牛列于表1及其天敵花絨堅甲種群數量列于表2。為了簡化計算工作，首先對不同林分松墨天牛及其天敵花絨堅甲種群數量差異顯著性進行分析。

表1 不同林分不同松樹松墨天牛種群數量（頭/株）

將2005年調查的純林和混交林同一種松樹上的松墨天牛種群數量進行t檢驗，結果表明，黑松的t值為1.5069，馬尾松的t值為0.2085，濕地松的t值為0.3708，當df=14時，t0.05=2.15，t值均小于2.15，同一種松樹上的松墨天牛在純林和混交林之間差異不顯著，因此，兩種林分松樹上的松墨天?？梢院显谝黄疬M行地統(tǒng)計學分析。

同時對2005年調查的純林和混交林同一種松樹上的花絨堅甲種群數量進行t檢驗，結果表明，黑松的t值為1.257，馬尾松的t值為0.6810，濕地松的t值為0.3489，當df=14時，t0.05=2.15，t值均小于2.15，同一種松樹上的花絨堅甲種群數量在純林和混交林之間差異不顯著，因此，兩種林分松樹上的花絨堅甲種群數量可以合在一起進行地統(tǒng)計學分析。

表2 不同林分不同松樹花絨堅甲種群數量（頭/株）

表3 不同樹種上的松墨天牛、花絨堅甲種群半變異函數

2.2 松墨天牛種群數量的半變異函數和空間格局

將2004、2005兩年的調查結果計算出不同樹種的松墨天牛種群半變異函數值R*(h)列于表3，對松墨天牛種群空間結構進行分析，不同樹種的松墨天牛種群半變異函數擬合模型均為球形，表明不同樹種的松墨天牛種群的空間分布均為聚集分布,如表4所示。

松墨天牛種群在不同樹種的半變異函數擬合模型具有較高的決定系數值，變動范圍為0.7999-0.9968，表明實際半變異函數值與理論曲線的擬合度極高(圖l)。不同樹種松墨天牛種群半變異函數的變程RSD(m)即樣點間的空間依賴性距離，在2005年黑松、馬尾松、濕地松上的松墨天牛種群空間變程依次為116.06、33.85、115.76，在2004年黑松、馬尾松上的松墨天牛種群空間變程依次為 36.48、38.02(見表4)。

2.3 花絨堅甲種群數量的半變異函數和空間格局

不同樹種的花絨堅甲種群半變異函數值R*(h)列于表3，以此為實際值對理論半變異函數最優(yōu)模型進行擬合(圖l)，不同樹種的擬合半變異函數均為球形，說明不同樹種的花絨堅甲種群分布為聚集分布(表3)。

花絨堅甲種群半變異擬合曲線的決定系數為0.7795-0.9937，表明半變異函數值與理論最優(yōu)模型有極高的擬合度；不同樹種的花絨堅甲種群半變異函數的變程RSD(m)，即為樣點間空間依賴性距離，在2005年黑松、馬尾松、濕地松上的花絨堅甲種群空間變程依次為92.36、46.50、63.37，在2004年黑松、馬尾松上的花絨堅甲種群空間變程依次為空間變程依次為80.00、40.24，如表4所示。

表4 不同樹種上的松墨天牛、花絨堅甲種群的理論半變異函數模型參數

圖1 松墨天牛(A)、花絨堅甲(B)的理論半變異函數曲線

3 討 論

對松墨天牛及其天敵花絨堅甲種群數量在不同樹種的地學統(tǒng)計學分析，得出不同樹種的松墨天牛種群的空間格局均呈聚集分布，其半變異函數皆為球形曲線，樣點間的個體是相互依賴的，其依賴程度隨樣點間的距離增大而逐漸降低，樣點間的個體又是相互獨立的。不同樹種的花絨堅甲種群的空間格局均呈聚集分布，其半變異函數皆為球形曲線，不同樹種的花絨堅甲種群變程與松墨天牛種群變程趨勢基本一致。這充分說明了花絨堅甲種群對松墨天牛種群在空間位置上具有較強的追隨關系。松墨天牛是蛀干性害蟲，在松樹誘木解剖中發(fā)現(xiàn)的幾種天敵中，花絨堅甲的數量占絕對優(yōu)勢，表明了花絨堅甲是松墨天牛的優(yōu)勢種天敵。

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Geostastics Analysis of Spatial Patterns of Monochamus Alternatus and Dastarcus Helophoroides

Chen Xiangyang1,2,Zou Yunding2,Bi Shoudong2
(1.School of Life and Environment Science,Huangshan University,Huangshan 245041,China;
2.College of Forestry and Gardening,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

Geostastics analysis was used to study the spatial pattern and relationship of monochamus alternatus and its natural enemy-dastarcus helophoroides.The results indicated that the semivariogram of monochamus alternatus and dastarcus helophoroides could be described by spherical model and its spatial construction showed aggregated distribution.The ranges of spatial dependence (RSD)of monochamus alternatus on p.thunbergii lamb and pinus massoniana and p.elliotii in turn were 116.06,33.85,115.76 in 2005;the RSD of monochamus alternatus on p.thunbergii lamb and pinus massoniana in turn were 36.48 and 38.02 in 2004.The ranges of spatial dependence (RSD)of dastarcus helophoroides on p.thunbergii lamb and pinus massoniana and p.elliotii in turn were 92.36,46.50,63.37 in 2005;the RSD of dastarcus helophoroides on p.thunbergii lamb and pinus massoniana in turn were 80.00 and 40.23 in 2004.It could be concluded that their RSDs on the whole were identical and their relationship was the latter on the spacewasafterthe former.Therefore,dastarcushelophoroideswasthe dominantnaturalenemy of monochamus alternatus.

monochamus alternatus;dastarcus helophoroides;spatial pattern;geostastics

Q968.2

A

1672-447X(2010)04-0059-06

2010-02-06

國家自然科學基金重點項目（30330500）

陳向陽（1970-），安徽祁門人，黃山學院生命與環(huán)境科學學院講師，碩士，研究方向為昆蟲生態(tài)學。

胡德明