祁连山和山前绿洲荒漠区植被土壤空间异质性研究成果

植被空间异质性与土壤空间异质性的关系一直是生态学研究的重点问题［45-46］。空间异质性是指生态学过程和格局在空间分布上的复杂性和变异性［47］，复杂性是对生态学过程和格局的定性描述，而变异性是对生态学过程和格局的定量描述。森林植被在生长过程中，受气候、土壤、地形、干扰等因素的影响，植物个体之间通过长时间对这些因子的响应和反馈，形成了具有不同层次、不同尺度上的空间分布与配置，其分布是典型的分形维数体［48］，不管是森林群落还是森林景观均具有较高的空间异质性。森林植被不同层次通过利用不同尺度上的环境资源，不同尺度上的森林结构具有不同的秩序特点。尺度是研究某一物体或过程所采用的时间单位和空间单位，同时又可指某一物体或过程在空间和时间上所涉及的规模和幅度［49］。然而空间异质性发生在多个尺度上，不同的尺度上会得出不同的研究结论，森林生态系统是一个多变量或矢量域，一些变量可以在连续尺度上测定，而另一些变量则可能是离散的。尺度过小，环境中空间分布格局在大尺度上不一定存在；尺度过大，小尺度上环境的空间分布格局在大尺度上不一定占主导地位。如何在合理的尺度上研究森林植被和土壤空间异质性，有助于深刻认识控制该尺度上的森林生态学过程和功能。目前对涉及尺度上的森林生态学格局和过程研究在研究方法上得到了不断的完善，尺度概念体系和尺度转换也得到了发展，诸如控制尺度的面积或时间间隔，以及在这个时空尺度上进一步划分为最小面积或最短时间。

森林群落是一个具有镶嵌性质的异质体［50］，群落通过与环境因素相互作用，导致群落结构分布的空间异质性，特别是在特殊的环境条件下，群落内的关键种或优势种的空间分布反映了群落为维持自我稳定而做出对环境干扰的生态格局和过程，对维持群落稳定起着关键作用［51］。然而，群落结构的分布格局对尺度依赖性使得其在空间上出现新的变化和特点［52］，如何将所有尺度上的群落结构和其可能发生的生态学特征联系起来，对其结构及维持机制有更加深入和完整的认识，分形几何学和地统计学为解决这一问题提供了切实可行的工具，因为它注重变量因子的空间过程，考虑其空间分布特征和空间自相关［53］，在国内外林业科学研究领域得到了广泛应用。例如，Hernandez等［54］对阿塔卡马沙漠植物园病虫害进行研究，提出了利用地统计学方法优化森林调查的抽样设计；Akhavan等［55］对伊朗里海地区的人工林树木属性应用地统计学进行了空间变异和估计分析；Sales等［56］将海拔、植被类型和土壤质地作为预测变量，然后利用漂移克里格法对巴西Rondnia地区生物量进行了估计；彭晚霞等［57］对喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性研究，得出适宜的采样间隔为10 m左右，采样范围大于10 hm2，对于该区域森林长期动态观测大样地的建立具有指导意义。贺鹏等［58］利用地统计学的普通克里格法和协同克里格法对吉林省金苍林场地上生物量进行了估计；常新华等［59］利用Moran’s I指数和双相关函数g（r）分析了7个主要树种的空间分布格局及其与环境因子之间的关系。(www.xing528.com)

土壤空间异质性是土壤重要的属性之一［60］，土壤理化性质是影响植物个体和种群繁衍、群落动态与物种共存乃至生态系统结构和功能的关键因素［61-62］。因此，研究土壤理化性质空间异质性一直是生态学研究的热点问题，地统计学理论为定量研究土壤养分空间异质性提供了一个有力的工具［63］。国内外研究者对森林土壤养分空间异质性进行了大量研究，在一定程度上扩展了土壤空间异质性研究的应用地域和内容，如森林采伐对土壤水分、温度和养分在小尺度上的空间异质性具有显著影响［64］；Finzi等［65］对处于演替后期的阔叶林研究指出，树冠与土壤全氮、全碳、pH和阳离子交换量之间有较强的相互作用，植物活动形成了环境异质性，进而影响土壤空间异质性；Fraterrigo等［66］对北卡罗来纳州南部森林历史上不同土地利用对不同尺度和小尺度空间结构的土壤养分均值和变异进行了研究，发现土地利用改变了土壤养分的空间异质性和其养分资源利用；闫海冰等［67］研究表明，关帝山云杉更新苗的分布格局与土壤氮素空间变异具有一定的关联性；王政权等［68］对阔叶红松林的研究得出，土壤水分具有明显的空间异质性，为土壤空间异质性与根系结构和生长提供了参考；刘少冲等［69］对小兴安岭阔叶红松混交林一定面积的林隙土壤养分的空间异质性进行了研究，为林木更新奠定了基础。