天然毛竹林竞争空间关系探究

程成武

（宣城市宣州区自然资源和规划局溪口林业站，安徽 宣城 242062）

植物种内和种间关系的重要形式之一就是竞争，植物内部竞争主要表现在相邻植物的竞争上。竞争作用会对植物个体生长、存活和形态产生一定的影响。鉴于此，一部分学者对植物间的竞争关系进行了研究，并将空间分析法应用于天然毛竹林竞争空间的研究中，且取得了良好的效果。因此，本文将天然毛竹林空间竞争关系作为重点研究内容。

1 研究区域和研究方法

1.1 研究区域

某天然毛竹林位于安徽省宣城市溪口镇，气候类型为亚热带季风气候，年降水量较多，气温较高，适合毛竹林生长，故将其作为研究区域具有非常高的可行性。

1.2 样地调查和数据来源

研究样地的面积为1 万m2。设置平面直角坐标后，首先将其合理划分为多个调查单元，单元划分标准为100 m2/调查单元，调查单元的数量为100个；然后使用全站仪，对调查单元内的毛竹坐标进行测量；最后利用新竹年龄标记，统计毛竹的年龄，并使用围尺测量毛竹的各项指标，如高度、胸径等［1］。指标测量完成后，对其进行质量检验，剔除一些不合格的数据，最终得到的有效数据为5 417个。

1.3 研究方法

本次研究选择的研究方法为Voronoi 图的竞争指数法V Hegyi。之所以选择这种研究方法，主要是该方法发展较为成熟，且得到了领域内学者的一致认可，与单一的V Hegyi 竞争指数相比，这种竞争指数法克服了传统V Hegyi 竞争指数应用难度高、适用性不强的缺点，能将相邻植株数量和距离作为依据，对每个植株所占面积进行准确的计算。面积大小与生存资源存在直接的关联，简言之，面积越大，生存资源越多，故可以使植物竞争强度得到反映。

找到每株毛竹的相邻毛竹是计算竞争指数V Hegyi的核心。首先，应结合毛竹林的坐标点生成Voronoi 图。这时每个Voronoi图中的毛竹数量为1个。然后，基于Voronoi图的拓扑关系，明确每株毛竹所在多边形的相邻多边形。最后，提取这些多边形中的数据，得到毛竹的数量。

为了对天然毛竹林竞争空间分布特点进行准确识别，本次研究还应用了空间数据探索分析技术。这项技术是在传统数据探索分析技术上发展形成的，所拥有的工具可以准确分析空间数据特性，探测数据空间属性是其主要的目的。空间数据探索技术能为本次研究提供测度，其所提供的测度与全局和局部空间存在正向关联。总之，将其用于天然毛竹林竞争空间关系分析，可以对毛竹林竞争指数的全局空间自相关状况进行测定。

此外，空间核密度估计也是研究天然毛竹林竞争空间关系的重要方法。这种方法的初始目的为将观测值作为根据，得到多变量或单变量概率密度的平滑估计值，在无需进行假设的前提下，只需给出一定的带宽，就能使用这种方法估计概率密度，且具有较高的准确性。这种方法能对窗口内不同位置的空间点进行加权处理，加权结果的平均值就是所谓的空间点分布密度。目前，这种方法被广泛应用于空间分布研究中，而且效果极为显著。

2 结果与分析

2.1 Voronoi图的竞争指数法V Hegyi计算结果

Voronoi图的竞争指数法V Hegyi计算结果如表1所示。

表1 天然毛竹林V Hegyi竞争指数统计

2.2 天然毛竹林竞争空间特征分析

通过观察表1 可知，天然毛竹林的竞争指数呈现出的状况为高值与高值相邻、低值与低值相邻。简言之，天然毛竹林竞争激烈程度越高，集聚现象就越明显。

2.3 天然毛竹林竞争强度与密度和年龄之间的关系

使用Natural Breaks 分类方法，对用核密度估计方法得到的竞争指数进行等级划分，将其划分为3 个等级强度，然后对每个竞争强度区域中的毛竹数量进行准确统计，最终得到了天然林在不同强度区域下的数量。并在此基础上，对不同区域的毛竹空间分布密度进行准确计算，结果如表2所示。

表2 天然毛竹林的空间分布密度

通过观察表2可知，在不同竞争强度等级下，天然毛竹林的密度分布差异十分显著。故可以得出竞争强度等级会影响天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性的结论［2］。

为了对不同竞争强度区域毛竹平均年龄进行准确统计，采用了双样本T 检验方法，对2 个竞争等级不同区域天然毛竹林年龄进行了比较，找出二者之间的差异，结果如表3所示。

表3 天然毛竹林竞争强度与年龄分布间的差异

通过观察表3 可以看出，低强度区域天然毛竹林在年龄方面低于其他竞争强度区域的毛竹林，而中竞争强度和高竞争强度区域天然毛竹林在年龄方面无过大的差别。

2.4 天然毛竹林竞争空间异向性分析

研究人员利用函数工具和表1中的天然毛竹林强度V Hegyi 竞争指数进行了风玫瑰图的绘制，如图1 所示。通过观察图1 可以看出，天然毛竹林竞争最激烈的方向为117°，加之本文研究的天然毛竹林生长地坡向存在一定角度偏移，偏移幅度约为20°。而天然林毛竹竞争强度最为激烈的方向为112°，故二者较为类似，从而表明生长在上坡水平方向的毛竹林的竞争强度高于生长在上下坡方向的毛竹林，如图2所示。

2.5 研究结论

利用指数研究方法对天然毛竹林竞争空间关系进行研究发现，首先是天然毛竹林竞争强度呈现出显著的高高集聚和低低集聚的特点。如果生存空间较为狭窄，则毛竹林会为了获取生长资源进行个体间的争夺，希望通过比相邻植物长得更高获取更多的资源。其次是天然毛竹林的年龄越小，其所需营养成分就越少，故天然毛竹林彼此之间的竞争激烈程度低。与此同时，只有在竞争激烈程度不高区域生长的低龄毛竹林，才能获得生长所需的各类资源，其生长速度较快。最后是毛竹林具有竹鞭繁殖和丛生性的繁殖特点，促使其在生长过程中表现出逐片生长和逐片死亡的特征。故竞争强度表现的空间分布特点为高高集聚和低低集聚，这一点在实践生产中得到了验证［3］。

图1 天然毛竹林强度V Hegyi竞争指数风玫瑰图

图2 天然毛竹林竞争强度和坡向之间的关系

毛竹林在我国南方大量种植，是南方森林资源的重要组成部分，具有生长速度快、经济效益高的特点。对其竞争空间关系进行研究具有十分重要的意义，有助于毛竹的合理种植，以促进毛竹生长。

3 结论

为了准确探究天然毛竹林竞争空间关系，本文将宣城市溪口镇天然毛竹林作为研究对象，采用Voronoi图的竞争指数法V Hegyi、空间数据探索分析技术、空间核密度估计等分析方法，得到了研究结果。通过对研究结果进行分析，得出了天然毛竹林竞争激烈程度越高，集聚现象就越明显；竞争强度等级会影响天然毛竹林分布密度，且二者具有高度一致性；低强度区域分布的天然毛竹林，在年龄方面低于其他竞争强度区域的毛竹林等结论。