2010-2020年生态学中点格局研究方法的文献计量分析

姚慧芳 卢杰*

（1.西藏农牧学院高原生态研究所，西藏 林芝860000；2.西藏高原森林生态教育部重点实验室，西藏 林芝860000）

点格局方法的统计学理论是由Ripley（1977）首先提出来的，经过Diggle（1983）等人的进一步发展和完善，因能够清晰直观地分析在不同尺度下的种群空间分布格局而被生态学家广泛应用［1］。点格局方法充分利用了点图信息，可以研究各种尺度下的空间格局及其种内和种间关系，不仅对于空间分析的高度有所提升，而且它的检验能力也较强［2］。点格局方法作为一种重要的空间分析方法，能将空间格局类型与研究地的大小相结合，可以展示出不同空间大小的分布状态，对于研究种群的空间分布格局以及物种特性有重要作用［3］，因此近些年来在植物界甚至是生态学方面应用越来越多。近十几年来，关于点格局的研究已成为一个热点话题。研究点格局的一个重要动机是，它们可能保留影响生态中物体位置和物体特征的标记值过程的印记。因此，点格局是一个“生态档案”，可能包含关于系统的基本过程、大致结构和具体功能的宝贵信息［4］。检索相关文献并进行计量分析，有助于了解当前点格局研究的动态，了解具体地点具体植物种群的空间分布格局，并且有些文献对点格局方法的函数和模型进行了详细的阐述，对我们未来的研究有很大的帮助。

提出文献计量分析方法最早是在20世纪初期，它通过检索文献然后进行数理统计和数据的整理来分析，把文献的外部特征作为对象，分析文献的分布状况、数量和变化方式，可以反映某学科或某领域的整体格局、研究概况、当前研究热点以及未来发展趋势，并且被多次运用到生态学方面［5，6］。本文以植物点格局分析方法为主题，通过中国期刊全文数据库（CNKI）检索2010-2020年的中文及英文文献，并运用文献计量分析的方法分析了点格局研究方法的发展现状和研究趋势，从文献的来源、发文数量、文献所发表的期刊、第一高产作者以及文献的研究类型进行统计分析，了解最新动态，为未来相关的点格局方法的研究和应用提供借鉴。

1 文献来源和研究方法

以中国期刊全文数据库（CNKI）中期刊论文为数据源，通过高级检索篇名为“点格局分析”，限定年份为2010-2020年，共检索出194篇文献，进一步筛选出其中有关生态学点格局分析方法的文献有114篇，包含14篇英文文献。

将已选择的114篇文献中的数量、期刊、研究区域、作者以及所使用的点格局中的具体方法统计到Excel中绘制图表，通过图表观察其中研究概况，并且通过计量可视化分析可以得出总体趋势、关系网络和具体分布。

2 结果与分析

2.1 文献数量分布

在CNKI中检索以“点格局分析”为篇名并通过筛选出来的114篇文献的具体发文量如图1所示。由图1可得，虽然在某些年份的发文量有所下降，但是总体还是呈现上升趋势；2020年的发文量最少是由于只统计到了2月份。英文文献的数量相对较少，其中2016年发表的最多，为4篇；中文文献在2011年达到最多，为15篇；2010-2020年生态学点格局分析方法相关文献的数量呈波动上升。

2.2 期刊分布

通过CNKI筛选出来的114篇文献中，资源类型主要包括三种形式：期刊、硕士论文和中国会议，其中期刊占总篇数的比例最大，达82.5%；硕士论文有5篇；中国会议仅有2篇，其中1篇为英文文献。如表1所示，在所有期刊中，《生态学报》《应用生态学报》以及《生态学杂志所》发表的文献最多；其次就是《植物生态学报》和《西北植物学报》，分别占3.5%和2.6%；还有部分英文期刊；其他期刊均发表≤2篇文献。

图1 2010-2020（2月）年生态学中点格局分析的发文量

表1 文献发表的主要期刊（中文期刊和英文期刊）及研究对象

2.3 研究区域分布

通过中国知网（CNKI）筛选出来的114篇文献中，研究区域涉及到全国大部分省份；以内蒙古自治区为研究区域的文献数量最多，达10篇；其次是西藏、黑龙江、陕西、宁夏以及江苏为研究地发表的论文最多；有近一半的省份为研究区域的文献数量小于2篇；相对而言，以中国西部及北部为研究地发表的论文数量较多。

2.4 作者分布

如图3可知，近年来虽然研究生态点格局的作者不在少数，但通过统计114篇文献中的第一作者可以发现：高产作者较少，仅5人；其中大部分来自西藏大学农牧学院，如郑维列、卢杰和方江平；高产作者中发表文献最多达6篇。

图3 第一高产作者及所发表论文数量/篇

2.5 研究类型

在所检索的文献中，研究类型分为两种：理论研究和应用研究，其中理论研究较少，仅10篇，英文文献占70%；大部分文献都是将点格局中的具体方法运用到实际的研究地及植物种群中，探索其空间分布格局及关联性，而对于点格局本身的方法和模型研究较少。由图4可知，文献的研究类型大部分为应用研究并占总文献数量的91.2%；而理论研究仅占8.8%，有关点格局的理论研究还需要继续加强。

图4 文献研究类型及其所占比例

2.5.1 理论研究在广泛的科学领域中已经开发了许多用于分析点格局数据的方法。一阶统计量描述了研究区域中点强度的大规模变化，而二阶特征则是对地图区域中所有点与点距离的汇总统计，并提供了检测不同类型和尺度的模型［7］。点格局中零模型的选择对于应用Ripley′s K函数和O-ring统计量很关键，下面简单介绍一下单变量和双变量点格局的主要零模型。单变量点格局的零模型：（1）完全空间随机性（CSR）；（2）非齐次泊松过程；（3）随机标记；（4）泊松聚类过程。双变量点格局的零模型：（1）独立性；（2）时空集聚；（3）前提条件。其中最常用的零模型包括三种：完全空间随机模型（CSR）、泊松聚块模型和嵌套双聚块模型［8］。

检索出来关于理论研究的文献有10篇，其中3篇中文文献分别研究了生态学中点格局研究概况、点格局分析法的文献分析和基于不同零模型的点格局分析；而英文文献对点格局方法的研究相对较多，Tang等提出了一种大规模并行空间计算方法，该方法通过使用通用图形处理单元（GPU）加速Ripley′s K函数进行单变量空间点模式分析［9］。Ripley′s K函数是空间点格局分析中最有代表性的方法，它可以定量地评价空间分布特性。由于使用Ripley′K函数分析大型空间数据时，往往需要大量的计算，所以提出了一种大规模并行的Ripley′s K函数加速空间点格局分析的方法。Jesper Møller和Håkon Toftaker研究了椭圆对相关函数的Cox过程模型，并利用总结统计和贝叶斯方法建立了估计过程，这种方法在空间点格局的合成数据集上得到了说明［10］。Stelios Zimeras运用点格局进行生物数据建模，对生物空间数据进行研究［11］。Shin等人提出了如何利用点格局分析，特别是L-指数来选择一个独特的空间回归模型［12］。

2.5.2 应用研究通过中国期刊全文数据库（CNKI）检索并筛选，最后选出104篇关于生态学点格局方法的应用研究，其中中文文献较多，达97篇；而英文仅有7篇。应用研究是指运用具体的点格局分析方法到特定的研究地和研究对象，通过取样、获取数据、数据分析、函数计算、建模以及相关软件来判断其空间分布格局及关联性。在104篇文献中，主要运用的点格局分析方法及篇数如下（包括英文文献）。

表2 文献中点格局的主要分析方法及其文献数量/篇

通过观察表2可以发现，在运用具体的点格局分析方法中，Ripley′s K函数运用的篇数最多，因为Ripley′s K函数是点格局分析方法中最基本的函数［13］；其次是Ripley′s L函数；成对相关函数g（r）在点格局中的运用也很多，达15篇；文献中运用单元和多元O-ring统计量分析空间格局及其关联性也较多；标记相关函数kmm（r）在文献中运用的最少。

运用Ripley′s K函数的主要方法是以所研究的地点中的其中某一点为圆的中心，而且用适当的长作为圆的半径，然后画出一个圆接着统计这个圆中的植物的个体数量，关于这个函数的计算方式及它的边缘校正有很多表述在一些文献中［14，15］。但是Ripley′s K函数有一个缺陷就是它有积累的特性，在研究大尺度空间格局的时候容易受到许多小尺度空间的影响［16］，为了弥补这个缺陷，更加准确清楚地研究空间格局，Besag（1977）提出来Ripley′L函数［17］，Ripley′L函数之所以比Ripley′s K函数先进，在于它进行了线性化和方差的稳定校正之后的估计值来辨别和判断在一定尺度下的具体分布类型，在许多文献中也通常用L函数来代替K函数［18］。成对相关函数g（r）同时也克服了Ripley′s K函数的积累特性，并且它是一种以邻体密度为基础然后进行计算的一种点格局的方法，通常计算得较为准确［19］。

3 小结与讨论

空间格局之所以近些年来成为研究的热点，在很大程度上是因为它在帮助理解生态机制方面具有重要意义并且维持了物种共存的生态过程［20-25］。点格局分析方法作为重要的空间格局研究方法，不仅克服了在单一尺度下分析种群分布格局的不足之处，而且可以考量多种尺度下的空间分布格局和种间关系［26］，近年来已为国内外不少学者所运用［27-28］。通过对2010-2020年生态学中点格局研究方法的文献计量分析，可以发现：文献发表的数量整体上呈现上升趋势，但上升的幅度相对较小；文献的资源类型以期刊为主，《生态学报》《生态学杂志》以及《应用生态学报》发表的数量最多，其他英文期刊每种均发表1篇文献；文献中的研究区域涉及全国26个省份（包括自治区和直辖市），研究区域在全国各省的分布较不均匀，其中以内蒙古自治区为研究地的文献数量最多；虽然研究点格局的作者较多，但高产作者较少，发表≥4篇文献的作者仅5人；文献的研究类型包括理论研究和应用研究，其中大部分为应用研究，占91.2%；文献中运用Ripley′s K和Ripley′s L函数分析空间格局的数量最多；在所筛选出来的14篇英文文献中，理论研究和应用研究各占一半。

4 结论

关于生态学中点格局分析方法的研究还需要继续加强，可以适当拓宽增加未被深入研究的地方，使得以全国各个省份为研究地的文献数量趋于平衡增长。与国外相比，国内关于点格局的理论研究相对较少，应当加强理论研究，深入探索点格局分析方法，包括相关函数及零模型，以此丰富点格局分析方法的研究。另外，文献是由人工手动检索并筛选出来的，因此可能存在漏选或错选，导致分析的结果不够准确，存在一些误差，有待进一步分析确认。