基于GIS的陜西蝗蟲地理分布及區(qū)劃分析.pdf

基于基于GIS的陜西蝗蟲地理分布及區(qū)劃分析的陜西蝗蟲地理分布及區(qū)劃分析 白 義1 周自翔2 許升全1 1 陜西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 陜西 西安 710062 2 陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院 陜西 西安 710062 摘要 摘要 運用 GIS 地理信息系統(tǒng) 技術(shù)研究陜西蝗蟲物種地理分布及區(qū)劃 以 593 個 0 2 0 2 經(jīng)緯 網(wǎng)格單元統(tǒng)計蝗蟲物種數(shù) 并采用多元分析的分層聚類方法進行了聚類分析 結(jié)果表明 太白 安康兩地 是陜西蝗蟲物種最豐富的地區(qū) 鄂爾多斯高原植被稀少 蝗蟲物種卻較陜北高原豐富 當(dāng)相關(guān)性系數(shù)為 0 538 時 593 個地理分布單元聚為 9 組 聚類結(jié)果與陜西自然環(huán)境區(qū)劃基本相似 但秦嶺山地被聚為兩類 即 秦嶺南坡與秦嶺北坡 商南丘陵在聚類分析中從秦嶺山地分出 安康地區(qū)與巴山山地聚為一類 巴山與米 倉山被聚為并列的兩組 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 陜西 蝗蟲 GIS 聚類分析 分布格局 The Distribution and Geographic Division of Grasshopper in Shaanxi Based on GIS Bai Yi 1 Zhou Zi xiang2 Xu Sheng quan 1 1 College of Life Science Shaanxi Normal University Xi an 710062 China 2 College of Tourism and Environment Shaanxi Normal University Xi an 710062 China Abstract This paper deals with the distribution and geographic division of grasshopper in Shaanxi by using GIS Geographic Information System techniques In order to show the species richness of grasshopper in the distributional units we used 593 longitude and latitude grids cell 0 2 0 2 to count the species data of grasshopper and used multi analysis hierarchical cluster method in the cluster analysis The results of the species richness analysis shows Taibai and Ankang are the richest species areas of grasshopper in Shaanxi The vegetation of the Ordos Plateau is rare but the species of grasshopper is richer than the Shaanbei Plateau The cluster analysis shows The 593 distributional units are clustered into 9 groups with the proximity coefficients of 0 538 This result is similar to the Physical Division of Shaanxi There are some differences as follows Qinling Mountain are divided into two groups the South Slope of Qinling and the North Slope of Qinling Shangnan Hill is separated from Qinling Mountain Ankang Area and Bashan Mountain are clustered into one group Bashan Mountain and Micang Mountain are clustered into two paratactic groups Key Words Shaanxi Grasshopper GIS Cluster Analysis Distribution 陜西省地處中國內(nèi)陸 境內(nèi)環(huán)境條件復(fù)雜 物種資源豐富 Nie 1980 分布有蝗蟲種 類 104 種 屬于 9 科 56 屬 鄭哲民根據(jù)陜西自然環(huán)境區(qū)劃 Nie 1980 將陜西蝗蟲劃分為 7 個分布區(qū) Zheng Jiang 1999 這對于研究動物地理區(qū)劃特征不失為一種有效的方法 對于省級以 下的區(qū)劃單元和行政單元 主要考慮當(dāng)?shù)氐木C合自然因素 Yin et al 2003 Zheng Zhou et al 2002 Gerald R 1999 運用 GIS 的空間數(shù)據(jù)管理和疊加分析功能 在物種分布記錄的基礎(chǔ)上 疊加相關(guān)的 地理環(huán)境因素 將突破傳統(tǒng)的限制 獲得較為準(zhǔn)確的物種分布信息 Zhou et al 2000 Li et al 2004 本文基于 GIS 技術(shù) 以經(jīng)緯網(wǎng)格 0 2 0 2 對物種分布圖進行網(wǎng)格化 并提取網(wǎng)格 中的物種分布數(shù)據(jù) 借助統(tǒng)計分析軟件包 對分布數(shù)據(jù)進行多元分析 以探討陜西蝗蟲的地 理分布規(guī)律并進行區(qū)劃分析 1 材料與方法材料與方法 1 1 分布數(shù)據(jù)的調(diào)查與整理分布數(shù)據(jù)的調(diào)查與整理 陜西蝗蟲種類有104種 屬于9科56屬 其分布數(shù)據(jù)來源有兩種 一種為文獻記載 Zheng 1985 1990 1996 另一種為實地調(diào)查得到的蝗蟲分布數(shù)據(jù) 采集記錄有 2003 年 9 10 月 采集地 關(guān)中各縣 2004 年 6 月 采集地 寧陜 柞水 商洛 商南 華陰 華縣等地 7 月 8 月中旬 采集地 陜北各縣 9 月初 采集地 寶雞 鳳縣 留壩 略陽 寧強等地 9 月中旬 采集地 周至 佛坪 太白等地 10 月 采集地 漢中 南鄭 鎮(zhèn)巴 石泉 安 康 旬陽 紫陽 鎮(zhèn)坪 白河等地 文獻記錄的蝗蟲分布數(shù)據(jù)多以縣或鄉(xiāng)級行政區(qū)作為采集地點記錄 缺乏詳細(xì)的地理坐 標(biāo) 在借助 GIS 技術(shù)進行物種資料的整理時 以縣或鄉(xiāng)一級行政區(qū)劃為基礎(chǔ)進行地理坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換 實地調(diào)查得到的數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了蝗蟲分布地的地理坐標(biāo) 整理蝗蟲地理分布數(shù)據(jù)建立 蝗蟲地理分布數(shù)據(jù)庫 運用 GIS 軟件 MAPGIS6 5 數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng) 將蝗蟲地理分布數(shù)據(jù) 庫按坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)入地理信息系統(tǒng) 運用疊加分析功能 通過地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與陜西政區(qū)圖 提 取水系及部分行政區(qū) 疊加 得到蝗蟲物種數(shù)字化分布圖 1 2 地理分布格局的研究地理分布格局的研究 采用經(jīng)緯網(wǎng)格 0 2 0 2 對數(shù)字化蝗蟲物種分布圖進行網(wǎng)格化 獲得 593 個地理分布單 元以統(tǒng)計蝗蟲物種分布數(shù)據(jù) 如圖 1 將陜西政區(qū)圖數(shù)字化后 導(dǎo)入地理信息系統(tǒng) 與蝗 蟲數(shù)字化分布圖及經(jīng)緯網(wǎng)格疊加 通過數(shù)據(jù)庫的查詢功能 提取出 104 種蝗蟲在 593 個地理 單元中的分布信息 統(tǒng)計每個單元中的蝗蟲物種數(shù) 并標(biāo)注到陜西政區(qū)圖 提取水系及部分 行政區(qū) 得陜西蝗蟲地理分布格局圖 圖 1 1 3 區(qū)劃的聚類分析區(qū)劃的聚類分析 運用數(shù)據(jù)庫的查詢功能 提取 593 個地理單元中 104 種蝗蟲的分布數(shù)據(jù) 有分布值 1 無分布值為 0 得到關(guān)于 593 個地理單元的蝗蟲分布矩陣 采用分層聚類分析 Hierarchical Cluster Analysis 方法 對分布單元進行聚類分析 Zhou et al 2002 得聚類圖 圖 2 本 文的聚類分析過程在 SPSS10 0 軟件中完成 聚類方法采用類間平均法 距離系數(shù)采用 Jaccard 系數(shù) 在聚類分析中 593 個地理單元聚類得到的地理單元組編號依據(jù)相關(guān)性系數(shù)編列 相關(guān) 性系數(shù)最小的兩組用 I II 表示 下一級用 IA IB IIA IIB 依此類推 將分組結(jié)果標(biāo)注 在陜西地圖中得到陜西蝗蟲分布區(qū)劃圖 圖 3 2 結(jié)果與分析結(jié)果與分析 2 1 陜西蝗蟲地理分布規(guī)律陜西蝗蟲地理分布規(guī)律 從圖 1 來看 陜南山地蝗蟲物種豐富度總體高于秦嶺以北地區(qū) 陜西最北部的鄂爾多斯 高原 蝗蟲物種豐富度高于陜北黃土高原 本省蝗蟲物種豐富度最高的是太白 安康兩個地 區(qū) 此外 延安 寶塔區(qū) 黃龍和韓城等地 蝗蟲物種豐富度高于陜北黃土高原的其他地 區(qū) 以上各區(qū)典型的地貌 氣候 植被等地理環(huán)境特征區(qū)別于其他各區(qū) 是蝗蟲物種豐富度 較高的主要原因 太白山地區(qū)海拔 3000 米以上 氣候 植被垂直分異以及山地小氣候特征 明顯 安康地區(qū)屬于北亞熱帶氣候 水熱條件優(yōu)越 區(qū)內(nèi)有盆地 丘陵 山地三種地貌類型 地形復(fù)雜 且植被覆蓋率較高 鄂爾多斯高原在氣候特征上屬于溫帶半干旱沙漠氣候 區(qū)內(nèi) 大部分地區(qū)被沙層覆蓋 干燥度在本省最高 年日照近 3000 小時 而延安 寶塔區(qū) 黃龍 和韓城等地森林覆蓋率較高 均在 30 以上 2 2 陜西省蝗蟲地理區(qū)劃的聚類分析陜西省蝗蟲地理區(qū)劃的聚類分析 從圖 2 來看 當(dāng)相關(guān)系數(shù)為 0 538 時 將 593 個蝗蟲地理分布單元聚類為 9 個單元組 進而當(dāng)相關(guān)系數(shù)為 0 367 時 9 個單元組又聚為 3 組 最后當(dāng)相關(guān)系數(shù)為 0 246 時 3 個單元 組再聚為 2 組 當(dāng)聚為 9 組時 9 個分布單元組分別是 IAa1 秦嶺南坡 IAa2 秦嶺北坡 IAb 米 倉山山地 IAc 漢中盆地 IBa 商州地區(qū) IBb 巴山山地 IIAa 渭河平原 IIAb 黃 土高原 IIB 鄂爾多斯高原 當(dāng)聚為 3 組時 3 個分布單元組分別為 秦巴山區(qū) 陜北黃土高原與渭河平原湖和鄂爾 多斯高原 當(dāng)聚為 2 組時 2 個分布單元組分別為 古北界的陜北 關(guān)中地區(qū)與東洋界的秦巴山區(qū) 聚類分析中 當(dāng)相關(guān)系數(shù)為 0 568 時 聚類結(jié)果與陜西地理區(qū)劃 Nie 1980 相似 但 有所不同 其中將秦嶺山地分為秦嶺南坡與北坡 商州南部地區(qū)被聚為獨立的一支 相關(guān)系 數(shù)接近巴山山地 而巴山山地與安康地區(qū)聚為一類 此外 巴山山地區(qū)別于米倉山山地 被 聚為不同的兩支 聚類結(jié)果表明 秦嶺山脈是南北物種分布的重要界線 對于活動范圍有限的蝗蟲而言 秦嶺起著天然屏障作用 使秦嶺南北蝗蟲物種成分有顯著差異 同屬于山地地貌的米倉山山 地 在聚類過程中與秦嶺山地聚為并列的兩類 表明蝗蟲物種成分的差異程度 因為米倉山 位置偏南 屬于北亞熱帶暖濕氣候 區(qū)別于秦嶺山地 漢江谷地氣候與巴山 米倉山相似 但此區(qū)有平坦的渭河平原 大多數(shù)地區(qū)被辟為農(nóng)田 植被以農(nóng)作物為主 此區(qū)特殊的地理環(huán) 境區(qū)別于巴山 米倉山及秦嶺山地 則聚類分析中 聚為與秦嶺 米倉山并列的另一類 商 南地區(qū)與巴山山地首先聚為一類 再與米倉山等地聚為并列的兩類 這與其特殊的地貌特征 及良好的水熱條件有關(guān) 同時渭河平原與陜北黃土高原首先聚為一類 再與鄂爾多斯高原聚 類 成為與陜南山地并列的兩組 秦嶺以北地區(qū)的氣候特征屬于暖溫帶半濕潤半干旱氣候 在地理區(qū)劃上屬于古北界 此區(qū)物種以古北界物種居多 Zheng Xu 1990 因此在聚類 分析中與陜南山地聚為并列的兩大組 在相關(guān)性系數(shù)為 0 246 時 陜西蝗蟲地理分布單元被分為兩類 即秦嶺以南的東洋界與 秦嶺以北的古北界 聚類結(jié)果與中國生物地理區(qū)劃 Xie Li 2002 相符 這說明盡管物 種由于自身特點 其組成成分受小地域 小氣候的影響而表現(xiàn)出特有的分布規(guī)律 但這種分 布仍遵循高級區(qū)劃單元的劃分結(jié)果 Xie Li 2002 圖 1 所在位置 圖 1 陜西蝗蟲地理分布格局 Fig 1 The geographical distribution pattern of grasshopper in Shaanxi 圖 2 所在位置 圖 2 陜西蝗蟲地理單元聚類分析樹狀圖 9 個單元組 Fig 2 Dendrongram of cluster analysis on distributional units of grasshopper in Shaanxi 9 groups 聚類方法為類間平均法 9 個組由相關(guān)的亞組在相似性系數(shù)為 0 538 處合并所得 Cluster method was average linkage between two groups 9 groups resulted from putting the subgroups together where Proximity coefficients was 0 538 9 個單元組各自代表的地理單元如下 The 9 groups are in the geographical units as follows IAa1 秦嶺南坡 South slope of Qinling IAa2 秦嶺北坡 North slope of Qinling IAb 米倉山 山地 Micang Mountain IAc 漢江谷地 Hanjiang Valley IBa 商南丘陵 Shangnan Hill IBb 巴山山地 Bashan Mountain IIAa 渭河平原 Weihe Plain IIAb 陜北黃土高原 Loess Plateau of northern Shaanxi IIB 鄂爾多斯高原 Ordos Plateau 圖 3 所在位置 圖 3 陜西蝗蟲分布單元組 9 個單元組 Fig 3 Groups of distributional units of grasshopper in Shaanxi 9 groups 9 個單元組各自代表的地理單元如下 The 9 groups are in the geographical units as follows IAa1 秦嶺南坡 South slope of Qinling IAa2 秦嶺北坡 North slope of Qinling IAb 米倉山 山地 Micang Mountain IAc 漢江谷地 Hanjiang Valley IBa 商南丘陵 Shangnan Hill IBb 巴山山地 Bashan Mountain IIAa 渭河平原 Weihe Plain IIAb 陜北黃土高原 Loess Plateau of northern Shaanxi IIB 鄂爾多斯高原 Ordos Plateau 3 討論討論 3 1 陜西蝗蟲的分布既遵循動物地理的高級區(qū)劃規(guī)律 又有其自身特點陜西蝗蟲的分布既遵循動物地理的高級區(qū)劃規(guī)律 又有其自身特點 物種的分布格局一方面體現(xiàn)該物種分布對自然環(huán)境的適應(yīng)性 另一方面也體現(xiàn)物種發(fā)展 的歷史淵源 對于蝗蟲而言 其自身的特點 飛翔能力差 活動范圍有限 決定其對環(huán)境的 依賴性較大 因此其分布格局表現(xiàn)出明顯的地帶性 圖 1 表明 由南往北 隨著暖濕氣候的 減弱 植被的減少 蝗蟲物種豐富度也呈降低趨勢 將聚類分析結(jié)果與陜西自然環(huán)境區(qū)劃 Nie 1980 對照發(fā)現(xiàn) 商南丘陵并沒有與秦嶺山地劃分為一類 而是與巴山山地劃為相似性系數(shù) 較近的一類 這與其丘陵地貌以及濕熱的氣候有關(guān) 巴山與米倉山劃分為兩類 由于兩地在 植被 氣候以及降水等地理環(huán)境因素方面均有不同 Nie 1980 兩地蝗蟲物種成分也因此 形成差異 安康地區(qū)從漢江谷地分出 與巴山劃為一類 由于兩地在地理上毗鄰 氣候上相 似 物種的差異也因此減少 在聚類分析中被聚為一類 當(dāng)然 蝗蟲的某種分布規(guī)律總是由 多因素決定的 對于其中更可靠的原因 有待進一步探討 本文由于受資料和知識所限 不 作更深入討論 3 2 多樣化的地貌特征導(dǎo)致多樣化的氣候類型 成為蝗蟲物種多樣化的主要原因多樣化的地貌特征導(dǎo)致多樣化的氣候類型 成為蝗蟲物種多樣化的主要原因 圖 1 表明長城沿線以北的鄂爾多斯高原蝗蟲種類較豐富 根據(jù) 陜西蝗蟲 Zheng Xu 1990 記載 此區(qū)蝗蟲古北區(qū)系種占 72 8 未發(fā)現(xiàn)東洋界種 結(jié)合其地理環(huán)境特點 該區(qū) 屬于風(fēng)沙地貌 終年干旱少雨 植被稀少 光照充足 干燥度較高 其獨特的地理環(huán)境正適 合于在西北干燥環(huán)境下生活的蝗蟲生存 陜北高原的延安 寶塔區(qū) 黃龍和韓城等地植被 覆蓋率較高 氣候較暖濕 呈現(xiàn)明顯的 氣候島 特征 從圖 1 蝗蟲分布狀況看 延安 寶 塔區(qū) 黃龍和韓城等地蝗蟲物種豐富度高于陜北黃土高原其他地區(qū) 關(guān)中平原在構(gòu)造上是 一個地塹盆地 氣候為半濕潤的平原氣候 植被以人工植被為主 Nie 1980 蝗蟲物種成 分也因此區(qū)別于陜北高原與秦嶺山地 陜南山地是陜西境內(nèi)海拔高度最大的地區(qū) 區(qū)內(nèi)地貌 復(fù)雜 導(dǎo)致小氣候地域差異很大 太白山地海拔較高使得此區(qū)氣候垂直分異特征明顯 安康 地區(qū)多樣化的地貌 山地 丘陵 盆地 形成多樣化的小氣候特征 米倉山和巴山山地區(qū)氣 候亦有其自身的特點 總體上陜南山地地貌復(fù)雜 氣候多樣 具有優(yōu)越的水熱條件 較高的 植被覆蓋率 是此區(qū)蝗蟲物種多樣化的主要原因 在聚類分析中 陜南山地被聚為若干類 體現(xiàn)了各區(qū)蝗蟲物種的差異程度 3 3 人類的活動對蝗蟲的物種組成成分產(chǎn)生重要影響人類的活動對蝗蟲的物種組成成分產(chǎn)生重要影響 在聚類分析中 關(guān)中平原與漢江谷地都被聚為獨立的兩支 一方面 由于兩地都屬于平 原地形 蝗蟲物種以適應(yīng)平原農(nóng)業(yè)地理環(huán)境的物種為主 另一方面 人類的活動也影響著蝗 蟲的物種成分 關(guān)中平原蝗蟲物種以古北界為主 Zheng xu 1990 此區(qū)自古以來為農(nóng)業(yè)集中區(qū) 除 栽培樹種和田間雜草外 自然植被已不可見 Nie 1980 這為以危害農(nóng)作物為主的蝗蟲物 種提供了良好的棲息環(huán)境 蝗蟲種類成分因人類介入而改變 漢江谷地蝗蟲物種以東洋界種 類占優(yōu)勢 Zheng Xu 1990 隨著天然植被的破壞 河谷盆地大部分被開辟為農(nóng)田 許 多蝗蟲成為農(nóng)田中的主要害蟲 人化環(huán)境改變了蝗蟲的物種成分 參考文獻 Gerald R 1999 GIS 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