不同類型低質(zhì)林生物多樣性的綜合評價(jià)

張樹森

（黑龍江省尚志國有林場管理局，尚志 150600）

不同類型低質(zhì)林生物多樣性的綜合評價(jià)

張樹森

（黑龍江省尚志國有林場管理局，尚志 150600）

在翠峰林場選擇5種不同類型低質(zhì)林進(jìn)行生物多樣性綜合評價(jià)：闊葉混交低質(zhì)林的綜合指數(shù)最高，穩(wěn)定性最高；白樺低質(zhì)林生物多樣性指數(shù)較高，穩(wěn)定性次之；針闊混交低質(zhì)林生物多樣性指數(shù)一般，穩(wěn)定性一般；蒙古櫟低質(zhì)林生物多樣性指數(shù)較低，穩(wěn)定性較弱；山楊低質(zhì)林生物多樣性指數(shù)最低，生物多樣性很低，穩(wěn)定性很差。

低質(zhì)林；生物多樣性；熵值；綜合評價(jià)

在我國大興安嶺地區(qū)，受過度采伐和森林火災(zāi)的影響，使該地區(qū)產(chǎn)生了大量低質(zhì)林，極大地影響了大興安嶺地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。本研究在大興安嶺地區(qū)選擇5種典型的低質(zhì)林林分為研究對象，采用生物多樣性指數(shù)比較了5種低質(zhì)林的差異，以期為大興安嶺地區(qū)低質(zhì)林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供參考。

1 供試林地概況

加格達(dá)奇林業(yè)局翠峰林場位于大興安嶺山脈的東南坡，地理坐標(biāo)124°23′47.8″～124°24′35.1″E，50°34″9.17″～50°34′32.0″N，屬于低山丘陵地貌，海拔429～521 m，坡度10°左右，林地土壤為暗棕色土壤，厚度在10～25 cm，整年無霜期80～110天。該地區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季短暫，但晝夜溫差很大，年平均氣溫在-1℃左右，降水量在500 mm。在翠峰林場限伐區(qū)174林班劃定一個(gè)作業(yè)區(qū)，選取5種有代表性的低質(zhì)林（表1）。在每種低質(zhì)林中劃定3塊20 m×20 m典型樣地，其中針闊混交低質(zhì)林、山楊低質(zhì)林、蒙古櫟低質(zhì)林、白樺低質(zhì)林、闊葉混交低質(zhì)林樣地的編號(hào)分別為1～3、4～6、7～9、10～12、12～15。統(tǒng)計(jì)每塊典型樣地內(nèi)所有喬木的種類、數(shù)量；在典型樣地的四個(gè)邊角及中央位置設(shè)置5個(gè)5 m×5 m的灌木樣方，調(diào)查其內(nèi)灌木的種類和數(shù)量；在5個(gè)灌木樣方的中央位置設(shè)置1個(gè)1 m×1 m的草本樣方，統(tǒng)計(jì)其內(nèi)草本植物的種類和數(shù)量。

表1 供試樣地基本情況

2 研究方法

2.1 生物多樣性的計(jì)算方法

物種豐富度是指一定空間范圍內(nèi)生物物種數(shù)量的豐富性，常用Margalef指數(shù)（D）表示；物種多樣性指數(shù)是物種豐富度和物種多樣性的函數(shù)關(guān)系，常用Shannon-wiener指數(shù)（H′）表示；均勻度指數(shù)是一個(gè)能夠?qū)⑽锓N豐富度和多樣性關(guān)聯(lián)在一起的指數(shù)，應(yīng)用最多的是Pielous均勻度指數(shù)（J）。

式中，N為物種數(shù)量，S為每個(gè)物種的數(shù)量；pi=ni/N，代表第i個(gè)物種的相對多度；H′增大,多樣性也增高；ni為物種i的數(shù)量。

2.2 生物多樣性的評價(jià)方法

生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)，也是一個(gè)典型的熱力系統(tǒng)[15-17]。因此，可以利用熵權(quán)作為生物多樣性評價(jià)指標(biāo)體系[18-20]。

統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵(波爾茲曼熵)：S=K lnW

式中，K為波爾茲曼普適常數(shù)；W為物種總數(shù)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵值的計(jì)算與熱力學(xué)是相關(guān)的，W由計(jì)算得出；W{Ni}越大,熵值越高,多樣性就越復(fù)雜，系統(tǒng)越無序。

式中，E為數(shù)學(xué)期望；P(ai)為ai事件的概率；Ni為某物種的株數(shù)；N為樣本總株數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 多樣性指數(shù)分析

由各樣地三種多樣性指數(shù)和熵值（表2）可以看出，15塊樣地的物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)及三種熵值是不同的?？偟膩碚f，混合低質(zhì)林物種豐富度指數(shù)大于單一樹種低質(zhì)林，但白楊低質(zhì)林、蒙古櫟低質(zhì)林、白樺低質(zhì)林具有較高的單一物種優(yōu)勢。針闊混交林和闊葉混交林的物種豐富度相對較高，混交林的均勻度呈下降趨勢。相反，其他3種低質(zhì)林具有較高的均勻性，提高了多樣性的程度。

3.2 熵值分析

從15塊樣地的兩兩之間的關(guān)系圖（圖1、圖2）可以看出，15塊樣地的多樣性指數(shù)和信息熵值具有同樣的起伏趨勢，這說明信息熵值、概率測度熵值與生物多樣性具有正相關(guān)的關(guān)系，可以作為物種多樣性的評價(jià)指標(biāo)。從圖3中可以看出,15個(gè)樣地的均勻度指數(shù)均勻與信息熵值的走勢相反，這說明信息熵值與均勻度指數(shù)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，信息熵值、概率測度熵值可以作為物種均勻度評價(jià)指標(biāo)。從圖4中可以出，15個(gè)樣地的多樣性指數(shù)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵值的趨勢走向相同，這說明統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵值和物種多樣性指數(shù)之間存在正相關(guān)的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵值也可以作為物種多樣性的評價(jià)指標(biāo)。

從熵值來看，2、4、6、7、15號(hào)樣地的概率測度熵值較大，說明物種均勻度比較高，物種多樣性比較豐富，表示系統(tǒng)所有物種均勻生長、競爭合理。

表2 15個(gè)樣地生物多樣性指數(shù)及熵值

圖1 物種數(shù)S與Margalef指數(shù)關(guān)系

圖2 Margalef指數(shù)與Shannon-wiener指數(shù)關(guān)系

圖3 均勻度指數(shù)與信息熵值關(guān)系

圖4 多樣性指數(shù)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵值關(guān)系

圖5 5種低質(zhì)林物種數(shù)比較

圖6 5種低質(zhì)林物種豐富度比較

3.3 綜合分析

為了更好的對5種不同類型低質(zhì)林生物多樣性進(jìn)行綜合評價(jià)，我們對15塊樣地相關(guān)指數(shù)的平均值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果(表3)表明，5種類型低質(zhì)林的生物多樣性指數(shù)值有明顯不同。從圖5到圖8中可以看出，5種不同類型低質(zhì)林在物種數(shù)上的排序是：闊葉混交低質(zhì)林(17)>白樺低質(zhì)林(14.667)>蒙古櫟低質(zhì)林(12)>針闊混交低質(zhì)林(10.667)>山楊低質(zhì)林(7)；在物種豐富度指數(shù)（Margalef指數(shù)）上：闊葉混交低質(zhì)林(1.728)>白樺低質(zhì)林(1.425)>蒙古櫟低質(zhì)林(1.232)>針闊混交低質(zhì)林(1.133)>山楊低質(zhì)林(0.863)；在物種多樣性指數(shù)（Shannon-wiener指數(shù)）上：闊葉混交低質(zhì)林(1.728)>山楊低質(zhì)林(1.223) >針闊混交低質(zhì)林(1.148)>蒙古櫟低質(zhì)林(1.148)>白樺低質(zhì)林(0.649)；在均勻度指數(shù)（Pielou指數(shù)）上：白樺低質(zhì)林(0.827)>針闊混交低質(zhì)林(0.618)>蒙古櫟低質(zhì)林(0.595)>闊葉混交低質(zhì)林(0.589)>山楊低質(zhì)林(0.555)。最后，獲得不同低質(zhì)林綜合比較圖(圖9)，其綜合排序?yàn)椋洪熑~混交低質(zhì)林>白樺低質(zhì)林>針闊混交低質(zhì)林>蒙古櫟低質(zhì)林>山楊低質(zhì)林。

表3 5種樣地各項(xiàng)指數(shù)平均值

4 結(jié)論

圖7 5種低質(zhì)林物種多樣性比較

圖8 5種低質(zhì)林均勻度比較

圖9 5種低質(zhì)林綜合比較

4.1 在5 種典型低質(zhì)林中，闊葉混交低質(zhì)林的綜合指數(shù)最高，物種豐富度也最高，所以其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性最高，對外來物種及病蟲害等的抵抗力也最強(qiáng)，非常適合大興安嶺地區(qū)的氣候環(huán)境。白樺低質(zhì)林優(yōu)勢種突出，其物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)也很高，具有比較多的物種，局部地區(qū)生物多樣性高，抗干擾能力一般，穩(wěn)定性比較高。針闊混交低質(zhì)林的優(yōu)勢種是興安落葉松，物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)一般，屬于正常范疇，灌木層物種多，特有屬、種不多,局部地區(qū)生物多樣性較豐富,但生物多樣性總體水平一般，抗干擾能力一般，穩(wěn)定性一般。蒙古櫟低質(zhì)林優(yōu)勢種突出，占有樣地大部分資源，特有屬、種不多，生物多樣性總體水平較低，對外來物種及病蟲害等的抵抗力較弱，穩(wěn)定性較弱。山楊低質(zhì)林物種數(shù)最少，各項(xiàng)指數(shù)最低，說明其物種貧乏,生態(tài)系統(tǒng)類型單一、脆弱,對外來物種及病蟲害等的抵抗力很弱，生物多樣性很低，非常容易受到惡劣天氣、病蟲害的影響，穩(wěn)定性很差。

4.2 生物多樣性綜合排名：闊葉混交低質(zhì)林>白樺低質(zhì)林>針闊混交低質(zhì)林>蒙古櫟低質(zhì)林>山楊低質(zhì)林。

［1］李勇，劉繼明，董希斌，等.大興安嶺林區(qū)低質(zhì)林成因及改造方式［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，40（8）：105-108，55.

［2］張泱，宋啟亮，董希斌，等.小興安嶺林區(qū)低質(zhì)林改造效果評價(jià)［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，37（12）：35-36，55.

［3］劉偉，趙小剛.天然次生林區(qū)低質(zhì)低效林分改造技術(shù)初探［J］.甘肅科技，2012，24(7)：169-184.

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［5］郭輝，董希斌，蒙寬宏，等.小興安嶺低質(zhì)林采伐改造后枯落物持水特性變化分析［J］.林業(yè)科學(xué)，2010，46（6）：146-153.

［6］陳夢.對生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性等理論問題的探討［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，27（4）：30-34.

［7］彭萱亦，吳金卓，欒兆平.中國典型森林生態(tài)生物多樣性評價(jià)綜述［J］.森林工程，2013，29(6）：4－10．

［8］程志楚．基于森林資源清查的森林生物多樣性評估指標(biāo)研究［J］.天津農(nóng)林科技，2008(2）：30－32.

第1作者簡介：張樹森（1963-），男，高級工程師，研究方向：森林經(jīng)營。

Comprehensive Evaluation of Different Types of Low-quality Forest Biodiversity

ZHANGShusen
（Shangzhi State Forest Farm Authority of Heilongjiang Province,Shangzhi150600）

Choose five different types of low-quality forest for the comprehensive evaluation of biodiversity in Cuifeng Farm.The result showed the comprehensive index of broad-leaved low quality forest highest highest stability;birch low-quality forest biodiversity index were higher in,stability times;mixed coniferous and broad-leaved low quality forest biodiversity index of general,general stability;Quercus mongolica low-quality forest biological diversity index is low,a weaker stability;Aspen low-quality forest biodiversity index minimum,biological diversity is very low,stability is poor.

Low-quality forest stands;Biodiversity;Entropy;Comprehensive evaluation

S718.55+7

A

2017-04-20

（責(zé)任編輯：王岳）

1001-9499（2017）04-0047-04