CN111400668B - 一种森林群落稳定性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种森林群落稳定性评价方法，涉及生态环境技术领域，所述方法包括以下步骤：首先，对森林内部状态进行分析评价，其评价指标包括森林空间结构、森林年龄结构、林分组成、林分密度、林分长势、森林更新和林木健康，所述森林空间结构包括森林水平结构和森林垂直结构；其次，通过邻域环境指数评价森林邻域环境对森林群落的影响；最后将森林内部状态与邻域环境指数相结合来评价森林群落的稳定性。该方法不仅关注群落内在状态，而且考虑了邻域环境对森林群落的影响，不仅评价结果符合林分稳定性实际状况，统筹兼顾外部环境对群落稳定性的影响，对群落演替方向的预测性更为准确。
Description
技术领域
本发明涉生态环境评价技术领域，具体涉及一种森林群落稳定性评价方法。
背景技术
稳定性是生态系统的一个最基本的功能特征，通过研究对生态系统的稳定性进行恰当的评价，能够为天然植被的保护利用和建立稳定的人工植被提供科学依据，进而在满足人类经济目标的同时保持地表植被的完整和保证其功能的充分发挥。
量化表达稳定性是进行森林稳定性与生产力关系研究的前提，具有重要的理论和实践意义。因为直接从抵抗力和恢复力进行开放生态系统稳定性研究具有一定难度，国内外学者主要依据稳定性的内涵与外延，基于多样性理论、冗余理论、控制理论等，从种群自调节与生态对策、功能及遗传变异生物多样性与生态系统稳定性之间的关系等方面开展了大量研究，通常采用Shannon-Weaver指数、种群数量、相对多度、优势种、物种组成、生产力、生物量等作为稳定性的度量因子。这些研究方法主要针对群落本身，以生物量等功能指标或以群落种类组成等结构指标来判定和测度植被稳定性，评估方法常依据研究对象，如一个种群、群落或生态系统等本身某些方面的特征来研究，如种类成分、种群密度、生产力以及其它各功能过程上的稳定性。
根据内外因辩证关系，即事物的发展是内外因素共同作用的结果，内因对事物的发展起决定性作用，外因对事物的发展起着加速或延缓的作用，生态系统的发展动态也是内外因素共同作用的结果，因此，在评价群落稳定性时，有必要将外部环境状况对群落自身的作用与影响加以考虑。植物个体位置固定的特性决定了其在生长过程中不是与种群内的所有个体争夺资源，而只和与其相邻近的个体相互作用，类似地，不同“斑块状”群落之间的作用机制亦是通过与邻近群落相互作用而产生影响。因此，刻画群落不同“斑块”效应，可有效反映邻域环境对群落的潜在影响，一定程度上反映外界异质性对群落稳定性的影响。目前多数研究在森林生态系统稳定性评价方法与指标体系研究方面将重点放在群落内部稳定性方面，而忽视了影响群落稳定性的邻域环境作用，使研究结果准确性差。
发明内容
为了更好的对森林群落的稳定性进行评价，本发明定义了邻域环境指数，通过将森林内部环境与其邻域环境相结合来评价森林群落的稳定性，使评价结果更为准确。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种森林群落稳定性评价方法，主要包括以下步骤：
S1：对森林内部状态进行分析评价，其评价指标包括森林空间结构、森林年龄结构、林分组成、林分密度、林分长势、森林更新和林木健康，所述森林空间结构包括森林水平结构和森林垂直结构；
S2：通过邻域环境指数评价森林邻域环境对森林群落的影响；
S3：将森林内部状态与邻域环境指数相结合来评价森林群落的稳定性。
进一步地，所述步骤S1对森林内部状态进行分析评价的方法为改进单位圆分析法，具体计算公式见式（1）：
（1）
式中：FIS为森林群落内在状态值，m为林分状态特征的指标数目，m≥1；R k 为第k个林分指标值。
更进一步地，所述邻域环境指数是根据邻域环境的影响程度赋予其不同的值，然后再求其平均值的评价方法，具体的计算公式见式（2）：
（2）
其中，NEI为邻域环境指数，n为群落邻域环境类型的个数，为第i个森林群落的第j个邻域环境的赋值，i为群落数。
更进一步地，所述邻域环境的赋值为1、0、-1，其中1表示邻域环境对群落有利，0表示对邻域环境对群落无影响，-1表示邻域环境对群落不利。
更进一步地，所述步骤S3中通过森林内部状态和邻域环境指数对森林群落稳定性进行评价的具体过程为：分别设定森林内部状态和邻域环境指数的权重值和/>，然后根据公式（3）计算森林群落的稳定性，
（3）
其中，FCS为森林群落稳定性，、/>均为权重指数，FIS为森林群落内在状态值，NEI为邻域环境指数。
更进一步地，所述为2/3，/>为1/3。
本发明的有益效果：
（1）本发明的评价方法不仅关注群落内在状态，而且考虑了邻域环境的影响，评价结果符合林分稳定性实际状况，统筹兼顾外部环境对群落稳定性的影响，对群落演替方向的预测性更为准确；
（2）本发明对森林群落的内部状态和邻域环境进行了量化，使森林群落稳定性的评价更加的准确，直观；
（3）本发明采用了改进的单位圆方法来表达群落内部状态和邻域环境对群落稳定性，更加清晰，直观。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的流程图；
图2是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的4种不同森林群落邻域环境状况图；
图3是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的华北落叶松人工林群落稳定性综合评价图；
图4是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的锐齿栎天然阔叶混交林群落稳定性综合评价图；
图5是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的人工林模拟林分群落稳定性综合评价图；
图6是本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法的天然林模拟林分群落稳定性综合评价图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的一种森林群落稳定性评价方法，主要包括以下步骤：
S1：对森林内部状态进行分析评价，其评价指标包括森林空间结构、森林年龄结构、林分组成、林分密度、林分长势、森林更新和林木健康，所述森林空间结构包括森林水平结构和森林垂直结构；
在本发明的一个实施例中，森林内部状态进行分析评价的方法为改进单位圆分析法，即将单位圆根据圆心角等分成m个扇区，将现实林分的相应指标值作为圆弧半径计算各扇区的面积，所有指标的面积之和即为现实群落内部状态值，用现实群落内部状态与最优群落内在状态值之比表示对现实群落内部状态好坏的相对测度，具体计算公式见式（1）：
（1）
式中：FIS为森林群落内在状态值；m为林分状态特征的指标数目，m≥1；R k 为第k个林分指标值，i为森林群落的个数。
FIS值为[0，1]之间的数值，依据FIS值的大小可将现实林分分为5类：状态极佳：FIS>0.85；状态良好：FIS值为（0.65～0.85]；状态一般：FIS值为（0.45～0.65]；状态较差，FIS值为（0.25～0.45]；状态极差，FIS≤0.25。
示例性的，以华北落叶松人工林、天然锐齿栎阔叶混交林和相应两种模拟林分为例，根据表1及公式1计算森林群落内在状态值；
表1 林分状态指标与赋值
其中，华北落叶松人工林为单层林，林分内林木呈轻微聚集分布，直径分布表现为单峰型，仅有11个树种，多样性较低，更新较差且健康林木比例较低，经过长期的竞争和自疏，林木之间较为拥挤，但林分长势较好。人工林模拟林分为单层林，直径结构单峰型，林内树种有9种，树种多样性低，林木较为稀疏，部分林木开始衰减，总体长势良好，林下幼苗更新数量较多，FIS值与华北落叶松人工林内在状态值相同；天然锐齿栎阔叶混交林为复层林，林分内林木呈随机分布，直径分布符合典型异龄混交林倒J型分布特征，林内共出现33个树种，多样性较高，更新幼苗幼树数量较多，且大多为健康林木，中上层林木之间较为拥挤，但整体上长势良好。天然林模拟林分为复层林，林木整体呈随机分布，共有17个树种，多样性较低，直径结构多峰型，林木拥挤度适中，长势良好，林下幼苗更新状况良好，群落内在状态值与锐齿栎阔叶混交林相同。华北落叶松人工林、天然锐齿栎阔叶混交林和相应两种模拟林分的林分指标值和值见表2：
表2 四种森林群落的内在状态值
S2：通过邻域环境指数评价森林邻域环境对森林群落的影响；
本发明的一个实施例中，邻域环境指数是根据邻域环境的影响程度赋予其不同的值，然后再求其平均值的评价方法，具体的计算公式见式（2），
（2）
其中，NEI为邻域环境指数，n为群落邻域环境类型的个数，为第i个森林群落的第j个邻域环境的赋值，i为森林群落数。
示例性的，邻域环境的赋值为1、0、-1，其中1表示邻域环境对群落有利，0表示对邻域环境对群落无影响，-1表示邻域环境对群落不利，NEI值越大，外部环境越有利于群落稳定。
当邻域环境的赋值为1、0、-1时，NEI的值为[-1，1]之间的数值，按取值将邻域环境状况分为5类，状况极佳：NEI>0.8；状况良好：NEI值为（0.4～0.8] ；状况一般：NEI值为（0～0.4]；状况较差：NEI值为 [-0.25～0]；状况极差，NEI<-0.25。
示例性的，华北落叶松人工林、天然锐齿栎阔叶混交林和相应两种模拟林分这四个森林群落周围具有不同的环境类型，其中大多数森林、湖泊、沼泽等对群落稳定性有促进作用，赋值为1；村落、城镇等非植物群落和具极强入侵性的竹林、火炬树林等对群落稳定性不利，赋值为-1；农田、草地对其影响为中性，赋值为0。
参考图1及公式2计算上述四种森林群落的邻域环境指数，结果见表3：
表3 四种森林群落的邻域环境指数
从表3及图2可以看出，华北落叶松人工林邻接群落为4种类型的森林群落和1片农田，其对华北落叶松人工林稳定性的影响分别为促进作用和即非促进也非干扰，NEI值为0.8，总体上邻域环境对华北落叶松人工林群落稳定性的影响为正向效应；人工林模拟林分邻域环境由湖泊、强外侵物种群落、建筑物、竹林和草地5种类型组成，其对林分稳定性的影响分别为正向、负向、负向、负向和不影响，NEI值为-0.4，邻域环境整体对模拟人工林群落稳定性的影响为负效应。锐齿栎阔叶混交林邻域环境由3种类型的森林群落和1条溪流构成，其对群落稳定性的影响皆为促进作用，NEI值为1；天然林模拟林分邻域环境由森林群落、建筑物、外侵物种群落和竹林4种类型构成，对群落稳定性的作用分别为正向、负向、负向、负向，NEI值为-0.5，邻域环境整体对群落稳定性的影响表现为干扰。
S3：将森林内部状态与邻域环境指数相结合来评价森林群落的稳定性。
本发明一实施例中，森林内部状态和邻域环境指数对森林群落稳定性进行评价的具体过程为：分别设定森林内部状态和邻域环境指数的权重值和/>，然后根据公式（3）计算森林群落的稳定性，
（3）
其中，FCS为森林群落稳定性，均为权重指数，FIS为森林群落内在状态值，NEI为邻域环境指数，i为森林群落的个数。
本发明一实施例中，赋值为2/3，为1/3，则FCS的取值在[-1/3,1]之间，FCS>0.83，表示稳定性极佳； FCS值为（0.56～0.83]，表示稳定性良好；FCS值为（0.3～0.56]，代表稳定性中等； FCS值为（0.08～0.3]，表明稳定性较差；FCS≤0.08时，表示稳定性极差。
根据公式（3）计算华北落叶松人工林、天然锐齿栎阔叶混交林和相应两种模拟林分这四种森林群落的稳定性FCS，结果见图3-6，图3为华北落叶松人工林的FCS值为0.44，图4为天然锐齿阔叶混交林的FCS值为0.871，图5为人工林模拟林分的FCS值为0.04，图6为天然林模拟林分的FCS值为0.372。
从上述数据可以看出，华北落叶松人工林内部状态较差，外部环境良好，群落综合稳定性指数FCS为0.440，群落整体稳定性状况中等；人工林模拟林分与华北落叶松林两种林分内部状态值相同，模拟林分外部环境对群落负向干扰较大，综合指数FCS值仅为0.040，群落稳定性极差。天然锐齿栎阔叶混交林林分内部状态良好，邻域环境对群落稳定性为正向作用，综合FCS值高达0.871，群落稳定性状况极佳；天然林模拟林分内在状态值与天然锐齿栎阔叶混交林相同，外部环境对群落存在较大负向干扰，群落综合稳定性指数FCS值为0.372，群落稳定性状况中等。4种森林群落内在状态优劣为，华北落叶松人工林与模拟人工林、天然锐齿栎混交林与天然林模拟林分内部状态值分别相同，两种天然林均内部状态良好，两种人工林内部状态均较差；邻域环境指数大小依次为/>，其对群落稳定性的影响/>为正向促进作用，/>为负向干扰作用。现实与模拟天然林分邻域环境状况分别为极佳、极差，现实与模拟人工林邻域环境状况分别为良好、极差，综合稳定性排序为/>。华北落叶松人工林与天然林模拟林分其内部状态分别为较差、良好，邻域环境对稳定性的影响分别为良好、极差，综合稳定性状况评价结果都为中等；天然林和人工林的模拟和现实两种林分内在状态值分别相同，天然林群落稳定性分别为极佳、中等，人工林群落稳定性分别为中等、极差，相差两个等级。内在状态值相同，不同的邻域环境导致群落稳定性评价结果相差较大，通过以上分析结果可以看出外部环境状况对群落稳定性有不容忽视的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种森林群落稳定性评价方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1：对森林内部状态进行分析评价，其评价指标包括森林空间结构、森林年龄结构、林分组成、林分密度、林分长势、森林更新和林木健康，所述森林空间结构包括森林水平结构和森林垂直结构；
S2：通过邻域环境指数评价森林邻域环境对森林群落的影响；
S3：将森林内部状态与邻域环境指数相结合来评价森林群落的稳定性；
所述步骤S1对森林内部状态进行分析评价的方法为改进单位圆分析法，具体计算公式见式（1）：
（1）
式中： 为森林群落内在状态值；m为林分状态特征的指标数目，m≥1；/>为第k个林分指标值；
所述邻域环境指数是根据邻域环境的影响程度赋予其不同的值，然后再求其平均值的评价方法，具体的计算公式见式（2）：
（2）
其中，NEI为邻域环境指数，n为群落邻域环境类型的个数，为第i个森林群落的第j个邻域环境的赋值；
步骤S3中通过森林内部状态和邻域环境指数对森林群落稳定性进行评价的具体过程为：分别设定森林内部状态和邻域环境指数的权重值和/>，然后根据公式（3）计算森林群落的稳定性，
（3）
其中，FCS为森林群落稳定性，、/>均为权重指数，FIS为森林群落内在状态值，NEI为邻域环境指数。
2.根据权利要求1所述的森林群落稳定性评价方法，其特征在于，所述邻域环境的赋值为1、0、-1，其中1表示邻域环境对群落有利，0表示对邻域环境对群落无影响，-1表示邻域环境对群落不利。
3.根据权利要求1所述的森林群落稳定性评价方法，其特征在于，所述为2/3，/>为1/3。
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| 长江上游森林生态系统稳定性评价与空间分异特征;任平 等;《地理研究》;第32卷(第6期);1017-1024 * |
| 阿尔泰山森林景观格局的稳定性;张绘芳 等;《水土保持通报;第38卷(第5期);189-194 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111400668A (zh) | 2020-07-10 |
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