不同類型低質林生物多樣性的綜合評價

張樹森

（黑龍江省尚志國有林場管理局，尚志 150600）

不同類型低質林生物多樣性的綜合評價

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種不同類型低質林進行生物多樣性綜合評價：闊葉混交低質林的綜合指數最高，穩定性最高；白樺低質林生物多樣性指數較高，穩定性次之；針闊混交低質林生物多樣性指數一般，穩定性一般；蒙古櫟低質林生物多樣性指數較低，穩定性較弱；山楊低質林生物多樣性指數最低，生物多樣性很低，穩定性很差。

低質林；生物多樣性；熵值；綜合評價

在我國大興安嶺地區，受過度采伐和森林火災的影響，使該地區產生了大量低質林，極大地影響了大興安嶺地區森林生態系統的穩定。本研究在大興安嶺地區選擇5種典型的低質林林分為研究對象，采用生物多樣性指數比較了5種低質林的差異，以期為大興安嶺地區低質林生態系統的恢復提供參考。

1 供試林地概況

加格達奇林業局翠峰林場位于大興安嶺山脈的東南坡，地理坐標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。該地區屬于寒溫帶大陸性季風氣候，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174林班劃定一個作業區，選取5種有代表性的低質林（表1）。在每種低質林中劃定3塊20 m×20 m典型樣地，其中針闊混交低質林、山楊低質林、蒙古櫟低質林、白樺低質林、闊葉混交低質林樣地的編號分別為1～3、4～6、7～9、10～12、12～15。統計每塊典型樣地內所有喬木的種類、數量；在典型樣地的四個邊角及中央位置設置5個5 m×5 m的灌木樣方，調查其內灌木的種類和數量；在5個灌木樣方的中央位置設置1個1 m×1 m的草本樣方，統計其內草本植物的種類和數量。

表1 供試樣地基本情況

2 研究方法

2.1 生物多樣性的計算方法

物種豐富度是指一定空間范圍內生物物種數量的豐富性，常用Margalef指數（D）表示；物種多樣性指數是物種豐富度和物種多樣性的函數關系，常用Shannon-wiener指數（H′）表示；均勻度指數是一個能夠將物種豐富度和多樣性關聯在一起的指數，應用最多的是Pielous均勻度指數（J）。

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

2.2 生物多樣性的評價方法

生態系統是一個開放的系統，也是一個典型的熱力系統[15-17]。因此，可以利用熵權作為生物多樣性評價指標體系[18-20]。

統計力學熵(波爾茲曼熵)：S=K lnW

式中，K為波爾茲曼普適常數；W為物種總數，統計力學熵值的計算與熱力學是相關的，W由計算得出；W{Ni}越大,熵值越高,多樣性就越復雜，系統越無序。

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

3 結果與分析

3.1 多樣性指數分析

由各樣地三種多樣性指數和熵值（表2）可以看出，15塊樣地的物種豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數及三種熵值是不同的。總的來說，混合低質林物種豐富度指數大于單一樹種低質林，但白楊低質林、蒙古櫟低質林、白樺低質林具有較高的單一物種優勢。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系圖（圖1、圖2）可以看出，15塊樣地的多樣性指數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的關系，可以作為物種多樣性的評價指標。從圖3中可以看出,15個樣地的均勻度指數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之間存在負相關關系，信息熵值、概率測度熵值可以作為物種均勻度評價指標。從圖4中可以出，15個樣地的多樣性指數與統計力學熵值的趨勢走向相同，這說明統計力學熵值和物種多樣性指數之間存在正相關的關系，統計力學熵值也可以作為物種多樣性的評價指標。

從熵值來看，2、4、6、7、15號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，表示系統所有物種均勻生長、競爭合理。

表2 15個樣地生物多樣性指數及熵值

圖1 物種數S與Margalef指數關系

圖2 Margalef指數與Shannon-wiener指數關系

圖3 均勻度指數與信息熵值關系

圖4 多樣性指數與統計力學熵值關系

圖5 5種低質林物種數比較

圖6 5種低質林物種豐富度比較

3.3 綜合分析

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

表3 5種樣地各項指數平均值

4 結論

圖7 5種低質林物種多樣性比較

圖8 5種低質林均勻度比較

圖9 5種低質林綜合比較

4.1 在5 種典型低質林中，闊葉混交低質林的綜合指數最高，物種豐富度也最高，所以其生態系統的穩定性最高，對外來物種及病蟲害等的抵抗力也最強，非常適合大興安嶺地區的氣候環境。白樺低質林優勢種突出，其物種豐富度指數、均勻度指數也很高，具有比較多的物種，局部地區生物多樣性高，抗干擾能力一般，穩定性比較高。針闊混交低質林的優勢種是興安落葉松，物種豐富度指數、物種多樣性指數、均勻度指數一般，屬于正常范疇，灌木層物種多，特有屬、種不多,局部地區生物多樣性較豐富,但生物多樣性總體水平一般，抗干擾能力一般，穩定性一般。蒙古櫟低質林優勢種突出，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，穩定性較弱。山楊低質林物種數最少，各項指數最低，說明其物種貧乏,生態系統類型單一、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，穩定性很差。

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

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第1作者簡介：張樹森（1963-），男，高級工程師，研究方向：森林經營。

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

（責任編輯：王岳）

1001-9499（2017）04-0047-04