《森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定機制問題研究4000字》

森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定機制研究進展摘要對于森林生態(tài)系統(tǒng)來說，自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)都是有機的。不同元素的有機組合是生態(tài)系統(tǒng)正常運行的保證，而結(jié)構(gòu)是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。良良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以保持系統(tǒng)的相對穩(wěn)定，而非常穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)通常具有更合理的結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的一個重要特征，決定了生態(tài)系統(tǒng)的興衰，一直是生態(tài)研究的中心。自20世紀50年代以來，MacArthur(1955)自從社群穩(wěn)定的概念首次引入以來，穩(wěn)定的概念開始在學術(shù)界傳播開來。伴隨著研究的不斷深入和發(fā)展，對穩(wěn)定性的理解也變得越來越復(fù)雜和透徹。學術(shù)界不斷豐富穩(wěn)定的內(nèi)容和范圍，這就解釋了穩(wěn)定概念的多樣性。它在學術(shù)界引起了廣泛的爭議，到目前為止還沒有達成共識。通常，不同的研究人員使用更適合他們特定對象的概念。同時，使用的穩(wěn)定性指標體系也有所不同。關(guān)鍵詞森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1引言國內(nèi)外研究人員研究生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標體系和研究方法主要取決于他們研究的課題。生態(tài)系統(tǒng)有多種類型，包括農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、綠洲生態(tài)系統(tǒng)、鐵路生態(tài)系統(tǒng)、流域生態(tài)系統(tǒng)、山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng)。本文將集中討論森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其解釋。2生態(tài)穩(wěn)定性的定義群落穩(wěn)定性的概念最早是MacArthur在1955年提出的，這意味著群落的物種組成和種群數(shù)量保持不變。在進行群落研究時，他發(fā)現(xiàn)有些群落的物種保持不變，而其他群落則表現(xiàn)出顯著的變異，因此他認為前者是穩(wěn)定的群落，自然群落的穩(wěn)定性取決于兩個因素:物種數(shù)量和物種間相互作用的重要性，物種數(shù)量在穩(wěn)定性中起著至關(guān)重要的作用，而物種間的相互作用只起著互補的作用。它還定義了一個計算群落穩(wěn)定性的公式，該公式被認為過于粗略，沒有任何實際意義。Elton于1958年也提出了與MacArthur類似的概念。他認為,一個相對簡單的植物或動物體內(nèi)的破壞性波動是最弱勢人口少以及抵御外來物種的入侵,這意味著群落穩(wěn)定,不太容易受到外來物種入侵和物種構(gòu)成和人口規(guī)模仍然是常數(shù)。學者May的研究工作使生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的概念具象化，它們將生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義為系統(tǒng)對擾動的反應(yīng)，一方面是對外部擾動的抵抗力，另一方面是對生態(tài)系統(tǒng)在消除擾動后恢復(fù)到初始狀態(tài)的彈性，這也是對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個更傳統(tǒng)的定義。到目前為止，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種專家都傾向于賦予它許多不同的含義，其中，簡而言之，穩(wěn)定的概念有不同的含義:質(zhì)量恒定、持久性、慣性、彈性、重復(fù)性、強度、可變性、變幅值;穩(wěn)定范圍包括:局部穩(wěn)定、總體穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)穩(wěn)定、軌道穩(wěn)定、相對穩(wěn)定、絕對穩(wěn)定等。根據(jù)Volker的統(tǒng)計，有163個相關(guān)的定義和70個不同的穩(wěn)定性概念。相比之下，他認為穩(wěn)定性不能直接定義，不能被視為一個術(shù)語，只能用其他概念來表示。張繼義關(guān)于綜合穩(wěn)定性研究的報告將穩(wěn)定性的概念概括為三個基本類別:（1）一旦群落或生態(tài)系統(tǒng)達到演替的頂峰，它們就會自我更新，并在一代人的時間內(nèi)自我更新，在很長一段時間內(nèi)，使群落或生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能保持在相對較高水平的現(xiàn)象，其波動很小；（2）一個群落或生態(tài)系統(tǒng)維持其初始結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)并在擾動后抵抗擾動的能力被稱為“抗擾動穩(wěn)定性”；（3）群落或生態(tài)系統(tǒng)在擾動后恢復(fù)其原始狀態(tài)的能力稱為彈性穩(wěn)定性。其中(1)穩(wěn)定的概念主要與群落繼承有關(guān)，稱為連續(xù)穩(wěn)定。穩(wěn)定的概念(2)和(3)，主要關(guān)注群落或生態(tài)系統(tǒng)在擾動后的反應(yīng)，現(xiàn)在被普遍接受為穩(wěn)定的概念，由于它主要與擾動有關(guān)，所以它被稱為擾動穩(wěn)定性。3森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標體系MacArthur首先提出用Shannon-Weaver指數(shù)將營養(yǎng)水平的多樣性描述為穩(wěn)定性的一個指標。OdumEP在7個領(lǐng)域，即群落能源、群落結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)循環(huán)和生命歷史，提出了22項指標的穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)特征。在我國，許多研究人員提出了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的指標和方法，下文將從非人工生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的指標和方法以及森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的指標和方法來描述這些指標和方法。3.1非人工森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究指標與方法M.Godron的穩(wěn)定性測定方法是根據(jù)所研究的植物群落中物種的數(shù)量和這些物種出現(xiàn)的頻率來計算的。所研究的植物群落中不同物種的實測頻率值首先按最大到最小的順序排列，然后轉(zhuǎn)換為相對頻率，然后，整個群落中植物種類的總和被顛倒過來，植物種類的分類順序也逐漸累積，結(jié)果顯示了物種數(shù)量的相對累積頻率。植物種類的百分比對應(yīng)于累積的相對頻率，散點圖被標記，點之間用一條光滑的曲線連接，這條線與曲線的交點就是要找的點。根據(jù)這種方法，物種百分比與累積相對頻率之比越接近20/80群落，則群落的比例越穩(wěn)定。岳天祥熱力學穩(wěn)定性理論在生態(tài)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究提供了新的途徑。李樹人、趙勇等以河南省森林生態(tài)系統(tǒng)模型分類為基礎(chǔ)，采用主要成分分析、模糊突變分類、逐步回歸等多元統(tǒng)計方法，研究了河南省森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。鄭元潤在生命生態(tài)學和生殖生態(tài)學研究的基礎(chǔ)上，利用種群生態(tài)學的追溯調(diào)節(jié)原則，對沙質(zhì)云杉種群的穩(wěn)定性進行了研究。李旭光等采用動態(tài)種群模型，通過建立描述種群的幼苗、幼樹和成年個體之間的定量覆蓋關(guān)系，并引入各參數(shù)的值，分析大頭茶種群的穩(wěn)定性。吳明作等利用年齡動力學、數(shù)量動力學、生殖生態(tài)學和生命過程光譜分析等方法研究了短毛櫟種群的動態(tài)穩(wěn)定性。蔡博峰等將能量值理論應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，結(jié)合能量值的大小和能量值的轉(zhuǎn)化率，對2型生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了全面評價，結(jié)論將更加科學、系統(tǒng)和可靠的指標,同時結(jié)合ii型對于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和指標為i型穩(wěn)定等生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性、族群的多樣性,自然災(zāi)害的類型和強度，這是客觀、準確地衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的最終方向。3.2人工森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究指標與方法學者馬興洲通過逐步回歸和定量分析，將保留率、干粒率和森林密封性作為衡量刺槐豆種植穩(wěn)定性的指標，結(jié)果表明，土壤質(zhì)地和坡度對當?shù)卮袒倍狗N植園的穩(wěn)定性起著重要作用。曾德慧等在研究樟子松人工固定劑的穩(wěn)定性時，認為森林人工林的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)以下五個方面進行評估:（1）森林種植園的生存率；（2）能不能健康的生長起來；（3）壽命的長短；（4）對不良環(huán)境的抗御能力；（5）林分結(jié)構(gòu)是否合理。王豁然關(guān)于外來物種種植園的穩(wěn)定性，認為林分的穩(wěn)定性主要取決于三個方面的合理利用和相互作用:遺傳物質(zhì)、場地環(huán)境和栽培實踐。以生態(tài)、社會經(jīng)濟、環(huán)境和美學標準和指標被用作評價外來物種種植園穩(wěn)定性的標準。馮耀宗(2002)以下是評估人工生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的具體操作方法：（1）系統(tǒng)生產(chǎn)力動態(tài)；（2）系統(tǒng)抗干擾能力；（3）系統(tǒng)的環(huán)境動力學被用來評價人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)這些指標進行評分，綜合評價穩(wěn)定性。蔣鳳琪等對科爾沁沙地主要人工固沙森林群落穩(wěn)定性進行了評價，他們認為人工森林生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該適用以下幾種條件：（1）適合當?shù)丨h(huán)境條件；（2）抗外界干擾和恢復(fù)能力；（3）正常生長發(fā)育和自我更新；（4）有較為完善的種群結(jié)構(gòu)。尤文忠等提出了建立遼西水土保持林穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)模型的條件：良好的抗外擾動能力，良好的外擾動恢復(fù)能力，良好的生長發(fā)育狀態(tài)，具有良好的自我更新能力和與周邊環(huán)境的良好協(xié)同作用，為遼西穩(wěn)定的林分結(jié)構(gòu)指明了方向：第一個是人工誘導(dǎo)，第二個是準自然開發(fā)。劉增文等學者分析了森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的原則，包括森林組成的變化、對干擾的反應(yīng)、營養(yǎng)儲備和徑流，并對刺槐、興安落葉松、油松和杉木4種人工林進行了典型分析。結(jié)果表明，刺槐豆人工林具有高吸收率、高再生、循環(huán)快、營養(yǎng)浪費等特點，它們的養(yǎng)分流速明顯高于其他林地，這表明角豆樹森林對輕微擾動的抵抗力更強，但當遇到嚴重干擾時，它的抵抗力較差。生物地球化學分類也是研究森林生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定性的重要手段。4結(jié)論綜上所述，森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究方法可以分為兩大類。第一種是生物生態(tài)學方法，利用野外調(diào)查數(shù)據(jù)分析生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另一個類別是數(shù)學生態(tài)學，它使用數(shù)學模型來分析植物群落的穩(wěn)定性，例如，使用微分方程模型、食物網(wǎng)絡(luò)模型等來確定系統(tǒng)的平衡點和穩(wěn)定性，并分析森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。參考文獻[1]葉功富，張水松，黃傳英等.木麻黃人工林地持續(xù)利用問題的探討[J].林業(yè)科技開發(fā)，2015(4)：18-19.[2]孫儒泳．普通生態(tài)學[M]．北京：高等教育出版社，2015：197[3]馮尚友.生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),功能,演替及生態(tài)規(guī)律[J].水利電力科技，2015，20(2)：1-10.[4]PimmSL．Thecomplexityandstabilityofecosystems．Nature．2015，307，32l～327[5]姜璐，王德勝.系統(tǒng)科學新論[M].華夏出版社,2016:74-80[6]隆學武，楊冬生.試論森林生態(tài)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)性質(zhì)[J].四川農(nóng)業(yè)大學學報，2016，11(3)：434-438.[7]沈小峰．耗散結(jié)構(gòu)論[M]．上海：上海人民出版社,2016．30[8]黃寶榮，歐陽志云，鄭華等.生態(tài)系統(tǒng)完整性內(nèi)涵及評價方法研究綜述[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2016，17(11)：2196-2202.[9]史曉平.生態(tài)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)特征新探[J].科學新聞，2016(2)：39-40.[10]關(guān)峻.復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)特性[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2016，28(10)：157-160.[11]趙星，曾光明，劉云國.耗散結(jié)構(gòu)理論在濕地生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用[J].湖南文理學院學報：社會科學版，2017，30(4)：43-45.[12]劉文英，姜冬梅，陳云峰等.自組織理論與復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展[J].生態(tài)環(huán)境，2017，14(4)：596-600.[13]田廣星，楊郁挺，劉平等.水土流失地區(qū)耗散結(jié)構(gòu)分析[J].水土保持研究，2017，9(3)：251-253.[14]龍勤，胡曉.森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展理論探析[J].西南林學院學報，2017，22(1)：43-46,53.[15]王謀.耗散結(jié)構(gòu)理論的生態(tài)意義[J].山西高等學校社會科學學報，2017，13(9)：23-24.[16]嚴以綏，肖焰恒.耗散結(jié)構(gòu)理論與綠洲人工生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[J].新疆農(nóng)墾經(jīng)濟，2017(5)：44-46.[17]林德根.耗散結(jié)構(gòu)與森林生態(tài)系統(tǒng)[J].福建林業(yè)科技，2017，23(1)：51-54.[18]嚴以綏，肖焰恒.干旱區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展與耗散結(jié)構(gòu)理論[J].生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，2017，5(3)：78-80.[19]嚴以綏,李豫新.耗散結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)演化的辨識：以石河子墾區(qū)為例[J].新疆環(huán)境保護，2017，16(4)：19-25.[20]嚴以綏.建設(shè)綠洲人工生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的思考——運用耗散結(jié)構(gòu)理論剖析石河子墾區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演化[J].新疆農(nóng)業(yè)科學，2018(2)：47-51.[21]MacArthurR.Fluctuationsofanimalpopulationsandameasureofcommunitystability．Ecology，1955．36：533～536．[22]May.RM.Willalargecomplexsystembestable.Nature,2018.238:4l3～414.[23]E1ton.CS.Theecologyofinvasionsbyanimalsandplants.London:ChapmanandHa11.2018.143～153.[24]MayRM.StabilityandComplexityinModelEcosystems.PrincetonUniversityPress.Princeton,2019.21～38.[25]OriansG.H.Diversity,stabilityandmaturityinnaturalecosystems．inW.H.VanDobbenetaleds.Unifying