《森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)制問題研究4000字》

森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)制研究進(jìn)展摘要對(duì)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(jī)的。不同元素的有機(jī)組合是生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)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(duì)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(gè)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(jì)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(xué)術(shù)界傳播開來。伴隨著研究的不斷深入和發(fā)展，對(duì)穩(wěn)定性的理解也變得越來越復(fù)雜和透徹。學(xué)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(xué)術(shù)界引起了廣泛的爭議，到目前為止還沒有達(dá)成共識(shí)。通常，不同的研究人員使用更適合他們特定對(duì)象的概念。同時(shí)，使用的穩(wěn)定性指標(biāo)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(biāo)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(jìn)行群落研究時(shí)，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(rèn)為前者是穩(wěn)定的群落，自然群落的穩(wěn)定性取決于兩個(gè)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(bǔ)的作用。它還定義了一個(gè)計(jì)算群落穩(wěn)定性的公式，該公式被認(rèn)為過于粗略，沒有任何實(shí)際意義。Elton于1958年也提出了與MacArthur類似的概念。他認(rèn)為,一個(gè)相對(duì)簡單的植物或動(dòng)物體內(nèi)的破壞性波動(dòng)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(xué)者M(jìn)ay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(duì)擾動(dòng)的反應(yīng)，一方面是對(duì)外部擾動(dòng)的抵抗力，另一方面是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)在消除擾動(dòng)后恢復(fù)到初始狀態(tài)的彈性，這也是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)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(qiáng)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(duì)穩(wěn)定、絕對(duì)穩(wěn)定等。根據(jù)Volker的統(tǒng)計(jì)，有163個(gè)相關(guān)的定義和70個(gè)不同的穩(wěn)定性概念。相比之下，他認(rèn)為穩(wěn)定性不能直接定義，不能被視為一個(gè)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(bào)告將穩(wěn)定性的概念概括為三個(gè)基本類別:（1）一旦群落或生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到演替的頂峰，它們就會(huì)自我更新，并在一代人的時(shí)間內(nèi)自我更新，在很長一段時(shí)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(duì)較高水平的現(xiàn)象，其波動(dòng)很??；（2）一個(gè)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(dòng)后抵抗擾動(dòng)的能力被稱為“抗擾動(dòng)穩(wěn)定性”；（3）群落或生態(tài)系統(tǒng)在擾動(dòng)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(dòng)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(dòng)有關(guān)，所以它被稱為擾動(dòng)穩(wěn)定性。3森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)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(gè)指標(biāo)。OdumEP在7個(gè)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(xiàng)指標(biāo)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(biāo)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(biāo)和方法以及森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的指標(biāo)和方法來描述這些指標(biāo)和方法。3.1非人工森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究指標(biāo)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(jì)算的。所研究的植物群落中不同物種的實(shí)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(duì)頻率，然后，整個(gè)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(duì)累積頻率。植物種類的百分比對(duì)應(yīng)于累積的相對(duì)頻率，散點(diǎn)圖被標(biāo)記，點(diǎn)之間用一條光滑的曲線連接，這條線與曲線的交點(diǎn)就是要找的點(diǎn)。根據(jù)這種方法，物種百分比與累積相對(duì)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(xué)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(jì)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(xué)和生殖生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)上，利用種群生態(tài)學(xué)的追溯調(diào)節(jié)原則，對(duì)沙質(zhì)云杉種群的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。李旭光等采用動(dòng)態(tài)種群模型，通過建立描述種群的幼苗、幼樹和成年個(gè)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(dòng)力學(xué)、數(shù)量動(dòng)力學(xué)、生殖生態(tài)學(xué)和生命過程光譜分析等方法研究了短毛櫟種群的動(dòng)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(duì)2型生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)，結(jié)論將更加科學(xué)、系統(tǒng)和可靠的指標(biāo),同時(shí)結(jié)合ii型對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和指標(biāo)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(qiáng)度，這是客觀、準(zhǔn)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(biāo)與方法學(xué)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(biāo)，結(jié)果表明，土壤質(zhì)地和坡度對(duì)當(dāng)?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(shí)，認(rèn)為森林人工林的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)以下五個(gè)方面進(jìn)行評(píng)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(duì)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(rèn)為林分的穩(wěn)定性主要取決于三個(gè)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(shí)踐。以生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)被用作評(píng)價(jià)外來物種種植園穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。馮耀宗(2002)以下是評(píng)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(dòng)態(tài)；（2）系統(tǒng)抗干擾能力；（3）系統(tǒng)的環(huán)境動(dòng)力學(xué)被用來評(píng)價(jià)人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)這些指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，綜合評(píng)價(jià)穩(wěn)定性。蔣鳳琪等對(duì)科爾沁沙地主要人工固沙森林群落穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，他們認(rèn)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(dāng)?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(dòng)能力，良好的外擾動(dòng)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(gè)是人工誘導(dǎo)，第二個(gè)是準(zhǔn)自然開發(fā)。劉增文等學(xué)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(duì)干擾的反應(yīng)、營養(yǎng)儲(chǔ)備和徑流，并對(duì)刺槐、興安落葉松、油松和杉木4種人工林進(jìn)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(fèi)等特點(diǎn)，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(duì)輕微擾動(dòng)的抵抗力更強(qiáng)，但當(dāng)遇到嚴(yán)重干擾時(shí)，它的抵抗力較差。生物地球化學(xué)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(xué)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(gè)類別是數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)，它使用數(shù)學(xué)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(diǎn)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(xiàn)[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(xué)[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(xué)新論[M].華夏出版社,2016:74-80[6]隆學(xué)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(xué)學(xué)報(bào)，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(píng)價(jià)方法研究綜述[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，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(xué)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(xué)學(xué)報(bào)：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(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)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(hù)區(qū)可持續(xù)發(fā)展理論探析[J].西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，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(xué)校社會(huì)科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，13(9)：23-24.[16]嚴(yán)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(jì)，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(yán)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(yán)以綏,李豫新.耗散結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)演化的辨識(shí)：以石河子墾區(qū)為例[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2017，16(4)：19-25.[20]嚴(yán)以綏.建設(shè)綠洲人工生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的思考——運(yùn)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(xué)，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