（生态学专业论文）小兴安岭原始林与次生林景观及数字化经营研究.pdf

摘要 区域景观结构分析与景观质量控制，已经毫无疑问成为森林资源可持续经营的重要 理论依据。森林景观多样性和森林群落多样性的研究，以及基于地理信息系统在森林管 理中的应用，是使森林经营向更科学、更具前瞻性的研究内容，也是森林经营在过去研 究与实践基础上的理论内核与经验在新技术与理论的背景下的提升。本研究以一个自然 的地理单元一丰林自然保护区及相邻二个经营强度差异很大，确具有对伊春林区具有典 型代表的三神经营水平地区为研究对象，应用景观生态学理论与方法和地理信息系统技 术，针对丰林自然保护区、丰林林场和杨树河林场景观多样性、群落多样性和数字化经 营技术进行了探讨和研究，并围绕景观因子与树种分布及若干具体经营方式，依照现代 生态学的层次观，从物种、群落和景观水平系统地研究了阔叶红松林的景观多样性和群 落物种多样性及森林数字经营，得出如下结论： 1 本项研究运用景观多样性指数定量描述了黑龙江省丰林林业局境内的原始林与次 生林景观的空间特征。依据不同干扰强度下景观斑块数量特征的变化，来反映和分析景 观要素的空间异质性及其分布，揭示景观多样性的差异，并阐明主要的影响因素及研究 结果的生态学意义，以便了解人类活动严重干扰下的森林景观状态，对人类活动胁迫下 的森林景观规划和管理、生物多样性保护及森林资源的可持续利用有重要意义。 2 从丰林自然保护区的原始森林景观到丽林一杨树河次生林，景观的破碎化将导致 主要树种的空间分布宽度重组。原始森林景观从海拔、坡度、坡向三个度量空削1 1 分布 看，椴树、红松、云杉、枫桦、冷杉分布宽度最大。这再次说明红松、云杉、冷杉是 该区域地带性顶极群落的建群种，椴树、枫桦为主要的伴生树种，它们对该区域的生态 位空间具有较大的适应性和占领能力，而一直处于劣势的树种有胡桃楸、大青杨、黑 桦、落叶松和柞树。 次生森林景观从海拔、坡度、坡位三个度量空间来看，云杉、冷杉、色木、白桦和 枫桦分布宽度较大，这说明目前云杉、冷杉是该区域的主要建群种，而色木、白桦和枫 桦是主要的伴生树种，它们对该区域的生态位空间具有较大的适应性和占领能力。处于 劣势的树种有胡桃楸、落叶松、柞树和黑桦。红松在本地区现在还不是主要的树种，随 着时间的推移及经营得当，红松将可能成为建群种。 通过二个区域主要种群在三个度量空间上的分布宽度排序对比研究，阔叶红松林分 布区的原始林在干扰作用下树种种群在区域内空间生态位分布宽度和序位上发生了变 化。通过比较可以看出原始林的逐步次生化过程。红松、椴树的分布宽度已经缩小，排 位退位。而白桦、杨树、山杨等r 对策种迅速地占据了区域空间，原伴生树种榆树、椴 树、色木已成为次生林分或过伐林中阔叶混交林的主要树种。 3 群落物种多样性是一个群落结构和功能复杂性的度量对其进行研究可以更好地认 识群落的组成、变化和发展，同时也可以反映群落及其环境的保护状况，这对控制和减 少珍稀濒危物种的谈失很有意义本文所揭示的植物群落及各生长型物种多样性的特 征，为丰林自然保护区管理和生物多样性的动态监测提供了一定的理论基础。丰林自然 保护区阔叶红松林保存着一批珍贵稀有植物种，如红松、水曲柳、胡桃楸、黄檗、紫 椴和色木槭等古老树种，在保护物种多样性和景观多样性方面具有重要的意义 4 对丰林自然保护区、黑龙江省杨树河林场和黑龙江省林业科学院丽林实验林场地 理信息系统的建立，并通过资源现状的分析，主要是对林种结构、树种结构和林龄结构 进行了分析，采用地理信息系统6 i s 利用缓冲分析法和蓄积等值法进行了林种结构、树 种结构和林龄结构的调整，通过调整达到了可持续经营的目的，由于杨树河林场过量的 消耗森林资源，使林分小径术偏多，林龄结构以幼中林为主，森林规划调整后主要进行 封山育林，并结合森林经营管护以速生丰产林为经营目标，同时兼顾短周期纤维林的培 育，使该林场逐步达到可持续经营的目的，杨树河林场代表了黑龙江省伊春林区大部分 经营单位的经营水平和现状，进行森林经营规划是可持续发展主要的前提。 关键词 阔叶红松林景观多样性，物种多样性，森林数字化经营，森林可持续经营 a b s t r a c t 1 1 1 cr e g i o n a ll a n d s c a p es t r u c t u r ea n a l y s i sa n dl a n d s c a p eq u a n t i t yc o n t r o lh a v eb e c o r c t et h e i m p o r t a n tt h e o r i e s f o rs u s t a i n a b l ef o r e s tm a n a g e m e n t t h er e s e a r c ho ff o r e s tl a n d s c a p e d i v e r s i t ya n df o r e s tc o m m u n i t yd i v e r s i t ya n dt h e i ra p p l i c a t i o nb a s e do nt h eg i si nt h ef o r e s t m a n a g e m e n t ，m a k ef o r e s tm a n a g e m e n tm o r ee f f i c i e n ta n df o r e s e e a b l e t h e o r ya n de x p e r i e n c e f o rf o r e s tm a n a g e m e n td e v e l o p e di nt h ep a s tc a nb ei m p r o v eb yi n c o r p o r a t i n gt h en e w k n o w l e d g e t h i sr e s e a r c hw a sc o n d u c t e db a s e d o nt h ed a t af r o ma ni n t e g r a t i v eg e o g r a p h i cu n i t o ft h en a t u r a lf o r e s t ，f e n g l i nr e s e r v ef o r e s t ，a n dt w on e i g h b o r i n gf o r e s tf a r m s ，y a n g s h u h ea n d l i l i n ，w i t hd i f f e r e n tm a n a g e m e n ti n t e n s i t i e sw h i c ha r et h er e p r e s e n t a t i v e so ff o r e s t m a n a g e m e n ti n t e n s i t i e si ny i c h u nr e g i o n ，h e i l o n g j i a n gp r o v i n c e ，c h i n a b ye m p l o y i n gt h e l a n d s c a p ee c o l o g yt h e o r ya n dm e t h o da n dg i st e c h n i q u e ，t h el a n d s c a p ed i v e r s i t gc o m m u n i t y d i v e r s i t y , a n dd i g i t a lm a n a g e m e n ta t t h ef e n g l i nr e s e l v e ，y a n g s h u h ea n dl i l i nf o r e s tf a r m s w e r es t u d i e d t h el a n d s c a p ed i v e r s i t ya n dc o m m u n i t yb i o d i v e r s i t yo fb r o a d l e a v e d - k o r e a np i n e f o r e s tw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e da ts p e c i e s ，c o m m u n i t ya n dl a n d s c a p el e v e l sb yi n c o r p o r a t i n g l a n d s c a p ef a c t o r sa n dv a r i o u sm a n a g e m e n ts t r a t e g i e s w ec o n c l u d e dt h a t ： 1 t h es p a t i a ll a n d s c a p ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eb r o a d l e a v e d c o n i f e r o u so l dg r o w t hf o r e s t a n dt h es e c o n dg r o w t hf o r e s ti nx i a o x i n g a nm o u n t a i n si nh e i l o n g j i a n gp r o v i n c ew a s d e s c r i b e dq u a n t i t i v e l yb yl a n d s c a p ei n d e x t h ev a r i a t i o no fl a n d s c a p ep a t c h e si nr e s p o n s et o v a r i o u sd i s t u r b a n c ei n t e n s i t i e sw a su s e dt oi n d i c a t et h es p a t i a lh e t e r o g e n e i t ya n dd i s t r i b u t i o no f t h el a n d s c a p ef a c t o r s a n dr e v e a lt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nl a n d s c a p ed i v e r s i t i e s t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nh u m a nd i s t u r b a n c e sa n df o r e s tl a n d s c a p ec o n d i t i o n sw a se s t a b l i s h e d ，w h i c hi s e s s e n t i a lf o rt h ep l a n n i n ga n dm a n a g e m e n to ff o r e s tl a n d s c a p e ，b i o d i v e r s i t yp r o t e c t i o na n d s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no ff o r e s tr e s o u r c e si nf o r e s t su n d e rs t r e s s e sf r o mh u m a nd i s t u r b a n c e 2 t h el a n d s c a p ef r a g m e n t a t i o nl e dt ot h er e g r o u po ft r e es p e c i e si ns p a t i a ld i s t r i b u t i o n w i t h i nt h eo l dg r o w t hf o r e s tl a n d s c a p ei nf e n g l i n ，a n dt h es e c o n dg r o w t hf o r e s tl a n d s c a p ei n l i l i na n dy a n g s h u h e i nt h eo l dg r o w t hl a n d s c a p ea r e a ，t i l i aa m u r e n s e ，p i n u sk o r a i e n s i s ， p i c e ak o r a i e n s i s ，a b i e sn e p h r o l e p i s ，b e t u l ac o s t a t aw e r es p a t i a l l ym o r eb r o a d l yd i s t r i b u t e d ， s u g g e s t i n gt h a tt i l e s es p e c i e sa r et h ec o n s t r u c t i v es p e c i e so fz o n a lc l i m a xc o m m u n i t ya n dh a v e a d a p t e db e t t e rt o v a r i o u sh a b i t a t sw i t h i nt h ea r e a t h es p e c i e so fj u g l a n sm a n d s h u r i c a ， p o p u l u sk o r a i e n a ，b e t u l ac o s t a t aa r ei nt h ei n f e r i o rp o s i t i o n a c c o r d i n gt ot h es e c o n d a r yf o r e s tl a n d s c a p ea tm e t r i cs p a c eo fa l t i t u d e ，s l o p e ，e x p o s u r e ， p i c e ak o r a i e n s 虹a b i e sn e p h r o l e p i s ，a c e rm o n o ，b e t u l ap l a t y p h y l l a b e t u l ac o s t a t ab r o a d l y d i s t r i b u t e ，t h a ts h o wp i c e ak o r a i e n s i s ，a b i e sn e p h r o l e p i st h ec o n s t r u c t i v es p e c i e so fz o n a l f o r e s tc o m m u n i t yi ut h es e c o n d a r yf o r e s tz o n ea n dh a v em o r ea d a p t i v et ot h ed i f f e r e n tf o r e s t s i t e s t h es p e c i e so f j u g l a n sm a n 凼h u r i c a , l a r i xd a h u r i c a b e t u l ac o s t a t aa r ei nt h ei n f e r i o r p o s i t i o n p i n u sk o r a i e n s i sa tt h ep r e s e n tt i m ei sn o tm a i ns p e c i e s ，b u ta st i m eg o e sb y ，i ti s p o t e n t i a lt h ec o n s t r u c t i v es p e c i e s 1 1 1 东北林业大学博上学位论文 t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o na n a l y s i so ft h em a i nf o r e s tt r e es p e c i e sa tm e t r i cs p a c eo fa l t i t u d e ， s l o p e e x p o s u r ei nt o wd i s t u r b a n c ef o r e s t a r e a ，t i l ev i r g i nf o r e s tg r a d u a l l yb e c o m em o r e s e c o n d a r yf o r e s tc h a r a c t e r su n d e rm o r ed i s t u r b a n c e t h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no fp i n u s k o r a i e n s s 7 z l i aa m u r e n m sb e c o m es m a l la n db e t u l ap l a t y p h y l l a 。p o p u l u sk o r a i e n a , p d a v i d i a n aa sr - s t r a t e g i s t sw i l lr a p i d l yo c c u p yt h ef o r e s ts i t e s 3 t h es p e c i e sd i v e r s i t yw i t h i naf o r e s tc o m m u n i t ya r et h ei n d i c a t o r so fc o m m u n i t y s t r u c t a r ea n dt h ec o m p l e x i t yo fi t sf u n c t i o n ，t h er e s e a r c ho nw h i c hm a k eb e t t e ru n d e r s t a n d i n g o f t h es p e c i e sc o m p o s i t i o n ，d y n a m i c sa n dd e v e l o p m e n to f t h ec o m m u n i t y ，a n dr e f l e c tt h ee f f e c t o fp r o t e c t i o no np l a n tc o m m u n i t ya n di t se n v i r o n m e n t t h eb i o d i v e r s i t yf e a t u r e so fp l a n t c o m m u n i t yr e v e a l e db yt h i ss t u d ym a d eu pt h et h e o r yf o u n d a t i o nf o rt h em a n a g e m e n ta n d b i o d i v e r s i t yd y n a m i c sm o n i t o r i n go f f e n g l i nr e s e r v e 4 t h eg i s so ff e n g l i nf o r e s tr e s e r v ea n dt h et w of o r e s tf a r m sw e r ee s t a b l i s h e d ，a n dt h e a n a l y s i so ft h ec u r r e n tf o r e s tr e s o u r c e s ，m a i n l ys t a n dt y p es t r u c t u r e ，t r e es p e c i e ss t r u c t u r ea n d s t a n da g es t r u c t u r ew a sm a d ea n dc a l i b r a t e du s i n gt h eb u f f e r i n ga n a l y s i sa n dt h ef o r e s ts t o c k i n g e q u i v a l e n tm e t h o da i m i n ga tt h es u s t a i n a b l em a n a g e m e n t d u et oe x c e s s i v ef o r e s tr e s o u r c e s c o n s u m p t i o n ，t h ef o r e s ts t a n d si ny a n g s h u h ef o r e s tf a r mw e r ed o m i n a t e db yt r e e si ns m a l l d i a m e t e rc l a s s ；t h es t r a t e g yf o rf o r e s tm a n a g e m e n tw a sr e d i r e c t e dt oh i l l s i d ee n c l o s u r ef o r f o r e s tr e s t o r i n g ，e s t a b l i s h m e n to ff a s tg r o w i n ga n dy i e l dp l a n t a t i o nf o r e s t b yt h ec o m b i n a t i o n o f t h ea s p e c t s ，t h es u s t a i n a b l em a n a g e r n c n to f t h ef o r e s tr e s o u r c e sw o u l db em e t k e y w o r d s k o r e a np i n e f o r e s t , l a n d s e a p e d i v e r s i t y , s p e c i e sd i v e r s i t y , d i g i t a lf o r e s t m a n a g e m e n t ，s u s t a i n a b l ef o r e s tm a n a g m e n t i v 1 绪论 1 。1 景观生态学研究概述 景观( 1 a n d s c a p e ) 一词的使用最早见于希伯来语圣经旧约全书( b o o ko f p s a l m s ) ，用来描述耶路撒冷包括所罗门王的教堂、城堡和宫殿在内的优美风光。 景观的这一视觉美学含义与英语中的风景( s c e n e r y ) 一词相当( n a v e ha n d l i e b e r m a n ，1 9 9 4 ) ，与汉语中的“风景”、“景色”、“景致”的涵义一致。虽然景观 的概念已经发生了很深刻的变化，但在文学和艺术中，甚至在景观规划设计和园艺 工作当中，景观的这种视觉美学意义上的原始涵义仍然在普遍应用。美学意义上的 景观概念，直接从人类美学观念和身心享受出发来认识客体的特征，进行景观要素 的分类、美学评价，并探索协调性的变化和维护( 俞孔峰，1 9 8 7 ) 。风景旅游区、 人类居住区的美学设计和规划的原理与方法，至今仍然被许多人作为景观生态学的 一个重要研究领域( 肖笃宁等，1 9 9 1 ) 。随着景观生态学研究的深入，在景观规划 设计、景观保护、景观恢复和景观生态建设领域，建设或保持景观的宜人性实际也 包含了对景观风景美学质量的要求。因此，景观的美学概念就是从景观的外在形态 特征方面对景观的认识，着重于从外部形态特征上去把握地域客体的整体属性，这 时的景观就是风景的同义语，是以广义艺术和美学为目的的景观建筑规划设计的对 象。美学意义上的景观所具有的经济意义就是景观的娱乐和旅游价值，是景观评价 的重要方面( z o n n e v e l d 1 9 9 5 ) 。 景观的地理学概念起源于德国。1 9 世纪初，近代地理学的创始人洪堡德 ( a v o n h u m b o l d t ) 将景观概念首先引入地理学，并从此形成作为“自然地域综合 体”代名词的景观含义。随着景观概念在地理学中的不断深化，地理学界主要形 成了类型方向和区域方向两种对景观的理解。类型方向把景观抽象为类似地貌、 气候、土壤、植被等的一般概念，可用于任何等级的分类单位，如林中旷地景观 等，并基于此将整个地球表面称作景观壳。区域方向则把景观理解为一定分类等 级的单位，如区或区的一部分，在地带性和非地带性两方面都是同质的，并且是 由地方性地理系统形成有规律的、相互联系的区域组合( 肖笃宁，1 9 9 9 ) 。 目前，人们更多地接受景观的生态学概念，或称之为生态学的景观。德国著 名生物学和地理学家c t r o l l 认为景观是地圈、生物圈和智能圈的人类建筑和制造 物综合在一起的、供人类生存的总体空间可见实体( n a v e ha n dl ie b e r m a n ， 东北林业大学博士学位论文 1 9 9 4 ) 。荷兰景观生态学家普遍认为景观是由生物、非生物和人类活动的相互作用 产生和维持的，作为地球表面可识别的一部分，包括其外部形态与功能关系综合 体。美国景观生态学家r i c h a r dt ，t f o r m a n 和法国地理学家g o d r o nm 认为，景观 指由组以类似方式重复出现的相互作用的生态系统所组成的异质性陆地区域。其 中包含了地理学和生态学思想，特别是生态系统生态学观念的完美结合( o o d r o n m a n dr t t f o r m a n ，1 9 8 3 ) 。 综上所述，景观的现代概念必须包括以下四个特征：景观是一个生态系统，具 有系统整体性；景观是具有一定自然和文化特征的地域空间实体；景观是异质生态 系统的镶嵌体；景观是人类活动和生存的基本空间( 郭晋平，2 0 0 1 ) 。 景观生态学一词是德国著名的地植物学家c t r o l l 于1 9 3 9 年在利用航空照片 研究东非土地利用问题时提出来的( n a v e ha n dl i e b e r m a n ，1 9 8 4 ：z o n n e v e l d ， 1 9 9 5 ；纳夫著，林超译，1 9 8 6 ) 。从一开始，c t r o l l 就认为：“景观生态学的概念 是由两种科学思想结合而产生出来的，一种是地理学的( 景观) ，另一种是生物学 的( 生态学) 。景观生态学表示支配一个区域不同地域单元的自然生物综合体的相 互关系的分析”( c t r o l l ，1 9 8 3 ) 。后来，t r o l l 对前述概念又作了进一步的解释， 即景观生态学表示景观某一地段上生物群落与环境间主要的、综合的、因果关系的 研究，这些研究可以从明确的分布组合( 景观镶嵌，景观组合) 和各种大小不同等 级的自然区划表示出来( c t r o l l ，1 9 8 4 ) 。r t t f o r m a n 和g r g o d r o n 在景观生 态学一书中认为景观生态学的研究对象是景观，研究重点是景观的结构、功能和 变化。简言之，景观生态学是以景观为对象，研究其结构、功能及变化的生态学科 ( f o r m a na n dg o d r o n ，1 9 8 6 ) 。徐化成认为景观生态学的研究内容不仅包括景观的 结构、功能和变化，还包括景观的规划和管理( 徐化成，1 9 9 6 ) 。 鼍霓，景褒生态学燕鞋景鼹必磅究对象，藿纛礤究象鼹瓣结构、功能帮变键以 及景观的科学规划和有效管理的一门宏观生态学分支学科。研究内释包括：景观结 构、景袭葫戆、豢震动态、景鬣怒赵与管理等( 雾罾平，2 0 0 1 ) 。 景观生态学与其他生态学科相比，强调空间异质性、等级结构和时空尺度在研 究生态学格鼹和_ i 遣程及箕疆蔓关系孛豹重要毪，强谲聚溪舅凌毪熬维祷瑟笈震，强 调人类活动对景观和其他尺度上生态学系统的影响，强调生态系统的空间结构和缴 态过程在多令时窑尺度上静穗互俸弱。 由于景观生态学的产生是基于地理学和生物学( 生态学) 的结合，因此，许多 入狠自然的认为袋观生态学是鹣理学与生态学豹交叉学稀。但荷兰藩名景瓣生态学 家z o n n e v e l d 和以色列学者n a v e h 都认为，景观生态学并不是人们通常理解的“交 2 叉学辩” ( i 髓t e f _ d i s e i p l i 髓f ys c i e n c e ) ，瑟楚一门“横凝学秘” 。臻裁，舞然瓷源警理蘧式兹皴震已j 童 灭了一 个空前变幻的阶段，生态学界开始将生态管理与可持续发展相联系。生态系统管理 学僚为这一领域懿瘦弱麓学，缀汰逡被广泛认同窝采缡 w o o d ，1 9 9 4 ， c h r i s t e n s e n 口fa 1 ，1 9 9 6 ：d a i l ye ta 1 1 9 9 9 ；l u b c h e n e oe ta 1 ，1 9 9 l ；任海等， 2 0 0 0 ：赵士溺，淫篷藜，1 9 9 7 ，予责璇等，2 0 0 1 ) 。象态系统管理僚为生态学、环 境举和资源科学的复合领域以及自然科学、人文科学和技术科学的新型交叉学科， 残菇当代辩学发溪魏薪燕点。 柏 糖 o 薹警一囊毒鬈基!。誊 表1 - 1 生态系绕管理数十顼愿则 ! ! ! ! ! ：! 竺! i 璺! ! 歌! 12 1i 1 2 1 z i ! ! 她尘! 竺! g ! 些! 翌1 1 管理目标是社会的抉择 指导性原则 2 耋：悉系统管建必须考虑a 酶因素 3 ，生悉系统必须在自然分界内管理 4 警鬟登须认识虱变钝是努然戆 5 生态系统管理必须在适当的尺度内进行，保护必须利用各级保护区 搽作性黎翔 6 。生态系统管莲需要扶全球考虑，麸蔺部着手 7 生淼系统管理必须译求维持或加强生态系统结构与功能 s 。凌繁者当戳滚于季毒学黪适当王其巍攒导 9 生态系统管理者必须谨慎行事 1 0 多学交叉| l 孽途径避必要蠹搴 计算统计说明在来来的1 0 0 年中生物的灭绝速率至少比化石记录的基础灭绝速 率快4 个数量级以上( l a w t o na n dm a y1 9 9 5 ，也见p i m me ta 1 1 9 9 5 ) 。正是由于人 类的活动加速了丢失的速率这一最重要的趋势才需要我们去研究。生态系统方法强 调生态系统中所有生物和非生物相互作用所控制的生态过程所形成的功能特征，而 不是强调单个物种。生物多样性是一个重要的因素，但它是这些相互作用中的一部 分。社会可持续生存取决于地球生命力与多样性的保护，保护至少有三层意思：保 护生命支持系统、保证任何对可再生资源的利用是可持续的、保护生物多样性 ( c a r i n gf o rt h ee a r t h ，i u c n u n e p ，w w f1 9 9 3 ) 。每个物种储存的遗传信息、生 境、生态系统和景观，这些都是不断变化的，而管理主要寻求保证人类带来的变化 对生物多样性造成的损失最小。这三个生态系统的管理目标都是必需的，一个重要 的检验指标是管理是否维持了生态系统完整性。良好的生态系统管理将保持生态系 统功能的完整性，避免迅速的不希望见到的生态和环境变化。它将保持和尽可能地 提高生物多样性和服务功能。生态系统方法提供了一个更为广阔的管理基础，所包 括的管理单元的范围大小可以通过不同时空尺度来调节，其主要依据是问题的性质 和生态系统过程可以正常运行的尺度范围，即可以把对个别物种的保护( 但并不是 忽略单个物种保护的重要性) 转到生态系统或整个景观格局( 各个层次是交织在一 起的) ，这是管理范式的重大转变。它也为政府、社团和私人之间的合作努力提供 了一个更具操作性的架构，使综合的、跨学科的、可参与的和可持续的管理方法成 为可能( m a l t b ye 1 9 9 9 ) 。 生态系统管理对今天的中国而言是非常重要的，因为这是世界性的问题。对自 然资源不断增长的压力意味着在自然保护和自然资源管理方面的方法总是不够的， 2 l 东北林业大学博上学位论文 为了使其更有效，决不能忽视人类的需求。寻求一种保护与开发目的间的平衡对于 世界上每一个国家和地区都是至关重要的。这种平衡应尽可能用科学知识加以说 明，同时在生态学上是适宜的。 1 5 2 森林生态系统管理 森林生态系统管理( f o r e s te c o s y s t e mm a n a g e m e n t ，f e m ) 是政府间在有关森 林问题讨论会的论题中所倡议的。这个术语首先在美国西北太平洋地区引人注目， 在那里它成为一些环境学家反对大规模工业化采伐的强烈呼声。大规模而无节制的 森林砍伐在一些地区已相当普遍，其结果毁坏了景观，致使坡地受到侵蚀，因而破 坏了河流及其渔业。这与生物多样性保护及人门对娱乐的需求极不相容。 f e m 是一项合理利用和保护森林资源，实现森林可持续发展的复杂的综合行 动，其指导思想是人类与自然的协调发展，既要承认人类对森林的经济利用需求， 又要认识到这种需求的永久满足有赖于生态系统的结构与功能的维持。森林生态系 统管理的总目标是维持生态完整性( e e o l o g i c a li n t e g r i t y ) ，具体目标包括维持生物 多样性、生态过程、物种和生态系统进化潜力，以及在以上限制内协调人类利用这 样一个目标体系。当前的研究认为，有管理的森林可以包含相当高的生物多样性 ( g i l l i s 1 9 9 0 ) 。 f e m 要从系统的自然条件和社会经济发展的特征入手，以生态学理论为指 导，研究和分析森林生态系统的结构、功能以及动态，进行科学的分类，并对各类 森林生念系统的发展动态过程进行模拟、调控和评价，实现生态系统分类经营，最 终使森林生态系统通过科学的管理实现可持续发展，以达到系统功能发挥的最佳效 益。 目前，f e m 科学正处于不断发展中，北美和欧洲许多林业先进的国家在探索 管理森林的新理论、方法和技术，并取得了一定成绩。如对生态系统“健康”思考 ( e s ae x e c u t i v e1 9 9 5 ，k o l be t a 1 1 9 9 4 ，c o v i n g t o n1 9 9 7 ) ，传统森林采伐方式的 变革( b e r g e r o ne ta 1 1 9 9 9 ) ，在经营过程中的不同尺度、生物多样性( b a c h i m a n n e ta 1 1 9 9 6 ，k e r r1 9 9 9 ，c h i v i a n2 0 0 2 ) 和森林景观规划的考虑( a n g e l s t a ma n d r o s e n b u r g1 9 9 3 ，p e t e r se ta 1 1 9 9 7 ，f r i e se ta 1 1 9 9 8 ，冯仲科等2 0 0 1 ) ，森林生态 系统管理的模型研究( c h e r t o v ，2 0 0 2 ，c h a n g h u ip e n g2 0 0 2 ) ，森林生态系统服务 的经济评价( k o h me ta 1 1 9 9 6 ，c o n s t a n z ae ta 1 1 9 9 7 ，d a i l v1 9 9 7 ，a y e n s ne t 口， 1 9 9 9 ，陈仲新张新时2 0 0 0 ，欧阳云志等1 9 9 9 ，谢高地等2 0 0 1 ) 等。地理信息系 统( g i s ) 的运用意味着森林管理员能够处理复杂的数据集并且能更好地理解森林 与其它景观组分之间的关系。数学模型可以利用这些空间数据集提供决策交撑系 统，从而对不同管理干预所产生的效果作出预测( w o r l dc o n s e r v a t i o n9 7 ) 。 在概念上，f e m 并不真正意谓着什么新东西。然而，今天我们所拥有的知识 和技术确实赋予我们很强的能力以实现对高度复杂系统的综合管理。现在可以更好 地认识和预测景观不同组分和不同管理尺度之间的关系。我们现在可以预测在一定 范围内的特定管理干预将对森林系统其它成分的一些品质产生怎样的影响。因此 f e m 不是真正的新东西，仅仅是利用现代手段把林业人员在过去2 0 0 多年来为之 不懈努力的事业做得更好( j e f f s a y e r ，国际森林研究中心( c i f o r ) 总裁) 。 1 6 生物多样性测度 生物多样性概念包括了遗传、物种、生态系统、景观4 个层次，然而在大尺度 评价中能够涉及的往往只是与物种、景观相关的测度，且往往只作为环境评价的附 属部分( y o c c o ze ta ，2 0 0 1 ) 。物种多样性最基本的特征是丰富度和均匀度 ( p u r v is h e c t o r ，2 0 0 0 ) ，围绕这两个特性，研究者构造了许多复杂的多样性 指数来描述和研究多样性，m a g u r r a n ( 1 9 8 8 ，1 9 9 6 ) 作了全面的总结，p is c e s c o n s e r v a t i o n 据此开发了一些易用的软件( h t t p ：w w w i r c h o u s e d e m o n c o u k ) 。 1 6 1 物种多样性测度 物种多样性的测度主要集中于物种一面积的关系( a r r h e n i u s ，1 9 2 1 ； g l e a s o n ，1 9 2 2 ；1 9 2 5 ；f i s h e r ，1 9 3 4 ) 和物种一多度关系的研究( m o t o m u r a ， 1 9 3 2 ) 。 物种多样性的测度主要从三个空间尺度着手：n 多样性主要关注局域均质生境 下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性( w i t h i nh a b i t a td i v e r i s t y ) 。在这一 尺度下，维持多样性的主要生态因素有生态位多样性以及物种之间的相互作用；而 生态位多样性与环境能量密切相关，因此n 多样性与环境能量有密切的关系。b 多 样性指沿环境梯度不同生境群落之间物种组成的相异性或物种沿环境梯度的更替速 率，也被称为生境问的多样性( b e t w e e nh a b i t a td i v e r s i t y ) ( w h i t t a k e r ，1 9 7 2 ) 。控 制b 多样性的主要生态因子有土壤、地貌以及干扰等。y 多样性描述区域或大陆尺 度的多样性，是指区域或大陆尺度的物种数量，也被称为区域多样性( r e g i o n d i v e r s i t y ) 。控制y 多样性的生态过程主要为水热动态、气候和物种形成及演化的 历史( w h i t t a k e r ，1 9 6 0 ；m a e a r t h u r ，1 9 6 5 ；w h i t t a k e re ta 1 ，2 0 0 1 ) 。m 1 a g u r r a n ( 1 9 9 8 ) 对生态多样性的研究状况及测度方法作过综合阐述。马克平( 1 9 9 4 ) 对群 落多样性的测度方法进行了比较系统的综述，对我国这一领域的发展起了积极的推 东北林业大学博士学位论文 动作用。 物种多样性测度指数按性质可划分为以下4 类：物种丰富度指数、物种多样性 指数、均匀度指数以及生态优势度。物种丰富度指数主要是测定一定空问范围内的 物种数目以表达生物的丰富程度。植物群落多样性研究中，采用最多的物种革富度 指数是用一定样地中的物种数表示( 马克平等，1 9 9 5 ；高贤明，陈灵芝，1 9 9 8 ) 。 另外应用比较广泛的还有：g l e a s o n 丰富度指数( 以一定面积或单位面积内的种 的数目表示多样性) ( 刘灿然，1 9 9 7 ，温远光等，1 9 9 8 ) ，m a r g a l e f 丰富度指数( 刘 灿然，1 9 9 7 ，温远光等，1 9 9 8 ) 、m e n h i n i c k 丰富度指数( 以种的数目和全部种的 个体总数综合表示多样性) ( 刘灿然，1 9 9 7 ) 等。运用物种丰富度指数测度的关键 是样方大小的控制。由于物种丰富度指数受样地面积的影响较大，而且忽略富集种 ( c o m m o ns p e c i e s ) 和稀疏种( r a r es p e c i e s ) 对群落多样性贡献大小的差异，在应 用时必须与均匀度指数等其它指数结合起来，才能更准确地反映群落多样性水平。 物种多样性指数是将物种丰富度与种的多度结合起来的函数。其中最常用的有 s h a n n o n 。w i e n e r 指数( 马克平等，1 9 9 5 ；王峥峰等，1 9 9 9 ；h a r t n e t td c 1 9 9 9 ) ， s i m p s o n 指数( 贺金生等，1 9 9 8 ；高贤明，陈灵芝，1 9 9 8 ) 以及种间相遇概率( 或 称种间相遇机率) ( p i e ) ( 黄建辉等，1 9 9 7 ) 等。m a g u r r a n ( 1 9 9 8 ) 认为s h a n n o n w i e n e r 指数是较为适用的一种指数( 也见s w i n d e le ta 1 ， 1 9 8 4 ；e l l i o t t ， 1 9 9 0 ； b u o n g i o r n oe ta 1 ， 1 9 9 4 ；k o u k i ， 1 9 9 4 ) 。s i m p s o n 指数d t = z 【n i ( n i 1 ) n ( n 1 ) 】 是对集中度( c o n e c t r a t i o n ) 的度量，是多样性的反面。1 9 5 6 年g r e e n b e r g 建议用 d 2 = l 一 n i ( n i 1 ) n ( n 1 ) 1 作为多