專利名稱：：樹種多樣性的空間測度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種群落多樣性的測度方法，尤其涉及一種群落樹種多樣性的空間測度方法。
背景技術(shù)：
：生物多樣性研究是全球生態(tài)系統(tǒng)研究中一個非常重要的領(lǐng)域，如何保護生物多樣性是當今生命科學中一個亟需解決的熱點問題。生物多樣性研究的首要前提是群落多樣性的測度與評判，而物種多樣性計算又是定量評價生物多樣性現(xiàn)狀和為其保護實踐活動提供理論依據(jù)的重要工具?，F(xiàn)有技術(shù)中，生物多樣性是指生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的綜合。多樣性指數(shù)都是把物種豐富度和均勻度結(jié)合起來的一個單一的統(tǒng)計量，無論多樣性的信息度量、概率度量還是幾何度量都是以不同的方式表達物種豐富度與均勻度的結(jié)合。常用的生物多樣性測度指標有物種豐富度、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Fisher指數(shù)等，這些生物多樣性指數(shù)和模型都是以物種個體為統(tǒng)計單位而提出的，各指數(shù)和模型都有其特點和適用的范圍。上述的這些生物多樣性測度指標都要受到樣地大小的影響，不同的指數(shù)適用范圍不同，同時很難反映出稀有種的影響，不能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種樹種多樣性的空間測度方法，該方法不受樣地大小的影響，同時能夠反映稀有種的影響，且能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，包括首先，在被調(diào)査的群落的多個樹種中分別隨機選取多株參照樹，并在每株參照樹周圍選取多株最近相鄰木；然后，計算每株參照樹與其周圍的相鄰木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的混交度，并將該結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)與總株數(shù)的比值與混交度相乘，所得的值為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空問狀態(tài)；之后，計算每個樹種的多株參照構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)的均值為該樹種的平均空間狀態(tài)；所述多個樹種的平均空間狀態(tài)的集合，為被調(diào)査的群落中樹種多樣性的空間測度，稱為樹種空間多樣性指數(shù)。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的樹種多樣性的空間測度方法，由于將結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)與總株數(shù)的比值與混交度相乘，所得的值為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)，并計算每個樹種的多株參照構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)的均值為該樹種的平均空間狀態(tài)，將多個樹種的平均空間狀態(tài)的集合，為被調(diào)査的群落中樹種多樣性的空間測度，即樹種空間多樣性指數(shù)。用該指數(shù)對被調(diào)査的群落的樹種多樣性進行描述，不受樣地大小的影響，同時能夠反映稀有種的影響，且能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序。圖l為本發(fā)明中模擬的混交林樹種空間分布示意圖；圖2為本發(fā)明中多種指數(shù)隨樹種豐富度變化曲線對比圖。具體實施方式本發(fā)明的樹種多樣性的空間測度方法，其較佳的具體實施方式是，首先，在被調(diào)査的群落的多個樹種中分別隨機選取多株參照樹，并在每株參照樹周圍選取多株最近相鄰木；然后，計算每株參照樹與其周圍的相鄰木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的混交度，并將該結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)與總株數(shù)的比值與混交度相乘，所得的值為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)；之后，計算每個樹種的多株參照樹構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)的均值為該樹種的平均空間狀態(tài)；被調(diào)査的群落的多個樹種的平均空間狀態(tài)的集合，為被調(diào)查的群落中樹種多樣性的空間測度，稱為樹種空間多樣性指數(shù)。用該指數(shù)對被調(diào)查的群落的樹種多樣性進行描述，不受樣地大小的影響，同時能夠反映稀有種的影響，且能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序。本發(fā)明將林分中每株樹(參照樹)以及它的n株相鄰最近木(相鄰樹)的空間關(guān)系定義為林分內(nèi)最基本的空間結(jié)構(gòu)分析單位?？梢杂蓞⒄諛渑c其4株最近相鄰木可以構(gòu)成最佳空間結(jié)構(gòu)單元。本發(fā)明對于參照樹與其4株最近相鄰木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元中樹種空間狀態(tài)描述方式是，既考慮參照樹與其4株最近鄰木的樹種異同，也考慮i考結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)量。參照樹與其鄰木的樹種關(guān)系可用樹種混交度(A《)表達，結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)以結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)(&)占組成該結(jié)構(gòu)單元的全部5株樹的比例表示。這里將結(jié)構(gòu)單元中的參照樹混交度與樹種數(shù)的積定義為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)(7kfr,)，艮P:=4.M,.(1)公式(1)中的(^Q就是參照樹的樹種混交度，它被定義為參照樹/的4株最近相鄰木中與參照樹不屬同種的個體所占的比例，用公式表示為M,=)i>y(2)4戶i_Jl,當參照樹Z與第7株相鄰木非同種時其中，v〃_{o，否則公式(1)既反映了結(jié)構(gòu)單元中的樹種豐富度又體現(xiàn)了參照樹的空間關(guān)系。顯然，群落中所有結(jié)構(gòu)單元的樹種及其空間狀態(tài)的均值就是對群落中平均樹種空間狀態(tài)(#s)的表達，計算公式為她^gU(3)式中，N為群落的所有個體總數(shù)。Ms的數(shù)值在之間。此式也是對樹種分隔程度的表達。將(3)式按樹種展開(分樹種統(tǒng)計)即可得到各樹種的平均空間狀態(tài)(M&):5~w式中，Nsp指樹種為sp的個體數(shù)。樹種空間多樣性指數(shù)是把樹種豐富度和均勻度結(jié)合起來的一個單一的統(tǒng)計量。無論多樣性的信息度量、概率度量還是幾何度量都是以不同的方式表達樹種豐富度與均勻度的結(jié)合。本發(fā)明根據(jù)生物多樣性的概念和多樣性的可加性原理，以(4)式為基礎建立了如下樹種多樣性空間測度公式，即樹種空問多樣性指數(shù)(D/):=她—+她,〃2+…+M，=t由(5)式可知，當群落由N個個體、N個樹種組成，也就是說群落中每個樹種個體就l株時，該群落的樹種多樣性達最大值，等于樹種豐富度(S)即"—S;當群落僅由一個樹種的N個個體組成時，該群落的樹種多樣性達最小值即/)/=0。"/與樣地大小無關(guān)。(5)式是群落中所有樹種的平均空間狀態(tài)的集合，是群落中樹種多樣性的空間測度，故稱其為樹種空間多樣性指數(shù)。具體實施例一如圖1所示，設計3組模擬數(shù)據(jù)，第i組和ii組為二個樹種等分空間的情景，第iii組為三個樹種等分空間的情景。i組和ii組的唯一區(qū)別就是株數(shù)不同，i組為64株，ii組為108株；ii組和iii組的總計算株數(shù)均為108株。各組中又分a、b、c、d四種情況，其中，a表示單株混交，b為雙株混交，c為單行混交，d為雙行混交。顯然，i組和ii組的多樣性應該一樣；iii組的多樣性比i組和ii組高；相同樹種數(shù)量，樹種空間隔離程度的高低依次為">6>c>c/，通常而言，樹種的空間隔離程度愈高，表明樹種多樣性愈大。如表1所示，列舉了6種多樣性指數(shù)對理論數(shù)據(jù)的計算結(jié)果。表l模擬數(shù)據(jù)的樹種多樣性<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1可知，Mclntosh指數(shù)(Dm)和Fisher指數(shù)(a)計算的樹種多樣性i比ii大，與通常人們對多樣性的理解相悖，而樹種豐富度指數(shù)(S)、Shannon-Wiener指數(shù)(H')和Simpson指數(shù)(D)以及樹種空間多樣性指數(shù)(Di)計算的i和ii的多樣性與通常的理解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>相一致6種多樣性指數(shù)都能夠表達出iii的多樣性比i、ii高這樣個事實；6種多樣性指數(shù)中惟有樹種空間多樣性指數(shù)(Di)能夠正確表達出相同樹種數(shù)量的群落的樹種空間隔離禾呈度">6>0"的卨低順/,。具體實施例二采用3塊大樣地全面調(diào)査數(shù)據(jù)(l塊來自海南熱帶雨林3000m2的樣地，屬于原始林；l塊來自吉林溫帶紅松闊葉林1000(W的樣地，屬于擇伐林；l塊是來自甘肅小隴山的溫帶南緣與北亞熱帶的過渡地帶闊葉林360(W的近原始林樣地；)和9塊無樣地抽樣調(diào)査數(shù)據(jù)(均來自甘肅小隴山。其中，包括1塊經(jīng)過2次擇伐的天然林、l塊天然林經(jīng)過皆伐后封禁近40年自然恢復起來的次生林以及7塊不同類型人工林)，對6種多樣性測度指數(shù)進行比較。如表2所示，列舉了6種多樣性指數(shù)的計算結(jié)果。表2不同森林群落的樹種多樣性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如圖2所示并參見表2，Shannon-Wiener指數(shù)(H')、Simpson指數(shù)(D)、Mcintosh指數(shù)(Dm)、Fisher指數(shù)(a)以及樹種空間多樣性指數(shù)(Di)均隨樹種豐富度(S)的增加而增加，但增加的方式不盡相同，其中，H'、D和Dm具有對數(shù)趨勢，而a和Di為二階多項式；D和Dm與H'、a、Di不同，出現(xiàn)了樹種數(shù)21或11反而比樹種數(shù)29或16的樹種多樣性高這樣令人難以置信的現(xiàn)象；a在相同的調(diào)査株數(shù)和相同的樹種數(shù)量時表現(xiàn)為相同的樹種多樣性，而沒有像其它指數(shù)那樣反映由于均勻度或多度的不同而出現(xiàn)樹種多樣性的不同，可見，a表達的是樹種豐富度而并非樹種多樣性；H'和Di對相同樹種的群落樹種多樣性的表達有所不同。如表3所示，對于樹種數(shù)為7的情況，對于森林類型(10)和(11)而言，H'和Di的計算結(jié)果相悖，這是因為，一方面，H'對稀有種不敏感，而Di恰恰相反，Di受稀有種的影響很大，也就是說Di正好表達了稀有種越多，樹種多樣性越大的A然規(guī)律；另一方面，也由于H'在計算方法上的理論缺陷造成的。在H'的計算過程中，第i樹種所占的比例p,小于0.36787M4時，H'將隨A的增加而增大；當A大于O.36787944時，H'隨A增加而減小(表4)。因此就出現(xiàn)了由H'計算的森林類型(10)的樹種多樣性高于森林類型(11)、而與Di計算結(jié)果相反的局面。表3森林類型(10)弓(11)的樹種株數(shù)分布及其多樣性<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由以上實施例可見，本發(fā)明中的樹種多樣性空間測度指數(shù)"i能夠反映稀有種的影響而不像H'和D對稀有種不敏感，也就是說Zy正好表達了稀有種越多，樹種多樣性越大的自然規(guī)律，同時，樹種空間多樣性指數(shù)具備其它樹種多樣性指數(shù)所不具備的特征即它能正確表達出同一類型中樹種空間隔離程度和相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序，是一種十分有效的測度植物群落樹種多樣性的指數(shù)。本發(fā)明提出基于相鄰木空間的樹種多樣性空間測度指數(shù)，該指數(shù)具有多樣性指數(shù)隨樹種豐富度增大而增加的一般屬性，不受樣地大小的影響，同時能夠反映稀有種的影響，且能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序，是一種十分有效的測度植物群落樹種多樣性的指數(shù)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，包括首先，在被調(diào)查的群落的多個樹種中分別隨機選取多株參照樹，并在每株參照樹周圍選取多株最近相鄰木；然后，計算每株參照樹與其周圍的相鄰木構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的混交度，并將該結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)與總株數(shù)的比值與混交度相乘，所得的值為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)；之后，計算每個樹種的多株參照構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)的均值為該樹種的平均空間狀態(tài)；所述多個樹種的平均空間狀態(tài)的集合，為被調(diào)查的群落中樹種多樣性的空間測度，稱為樹種空間多樣性指數(shù)。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，在所述參照樹周圍選取4株最近相鄰木構(gòu)成該參照樹的結(jié)構(gòu)單元，并通過公式'l,當參照樹/與第7株相鄰木非同種時式中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>否則計算該結(jié)構(gòu)單元的混交度。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，所述樹種空間狀態(tài)通過以下公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中s,為該結(jié)構(gòu)單元的樹種數(shù)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，所述各樹種的平均空間狀態(tài)分別通過以下公式計算M~=7^~i^(M,'s,)式中，^指樹種為^的參照樹的數(shù)j<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的樹種多樣性的空間測度方法，其特征在于，所述樹種空間多樣性指數(shù)通過以下公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>〃式中，s為被調(diào)査群落中的樹種數(shù)全文摘要本發(fā)明公開了一種樹種多樣性的空間測度方法，在被調(diào)查的群落的多個樹種中分別隨機選取多株參照樹及其4株最近相鄰木為結(jié)構(gòu)單元，計算該結(jié)構(gòu)單元的混交度，并將該結(jié)構(gòu)單元中的樹種數(shù)與總株數(shù)的比值與混交度相乘，所得的值為該結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)；計算每個樹種的多株參照構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元的樹種空間狀態(tài)的均值為該樹種的平均空間狀態(tài)；將多個樹種的平均空間狀態(tài)的集合，為被調(diào)查的群落的樹種空間多樣性指數(shù)。用該指數(shù)對被調(diào)查的群落的樹種多樣性進行描述，不受樣地大小的影響，同時能夠反映稀有種的影響，且能夠正確表達出相同樹種數(shù)量群落的樹種空間隔離程度的高低順序。文檔編號G01B21/00GK101246523SQ200810056458公開日2008年8月20日申請日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者惠剛盈,趙中華申請人:中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所