[1]孙 成,秦富仓,杨振奇,等.基于信息熵的砒砂岩区典型人工林生态系统稳定性研究.[J].水土保持研究,2021,28(06):90-97.
　SUN Cheng,QIN Fucang,YANG Zhenqi,et al.Research on Stability of Typical Plantation Ecosystems in Feldspathtic Sandstone Area Based on Information Entropy[J].Research of Soil and Water Conservation,2021,28(06):90-97.
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基于信息熵的砒砂岩区典型人工林生态系统稳定性研究.

《水土保持研究》[ISSN:1005-3409/CN:61-1272/P] 卷: 28 期数: 2021年06期 页码: 90-97 栏目: 出版日期: 2021-10-10
Title:
Research on Stability of Typical Plantation Ecosystems in Feldspathtic Sandstone Area Based on Information Entropy
文章编号:
1005-3409(2021)06-0090-08
作者:
孙 成1，秦富仓1，杨振奇2，董晓宇1，台 辉1，任小同1
(1.内蒙古农业大学 沙漠治理学院 荒漠生态系统保护与修复国家林业和草原局重点实验室，呼和浩特 010018; 2.水利部 牧区水利科学研究所，呼和浩特 010020)
Author(s):
SUN Cheng1，QIN Fucang1，YANG Zhenqi2，DONG Xiaoyu1，TAI Hui1，REN Xiaotong1
(1.Key Laboratory of Desert Ecosystem Protection and Restoration of State Forest and Grassland Administration，College of Desert Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China; 2.Institute of Water Resources for Pastoral Area，Ministry of Water Resources，Hohhot 010020，China)
关键词:
砒砂岩;  多级模糊评价模型;  人工林生态系统稳定性;  信息熵
Keywords:
feldspathtic sandstone;  multi-level fuzzy evaluation model;  stability of plantation ecosystem;  information entropy
分类号:
Q146
文献标志码:
A
摘要:
为探究砒砂岩区不同人工林生态系统稳定性，以该地区油松、山杏、沙棘、油松×山杏、油松×沙棘5种植被类型为研究对象，采用信息熵理论与模糊数学分析相结合的方法，对该区人工林生态系统稳定性进行了评价。通过分析砒砂岩区人工林生态系统对稳定性因素的响应，从人工林结构和功能角度出发，以人工林林分结构、林下物种多样性和土壤理化性质为评价主体，建立评价体系，结合信息熵理论构建了多级模糊评价模型。结果表明:(1)生态系统稳定性水平最优的是油松纯林，其次是山杏纯林、沙棘纯林、油松山杏混交林、油松沙棘混交林。(2)各一级指标的权重依次为土壤理化性质(0.3772)、物种多样性(0.320 1)、林分结构(0.302 7)。(3)二级指标中，郁闭度(权重为0.326 3)、林分密度(权重为0.312 6)、草本均匀度(权重为0.250 7)、草本优势度(权重为0.345 4)、土壤容重(权重为0.251 8)、凋落物蓄积量(权重为0.210 5)等评价指标影响较大。研究表明土壤理化性质是影响砒砂岩区人工林生态系统稳定性的重要因素; 3个一级指标权重数值相对均衡，反映出该地生态治理制约因素均衡，非单一性生态脆弱; 油松林整体评价稳定，适宜作为该地植被建设树种。
Abstract:
In order to explore the stability of different plantation ecosystems in the feldspathtic sandstone area，5 planting types of Pinus tabulaeformis，Armeniaca sibirica，Hippophae rhamnoides，P. tabulaeformis×A. sibirica，P. tabulaeformis×H. rhamnoides were selected as the research objects，and information entropy theory and fuzzy mathematical analysis were adopted. The combined method was used to evaluate the stability of the plantation ecosystems in this area. By analyzing the response of the plantation ecosystem in the feldspathtic sandstone area to stability factors，from the perspective of the structure and function of the plantation，the structure of the plantation，the species diversity under the plantation，and the physical and chemical properties of the soil were selected as the main evaluation subjects to establish an evaluation system，a multi-level fuzzy evaluation model was constructed by combining information entropy theory. The results showed that:(1)the level of ecosystem stability of pure P. tabulaeformis forest was the best，followed by pure A. sibirica forest，pure H. rhamnoides forest，P. tabulaeformis and A. sibirica mixed forest，and P. tabulaeformis and H. rhamnoides mixed forest;(2)the weights of the first-level indicators were soil physical and chemical properties(0.377 2)，species diversity(0.320 1)，forest stand structure(0.302 7);(3)among the secondary indicators，canopy density(weight 0.326 3)，stand density(weight 0.312 6)，herb uniformity(weight 0.250 7)，herb dominance(weight 0.345 4)，soil bulk density(weight 0.251 8)，litter accumulation(weight 0.210 5)and other evaluation indicators had the greater response. It was suggested that soil physical and chemical properties were the important factor affecting the stability of the plantation ecosystems in the feldspathtic sandstone; the weights of the three first-level indicators were relatively balanced，reflecting the balance of constraints on ecological governance in this area，and the non-unity ecological fragility; overall evaluation on the P. tabulaeformis forest was stable，and P. tabulaeformis forest was the suitable tree species for vegetation construction in this area.

参考文献/References:

[1] MacArthur R. Fluctuations of animal populations and a measure of community stability[J]. Ecology，1955，36(3):533-536.
[2] Elton S C. The ecology of invasions by animals and plants[M].Chicago，USA:University of Chicago Press，1958.
[3] 柳新伟，周厚诚，李萍，等.生态系统稳定性定义剖析[J].生态学报，2004，24(11):2635-2640.
[4] Tylianakis J M，Tscharntke T，Klein A M. Diversity，ecosystem function，and stability of parasitoid-host interactions across a tropical habitat gradient[J]. Ecology，2006，87(12): 3047-3057.
[5] 任平，洪步庭，程武学，等.长江上游森林生态系统稳定性评价与空间分异特征[J].地理研究，2013，32(6):1017-1024.
[6] Tilman D，Downing J A. Biodiversity and stability in grasslands[J]. Nature，1994，367(6461):363-365.
[7] Lawton J H，Brown V K. Redundancy in Ecosystems[M]// Schulze E D，Mooney H A. Biodiversity and Ecosystem Function. Berlin: Springer，1993.
[8] 宋启亮，董希斌.大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价[J].林业科学，2014，50(6):10-17.
[9] 彭少麟.森林群落物种多样性变因及与生态效益和经济效益的关系[J].生态学杂志，1987，6(3):35-38.
[10] 刘增文，王乃江，李雅素，等.森林生态系统稳定性的养分原理[J].西北农林科技大学学报:自然科学版，2006，34(12):129-134.
[11] 梁军，孙志强，乔杰，等.天然林生态系统稳定性与病虫害干扰:调控与被调控[J].生态学报，2010，30(9):2454-2464.
[12] 冯剑丰，谭建国，陈威，等.随机干扰下湖泊生态系统的稳定性与稳态转换[J].海洋技术，2010，29(2):72-75.
[13] 仇方道，佟连军，姜萌.东北地区矿业城市产业生态系统适应性评价[J].地理研究，2011，30(2):243-255.
[14] 李新旺，门明新，王树涛，等.基于过程的河北平原农田生态系统稳定性评价[J].自然资源学报，2008，23(3):430-439.
[15] 赵志轩，金鑫，王凌河，等.基于动态因子的农田生态系统稳定性评价[J].华南农业大学学报，2010，31(4):22-26.
[16] 孙顺利，周科平，胡小龙.基于分形理论的矿区生态系统稳定性评价[J].安全与环境工程，2007，14(4):1-4.
[17] 王广成，闫旭骞.分形理论在矿区生态系统稳定性评价中的应用[J].煤炭学报，2008，33(4):427-430.
[18] Qin Z B，Liu Z H，Li Y Z. Preliminary study on road-region ecosystem stability evaluation[J]. Journal of Environmental Science and Engineering，2008，2(5):48-54.
[19] 任志远，黄青.陕西关中地区生态安全定量评价与动态分析[J].水土保持学报，2005，19(4):169-172.
[20] 黄志伟，贺国峰，黄刚.一类考虑外来有机物的湖泊生态系统的数学模型及稳定性分析[J].应用数学，2020，33(1):36-44.
[21] 梁燕，葛忠强，马安宝，等.森林生态系统稳定性研究进展[J].山西林业科技，2018，47(4):32-34，60.
[22] 江大勇，付晓燕.人工林生态系统稳定性研究进展[J].河北林业科技，2013，40(6):75-76.
[23] Wellbrock N，Riek W，Wolff B. Characterisation of and changes in the atmospheric deposition situation in German forest ecosystems using multivariate statistics[J]. European Journal of Forest Research，2005，124(4): 261-271.
[24] 张磊，李绍才，缪宁，等.基于信息熵的四川盆周山地杉木生态系统稳定性评价[J].中南林业科技大学学报，2020，40(7):79-88.
[25] Shannon C E. A mathematical theory of communication[J]. The Bell System Technical Journal，1948，27(3):379-423.
[26] 郭显光.熵值法及其在综合评价中的应用[J].财贸研究，1994，14(6):56-60.
[27] 邹锐.青岛深蓝广场建设项目施工风险管理研究[D].山东青岛:中国海洋大学，2015.
[28] 安勤，吴蕊，张挺.基于信息熵的异常检测算法[J].上海电力大学学报，2020，36(4):386-390.
[29] 陈美琳，陈磊，夏琳琳，等.广东省生产用水结构时空变化及影响因素[J].南水北调与水利科技，2021，19(1):92-102.
[30] 杨振奇，秦富仓，李旻宇，等.砒砂岩区不同土地利用类型土壤入渗性能及其影响因素研究[J].生态环境学报，2020，29(4):733-739.
[31] 朱殿珍，初磊，马帅，等.青藏高原生态屏障区生态系统服务权衡与协同关系[J].水土保持研究，2021，28(4):308-315.
[32] Glowka L，Burhenne-Guilmin F，Synge H. A Guide to the Convention on Biological Diversity[M]. IUCN，1994.
[33] 岳天祥.生物多样性研究及其问题[J].生态学报，2001，21(3):462-467.
[34] 陈梦.对生态系统及生物多样性等理论问题的探讨[J].南京林业大学学报:自然科学版，2003，27(5):30-34.
[35] 张真，李典谟，张培义，等.自然种群中混沌的检测及其在种群动态研究中的意义[J].生态学报，2003，23(10):1951-1962.
[36] 丘君，陈利顶，高启晨，等.施工干扰下的生态系统稳定性评价:以西气东输管道工程沿线新疆干旱荒漠区为例[J].干旱区地理，2003，26(4):316-322.
[37] 毕慈芬，左仲国，冉大川，等.黄河中游淤地坝淤积泥沙级配组成分析[J].人民黄河，2011，33(1):90-92.
[38] 姚文艺，肖培青，王愿昌，等.砒砂岩区侵蚀治理技术研究进展[J].水利水电科技进展，2019，39(5):1-9，15.
[39] 惠刚盈，Klausvon Gadow，Matthias Albert.一个新的林分空间结构参数:大小比数[J].林业科学研究，1999，12(1):4-9.
[40] 王雪峰，陆元昌.现代森林测定法[M].北京:中国林业出版社，2013.
[41] 石小龙，杜彦昌，王鹏，等.小陇山油松人工林林冠指标相关性研究[J].西北林学院学报，2018，33(3):67-73.
[42] 全国土壤普查办公室.中国土壤[M].北京:中国农业出版社，1998.
[43] 袁勤，崔向新，乔荣.砒砂岩区不同人工林对土壤理化性质的影响[J].北方园艺，2013，36(18):52-55.
[44] 毕慈芬，邰源林，王富贵，等.防止砒砂岩地区土壤侵蚀的水土保持综合技术探讨[J].泥沙研究，2003，47(3):63-65.
[45] 林占熺，苏德伟，林辉，等.黄河菌草生态安全屏障建设的研究与应用[J].福建农林大学学报:自然科学版，2019，48(6):803-812.
[46] 吴晓光，刘龙，张宏飞，等.砒砂岩区主要造林树种枯落物持水性能及土壤物理性质[J].水土保持学报，2020，34(4):137-144.
[47] 李强，周道玮，陈笑莹.地上枯落物的累积、分解及其在陆地生态系统中的作用[J].生态学报，2014，34(14):3807-3819.
[48] 杨振奇，秦富仓，李晓琴，等.砒砂岩区主要造林树种枯落物及林下土壤持水特性[J].水土保持学报，2017，31(3):118-122.
[49] 王举位，邹伟，林积泉，等.砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能变化探究[J].水土保持研究，2013，20(5):203-209.
[50] 姚俊娜，秦奋.基于GIS和RS的砒砂岩区生态环境质量综合评价[J].水土保持研究，2014，21(6):193-197，345.
[51] 高磊，杨现坤，胡海珠，等.重庆市退耕还林工程实施的生态和经济效益分析[J].水土保持研究，2019，26(6):353-358.
[52] 陶晓燕.基于模糊物元和熵权法的土地生态安全评价[J].统计与决策，2012，27(6):55-57.

相似文献/References:

[1]赵国际.内蒙古砒砂岩地区水土流失规律研究[J].水土保持研究,2001,8(04):158.
　ZHAO Guo-ji.Research on the Laws of Soil and Water Loss in Sand Rock Region, Inner Mongolia[J].Research of Soil and Water Conservation,2001,8(06):158.
[2]武晶,王百田,郭红艳,等.浅析沙棘根系在砒砂岩地区坡面上的分布[J].水土保持研究,2007,14(06):358.
　WU Jing,WANG Bai-tian,GUO Hong-yan,et al.Study on the Distribution of Root System of Hippophae rhamnoides on the Slope in Sandstone Area[J].Research of Soil and Water Conservation,2007,14(06):358.
[3]魏彬萌,赵宣.添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应[J].水土保持研究,2017,24(06):16.
　WEI Binmeng,ZHAO Xuan.Effect of Addition of Feldspathic Sandstone on Improvement of Aeolian Sand Soil Quality and the Time Effect[J].Research of Soil and Water Conservation,2017,24(06):16.
[4]张传才,秦奋,汪永新,等.流域地貌形态多尺度三维分形量化及尺度效应——以砒砂岩区二老虎沟为例[J].水土保持研究,2016,23(01):278.
　ZHANG Chuancai,QIN Fen,WANG Yongxin,et al.Multi-Scale Quantification of Topographic Feature Using Three-Dimensional Fractal Model and Its Scale Effect in Watershed—A Case of the Two-Tiger Valley of Pisha Sandstone Area[J].Research of Soil and Water Conservation,2016,23(06):278.
[5]姚俊娜,秦奋.基于GIS和RS的砒砂岩区生态环境质量综合评价[J].水土保持研究,2014,21(06):193.
　YAO Jun-na,QING Fen.Comprehensive Assessment on Eco-environmental Quality of the Area of Sandston Based on RS and GIS[J].Research of Soil and Water Conservation,2014,21(06):193.
[6]梁止水,陈 煜,孙 悦,等.砒砂岩坡面侵蚀产沙规律及多元回归估算模型研究[J].水土保持研究,2024,31(02):11.
　Liang Zhishui,Chen Yu,Sun Yue,et al.Study on the Pattern of Erosion and Sediment Yield and Multiple Regression Estimation Model of Pisha Sandstone Slope[J].Research of Soil and Water Conservation,2024,31(06):11.

备注/Memo

收稿日期:2020-11-23 修回日期:2020-12-21
资助项目:内蒙古科技计划项目“黄河粗沙集中来源区典型流域生态修复技术体系研究”(201802106)
第一作者:孙成(1994—)，男，四川达州人，硕士研究生，研究方向为水土保持。E-mail:1047597300@qq.com
通信作者:秦富仓(1966—)，男，内蒙古呼和浩特人，教授，博士生导师，主要从事水土保持与荒漠化防治、林业教学与研究。E-mail:qinfc@126.com

更新日期/Last Update: 2021-10-10