丁增發(fā)

（安徽省林業(yè)科學(xué)研究院，合肥 230031）

在森林群落學(xué)研究中，常采用設(shè)置固定樣地的方法，調(diào)查森林群落的喬木、灌木、草本及地被物等因子，進(jìn)而研究植被類型及生物多樣性等。為了避免樣地選擇的偏差，經(jīng)常是在設(shè)置大量調(diào)查樣地的基礎(chǔ)上，將相近或相似的森林群落類型歸并，得出比較接近于客觀事實(shí)的研究結(jié)果。

本文要討論的，就是相似群落類型歸并的問題，目前國內(nèi)、國際上使用最為廣泛的便是Jaccard相似系數(shù)，具體計(jì)算方式為：

式中：a表示兩樣地共有種；b表示一個(gè)樣地有，而另一個(gè)樣地沒有的種；c表示一個(gè)樣地沒有，而另一個(gè)樣地有的種，與b相對立。

但是，筆者在實(shí)際運(yùn)用過程中，卻發(fā)現(xiàn)這種計(jì)算方式所得的結(jié)果，難以將客觀上很相似的群落歸并，這就迫切需要我們采用一種更加符合客觀實(shí)際的計(jì)算方法來優(yōu)化它。

1 研究方法

Jaccard相似系數(shù)，只考慮到不同群落或樣地中物種的重合程度，卻忽略了群落中不同物種的數(shù)量多少問題，即森林群落中普遍存在的“優(yōu)勢種”與“稀有種”的差別。所以，亟待重建一種全新的計(jì)算方法，來解決相似森林群落類型的歸并問題。

眾所周知，某種群落類型或者某塊樣地中，最能夠反映物種數(shù)量差異的便是“相對多度”，有時(shí)也稱作“相對密度”，其計(jì)算方法如下：

因此，如果能夠采用一種建立在“物種相對多度”基礎(chǔ)上的全新計(jì)算方法，將可能更加客觀地反映真實(shí)的森林群落相似程度。

2 研究結(jié)果

建立在物種“相對多度”基礎(chǔ)上的計(jì)算方法：

式中：RDai為a樣地中第i種的相對多度，RDbi為b樣地中第i種的相對多度，第i種為a、b樣地中的共有種，s為a、b樣地中的共有物種數(shù)。

如果將第i種的相對多度以符號形式表達(dá)如下：

式中：ni為第i種的個(gè)體數(shù)，N為樣地中的總個(gè)體數(shù)。

然后再將以上兩個(gè)公式合并，并采用“相似性系數(shù)”的英文表達(dá)“Similarity Index”的首字母為公式命名，便可以得出更為直觀的計(jì)算方式：

此式中：ni為a樣地中第i種的個(gè)體數(shù)，N為a樣地中總的個(gè)體數(shù)；mi為b樣地中第i種的個(gè)體數(shù)，M為b樣地中總的個(gè)體數(shù)；第i種為a、b樣地中的共有種，s為a、b樣地中的共有物種數(shù)。

公式本身，不僅考慮到了不同樣地中的相同物種數(shù)，而且還細(xì)化到了相同物種的個(gè)體數(shù)量，其計(jì)算過程可以很自然地弱化群落中的“稀有種類”，計(jì)算結(jié)果的數(shù)值在0～1，可比性、實(shí)用性極強(qiáng)。初步確定，計(jì)算結(jié)果在0.75以上，即可認(rèn)為兩種群落類型相似；達(dá)到0.80以上，即可認(rèn)為兩種群落類型高度相似。

3 實(shí)踐檢驗(yàn)

筆者在最近一段時(shí)間撰寫的論文《皖南山區(qū)部分森林植被類型及群落物種多樣性研究》一文中，采用了Jaccard相似性系數(shù)計(jì)算了10塊天然次生林樣地的群落相似性，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)：不但數(shù)值普遍偏低，而且根本無法據(jù)此將本來很相似的群落類型歸并，即使是相距不遠(yuǎn)、立地條件很相似、主要樹種幾乎相同的兩塊樣地，也無法歸并。迫不得已，筆者才引入了“最主要組成種的相似程度”的概念進(jìn)行定性描述，才勉強(qiáng)將部分群落類型歸并。后來，經(jīng)過一段時(shí)間的思考，試著將相同物種的個(gè)體數(shù)量引入Jaccard公式，但是仍覺得不夠完美，不能擺脫現(xiàn)狀，便不能夠有創(chuàng)新。

再后來，便大膽嘗試，只考慮a、b樣地中相同物種的個(gè)體數(shù)總和，然后取平均值，是否可行？為此，筆者應(yīng)用這種計(jì)算方式，將安徽省九龍峰自然保護(hù)區(qū)的那10塊天然次生林樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)重新計(jì)算一遍，得到了非常良好的結(jié)果，個(gè)人認(rèn)為其區(qū)分度和可信度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“Jaccard相似性系數(shù)”，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 九龍峰10塊天然次生林樣地群落相似性計(jì)算結(jié)果

結(jié)果表明，不同樣地的群落相似程度，與其生境的相似程度幾乎完全吻合，尤其是與海拔高度的相關(guān)性幾乎是達(dá)到了極顯著水平。比如，9號樣地與4號、7號的群落相似度較高，但4號與7號的群落相似度卻較低，初步判斷可能是由于9號的立地條件位于4號與7號之間，再對比原始記錄數(shù)據(jù)，果然發(fā)現(xiàn)9號樣地的海拔高度正好位于4號與7號的中間位置。

同時(shí)，群落的相似程度與樣地間距離的遠(yuǎn)近也具有一定的相關(guān)性。比如，位于山脊或海拔較高處的10、11、12號樣地，與其他樣地的群落相似性值均低，距離較近的11、12號具有較高的相似度，10號與11號相似度居中，距離較遠(yuǎn)的10號與12號的相似性就要低得多。

另外，綜合來看，處于立地條件中等位置的9號樣地與幾乎所有的樣地相似度都較高，而孤立于遠(yuǎn)處的13號樣地與其他所有樣地的相似度都低。樣地分布見圖1。

圖1 用于檢驗(yàn)公式的10塊天然次生林樣地分布圖（4～13號）

表1和圖1還可以準(zhǔn)確地反映出森林生境條件的復(fù)雜性。決定森林群落樹種組成的因子，不僅有海拔高度，還包括水分條件、坡向等。立地條件的細(xì)微差別，都能夠從這張數(shù)據(jù)表中很準(zhǔn)確地反映出來，更加有力地證明了這種“群落相似性比較方法”的科學(xué)性。

4 結(jié)論與討論

4.1 公式的適用范圍及使用規(guī)則

該公式適用于天然林或天然次生林，卻不適用于樹種高度單一的人工林；需要在同等條件下才能比較，即a、b樣地的面積要相等，避免出現(xiàn)“包含”與“被包含”的關(guān)系；計(jì)算結(jié)果的數(shù)值要保留到小數(shù)點(diǎn)后三位，以精確比較不同樣地間的細(xì)微差異；在歸并森林群落類型時(shí)，建議將相似系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定為0.75以上。

4.2 公式的區(qū)分度和可信度

從以上表格中的數(shù)值分布可以看出：除13號樣地外，比較集中的9塊樣地，其相似性系數(shù)值在0.226～0.867均勻分布，呈現(xiàn)出了良好的區(qū)分度；其數(shù)值與立地條件，尤其是與海拔高度呈現(xiàn)出了極大的相關(guān)性，這與森林群落的“垂直地帶性”分布規(guī)律完全吻合。

4.3 天然林群落漸變特征

天然條件下形成的森林群落，其種類組成隨著環(huán)境梯度的變化，是“漸變”的，而不是“突變”的。我們在人為劃分或歸并群落類型時(shí)，總不免帶有或多或少的主觀因素，這取決于我們的自身需求。這種計(jì)算方式的提出，是為了客觀地反映自然規(guī)律，是否可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，還有待于時(shí)間驗(yàn)證。

（致謝：感謝所有參與安徽省黃山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站九龍峰自然保護(hù)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)樣地外業(yè)調(diào)查的工作人員?。?/p>

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