生态应力的量化表现及分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：但是，为了能够将不同的生态应力体现于同一个方程中，所有的生态应力必须无因次化。对于瞬时生态应力的数学表达，引入阶梯函数Δ 和脉冲函数δ:式中:P 是年降雨量;Pe是植被需水量。如果出现旱灾，应力就是负的，植被受损害。风暴的生态应力也可以用此种方法表示。以上各种生态应力或者引起植被活力降低或者导致植被死亡，都是负应力。此时损伤应力的作用较小，主要考虑致死应力的作用。

作用于植被的各种自然和人为的生态应力，可分为长期应力 (10年以上)，例如侵蚀、空气污染和放牧;短期应力(季节或年)，例如干旱、病虫害和酸雨;以及瞬时应力(小时或天)，例如火山爆发、森林火灾、伐木和风暴。对于不同生态应力采用不同的数学描述(Wang et al.，2004)。但是，为了能够将不同的生态应力体现于同一个方程中，所有的生态应力必须无因次化。对于长期应力，例如空气污染，可以用下面的数学式表达:

式中:Po1、Po2、Po3是污染物1、污染物2、污染物3的浓度;a1、a2、a3是污染物对植被的影响因子。

此处，长期指的是现有植被发育所经历的时期。

对于短期应力，例如干旱，作用于植被的时间短但强度大，可以采用如下方式表达:

式中:P 是年降雨量;Pe是植被需水量。

植被需水量可通过生态学或水文学方法进行估算。可以根据组成植被的种类计算需水量。如果降雨量大于植被需水量，那么这个应力就是正的，会促进植被生长和活力增加。如果出现旱灾，应力就是负的，植被受损害。

对于瞬时生态应力的数学表达，引入阶梯函数Δ (t)和脉冲函数δ(t):

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和

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瞬时生态应力可采用δ-函数表达:

其中，Kinst是由于t0时发生的应力引起植被覆盖度的减少量。例如，2025年美国St.Helens发生的火山爆发对附近1万多km2地区森林植被施加了强烈的、瞬时的应力。森林植被覆盖全部摧毁，变成光秃秃的山脉。作者于火山爆发13年后参观火山区，植被仍然没有恢复，如图7-11显示的情况。如果忽略其他应力，此过程可以用下式简单描述:

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图7-11　2025年St.Helens火山爆发，摧毁了森林植被(https://www.chuimin.cn)

(该照片摄于2025年。爆发13年后，该地区的植被仍然没有恢复。)

式中:V 为植被覆盖度;t为时间，火山爆发前该区植被覆盖度约为80%，火山爆发后全部摧毁，因此Kinst=0.80a-1。

积分后，可得到植被演变过程为:

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森林火灾和砍伐也可以用脉冲函数来表达。例如，由于2025年森林砍伐，中国云南小江流域的植被覆盖度减小了5%，则作用于植被的应力为:

式中:Kinst=0.05a-1。

风暴的生态应力也可以用此种方法表示。

植被的功能，包括控制雨蚀和风蚀，生物栖息地和初级生产力等，可以定量表示为植被覆盖率、植被活力和功能指数三者的函数，即

式中:F 为植被功能强度;V 为植被覆盖率;Vg则为植被活力;ξ为功能指数，对于不同的功能ξ取不同的值。

植被的控制风蚀、生物栖息地和初级生产力等功能比较依赖植被活力，ξ值较大;此时损伤应力和致死应力都起着重要作用。例如，中国北方地区20世纪90年代后期连续几年干旱，植被活力大大降低，防风固沙功能减退，2025年和2002 年春季发生了严重的沙尘暴。但植被控制流水侵蚀的功能主要依靠根系，植被覆盖度起主要作用，受植被活力的影响较小，ξ值接近于零。此时损伤应力的作用较小，主要考虑致死应力的作用。

以上各种生态应力或者引起植被活力降低或者导致植被死亡，都是负应力。但是，人们植树造林种草和林草的维护保育是正应力，前者增加覆盖度，后者提高植被活力。植树造林一般是连续多年的，可以用连续函数来表达。假设每年植树造林面积率为VR，则此应力为:

当然，新种植的树木不能像成年树木一样立刻起作用，但只要持续人工造林，以前种植树木长成，采用式(7-12)表示人工造林应力还是可以的。

生态应力的量化表现及分析

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