基于层次分析法和区域土地利用综合评价森林资源质量——以广西昭平县大脑山林场为例.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:作者简介:许军(),男,助理工程师,主要从事森林防护、林业生态研究.通讯作者:许登辉(),男,硕士,主要从事区域生态安全、环境资源研究.基基于于层层次次分分析析法法和和区区域域土土地地利利用用综综合合评评价价森森林林资资源源质质量量 以以广广西西昭昭平平县县大大脑脑山山林林场场为为例例许 军,许登辉(贺州市昭平县大脑山林场,广西 昭平 ;重庆三峡学院环境污染水处理重点实验室,重庆 )摘要:基于森林宏观生态环境,采用层次分析法与G I S技术对广西大脑山林场森林资源质量进行了综合评价.结果表明:广西大脑山林场 、和 年度森林资源质量综合评估分值分别为 、和 分,森林资源质量持续提升,由“一般质量”提升到“较高质量”;森林资源质量受森林组织结构(B,)影响最明显,因子层中的树种有害生物发生率(C,)、林地蓄积比(C ,)和单位面积蓄积(C,)权重分值占比较多;区域耕地面积 与 年、年相比,分别下降了 和.年林地使用面积,同比 、年分别增长了 和 k m.优化林地防护策略,构建生态、经济和社会一体效益,以期为广西森林经济持续发展提供理论指导.关键词:层次分析法;土地利用;森林资源质量;综合评估;大脑山林场中图分类号:S 文献标识码:A文章编号:()C o m p r e h e n s i v eE v a l u a t i o no fF o r e s tR e s o u r c eQ u a l i t yB a s e do nH i e r a r c h i c a lA n a l y s i sa n dR e g i o n a lL a n dU s eAc a s es t u d yo fB r a i nM o u n t a i nF o r e s tF a r mi nG u a n g x iX uJ u n,X uD e n g h u i(H e z h o uC i t yZ h a o p i n gC o u n t yB r a i nF o r e s tF a r m,Z h a o p i n g,G u a n g z i ,C h i n a;C h o n g q i n gK e yL a b o r a t o r yo fW a t e rE n v i r o n m e n tE v o l u t i o na n dP o l l u t i o nC o n t r o l i nT h r e eG o r g e sR e s e r v o i rA r e a,W a n z h o u,C h o n g q i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nt h em a c r oe c o l o g i c a l e n v i r o n m e n to f t h ef o r e s ta n dt h er e g i o n a l l a n du s es i t u a t i o n,ah i e r a r c h i c a l a n a l y s i sm e t h o dw a su s e d t om a k e a c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no f t h e f o r e s t r e s o u r c eq u a l i t yo fG u a n g x iB r a i nM o u n t a i nF o r e s t r y T h e r e s u l t s s h o wt h a t:t h e c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t s c o r e so f f o r e s tr e s o u r c eq u a l i t y i nG u a n g x iB r a i nM o u n t a i nF o r e s t r y i n ,a n d w e r e ,a n d r e s p e c t i v e l y,a n dt h eq u a l i t yo ff o r e s tr e s o u r c e sc o n t i n u e dt oi m p r o v e,f r o m a v e r a g eq u a l i t y t oh i g h e rq u a l i t y T h eq u a l i t yo f f o r e s t r e s o u r c e s i sm o s t o b v i o u s l y i n f l u e n c e db y t h e s t r u c t u r eo f f o r e s t o r g a n i z a t i o n(B,),w i t ht h ei n c i d e n c eo ft r e es p e c i e sp e s t s(C,),f o r e s tl a n ds t o c kr a t i o(C ,)a n du n i ta r e as t o c k(C,)a c c o u n t i n gf o rm o r ew e i g h t e ds c o r e s i nt h ef a c t o r l a y e r;t h ea r e ao f c u l t i v a t e d l a n d i n t h e r e g i o n i n h a sd e c r e a s e db yp e r c e n t c o m p a r e dw i t h t h a t i n a n d ,r e s p e c t i v e l y T h ea r e ao f f o r e s t l a n du s e i n i n c r e a s e db y k ma n d k mc o m p a r e dw i t h a n d r e s p e c t i v e l y I t i s s u g g e s t e d t oo p t i m i z e f o r e s t l a n dp r o t e c t i o ns t r a t e g i e s a n db u i l de c o l o g i c a l,e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t sa saw h o l e,w i t hav i e wt op r o v i d i n gt h e o r e t i c a lg u i d a n c ef o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fG u a n g x i s f o r e s t e c o n o m y 许军,等:基于层次分析法和区域土地利用综合评价森林资源质量资源与产业K e yw o r d s:h i e r a r c h i c a l a n a l y s i s;l a n du s e;f o r e s t r e s o u r c eq u a l i t y;i n t e g r a t e da s s e s s m e n t;B r a i nM o u n t a i nF o r e s t r y 引言森林生态系统是我国重要的陆地生态系统,主要以草本植物为生态底本,根据不同的环境要素可划分为天然林、次生林和人工林.森林生态系统具有净生产力较高、林层类型丰富、生态食物关系网复杂等特点,对缓解温室效应有巨大作用.我国对森林资源质量的研究取得了一定成果,评估方法也较多样:窦万星对森林资源的评价体系和方法进行了研究,但对森林资源质量的评价较少且不够深入;安慧君等采用模糊评价法探究了评价对象信息模糊等问题,作出较准确、合理的量化评价内容;陈华等采用物元分析法,提高指标与节域的关联性,使评价结果更为客观.及时掌握森林资源健康状况,预警森林生态质量发展趋势,对制定森林生态系统管理办法具有重要现实意义.层 次 分 析 法(a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s,AH P)是森林质量评估中使用频次最高的方法.该方法始于 年,由运筹学家萨蒂(S a a t y t l)提出.在处理多个决策目标时,通常将目标进行定性与定量分析,使复杂的思维过程变得模式化和数量化.此外,层次分析法在森林碳汇评估,、生态环境评估、城市道路景观评估等领域也有重要成果.目前我国对森林健康质量评估中,准则层主要对森林结构生产力、生物群落结构、生态修复力,、风险抵抗力 等指标进行评估.由于区域环境存在着生态差异,致使各准则层在选取对应的因子层指标和权重时有所差别.因此,正确把握住森林资源质量和生态系统健康的重点在于,不仅要坚持相对统一的防护原则,还要对不同区域的森林资源质量进行环境调查,合理敲定准则层和因子层的具体指标和所占权重,因地制宜地提出评价方案.广西大脑山林场是亚热带季风气候,夏季温热多雨,森林资源丰富,国家 A级旅游景区“南山茶海”坐落于此,是国家重要茶叶示范园及林木科普基地.评价森林资源质量状况,利于促进社会经济效益的健康持续发展.本文运用层次分析法和区域土地利用状况综合评价广西大脑山林场 年的森林资源质量健康程度及变化趋势,以期为林场健康经营提供理论依据.材料和方法 研究区概况广西大脑山林场位于广西壮族自治区贺州市昭平县(北纬 ,东经 ),林场实际面积为 亩,其中纯林面积高达 亩,其他灌木林面积 亩,混交林、竹林、特殊灌 木林面积分 别为 亩,亩,亩,此外,次级生产性林地面积 亩,非林地面积 亩.大脑山林场所处南亚热带季风湿润气候,气候温和湿润,年平均气温 ,年降水量 mm,夏长冬短,无霜期长达 d.肥沃的土壤和雨热同期的气候特征,造就了丰富的森林自然资源,主要树种有松树、杉树、毛竹、尾叶桉,其中世界稀有树种小叶红豆、四方竹、白皮松等连年持续增长.数据来源研究使用的数据主要包括自然状况、森林资源、自然灾害、数字高程(D EM)、土地利用(L U C C)等数据.其中,自然状况地区性指标通过查阅 中国环境统计年鉴.森林资源、自然灾害等通过查阅 中国林业统计年鉴.数字高程数据下载自地理空间数据云平台.土地利用数据下载自中国科学院资源环境科学数据中心.指标体系构建层次分析法作为系统工程理论的一个重要内容,通常用于处理多个目标决策.层次分析法将定量分析与定性分析相结合,使影响因子有序划分为相关层次,利于解决繁琐的过程问题,是一种精准、有效的权重划分方法.本文在李大勇等、张超等、姚焱中等 的研究基础上,针对广西地区林业经营现状和特点,因地制宜地构建森林资源质量指标体系.指标体系被划分为个层次:目标层、准则层和因子层,准则层包括个因子(森林生产力、森林组织结构、森林健康、森林生态服务效能和森林土壤状况),因子层则有 个因子指标,其中包括单位面积蓄积、林地利用率、单位年生长量、森林覆盖率、林分郁闭度等(图).为了评价广西大脑山林场的森林资源质量状况,建立了各层次指标的相对重要性评价矩阵,并计算出其相应的权重值.年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期图森林资源质量评价层次分析模型 森林休养地模型因子层权重分因子层评分权重值;准则层各项权重总得分因子层权重分准则层权重值.计算公式如下:Wi jYj Znz(n)()式()中:i表示对i进行求和,即对目标层权重值进行累加,i的取值范围在;j表示对j进行两次求和,即对评价指标进行累加;Yj表示准则层的权重值,j的取值范围在;Zn表示第n层指标的权重值n的取值区间在;z(n)表示第n层指标的评估分值,其n的取值在.每个项目层的总分值是以相同的方式计算出来.接着检验判断矩阵的一致性,并对权重分配的合理性进行评判.一致性检验模型对指标进行一致性检验,有利于提高指标权重值的准确性.首先计算一致性指标C I,接着计算一致性比例C R,具体步骤如下:C Im a xnn()式()中:m a x是判断矩阵的最大特征值,n是比较矩阵的阶数.C RC I/R I()式()中:当C R 时,判断矩阵具有满意的一致性.R I表示平均随机一致性指标.综合指数采用标准差法对广西大脑山林场 、和 年的森林资源调查资料进行无纲量化处理.然后对将无纲量化后的资料与所对应指标的权重进行加权求和,计算出各个样本的综合评分指数.将最高的综合指数值赋值为 ,对最低的综合指数值赋值为 分.最后以百分制的形式处理所有综合指数,求出各个样本的综合分值.结果与分析 指标权重分析广西大脑山林场森林资源质量综合评价见表,准则层个指标权重值的占有量由大到小的排序是,森林组织结构(B,)、森林生产力(B,)、森林土壤状况(B,)、森林健康(B,)以及森林生态服务效能(B,).表明森林组织结构(B)中的森林覆盖率、林分郁闭度、龄级结构、树种结构、林种结构权重值最高,对森林资源质量的影响最大.该研究结果与熊修文等、黄玉娟等 论述的结果相同.因此,提高广西大脑山林场森林组织结构水平和森林资源质量应着重把握现有自然林和生物多样性的保护,开展纯林近自然改培和珍贵树种(四方竹、小叶红豆等)栽培.同时,狠抓连续性砍伐、粗放管理等乱象.在多结构类型和可持续性的模式下推进森林资源高质高量发展.由表可知,在 个因子层指标中,权重值最高的个指标分别是有害生物发生率(C,)、林地蓄积比(C ,)和 单 位 面 积 蓄 积(C,).研究结果从侧面反映出广西大脑山林场森林资源在高生态林地蓄积比、高单位面积蓄积量且林业有害生物年均发生率低的基础上健康良性发展.此外,在森林经营的过程中要着重把握林地许军,等:基于层次分析法和区域土地利用综合评价森林资源质量资源与产业土壤的维护(C ,),不断增强森林覆盖率(C,)和林地面积(C ,),从而推进森林资源健康持续发展.森林自然资源在水源涵养、固碳释 氧、农 林 业 稳 定 发 展 等 方 面 发 挥 重 要 作用,经营多样结构模式和增强森林覆盖率是构建林区生态系统稳定的关键.值得注意的是,根据定期森林检测数据,不断优化森林防护措施,有利于降低有害生物侵袭的风险,进一步提高森林生态环境质量,从而获得更多的生态经济效能.表森林资源质量评价体系因子指标权重目标层准则层 因素权重WB因子层 因素权重WCAB C C C B C C C C B C C C B C C B C C C 一致性检验分析各层级一致性检验结果如表所示,B C、B C为二阶判断矩阵,I C、I R、R C皆为.B C、B C为三阶判断矩阵,m a x分别为 和 ,C I的值分别为 和 ,C R的值分别为 和 ,且都小于 通过一致性检验.A B、B C为五阶判断矩阵,m a x分别为 和 ,C I的值分别是 与 ,C R的值分别是 和 ,小于 通过一致性检验.表各层级权重一致性检验结果层级m a xC IR IC RA B B C B C B C B C B C 综合评价分析广西大脑山林场森林资源质量综合评价结果表明(图),森林资源质量 、年度呈上升趋势,年度森林资源质量综合评价分别是 年度和 年度的 倍和 倍.参考黄玉娟等 森林资源质量等级划分办法,划分为个森林资源质量等级,分别为高质量(S)、较高质量(S)、一般质量(S)、低质量(S),根据图可知,广西大脑山林场森林资源质量近 年来不断得到改善,森林资源质量等级由“一般质量”上升到“较高质量”,有望达到“高质量”等级.图大脑山林场 年森林资源质量评价 年间,广西大脑山林场采用森林分类经营模式,天然林严格限制采伐,注重防护与修复并举;商品经济林集约化经营,发展经济的同时兼顾生态效益;公益林则采用保育的形式,合理延伸木材的砍伐周期,种大径树,限过度采伐.整体生态系统稳定,森林生态效益不断增加.土地利用变化分析区域土地利用情况对森林资源质量起着重要影响(图).运用A r c G I S 软件计算区域面积数值,从表昭平县 年土地利用变化可知,耕地、湿地利用面积整体呈下降趋势,其中 年耕地面积与 、年相比,分别下降了 和.这与地方政府践行“退耕还林”政策等有关,这将利于森林生态效益的可持续发展.另一方面,昭平县 年间的林地、水体、建设用地整体呈增长趋势.其中 年的林地 使 用 面 积,同 比 、年 分 别 增 长 了 和 k m.林地的利用面积虽然增长幅度不大,但可以判断出该区域的森林生态效能是呈现稳定健康发展的状况.讨论与结论通过将层次分析法与区域土地利用状况相结合,对广西大脑山林场森林资源质量进行了综合评价,评估结果为 、和 年度的森林资源质量健康分值分别是 分、分和 分,森林资源健康质量持续提升,由“一般质量”提升到“较高质量”,有望达到“高质量”等级;该区域的森林资源质量受森林组织结构(B,)、森林生产力(B,)影响最明显,因子层中的树种有害生 物 发 生 率(C,)、林 地 蓄 积 比(C ,)和单位面积蓄积(C,)权重分值占比 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期图 年昭平县土地利用变化表昭平县 年土地利用变化情况k m类型单位 年 年 年耕地 林地 湿地 水体 建设用地T 较多,这与学者熊文修等、覃家科等 报道的结果相同;昭平县 年土地利用情况中,耕地、湿地利用面积整体呈下降趋势,林地、水体、建设用地整体呈增长趋势.其中,年耕地面积与 、年相比,分别下降了 和.年的林地使用面积,同比 、年分别增长了 和 k m.广西大脑山林场采用多功能经营示范样板林模式,培育白皮松、尾叶桉、杉树等示范林区.四方竹、小叶红豆稀有树种与马尾松混交林区为林农业提供种植典范,在推动区县林业经济的同时,也带动了周边林农产业健康发展.广西大脑山林场以国家级林木良种建设基地为目标,采用有效培育措施降低有害生物发生率、增强森林蓄积量和优化树种结构,有助于促进森林资源质量稳定持续发展.为区域林木产业良种培育、推广作出了重要贡献.此外,广西大脑山林场积极践行先进的护林、经营技术,不断提高区域内的森林覆盖率和森林资源功能等级,因地制宜地将生态效益与经济效益相结合,推进森林资源可持续发展.广西大脑山林场森林资源质量以森林组织结构和森林生产力为重要影响因子,多个因子组共同作用.但权重指标的构建存在着一定主观性,不同研究的指标差异较大,.今后,一方面应对权重指标的科学选取做进一步探究,降低人为因素的影响;另一方面,广西大脑山林场在往后的林业工作中,应巩固标准样地,维持现有森林保有量,进一步把握森林生态效益与经济效益结合,通过动态监测和遥感技术对森林生态系统健康状况进行评估,建立科学合理的机制.森林资源质量的评价结果对广西大脑山林场的森林资源状况有一定的揭示作用,以期 能 为 区 域 经 济 可 持 续 发 展 提 供 方 向 和思路.参考文献:窦万星,代均玉,孙继文森林资源评价浅探J防护林科技,():安慧君,王硕,常峥,等森林质量模糊评价模型中赋权方法的选择 以红花尔 基 为 例 J西 北 林 学 院 学 报,():陈华,林华忠,靳爱仙,等基于物元分析法的将乐国有林场用材林质量评价研究J林业资源管理,():陈卓旋,周伟,高岚基于层次分析法的碳汇林经营风险评价J林业与环境科学,():赵焜黑龙江省森林碳汇经济可持续发展问题研究D哈尔滨:东北农业大学,沈佳,薛凯,张 伟,等水资源调 查监测管理指标 评价体系构建 以南京市为例J自然资源信息化,():廖睿基于层次分析法的城市道路景观评价研究D合肥:安徽农业大学,董金茂,崔一民基于层次分析法的森林健康状况评价研究J林业调查规划,():许俊丽基于群落结构、更新能力及土壤质量的上海城市森林健康评价研究D上海:华东师范大学,徐世芳,李小英,夏静,等昆明海口林场森林健康状况评价J西南林业大学学报,():黄国胜,王雪军,李晓靖三峡库区森林健康评价J江西农业大学学报,():肖风劲,欧阳华生态系统健康及其评价指标和方法J自然资源学报,():(下转第 页)年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期相互依存.()落实养管责任人.古树名木遍布城乡各个角落,分处于不同单位管界及个人住宅,建议政府发文详细规定古树名木的养管责任人的界定,有利于职能部门将古树名木的保护工作落实到各养管责任部门和养管责任人.参考文献:吕丹丹江西省古树名木特征研究D南昌:江西农业大学,陈葵仙东莞市古树名木资源调查与景观评价D广州:华南农业大学,熊璐瑶江西省古树名木资源价值评价J南方林业科学,():易善军,崔健,周晓星,等江油市古树名木资源特征分析及保护对策J林业调查规划,():,谢纯刚留住古树 留住乡愁 守护金华的“时空坐标”J浙江林业,():吴伟尧玉林市古树资源现状及保护研究D南宁:广西大学,L i uJ,L i n d e n m a y e rDB,Y a n gW,e t a l D i v e r s i t ya n dd e n s i t yp a t t e r n so f l a r g eo l d t r e e s i nC h i n aJ T h eS c i e n c eo f t h eT o t a lE n v i r o n m e n 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o r t o nB G,H a s k e l lBDE c o s y s t e m h e a l t h:n e wg o a l s f o r e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tJE c o s y s t e mH e a l t hN e w G o a l s f o rE n v i r o n m e n t a lM a n a g e m e n t,:王忠春,亢新刚,罗仙仙,等森林健康评价研究进展J西北林学院学报,():