基于層次分析和模糊評(píng)價(jià)法的本溪市森林結(jié)構(gòu)調(diào)整研究

李 寧

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

基于層次分析和模糊評(píng)價(jià)法的本溪市森林結(jié)構(gòu)調(diào)整研究

李 寧

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

森林結(jié)構(gòu)調(diào)整是森林經(jīng)營(yíng)的主要內(nèi)容，為協(xié)調(diào)林區(qū)人民生活需要與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，運(yùn)用層次分析法與模糊評(píng)價(jià)相結(jié)合，根據(jù)本溪市的森林資源現(xiàn)狀與區(qū)域特點(diǎn)，按照森林的三大效益以及森林的作用建立模型，請(qǐng)專(zhuān)家與林業(yè)經(jīng)營(yíng)者共同打分構(gòu)建判斷矩陣，對(duì)森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。得出該地區(qū)調(diào)整方案：公益林應(yīng)多于商品林，增加特種用途林和經(jīng)濟(jì)林面積，增進(jìn)多種經(jīng)營(yíng)；在保證森林后備資源的基礎(chǔ)上，減少中幼齡林比例，提高成熟林比例。這樣將實(shí)現(xiàn)多種收益相結(jié)合，提高林區(qū)人民生活水平，同時(shí)改善人類(lèi)生存環(huán)境。

森林結(jié)構(gòu)調(diào)整；層析分析；模糊評(píng)價(jià)；林種；齡組；可持續(xù)經(jīng)營(yíng)

森林結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)森林經(jīng)營(yíng)目的的一種重要手段[1]，現(xiàn)有的森林結(jié)構(gòu)常常不利于森林經(jīng)營(yíng)目的的實(shí)現(xiàn)，因而在制定森林經(jīng)營(yíng)方案或者森林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中要對(duì)森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[2-3]。目前林業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)國(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的理論模式[4]。我國(guó)一般采用林業(yè)分類(lèi)經(jīng)營(yíng)理論[5]。在林業(yè)經(jīng)營(yíng)中，森林結(jié)構(gòu)的調(diào)整應(yīng)該兼顧整體利益與局部利益、長(zhǎng)期利益與眼前利益，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)保障生態(tài)系統(tǒng)完整，環(huán)境合理，經(jīng)濟(jì)可行的原則[4]。目前森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的方法主要有，生態(tài)經(jīng)濟(jì)法[1]調(diào)整、運(yùn)用分室模型的方法系統(tǒng)研究[6]、運(yùn)用AHP法[7]，還有根據(jù)森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的原則和森林分類(lèi)經(jīng)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整[8-9]等。然而，森林結(jié)構(gòu)調(diào)整是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[10-11]，目前還沒(méi)有一套完整的體系解決這個(gè)問(wèn)題，各種調(diào)整方法都有一定的局限性，不能夠很好的協(xié)調(diào)各方面的利益，特別是協(xié)調(diào)林區(qū)人民生活需求與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。

因此，本研究探討綜合運(yùn)用層次分析法和模糊評(píng)價(jià)的方法，把復(fù)雜問(wèn)題分層簡(jiǎn)化，通過(guò)將定性的因素量化，實(shí)現(xiàn)森林結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)人為的主觀因子與客觀環(huán)境因子的相結(jié)合，使之更加適應(yīng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 研究地概況

1.1 自然條件

本研究以遼寧省本溪市為例進(jìn)行森林結(jié)構(gòu)調(diào)整。本溪市位于遼寧省東南部，123°34′～125°46′E，40°49′～ 41°35′ N 之間?？偯娣e 841 130.9 hm2。境內(nèi)山多地少，山地面積占80%，耕地面積8.7%，水面和其他用地占11.3%，故有“八山一水一分田”之說(shuō)。本溪地處山區(qū)，野生動(dòng)植物資源豐富。由于林副產(chǎn)品等山貨價(jià)值較高，歷來(lái)山區(qū)人民都依賴森林產(chǎn)品，維持其生存和發(fā)展，這里也是遼寧主要林區(qū)和森林保護(hù)地區(qū)。

1.2 森林資源現(xiàn)狀與分析

本溪市有林地面積為642 394.7 hm2，活立木總蓄積為53 264 979 m3，2010年森林覆蓋率76.54%。各林種面積比例以及各齡組的比例見(jiàn)表1。

表1 2010年本溪市林種及齡組百份比統(tǒng)計(jì)Table 1 Ratios of forest categories and age groups for Benxi city in 2010

齡組結(jié)構(gòu)不合理。中幼齡林占總比例的71%，成熟林?jǐn)?shù)量少，森林后備資源豐富，但目前可利用資源不足。

2 研究方法

2.1 層次分析理論

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process）簡(jiǎn)稱(chēng)AHP法，是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)教授T.L.Saaty在20世紀(jì)70年代提出的一種新的系統(tǒng)分析方法[12]。其基本思路是把復(fù)雜問(wèn)題分解為各組成因素，建立各因素之間的層次結(jié)構(gòu) ，通過(guò)主觀判斷和兩兩比較，以得到?jīng)Q策因素對(duì)于目標(biāo)的重要性總排序，從而對(duì)所研究的問(wèn)題做出最優(yōu)的決策[7,13]。

將各因子兩兩對(duì)比，按“非常重要、重要、一般、不重要、很不重要”的原則aij取值分別賦予“9，8，7，…，1”的分值及其互反數(shù)1,1/2,…,1/9，構(gòu)造判斷矩陣A。由此計(jì)算出最大特征根λmax以及相應(yīng)的特征向量W=

在一致性指標(biāo)的基礎(chǔ)上求出一致性比率，CR=CI/RI

其中RI可以從隨機(jī)一致性指標(biāo)表中查用，當(dāng)一致性比率CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為 判斷矩陣具有滿意的一致性，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性判斷可靠。

2.2 模糊評(píng)價(jià)理論

模糊數(shù)學(xué)理（Fuzzy Sets）論誕生于1965年，其創(chuàng)始人是美國(guó)加利福利亞大學(xué)自動(dòng)控制論專(zhuān)家L. A. Zageh 教授[16-17]。模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將不易定量的因素定量化，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)的一種方法[18]。

本研究運(yùn)用層次分析法確定各項(xiàng)森林作用主要因子權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上，利用模糊數(shù)學(xué)模型綜合評(píng)價(jià)各個(gè)林種之間的面積百分比，以確定森林結(jié)構(gòu)。

2）平臺(tái)可在PC端和手機(jī)端使用。平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了手機(jī)客戶端，當(dāng)平臺(tái)在手機(jī)上使用時(shí)，網(wǎng)頁(yè)會(huì)自適應(yīng)調(diào)整為手機(jī)模式，以方便用戶的操作和瀏覽。

2.3 模型的建立

2.3.1 因子的確定

森林經(jīng)營(yíng)目的主要是擴(kuò)大森林資源, 增加森林覆蓋率，促進(jìn)林業(yè)生產(chǎn)發(fā)展, 以最少的消耗, 生產(chǎn)最多的產(chǎn)品，不斷滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的需要, 獲得最佳經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益[19]。因此我們以森林的3大效益作為準(zhǔn)則層因子。根據(jù)森林的作用：木材生產(chǎn)、林產(chǎn)品加工、林副產(chǎn)品生產(chǎn)、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、改善環(huán)境、森林旅游、增加就業(yè)等幾個(gè)方面確定層次分析的指標(biāo)層因子。并在層次分析模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊理論綜合評(píng)價(jià)5大林種之間和各個(gè)齡組之間的面積百分比。這五大林種涵蓋了所有有林地，是森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的主體，決定了森林的價(jià)值走向，而齡組則反映了森林的年齡結(jié)構(gòu)組成，對(duì)森林種群的發(fā)展趨向有重要意義。通過(guò)調(diào)整5大林種和齡組的面積比，可以達(dá)到森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的目的。

2.3.2 模型建立

森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的目的是使森林結(jié)構(gòu)合理化，滿足社會(huì)需要，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

表2 層次分析模型Table 2 Analytical hierarchy model

根據(jù)層次分析確定的權(quán)重，進(jìn)一步運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)理論，綜合評(píng)價(jià)防護(hù)林，用材林，特種用途林，薪炭林，經(jīng)濟(jì)林之間的比例。

采用模糊數(shù)學(xué)中的加權(quán)平均模型建立森林結(jié)構(gòu)調(diào)整模型[16]：

其中MFRESI是森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的分值指數(shù)，ω是指標(biāo)權(quán)重，fi是綜合評(píng)價(jià)分值。

2.4 構(gòu)建判斷矩陣

本研究針對(duì)研究區(qū)域森林資源狀況和地區(qū)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，構(gòu)造判斷矩陣，廣泛征求了省內(nèi)有關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)，充分考慮了生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的關(guān)系，以及各種效益與森林結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，環(huán)境保護(hù)與林區(qū)人們生活之間的關(guān)系，請(qǐng)林業(yè)專(zhuān)家和森林經(jīng)營(yíng)者綜合評(píng)定，建立了判斷矩陣。首先就準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各因子間運(yùn)用AHP法兩兩進(jìn)行比較打分構(gòu)建判斷矩陣A-B，B1-C，B2-C，B3-C。再對(duì)林種、齡組與指標(biāo)層之間的關(guān)系，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的方法打分，構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)判斷矩陣。

3 結(jié)果與分析

3.1 層次分析法評(píng)定結(jié)果

表3 判斷矩陣A-BTable 3 Judgment matrix A-B

最 大 特 征 根λmax=3.009 203CI=0.004 601，RI=0.58，CR=0.007 933＜0.1可見(jiàn)結(jié)果具有滿意的一致性。

運(yùn)用AHP方法構(gòu)建B1-C，B2-C，B3-C判斷矩陣，滿足一致性比率CR＜0.1，判斷矩陣具有滿意的一致性，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性判斷可靠，進(jìn)而得出總排序。

表4 層次分析的總排序Table 4 Total order of analytical hierarchy

3.2 模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

將評(píng)定指標(biāo)分為四級(jí)：最好、較好、一般、最差，分別賦分“9，8，7，…，1”。根據(jù)各林種在C層（措施層）的好壞程度賦分，構(gòu)成矩陣A。

表5 模糊評(píng)價(jià)判斷矩陣Table 5 Judgment matrix of fuzzy evaluation

采用模糊數(shù)學(xué)中的加權(quán)平均模型建立的森林結(jié)構(gòu)調(diào)整模型FRESI公式,計(jì)算森林結(jié)構(gòu)調(diào)整的分值指數(shù)，代入ω指標(biāo)總權(quán)重，得出fi綜合評(píng)價(jià)分值。

表6 綜合評(píng)價(jià)分值Table 6 Scores of comprehensive evaluation

3.3 結(jié)果分析

通過(guò)層次分析和模糊綜合評(píng)價(jià)，針對(duì)現(xiàn)有森林資源結(jié)構(gòu)中存在的林種的比例不協(xié)調(diào)，特別是用材林比例過(guò)高的現(xiàn)象。得出調(diào)整方案：公益林和商品林的總比例57:43，特用林和經(jīng)濟(jì)林的百分比提高，由3%、4%提高到12%和11%，防護(hù)林種有水源涵養(yǎng)作用在國(guó)家公園自然保護(hù)區(qū)的森林，針對(duì)當(dāng)?shù)匕l(fā)展的影響重要性，劃分到特種用途林。針對(duì)目前中幼齡林比例過(guò)高的問(wèn)題，進(jìn)行調(diào)整如下：幼齡林、中齡林的比例適當(dāng)降低分別降到25.8%和30.7%，提高了近熟林特別是成熟林的比例由15%、12%提高到19.5%和18.6%，保護(hù)有價(jià)值的古樹(shù)名木過(guò)熟林。

4 結(jié) 論

綜上所述，運(yùn)用層次分析和模糊評(píng)價(jià)的方法，經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)厣仲Y源的分析，綜合林業(yè)主管部門(mén)，林業(yè)專(zhuān)家，森林經(jīng)營(yíng)者多方面的意見(jiàn)，得出調(diào)整方法。在以保護(hù)環(huán)境和森林資源可持續(xù)利用的基礎(chǔ)上，在公益林面積大于商品林面積的基礎(chǔ)上，提高特種用途林和經(jīng)濟(jì)林的比例，特別是特種用途林的百分比提高較多。將水源涵養(yǎng)和防風(fēng)固沙的在保護(hù)區(qū)和風(fēng)景區(qū)的森林，劃分到特種用途林，用來(lái)發(fā)展森林旅游。這樣保證了森林的生態(tài)效益的發(fā)揮，同時(shí)也促進(jìn)林區(qū)的經(jīng)濟(jì)收入多樣化，減少了對(duì)用材林的依賴。適當(dāng)降低中幼齡林的比例，提高近熟林特別是成熟林的比例，使得森林在保證后備力量充足的基礎(chǔ)上，保證現(xiàn)有可利用資源得總量，使得森林群落結(jié)構(gòu)合理化，更有利于森林的演替。此外保護(hù)有古樹(shù)名木價(jià)值的過(guò)熟林，對(duì)提高森林旅游增加森林文化價(jià)值有重要意義，同時(shí)也可以增加林區(qū)的收入。

從層次分析和模糊評(píng)價(jià)方法的使用來(lái)看，對(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)整起到關(guān)鍵作用的是判斷矩陣的構(gòu)成。這就要求我們?cè)跇?gòu)建判斷矩陣時(shí)一定要客觀，我們所請(qǐng)的評(píng)分人員要有專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，和對(duì)當(dāng)?shù)厣仲Y源相近的了解，這樣才能夠更好的協(xié)調(diào)矛盾，選出最適合的調(diào)整方案。

此外，本研究對(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)整模型建立，是以森林效益和作用為基礎(chǔ)，借鑒以往的經(jīng)驗(yàn)，但是模型可能不夠全面，還有待進(jìn)一步的完善。

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Forest structure adjustment for Benxi city of Liaoning province based on analytic hierarchy process and fuzzy evaluation

LI Ning
(Liaoning Forestry Investigation and Planning Institute, Shenyang 110122, Liaoning, China)

Forest structure adjustment is one of the most important parts of forestry management. To coordinate the relationship between people’s living needs in forest region and the ecological environment, by basing on forest resources and regional characteristics of Benxi city, using the three benef i ts and effects of forest to build model, the judgment matrix was constructed by experts and operators, then the forest structure was adjusted with the analytic hierarchy process and fuzzy evaluation. The adjustment plans were as follows: the area of public welfare forest should be greater than timber forest, and the area of special use forest and non-timber product forest should be increased, and then the diversif i cation should be promoted; on the basis of the ensuring forest reserve, the ratio of half-mature and young forest should be reduced, meanwhile the mature forest’ proportion should be increased. Thus realizing to obtain variety of earnings, to raise the level of people’ life in forest region, and to improve the environment for human survival.

forest structure adjustment; analytic hierarchy process; fuzzy evaluation; forest category; forest age group; sustainable management

S757.1

A

1673-923X(2014)04-0068-04

2013-07-17

林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201104051）；遼寧省森林經(jīng)營(yíng)方案輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)（lx201202）

李 寧（1981-），女，遼寧阜新人，碩士研究生，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究；E-mall：lnnvk_58866@163.com

[本文編校：文鳳鳴]