新疆荒漠地區(qū)不同灌溉方式造林應(yīng)用的綜合評價

任偉，劉茂秀,戴君峰

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830000;2新疆林業(yè)學(xué)校,新疆 烏魯木齊 830026;3.新疆林科院造林治沙所,新疆 烏魯木齊 830046;4.新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)廳治沙辦,新疆 烏魯木齊 830000)

新疆荒漠地區(qū)不同灌溉方式造林應(yīng)用的綜合評價

任偉1，2，劉茂秀3,戴君峰4

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830000;2新疆林業(yè)學(xué)校,新疆 烏魯木齊 830026;3.新疆林科院造林治沙所,新疆 烏魯木齊 830046;4.新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)廳治沙辦,新疆 烏魯木齊 830000)

為了全面、客觀、準(zhǔn)確地掌握不同灌溉方式的造林應(yīng)用效果,為林業(yè)造林技術(shù)應(yīng)用的前景提供理論依據(jù),以Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)與漫灌、無灌溉3種灌溉方式為研究對象,依托野外數(shù)據(jù),建立不同目標(biāo)指標(biāo)的評價指標(biāo)體系,利用模糊綜合評價法對Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)與漫灌、無灌溉3種方式在新疆荒漠地區(qū)造林中的應(yīng)用效果進行了計算分析，結(jié)果表明:Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)效果綜合評價值為0.90，Waterboxx這一項高新技術(shù)的應(yīng)用前景良好，值得推廣。

灌溉方式；造林效果；模糊數(shù)學(xué)；綜合評價

灌溉是保持荒漠地區(qū)植物正常生長的管理手段。當(dāng)前荒漠地區(qū)用水主要依靠地下水，隨著地下水的開發(fā)和利用，人們提出了各種灌溉方式，如何評價這些方式是否合理利用水資源，降低消耗，最大限度發(fā)揮其效益，是當(dāng)前亟待研究解決的問題之一。當(dāng)前對荒漠地區(qū)不同灌溉方式的評價在國內(nèi)還是空白。張慶華[1]根據(jù)《水利建設(shè)項目經(jīng)濟評價規(guī)范》，建立了“經(jīng)濟評價指標(biāo)-技術(shù)評價指標(biāo)-社會評價指標(biāo)”的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方式的評價方法,還有許多學(xué)者也開展了森林撫育效益、森林資源以及林業(yè)技術(shù)應(yīng)用的模糊綜合評價[2-5]，也提出不同的評價指標(biāo)體系；但是由于荒漠地區(qū)灌溉方式的效益不同于其他，該評價系統(tǒng)并不適用荒漠地區(qū)灌溉方式的評價。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

項目區(qū)位于奇臺縣北部古爾班通古特沙漠西北緣荒漠區(qū)的西北灣牧場,年內(nèi)溫差變幅大，光照充足，降水稀少，蒸發(fā)強烈，相對濕度小。年平均氣溫4.7 ℃，7月極端最高溫度43 ℃，1月極端最低溫度-42.6 ℃，年平均降雨量176 mm，蒸發(fā)量2 141 mm。無霜期平均156 d，年日照時數(shù)2 840～3 230 h，年平均風(fēng)速2～3 m·s-1，8～9級大風(fēng)天數(shù)年平均32.6 d。受地形地貌、土壤母質(zhì)條件的影響，試驗區(qū)土壤主要為風(fēng)沙土，受大風(fēng)及沙蝕危害嚴(yán)重。主要植被為沙米、角果藜及少數(shù)散生梭梭等，蓋度低于5%。

2 方法原理

所謂模糊綜合評價,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,將一系列邊界不清、不易定量的因素定量化,從多個因素對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合性評價的一種方法。具體說來,模糊綜合評價就是通過構(gòu)造等級模糊子集把反映被評價事物的模糊指標(biāo)進行量化(即確定隸屬度),然后利用模糊變換原理對各指標(biāo)進行綜合,從而得出評價結(jié)果。由于模糊綜合評價能夠根據(jù)定性信息或部分定性信息、部分定量信息,并依據(jù)隸屬度原則對評價指標(biāo)進行量化,從而使不易量化的定性信息定量化,并得出定量的結(jié)論；因此,鑒于森林撫育效益的特殊性和復(fù)雜性,此法運用于森林撫育綜合效益的評價較為合適。模糊綜合評價原理一般包括以下幾個步驟

2.1 確定評價因素集和評判集

評價因素集是指由影響評價對象的p種因素構(gòu)成的集合,記為:

U={u1,u2,u3,…,up}

評判集是指由作為評價標(biāo)準(zhǔn)的m種評判等級構(gòu)成的集合,記為:

V={vl,v2,v3,…,vm}

2.2 確定評價因素的權(quán)重集合

在進行模糊綜合評價時,還要考慮各因素對評價對象的作用大小,即確定各因素的權(quán)重ai,組成評價因素的權(quán)重集合,它們構(gòu)成U上的一個模糊子集A，一般可記為:A=(a1,a2,a3,…,ap)

其中,ai表示第i(i=1,2,…,p)個因素的權(quán)重,其必須滿足歸一化條件,即

2.3 進行單因素模糊評價

單因素模糊評價就是單獨從一個評價指標(biāo)出發(fā)進行評價,以確定評價對象對評判集的隸屬程度,從而建立單因素模糊評判矩陣R(rij)。單因素模糊評價子集為Ri={ri1,ri2,…,rim}。它表示針對每一個評價指標(biāo),每一個被評價對象對各個評價等級下的評價值。單因素模糊評判矩陣R如下:

3 自灌溉水箱(Waterboxx)技術(shù)在新疆造林中應(yīng)用前景評價的過程

3.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

所謂評價指標(biāo)體系,就是指評價對象所涉及的各種影響因素的集合[5]。本文根據(jù)Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)與漫灌、無灌溉3種方式在造林中的應(yīng)用效果,采取專家咨詢并借鑒相關(guān)評價指標(biāo)體系的方法,遵循指標(biāo)與評價目標(biāo)的一致性,同體系內(nèi)指標(biāo)的相容性,各評價指標(biāo)的相對獨立性的基本原則,并按照可行性、完備性和可測性的原則,在綜合考慮一些專家的建議后對灌溉方式在造林中的應(yīng)用效果評價指標(biāo)體系進行了設(shè)計。

將灌溉方式在造林中的應(yīng)用效果作為研究的總目標(biāo)。Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)與漫灌、無灌溉3種方式在造林中的應(yīng)用效果的評價指標(biāo)很多，經(jīng)過對眾多指標(biāo)進行篩選,本文擬選取以下指標(biāo)：(1)Waterboxx能收集雨水、露水、雪的能力；(2)在春季能提高溫度2～3 ℃；夏季自灌溉水箱能降低溫度2～3 ℃；冬季能提高溫度1～2 ℃；(3)造林成活率可高達91%；(4)平均冠幅較對照提高30%以上，高生長較對照提高2.4%～10%(見表1)。

表1 Waterboxx、漫灌、無灌溉3種方式效果的有關(guān)情況

為了方便分析，現(xiàn)將評價因素指標(biāo)進行數(shù)值化，結(jié)果如下：U1—造林成活率(%)；U2—收集雨水、露水、雪，并將收集的水保存下來的能力；U3—保墑增溫、避免高溫能力；U4—生長量。Waterboxx、漫灌、無灌溉3種方式效果按照評價因素指標(biāo)的相關(guān)情況見表1。

根據(jù)表1設(shè)定評價指標(biāo)：

集合U={造林成活率U1,收集雨水、露水、雪，并將收集的水保存下來的能力U2,保墑增溫、避免高溫能力U3，生長量U4}

3.2 指標(biāo)權(quán)重值的確定

權(quán)重是用來描述各指標(biāo)相對于上級評價指標(biāo)的相對重要程度。在進行模糊綜合評價時,權(quán)重對最終的評價結(jié)果會產(chǎn)生很大的影響,其選擇的合適與否直接關(guān)系到模型的成敗。指標(biāo)權(quán)重的確定,采用德爾菲專家打分，選取Groasis Waterboxx技術(shù)特點評價指標(biāo)的特殊性,為了使最終評價結(jié)果更為精確且符合實際,在確定指標(biāo)權(quán)重時,采取了專家意見方法。本次調(diào)查采取問卷方式,調(diào)查所涉及專家為新疆林科院及林業(yè)廳部分專家及職工，共發(fā)放問卷40份,運用算術(shù)平均值來綜合每一位專家打分意見,進行整理并建立判斷矩陣A。

即A={0.2，0.3，0.5}

3.3 評價等級的劃分

本研究將評價結(jié)果劃分為3個等級,按評語論域中的子集類數(shù),即評價等級為V={v1(高),v2(中),v3(低)}。根據(jù)原始試驗數(shù)據(jù)分布狀況,確定各項目指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 Waterboxx、漫灌、無灌溉3種方式效果專家評定指標(biāo)

3.4 模糊綜合評價過程

3.4.1 隸屬度矩陣R計算 本次共發(fā)放調(diào)查問卷40份,其中3份無效,達到代表性的要求。通過對調(diào)查結(jié)果的整理、統(tǒng)計,確定指標(biāo)隸屬度,從而得到單因素模糊評判矩陣。單因素模糊判斷矩陣如下：

3.4.2 評判矩陣B計算 評判矩陣B=AR,其中A為對應(yīng)層級的權(quán)重矩陣。計算出一級評判矩陣B1,B2,B3。具體計算過程如下:

=[0.726,0.027,0.05]

=[0.32,0.09,1.05]

=[0.08,0.15,1.55]

將B1、B2、B3歸一后可得：

B1=(0.90,0.04,0.06)

B2=(0.22,0.06,0.72)

B3=(0.04,0.09,0.87)

4 結(jié)論

通過采用模糊綜合評價方法進行綜合評價Waterboxx-灌溉系統(tǒng)、漫灌、無灌溉3種方式效果，Groasis Waterboxx-灌溉系統(tǒng)效果綜合評價值為0.90，結(jié)果表明了Waterboxx這一項高新技術(shù)值得應(yīng)用和推廣。每年流經(jīng)新疆上空的水汽可達6 114億m3，而只有10.4%轉(zhuǎn)化為雨雪降到地面，僅為全國平均降雨量的23%，原因是新疆年平均蒸發(fā)能力多數(shù)地區(qū)在1 000 mm以上，而晚上空氣中的凝結(jié)水被蒸發(fā)了。所以，采用Groasis Waterboxx這一項高新技術(shù)就能將新疆極少的雨水、露水、雪收集起來，在植物生長期通過毛細補水繩將水引導(dǎo)到植物的根部進行滴灌，來滿足植物正常生長，這就大大提高了新疆干旱半干旱地區(qū)的水資源利用率。

[1] 張慶華,白玉慧，倪紅珍.節(jié)水灌溉方式的優(yōu)化選擇[J].水利學(xué)報,2002，2(1): 47-51

[2] 劉勇，支玲，邢紅，等.基于模糊評價法的林業(yè)生態(tài)工程綜合效益后評價研究——以內(nèi)蒙古開魯縣三北工程為例[J].林業(yè)經(jīng)濟,2007(7):27-30

[3] 陳森，葉紹明，劉曉星.林業(yè)技術(shù)經(jīng)濟效果的評價方法[J].云南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計,2000(1):22-29

[4] 張會儒,何鵬,郎璞玫.基于AHP和Fuzzy的延慶縣森林資源綜合評價[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2011, 26(5): 179-184

[5] 陳昱杉.吉林省森工林區(qū)森林撫育綜合效益評價研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2011

Application of Different Irrigation Methods in Afforestation of Xinjiang Desert Region

Ren Wei1,2, Liu Maoxiu3,Dai Junfeng4

(1.College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830000 , China;2.Xinjiang Forestry School, Urumqi 830026,China;3.Institute of Afforestation and Sand Control, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830046, China;4.Sand Control Office of Forestry Department of Xinjiang, the Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830000,China)

In order to master comprehensively, objectively and accurately the application effect of afforestation of different irrigation methods and to provide theoretical basis for the application of afforestation technology,taking three kinds of treatments (Groasis Waterboxx-irrigation system, flood irrigation and non-irrigation) as the research object, based on the field investigation data, evaluation index system of different target was established.Afforestation effect of three kinds of irrigation treatments (Groasis Waterboxx- irrigation system, flood irrigation and non-irrigation) were calculated by using fuzzy comprehensive evaluation method.Result shows that: comprehensive evaluation value of effect for Groasis Waterboxx-irrigation system is 0.90，the application prospect of high-tech (Waterboxx) is optimal, worthy of promotion.

irrigation treatments;effect of afforestation;Fuzzy mathematics;comprehensive evaluation

1005-5215(2015)01-0001-03

2014-11-02

任偉(1974-)，男，新疆石河子人，碩士，講師，主要從事森林培育教學(xué)工作.

S728.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.001