山西省疏林地主要樹種生態(tài)功能評價(jià)

郝芳華，葛寒英

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801;2.山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

山西省疏林地主要樹種生態(tài)功能評價(jià)

郝芳華1，葛寒英2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801;2.山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

筆者主要對山西省疏林地主要樹種油松、刺槐、落葉松和側(cè)柏進(jìn)行生態(tài)功能評價(jià)。首先采用專家咨詢打分方法對影響生態(tài)功能的生態(tài)因子進(jìn)行選取和劃分，然后運(yùn)用層次分析法分析生態(tài)因子的權(quán)重，并根據(jù)K= 1/∑WiXi求出疏林地主要樹種的平均生態(tài)功能指數(shù)，最后對其樹種的生態(tài)功能進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果得出，油松、落葉松、側(cè)柏和刺槐的平均生態(tài)功能指數(shù)分別為0.628 5，0.583 7，0.438 5，0.436 9.表明油松和落葉松的生態(tài)功能相對較好，而側(cè)柏和刺槐的生態(tài)功能相對較低。

山西省;疏林地;主要樹種;專家咨詢打分方法;生態(tài)功能指數(shù);層次分析法

林地是一種資源、一種環(huán)境，更是我們賴以生存的依托。只有嚴(yán)格保護(hù)和管理好林地，才能使林業(yè)持續(xù)和健康地發(fā)展。疏林地是指附著有喬木樹種，郁閉度在0.10～0.19之間的林地。山西省現(xiàn)有疏林地18×104hm2，主要樹種為油松、落葉松、側(cè)柏和刺槐。疏林地是林地的一種類型，對疏林地樹種進(jìn)行生態(tài)功能評價(jià)，可使疏林地結(jié)構(gòu)優(yōu)化，資源質(zhì)量得到改善，提高了其社會、經(jīng)濟(jì)等綜合效益。

1 數(shù)據(jù)來源與評價(jià)方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1.1 數(shù)據(jù)來源

將山西省2010年林地資源清查本底數(shù)據(jù)和現(xiàn)地典型標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查相結(jié)合，設(shè)置油松、落葉松、刺槐和側(cè)柏疏林地標(biāo)準(zhǔn)地共58塊，調(diào)查各標(biāo)準(zhǔn)地林分的平均胸徑、平均樹高、林木蓄積、植被總覆蓋、坡度、坡向、土層厚度等數(shù)據(jù)。

1.1.2 分析方法

采用層次分析法和數(shù)學(xué)建模建立矩陣的方法分析數(shù)據(jù)，用和積法來判斷矩陣的最大特征根和特征向量。

1.2 評價(jià)因子選取

通過咨詢專家、專家評審，選定反應(yīng)疏林地生態(tài)功能的評價(jià)因子有林木蓄積、自然度、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、植被總覆蓋、平均樹高、枯枝落葉厚度、立地類型等8項(xiàng)因子。筆者以這8類因子綜合評定疏林地結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能。

1.3 評價(jià)因子劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 群落結(jié)構(gòu)劃分

群落結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)見表1.

表1 群落結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)

1.3.2 枯枝落葉層的厚度等級劃分

枯枝落葉層厚度等級劃分及其參數(shù)見表2.

表2 枯枝落葉層厚度等級及其參數(shù)

1.3.3 立地類型劃分

立地類型劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)見表3.

表3 立地類型劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)

土層平均厚度≤30 cm的為薄土層，30 cm～60 cm的為中土層，≥60 cm的為厚土層。

坡度≤15°的為平緩坡，16°～35°的為斜陡坡，≥35°的為急險(xiǎn)坡。

陰坡的坡向?yàn)楸?、東北，半陰坡的坡向?yàn)闁|、西北，半陽坡的坡向?yàn)闁|南、西，陽坡的坡向?yàn)槟?、西南?/p>

1.3.4 自然度劃分

自然度劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)見表4.

表4 自然度劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)

1.3.5 樹種結(jié)構(gòu)劃分

樹種結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)見表5.

表5 樹種結(jié)構(gòu)劃分標(biāo)準(zhǔn)及其參數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 評價(jià)因子分值處理

疏林地生態(tài)功能評價(jià)因子類型劃分標(biāo)準(zhǔn)及得分值見表6.

表6 疏林地生態(tài)功能評價(jià)因子類型劃分標(biāo)準(zhǔn)及得分值

2.2 評價(jià)因子權(quán)重確定

2.2.1 層次分析法

層次分析法是指將一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)(或準(zhǔn)則、約束)的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序(權(quán)數(shù))和總排序，以作為目標(biāo)(多指標(biāo))、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。該方法是美國運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初，在為美國國防部研究根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配課題時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析法。

2.2.2 權(quán)重確定結(jié)果及檢驗(yàn)

Yaahp軟件是層次分析法測權(quán)重的一種工具，通過yaahp軟件，對生態(tài)功能評價(jià)中的目標(biāo)層、中間層、決策層進(jìn)行確定。將評價(jià)因子作為中間層對其進(jìn)行重要程度相互比較，用數(shù)字1，3，5，7，9作為行因子與列因子相比，同等重要、稍微重要、比較重要、十分重要、絕對重要的標(biāo)度;2，4，6，8介于上面幾種類型的中間，從而進(jìn)一步求出各評價(jià)因子的權(quán)重，具體情況見表7.

表7 各評價(jià)因子間的比較及其權(quán)重

2.3 未知參數(shù)λmax及其一致性檢驗(yàn)CR的求解方法

2.3.1 未知參數(shù)λmax的求解方法

層次分析法的基本計(jì)算問題是如何計(jì)算判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，即求解AW=λmaxW中的λmax及其對應(yīng)的W，A為判斷矩陣。常用的計(jì)算方法有冪法、方根法、和積法3種。筆者采用和積法，主要步驟如下:

1)構(gòu)造兩兩判斷矩陣。它滿足以下性質(zhì):

2)將判斷矩陣每一列正規(guī)化。

正規(guī)后的矩陣為:

3)每一列經(jīng)正規(guī)后的判斷矩陣按行相加，

為所求的特征向量。

上述表7中各因子的權(quán)重就是以上所求特征向量W中的各元素得來的。

5)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根

式中:(AW)i——向量AW的第i個元素。

2.3.2 一致性檢驗(yàn)

式中: n——矩陣階數(shù);

λi——特征值;

λmax——最大特征值。

為了修訂CI，引進(jìn)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，判斷矩陣RI的值見表8.

表8 判斷矩陣RI值

從表8知，矩陣階數(shù)為8，RI為1.41，則一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為:

一般認(rèn)為CR＜0.1滿足一致性檢驗(yàn);CR＞0.1時(shí)認(rèn)為不符合一致性要求，需要對該判斷矩陣重新進(jìn)行修正。

所以，上述判斷矩陣A的最大特征根為λmax=8.782 8，CI=0.111 8，一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為CR=0.079 3＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

2.4 生態(tài)功能評價(jià)與分析

疏林地生態(tài)功能可以通過生態(tài)指數(shù)來反映，評定疏林地樹種的生態(tài)功能時(shí)，先按下式計(jì)算綜合得分:

式中:Wi——各評價(jià)因子的權(quán)重;

Xi——第i項(xiàng)評級因子的類型得分值。

另外，將綜合得分值的倒數(shù)定義為林地生態(tài)功能指數(shù):K=1/∑WiXi，并以此作為評定疏林地生態(tài)功能的定量指標(biāo)。該指數(shù)值小于等于1，數(shù)值越大，表明林地生態(tài)功能越好。

按樹種來評價(jià)，油松的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.628 5，落葉松的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.583 7，側(cè)柏的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.438 5，刺槐的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.436 9.

3 結(jié)論

1)林木蓄積、自然度、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、植被總覆蓋、平均樹高、枯枝落葉厚度、立地類型8項(xiàng)因子的權(quán)重分別為 0.182 7，0.277 5，0.158 8，0.181 2，0.057 7，0.065 1，0.026 4和0.050 5.

2)山西省疏林地的生態(tài)功能按林種來評價(jià)，油松的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.628 5，落葉松的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.583 7，側(cè)柏的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.438 5，刺槐的平均生態(tài)功能指數(shù)為0.436 9.

3)油松和落葉松的生態(tài)功能指數(shù)相對比較高，生態(tài)功能較好。側(cè)柏和刺槐的生態(tài)功能指數(shù)相對較低，生態(tài)功能較差。

4)分析結(jié)果基本反映了山西省疏林地現(xiàn)狀，油松和落葉松疏林地主要分布于國有林區(qū)，立地條件和林分條件相對較好。對于這類疏林地應(yīng)通過封山育林或人工促進(jìn)天然更新，使其盡快轉(zhuǎn)為有林地。側(cè)柏和刺槐疏林地主要分布在立地條件差、干旱和半干旱的土石山區(qū)和黃土丘陵區(qū)，大部分分布在坡度較大的陽坡上，主要是水土保持和水源涵養(yǎng)林。經(jīng)營管理上不宜進(jìn)行補(bǔ)植補(bǔ)種，宜封山育林，嚴(yán)禁任何人為破壞。

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Ecological Function Evaluation of Main Tree Species in Open Forest Land in Shanxi Province

Hao Fanghua1，Ge Hanying2
(1.Forestry College，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China;2.Shanxi Academy of Forestry Sciences，Taiyuan 030012，China)

This paper mainly evaluated the ecological function of the main tree species in open forest land in Shanxi province，such as Pinus tabulaeformis，Robinia pseudoacacia，Larix gmelinii and Platycladus orientalis.First，the ecological factors which influenced the ecological functions were selected and divided through expert scoring method.Then using AHP the weight of ecological factors was analyzed and calculated the average index of ecological function of main tree species in open forest land according to the K=1/∑WiXi.Finally，the ecological function of the tree species was evaluated.The results were as follows，the average index of ecological function of Pinus tabulaeformis，Larix gmelinii，Platycladus orientalis and Robinia pseudoacacia were respectively 0.628 5，0.583 7，0.438 5，0.436 9，which showed that the ecological function of Pinus tabulaeformis and Larix gmelinii were relatively good and the ecological function of Platycladus orientalis and Robinia pseudoacacia were relatively low.

Shanxi province;Open forest land;Main tree species;Expert scoring method;Index of ecological function;AHP

S727

A

1007-726X(2015)03-0010-05

2015-06-09

山西省林業(yè)廳科技創(chuàng)新項(xiàng)目:“山西省疏林地空間分布格局及提質(zhì)增效技術(shù)研究”

郝芳華(1989— )，女，山西臨汾人，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生。