林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型的建立與應(yīng)用

林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型的建立與應(yīng)用

歐建德

(明溪縣林業(yè)局，福建 明溪 365200)

摘要：通過查閱相關(guān)研究資料，根據(jù)林下更新層生境特點(diǎn)，結(jié)合專家意見，采用層次分析法建立了7個(gè)生境因子的評價(jià)指標(biāo)體系，并建立了判斷矩陣，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，確定了7個(gè)生境因子的權(quán)重。應(yīng)用AHP-模糊綜合評價(jià)法，建立3級評分標(biāo)準(zhǔn)和生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)的林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型，并利用該評價(jià)模型對林下閩楠更新層生境進(jìn)行客觀全面評價(jià)與分析，驗(yàn)證模型的應(yīng)用。結(jié)果表明:應(yīng)用該評價(jià)模型評價(jià)林下閩楠更新層生境質(zhì)量，評價(jià)精度高，操作簡便，為林下更新層開發(fā)利用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：林下更新層；生境質(zhì)量；評價(jià)模型；AHP；生境因子；閩楠

中圖分類號：S792.24

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-1914(2015)02-0073-06

Abstract:According to habitat characteristics of Phoebe bournei regeneration layer and suggestions from experts, a habitat quality evaluation model was established for 7 habitat factors based on analytic hierarchy process. With the judgment matrix and uniform examination, the 7 habitat factors weight were determined in this model. The evaluation models of scoring criteria with 3 rating and grading standard of understory P.bournei regeneration layer habitat quality evaluation model were established using AHP-fuzzy method.A overall evaluation on the habitat quality of understory P.bournei regeneration layer was made and the results showed that the model can provided some precision basis of theory for the application of development and utilization of forest regeneration layer.

Keywords:understory regeneration layer;habitat quality；evaluation model；AHP；habitat factor；Phoebe bournei；

收稿日期：2014-10-09

基金項(xiàng)目：福建省財(cái)政廳林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項(xiàng)資金(20130206)資助.

作者簡介：朱勇(1965—)，男，高級工程師。研究方向：竹類研究。Email：vovot@live.cn。

doi:10.11929/j.issn.2095-1914.2015.02.013

Establishment and Application of Habitat Quality Evaluation

Model for UnderstoryPhoebebourneiRegeneration Layer

OU Jian-de

(Mingxi Forestry Bureau,Mingxi Fujian 365200, China)

隨著人們對復(fù)層林經(jīng)營的認(rèn)識提升，林下更新層培育被廣泛應(yīng)用于低質(zhì)低效生態(tài)公益林和人工針葉純林的改建。更新層生境質(zhì)量作為衡量林下造林更新適宜程度和利用價(jià)值的指標(biāo)，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到更新層培育的成效。更新層生境質(zhì)量評價(jià)是對更新層立地質(zhì)量和潛在生產(chǎn)力的評判及預(yù)測，是復(fù)層林經(jīng)營的基礎(chǔ)，可為林下更新以及經(jīng)營管理決策提供技術(shù)支持。如何科學(xué)、系統(tǒng)、客觀地評價(jià)林下更新層生境質(zhì)量成為關(guān)鍵所在。當(dāng)前在生境質(zhì)量方面的研究有報(bào)道[1-2]，但有關(guān)林下更新層生境質(zhì)量評價(jià)方面的研究較少。因此本項(xiàng)研究應(yīng)用AHP方法，根據(jù)林下更新層的生境特點(diǎn)， 建立林下更新層質(zhì)量評價(jià)體系及模型。采用AHP-模糊綜合評價(jià)法，建立簡便的林下閩楠(Phoebebournei)更新層生境質(zhì)量數(shù)學(xué)模型，為林下閩楠更新層培育提供科學(xué)依據(jù)。

1評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1總體框架

1.1.1目標(biāo)層以林下更新層的生境質(zhì)量評價(jià)為最終目標(biāo)。

1.1.2策略層影響植物生長的生活因素主要有光照、水分和養(yǎng)分[3]，選擇光照、水分和養(yǎng)分作為本評價(jià)模型中的策略層(第二層)，林下生境因子是通過影響與改變光照、水分和養(yǎng)分情況對林下更新層植物產(chǎn)生作用，只有了解光照、水分和養(yǎng)分3個(gè)生活因素的作用規(guī)律與效果，才能實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)(目標(biāo)層)。

1.1.3措施層(生境因子層)生境因子選擇方面，堅(jiān)持能基本反映生境質(zhì)量這一基本原則的前提下，盡量減少指標(biāo)的數(shù)目，指標(biāo)之間相互獨(dú)立，避免指標(biāo)之間互相重復(fù)、包含及大同小異[4]；根據(jù)文獻(xiàn)資料研究成果[5-18]，選擇對光照、水分、養(yǎng)分產(chǎn)生明顯影響的林冠層因素、地形因素及土壤因素。 結(jié)合專家的意見，林冠層因素著重選取林冠層郁閉度;地形因素選取坡位、坡向、坡形3個(gè)因子；土壤因素選取選取土層厚度、土壤質(zhì)地及腐殖質(zhì)層厚度3個(gè)因子，共選擇林冠層郁閉度、坡向、坡位、坡形、土層厚度、土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)層厚度7個(gè)主要生境因子作為措施層(第三層)。

根據(jù)以上分析，建立林下人工更新層生境評價(jià)體系，見表1。

表1　林下更新層生境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系表

2運(yùn)用AHP法確定生境因子指標(biāo)權(quán)重與排序

2.1分層次構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)前人研究的成果[5-17]，結(jié)合專家的意見，構(gòu)建各層次的判斷矩陣(表2～5)。本次征詢專家20人，采用9分制評分方法對各層次各要素評分[3-4]。

表2　判斷矩陣 A- B及其因子權(quán)重

由表2可知，影響林下更新層的主要生活因素的影響程度由大到小依次為光照、養(yǎng)分和水分。在林下人工更新層培育過程中，對許多樹種而言，光輻射是影響樹木生長的主要原因[15-16]。許多研究成果表明[3-4，17]，光照是決定林下更新層植物的生長情況，是影響生境質(zhì)量的決定性因素。養(yǎng)分是決定更新層林下生長好壞的主要因素，林冠下更新層的水分條件相對較充足，水分條件是林下更新層一般性因素。

表3　判斷矩陣 B1-C及其因子權(quán)重

由表3可知，對林下更新層光照的影響程度由大到小依次為C1>C2=C3>C4>C5=C6=C7。林冠層郁閉度的大小直接決定到達(dá)林下更新層的光照情況與條件[3-4，6，12，14-15]；不同的坡向、坡位的日照時(shí)間、太陽光的入射角度亦存在差異，從而導(dǎo)致林下的光照時(shí)數(shù)與日照強(qiáng)度變化，兩者之間的影響程度相當(dāng)[3]；坡形的不同影響著太陽的入射角度，存在著日照強(qiáng)度的差異[17]。土層厚度、土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)層厚度對于改變林下更新層土壤的溫度與光照有著一定作用，三者之間的影響程度可認(rèn)為相當(dāng)。

表4　判斷矩陣 B2-C及其因子權(quán)重

由表4可知，對林下更新層水分條件的影響程度由大到小依次為C7>C3>C4>C1=C2>C5=C6。土壤枯枝落葉層厚度影響地表徑流的流量和流速，改變土壤水分的蒸發(fā)量，從而對保持土壤的水分狀況產(chǎn)生主要影響。坡位對土壤水分條件有著明顯影響，坡位從上坡、中坡到下坡，土壤水分逐漸增加[3]。坡形決定著匯水與排水作用，凸的外排性強(qiáng)，凹的匯水弱，平直形介于兩者之間，地表徑流和水分在土壤中滲透的速度與坡形有直接關(guān)系[18]。坡向與林冠層郁閉度，通過影響植物與更新層土壤的光照，改變土壤及植物的蒸騰作用，進(jìn)而對更新層水分條件產(chǎn)生影響，兩者作用相當(dāng)。土壤質(zhì)地與土層厚度，通過影響水分的滲入和涵養(yǎng)作用，對更新層水分因素產(chǎn)生影響，兩者作用相當(dāng)。

表5　判斷矩陣 B3-C及其因子權(quán)重

由表5可知，對林下更新層養(yǎng)分條件的影響程度由大到小依次為C7>C5>C6>C3>C4>C1=C2。土壤枯枝落葉層富含有機(jī)質(zhì)，是林木營養(yǎng)的主要貯存庫，直接影響更新層養(yǎng)分供給，是養(yǎng)分的主要影響因子；土層厚度對更新層養(yǎng)分影響僅次于腐殖質(zhì)層厚度；土壤質(zhì)地對更新層的養(yǎng)分影響排名第三。坡位效應(yīng)是由于長期的降水和地表徑流作用，通過改變更新層土壤腐殖質(zhì)層厚度、土層厚度和土壤質(zhì)地而產(chǎn)生影響[3]。坡形不同會造成排水差異，影響地表徑流和水分在土壤中的滲透速率，進(jìn)而影響水溶液礦質(zhì)元素的輸出和有機(jī)質(zhì)的積累。林冠層郁閉度和坡向通過對林地光照條件的影響，改變林地土壤的溫度，影響土壤生物活性及其對凋落物的分解速度，改變林地土壤養(yǎng)分的動態(tài)平衡[3]，進(jìn)而對更新層土壤肥力產(chǎn)生影響，兩者作用相當(dāng)。

2.2生境因子的綜合排序及權(quán)重

通過對生境因子綜合排序的一致性檢驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)計(jì)算綜合排序的C.I.=0.024008，R.I.= 1.32，C.R.=0.018188<0.1，說明綜合排序滿足一致性檢驗(yàn)。

對層次單排序進(jìn)行加權(quán)組合，得出主要生境因子的權(quán)重值，結(jié)果見表6。

由表6可知，影響林下更新層生境質(zhì)量的因子，按其重要性排序分別為林冠層郁閉度>腐殖質(zhì)層厚度>坡位>坡向>坡形>土層厚度>土壤質(zhì)地。這與林冠下進(jìn)行閩楠林人工更新層生境選擇中，首先要求林冠層郁閉度合理、腐殖質(zhì)層深厚以及中、下坡的研究結(jié)果相吻合。

表6　生境因子權(quán)重集

3閩楠林下更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型的建立

閩楠作為林下更新層培育的優(yōu)良樹種之一[5-6，12，19]，林下更新層培育方式作為閩楠資源培育的重要渠道之一，建立林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型顯得十分必要和意義重大。在已構(gòu)建的更新層生境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系中，確定了生境因子的權(quán)重集，初步建成林下更新層生境因子的評價(jià)模型。

但因不同更新層樹種間對光照、養(yǎng)分、水分的需求存在差異，無法統(tǒng)一生境因子的具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為增加模型的實(shí)用、簡便易操作，有必要根據(jù)閩楠的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，經(jīng)專家咨詢，通過模糊綜合評判，進(jìn)行生境因子定量化處理，劃分因子等級[4]， 并明確生境質(zhì)量評級標(biāo)準(zhǔn)。

3.1建立生境因子的等級標(biāo)準(zhǔn)

閩楠是常綠闊葉樹種，屬中性樹種，但幼齡較喜蔭。閩楠喜肥喜濕，要求土層深厚、肥沃、濕潤、排水良好的土壤，腐殖質(zhì)含量高。輕、中壤的粘、砂粒比例基本均勻，大小空隙比例適宜，通氣透水性和持水能力較理想，具有一定的養(yǎng)分和保肥能力的立地條件[18]，能滿足閩楠的生長要求，效果最佳;砂、重壤次之;粘土、砂土較差。坡形凹形的生境也有利于閩楠的生長。眾多研究結(jié)論認(rèn)為[5-6，12]，在促進(jìn)閩楠生長方面，林冠層郁閉度優(yōu)劣排序表現(xiàn)為0.4～0.6>0.2～0.4>0.6～0.8，坡位優(yōu)劣排序表現(xiàn)為下坡>中坡>上坡，坡向優(yōu)劣排序表現(xiàn)為半陰坡、半陽坡>陽坡>陰坡。按照3級評分法，將生境因子評價(jià)等級分為好、中、差3個(gè)等級，分別得分3分、2分、1分。根據(jù)閩楠的生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特性，以及相關(guān)的研究成果[3，5-6，12，18]，通過專家訪問，建立各評價(jià)因子的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表7。

表7　林下閩楠更新層生境因子等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表7(續(xù))

3.2綜合評價(jià)值計(jì)算與生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

明確評價(jià)生境因子的權(quán)重(表6)后，林下更新層生境因子根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)表(表7)，確定其水平值[9]，可依據(jù)公式1，計(jì)算其綜合評價(jià)值。

S=∑UiWi (i =1，2，3，…，n)

(1)

式中：S表示綜合評價(jià)值；Ui表示某生境因子的權(quán)重值；Wi表示生境因子的得分值。

參照其他研究方法[4]，生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)按照綜合評價(jià)值為理想值的100%～80%、80%～60%、60%～40%、<40%劃分為理想、適宜、較適宜與不適宜4個(gè)等級。理想等級適宜林下更新層培育，綜合評價(jià)值≥2.4分；適宜等級可以進(jìn)行林下更新層培育，綜合評價(jià)值介于1.8～2.4分之間；較適宜等級需進(jìn)行因子調(diào)整或提高經(jīng)營水平，才適合林下更新層的培育，綜合評價(jià)值介于1.2～1.8分之間；不適宜等級，表示生境質(zhì)量差，不宜進(jìn)行林下更新層的培育，綜合評價(jià)值≤1.2分。

4林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

對擬進(jìn)行林下閩楠更新層培育的福建明溪3個(gè)地塊，進(jìn)行地塊生境質(zhì)量評價(jià)。不同地塊的林下生境因子情況調(diào)查結(jié)果見表8。

表8　明溪閩楠更新層培育生境因子及綜合評價(jià)結(jié)果

首先對照生境因子評分標(biāo)準(zhǔn)(表7)，進(jìn)行生境因子評分;根據(jù)(表6)的生境因子的權(quán)重，按公式1分別計(jì)算出地塊綜合評價(jià)值，按照等級標(biāo)準(zhǔn)給出相應(yīng)等級，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列表8。由表8可知，地塊1的綜合評價(jià)值為1.447983，為較適宜等級，進(jìn)行林下閩楠更新層培育應(yīng)先進(jìn)行林冠層郁閉度作業(yè)，調(diào)整生態(tài)因子;地塊2的綜合評價(jià)值為2.233669，為適宜等級，可以進(jìn)行林下人工閩楠更新層培育作業(yè);地塊3的綜合評價(jià)值為2.577987，為理想等級，是林下人工閩楠更新層培育作業(yè)理想?yún)^(qū)。

5結(jié)語

通過專家咨詢法，構(gòu)建了涵蓋林冠層郁閉度、坡位、坡向、坡形、土層厚度、土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)層厚度7個(gè)主要生境因子的林下更新層生境質(zhì)量評價(jià)體系，應(yīng)用層次分析法確定生境因子權(quán)重，形成了完整的林下更新層生境質(zhì)量評價(jià)模型。林下生境因子，按其重要性排序依次為林冠層郁閉度>腐殖質(zhì)層厚度>坡位>坡向>坡形>土層厚度>土壤質(zhì)地。這與林下更新層生境選擇中，首先要求林冠層郁閉度合理、腐殖質(zhì)層深厚以及位于中、下坡的研究結(jié)果相吻合。

利用AHP-模糊綜合評判方法，進(jìn)行閩楠更新層生境因子的定量化處理，明確生境因子等級劃分與生境質(zhì)量評級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了林下閩楠更新層生境質(zhì)量評價(jià)數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用，驗(yàn)證模型的精確性和可操作性。結(jié)果表明，該模型操作簡便，精度高，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可供林下人工閩楠更新層培育作參考。

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(責(zé)任編輯韓明躍)