基于ISM的國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)評價指標體系研究

黃穎利,喬振華,鄒為濤,秦會艷,*,張祥華

1 東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院, 哈爾濱 150040

2 東北林業(yè)大學(xué)信息與計算機工程學(xué)院, 哈爾濱 150040

隨著2017年《建立國家公園體制總體方案》以及2019年《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導(dǎo)意見》兩份文件的發(fā)布,我國自然保護地體系建設(shè)進入統(tǒng)一規(guī)范高效的新模式。國家森林公園作為自然保護地體系的重要組成部分之一,是指以保護自然為主,同時具有生態(tài)、觀賞、文化和科學(xué)價值,可持續(xù)利用的區(qū)域,是生態(tài)福利供給的主要載體之一。建立和開放國家森林公園是平衡經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)保護,滿足我國人民日益增長的美好生活需要的重要途徑。

自1997年Costanza[1]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本價值的評估以及2005年千年生態(tài)系統(tǒng)評估(Millennium Assessment,MA)[2]發(fā)表之后,生態(tài)環(huán)境指標納入福利評價系統(tǒng),即生態(tài)系統(tǒng)可以為人類提供直接或間接的收益,包括文化服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)以及支持服務(wù)[3- 5]。隨著研究深入,“生態(tài)福利”發(fā)展成為了代表生態(tài)環(huán)境與人類福利水平關(guān)系的獨立概念,我國學(xué)者鄧禾、劉茜等[6- 7]認為生態(tài)福利是政府向居民提供的一種新型社會公共福利,是生態(tài)化的社會福利?；诂F(xiàn)有理論,本文認為“生態(tài)福利”反映了生態(tài)環(huán)境對人類福利水平的作用,因此將其定義為良好生態(tài)環(huán)境帶給人和經(jīng)濟社會的一切物質(zhì)及非物質(zhì)、直接及間接的惠益。

現(xiàn)階段,我國人民對生態(tài)福利的需求不斷增長[6- 7],因此對生態(tài)福利供給提出了較高的要求。包括國家森林公園在內(nèi)的良好生態(tài)環(huán)境肩負著提供高水平生態(tài)福利的功能,學(xué)者們已經(jīng)從生態(tài)[8- 9]、游憩康養(yǎng)[10-12]、文化[13-15]、資金應(yīng)用[16]、經(jīng)濟效益[17-18]等方面對國家森林公園進行了廣泛研究,為國家森林公園的建設(shè)和發(fā)展提供了可借鑒的研究成果。國家森林公園已經(jīng)與人類經(jīng)濟社會共同形成互有影響、互有反饋的系統(tǒng),需要對國家森林公園的綜合效益進行系統(tǒng)的研究。生態(tài)福利的供給是國家森林公園綜合效益或功能的體現(xiàn),因此系統(tǒng)研究國家森林公園的生態(tài)福利供給具有科學(xué)意義和實踐價值。黑龍江省森林覆被率居全國前列,原始生態(tài)群落等自然資源非常豐富,肩負著保障國家生態(tài)安全的重任,具有提供高質(zhì)量生態(tài)福利的優(yōu)勢。本文統(tǒng)合生態(tài)福利與國家森林公園的研究,利用系統(tǒng)學(xué)理論以黑龍江省為例構(gòu)建了微系統(tǒng)、中系統(tǒng)、外系統(tǒng)為主的國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng),并采用解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)對該指標體系的層次結(jié)構(gòu)進行了分析。該指標體系的構(gòu)建,是研究國家森林公園生態(tài)福利供給的基礎(chǔ),以期為我國國家森林公園生態(tài)福利供給的研究提供堅實的基礎(chǔ)和科學(xué)的依據(jù),并為我國自然保護地體系的建設(shè)提供思路。

1 研究方法

1.1 理論框架

系統(tǒng)是相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成、具有特定功能的有機整體[19],記為：

S=〈E,R〉

(1)

式中,E為系統(tǒng)S中所有元素構(gòu)成的集合,R為系統(tǒng)S中所有關(guān)系的集合[20]。國家森林公園是一個開放的復(fù)雜系統(tǒng),與外界有著信息、物質(zhì)、能量的交換。系統(tǒng)存在一定的結(jié)構(gòu)層次,每一層次稱為子系統(tǒng)。個人(微系統(tǒng))指與國家森林公園有聯(lián)系的個人,可以是國家森林公園的工作人員也可以是來此游憩休閑的居民；中系統(tǒng)是影響個人的因素如就業(yè)、收入、健康以及文化；外系統(tǒng)是決定中系統(tǒng)的環(huán)境,即制度環(huán)境、物質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、文化環(huán)境；宏觀上,物質(zhì)、信息和能量是包含一切的宏系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部一切元素(E)和關(guān)系(S)都是共生的,關(guān)聯(lián)復(fù)雜密切,相互促進或制約,共同構(gòu)成整體并進行運作。內(nèi)在元素和關(guān)系與外界環(huán)境在經(jīng)歷物質(zhì)、能量、信息的交換之后,從無序混亂走向有序,保持適應(yīng)狀態(tài)并達到最適合發(fā)展的理想狀態(tài)(如圖1)。

圖1 國家森林公園復(fù)合系統(tǒng)示意圖

1.2 解釋結(jié)構(gòu)模型

解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)應(yīng)用十分廣泛,胡俊鋒等[21]利用ISM對區(qū)域綜合減災(zāi)能力評價指標體系進行分析,胡乃娟[22]采用Logistic-ISM分析了農(nóng)戶在稻麥輪作農(nóng)田施用有機肥的影響因素及其層次結(jié)構(gòu)。ISM原理是通過數(shù)學(xué)方法計算復(fù)雜系統(tǒng)中各要素之間的邏輯關(guān)系,創(chuàng)建由節(jié)點和有向邊組成的結(jié)構(gòu)模型,描述系統(tǒng)內(nèi)部的遞階層次和因果關(guān)系[21],把模糊雜亂的要素關(guān)系轉(zhuǎn)化為通透直觀的具有良好結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型。鑒于解釋結(jié)構(gòu)模型廣泛適用性和分析內(nèi)部要素的有效性,本文采用ISM分析國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)內(nèi)部要素以理解該系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性。具體分析過程如下：一般的,系統(tǒng)S共有n個要素：

S={ei|i=1,2,……,n}

(2)

(3)

求解可達矩陣：ei與ej之間存在傳遞的關(guān)系,若在有向圖上存在由節(jié)點i到節(jié)點j的有向通路時,則認為ej到ei是可達的,定義：

(4)

可達矩陣可由鄰接矩陣加上單位矩陣進行邏輯運算得出,公式為：M=(A+I)∪(A+I)2∪…∪(A+I)n且M滿足M=A2r=A2(r+1)≠A2(r-1),r≤n。

(5)

根據(jù)可達矩陣給出先行集和可達集：

先行集：

A(ei)={ej|ej∈S,mji=1}

(6)

可達集：

R(ei)={ej|ej∈S,mij=1}

(7)

進一步的,給出底層要素：B={ei|ei∈S且R(ei)∩A(ei)=A(ei)}

(8)

如果ei是底層元素,則先行集A(ei) 包含ei它本身及與有強連接的要素；可達集R(ei)包含它本身,與ei有強連接的要素和可從ei到達的要素。如果存在要素ej在ei的下層,ej只能包含在A(ei)中而不能包含在A(ei)∩R(ei) 中,即A(ei)≠A(ei)∩R(ei)。

2 國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)構(gòu)建——以黑龍江省為例

本文結(jié)合圖1以黑龍江省為例建立國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)指標體系,因為宏系統(tǒng)是代表物質(zhì)、能量以及信息交匯的虛系統(tǒng),本文指標體系設(shè)計僅取微系統(tǒng)(Micro system,S1)、中系統(tǒng)(Medium System,S2)和外系統(tǒng)(External systems,S3)三個子系統(tǒng),如表1所示。

表1 國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)指標體系

2.1 微系統(tǒng)指標

微系統(tǒng)代表了與國家森林公園有聯(lián)系的個人,國家森林公園通過健康、文化教育、收入以及就業(yè)為個人提供生態(tài)福利。

(1)健康：健康包括身體健康與心理健康。人在負氧離子豐富的森林環(huán)境中活動時會產(chǎn)生康養(yǎng)療愈的效果[23]。其次,森林中的視覺、聽覺以及觸覺感受給人以放松舒緩的感受,有利于緩解精神或心理上的緊繃和不適感,達到心理保健的作用[24]。

(2)文化教育：人們可以通過娛樂消遣、精神感悟、美學(xué)欣賞和提升認知等方式獲得非物質(zhì)惠益,即森林文化服務(wù)(ecosystem cultural services,ECS)[14]。森林旅游等活動會加強人與土地以及人與人之間的紐帶關(guān)系[14],即“社會關(guān)系”和“地方感”[15]。

(3)就業(yè)：建設(shè)和開放國家森林公園會創(chuàng)造大量的就業(yè)崗位,提高當?shù)氐木蜆I(yè)率。參考國家統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒,2016年黑龍江省森林公園從業(yè)職工人員7537人。

(4)收入：指的是國家森林公園的就業(yè)人員的收入情況,包括各個崗位職工的薪酬以及單位福利情況。

2.2 中系統(tǒng)指標

中系統(tǒng)代表的是能直接影響該區(qū)域居民以及游客的各方面外在因素。

(1)健康：公園中能夠影響居民及游客身體、心理健康的因素,包括能夠幫助人們得到消除疲勞和壓力等消極情緒的恢復(fù)性體驗的景觀[11]、游步道和人均綠地面積以及具有殺菌和預(yù)防疾病功能的負離子[23]。

(2)教育：國家森林公園在自然保護的前提下,應(yīng)該為民眾提供森林文化科普教育服務(wù)的機會[2]。影響國家森林公園提供科普教育的因素包括森林知識講解員、園內(nèi)植物多樣性、環(huán)境教育基地以及林業(yè)相關(guān)科研和教育投入水平[13]。

(3)就業(yè)：指國家森林公園在帶動周邊產(chǎn)業(yè)發(fā)展時為該區(qū)域居民帶來的就業(yè)機會。

(4)收入：指該區(qū)域因國家森林公園產(chǎn)生的收入,包括國家森林公園旅游收入等直接收入,以及帶動其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值等間接收益[25]。2016年黑龍江省森林公園直接帶動其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值410332萬元。

2.3 外系統(tǒng)指標

外系統(tǒng)是影響國家森林公園提供生態(tài)福利的整體環(huán)境。

(1)物質(zhì)環(huán)境：指國家森林公園提供生態(tài)福利的物質(zhì)條件,包括資金和設(shè)備。吸引投資情況包括國投和引資[16],基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)則包括床位總數(shù)、車船總數(shù)以及交通通達度[26],2016年黑龍江省國家森林公園共有車船總數(shù)3339臺/艘,床位總數(shù)72574張。

(2)文化環(huán)境：指社會對森林文化和知識的認同度。公眾對森林知識的了解程度、森林文化遺址資源、森林文化遺址影響力以及森林文化價值保護投資是具有代表性的指標[13],分別從民眾、資源、社會以及政府等方面展現(xiàn)了森林文化的社會影響力,是當下森林文化環(huán)境的重要體現(xiàn)。

(3)制度環(huán)境：指該區(qū)域輔助國家森林公園提供生態(tài)福利的制度支持。政府提供的制度環(huán)境是國家森林公園生態(tài)福利供給的重要影響因素。城市環(huán)境的好壞影響著國家森林公園的環(huán)境,因此環(huán)境的建設(shè)與保護投入、治理環(huán)境污染投入以及水土流失治理情況都是關(guān)系國家森林公園生態(tài)福利供給能力的重要因素。

(4)生態(tài)環(huán)境：指國家森林公園整體的生態(tài)狀況,生態(tài)環(huán)境是一切生態(tài)福利的基礎(chǔ)。生態(tài)效益的提高主要通過擴大森林的面積來實現(xiàn),其次凈化水質(zhì)、固碳釋氧、固土保肥以及保護生物多樣性是基本的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[2,27],保證了良好的生態(tài)環(huán)境。

3 模型應(yīng)用及結(jié)果分析

3.1 解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)應(yīng)用

將ISM 應(yīng)用于以黑龍江省為例建立的國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)中。在判斷矩陣A時參考相關(guān)文獻,如：1、在判斷影響(S01)身體健康因素時,森林中大量的負離子會對健康產(chǎn)生積極的作用[23],而人均公園綠地面積是體現(xiàn)這一康養(yǎng)環(huán)境質(zhì)量的因素,其次游步道在國家森林公園中發(fā)揮生活健身和日常休閑的基本功能[28]。結(jié)合本組內(nèi)專家的意見確定影響身體健康的因素包括：S09游步道總數(shù)、S10平均負離子濃度、S11人均公園綠地面積和S32固碳釋氧功能。2、在判斷S10負離子濃度的影響因素時,通過查閱文獻,影響負離子濃度的因素包括樹種類型(負離子濃度從高到低排序為:闊葉林>針闊葉混交林>針葉林)、天氣情況(負離子濃度雷雨天>晴天>陰天>霧霾天)以及人類活動(空氣負離子濃度與人流量車流量均呈負相關(guān))等[29],另外與氣溫、氧氣、濕度、降水量等氣象因子也存在一定相關(guān)性[30],確定本系統(tǒng)中影響負離子濃度的因素有：S11人均公園綠地面積、S14森林公園植物多樣性、S28環(huán)境污染治理投資占GDP比重、S30當年植樹造林面積、S31凈化水質(zhì)功能、S32固碳釋氧功能。

最終通過查閱文獻以及組內(nèi)專家多輪討論,確定了系統(tǒng)中各要素之間的關(guān)系,建立鄰接矩陣A。由于指標過多,矩陣A龐大,以指向圖的形式呈現(xiàn)如圖2。

3.2 模型結(jié)果

根據(jù)1.3中ISM的求解公式,對可達矩陣進行級位劃分,可將影響路徑分為5個層級：一級因素：L1 ={S01,S02,S04,S06,S20,S23,S25,S29};二級因素為：L2 ={S03,S05,S07,S08,S10,S12,S19,S24,S26,S33,S34}；三級因素：L3 ={S11,S13,S15,S17,S18,S21,S22,S28,S31,S32}；四級因素：L4 ={S09,S14,S16,S30}；五級因素：L5={S27}。如表2所示：

黑龍江省國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)內(nèi)部要素橫向主觀劃分為微系統(tǒng)、中系統(tǒng)以及外系統(tǒng)3個子系統(tǒng),縱向由ISM結(jié)果劃分為五級遞階結(jié)構(gòu),本文根據(jù)要素的橫縱向影響關(guān)系將五個層級再次劃分為表層因素、中層因素以及深層因素。其中,表層因素指一級因素{S01,S02,S04,S06,S20,S23,S25,S29},中層因素包括二級因素和三級因素,即{S03,S05,S07,S08,S10,S11,S12,S13,S15,S17,S18,S19,S21,S22,S24,S26,S28,S31,S32,S33,S34},深層原因包括四級因素和五級因素,即{S09,S14,S16,S27,S30}。根據(jù)該層次劃分,將矩陣A以指向圖形式呈現(xiàn)如圖2,表層要素、中層要素、深層要素節(jié)點(○)面積依次減小。

圖2 國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)內(nèi)部因素影響指向圖

3.3 結(jié)果分析

利用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)對國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)進行層次結(jié)構(gòu)的分析,主要得出如下結(jié)論：

3.3.1表層影響因素分析

國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)表層因素主要包括8個內(nèi)部要素,是影響國家森林公園生態(tài)福利供給的直接原因。S01身體健康和S02心理健康直接表征了居民及游客的身心健康狀態(tài)；S04地方感表征國家森林公園滿足人類與土地情感聯(lián)系的因素,可以直接被居民或游客感受；S06國家森林公園職工工資和S20森林公園帶動就業(yè)人數(shù)兩個指標直接反映了國家森林公園在提供該區(qū)域居民穩(wěn)定收入來源的貢獻；S23公眾對森林知識的了解程度和S25森林文化遺址影響力反映了國家森林公園通過文化教育實現(xiàn)生態(tài)福利供給；S29水土流失治理面積則衡量了該區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境的因素。8個表層影響因素均可以直接為居民或游客享受或感知,與福利供給有直接的聯(lián)系。

3.3.2中層影響因素分析

國家森林公園生態(tài)福利供給中層因素主要包括：微系統(tǒng){S03社會關(guān)系,S05源于森林的靈感所引發(fā)的文化活動或文藝作品數(shù)量,S07國家森林公園提供崗位},中系統(tǒng){S08恢復(fù)性自然景觀,S10平均負離子濃度,S11人均公園綠地面積,S12森林知識講解員,S13環(huán)境教育基地,S15森林所有者、林業(yè)從業(yè)者平均參與培訓(xùn)的天數(shù),S17森林公園旅游收入,S18帶動其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值,S19木材產(chǎn)值收入},外系統(tǒng){S21吸引投資情況,S22基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),S24森林文化遺址資源,S26森林文化價值保護投資,S28環(huán)境污染治理投資占GDP比重,S31凈化水質(zhì)功能,S32固碳釋氧功能,S33固土保肥功能,S34生物多樣性保護功能},共21個內(nèi)部因素。中層是“承下遞上”的中間層次,該層次的內(nèi)部因素受深層因素的影響,同時向上遞進影響表層因素。結(jié)合圖2可以看到影響路徑在中層因素交集匯聚,由深層向表層傳遞。

但是中層因素分為兩類,一類是人力不易控制因素,如S10負離子濃度、S31凈化水質(zhì)功能,S32固碳釋氧功能,S33固土保肥功能,S34生物多樣性保護功能等,因此需要對深層因素進行控制,達到控制中層影響因素的效果。另一類是可以人為直接控制的因素,如S07國家森林公園提供崗位、S11人均公園綠地面積、S12森林知識講解員等。中層作為可直接影響表層因素的存在,對可控制因素進行直接干預(yù)是提高生態(tài)福利供給的重要路徑之一,如：增加對森林所有者、林業(yè)從業(yè)者的培訓(xùn)(S15),提高職業(yè)素養(yǎng)以及職工森林文化知識的儲備,進而提高(S23)公眾對森林知識的了解程度(微系統(tǒng)),實現(xiàn)生態(tài)福利供給。

3.3.3深層影響因素分析

國家森林公園生態(tài)福利供給的深層因素包括：中系統(tǒng){S09游步道總數(shù),S14森林公園植物多樣性,S16林業(yè)相關(guān)科研和教育的投入},外系統(tǒng){S27環(huán)境建設(shè)與保護投入,S30當年植樹造林面積}。深層因素是根本影響因素,通過諸多路徑對國家森林公園生態(tài)福利供給產(chǎn)生重要作用,同時均是人為可控的。如增加S14森林公園內(nèi)部植物多樣性,既可以通過植物的多樣和獨特性增強游客和居民與土地的情感聯(lián)系,對表層因素S04地方感產(chǎn)生直接影響；又可以通過植物多樣性產(chǎn)生大量負離子,對中層因素S10負離子濃度產(chǎn)生影響,進而影響表層因素S01身體健康,從文化和健康兩個方面向游客及居民提供生態(tài)福利。路徑如下：

直接影響路徑：S14森林公園內(nèi)部植物多樣性(深層因素)→S04地方感(表層因素)

間接影響路徑：S14森林公園內(nèi)部植物多樣性(深層因素)→S10負離子濃度(中層因素)→S01身體健康(表層因素)

因此,鑒于深層因素的可控制性以及多路徑影響性,可以通過對深層因素的規(guī)劃和建設(shè)提供高質(zhì)量生態(tài)福利,滿足人們對生態(tài)產(chǎn)品多方位的需求。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文針對森林生態(tài)福利供給和國家森林公園綜合效益的研究空白,有效結(jié)合系統(tǒng)學(xué)理論,以黑龍江省為例構(gòu)建了國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng),以期豐富現(xiàn)有理論研究,并為我國自然保護事業(yè)提供研究基礎(chǔ)和建設(shè)思路。研究得出：(1)國家森林公園生態(tài)福利供給表層影響因素主要包括身體健康(S01),心理健康(S02),地方感(S04)等8個內(nèi)部要素；國家森林公園生態(tài)福利供給中層影響因素包括21個內(nèi)部因素；深層影響因素包括游步道總數(shù)(S09),森林公園植物多樣性(S14),林業(yè)相關(guān)科研和教育的投入(S16),環(huán)境建設(shè)與保護投入(S27),當年植樹造林面積(S30)五個內(nèi)部因素。(2)表層影響因素可以直接為民眾所享受或感知,是影響森林公園生態(tài)福利的直接原因。(3)中層影響因素可以直接作用于表層因素,對其中可人為控制的因素進行干預(yù)是提高生態(tài)福利供給的重要路徑之一。(4)深層影響因素可通過中層影響因素作用于表層,亦有部分可以直接作用于表層,具有多途徑影響性和可控性,對其進行規(guī)劃是國家森林公園提供高質(zhì)量生態(tài)福利的主要手段。

4.2 討論

國家森林公園是一個開放的復(fù)雜系統(tǒng),與人類經(jīng)濟社會通過物質(zhì)、能量與信息地交換形成互有影響、互相反饋的大系統(tǒng),將系統(tǒng)學(xué)理論應(yīng)用于國家森林公園生態(tài)福利供給研究中,提供了具有示范性和可參考的分析方法。此外解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)能夠很好的體現(xiàn)國家森林公園生態(tài)福利供給系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的作用關(guān)系,通透直觀的展示出福利供給的影響路徑。本文作為對國家森林公園生態(tài)福利供給的有益初步探索,在參考國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,盡可能全面的覆蓋生態(tài)福利供給指標,為國家森林公園生態(tài)福利供給提供了框架性的研究依據(jù)。生態(tài)福利的供給與需求在地域上是否相匹配,在對國家森林公園在微系統(tǒng)、中系統(tǒng)以及外系統(tǒng)的生態(tài)福利供給能力的實證研究時如何處理各個指標,三個系統(tǒng)的生態(tài)福利供給是否存在協(xié)同效應(yīng)等問題都有待后續(xù)研究。