李利

（濟源市林業(yè)局，河南濟源 459000）

愚公林場森林資源生態(tài)價值計量研究

李利

（濟源市林業(yè)局，河南濟源 459000）

森林資源是自然資源的重要組成部分，用科學(xué)的方法計算其生態(tài)價值有助于促進生態(tài)環(huán)境的平衡，是社會發(fā)展的必然要求。本文以愚公林場為例，用模糊數(shù)學(xué)模型計算了森林的生態(tài)價值，其結(jié)果對林業(yè)政策的制訂和建立生態(tài)補償機制有重要的指導(dǎo)意義。

愚公林場；模糊數(shù)學(xué)模型；水源涵養(yǎng)：土壤保育

森林是一個有林木和其他木本植被占優(yōu)勢并與景觀中的空氣、地球基質(zhì)相互作用的動態(tài)三維生態(tài)系統(tǒng)，不僅是一個林木或者木本植物群落，更是一個具有結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)[1]。森林不僅能積蓄雨水和冰雪融水，使其逐步釋放，而且對水具有過濾凈化的作用，一旦這些生態(tài)系統(tǒng)衰竭或遭到破壞，人類將不得不投入大量的資金興建水處理工廠、蓄水壩或其他調(diào)洪控洪工程，以彌補這些失去的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，所以，森林資源成為了目前環(huán)境問題的核心[2]。然而人們長期注重森林的經(jīng)濟價值，過度砍伐林木，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，所以對森林生態(tài)價值的研究就顯得尤為迫切。

森林生態(tài)價值系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它是多種因素相互影響、相互作用、相互耦合的系統(tǒng)。處理這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，運用常規(guī)的數(shù)學(xué)模型是難以達到目的的。森林生態(tài)價值系統(tǒng)是一個模糊系統(tǒng)，其很多影響因素都有很大的不確定性，是一模糊事件。森林生態(tài)價值系統(tǒng)是復(fù)雜且模糊的系統(tǒng)，它適宜于用模糊數(shù)學(xué)的方法進行處理。

本文引入模糊數(shù)學(xué)模型，計算了愚公林場的生態(tài)價值，研究成果可為市政府林業(yè)政策的制訂和建立相應(yīng)的生態(tài)補償機制提供依據(jù)。

1 模糊數(shù)學(xué)模型

森林生態(tài)價值模糊數(shù)學(xué)模型由價值評價模型和價值計算模型兩部分組成[3]，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 森林生態(tài)價值模糊數(shù)學(xué)模型示意圖

1.1 價值評價模型

森林生態(tài)價值評價模型可以用一個函數(shù)表示：

其中，V為森林生態(tài)價值；Xl，X2，X3，…，Xn分別為影響森林生態(tài)價值的因素，例如涵養(yǎng)水源、保育土壤、凈化廢氣、森林滯塵[4]等。下面對模型進行具體闡述。

將構(gòu)成森林生態(tài)價值的各因素設(shè)為論域U，其中：U={X1，X2，X3，…，Xn}，設(shè)W為評價向量，W={高，偏高，一般，偏低，低}，森林生態(tài)價值的綜合評價可以用下式表示：

式中，V為森林生態(tài)價值的綜合評價值；A為X1，X2，X3，…，Xn各因素評價的權(quán)重值；o為模糊矩陣的復(fù)合運算符號，一般為取算子“∧”或“∨”；R為單因素X1，X2，X3，…，Xn評判矩陣所組成的綜合評價矩陣，可表示為：

式中：Rnj（n=1，2，3，…n；j=1，2，3，4，5）代表n個因素的j級評價值。要確定Rnj，必須先確定n個因素中，各因素的隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)的確定有多種方式，一般常選用升（降）半梯形分布，建立一元線性隸屬函數(shù)。其基本公式和圖形如下[5-6]：

本模型采用“成對比較法”確定權(quán)重A，該法是根據(jù)區(qū)域特征和專家咨詢意見，對m個因子中任意兩個因子之間的重要性進行兩兩比較算出比值，然后得到評價矩陣:

1.2 價值計算模型

運用公式（5）算出的結(jié)果V為森林生態(tài)價值進行綜合評價，它是一個無綱向量。因此，必須將其轉(zhuǎn)換為森林生態(tài)價值。轉(zhuǎn)換公式如下：

在本模型中，W為森林生態(tài)價值的折算價值；V為森林生態(tài)價值的綜合評價結(jié)果；S為森林資源價值向量。

森林資源價值向量的確定方法如下：

因為森林的生態(tài)價值包含涵養(yǎng)水源、保育土壤、凈化廢氣、森林滯塵等指標，所以人們期望四指標產(chǎn)生的效益均能最大的發(fā)揮作用。人們期望森林產(chǎn)生的生態(tài)價值見式（7）。

其中，P為人們期望森林產(chǎn)生的生態(tài)價值；A1、A2、A3、A4分別為人們期望森林在涵養(yǎng)水源、保育土壤、凈化廢氣、森林滯塵方面的價值。

森林生態(tài)價值應(yīng)該在[P，0]之間。將其進行等差間隔，便可得到森林資源價值向量：

2 應(yīng)用實例

2.1 愚公林場基本情況

國有濟源市愚公林場位于王屋山主脈，地理坐標為112°12′～112°22′E，35°05′～35°15′N，東與承留鎮(zhèn)眥鄰，西與邵原鎮(zhèn)接壤，南與下冶鎮(zhèn)相連，北與山西陽城縣接界，是河南省太行山國家級獼猴自然保護區(qū)，國家天然林保護工程區(qū)，河南省重點生態(tài)公益性林場。

愚公林場始建于1952年。林場下設(shè)封門、楊溝、新林、茶坊、涼背、西佛廟、十方院、天壇山8個森林管護站，森林面積37.73 km2，林木主要有櫟樹、刺槐、柏樹等；區(qū)內(nèi)峰弈疊嶂，溝壑縱橫，絕壁千仞，地勢北高南低，最高海撥1 715 m；林場屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年降雨量600～800 mm，年平均氣溫14.3℃，冬寒夏涼，四季分明；土壤結(jié)構(gòu)深山區(qū)為石灰?guī)r形成的褐土或黃棕壤土，淺山區(qū)為砂巖和頁巖分化而成的姜黃土或紅粘土。

2.2 涵養(yǎng)水源因子模糊評價

愚公林場攔蓄降水面積為37.73 km2，年降雨量最大為800 mm，最小為600 mm，計算得森林年蓄水量最大值為30.184萬m3，最小值為22.638萬m3。在最大值與最小值之間進行等差間隔，得到基準最小值后，確定出評價標準的基準最小值，然后在最大值和基準最小值之間再次進行等差間隔，確定出其余幾個評價標準。

表1 涵養(yǎng)水源因子模糊評價標準

根據(jù)表1可以畫出涵養(yǎng)水源因子模糊評價標準圖2。

圖2 涵養(yǎng)水源因子模糊評價標準示意圖

令直線1的方程為：

將圖中坐標代入方程可得直線1的方程解：

同理可得直線2的方程解為：

將橫坐標上五個值之間的公差，即x=7.076分別代入yl和y2方程中，可得：

由此可得涵養(yǎng)水源因子的模糊評價結(jié)果為：

2.3 保育土壤因子模糊評價

愚公林場覆土厚度，最大是40 cm，最小為5 cm。櫟樹林等林地比無林地（荒地）平均減少土壤流失量為335.75 t/（km2·a），林地土壤容重為1.1 t/m3，則每km2森林可減少土壤流失量相當于減少土壤廢棄面積最大為0.610 5 hm2，最小為0.076 3 hm2，愚公林場的森林面積37.73 km2，則愚公林場減少土壤損失最大為23.032 hm2，最小為2.879 hm2。在最大值與最小值之間進行等差間隔，得到基準最小值后，確定出評價標準的基準最小值，然后在最大值和基準最小值之間再次進行等差間隔，確定出其余幾個評價標準。

表2 保育土壤因子模糊評價標準

同理，可得保育土壤因子的模糊評價結(jié)果為：

2.4 凈化廢氣因子模糊評價

森林對二氧化硫的吸收能力為：針葉林為215.6 kg/（hm2·a），闊葉林為88.65 kg/（hm2·a），愚公林場的森林面積是37.73 km2，則愚公林場每年吸收二氧化硫的量最大為813.459 t，最小為334.476 t，在最大值與最小值之間進行等差間隔，得到基準最小值后，確定出評價標準的基準最小值，然后在最大值和基準最小值之間再次進行等差間隔，確定出其余幾個評價標準。

表3 凈化廢氣因子模糊評價標準

同理，可得凈化廢氣因子的模糊評價結(jié)果為：

2.5森林滯塵因子模糊評價

針葉林的滯塵能力為33.2 t/（hm2·a），闊葉林為10.11 t/（hm2·a）。愚公林場的森林面積是37.73 km2，則愚公林場每年滯塵能力最大為125 263.6 t，最小為38 145.03 t，在最大值與最小值之間進行等差間隔，得到基準最小值后，確定出評價標準的基準最小值，然后在最大值和基準最小值之間再次進行等差間隔，確定出其余幾個評價標準。

表4 森林滯塵因子模糊評價標準

同理，可得森林滯塵因子的模糊評價結(jié)果為：

2.6 森林生態(tài)價值模糊綜合評價

將以上四個因素的模糊評價結(jié)果綜合起來，可以得到森林生態(tài)價值模糊綜合評價矩陣：

在森林生態(tài)價值模糊綜合評價中，權(quán)重的確定采用專家咨詢法與經(jīng)驗相結(jié)合的辦法，濟源市地勢西北高，東南低。愚公林場地處西北，如果上游水源豐富，則能有效解決缺水問題，所以涵養(yǎng)水源因子最重要，因此，將涵養(yǎng)水源因子的權(quán)重定為0.40。夏天汛期時，如果雨水過多，容易產(chǎn)生山洪，引起泥石流和山體滑坡，影響人民的生命財產(chǎn)安全，所以將保育土壤因子的權(quán)重定為0.30。對凈化廢氣和森林滯塵因子，因工礦企業(yè)產(chǎn)生的二氧化硫和粉塵，會對人體產(chǎn)生一定的損害，為了計算簡便，將兩者采取等權(quán)處理，分別取權(quán)重為0.15，由此可得到森林生態(tài)價值模糊綜合評價向量為:

A=（0.40，0.30，0.15，0.15）

由此可得到森林生態(tài)價值模糊綜合評價結(jié)果為：

將結(jié)果歸一化可得：

2.7 愚公林場森林生態(tài)價值計算

2.7.1 森林資源價值向量的確定

人們期望森林產(chǎn)生的生態(tài)價值為四指標產(chǎn)生的最大效益，根據(jù)濟源市的實際情況，攔蓄降水的價格以單位庫容造價計9.795元/m3，愚公林場年蓄水量最大值為30.184萬m3。森林減少土壤流失保護土地價格為9 395.142元/hm2，愚公林場每年減少土壤損失最大為23.032 hm2。我國消減每100 t二氧化硫的治理費用為1.028元/kg，愚公林場每年吸收二氧化硫的量最大為813.459 t。滯塵價格采用燃煤爐窯大氣污染物排污收費等籌資型標準的平均值，即56元/t，愚公林場每年滯塵能力最大為125 263.6 t。根據(jù)式（7）可算出人們期望森林產(chǎn)生的生態(tài)價值為1 102.45萬元。

將1 102.45進行等差間隔，間差為275.613，得到森林資源價值向量為：

2.7.2 森林生態(tài)價值計算

愚公林場森林生態(tài)價值計算結(jié)果如下：

3 結(jié)論

長期以來，森林資源為人類提供了各種社會、經(jīng)濟和環(huán)境產(chǎn)品與服務(wù)，是人類可持續(xù)發(fā)展的基本保證。為了合理利用有限的森林資源，提高公眾的森林意識，應(yīng)當采用科學(xué)的方法和手段，計算森林資源的生態(tài)價值，使森林資源的生態(tài)效益受到與經(jīng)濟效益同樣的重視，為森林資源的可持續(xù)利用打下基礎(chǔ)。

[1]Barnes B.V.，Zak D.R.，Denton S.R.，et al.Forest Ecology [M].New York:Wiley&Sons，1998.

[2]高云峰.北京山區(qū)森林資源價值評價[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[3]姜文來.水資源價值論[M].北京:科學(xué)出版社，1998.

[4]仇琪.北京市森林資源價值評價與方法研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué)，2013.

[5]謝季堅，劉承平.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用（第三版）[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2006.

[6]曹炳元.應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)與系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社，2005.

（責任編輯：楊婷婷）

Study on Measurement of the Ecological Value of the Forest Resources in Yugong Forest Farm

Li Li
（Forestry Bureau of Jiyuan City，Jiyuan 459000，Henan，China)

Forest resources are important parts of natural resources.Calculating their ecological value with scientific mehtods is conducive to promoting biological balance，a necessary requirement of social development.In this paper，Yugong Forest Farm was taken as an example and the ecological value of its forest resources was calculated with fuzzy mathematics calculation model.The results should be of important guiding significance informulating forestry policies and establishing the ecological compensation mechanism.

Yugong Forest Farm；Fuzzy mathematics calculation model；Water conservation；Soil conservation

S718.55+7

A

2095-0152（2014）03-0033-04

2014-04-06

2014-05-13

李利（1975-），女，主要從事林業(yè)技術(shù)研究工作。E-mail:wgang9225@163.com