楊昌乾，鐘燦輝，周長(zhǎng)威▲，嚴(yán)令斌，喻理飛

(1貴州寬闊水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，貴州 遵義 563300；2貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

自然保護(hù)區(qū)主要包括自然遺跡、自然生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀或?yàn)l危野生動(dòng)植物的天然集中分布地域，涵蓋陸域、水域及海域等，依照相關(guān)法律法規(guī)，劃出一定區(qū)域予以特殊保護(hù)和管理[1]。森林植被是我們?nèi)祟惒豢苫蛉钡闹匾h(huán)境資源之一，對(duì)我們?nèi)祟惖纳婧桶l(fā)展具有重要意義。森林植被生態(tài)系統(tǒng)也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、組成結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生物資源最豐富、功能相對(duì)最完善的一種自然生態(tài)系統(tǒng)[2]。森林植被對(duì)保護(hù)物種多樣性和避免生態(tài)系統(tǒng)失衡方面也具有重大作用[3]。我國(guó)的森林植被資源還是相對(duì)緊張，森林植被覆蓋率和森林植被資源人均擁有量均低于世界平均水平[4]。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，人們的生活水平的提高，迫于各種壓力，森林植被遭到大量破壞，使森林資源變得更加的匱乏，生物多樣性和森林植被遭到極大的破壞。關(guān)于對(duì)森林植被健康評(píng)價(jià)的研究對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)物種多樣性及林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等都具有重要意義。

李杰等[5]建立“金字塔”型森林植被生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，最底層為具體的調(diào)查指標(biāo)，到頂層為目標(biāo)指標(biāo)。具體由“調(diào)查指標(biāo)-閾值指標(biāo)-評(píng)價(jià)指標(biāo)-控制指標(biāo)-目標(biāo)指標(biāo)”5個(gè)層次構(gòu)成，相互關(guān)系為下一層指標(biāo)為上一層指標(biāo)服務(wù)，自下而上是森林植被健康評(píng)價(jià)的具體實(shí)施過(guò)程。其理論相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)便清晰，可操作性也相對(duì)較好，具有一定的發(fā)展空間。任德智等[6]從森林資源系統(tǒng)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和外部影響因子入手，研究了區(qū)域森林資源健康評(píng)價(jià)。評(píng)估了組織結(jié)構(gòu)的完整狀況、穩(wěn)定性和其可持續(xù)能力、森林植被資源的質(zhì)量等方面，來(lái)評(píng)價(jià)森林植被的健康狀況。具體在調(diào)查指標(biāo)上，森林組織結(jié)構(gòu)選取了林層、齡級(jí)組成、樹(shù)種結(jié)構(gòu)等24個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)森林的組織結(jié)構(gòu)。選取了豐富度、均勻度等10個(gè)指標(biāo)來(lái)分析森林植被生態(tài)系統(tǒng)的活性；選取了森林立地氣候條件(包括坡度等16個(gè)指標(biāo))及災(zāi)害(病蟲(chóng)害、火災(zāi)等5個(gè)指標(biāo))來(lái)評(píng)價(jià)森林植被的恢復(fù)力。

本研究以綏陽(yáng)縣寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被為對(duì)象，目的在于建立一套用于評(píng)價(jià)自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康狀況的指標(biāo)體系；同時(shí)，用建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)寬闊水自然保護(hù)區(qū)的主要森林植被進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。本研究與很多專家學(xué)者的森林健康評(píng)價(jià)研究有較大的區(qū)別。表現(xiàn)為評(píng)價(jià)對(duì)象的不同，他們是針對(duì)一個(gè)森林類型，本文針對(duì)的是一個(gè)保護(hù)區(qū)，以森林喬木為主的原始森林自然保護(hù)區(qū)，分核心、緩沖、實(shí)驗(yàn)區(qū)3個(gè)功能區(qū)，其植被類型多樣、復(fù)雜。對(duì)于森林的健康評(píng)價(jià)研究五花八門(mén)[7-8]，有著很多不同的體系與方法。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在各專家學(xué)者的研究理論基礎(chǔ)上試著探索切合于寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康評(píng)價(jià)的研究方法，因此，在一定程度上發(fā)展和豐富了森林植被健康評(píng)價(jià)的研究理論體系。同時(shí)，評(píng)價(jià)了寬闊水自然保護(hù)區(qū)的主要森林植被的健康狀況，更全面、深入的了解了寬闊水自然保護(hù)區(qū)的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步的規(guī)劃、發(fā)展和管理寬闊水自然保護(hù)區(qū)，充分實(shí)現(xiàn)其保護(hù)區(qū)的功能提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)研究提供一定程度上的借鑒依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

寬闊水自然保護(hù)區(qū)位于貴州省綏陽(yáng)縣西北部，屬于大婁山山脈東部。海拔在650～1762 m之間，最高山峰在海拔1762 m的太陽(yáng)山上。地理位置坐標(biāo)為東經(jīng)107°02′22″～107°14′08″，北緯28°06′25″～28°19′25″。東西長(zhǎng)是19 km，南北寬是25 km，保護(hù)區(qū)所轄涉及黃楊鎮(zhèn)、青岡塘鎮(zhèn)、茅婭鎮(zhèn)、寬闊鎮(zhèn)、旺草鎮(zhèn)和枧壩鎮(zhèn)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。保護(hù)區(qū)總的面積是26231 hm2，其中實(shí)驗(yàn)區(qū)的面積是10960 hm2，緩沖區(qū)的面積是6186 hm2，核心區(qū)的面積是9085 hm2。保護(hù)區(qū)內(nèi)的地形切割相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)烈，落差也較大，多為喀斯特地貌，山地土壤主要由黃壤、黃棕壤組成，比較適合林木的生存發(fā)展。成土母巖主要由砂頁(yè)巖、綠色砂巖、泥巖及黃色砂巖構(gòu)成。

保護(hù)區(qū)屬于中亞熱帶氣候區(qū)中，常年氣溫處于較低狀況，云霧相對(duì)來(lái)說(shuō)也多，日照相對(duì)少，降雨量較大，具有較低緯度的山地季風(fēng)濕潤(rùn)氣候的相關(guān)特點(diǎn)。年平均氣溫在11.5～15.5 ℃之間，年平均相對(duì)濕度在80%以上。

寬闊水自然保護(hù)區(qū)具有很好的地理環(huán)境和復(fù)雜多樣的生境類型，具有我國(guó)原生性強(qiáng)、保護(hù)最完好、最具代表性集中連片的亮葉水青岡林1300公頃，以及數(shù)量繁多的國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物黑葉猴和最具寬闊水特色的鳥(niǎo)類紅腹錦雞?，F(xiàn)已經(jīng)查明的動(dòng)植物資源共有517科2425種。其中有國(guó)家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)植物36種，國(guó)家一級(jí)保護(hù)野生動(dòng)植物7種，二級(jí)野生動(dòng)植物保護(hù)物種共29種。其重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)植物主要包括紅豆杉(Taxus chinensis)、珙桐(Davidiainvolucrate)、南方紅豆杉(Taxus chinensis)、云豹(Neofelis nebulosi)、黑葉猴(Trachypithecus francoisi)、林麝(Moschus berezovskii)等[9]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

本研究的數(shù)據(jù)以2016年完成的寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林資源二類清查數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)來(lái)源，以林相圖為底圖，利用地理信息系統(tǒng)的處理軟件(GIS)，構(gòu)建小班水平上為基本單元的自然保護(hù)區(qū)森林植被資源數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋近80個(gè)指標(biāo)，記錄了8萬(wàn)多條森林植被資源數(shù)據(jù)，包括地籍類信息、林地相關(guān)信息、森林植被相關(guān)信息、立地環(huán)境以及其他的一些相關(guān)信息。

在寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林資源二類清查數(shù)據(jù)，分為2031個(gè)小班樣地，其中核心區(qū)小班數(shù)為636個(gè)，緩沖區(qū)461個(gè)，實(shí)驗(yàn)區(qū)934個(gè)。保護(hù)區(qū)內(nèi)主要由≥25°坡耕地、人工造林未成林地、純林、竹林、灌木林、混交林、宜林荒山荒地等幾類地組成。

本研究還參考寬闊水自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察報(bào)告、總體規(guī)劃、植被圖、地形圖等相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

構(gòu)建的主要森林植被健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為具體指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的三層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目標(biāo)層：表征自然保護(hù)區(qū)森林植被的總體狀態(tài)及其健康狀況。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果為保護(hù)區(qū)實(shí)踐提供指導(dǎo)依據(jù)。根據(jù)評(píng)價(jià)的基本原理，主要森林植被健康即為評(píng)價(jià)的總目標(biāo)，其具體健康狀況由目標(biāo)層的綜合評(píng)價(jià)得出。準(zhǔn)則層：從某一方面反映保護(hù)區(qū)森林植被的行為和能力，包括森林植被的活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力3個(gè)方面，各準(zhǔn)則層上的健康指數(shù)利用權(quán)重，通過(guò)計(jì)算得出。指標(biāo)層：指標(biāo)層都由具體可描述性指標(biāo)和其測(cè)量值組成。采用對(duì)比度高、有代表性、可直接測(cè)定的相關(guān)指標(biāo)，直接表征準(zhǔn)則層，是評(píng)價(jià)判斷森林植被健康狀況的資料數(shù)據(jù)直接來(lái)源，也是最根本、最主要的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)層次。

3 結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建的原則

自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建須符合以下幾個(gè)原則[10]：a.可以確切的反映主要森林植被的健康現(xiàn)狀；b.及時(shí)顯示出主要森林植被健康的變化趨勢(shì)；c.能夠?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)的管理提供合理的策略；d.選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有一定的科學(xué)依據(jù)，能夠反映森林植被的健康狀況；e.選取的指標(biāo)易于獲得、含義明確且計(jì)算簡(jiǎn)便。

3.2 主觀判斷

通過(guò)咨詢保護(hù)區(qū)專家、生態(tài)專家、林學(xué)專家等進(jìn)行初步判別，剔除地籍類信息(地籍號(hào)、流域代碼、地州代碼、縣市代碼、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工區(qū)代碼、村林班代碼、內(nèi)業(yè)小班號(hào)、內(nèi)業(yè)細(xì)班號(hào))，地籍類信息只是為了方便識(shí)別小班人為標(biāo)明的小班序號(hào)；數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)有效信息類(可及度、林木蓄積、災(zāi)害等級(jí)、成活保存率)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可及度和林木蓄積的數(shù)據(jù)為0或者空白；已經(jīng)查閱《貴州省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)操作細(xì)則(定稿)》其指標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的具體含義發(fā)現(xiàn)與自然保護(hù)區(qū)森林植被健康明顯無(wú)關(guān)緊要的信息(主要有工程類別、用地性質(zhì)、公益林保護(hù)等級(jí)、林地所有權(quán)、區(qū)劃林種、林地使用權(quán)、石漠化成因、林木使用權(quán)、經(jīng)營(yíng)措施、功能分區(qū))，由其他指標(biāo)計(jì)算而來(lái)的信息(水土流失隱患等級(jí)、土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)、生態(tài)功能等級(jí))，重復(fù)類信息(森林景觀等級(jí)與自然度重復(fù)、石漠化程度等級(jí)，齡組與齡級(jí)、平均年齡，植被綜合蓋度與郁閉度)。初步保留14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

用森林災(zāi)害等級(jí)X1、地類X2、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組X3、郁閉度X4、齡級(jí)X5、平均胸徑X6、海拔X7、坡度X8、土壤名稱X9、土層厚度X10、天然更新等級(jí)X11、自然度X12、基巖裸露率X13、齡組X14等14項(xiàng)指標(biāo)做客觀分析。

3.3 敏感性分析

變異系數(shù)是衡量所選指標(biāo)敏感性的一種方法，是表示所選擇的指標(biāo)中各個(gè)觀測(cè)數(shù)值變異程度的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，用CV表示，即利用各個(gè)指標(biāo)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差與平均數(shù)的比值。變異系數(shù)法是選取介于最小值和最大值之間的指標(biāo)來(lái)構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，因?yàn)橹笜?biāo)的變異系數(shù)太小，在評(píng)價(jià)的時(shí)候區(qū)別力較差；CV太大，則意味著有極端值的存在。

對(duì)指標(biāo)應(yīng)用變異系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，選擇變異系數(shù)在較大和較小之間的指標(biāo)(0.05～0.55)確定為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 敏感性分析篩選結(jié)果Tab.1 Screening results of sensitivity analysis

由表1的敏感性分析的結(jié)果可得：地類、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組、郁閉度坡度、坡度、土壤類型、土層厚度6個(gè)指標(biāo)靈敏度較高，區(qū)別較大，適宜入選為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.4 相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)可以衡量?jī)蓚€(gè)變量之間線性相關(guān)性的密切程度，選取與其他項(xiàng)指標(biāo)有相關(guān)的信息較少的和較多的指標(biāo)用作評(píng)價(jià)指標(biāo)，因?yàn)闃O顯著個(gè)數(shù)少能獨(dú)立的反映指標(biāo)相關(guān)信息，極顯著個(gè)數(shù)多可以提供較多的代表性信息。

表2 指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficients of indexes

以0.3為界值[33]，對(duì)每一指標(biāo)與其余項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行比對(duì)，判斷以相關(guān)非常顯著個(gè)數(shù)多的(>9)和非常顯著個(gè)數(shù)少的(<4)的健康指標(biāo)作為相關(guān)性評(píng)價(jià)指標(biāo)[33]。

表3 相關(guān)系數(shù)法篩選結(jié)果Tab.3 Screening results of correlation coefficient method

3.5 主成分法

主成分分析是利用降維的思想，加上一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)簡(jiǎn)化生態(tài)指標(biāo)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方法，其能夠分析指標(biāo)的重要性。

為了找出影響保護(hù)區(qū)森林植被健康的主要因子，對(duì)森林小班數(shù)據(jù)做主成分分析，對(duì)上述因子做主成分分析，表4是指原來(lái)各個(gè)變量指標(biāo)相關(guān)系數(shù)的矩陣，很多指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)處于較高，各指標(biāo)也呈現(xiàn)出較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系。因此，能夠根據(jù)其提取公共因子，可以利用其做因子分析。前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了66.2%，其表征的特征值也均>1(表4)，說(shuō)明提取的主成分基本包括了森林健康指標(biāo)的大部分信息。

表4 總方差解釋Tab.4 Total variance explanation

提取方法：主成分分析。

在進(jìn)行主成分分析時(shí)，得出評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的載荷矩陣，其各評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的典型代表變量并不是很突出，無(wú)法對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子做出很明確的解釋。所以，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的載荷矩陣進(jìn)行方差的最大正交旋轉(zhuǎn)，以使各評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的載荷系數(shù)取值顯示得更加極端，具體見(jiàn)表5。

表5 主成分分析旋轉(zhuǎn)后成分矩陣Tab.5 Rotated component matrix for principalcomponent analysis(PCA)

提取方法：主成分分析。

旋轉(zhuǎn)方法：Kaiser標(biāo)準(zhǔn)化最大方差法。a旋轉(zhuǎn)在7次迭代后已收斂。

從表5中，可以清楚的得出以下結(jié)論：

第1公因子中各個(gè)指標(biāo)載荷值可得到，其正向指標(biāo)較大的有：災(zāi)害等級(jí)、地類、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組、郁閉度、齡級(jí)、平均胸徑、土壤類型、天然更新等級(jí)、自然度、齡組；

第2公因子中各個(gè)指標(biāo)載荷值可得到，其正向指標(biāo)顯示較大的有：坡度、土壤厚度、基巖裸露率；

第3公因子中各個(gè)指標(biāo)載荷值得到，其正向指標(biāo)顯示較大的有：海拔。

綜合以上分析，通過(guò)主成分分析法最終保留以下評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表6。

表6 主成分分析法篩選結(jié)果Tab.6 Screening results of principal componentanalysis(PCA)

3.6 綜合篩選

綜合以上3種分析結(jié)果，其中被選大于2次的指標(biāo)通過(guò)篩選，綜合結(jié)果如表7。

表7 綜合篩選結(jié)果Tab.7 Comprehensive screening results

綜合以上指標(biāo)篩選結(jié)果，本研究的森林植被健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力三方面組成，包括齡組、自然度、森林災(zāi)害等級(jí)等10個(gè)指標(biāo)(表8)。

表8 森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.8 Index system for health evaluation of forest vegetation

3.7 指標(biāo)權(quán)重的確定

利用上述建立的指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法(APH)來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法[46-48]是將定量與定性相互結(jié)合的一種決策分析方法。利用此權(quán)重確定法，我們可以將相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題分解為若干個(gè)因素和若干個(gè)層次，在各個(gè)不同層次、各個(gè)不同因素之間來(lái)作相對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)比和計(jì)算，就可以得到不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，為最佳評(píng)價(jià)指標(biāo)方案的確定提供理論依據(jù)。具體如表9。

表9 層次分析法指標(biāo)權(quán)重Tab.9 Index weight by AHP

本研究是根據(jù)寬闊水自然保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況采用Delphi-AHP 法來(lái)確定各健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體權(quán)重。首先請(qǐng)保護(hù)區(qū)專家、林業(yè)專家等，依據(jù)郭鵬等[10-11]改進(jìn)的九級(jí)記分法判斷相對(duì)重要性，得到各指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣；再應(yīng)用層次分析法來(lái)計(jì)算各個(gè)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體權(quán)重；最后，作一致性檢驗(yàn)：當(dāng)判斷矩陣的IC<0.1和CR<0.1，即表示其已經(jīng)通過(guò)一致性檢驗(yàn)，否則必須調(diào)整判斷矩陣。

由表9計(jì)算結(jié)果可知，在寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康評(píng)價(jià)中，齡組的比重最大，對(duì)評(píng)價(jià)的結(jié)果影響最大，也反映出齡組對(duì)森林植被健康評(píng)價(jià)具有重要意義，不可或缺；海撥、土層厚度2項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)本研究的森林植被健康評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)次之，但在健康評(píng)價(jià)中也有很大的影響力。

基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行敏感性、相關(guān)性、顯著性分析，綜合篩選出優(yōu)勢(shì)種、地類、自然度、郁閉度、齡組、森林災(zāi)害等級(jí)、海撥、土層厚度、坡度、土壤類型共10個(gè)指標(biāo)，據(jù)此建立了寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林植被健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。