孫 謙,姜興艷,鄒麗梅

(1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,貴陽 550003；2.西秀區(qū)林業(yè)局,貴州 安順 561000；3.貴州林業(yè)勘察設(shè)計有限公司,貴陽 550008)

森林是陸生生態(tài)系統(tǒng)的主體,為人類生產(chǎn)活動提供多種寶貴原材料,有著保持水土流失、防風(fēng)固沙、氣候調(diào)節(jié)等多方面功效,是林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。森林資源是數(shù)量與質(zhì)量的統(tǒng)一,森林資源數(shù)量、質(zhì)量水平在一定程度上影響區(qū)域經(jīng)濟、社會的發(fā)展。發(fā)展高質(zhì)量的森林資源是我國生態(tài)文明建設(shè)、綠色經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手,是推動穩(wěn)定高效的生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的重要手段[2]。全國第八次森林資源清查結(jié)果顯示[3],我國森林資源仍然存在總量不足、質(zhì)量低下、生態(tài)脆弱等系列問題。其中,森林覆蓋率僅為世界平均水平的31%,人均森林蓄積量為世界人均水平的1/7,森林單位面積蓄積量僅為世界平均水平的69%。針對這些問題,應(yīng)采用適當?shù)姆椒皶r有效反映森林質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢,而森林質(zhì)量評價即分析和評價森林資源質(zhì)量水平[4],通過特定的質(zhì)量評級指標和方法,建立森林質(zhì)量評價體系,以此反映森林質(zhì)量水平,對制定合理的營林措施提供科學(xué)依據(jù),促進森林質(zhì)量精準提升。

用于評價森林資源質(zhì)量的方法多種多樣,常用的有模糊綜合評價法、集對分析法、物元分析法、因子分析法和層次分析法等[5]。其中,物元模型即結(jié)合物元和可拓集合兩種理論,研究處理矛盾問題的思維過程,探索問題的規(guī)律和方法[6],是1983年由我國學(xué)者蔡文創(chuàng)立,主要通過物元的變換來研究事物變化的規(guī)律和聯(lián)系。該理論發(fā)表后被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的研究中[7-9]。如,武高潔等[10]于2010年首次將物元模型應(yīng)用于森林質(zhì)量評價的研究中,通過對比幾種評價森林質(zhì)量的主要方法對湖北省通山縣和嘉魚縣森林質(zhì)量等級進行評估,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用物元模型對森林資源質(zhì)量評價是可行的；陳俊華等[11]將層次分析法與物元分析相結(jié)合,對平通流域防護林質(zhì)量進行評價并取得滿意效果。與其他評價方法相比,物元分析法原理易懂且計算簡便,同時避免了人為主觀對指標權(quán)重賦值,保證評價結(jié)果的客觀真實性。因此,研究采用物元分析法對遵義市成熟林森林質(zhì)量進行評價,以期為該地區(qū)的森林經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遵義市地處貴州省北部(27°13′15″～28°04′09″N,106°17′22″～107°26′25″E),與四川省、重慶市等地接壤,是國家規(guī)劃長江中上游綜合開發(fā)的重點區(qū)域。地勢高低起伏,主要以山地丘陵為主,海拔一般介于800～1 600m之間,境內(nèi)主體山脈大婁山最高峰海拔高達2 227m。地貌類型復(fù)雜多樣,其中巖溶地貌分布最廣,約占全市國土面積的75%。全市自然土以地帶性土壤——黃壤分布面積最大,占44.3%,主要分布于大婁山以南的各縣(區(qū)),土層一般在40cm以上,呈酸性或微酸性；石灰土鑲嵌分布,占38.6%；在海拔1 400m以上地區(qū)多分布有黃棕壤,占2.6%；在赤水、桐梓北部、習(xí)水西北部和仁懷西部分布成片紫色土,占12.2%,其余各縣呈零星分布；粗骨土占2.3%,各縣均有零星分布。全市屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū),自然植被以中亞熱帶針葉林、常綠闊葉林、針闊混交林和竹林為主要類型,主要樹種為馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、柏木(CupressusfunebrisEndl.)、櫟(QuercusL.)類等。水文資源豐富,其中,有水流的河長共約9 148.5km,主要為長江流域的烏江、赤水河、綦江等支流。遵義市氣候宜人,四季分明,雨熱同期,年均降水量1 100～1 200mm之間,其中夏季為降雨最多的季節(jié)；夏無酷暑,冬無嚴寒,年均氣溫約15.1℃,屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富,已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)60余種,是我國鈦、錳、燒堿、高性能鋼絲繩等原材料的重要生產(chǎn)基地。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1.1數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于貴州省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查數(shù)據(jù)(1)貴州省林業(yè)局.貴州省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查成果報告.2017.,樣地為面積667m2的圓形樣地。對樣地內(nèi)林木進行每木檢尺并按順序編號,起測胸徑為5.0cm,分別記錄其樹種、胸徑、樹高、冠幅、枝下高等測樹因子,同時記錄每塊樣地的海拔、地貌、坡位、坡度、坡向、土壤類型、植被綜合覆蓋度和郁閉度等基本因子。此外,通過計算得到每塊樣地的平均胸徑、平均樹高、每公頃蓄積量、斷面積和株數(shù)等林分因子。通過對異常數(shù)據(jù)、非林地上的喬木林地和平均胸徑<5cm的小班數(shù)據(jù)進行剔除,共篩選出12 935個(58 182.55hm2)遵義市成熟林小班,對其森林質(zhì)量等級進行評價。

2.1.2評價指標的選取

科學(xué)選取評價指標是進行森林質(zhì)量評價的基礎(chǔ),在很大程度上影響著評價結(jié)果的真實性。本研究綜合考慮能反映森林質(zhì)量的多方面因素,根據(jù)評價指標選取的可操作性、系統(tǒng)性、可比性、真實性、獨立性等原則[12],結(jié)合現(xiàn)有資料,選取平均胸徑、平均樹高、公頃蓄積、植被綜合覆蓋度、坡度、土壤厚度、樹種結(jié)構(gòu)及郁閉度等8個評價指標,并依次記錄為D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,構(gòu)建森林質(zhì)量評價體系。

2.1.3數(shù)據(jù)的標準化處理

在森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查數(shù)據(jù)中,所調(diào)查的因子通常包括定量和定性兩種數(shù)據(jù)類型,同時各量化指標其取值區(qū)間也不一樣[10]。因此,各指標有不同的量綱和數(shù)量級,若直接使用原始數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評價,會突出取值較高指標的在評價結(jié)果中的主導(dǎo)作用,導(dǎo)致評價結(jié)果與實際情況相悖。為消除這種影響,通常對原數(shù)據(jù)進行標準化處理。具體計算方法為:

(1)

式中:xij為評價指標i(i=1,2,3,…,n)第j(j=1,2,3,…,m)個樣地的實際值；Xij為評價指標i第j樣地歸一化后取值；xi(min)為評價指標i的最小值；xi(max)為評價指標i的最大值。

2.2 物元模型的構(gòu)建

2.2.1物元的確定

將本次森林評價記為事物A,模型評價指標和特征量值分別記錄為C(C=(c1,c2,c3,…,cn)Τ)、V(V=v1,v2,v3,…,vn),三者構(gòu)成物元三要素,并組成有序的三元組R=(A,C,V)作為描述事物的基本元,即物元[13-14]。若有n個特征c1,c2,c3,…,cn，其對應(yīng)的量值為v1,v2,v3,…,vn,則稱該物元為n維物元,用矩陣表示為:

(2)

2.2.2經(jīng)典域 節(jié)域模型的構(gòu)建

在利用物元模型對某事物進行綜合評價的研究中,還需確定另外兩種物元,即經(jīng)典物元和節(jié)域物元。其中,經(jīng)典物元是由各評價等級所建立起的物元,而節(jié)域物元則是由評價等級中關(guān)于評價指標的值域所建立,其表達式分別如(3)式、(4)式所示。

經(jīng)典物元為:

(3)

節(jié)域物元表示為:

(4)

式中:i(i=1,2,3,…,n)表示事物評價等級,(ain,bin)?(apn,bpn)。

2.2.3關(guān)聯(lián)函數(shù)與權(quán)系數(shù)的確定

關(guān)聯(lián)函數(shù)是反映被評價單元與評價等級隸屬程度的函數(shù),在林分質(zhì)量等級評價中,關(guān)聯(lián)函數(shù)的選取對評價結(jié)果的精準性起著決定性作用。其表達式如(5)式所示。

(5)

其中

(6)

(7)

式中:i表示評價指標(i=1,2,3,…,8)；j表森林質(zhì)量評價等級(j=1,2,3,4)。

然而,僅僅采用關(guān)聯(lián)函數(shù)的隸屬程度來確定森林質(zhì)量的評價等級,會導(dǎo)致評價結(jié)果的主觀性和不準確性。通常情況下會結(jié)合評價指標對質(zhì)量等級的影響程度來準確反映森林質(zhì)量等級,即權(quán)系數(shù)。其計算公式如(8)式所示。

(8)

由此,可得出森林質(zhì)量綜合關(guān)聯(lián)函數(shù)為:

(9)

若Kj=max[kj(Nx)],則說明評價事物Nx屬j等級。本研究根據(jù)各小班K(Nx)值對應(yīng)的等級來確定該林地小班的最終質(zhì)量等級。

3 結(jié)果分析

3.1 評價等級的劃分

本研究結(jié)合貴州省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查細則規(guī)定,以及已有森林質(zhì)量評價相關(guān)文獻[15-16],將遵義市成熟林質(zhì)量劃分為“差、中等、良好、優(yōu)秀” 4個等級,即I、II、III、IV,等級越高說明森林質(zhì)量越好。各指標評價標準劃分及標準化后取值情況如表1、表2所示。

表1 各指標評價標準劃分情況Tab.1 Division of evaluation criteria for each indicator

表2 指標等級標準化Tab.2 Standardization of index grades

3.2 物元模型建立結(jié)果

3.2.1經(jīng)典域 節(jié)域物元模型的確定

由所劃分的質(zhì)量等級及其標準化后取值,可確定各評價等級所對應(yīng)的經(jīng)典物元及節(jié)域物元。

經(jīng)典物元:

節(jié)域物元:

3.2.2權(quán)系數(shù)計算

結(jié)合(8)式計算出各評價指標的權(quán)系數(shù)得出:所有評價指標中,林分郁閉度(D8)對遵義市成熟林森林質(zhì)量的影響最大,且在所劃分的4個質(zhì)量等級中,其權(quán)系數(shù)取值最高；其次分別為胸徑(D1),樹高(D2)、蓄積(D3)、植被蓋度(D4)、坡度(D5)及樹種結(jié)構(gòu)(D7)等指標,它們對森林質(zhì)量的影響程度幾乎相同；而幾種結(jié)構(gòu)指標中,土壤厚度(D6)對森林質(zhì)量的影響最小,其權(quán)系數(shù)取值相較于其他幾個指標則為最低。具體情況如表3所示。

表3 權(quán)系數(shù)取值情況Tab.3 Values of weight coefficient

3.3 遵義市成熟林質(zhì)量等級評價結(jié)果

3.3.1遵義市森林資源狀況

根據(jù)貴州省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示,遵義市喬木林總面積為1 177 982.27hm2,占遵義市土地總面積的38.3%。在14個縣(市、區(qū))中,習(xí)水縣喬木林地面積165 578.63hm2,占14.06%；其次為湄潭縣96 206.51hm2,占8.17%；而面積分布最少的區(qū)縣分別是仁懷市和紅花崗區(qū),其有林地面積分別為55 335.33,53 862.2hm2,分別占4.70%和4.57%。具體情況如表4所示。

表4 遵義市各區(qū)縣林地面積分布情況Tab.4 Distribution of woodland area in districts and counties of Zunyi

(續(xù)表)

根據(jù)數(shù)據(jù)分析,遵義市各齡組喬木林面積由大到小排序依次為中齡林、幼齡林、近熟林、成熟林、過熟林,其中:中齡林444 142.73hm2,占喬木林地總面積的37.70%；幼齡林432 634.69hm2,占36.72%；近熟林210 941.81hm2,占17.91%；成熟林84 766.14hm2,占7.20%；過熟林5 496.90hm2,占0.47%(表5)。

表5 各齡組面積Tab.5 Area of each age group

3.3.2評價對象森林資源狀況

所篩選的12 935個小班中,各森林類別面積由大到小排序依次為商品林、國家級公益林、地方公益林,其中:商品林26 443.96hm2,占總面積的45.45%；國家級公益林18 327.75hm2,占31.50%；地方公益林13 410.84hm2,占23.05%(表6)。

表6 各森林類別面積Tab.6 Area of each forest category

所篩選的12 935個小班的林地保護等級共分為1,2,3,4四個等級,其中1級為林地保護最高等級并依次類推?？傮w而言,成熟林林地保護等級主要為4級,面積26 417.67hm2,占總面積的45.41%； 1級保護林地面積最少,為4 049.87hm2,僅占總面積的6.96%(表7)。

表7 各保護等級成熟林面積分布情況Tab.7 Area distribution of mature forest of each protection grade

3.3.3遵義市成熟林森林質(zhì)量評價結(jié)果

將所篩選的12 935個成熟林小班數(shù)據(jù),帶入物元分析模型,采用相關(guān)公式對遵義市成熟林森林質(zhì)量等級進行評價。以1號小班為例,通過計算該小班綜合關(guān)聯(lián)度K1=-0.157,K2=0.080,K3=-0.702,K4=-1.461,則可確定1號小班森林質(zhì)量等級為II級,采用相同方法,依此對剩余小班所屬質(zhì)量等級進行評價。根據(jù)評價結(jié)果,Ⅰ級小班162個,面積910.46hm2,占成熟林總面積的1.56%； II級小班5 278個,面積26 598.49hm2,占45.72%；III級小班6 564個,面積26 687.51hm2,占45.87%；Ⅳ級小班931個,面積3 986.09 hm2,占6.85%。由此可知,屬II、III等級即“中等、良好”的小班面積最大,共占成熟林總面積的91.59%(圖1)。

圖1 遵義市成熟林森林質(zhì)量等級評價結(jié)果Fig.1 Evaluation results of forest quality grade of mature forest in Zunyi

全市14個縣(市、區(qū))森林質(zhì)量等級均集中在II、III級,而屬于I等級的面積最少。相比較而言,余慶縣成熟林森林資源質(zhì)量最好,中等以上(不含中等)成熟林面積共2 642.83hm2,占該縣成熟林總面積的64.61%；其次為風(fēng)岡縣和播州區(qū),中等以上成熟林面積分別為3 369.97,4 916.5hm2,分別占各縣成熟林總面積的64.04%,63.53%；森林資源質(zhì)量相對較差的為綏陽縣、道真縣,中等以上成熟林面積分別為2 120.32,1 694.15hm2,分別僅占各縣成熟林總面積的39.74%,42.90%(表8)。

表8 各區(qū)縣成熟林森林質(zhì)量各等級小班分布情況Tab.8 Distribution of mature forest quality in each district and county

對遵義市成熟林各森林類別質(zhì)量等級進行評價得出,各森林類別森林質(zhì)量等級主要為II、III級,即處于“中等、良好”的成熟林分布最多。就3種森林類別相比較而言,商品林成熟林森林質(zhì)量最好,處于中等水平以上(不含中等)的面積共14 761.92hm2,占商品林成熟林總面積的55.83%；其次為地方公益林,處于中等水平以上的成熟林面積共7 392.91hm2,占地方公益林成熟林總面積的55.12%；質(zhì)量相對較差的為國家級公益林,處于中等水平以上的成熟林面積共8 518.77hm2,僅占國家級公益林成熟林總面積的46.48%(表9)。

表9 各森林類別質(zhì)量等級評價結(jié)果Tab.9 Evaluation results of quality grade of each forest category

對遵義市成熟林各林地保護等級森林質(zhì)量進行評價得出,各林地保護等級中,森林質(zhì)量等級均主要分布在II、III等級。相比較而言,3級保護林地的成熟林森林質(zhì)量最高,處于中等水平以上(不含中等)的面積共6 876.27hm2,占3級保護林地成熟林總面積的55.85%；其次為4級保護林地,處于中等水平以上的面積共14 751.72hm2,占4級保護林地成熟林總面積的55.84%；質(zhì)量相對較差的為1級保護林地,處于中等水平以上的面積共1 433.1hm2,僅占1級保護林地成熟林總面積的35.39%(表10)。

表10 各林地保護等級森林質(zhì)量評價結(jié)果Tab.10 Forest quality evaluation results of each forest protection grade

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

利用貴州省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查成果,結(jié)合物元分析法,以遵義市成熟林為例對其質(zhì)量等級進行評價,得出結(jié)論如下:

1)遵義市喬木林地總面積為1 177 982.27hm2,占遵義市土地總面積的38.3%。其中習(xí)水、湄潭兩縣分布最多,分別占全市喬木林總面積的14.06%和8.17%。就各齡組來看,幼、中齡林面積分布最多,分別占喬木林總面積的37.70%,36.73%,而過熟林面積最少,僅占0.47%。在所篩選的12 935個小班中,就森林類別而言,商品林面積最大,占45.45%；就林地保護等級而言,4級保護林地面積最大,占45.41%。

2)評價結(jié)果顯示,遵義市成熟林森林質(zhì)量等級主要集中在II、III等級,即“中等、良好”狀態(tài),其面積占比分別為45.72%和45.87%,各縣(市、區(qū))中,余慶縣、鳳岡縣、播州區(qū)森林質(zhì)量等級相對較高,中等以上水平的成熟林面積占比均在60%以上；而綏陽縣、道真縣森林質(zhì)量相對較差,中等以上水平的成熟林面積分別僅占39.74%,42.90%。各森林類別中,商品林森林質(zhì)量最佳,中等以上水平的成熟林面積占比高達55.83%；國家級公益林森林質(zhì)量相對較差,中等以上水平的成熟林面積占比僅為46.48%。各林地保護等級中,3級保護林地的森林質(zhì)量相對較好,處于中等以上水平的成熟林面積占比為55.85%；1級保護林地森林質(zhì)量相對較差,處于中等以上水平的成熟林面積占比僅為35.39%。

4.2 討論

研究將遵義市成熟林森林質(zhì)量評價標準、評價指標及其特征值作為物元,對小班實際調(diào)查數(shù)據(jù)、森林質(zhì)量評價標準進行歸一化處理后,得到模型的經(jīng)典域、節(jié)域、權(quán)系數(shù)及綜合關(guān)聯(lián)度,構(gòu)建出遵義市成熟林森林質(zhì)量物元模型,首次對遵義市成熟林森林質(zhì)量進行評價。評價結(jié)果顯示,遵義市成熟林大多處于“中等、良好”水平,而處于“優(yōu)秀”的森林相對較少,僅為全市成熟林面積的6.85%,說明遵義市成熟林質(zhì)量提升空間較大。在今后生產(chǎn)實踐中,可通過制定中長期森林經(jīng)營管理措施、完善立體監(jiān)測平臺、對退化森林進行及時有效的修復(fù)等措施[17-18],堅持尊重自然、順應(yīng)自然、生態(tài)優(yōu)先、保育結(jié)合的經(jīng)營理念[19]來綜合提升森林整體質(zhì)量水平。

本研究克服了人為主觀賦值對評價結(jié)果的影響,評價結(jié)果較為客觀真實地反映遵義市成熟林質(zhì)量的綜合水平,可為今后成熟林森林質(zhì)量評價及森林質(zhì)量精準提升提供可靠依據(jù)。但研究所選取的評價指標僅考慮森林生產(chǎn)力、森林結(jié)構(gòu)等森林內(nèi)在價值,而對于其健康、服務(wù)效能等方面并未涉及,在今后的研究中,可將相關(guān)指標納入評價體系中,全面系統(tǒng)地對森林質(zhì)量等級進行評價,以此保證評價結(jié)果的全面性和系統(tǒng)性。