夏甜甜，王京玉

（山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟南 250100）

0 引言

森林面積銳減、水土流失荒漠化、生物多樣性減少等一系列環(huán)境問題已是當(dāng)今世界共同面臨的難題[1]。全球極端氣候的頻繁出現(xiàn)以及人類活動的大幅增加加劇了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題[2-3]，區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱性因子評估研究則愈發(fā)重要[1]?？茖W(xué)有效地認(rèn)識生態(tài)環(huán)境的脆弱性并對其進行針對性的研究可為區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)重建、資源管控和生態(tài)環(huán)境的綜合評價提供參考依據(jù)[1]。生態(tài)脆弱性是生境保護和恢復(fù)過程中進行評估和監(jiān)測的重要衡量指標(biāo)[4]。早在20 世紀(jì)70年代，Timmerman[5]就提出了生態(tài)脆弱性的概念，此后的研究中IPCC[6]則認(rèn)為生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)在面對外部壓力時系統(tǒng)變化的評估以及其變化所造成的影響后系統(tǒng)對變化的敏感性和適應(yīng)性評價。針對生態(tài)脆弱性，國內(nèi)外學(xué)者提出了一系列的評價模型框架，受研究對象差異性影響，不同生態(tài)系統(tǒng)脆弱性原因不同，故評價模型和指標(biāo)選擇不盡相同，不同評價方法與研究對象的適用性是最終影響研究結(jié)果的關(guān)鍵因素[7]。

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合綜合運用多種因素進行分級處理確定權(quán)重的分析方法。近年來針對山區(qū)丘陵，江河湖泊等生態(tài)脆弱性評價研究相對豐富，但是涉及人居林的生態(tài)脆弱性研究相對較少。在環(huán)境問題突出、缺乏監(jiān)管和保護的鄉(xiāng)村地區(qū)人居林的消退極為嚴(yán)重[8-11]。據(jù)此對環(huán)境問題突出的區(qū)域進行人居林的生態(tài)脆弱性研究可對生境的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。濟南南部山區(qū)是濟南市的水源涵養(yǎng)地及“城市綠肺”，對城市的可持續(xù)發(fā)展具有長遠的戰(zhàn)略生態(tài)意義[10]。基于此本文在以往研究的基礎(chǔ)上，將南部山區(qū)人居林作為主要研究對象，采用層次分析法（AHP, Analytic Hierarchy Process），并根據(jù)實地調(diào)研后不同區(qū)域的生態(tài)差異和植被狀況，科學(xué)合理地選取評價指標(biāo)，建立評價模型對人居林進行脆弱性評價，以便對人居林分布模式進行系統(tǒng)化和分級化管理，進一步保證人居林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，同時為區(qū)域因地制宜開展生態(tài)修復(fù)工作提供基礎(chǔ)信息[12]，也為研究生態(tài)脆弱性和生態(tài)平衡可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究地概況

濟南市位于36°01′～37°32′N，116°11′～117°44′E，南部山區(qū)位于濟南市歷城區(qū)南端，典型的溫帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱、四季分明，年平均降水量671.1 mm 左右，年平均氣溫14.7℃，區(qū)域內(nèi)人居林平均海拔高度為438.5 m，最低海拔3 m，最高984 m。截至2021 年9 月，南部山區(qū)轄區(qū)常住人口20.43 萬人，旅游景點43 個，游客人流量較大。由于區(qū)域內(nèi)地形條件復(fù)雜，且受人口密集、活動頻繁、發(fā)展旅游業(yè)等各種人為因素影響，致使區(qū)域內(nèi)植被類型趨于單一，植被結(jié)構(gòu)退化嚴(yán)重，人居林面積呈縮小趨勢，整體生境呈退化狀態(tài)?；诖吮狙芯窟x取南部山區(qū)旅游規(guī)劃發(fā)展區(qū)內(nèi)的20 個景區(qū)與村落，在空間上主要分布在仲宮、柳埠、西營三個片區(qū)，其中西營6 處、柳埠9 處、仲宮5處，分別占比30.0%、45.0%、25.0%。

2 評價指標(biāo)選取和模型構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)及數(shù)據(jù)來源

為了提出人居林的生態(tài)保護修復(fù)戰(zhàn)略和可持續(xù)利用標(biāo)準(zhǔn)，對影響人居林生態(tài)脆弱性的因素進行權(quán)重評價。本研究依據(jù)研究對象的差異性影響采用AHP 評價方法，從影響人居林生態(tài)脆弱性的結(jié)構(gòu)和功能性的兩方面進行考慮，在指標(biāo)選取上參考王建軍等[13-18]的方法，結(jié)合實地調(diào)研后濟南南部山區(qū)人居林不同區(qū)域的生態(tài)差異和植被狀況，最后綜合利用德爾菲法在相對統(tǒng)一的原則上，經(jīng)過4 輪的信息收集整理15 位專家打分進行指標(biāo)篩選。評價指標(biāo)體系設(shè)置目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層共計3 個層次, 其中指標(biāo)層又拆解進行了指標(biāo)項的細(xì)分。指標(biāo)層包含植被結(jié)構(gòu)的變化、潛在自然植被（PNV, Potential Natural Vegetation）的完整性、區(qū)域面積縮小、地形變化、生長環(huán)境變化、硬面壓力等6 個方面，以及23 個指標(biāo)項，形成相互不重復(fù)的獨立因素，以此構(gòu)建評價體系詳見表1。

表1 人居林脆弱性評價模型

2.2 評價方法及模型構(gòu)建

通過對指標(biāo)篩選，確定人居林生態(tài)脆弱性評價模型。主體分別由目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）、指標(biāo)層（C）、三部分構(gòu)成，通過將問題層層分解形成相互關(guān)聯(lián)的各個有序的層次，然后對問題進行分析拆解形成指標(biāo)項以此進行評價，對所得到的各指標(biāo)，綜合按層次結(jié)構(gòu)排列后進行構(gòu)建模型（表1）。

建立評價模型后在篩選指標(biāo)的9 名專家中繼續(xù)對其進行問卷調(diào)查，并進一步確定各指標(biāo)因子，并將得到的數(shù)據(jù)進行處理構(gòu)建各個層次指標(biāo)相對重要性的判斷矩陣, 計算出相應(yīng)的權(quán)重值, 通過判斷驗證各層次指標(biāo)通過一致性檢驗，計算各因素所占權(quán)重以評價人居林的生態(tài)脆弱性，其具體步驟如下：

（1）確定人居林生態(tài)脆弱性的影響因素，建立層級結(jié)構(gòu)模型：影響因素提取，根據(jù)隸屬和交叉關(guān)系分成不同層級，進行屬性聯(lián)接，將指標(biāo)聚合成遞進的層次結(jié)構(gòu)模型。

（2）構(gòu)造判斷矩陣：將指標(biāo)層要素進行兩兩對比，使用1～9 標(biāo)度對指標(biāo)因子重要性進行賦值[19]，以此構(gòu)建判斷矩陣。

（3）對矩陣進行統(tǒng)一處理，矩陣的最大特征值的特征向量即表示影響因素之間的相對權(quán)重，可得到各評價指標(biāo)的相對權(quán)重系數(shù)。

（4）進行一致性檢驗：計算CR和CI的值，只有當(dāng)CR＜0.1 時，通過一致性比率（C.R., Consistent Ratio）判定問卷回答可信[19]，視為“適當(dāng)?shù)臋z驗”。

其具體計算公式為：

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣的階數(shù)；CR為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機一致性指標(biāo)，取值規(guī)律見表2。

表2 1～9 階平均隨機一致性指標(biāo)

（5）在本研究中確定指標(biāo)權(quán)重后，將各個指標(biāo)加權(quán)求和，逐層計算得到生態(tài)脆弱性指數(shù)，計算公式為：

其中，evi為脆弱性指數(shù)；ai為各評價指標(biāo)的權(quán)重；pi為各評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化得分。

（6）利用評價項目的加權(quán)值，開發(fā)并利用了總分100 分的相對評價表，以便對人居林生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性進行更為量化的評價，編制了分?jǐn)?shù)表，掌握濟南南部山區(qū)人居林的現(xiàn)狀（表3）。

表3 人居林的生態(tài)脆弱性等級與危險度

3 研究結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)權(quán)重計算與分析

針對影響因素所提出的指標(biāo)層，進行主要評價項目的問卷分析，所得到的結(jié)果見表4。其中所有的問卷回答通過了一致性檢驗，整體平均一致性比率為0.007，顯示出很高的邏輯連貫性，因此證實是有效的。通過表4權(quán)重值的分析比率得出在人居林生態(tài)系統(tǒng)中區(qū)域面積的縮小是最大的影響因素，其權(quán)重值高達23.6%。其次是地形變化、生長發(fā)育環(huán)境變化、地面踩踏等壓力影響、自然植被結(jié)構(gòu)變化、潛在自然植被完整性變化，其比重分別為18.1%、16.4%、14.8%、13.9%、13.3%。其區(qū)域面積縮小比潛在自然植被的完整性影響因素高出約1.7倍，故在人居林的恢復(fù)和重建中應(yīng)加強對生存面積的管控。在對表4 分析的基礎(chǔ)上對指標(biāo)項進行進一步加權(quán)，得出各要素的細(xì)部評價項目的權(quán)重（表5）。

表4 人居林生態(tài)脆弱性評價因素的權(quán)重值

表5 各評價指標(biāo)的權(quán)重得分及人居林?jǐn)?shù)量比例

通過表5 人居林生態(tài)脆弱性影響因子進一步分析可得：植被結(jié)構(gòu)變化的4 個細(xì)部指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果顯示，當(dāng)灌木層和草本層都退化時，對森林生態(tài)系統(tǒng)變化的影響最高（40.8%）。其次是灌木層的退化（24.3%），草本層退化（18.6%）當(dāng)植被結(jié)構(gòu)沒有變化時則得到了16.4%相似的權(quán)重值，且一致性比率為0.006，檢驗通過。即植被結(jié)構(gòu)退化會對人居林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，要維持生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性和可持續(xù)性需要維持植被結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定潛在自然植被（PNV）的完整性破壞程度一致性比率為0.001，結(jié)果具有很高的連貫性。根據(jù)權(quán)重分析結(jié)果顯示，PNV 的構(gòu)成比越低，人居林生態(tài)系統(tǒng)就越脆弱。對地形地貌變化的細(xì)部權(quán)重分析結(jié)果顯示，地形地貌變化達到50%以上的時候最高權(quán)重為45.6%，而在地形變化在25%以下時的權(quán)重值與沒有地形變化時沒有太大的差異，其一致性比率為0.017。土壤環(huán)境變化的細(xì)部權(quán)重值進行分析的結(jié)果顯示，當(dāng)土壤環(huán)境變化超過50%時，加權(quán)值最高（44.8%）。對踩踏效應(yīng)的“強、中、弱”三個細(xì)節(jié)要素進行對比，“強”占37.3%，“中”占34.4%，“弱”相對較低的權(quán)重值為28.4%。生長環(huán)境與踩踏壓力的一致性比例分別為0.013 和0.001。綜合以上指標(biāo)權(quán)重和評價結(jié)果分析可知：人居林面積縮小是導(dǎo)致人居林生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定性的第一個因素，其一致性比率為0.011。面積縮小越多，權(quán)重值越高，面積縮小50%以上時為43.6%，25%～50%為25.8%，25%以下為17.7%，沒有變化的時候也會有12.9%的影響，故首先應(yīng)加強人居林面積的保護。

3.2 評價指標(biāo)結(jié)果及分析

在對23 個細(xì)部指標(biāo)構(gòu)成的6 個要素的脆弱性評價框架分析后，進一步對南部山區(qū)20 個人居林進行了生態(tài)脆弱性評價（表5）。從生態(tài)脆弱性的評價指標(biāo)權(quán)重分布以及綜合評價結(jié)果來看，南部山區(qū)人居林植被結(jié)構(gòu)成為影響人居林生態(tài)脆弱性的最大威脅因素，主要體現(xiàn)在草本層和灌木層全部退化的形態(tài)，約占45%，其中灌木層占40%，草本層占5%。在研究區(qū)20個人居林中，僅有2 處基本維持完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)約占10%。因此研究區(qū)85%的人居林灌木層的結(jié)構(gòu)非常薄弱，其可持續(xù)性無法保障。而潛在自然植被（PNV)完整性的退化程度在評價結(jié)果中顯示是生態(tài)環(huán)境脆弱性影響最小的因素，對生態(tài)脆弱性的影響都比較低。在對人居林生態(tài)系統(tǒng)面積縮小因素評價顯示，人居林的面積縮小與人居林周邊的土地利用方式有著密切的關(guān)系。有35%（7 處）的人居林減少了原面積的25%以上，面積縮小導(dǎo)致人居林生態(tài)系統(tǒng)退化，其中有35%（7 處）維持著人居林形成初期的森林面積。地形地貌的變化是僅次于面積縮小的脆弱性評價要素。調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)原地形變更50%以上的地方，但變更25%～50%的地方有1 處（5%），變化程度未滿25%的有10 處（50%），有9 處（45%）是維持固有地形的人居林。通過比分可看出地形變化會對人居林造成各種直接干擾，進一步對人居林的外形面積縮小、植被結(jié)構(gòu)的簡單化和質(zhì)量低下等產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)評價結(jié)果顯示土壤環(huán)境的變化和踩踏是阻礙或影響樹木生長和植被恢復(fù)的重要因素。其會導(dǎo)致植被生長空間受限，原有的植被種子庫消失，外來植物物種入侵，致使人居林二次退化。研究區(qū)人居林生長環(huán)境不變的地方占50%（10 處），發(fā)生25%以下微弱環(huán)境變化的有4 處（20%），25%以上的較高強度環(huán)境變化的人居林有6處（30%），其影響因素主要是為提高人居林使用便利性建設(shè)活動增加直接危害其系統(tǒng)植被發(fā)育。其次由于踏壓導(dǎo)致的土壤孔隙的縮小和消失導(dǎo)致土壤的透氣性和透水性變差，進一步致使植物棲息地的環(huán)境質(zhì)量下降，從而威脅人居林的可持續(xù)性。

目前人居林中形成的踏壓強度為“弱”的有2 處（10%），強度為“中”的有4 處（20%），影響是“強”的有14 處（70%）。結(jié)果顯示，大部分村莊的人居林都因頻繁的利用而產(chǎn)生了踩踏效應(yīng)，由此導(dǎo)致生長環(huán)境質(zhì)量下降。通過以上分析在研究區(qū)所選取的3 個重點片區(qū)中，西營片區(qū)村落整體人居林的生態(tài)脆弱性偏低，即自然生態(tài)環(huán)境較好。在對研究區(qū)20 處人居林生態(tài)脆弱性評價結(jié)果中顯示，6 個因素導(dǎo)致的人居林生態(tài)系統(tǒng)脆弱性平均值為45.85 分。鳳凰村的人居林處于最脆弱狀況，臥虎山和跑馬嶺的人居林基本維持自然狀態(tài)。根據(jù)圖1，人居林生態(tài)環(huán)境極度脆弱處于Ⅴ等級的人居林有1 處（5%），需制定應(yīng)急方案克服生態(tài)脆弱性，可持續(xù)利用的人居林脆弱性等級為Ⅳ的有3 處（15%）。脆弱性等級為Ⅰ的人居林有2 處（10%）屬于接近自然森林，受生物要素和非生物要素的干擾影響較小，脆弱性等級為Ⅱ的有6 個地方（30%）也無須過度干預(yù)。而脆弱性等級為Ⅲ的有8 處（40%）可通過管理維持人居林可持續(xù)性，其中3 處人居林分布在脆弱性分?jǐn)?shù)區(qū)間的51～55，2 處分布在41～45 分，2 處分布在46～50 分等，如圖1 基本呈正態(tài)分布格局，通過上述分析可對研究區(qū)人居林生態(tài)脆弱性生境的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展提供一定的指導(dǎo)意義。

圖1 人居林的生態(tài)脆弱性等級分布

4 結(jié)論與討論

本研究通過層次分析法選取濟南南部山區(qū)人居林作為研究對象建立評價指標(biāo)體系綜合評價其生態(tài)脆弱性。根據(jù)結(jié)果分析可得，南部山區(qū)人居林植被結(jié)構(gòu)退化嚴(yán)重，且植被結(jié)構(gòu)質(zhì)量低下，公共利用空間大部分的人居林由古大樹組成。從長遠角度來看，人居林的結(jié)構(gòu)性復(fù)原具有必要性，需建立區(qū)域潛在自然植被組成多層植被結(jié)構(gòu)從而保證可持續(xù)發(fā)展。其次從評價結(jié)果可以看出調(diào)查地原生性人居林幾乎占一半，僅憑適應(yīng)地區(qū)環(huán)境條件的潛在自然植被就形成了人居林。其他植被結(jié)構(gòu)占比較低，考慮到景觀的歷史演替和鄉(xiāng)村土地利用的行為發(fā)展過程，鄉(xiāng)村人居林的這種以原生性人居林為主的自然性保護手段是值得倡導(dǎo)的。相反，近30%的人居林，由于認(rèn)知管理方法和利用形態(tài)的變化，組成樹冠層的樹木種類發(fā)生了很大變化，需要制定相應(yīng)的生態(tài)應(yīng)對戰(zhàn)略。對人居林生態(tài)系統(tǒng)面積縮小因素進行評價發(fā)現(xiàn)，由于與傳統(tǒng)人居林相關(guān)歷史文化的消失和認(rèn)知不足、以利用為中心的人居林開發(fā)壓力等，導(dǎo)致人居林的面積在不斷縮小。因此，需要對人居林開發(fā)利用的自主范圍進行設(shè)定。同時需要對當(dāng)?shù)鼐用襁M行宣傳教育，在多方努力下，共同完成保護工作。

通過建立評價指標(biāo)體系對長期威脅人居林生存的各類因素賦予權(quán)重值，確定了威脅南部山區(qū)人居林生態(tài)系統(tǒng)的影響因素通過評價結(jié)果分析可對脆弱性強的地區(qū)提供緊急管理方案。生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)與方法到目前為止沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，本研究對人居林生態(tài)脆弱性進行評價，雖然不具有空間上的可比性，但可為生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境建設(shè)提供一定參考依據(jù)，同時也為建立和使用國家水平的人居林保護評價體系起到一定借鑒和推動作用。