殼斗科人工林綜合效益指標體系研究

鄭明朝 覃德文 吳敏 秦武明 聶珍臻

摘要：殼斗科（Fagaceae）植物作為地球上分布最廣泛、最原始的植物類群之一，具有較高的生態(tài)學價值。本研究通過對27a生的青鉤栲（Castanopsis kawakamii）、麻櫟（Quercus acutissima）、紅錐（Castanopsis hystrix）人工林進行標準地測樹調查及樣方生物量、生態(tài)環(huán)境因子測定，采用生長過程數(shù)學建模及層次分析方法等開展林分生態(tài)效益、經濟效益和綜合效益評價分析。結果表明，在殼斗科人工林綜合效益評價體系分析中，選取生態(tài)、經濟和社會效益3個層次共15個指標，采用層次分析法對兩樹種人工林建立綜合效益評價體系。在準則層中，生態(tài)、經濟和社會效益指標權重分別為0.401 7、0.455 4、0.175 5。通過評價指標權重及各指標分值計算，麻櫟人工林的綜合效益評分（3.222 3）>紅錐林（3.107 6）>青鉤栲林（2.893 0）。該體系可為殼斗科人工林的科學評價、項目投資決策等提供參考依據(jù)。

關鍵詞：殼斗科（Fagaceae）；層次分析法；綜合效益評價；人工林

中圖分類號：S75 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5291-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.021

The Comprehensive Evaluation on the Fagaceae Plantation

ZHENG Ming-chao1，QIN De-wen2，WU Min1，QIN Wu-ming2，NIE Zhen-zhen2

（1. Guangxi Liang Feng Jiang National Park， Nanning 530031， China； 2. Forestry College， Guangxi University， Nanning 530005， China）

Abstract：Fagaceae is one of the most widely and oldest plant groups. This study has conducted tree measurement survey in sample plots. It evaluated the quadrat biomass and the ecological environment factors of three timber plantations of 27 years old， which were Castanopsis kawakamii， Quercus acutissima and Castanopsis hystrix. In order to provide some references for the scientific assessment and project investment decision of the three plantations， forest ecological benefit， economic benefit and comprehensive benefit have been evaluated comprehensively by mathematical model in growth process. Fifteen indexes in three levels of ecological， economic and social benefits were chosen to build the comprehensive benefit evaluation system of the three plantations of Fagaceae. In the criterion layer， the weight coefficients of ecological， economic and social benefit were 0.401 7，0.455 4 and 0.175 5，respectively. According to weight coefficients and value calculation of various indexes， the score of comprehensive benefit of Quercus acutissima plantation was 3.222 3，which was higher than that of Castanopsis hystrix （3.107 6） and Castanopsis kawakamii （2.893 0）.

Key words： Fagaceae； ecological benefit； economic benefit； comprehensive evaluation

殼斗科（Fagaceae）又稱山毛櫸科。殼斗科植物多為常綠或落葉喬木，稀灌木，托葉早落，廣泛分布于南、北兩半球，但非洲僅見于北部。共7～11屬約900種，主要產于亞洲南部及東南部，中國有6屬，約300種[1]。除新疆有引種外，自然分布于南北各省區(qū)，主要產于西南及南部。自沿海低丘陵至海拔約3 800 m高山均有生長，常為山地常綠闊葉或針葉闊葉混交林的主要上層樹種，又是山地水源林的重要成分，也是秦嶺南坡以南各地的主要用材樹種[2]。該科植物由于適應能力強，多具有耐旱、耐陰等生長特性，分布范圍廣泛，能與各類型樹種組成復合型生態(tài)系統(tǒng)，組建穩(wěn)定性高、多樣性豐富的森林，具有較高生態(tài)學研究價值[3]。

目前，國內學者對該科屬樹種研究主要集中在對殼斗科經濟植物資源調查[4]、群落物種組成[5]、結構及區(qū)系特征[6]、殼斗科樹種生理生態(tài)特征等方面研究。 曹小燕等[7]通過葉結構對殼斗科現(xiàn)存植物和化石的鑒定，研究結果表明水青岡屬二級脈與更高級脈序形成的結構穩(wěn)定且存在種間差異，具重要分類學價值。劉彬彬等[8]對水青岡屬（Fagus）的4種分布情況展開論述，總結得出該屬種在浙江地區(qū)生態(tài)進化過程，闡述了殼斗科樹種在中國境內的發(fā)展趨勢。呂曉波等[9]在殼斗科植物為優(yōu)勢的山地雨林群落的主要種群空間分布格局展開過研究，說明了殼斗科樹種在復雜山地生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)越性，發(fā)現(xiàn)該科樹種較強的適應能力。然而當前的殼斗科研究多集中在殼斗科樹種天然林的調查，對人工林的報道較少。人工林是利用人工育苗造林方式建造的森林。林業(yè)人員依林業(yè)技術與方法，配合林木生長機制建造森林，這類森林的建造不但快速，且可控制。目前在廣西境內已出現(xiàn)了殼斗科樹種人工林的經營，而該科屬樹種的綜合效益也成為了該人工林種植的關注重點。殼斗科樹種綜合效益如何最大化，暫無一個固定的評價方法。

本研究主要從生態(tài)效益、經濟效益、社會效益多個角度對殼斗科樹種人工林進行評價，運用層次分析法對人工林的生長、經濟社會等指標進行篩選，構建殼斗科樹種人工林綜合效益評價體系。通過廣西良鳳江國家森林公園中青鉤栲、麻櫟和紅錐人工林中各項指標對該評價體系進行驗證，全面分析總結出最適合當?shù)胤N植以及推廣的殼斗科珍貴鄉(xiāng)土樹種，并制定出系統(tǒng)科學的評價體系，為今后殼斗科樹種研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地情況

研究地點選為廣西南寧市良鳳江國家森林公園內27a青鉤栲（Castanopsis kawakamii）、麻櫟（Quercus acutissima）、紅錐（Castanopsis hystrix）人工林，北緯22°34′39″-22°46′48″，東經108°15′14″-108°22′22″，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風氣候，冬短夏長。年平均氣溫為21.5 ℃左右，≥10 ℃的年積溫在7 700 ℃以上，年均降雨量1 250～1 320 mm[10]。試驗選取海拔300～400 m的標準樣地6個，每個樹種各3個。對樣地進行全面調查，結合當?shù)亟洜I數(shù)據(jù)，計算各項技術指標，供建立評價體系分析。

1.2 試驗方法

1.2.1 評價指標的構建 從不同殼斗科樹種綜合效益研究發(fā)展狀況出發(fā)，評價指標的構建主要有模糊評價法、層次分析法（Analytic hierarchy Process）和人工神經網絡法[11]。本研究篩選評價指標參考國內外頒布的權威評定標準，如《中國森林公園風景資源質量等級評定》（GB/T18005-1999）、《旅游區(qū)（點）質量等級的劃分與評定》（GB/T 17775-2003）、“綠色環(huán)球21標準體系”（1993）等[12]，根據(jù)生態(tài)學相關基礎理論，結合評價體系的指導思想和基本原則，聯(lián)系不同殼斗科樹種人工林的基礎數(shù)據(jù)（基礎數(shù)據(jù)通過當?shù)亓謽I(yè)相關部門提供以及試驗調查數(shù)據(jù)構成），采用層次分析法綜合評價構建了3個層次，15個指標的分級綜合效益評價體系（表1）。

1.2.2 評價指標權重的確定 構造判斷矩陣A，

A= a11 a12 … a1j a21 a21 … a21 ■ ■ ■ ■ai1 ai2 … aij，其中，aij必須滿足（i，j=1、2、3…n）

aij=■（i≠j） aij=1（i=j）

根據(jù)Saaty等[13]人研究，本研究對引用數(shù)字1～9及其倒數(shù)作為標度，來確定aij，見表2。

1.2.3 模型的計算 第一步驟：計算殼斗科樹種綜合效益判斷矩陣A中每一行元素乘積：

Mi=■aij（i=1、2、3…n）

接著，計算Mi的n次方根

Wi=■ （i=1、2、3…n）

然后，將W=（W1、W2、W3…Wn）T標準化

Wi=■（j=1、2、3…n）

W=（W1、W2、W3…Wn）T為所求特征向量。

第二步驟：計算殼斗科樹種綜合效益判斷矩陣A的最大特征根：

？姿max=■■■，式中（Aw）為向量Aw的第i個元素，對任意的i=1、2、3…n。

第三步驟：對殼斗科樹種綜合效益矩陣一致性檢驗：

CI=■

CR=■

其中，CI為一致性指標，CR為相對一致性指標，RI為平均隨機一致性指標。

為了度量不同階的判斷矩陣是否具有滿意的一致性，還需要引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI，對于1～9階判斷矩陣，RI如表3所示。

2 結果分析

2.1 判斷矩陣計算

結合層次分析計算公式，對選定指標進行層次分析。由表4可知，A、B層CI=0.009 1和RI=0.518 0；對A-Bi層判斷矩陣進行一致性檢驗，結果得出CR=0.009 5，小于0.1，表明該矩陣具有較強的一致性。

接著對Bi-Ci層進行判斷矩陣分析，驗證。由表5可知，在B（1）-Ci層次分析過程中（即經濟效益），得出C3評鑒排位最高，說明在經濟層次分析中投資項目純利潤處于主導作用。且在對矩陣檢驗中，CR=0.009 5，小于0.1，表明該判斷矩陣具有高一致性。

由表6可知，5個技術指標排位順序為生物量>生物多樣性>碳儲量>土壤含碳量>土壤持水量。且在對B（2）-Ci的判斷矩陣檢驗過程中，CR=0.080 3，小于0.1，表明該矩陣具有高一致性，檢驗結果可行。

由表7可知，在社會效益評價中，勞動力的需求情況直接反映了社會效益情況，表明項目投資提高勞動需求量，使得投資項目社會效益經濟價值將得到提高[14]。對B（3）-Ci的判斷矩陣進行一致性檢驗，結果表明，CR=0.064 5<0.1，表明該社會效益評價具有滿意的一致性。

對3個效益評價后，接著對整個評價進行全面分析。分析結果如表8所示。綜合評價得出，經濟效益貢獻指標最高，達到0.455 4；其次為社會效益，貢獻值為0.401 7；第三位為社會效益，其貢獻值為0.175 5。表明了在殼斗科樹種人工林中經濟效益和社會效益評價處于主導地位。另外，在對15個技術指標排序過程中，前3位為純利潤、生物量和項目投資成本。因此，在項目投資過程中，把握好這3點，能夠較好評價不同殼斗科樹種綜合效益。在對總排序矩陣一致性檢驗，結果表明，RI總=1.108 9，CR總=0.082 2，層次總排序一致性CI總=0.012 1，小于0.1，表明總判斷矩陣具有滿意的一致性。

2.2 綜合效益評價

根據(jù)不同殼斗科樹種人工林基本情況，結合當?shù)馗魃a狀況，確定該評價體系中評價指標的評分標準，平均每個指標設定“9”、“7”、“5”、“3”、“1”五個評價等級。并結合當?shù)厣a實際情況，面向當?shù)貭I林工作人員、在職專家與林場領導進行問卷調查30份。在確定殼斗科樹種人工林綜合效益評價指標的數(shù)值后，仍需要對數(shù)值大小進行界定，進而表明不同殼斗科樹種人工林綜合效益影響程度，綜合標準如表9所示。

本研究釆用多層次加權和的方法對來計算綜合評價指數(shù)[15]，表達式如下：

Ii=■iXi

W=∑Ii

式中：Ii為某個指標的評價指數(shù)；Xi為該指標的評分值；■i為該指標的權重；W為該組評價指標的綜合評價指數(shù)。

通過對30份問卷調查分析、專家專業(yè)評定以及綜合效益分析，按照各項指標的評分標準計算可得出不同殼斗科樹種人工林綜合效益評價的各項指標的分值[16]，如表10。

由10可知，青鉤栲人工林綜合效益評分值為2.893 0，麻櫟人工林綜合效益評分值為3.222 3，紅錐人工林綜合效益評分值為3.107 6，指數(shù)大小為麻櫟>紅錐>青鉤栲。因此就綜合效益考慮可以得出，麻櫟人工林較青鉤栲、麻櫟人工林更適宜在當?shù)胤N植發(fā)展，且發(fā)展麻櫟樹種前景較青鉤栲樹種效益更高。通過提高經營集約化、市場化方式，有效促進麻櫟種植與推廣，形成麻櫟人工林潛在的經營價值。

3 小結與討論

本研究通過對殼斗科樹種人工林經營各項指標篩選出科學完善的評價指標，對殼斗科樹種人工林綜合效益展開評價。采用層次分析方法，對經濟效益、生態(tài)效益和社會效益3個基準層，共計15個效益指標建立綜合效益評價體系?；鶞蕦娱g的效益指標權重分別為生態(tài)效益0.401 7、經濟效益0.455 4、社會效益0.175 5，影響高低為經濟效益>生態(tài)效益>社會效益。評價測算的麻櫟人工林綜合效益值（3.222 3）>紅錐人工林綜合效益值（3.107 6）>青鉤栲人工林綜合效益值（2.893 0），麻櫟人工林綜合效益較為明顯。同時，該評價體系中各個準則間的CR均小于0.1，表明構建的殼斗科樹種人工林綜合效益評價體系準則度高，各個指標聯(lián)系性強。

在對殼斗科樹種的研究中，需要加強國內外交流合作，提高測定種類和不同區(qū)域樹種間的評價研究。隨著國內對森林研究的深入，在經濟評價方法上將與國際接軌。通過學習國外的評價經驗，可對殼斗科樹種進行更深入探索，挖掘殼斗科樹種更多的財富。

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