基于模糊綜合評價法的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價——以北川縣自然保護(hù)區(qū)為例

樊建霞

(重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶萬州 404155)

森林生態(tài)系統(tǒng)健康問題成為近年來一個熱門話題［1～3］。北川縣自然保護(hù)區(qū)在“5·12”地震中遭到一定程度的毀損，致使區(qū)內(nèi)局部范圍內(nèi)的森林生態(tài)系統(tǒng)功能衰退［4］，所以對該保護(hù)區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價顯得及其重要。但是目前對災(zāi)后該保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價方面的研究還未見報道，而且目前森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價大多是定性判斷［5］，將定性判斷與定量評價的有機(jī)結(jié)合乃是研究森林生態(tài)系統(tǒng)健康的重要問題。因此，本文以北川縣自然保護(hù)區(qū)為研究對象，構(gòu)建模糊綜合評價模型對其森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了綜合評價，為進(jìn)一步全面、深入地研究和指導(dǎo)北川縣災(zāi)后森林生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)以及可持續(xù)發(fā)展提供有力數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)域概況

北川縣自然保護(hù)區(qū)地處綿陽市北川縣，位于北緯 30°14'～32°14'，東經(jīng) 103°44'～104°42'?？h境內(nèi)海拔高度為540 m～4 769 m。年平均氣溫15.6℃，年平均降水量1 399.11 mm，平均日照931.1 h～1 111.5 h。森林和水資源極為豐富;在地理分布上表現(xiàn)出森林成分復(fù)雜、種類繁多、類型豐富等特點。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

在野外踏查的基礎(chǔ)上，于2013年6月～10月期間，根據(jù)保護(hù)區(qū)主要森林類型、生長、分布情況共設(shè)置20塊有代表性的樣地。采用20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣方調(diào)查法進(jìn)行植被調(diào)查，記錄海拔、坡向、干擾狀況、土壤狀況等基本狀況，對高度＞1.3 m的喬木進(jìn)行每木檢尺，記錄其樹種的名稱、株數(shù)、樹高及胸徑等。樣地內(nèi)按對角線分別設(shè)置5個2 m×2 m的灌木樣方，并在其四角設(shè)置4個1 m×1 m的草本樣方。分別記錄灌木和草本的種類、株(叢)數(shù)、郁閉度、蓋度等因子。

2.2 建立評價指標(biāo)體系

本研究根據(jù)指標(biāo)選取應(yīng)遵循的原則，結(jié)合北川縣自然保護(hù)區(qū)實際情況，初步選取了3層次18個指標(biāo)。由于初選的部分評價指標(biāo)之間可能存在一定程度的相關(guān)性，因此不應(yīng)直接綜合這些指標(biāo)［6］。本研究采用主成分分析法對初步選取的18個指標(biāo)進(jìn)行定量篩選，應(yīng)用統(tǒng)計軟件SPSS20.0分析得到特征值(表1)和特征向量，結(jié)合定性篩選，北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系包括3大類9個指標(biāo)?；盍χ笜?biāo)為單位面積蓄積量;組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)包括植物豐富度指數(shù)、郁閉度、土層厚度、坡向和坡位;抵抗力指標(biāo)包括病蟲害等級、干擾活動強(qiáng)度。

表1 部分主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 1 Eigenvalues and variance contribution rate of parts of principal components

2.3 確定評價指標(biāo)權(quán)重

本文采用模糊綜合評價法進(jìn)行評價，其結(jié)果數(shù)值在0～1之間，且數(shù)值越大，評價結(jié)果越好。鑒于此特點，本研究運用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析法確定權(quán)重［7］。具體結(jié)果如表2所示。

表2 各層次評價指標(biāo)權(quán)重Table 2 The weight of various evaluation indexes

2.4 構(gòu)建模糊綜合評價模型

本研究根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論建立北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價的模型［7］:

式中，B為各等級的模糊子集;R為權(quán)重集;A為通過隸屬函數(shù)得到的隸屬度模糊關(guān)系矩陣;o為模糊矩陣積運算。

隸屬函數(shù)各參數(shù)的確定如下:總體原則是盡量參照國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，如無國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)參考《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定(國家林業(yè)局)》，同時結(jié)合北川縣自然保護(hù)區(qū)的具體條件，從而確定本文各評價指標(biāo)的很健康、健康、亞健康、不健康和病態(tài)五個等級的標(biāo)準(zhǔn)值。各指標(biāo)具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 各指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation criterion of all indexes

3 結(jié)果與分析

3.1 北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價

由隸屬函數(shù)和表3可得出要素層森林生態(tài)系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)以及抵抗力的隸屬度和權(quán)重，根據(jù)模糊綜合評判運算規(guī)則，可得出目標(biāo)層森林生態(tài)系統(tǒng)對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級的評判結(jié)果。為了直觀地反映模糊綜合評判的結(jié)果，并消除最大隸屬度原則對森林生態(tài)系統(tǒng)健康的發(fā)展趨勢的忽視，對其評判結(jié)果進(jìn)行賦值運算，使其評價結(jié)果更符合實際狀況。各樣地評價結(jié)果的平均值即為總體評價結(jié)果。具體結(jié)果見表4。

表4 各樣地森林生態(tài)系統(tǒng)評價結(jié)果Table 4 The assessment results of forest ecosystem health of all sampling plots

從表4可以看出，北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的總體健康狀況介于Ⅱ和Ⅲ級之間，但偏向于Ⅲ級，呈現(xiàn)出由Ⅱ級即健康狀態(tài)向Ⅲ級即亞健康狀態(tài)發(fā)展的態(tài)勢。

3.2 影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康主要因素

從表3權(quán)重表可以看出，在3個要素層中，對北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況影響最大的是森林生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)，其權(quán)重為0.73，其次是森林生態(tài)系統(tǒng)抵抗力，影響最小的是森林生態(tài)系統(tǒng)活力。在森林生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的一級指標(biāo)中，影響最大的是環(huán)境因子，其權(quán)重為0.43，這也說明環(huán)境是健康森林生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而且在3個環(huán)境因子中影響最大的是海拔，其權(quán)重為0.38，這同時也表明在北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價中，海拔是影響最大的因子。

4 結(jié)論與討論

本文構(gòu)建模糊綜合評價模型對北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了綜合評價。結(jié)果表明，海拔是影響北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因子。總體而言，保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為亞健康，主要原因可能是保護(hù)區(qū)森林組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低的緣故。所以要加強(qiáng)北川縣自然保護(hù)區(qū)的管理，以提高其森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。

由于森林生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及其理論體系還不夠完善，有些評價指標(biāo)在量化以及動態(tài)因子選取方面存在困難，再者有些評價指標(biāo)目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，各研究者們所采用的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一［8，9］，且不同的區(qū)域間也有差異，因此造成所選取的隸屬函數(shù)不同，其健康評價的結(jié)果有所差異，所以選取最適合的隸屬函數(shù)還有待進(jìn)一步的研究。

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