全國森林資源質量綜合評價

杜 志，甘世書，胡 覺

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調查規(guī)劃設計院，長沙 410014)

我國森林資源經營經歷過三個時期，即從以森林采伐利用為主的時期，歷經森林采育兼顧的時期，發(fā)展到現(xiàn)在的森林可持續(xù)經營時期。森林資源質量的評估作為制定林業(yè)經營發(fā)展規(guī)劃與宏觀決策的重要科學依據(jù)[1]，其內涵也是與時俱進的，從單一的木材產量評價，向兼顧森林資源質量的物質基礎和服務效能兩方面的綜合衡量發(fā)展[2]。

目前，在德國和法國等林業(yè)發(fā)達國家，以木材產量、森林蓄積和可持續(xù)經營措施實施狀況，以及公眾對森林服務功能滿意情況等方面進行森林資源質量評價；而國內常采用喬木林單位面積蓄積量、單位面積生長量、單位面積株數(shù)、平均郁閉度、平均胸徑、樹種組成結構等作為衡量森林資源質量的重要指標，同時基于國家森林資源連續(xù)清查結果的森林資源質量評價指標體系也在逐步建立完善[1,3]。然而，目前森林資源質量評價的研究對象大多集中于林場[4]、市縣范圍[5]，對于大區(qū)域的動態(tài)綜合評價較少。本文基于第七次和第八次全國森林資源連續(xù)清查成果數(shù)據(jù)，采用因子分析法對各省的森林資源質量進行分析評價，以期為森林資源可持續(xù)經營提供理論支持。

1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)源于2004年至2013年全國31個省級行政區(qū)(不含港澳臺)的兩次森林資源連續(xù)清查結果。根據(jù)總體性、相對獨立性、代表性和具體性等原則[1]，對指標進行篩選，確定以森林分布(森林覆蓋率、天然林比重)、森林生產力(林地利用率、單位面積蓄積)、森林結構(林種結構、齡級結構、樹種結構、群落結構、林層結構)、森林健康(健康森林面積比重、枯損率、病害面積比重、蟲害面積比重、氣象及其它災害比重)和森林服務功能(人均森林面積、人均森林蓄積、自然保護區(qū)面積占比)等5個方面17個指標構建森林資源質量綜合評價體系。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

綜合評價體系的17個指標數(shù)據(jù)通過指數(shù)法進行標準化，其中：正向指標采用公式Ci=Xi/Xmax(Xi，Xmax，Ci分別為指標數(shù)原始值、指標數(shù)據(jù)最大值、指標數(shù)據(jù)標準化值)，如單位面積蓄積、人均森林面積和人均森林蓄積等指標；逆向指標采用公式Ci=Xmin/Xi(Xi和Xmin為指標數(shù)據(jù)最小值)，如枯損率、病害面積比重、蟲害面積比重等；林種結構、齡級結構和樹種結構方面的指標采用公式Ci=1-|X0-Xi|/X0(X0為指標數(shù)據(jù)區(qū)間最優(yōu)值，本文取0.5)。

2.2 因子分析和質量分級

因子分析常用于數(shù)據(jù)降維，可實現(xiàn)用少數(shù)變量(主成分)來解釋多個變量(因子)的信息，通過分析變量間相關性的大小，進行分組，認定各組代表某一特性。因子分析法首先采用KMO值 和Bartlett球形度檢驗該方法對于對象的適用性，其次通過提取主成分來解釋總方差，最后運用旋轉矩陣結果表示分組權重結果。

將標準化后的指標數(shù)據(jù)與因子分析確定的權重進行加權求和，得到綜合指數(shù)，將其分為優(yōu)[0.5，1]、良[0.4，0.5)、中[0.3，0.4)、差[0，0.3)四個級別。

3 結果與分析

3.1 指標體系構建

對省級行政區(qū)兩期連清成果17個指標的數(shù)據(jù)進行因子分析，結果顯示：KMO值0.631，大于0.5；Bartlett球形度檢驗Sig值小于極顯著水平的0.01，表示因子分析法適用于森林資源質量的評估。采用主成分分析法對17個指標進行因子抽取，提取特征值大于1的因子，共5個。通過最大方差法旋轉后特征值貢獻率依次為24.798%，15.647%，13.267%，10.382%和9.120%，累積貢獻率為73.214%，顯示出較好的信息提取效果。

通過旋轉成分矩陣對指標分組進行確定，因子載荷代表指標對主成分的相關性，其絕對值越高，相關程度越好。通過旋轉成分矩陣對17個指標因子確定對應主成分(表1)。單位面積蓄積、人均森林面積、人均森林蓄積、病害比重和蟲害比重在第1個主成分上的載荷值大于其他指標，可視為森林質量、森林服務功能和森林健康指標；第2主成分包括森林覆蓋率、林地利用率和林種結構；第3主成分有天然林比重、樹種結構、群落結構、氣象及其它災害和自然保護區(qū)占比指標；齡組結構和林層結構體現(xiàn)在第4主成分中；森林健康比重和枯損率的指標集中于第5主成分。

表1 旋轉成分和因子分析得分系數(shù)矩陣表指標成分得分系數(shù)1234512345森林覆蓋率-0.1230.8040.3510.115-0.2980.0000.3090.134-0.050-0.166天然林比重0.338-0.1930.5610.499-0.3490.020-0.0680.1570.190-0.097林地利用率-0.0450.872-0.1130.0080.1410.0490.338-0.0440.0150.072單位面積蓄積0.755-0.2850.1600.422-0.0510.148-0.078-0.0360.2290.039林種結構-0.2530.836-0.084-0.0190.035-0.0050.313-0.024-0.0140.000齡組結構-0.035-0.2420.0690.709-0.423-0.054-0.116-0.1290.417-0.179樹種結構0.1540.0820.7400.1190.022-0.0160.0330.383-0.0340.148群落結構0.4060.2960.4890.353-0.4070.0870.1360.1210.066-0.193林層結構0.0610.2640.0770.6650.170-0.0160.077-0.0340.4660.253

續(xù)表1指標成分得分系數(shù)1234512345健康森林比重0.2940.314-0.0580.1170.4670.0790.1280.0020.1440.351枯損率-0.020-0.100-0.082-0.0840.809-0.033-0.0560.0980.1040.595病害比重0.5910.136-0.466-0.250-0.1920.2230.110-0.296-0.179-0.293蟲害比重0.966-0.0900.087-0.0580.0980.2440.0290.001-0.0870.043氣象及其它災害比重0.057-0.015-0.645-0.0400.1280.0600.001-0.3340.087-0.014人均森林面積0.956-0.1450.1370.0500.0370.2300.0030.004-0.0270.025人均森林蓄積0.965-0.0970.1030.0180.0690.2390.023-0.006-0.0410.037自然保護區(qū)占比-0.2010.215-0.5450.3870.006-0.0210.060-0.3430.352-0.010

根據(jù)各省級行政區(qū)的指標在主成分中的得分系數(shù)，結合指標數(shù)據(jù)標準化值，運用公式Vj=Ci×Zi(其中Vj為主成分的得分值;j取值為1，2，3，4，5；Zi為各指標對應系數(shù))可得出各行政區(qū)的成分得分。根據(jù)5個主成分的特征值貢獻率與累積貢獻率的比值，得到各主成分的權重Wj。采用公式EEQ=∑(Vj×Wj)各主成分的得分與權重的加權求和，即為各行政區(qū)的森林資源質量綜合評價值。

3.2 質量評價結果

將各省級行政區(qū)的第七次森林資源連續(xù)清查成果數(shù)據(jù)，采用因子分析法計算森林資源質量評價值，結果如表2所示。西藏自治區(qū)的綜合評價指數(shù)最高，為0.705，寧夏回族自治區(qū)的綜合評價最低，質量為優(yōu)的有西藏自治區(qū)、福建省和廣西壯族自治區(qū)。

表2 各主成分和綜合得分表省份主成分1主成分2主成分3主成分4主成分5綜合評價得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序西藏1.01410.432250.51810.719120.58830.7051福建0.152170.88940.44530.95930.46690.5162廣西0.146190.91430.37990.89750.47960.5003江西0.168130.98810.44440.505200.329140.4614吉林0.167140.8608-0.025271.26910.281170.4515湖南0.145200.814110.354110.732110.397120.4406云南0.19960.83990.40080.755100.111250.4407四川0.175100.651190.170171.22620.232210.4328浙江0.173110.88250.44450.425260.280180.4239貴州0.160160.686170.45320.566170.443100.41810湖北0.151180.750130.43060.537180.369130.41111廣東0.17990.88160.306140.515190.242200.40712重慶0.134210.609210.336130.76190.433110.39913黑龍江0.18370.772120.140230.94940.031270.39114安徽0.115250.654180.40470.472230.50940.38215遼寧0.134230.820100.082240.689130.299160.37016海南0.44320.9862-0.227290.41927-0.206300.35317山東0.086300.595220.072250.491210.82610.34218河南0.133240.706160.145220.400290.49750.34119河北0.094270.612200.158190.480220.46780.31820青海0.18180.049310.357100.87360.302150.29821

續(xù)表2省份主成分1主成分2主成分3主成分4主成分5綜合評價得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序山西0.088290.430260.276150.618160.224220.28722內蒙古0.171120.383270.148210.78680.023280.28123江蘇0.088280.52424-0.013260.437240.60320.27724上海0.33540.8767-0.543300.393300.143240.27625陜西0.112260.573230.162180.66415-0.128290.26826天津0.33830.72315-0.683310.427250.47170.26427新疆0.162150.050300.342120.665140.248190.25328甘肅0.134220.209280.205160.81970.067260.25129北京0.30350.73814-0.139280.21431-0.225310.23730寧夏0.081310.195290.154200.404280.223230.18231

主成分1得分前三名的依次為西藏、海南和天津，表明其單位面積蓄積、人均森林面積蓄積、病蟲害比重均處于全國前列。西藏地廣人稀，天然、原始、異齡的成過熟森林占優(yōu)勢，森林健康、大多處于自然狀況，其森林資源質量的特點在主成分1得分中遙遙領先于其它省份。青海、寧夏、甘肅等西北部省份幅員遼闊，處于干旱半干旱地區(qū)，降水較少，生態(tài)環(huán)境相對較差，造林成林難度較大，其森林資源質量在主成分2中得分值較低，對應反映了西北地區(qū)森林覆蓋率和林地利用率有待提高的現(xiàn)實。主成分3得分值較低的為天津、上海、海南和北京，其中上海范圍內無天然林分布，均為人工林，其樹種較為單一，群落結構較為簡單，森林易受氣候等災害影響，與主成分3代表的天然林比重、樹種結構、群落結構、氣象及其它災害和自然保護區(qū)占比指標相對應。吉林、四川、福建和黑龍江在主成分4得分中較高，反映了這些地區(qū)齡組結構和林層結構處于較好的狀態(tài)。北京地區(qū)常受沙塵影響，人員活動頻繁，森林大多處于亞健康狀態(tài)，枯損率較高。海南四面環(huán)海，常受臺風暴雨等天氣影響，森林枯損率高。故北京和海南在成分5得分表現(xiàn)較低。

對第七次和第八次全國31個省級行政區(qū)的森林資源連續(xù)清查成果進行分析，對比兩次的森林資源質量綜合評分，詳見圖1。從分布來看，西藏的森林資源質量綜合評分遠高于其它省份，全國31個省的大多集中在0.3～0.5區(qū)間內，第七次清查成果中有17個省的綜合評分位于此范圍，第八次有26個省。按級別來劃分，第七次各省份的優(yōu)、良、中、差的比例為3∶9∶8∶11，第八次為1∶11∶15∶4。說明我國森林資源質量基本處于中等和良好的水平上，但還有很大的提高空間。對比兩次連清成果的變化，31個省份中有20個省的森林資源質量綜合評分有所上升，其余11個省份出現(xiàn)了不同程度的下降。結果顯示，大部分省份更加重視生態(tài)建設，森林資源質量得到提升。

圖1 全國各省森林資源質量綜合指數(shù)

4 結論與討論

本文以全國31個省份的第七次和第八次森林資源連續(xù)清查成果為基礎，通過運用因子分析法，對全國各省份的森林資源質量進行綜合評價。研究結果表明：全國大部分省份的森林資源質量處于中等和良好的水平，西藏的森林資源質量遙遙領先于其它省份，吉林、福建和廣西等省份的森林資源質量較好。隨著我國生態(tài)文明建設理念逐步深入人心，森林資源得到了更多的重視，大部分省份的森林資源質量得到了提升。但是，不少省份森林資源質量有很大發(fā)展空間，森林資源質量表現(xiàn)較差，也存在變差的趨勢。寧夏和甘肅等地森林資源質量亟待提升，應針對主成分代表的指標因子，加強科技培育經營，提升森林資源質量。

因子分析法通過提取17個指標，分析其相關性，用貢獻率為73.214%的5個主成分來分析評價森林資源質量，得到的結果與馮繼廣等[2]基于第八次清查成果的分析結果一致。然而各指標仍有四分之一的信息沒有提取出來。各指標中也存在相關性，因子分析法的主成分提取的各指標實際存在聯(lián)系，各主成分代表的實際意義難以給出明確解釋。同時，部分指標以最優(yōu)值作為標準衡量其它省份，會使其它地區(qū)的數(shù)值相對偏小，從而造成整體的評價偏低。指標代表性和基準參考值的確定是今后森林資源評價需探討的方向。