愚公林场森林资源生态价值计量研究

李利

（济源市林业局，河南济源 459000）

愚公林场森林资源生态价值计量研究

李利

（济源市林业局，河南济源 459000）

森林资源是自然资源的重要组成部分，用科学的方法计算其生态价值有助于促进生态环境的平衡，是社会发展的必然要求。本文以愚公林场为例，用模糊数学模型计算了森林的生态价值，其结果对林业政策的制订和建立生态补偿机制有重要的指导意义。

愚公林场；模糊数学模型；水源涵养：土壤保育

森林是一个有林木和其他木本植被占优势并与景观中的空气、地球基质相互作用的动态三维生态系统，不仅是一个林木或者木本植物群落，更是一个具有结构和功能的复杂生态系统[1]。森林不仅能积蓄雨水和冰雪融水，使其逐步释放，而且对水具有过滤净化的作用，一旦这些生态系统衰竭或遭到破坏，人类将不得不投入大量的资金兴建水处理工厂、蓄水坝或其他调洪控洪工程，以弥补这些失去的生态系统服务功能，所以，森林资源成为了目前环境问题的核心[2]。然而人们长期注重森林的经济价值，过度砍伐林木，导致森林生态系统遭到破坏，所以对森林生态价值的研究就显得尤为迫切。

森林生态价值系统是一个复杂的系统，它是多种因素相互影响、相互作用、相互耦合的系统。处理这样的复杂系统，运用常规的数学模型是难以达到目的的。森林生态价值系统是一个模糊系统，其很多影响因素都有很大的不确定性，是一模糊事件。森林生态价值系统是复杂且模糊的系统，它适宜于用模糊数学的方法进行处理。

本文引入模糊数学模型，计算了愚公林场的生态价值，研究成果可为市政府林业政策的制订和建立相应的生态补偿机制提供依据。

1 模糊数学模型

森林生态价值模糊数学模型由价值评价模型和价值计算模型两部分组成[3]，具体结构见图1。

图1 森林生态价值模糊数学模型示意图

1.1 价值评价模型

森林生态价值评价模型可以用一个函数表示：

其中，V为森林生态价值；Xl，X2，X3，…，Xn分别为影响森林生态价值的因素，例如涵养水源、保育土壤、净化废气、森林滞尘[4]等。下面对模型进行具体阐述。

将构成森林生态价值的各因素设为论域U，其中：U={X1，X2，X3，…，Xn}，设W为评价向量，W={高，偏高，一般，偏低，低}，森林生态价值的综合评价可以用下式表示：

式中，V为森林生态价值的综合评价值；A为X1，X2，X3，…，Xn各因素评价的权重值；o为模糊矩阵的复合运算符号，一般为取算子“∧”或“∨”；R为单因素X1，X2，X3，…，Xn评判矩阵所组成的综合评价矩阵，可表示为：

式中：Rnj（n=1，2，3，…n；j=1，2，3，4，5）代表n个因素的j级评价值。要确定Rnj，必须先确定n个因素中，各因素的隶属函数。隶属函数的确定有多种方式，一般常选用升（降）半梯形分布，建立一元线性隶属函数。其基本公式和图形如下[5-6]：

本模型采用“成对比较法”确定权重A，该法是根据区域特征和专家咨询意见，对m个因子中任意两个因子之间的重要性进行两两比较算出比值，然后得到评价矩阵:

1.2 价值计算模型

运用公式（5）算出的结果V为森林生态价值进行综合评价，它是一个无纲向量。因此，必须将其转换为森林生态价值。转换公式如下：

在本模型中，W为森林生态价值的折算价值；V为森林生态价值的综合评价结果；S为森林资源价值向量。

森林资源价值向量的确定方法如下：

因为森林的生态价值包含涵养水源、保育土壤、净化废气、森林滞尘等指标，所以人们期望四指标产生的效益均能最大的发挥作用。人们期望森林产生的生态价值见式（7）。

其中，P为人们期望森林产生的生态价值；A1、A2、A3、A4分别为人们期望森林在涵养水源、保育土壤、净化废气、森林滞尘方面的价值。

森林生态价值应该在[P，0]之间。将其进行等差间隔，便可得到森林资源价值向量：

2 应用实例

2.1 愚公林场基本情况

国有济源市愚公林场位于王屋山主脉，地理坐标为112°12′～112°22′E，35°05′～35°15′N，东与承留镇眦邻，西与邵原镇接壤，南与下冶镇相连，北与山西阳城县接界，是河南省太行山国家级猕猴自然保护区，国家天然林保护工程区，河南省重点生态公益性林场。

愚公林场始建于1952年。林场下设封门、杨沟、新林、茶坊、凉背、西佛庙、十方院、天坛山8个森林管护站，森林面积37.73 km2，林木主要有栎树、刺槐、柏树等；区内峰弈叠嶂，沟壑纵横，绝壁千仞，地势北高南低，最高海拨1 715 m；林场属于暖温带大陆性季风气候，年降雨量600～800 mm，年平均气温14.3℃，冬寒夏凉，四季分明；土壤结构深山区为石灰岩形成的褐土或黄棕壤土，浅山区为砂岩和页岩分化而成的姜黄土或红粘土。

2.2 涵养水源因子模糊评价

愚公林场拦蓄降水面积为37.73 km2，年降雨量最大为800 mm，最小为600 mm，计算得森林年蓄水量最大值为30.184万m3，最小值为22.638万m3。在最大值与最小值之间进行等差间隔，得到基准最小值后，确定出评价标准的基准最小值，然后在最大值和基准最小值之间再次进行等差间隔，确定出其余几个评价标准。

表1 涵养水源因子模糊评价标准

根据表1可以画出涵养水源因子模糊评价标准图2。

图2 涵养水源因子模糊评价标准示意图

令直线1的方程为：

将图中坐标代入方程可得直线1的方程解：

同理可得直线2的方程解为：

将横坐标上五个值之间的公差，即x=7.076分别代入yl和y2方程中，可得：

由此可得涵养水源因子的模糊评价结果为：

2.3 保育土壤因子模糊评价

愚公林场覆土厚度，最大是40 cm，最小为5 cm。栎树林等林地比无林地（荒地）平均减少土壤流失量为335.75 t/（km2·a），林地土壤容重为1.1 t/m3，则每km2森林可减少土壤流失量相当于减少土壤废弃面积最大为0.610 5 hm2，最小为0.076 3 hm2，愚公林场的森林面积37.73 km2，则愚公林场减少土壤损失最大为23.032 hm2，最小为2.879 hm2。在最大值与最小值之间进行等差间隔，得到基准最小值后，确定出评价标准的基准最小值，然后在最大值和基准最小值之间再次进行等差间隔，确定出其余几个评价标准。

表2 保育土壤因子模糊评价标准

同理，可得保育土壤因子的模糊评价结果为：

2.4 净化废气因子模糊评价

森林对二氧化硫的吸收能力为：针叶林为215.6 kg/（hm2·a），阔叶林为88.65 kg/（hm2·a），愚公林场的森林面积是37.73 km2，则愚公林场每年吸收二氧化硫的量最大为813.459 t，最小为334.476 t，在最大值与最小值之间进行等差间隔，得到基准最小值后，确定出评价标准的基准最小值，然后在最大值和基准最小值之间再次进行等差间隔，确定出其余几个评价标准。

表3 净化废气因子模糊评价标准

同理，可得净化废气因子的模糊评价结果为：

2.5森林滞尘因子模糊评价

针叶林的滞尘能力为33.2 t/（hm2·a），阔叶林为10.11 t/（hm2·a）。愚公林场的森林面积是37.73 km2，则愚公林场每年滞尘能力最大为125 263.6 t，最小为38 145.03 t，在最大值与最小值之间进行等差间隔，得到基准最小值后，确定出评价标准的基准最小值，然后在最大值和基准最小值之间再次进行等差间隔，确定出其余几个评价标准。

表4 森林滞尘因子模糊评价标准

同理，可得森林滞尘因子的模糊评价结果为：

2.6 森林生态价值模糊综合评价

将以上四个因素的模糊评价结果综合起来，可以得到森林生态价值模糊综合评价矩阵：

在森林生态价值模糊综合评价中，权重的确定采用专家咨询法与经验相结合的办法，济源市地势西北高，东南低。愚公林场地处西北，如果上游水源丰富，则能有效解决缺水问题，所以涵养水源因子最重要，因此，将涵养水源因子的权重定为0.40。夏天汛期时，如果雨水过多，容易产生山洪，引起泥石流和山体滑坡，影响人民的生命财产安全，所以将保育土壤因子的权重定为0.30。对净化废气和森林滞尘因子，因工矿企业产生的二氧化硫和粉尘，会对人体产生一定的损害，为了计算简便，将两者采取等权处理，分别取权重为0.15，由此可得到森林生态价值模糊综合评价向量为:

A=（0.40，0.30，0.15，0.15）

由此可得到森林生态价值模糊综合评价结果为：

将结果归一化可得：

2.7 愚公林场森林生态价值计算

2.7.1 森林资源价值向量的确定

人们期望森林产生的生态价值为四指标产生的最大效益，根据济源市的实际情况，拦蓄降水的价格以单位库容造价计9.795元/m3，愚公林场年蓄水量最大值为30.184万m3。森林减少土壤流失保护土地价格为9 395.142元/hm2，愚公林场每年减少土壤损失最大为23.032 hm2。我国消减每100 t二氧化硫的治理费用为1.028元/kg，愚公林场每年吸收二氧化硫的量最大为813.459 t。滞尘价格采用燃煤炉窑大气污染物排污收费等筹资型标准的平均值，即56元/t，愚公林场每年滞尘能力最大为125 263.6 t。根据式（7）可算出人们期望森林产生的生态价值为1 102.45万元。

将1 102.45进行等差间隔，间差为275.613，得到森林资源价值向量为：

2.7.2 森林生态价值计算

愚公林场森林生态价值计算结果如下：

3 结论

长期以来，森林资源为人类提供了各种社会、经济和环境产品与服务，是人类可持续发展的基本保证。为了合理利用有限的森林资源，提高公众的森林意识，应当采用科学的方法和手段，计算森林资源的生态价值，使森林资源的生态效益受到与经济效益同样的重视，为森林资源的可持续利用打下基础。

[1]Barnes B.V.，Zak D.R.，Denton S.R.，et al.Forest Ecology [M].New York:Wiley&Sons，1998.

[2]高云峰.北京山区森林资源价值评价[D].北京:中国农业大学，2005.

[3]姜文来.水资源价值论[M].北京:科学出版社，1998.

[4]仇琪.北京市森林资源价值评价与方法研究[D].北京:北京林业大学，2013.

[5]谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用（第三版）[M].武汉:华中科技大学出版社，2006.

[6]曹炳元.应用模糊数学与系统[M].北京:科学出版社，2005.

（责任编辑：杨婷婷）

Study on Measurement of the Ecological Value of the Forest Resources in Yugong Forest Farm

Li Li
（Forestry Bureau of Jiyuan City，Jiyuan 459000，Henan，China)

Forest resources are important parts of natural resources.Calculating their ecological value with scientific mehtods is conducive to promoting biological balance，a necessary requirement of social development.In this paper，Yugong Forest Farm was taken as an example and the ecological value of its forest resources was calculated with fuzzy mathematics calculation model.The results should be of important guiding significance informulating forestry policies and establishing the ecological compensation mechanism.

Yugong Forest Farm；Fuzzy mathematics calculation model；Water conservation；Soil conservation

S718.55+7

A

2095-0152（2014）03-0033-04

2014-04-06

2014-05-13

李利（1975-），女，主要从事林业技术研究工作。E-mail:wgang9225@163.com