林下闽楠更新层生境质量评价模型的建立与应用

林下闽楠更新层生境质量评价模型的建立与应用

欧建德

(明溪县林业局，福建 明溪 365200)

摘要：通过查阅相关研究资料，根据林下更新层生境特点，结合专家意见，采用层次分析法建立了7个生境因子的评价指标体系，并建立了判断矩阵，经过一致性检验，确定了7个生境因子的权重。应用AHP-模糊综合评价法，建立3级评分标准和生境质量分级标准的林下闽楠更新层生境质量评价模型，并利用该评价模型对林下闽楠更新层生境进行客观全面评价与分析，验证模型的应用。结果表明:应用该评价模型评价林下闽楠更新层生境质量，评价精度高，操作简便，为林下更新层开发利用提供了参考依据。

关键词：林下更新层；生境质量；评价模型；AHP；生境因子；闽楠

中图分类号：S792.24

文献标志码：A

文章编号：2095-1914(2015)02-0073-06

Abstract:According to habitat characteristics of Phoebe bournei regeneration layer and suggestions from experts, a habitat quality evaluation model was established for 7 habitat factors based on analytic hierarchy process. With the judgment matrix and uniform examination, the 7 habitat factors weight were determined in this model. The evaluation models of scoring criteria with 3 rating and grading standard of understory P.bournei regeneration layer habitat quality evaluation model were established using AHP-fuzzy method.A overall evaluation on the habitat quality of understory P.bournei regeneration layer was made and the results showed that the model can provided some precision basis of theory for the application of development and utilization of forest regeneration layer.

Keywords:understory regeneration layer;habitat quality；evaluation model；AHP；habitat factor；Phoebe bournei；

收稿日期：2014-10-09

基金项目：福建省财政厅林业经济发展专项资金(20130206)资助.

作者简介：朱勇(1965—)，男，高级工程师。研究方向：竹类研究。Email：vovot@live.cn。

doi:10.11929/j.issn.2095-1914.2015.02.013

Establishment and Application of Habitat Quality Evaluation

Model for UnderstoryPhoebebourneiRegeneration Layer

OU Jian-de

(Mingxi Forestry Bureau,Mingxi Fujian 365200, China)

随着人们对复层林经营的认识提升，林下更新层培育被广泛应用于低质低效生态公益林和人工针叶纯林的改建。更新层生境质量作为衡量林下造林更新适宜程度和利用价值的指标，其质量好坏直接关系到更新层培育的成效。更新层生境质量评价是对更新层立地质量和潜在生产力的评判及预测，是复层林经营的基础，可为林下更新以及经营管理决策提供技术支持。如何科学、系统、客观地评价林下更新层生境质量成为关键所在。当前在生境质量方面的研究有报道[1-2]，但有关林下更新层生境质量评价方面的研究较少。因此本项研究应用AHP方法，根据林下更新层的生境特点， 建立林下更新层质量评价体系及模型。采用AHP-模糊综合评价法，建立简便的林下闽楠(Phoebebournei)更新层生境质量数学模型，为林下闽楠更新层培育提供科学依据。

1评价指标体系的构建

1.1总体框架

1.1.1目标层以林下更新层的生境质量评价为最终目标。

1.1.2策略层影响植物生长的生活因素主要有光照、水分和养分[3]，选择光照、水分和养分作为本评价模型中的策略层(第二层)，林下生境因子是通过影响与改变光照、水分和养分情况对林下更新层植物产生作用，只有了解光照、水分和养分3个生活因素的作用规律与效果，才能实现总体目标(目标层)。

1.1.3措施层(生境因子层)生境因子选择方面，坚持能基本反映生境质量这一基本原则的前提下，尽量减少指标的数目，指标之间相互独立，避免指标之间互相重复、包含及大同小异[4]；根据文献资料研究成果[5-18]，选择对光照、水分、养分产生明显影响的林冠层因素、地形因素及土壤因素。 结合专家的意见，林冠层因素着重选取林冠层郁闭度;地形因素选取坡位、坡向、坡形3个因子；土壤因素选取选取土层厚度、土壤质地及腐殖质层厚度3个因子，共选择林冠层郁闭度、坡向、坡位、坡形、土层厚度、土壤质地、腐殖质层厚度7个主要生境因子作为措施层(第三层)。

根据以上分析，建立林下人工更新层生境评价体系，见表1。

表1　林下更新层生境质量评价指标体系表

2运用AHP法确定生境因子指标权重与排序

2.1分层次构造判断矩阵

根据前人研究的成果[5-17]，结合专家的意见，构建各层次的判断矩阵(表2～5)。本次征询专家20人，采用9分制评分方法对各层次各要素评分[3-4]。

表2　判断矩阵 A- B及其因子权重

由表2可知，影响林下更新层的主要生活因素的影响程度由大到小依次为光照、养分和水分。在林下人工更新层培育过程中，对许多树种而言，光辐射是影响树木生长的主要原因[15-16]。许多研究成果表明[3-4，17]，光照是决定林下更新层植物的生长情况，是影响生境质量的决定性因素。养分是决定更新层林下生长好坏的主要因素，林冠下更新层的水分条件相对较充足，水分条件是林下更新层一般性因素。

表3　判断矩阵 B1-C及其因子权重

由表3可知，对林下更新层光照的影响程度由大到小依次为C1>C2=C3>C4>C5=C6=C7。林冠层郁闭度的大小直接决定到达林下更新层的光照情况与条件[3-4，6，12，14-15]；不同的坡向、坡位的日照时间、太阳光的入射角度亦存在差异，从而导致林下的光照时数与日照强度变化，两者之间的影响程度相当[3]；坡形的不同影响着太阳的入射角度，存在着日照强度的差异[17]。土层厚度、土壤质地、腐殖质层厚度对于改变林下更新层土壤的温度与光照有着一定作用，三者之间的影响程度可认为相当。

表4　判断矩阵 B2-C及其因子权重

由表4可知，对林下更新层水分条件的影响程度由大到小依次为C7>C3>C4>C1=C2>C5=C6。土壤枯枝落叶层厚度影响地表径流的流量和流速，改变土壤水分的蒸发量，从而对保持土壤的水分状况产生主要影响。坡位对土壤水分条件有着明显影响，坡位从上坡、中坡到下坡，土壤水分逐渐增加[3]。坡形决定着汇水与排水作用，凸的外排性强，凹的汇水弱，平直形介于两者之间，地表径流和水分在土壤中渗透的速度与坡形有直接关系[18]。坡向与林冠层郁闭度，通过影响植物与更新层土壤的光照，改变土壤及植物的蒸腾作用，进而对更新层水分条件产生影响，两者作用相当。土壤质地与土层厚度，通过影响水分的渗入和涵养作用，对更新层水分因素产生影响，两者作用相当。

表5　判断矩阵 B3-C及其因子权重

由表5可知，对林下更新层养分条件的影响程度由大到小依次为C7>C5>C6>C3>C4>C1=C2。土壤枯枝落叶层富含有机质，是林木营养的主要贮存库，直接影响更新层养分供给，是养分的主要影响因子；土层厚度对更新层养分影响仅次于腐殖质层厚度；土壤质地对更新层的养分影响排名第三。坡位效应是由于长期的降水和地表径流作用，通过改变更新层土壤腐殖质层厚度、土层厚度和土壤质地而产生影响[3]。坡形不同会造成排水差异，影响地表径流和水分在土壤中的渗透速率，进而影响水溶液矿质元素的输出和有机质的积累。林冠层郁闭度和坡向通过对林地光照条件的影响，改变林地土壤的温度，影响土壤生物活性及其对凋落物的分解速度，改变林地土壤养分的动态平衡[3]，进而对更新层土壤肥力产生影响，两者作用相当。

2.2生境因子的综合排序及权重

通过对生境因子综合排序的一致性检验结果表明：经计算综合排序的C.I.=0.024008，R.I.= 1.32，C.R.=0.018188<0.1，说明综合排序满足一致性检验。

对层次单排序进行加权组合，得出主要生境因子的权重值，结果见表6。

由表6可知，影响林下更新层生境质量的因子，按其重要性排序分别为林冠层郁闭度>腐殖质层厚度>坡位>坡向>坡形>土层厚度>土壤质地。这与林冠下进行闽楠林人工更新层生境选择中，首先要求林冠层郁闭度合理、腐殖质层深厚以及中、下坡的研究结果相吻合。

表6　生境因子权重集

3闽楠林下更新层生境质量评价模型的建立

闽楠作为林下更新层培育的优良树种之一[5-6，12，19]，林下更新层培育方式作为闽楠资源培育的重要渠道之一，建立林下闽楠更新层生境质量评价模型显得十分必要和意义重大。在已构建的更新层生境质量评价指标体系中，确定了生境因子的权重集，初步建成林下更新层生境因子的评价模型。

但因不同更新层树种间对光照、养分、水分的需求存在差异，无法统一生境因子的具体评价标准。为增加模型的实用、简便易操作，有必要根据闽楠的生物学和生态学特性，经专家咨询，通过模糊综合评判，进行生境因子定量化处理，划分因子等级[4]， 并明确生境质量评级标准。

3.1建立生境因子的等级标准

闽楠是常绿阔叶树种，属中性树种，但幼龄较喜荫。闽楠喜肥喜湿，要求土层深厚、肥沃、湿润、排水良好的土壤，腐殖质含量高。轻、中壤的粘、砂粒比例基本均匀，大小空隙比例适宜，通气透水性和持水能力较理想，具有一定的养分和保肥能力的立地条件[18]，能满足闽楠的生长要求，效果最佳;砂、重壤次之;粘土、砂土较差。坡形凹形的生境也有利于闽楠的生长。众多研究结论认为[5-6，12]，在促进闽楠生长方面，林冠层郁闭度优劣排序表现为0.4～0.6>0.2～0.4>0.6～0.8，坡位优劣排序表现为下坡>中坡>上坡，坡向优劣排序表现为半阴坡、半阳坡>阳坡>阴坡。按照3级评分法，将生境因子评价等级分为好、中、差3个等级，分别得分3分、2分、1分。根据闽楠的生物学与生态学特性，以及相关的研究成果[3，5-6，12，18]，通过专家访问，建立各评价因子的等级划分标准，见表7。

表7　林下闽楠更新层生境因子等级划分标准

表7(续)

3.2综合评价值计算与生境质量分级标准

明确评价生境因子的权重(表6)后，林下更新层生境因子根据分级标准表(表7)，确定其水平值[9]，可依据公式1，计算其综合评价值。

S=∑UiWi (i =1，2，3，…，n)

(1)

式中：S表示综合评价值；Ui表示某生境因子的权重值；Wi表示生境因子的得分值。

参照其他研究方法[4]，生境质量分级标准按照综合评价值为理想值的100%～80%、80%～60%、60%～40%、<40%划分为理想、适宜、较适宜与不适宜4个等级。理想等级适宜林下更新层培育，综合评价值≥2.4分；适宜等级可以进行林下更新层培育，综合评价值介于1.8～2.4分之间；较适宜等级需进行因子调整或提高经营水平，才适合林下更新层的培育，综合评价值介于1.2～1.8分之间；不适宜等级，表示生境质量差，不宜进行林下更新层的培育，综合评价值≤1.2分。

4林下闽楠更新层生境质量评价结果

对拟进行林下闽楠更新层培育的福建明溪3个地块，进行地块生境质量评价。不同地块的林下生境因子情况调查结果见表8。

表8　明溪闽楠更新层培育生境因子及综合评价结果

首先对照生境因子评分标准(表7)，进行生境因子评分;根据(表6)的生境因子的权重，按公式1分别计算出地块综合评价值，按照等级标准给出相应等级，现将计算结果列表8。由表8可知，地块1的综合评价值为1.447983，为较适宜等级，进行林下闽楠更新层培育应先进行林冠层郁闭度作业，调整生态因子;地块2的综合评价值为2.233669，为适宜等级，可以进行林下人工闽楠更新层培育作业;地块3的综合评价值为2.577987，为理想等级，是林下人工闽楠更新层培育作业理想区。

5结语

通过专家咨询法，构建了涵盖林冠层郁闭度、坡位、坡向、坡形、土层厚度、土壤质地、腐殖质层厚度7个主要生境因子的林下更新层生境质量评价体系，应用层次分析法确定生境因子权重，形成了完整的林下更新层生境质量评价模型。林下生境因子，按其重要性排序依次为林冠层郁闭度>腐殖质层厚度>坡位>坡向>坡形>土层厚度>土壤质地。这与林下更新层生境选择中，首先要求林冠层郁闭度合理、腐殖质层深厚以及位于中、下坡的研究结果相吻合。

利用AHP-模糊综合评判方法，进行闽楠更新层生境因子的定量化处理，明确生境因子等级划分与生境质量评级标准，构建了林下闽楠更新层生境质量评价数学模型，并进行实例应用，验证模型的精确性和可操作性。结果表明，该模型操作简便，精度高，具有较高的应用价值，可供林下人工闽楠更新层培育作参考。

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(责任编辑韩明跃)