四川森林生态系统健康评价研究

张　勇，董　鑫，邹　勤，刘　倩

(西华师范大学环境科学与工程学院，四川 南充　637002)



· 环境评价 ·

四川森林生态系统健康评价研究

张勇，董鑫，邹勤，刘倩

(西华师范大学环境科学与工程学院，四川 南充637002)

基于四川省2005～2014年的森林资源、自然环境、社会因素、营林经济等4个方面共12个指标的数据，利用基于层次分析-变异系数的主客观综合评价法对四川森林生态系统健康状况进行了评价。评价结果表明：2005～2014年四川森林生态健康状态总体处于健康状态；森林资源指标在评价中起主导作用，森林生态的健康状态是森林资源、自然环境、社会因素、营林经济达到一个相对平衡的状态。

四川省；森林生态系统；健康评价

步入21世纪以来，如何协调生态环境与人类社会的关系以达到经济、社会、生态环境的平衡，已成为全球关注和研究的焦点。森林是人类的挚友，也是氧气的制造厂[1]，人类需要了解它。森林生态系统健康评价是一项有利于人与自然和谐发展的研究工作，因此对森林生态系统健康的评价显得尤为重要。

“森林生态系统健康”的概念，早期指人为因素引起的森林衰退现象。历经Sampson、Dale、袁兴中等人[2～5]的研究与完善，现代森林生态系统健康的概念己逐步发展为包括林分、森林群落、森林生态系统以及森林景观在内的一个复杂的系统概念[6～9]。森林生态系统健康评价的研究大部分是根据关键影响因子、区域特征、评价目的和目标来制定评价指标体系[10～14]。常用的评价方法有综合指数评价法、层次分析法、健康距离法、指示物种评价法等。2005年王亚玲[15]使用改进的层次分析-模糊综合评价法对潭江流域森林生态系统健康状况进行了评估，虽然提高了评价的准确性，但和常用的普通评价方法一样均存在人为因素造成的较大误差。

本论文总结前面层次分析法的评价经验，结合袁菲[16]构建的基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价体系和陈望雄[17]对洞庭湖区域森林生态系统的健康评价，利用基于层次分析-变异系数的主客观综合评价法对四川森林生态系统健康进行评价，削弱了人为主观因素的影响，以期为林业工作者提供一定的参考价值。

1　资料和方法

1.1数据来源

四川森林资源分布现状如图1所示[18]，资源丰富、物种多样，具有多方面的重要生态功能，如净化空气、调节气候、保护环境等，因此对四川森林生态系统健康的评价具有实用意义。本论文研究的对象是四川森林生态系统健康，研究数据来源于2005年～2014年的四川统计年鉴、中国环境统计年鉴、四川环境公报以及中国气象局。分析数据分为4个方面共12项指标:A.森林资源[森林覆盖率(%)、单位面积活立木净生长量(m3/hm2·a)、活立木总蓄积(亿m3)]；B.自然环境[可吸入颗粒物(mg/m3)、年平均20-20时降水量(0.1mm)、年平均日照时数(0.1h)]；C.社会因素[人口密度(人/公顷)、人口自然增长率(%)、人均公共绿地面积(m2)]；D.营林经济[造林面积(万公顷)、林业产值比重(%)、林业经济增长率(%)]。部分指标是通过相关来源数据计算的结果。

图1　四川森林资源分布图(2012年)Fig.1　Distribution map of forest resources of Sichuan Province(2012)

1.2四川森林生态系统健康评价

1.2.1各指标权重的确定

(1)层次分析法确定主观权重Wα(重要性的评定)。从森林资源、自然环境、社会因素、营林经济4个方面评价森林生态系统健康状况，构建评价的层次分析结构。通过相关案例研究[17,19]确定指标的量化尺度，利用4个方面的分指标分别构建判断矩阵A、B、C、D。判断矩阵的元素是各指标两两比较的量化尺度，量化尺度按1～9标度法[20]确定，具体的量化尺度含义如表1所示。

层次单排序的一致性检验。Saaty等人[20-21]定义CI为判断矩阵的一致性指标，CI的计算公式如下式(1)。CI=0时，判断矩阵为一致矩阵，CI越大，判断矩阵的不一致性程度越严重。定义RI为随机一致性指标，RI均值如表2 所示。定义CR为层次单排序的一致性比率，CR的计算公式如下式(2)。当CR<0.1时，则认为判断矩阵通过了一致性检验，并可用其特征向量作为各判断矩阵的权向量，否则需要重新进行成对比较以对判断矩阵加以调整。

(1)

CR=CI/RI

(2)

n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵的最大特征值根。

(2)变异系数法[22]确定客观权重Wβ(离散型的评定)。计算公式[22]如下:

(2)主观客观综合评价法计算权重Πi的公式[22]为:

Πi=(Wα+Wβ)/2，(i=1,2,…,n)

表1　1～9标度法比较尺度的含义

表2　RI取值(n为矩阵阶数)

1.2.2森林生态系统健康评价

对所有指标数据进行归一化处理，正向效益指标和负向效益指标的归一化公式[23]分别如式(3)、(4)，综合得分计算公式如下式(5)。负向效益指标有可吸入颗粒物、人口密度、人口自然增长率，通过表4的各指标权重计算得负向效益的权重为0.203 5;其余指标为正向效益指标，正向效益的权重为0.796 5。目前在各类生态系统健康评价中，并没有一个统一的关于评价标准分级的方法[24]。因此，我们根据相关研究案例[16]的健康等级划分范围，按四川森林生态系统健康得分把健康等级划分为不健康、亚健康、健康、优质，评价健康等级的得分分值详情如下表3所示。

(3)

(4)

主客观综合法的综合得分:

(5)

X为指标的原始值，Xmax为最大值，Xmin为最小值，Si为综合得分，Z为归一化的指标数据。

表3　森林生态系统健康等级划分范围

2　结果与讨论

2.1各指标权重的确定

表4　四川省森林生态系统健康评价指标的权重

表4为各评价指标的权重，对四川森林生态系统健康影响程度比较重的方面是森林资源，其次是社会因素和自然环境，最轻的是营林经济。分指标层权重中森林覆盖率、单位面积活立木净生长量、可吸入颗粒物、人均公共绿地面积、造林面积等指标对森林健康的影响程度比较重。

2.2森林生态系统健康评价

表5　各年份森林生态系统健康评价得分情况

续表5

年份A森林资源B自然环境C社会因素D营林经济森林生态健康得分健康等级20110.21500.03820.03590.04880.3378健康20120.26260.06790.02570.03790.3941健康20130.25820.03420.02120.03930.3529健康20140.26340.0400-0.01080.05950.3521健康

通过表5中的森林生态健康得分和健康等级可知2005年～2014年四川森林生态健康总体处于健康状态，2005年～2007年表现为不健康状态。2005年四川森林生态健康主要受森林资源、自然环境和社会因素的影响：森林覆盖率较低，可吸入颗粒物浓度较高，人口密度大；2006年主要受森林资源、自然环境和社会因素的影响：单位面积活立木净生长量较低，可吸入颗粒物浓度较高，降水稀少，人口密度大；2007年主要受自然环境和社会因素的影响：可吸入颗粒物浓度较高，日照时间短，人口自然增长率较高。2005年～2006年四川退耕还林政策处于调整阶段[25]，退耕还林工作重心由之前的“增加数量、推进速度”转移到“提高质量、巩固成果”上，对四川森林资源的影响深远。2007年，党的十七大首次正式提出“建设生态文明”，开启了四川发展现代林业、建设生态文明的新阶段，森林资源得分快速上升，四川森林生态健康逐步恢复，2008年进入到了一个相对健康的新状态。

图2　各年份森林生态系统健康评价得分组合图Fig.2　Combination chart of forest ecosysteml health assessment each year

如图2，2005年～2014年森林资源指标得分在森林四川生态健康评价得分中起主导作用，其余3个次要指标得分逐渐趋于平衡。森林资源指标得分总体呈上升趋势，在2006年出现峰谷值，原因是单位面积活立木净生长量非常低，仅有0.67m3/hm2·a；在2014年出现峰值，原因是森林覆盖率和活立木总蓄积达到最高值，森林资源丰富。自然环境指标得分波动幅度比较大，对森林生态健康影响程度大，在2006年出现峰谷值，主要受可吸入颗粒物浓度高和降水量少的影响；2008年出现峰值，主要原因是这一年的可吸入颗粒物浓度低、日照时间长。社会因素指标变化幅度大，得分成先上升再下降的趋势，原因是人口密度和人口自然增长率的变化：先下降在上升；其中2010年出现峰值0.078 4，主要原因是该年人口密度和人口自然增长率达到峰谷值，这两项分指标都是负向效益指标，健康评价得分比较高。营林经济指标总体趋势平稳，对森林生态健康的评价的影响不显著。四川森林生态健康得分总体呈上升趋势，在2006年出现峰谷值，受森林资源、自然环境的影响最为明显；峰值0.394 1出现在2012年，该年自然环境、社会因素、营林经济指标得分都比较高，主导指标森林资源得分也趋于其峰值。2005～2014年的四川森林生态健康评价中，森林指标起主导作用，其余指标逐渐趋于一个相对平衡状态。

3　总　结

(1)本文通过主客观综合评价法对四川森林生态系统健康状况进行了评价，2005～2014年四川森林生态系统总体处于健康状态，这与全面推进退耕还林国策和对建设生态文明目标的提出直接相关，四川森林生态健康改善突出：评价得分由2005年的-0.086 6增加到2014年的0.352 1；森林覆盖率由2005年的28.98%增加到2014年的35.76%，增加了6.78%;林业产值占总产值比重由2005年的5.42%增加到2014年的8.19%；自然环境和社会因素也有明显的改善。

(2)主客观综合评价法，一定程度上削弱了人为主观因素造成的较大误差，对森林资源、自然环境、社会因素、营林经济多方面指标进行评价，可以直观地了解各方面因素对森林健康的影响程度，以更科学合理地采取改善措施。从2005～2014年的评价结果来看，在森林资源指标的主导作用下，改善四川森林生态健康的过程实质上是调节森林资源、自然环境、社会因素、营林经济达指标到一个相对平衡的过程。

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Study on Forest Ecosystem Health Assessment of Sichuan Province

ZHANG Yong,DONG Xin,ZOU Qin,LIU Qian

(CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,Sichuan637002,China)

Based on 12 indexes data from four aspects including forest resources, natural environment, social factors and forest economic value during 2005 to 2014 in Sichuan province, forest ecosystem health status in Sichuan province was evaluated by objective and subjective comprehensive evaluation method ,which was based on hierarchical analysis-coefficient of variation. Results show that forest ecosystem of Sichuan Province is basically in a healthy and sub-health status from 2005 to 2014. Forest resources plays the leading role in assessment. The health of forest ecosystem is a relatively balance status of forest resources, natural environment, social factors and forest economic value.

Sichuan Province; forest ecosystem; assessment of health

2016-06-01

西华师范大学大学生科技创新项目(427306)。

张勇(1994-)，男，四川达州人，西华师范大学环境科学与工程学院环境科学专业2014级在读本科生。

董鑫，gardenwdx@126.com。

X826

A

1001-3644(2016)05-0098-05