魏曉慧，孫玉軍，梅光義，王軼夫

（北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室，北京100083）

基于多功能經(jīng)營的森林資源評價

魏曉慧，孫玉軍，梅光義，王軼夫

（北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室，北京100083）

基于將樂縣國有林場研究區(qū)的數(shù)據(jù)資料，利用主成分分析法，在小班層次水平上分析了11個林分指標(biāo)因子間的相關(guān)性。綜合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的特征和福建省縣市域生態(tài)功能區(qū)劃的要求，將研究區(qū)的森林主要功能確定為防風(fēng)固沙、風(fēng)景游憩、木材生產(chǎn)、水土保持等。同時根據(jù)所構(gòu)建的功能模型計算研究區(qū)域內(nèi)1 039個小班的綜合多功能得分F值，將F值標(biāo)準(zhǔn)化后得到評價指標(biāo)Fb值。研究結(jié)果表明：森林多功能經(jīng)營狀況劃分為優(yōu)、良、中、差、極差5個等級，各等級所占小班個數(shù)依次為2個、17個、53個、241個、726個，其百分比依次為0.19%、1.64%、5.10%、23.20%、69.87%；針對將樂縣國有林場的森林多功能經(jīng)營評價結(jié)果符合實際，較理想。研究結(jié)果能較精確地定量反映森林生長和多功能經(jīng)營效益狀況，為森林多功能經(jīng)營提供決策性信息。

森林資源評價；多功能經(jīng)營；主成分分析

森林多功能經(jīng)營是指為實現(xiàn)森林的多種功能所實施的各種森林經(jīng)營活動的總稱，使一定區(qū)域內(nèi)的森林能夠生產(chǎn)木材和非木材產(chǎn)品，為野生動物提供棲息地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提供森林游憩資源等多種功能中的2種或以上[1]。侯元兆和曾祥謂認(rèn)為森林多功能經(jīng)營是指人們圍繞林地對森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)營管理，使其能夠生產(chǎn)一系列森林產(chǎn)品組合[2]?？傊侄喙δ芙?jīng)營是指在充分考慮森林自身的多功能稟賦和森林生態(tài)系統(tǒng)的特征基礎(chǔ)上，通過實施綜合的經(jīng)營活動使森林充分發(fā)揮其多種功能效益。

隨著社會的進(jìn)步和人類生態(tài)意識的覺醒，尤其為滿足人們對“綠色生態(tài)”的需求。自2008年全國推廣 “林改”以來，森林多功能經(jīng)營已成為適合多主體林業(yè)經(jīng)營發(fā)展的主流。森林多功能經(jīng)營能平衡社會所需的生態(tài)效益和各類經(jīng)營主體自身的經(jīng)濟效益，以期達(dá)到綜合效益最大化的森林經(jīng)營目標(biāo)。自1992年召開里約環(huán)發(fā)大會以來，多功能森林利用模式開始向永久性森林演變[3]。森林多功能經(jīng)營有利于潛在植被與所處立地達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)平衡的進(jìn)展演替終態(tài)，反映在無人類干擾的情況下林分的發(fā)展趨勢，最終發(fā)育成最穩(wěn)定的一種頂極植被類型[4]。目前，在世界范圍內(nèi)森林資源遭到嚴(yán)重破壞并極度缺乏，人工林面積大且結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)致生態(tài)功能、地理衰退、洪澇自然災(zāi)害等一系列環(huán)境問題[5]。森林多功能經(jīng)營是森林健康發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在，關(guān)于多功能森林國內(nèi)的研究中林業(yè)工作者大多提倡結(jié)構(gòu)化經(jīng)營[6-10]、生態(tài)采伐[11]、近自然林經(jīng)營[12]，國外的研究主要提倡近自然林經(jīng)營和生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營[13-14]等，這些研究理論促進(jìn)了森林多功能的發(fā)展。森林多功能資源評價是林業(yè)科學(xué)者研究的焦點。顧麗[15]針對金溝嶺林場進(jìn)行了森林多功能效益方面的評價，估測了落葉松人工林、闊葉林、針葉林和針闊混交林的景觀經(jīng)林濟價值，其中針闊混交林的景觀價值最大。張德成等[16]探討了針對小塊林地和大區(qū)域林地兩個層次上的森林多功能經(jīng)營體系的利與弊。劉莉等[17]探討了模擬多功能森林優(yōu)化系統(tǒng)的算法和應(yīng)用前景，主要定量分析了森林對二氧化碳的截獲、野生動物生境的保護(hù)、水的涵養(yǎng)、生物多樣性的保護(hù)等功能，并實現(xiàn)了對森林資源的變化和森林作業(yè)的有效監(jiān)督。

基于多功能經(jīng)營的森林資源評價實際上是多目標(biāo)綜合評價，針對各林分指標(biāo)因子的數(shù)據(jù)特征（結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)營狀況）進(jìn)行綜合性分析，找出其規(guī)律，構(gòu)建符合多功能目標(biāo)下的綜合模型。多目標(biāo)綜合評價中最關(guān)鍵的是確定各指標(biāo)因子的權(quán)重，只有確定科學(xué)合理的權(quán)重值，才能構(gòu)建實際可用的功能模型。目前確定權(quán)重值利用最多的方法分為兩類，即主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。如層次分析法（AHP）、Delphi法和專家打分法等是常用的主觀賦權(quán)法[18-20]，主成分分析法、聚類分析法、熵權(quán)法、逐步分析法、標(biāo)準(zhǔn)離差法、交互式多目標(biāo)決策法等是常用的客觀賦權(quán)法[21-27]。

本研究采用SPSS20.0中的主成分分析法，針對2010年將樂縣國有林場的小班數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀性評價，構(gòu)建評價森林資源的綜合性功能模型，以期為定量分析、評價將樂縣國有林場的森林多功能經(jīng)營狀況提供科學(xué)依據(jù)，旨在為森林資源的合理空間配置提供決策性信息。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

將樂縣位于福建省西北部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°05′～ 117°40′，北緯 26°26′～ 27°04′。土地總面積2 246.7 km2，全縣轄6個鎮(zhèn)7個鄉(xiāng)，人口16.74萬人。福建省將樂縣國有林場場部設(shè)在將樂縣水南鎮(zhèn)，地處武夷山脈東南麓、金溪河畔，為閩西北低丘陵地帶，平均海拔高為400～800 m，最高海拔1 203 m，最低海拔140 m。年平均氣溫18.7 ℃，年平均降水量1 669 mm，年平均蒸發(fā)量1 204 mm，霜日72 d，無霜日287 d，氣候溫和，土層深厚，土壤肥沃，土壤以紅壤為主，并分布有黃紅壤，適宜培育以杉木Cunninghamia lancedata、馬尾松Pinus massoniana為主的用材林和鄉(xiāng)土珍貴樹種。福建省將樂國有林場現(xiàn)有經(jīng)營總面積7 186.67 hm2，經(jīng)營區(qū)的林地分布在金溪河兩岸和省道延泰公路兩側(cè)，經(jīng)營區(qū)內(nèi)有林區(qū)公路和林區(qū)便道分布，水陸交通十分發(fā)達(dá)。全場用材林森林覆蓋率達(dá)93.76%，年木材生產(chǎn)量達(dá)1.5萬m3，年收入達(dá)1 000多萬元。

為精確表述研究區(qū)內(nèi)森林資源概況，根據(jù)樹種齡級和齡組的劃分標(biāo)準(zhǔn)[28]統(tǒng)計分析了森林各齡組林分的總蓄積、小班面積及每公頃平均林木株數(shù)的調(diào)查狀況（見表1）。

1.2 數(shù)據(jù)來源及標(biāo)準(zhǔn)化處理

研究中利用的小班數(shù)據(jù)來源于將樂縣國有林場小班統(tǒng)計資料（2010年），從中選取樹種組成、林分起源、郁閉度、林分年齡、平均胸徑、平均樹高、公頃林木株數(shù)、每公頃林分蓄積、小班林分蓄積、坡度、小班面積等11個林分指標(biāo)因子，這些指標(biāo)因子能較全面地評價分析森林資源多功能經(jīng)營狀況。將定量描述性林分因子樹種組成和林分起源轉(zhuǎn)化成數(shù)值型數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化賦值。其中將樹種組成為針葉純林賦值為1，闊葉純林賦值為1.5，針葉混交林賦值為2，闊葉混交林賦值為2.5，針闊混交林賦值為3；林分起源為人工林時賦值為1，天然林時賦值為2。

表1 研究區(qū)內(nèi)森林各齡組林分現(xiàn)狀Table 1 Status quo of forest stand data about each tree age group in studied area

1.3 研究方法

運用SPSS20.0分析軟件中的主成分分析數(shù)據(jù)，基于“降維”的思維，通過正交變換，綜合簡化參評指標(biāo)的原始變量，在盡量減少損失信息量的情況下，構(gòu)建新的線性組合變量方程。數(shù)據(jù)分析時，特征根累積百分率代表所提取主成分對總方差的貢獻(xiàn)率，特征向量反映各指標(biāo)因子對主成分的貢獻(xiàn)大小，可據(jù)此確定權(quán)重的大小。主成分提取時，提取樣本方差累積貢獻(xiàn)率一般情況下應(yīng)＞80.00%，且各主成分對應(yīng)的特征值＞1。

2 主成分分析法建模及森林多功能經(jīng)營狀況評價結(jié)果分析

首先將樹種組成、林分起源、林分郁閉度、林分年齡、平均胸徑、平均樹高、公頃林木株數(shù)、每公頃林分蓄積、小班林分蓄積、坡度和小班面積11個林分指標(biāo)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除各指標(biāo)量綱的影響。然后利用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件，對將樂縣國有林場的1 039個小班數(shù)據(jù)建模。表2表明，前4個主成分的樣本特征值均＞1，且方差累積貢獻(xiàn)率為81.795%＞80.00%，即符合主成分提取原則。

表2 主成分特征值及貢獻(xiàn)率Table 2 Eigen-value of each principal component and its contribution rate

表3代表樣本各林分指標(biāo)因子的原始數(shù)據(jù)通過主成分后得到的主成分系數(shù)，據(jù)此構(gòu)建適合評價森林多功能經(jīng)營狀況的線性模型。

表3 各林分指標(biāo)因子的主成分得分系數(shù)Table 3 Principal component score coefficients of each forest stand index factors

研究區(qū)森林主要功能的確定：福建省的地貌、氣候、土壤、水系和植被具有較強的相對獨立性，使得其森林所維持的生態(tài)環(huán)境同樣具有很強的相對獨立性。福建省熱量豐富，雨量充沛，樹木生長速率較快，是重要的速生生產(chǎn)基地。河川徑流較多且含沙量很低，這得益于上游地區(qū)森林的水土保持功能。福建省的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在很大程度上依賴于陸域的森林資源和植被生長狀況。綜合福建省縣市域生態(tài)功能區(qū)劃的要求，研究區(qū)的森林主要功能確定為防風(fēng)固沙、風(fēng)景游憩、木材生產(chǎn)、保持水土功能等。

功能模型的確定：國內(nèi)外很多研究表明，森林的防風(fēng)固沙功能與胸徑、樹高、每公頃林分蓄積、林分年齡等林分因子呈正比；風(fēng)景林的美景度與很多林分因子的相關(guān)性很大，如林分起源、林分樹種組成、林分密度（每公頃林木株數(shù)）、林分年齡等。1）林分起源于天然林時美景度比人工林高，因為天然林的生物多樣性比人工林高，生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣且穩(wěn)定性強，生態(tài)效益也較高；2）林分樹種組成越豐富時，美景度越高，即混交林的美景度高于純林，因為混交林形成的林相較純林的多樣，林分樹種組成與美景度呈正比；3）林分密度（每公頃林分株數(shù)）越大，美景度越低，因為密度過大樹木一般長勢不好，但排除某些具特殊功能的林分，林分密度與風(fēng)景游憩功能呈負(fù)相關(guān)；4）一般情況下林分林齡越大美景度越高，即林齡與美景度呈正比；木材生產(chǎn)功能與小班面積和小班林分蓄積呈正比。比如，林分蓄積量高且樹木個體均勻的林分適于木材生產(chǎn)，即木材生產(chǎn)的潛在效果就高。森林的水土保持功能與林分所處的坡度、郁閉度、林分密度有較高的相關(guān)性：1）森林能削弱洪峰，降低暴雨對土壤的沖刷，減少徑流量，并能提高土壤對雨水的下滲能力，因此森林具有很好的固土保水的功能，尤其處于較高坡度的林分水土保持功能的效益更顯著；2）喬木層的林冠層可以避免雨滴對土壤的直接侵蝕，大大減緩雨滴的降落速度，并推遲降雨的時間。林冠截留量的大小與郁閉度大小有關(guān)，林分郁閉度越大其雨水截留量越大。另外，一般林分密度（每畝林木株數(shù)）越大形成的冠層越多，樹枝越繁茂，截留量就越大。

從表3可以看出，第一主成分Y1中，樹高、胸徑、每公頃林分蓄積、林分年齡等林分因子的載荷量相對較大，依次為0.251、0.246、0.225、0.185，這些載荷量較大的林分因子與森林的防風(fēng)固沙功能有很高的相關(guān)性；第二主成分Y2中，林分起源、林分樹種組成、林分密度（每公頃林木株數(shù)）、林分年齡等林分因子的載荷量相對較大，依次為 0.308、0.225、-0.298、0.217，這些載荷量較大的林分因子與森林的風(fēng)景游憩功能有很高的相關(guān)性；第三主成分Y3中，小班面積和小班林分蓄積林分因子的載荷量相對較大，依次為0.524和0.436，這2個載荷量較大的林分因子與森林的木材生產(chǎn)功能有很高的相關(guān)性；第四主成分中Y4中，坡度、郁閉度、林分密度（每公頃林木株數(shù)）等林分因子的載荷量相對較大，依次為0.585、0.510、0.409，這些載荷量較大的林分因子與森林的水土保持功能有很高的相關(guān)性。因此綜合表3主成分得分系數(shù)和各林分指標(biāo)因子載荷量的大小情況，將Y1、Y2、Y3、Y4依次定義為防風(fēng)固沙、風(fēng)景游憩、木材生產(chǎn)、水土保持功能評價模型。

構(gòu)建森林多功能（防風(fēng)固沙、風(fēng)景游憩、木材生產(chǎn)、水土保持）經(jīng)營狀況綜合評價模型F，針對某個樣本小班而言其多功能經(jīng)營綜合得分應(yīng)為各單功能與其對應(yīng)特征值的乘積除以各個特征值的總和。構(gòu)建模型如下：

統(tǒng)計森林多功能經(jīng)營綜合得分時，為利于等級劃分，將F得分?jǐn)?shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的值用Fb表示，F(xiàn)b即為評價指標(biāo)，范圍在0～100之間，標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

式中：Fi表示第i個小班的多功能綜合評價值；Fmin表示小班多功能綜合評價最小值；Fmax表示小班多功能綜合評價最大值。

根據(jù)多功能經(jīng)營綜合得分Fb值，對小班多功能經(jīng)營狀況進(jìn)行等級劃分。將多功能經(jīng)營狀況劃分為優(yōu)、良、中、差、極差5個等級，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4。針對福建省將樂縣國有林場1 039個小班的多功能經(jīng)營綜合得分Fb值進(jìn)行統(tǒng)計，其中等級為優(yōu)的小班個數(shù)為2，其個數(shù)百分比為0.19，小班面積為48.53 hm2，對應(yīng)百分比為0.85，無論是小班個數(shù)或是小班面積其所在比重都是最?。坏燃墳闃O差的小班個數(shù)為726，其個數(shù)百分比為69.87，小班面積為2 612.73 hm2，對應(yīng)百分比為45.59，無論是小班個數(shù)或是小班面積其所在比重都是最大（見表5）。說明將樂縣國有林場的森林多功能經(jīng)營狀況總體不佳，急需制訂科學(xué)合理的適宜充分發(fā)揮森林多功能的營林措施，改進(jìn)森林多功能經(jīng)營技術(shù)。

表4 森林多功能經(jīng)營等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Grading standards of multi-function forest management

按鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計森林多功能經(jīng)營綜合得分時，F(xiàn)b得分最高值為100分，此小班是位于水南鎮(zhèn)水南村的杉木過熟林Fb，得分最低值為0分，此小班是位于南口鄉(xiāng)蛟湖村的馬尾松與木荷的幼齡林，其中樹種組成為馬尾松占8成木荷占2成（見表6）。

表5 各小班森林多功能經(jīng)營狀況統(tǒng)計Table 5 Management performance statistics of each plot’s multi-function forests

表6 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林多功能經(jīng)營狀況Table 6 Management performance statistics of each township’s multi-function forests

表6表明福建省將樂縣國有林場的黃潭鎮(zhèn)的Fb平均分最高，為21.478；而古鏞鎮(zhèn)的Fb平均分最低，為11.897?？傮w而言，黃潭鎮(zhèn)的森林多功能經(jīng)營最好，古鏞鎮(zhèn)的森林多功能經(jīng)營狀況最差，其多功能經(jīng)營技術(shù)需要改進(jìn)。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié) 論

以將樂縣國有林場2010年小班數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用主成分分析法對研究對象1 039個小班評價分析，實現(xiàn)了在小班層次上的森林多功能評價。防風(fēng)固沙、風(fēng)景游憩、木材生產(chǎn)、水土保持功能等功能均以小班為評價對象，為森林多功能經(jīng)營技術(shù)提供理論支持并為其制定多功能經(jīng)營措施打下基礎(chǔ)。探索了用主成分分析法對森林多功能進(jìn)行綜合評價，并利用分析評價結(jié)果構(gòu)建的方程計算將樂縣國有林場的1 039個小班多功能經(jīng)營狀況的Fb得分，并進(jìn)行等級劃分，將研究對象劃分為優(yōu)、良、中、差、極差5個森林多功能類型。評價結(jié)果顯示多功能經(jīng)營等級為極差的小班無論是個數(shù)或是面積所占比例都為最大，而經(jīng)營等級為優(yōu)的小班所占比例最小。說明將樂縣國有林場森林多功能經(jīng)營狀況整體較差，急需制訂科學(xué)合理的經(jīng)營模式。按鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計森林多功能經(jīng)營狀況時，評價結(jié)果為黃潭鎮(zhèn)的森林多功能經(jīng)營最好，F(xiàn)b平均得分為21.478，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)可以在一定程度上借鑒黃潭鎮(zhèn)的經(jīng)營管理體制。

評價福建省將樂縣國有林場的森林資源價值，為合理規(guī)劃其森林多功能經(jīng)營方案提供理論支持。通過實地調(diào)查來了解林分結(jié)構(gòu)和立地條件，綜合其潛在的價值，確定森林經(jīng)營目標(biāo)，經(jīng)營過程中按照所期待的森林功能實施合理的撫育措施進(jìn)行誘導(dǎo)林木的生長。

3.2 展 望

在后續(xù)的研究工作中應(yīng)充分考慮林分立地質(zhì)量、灌草生物量、枯落物厚度、生物多樣性、土壤厚度等林分因子對森林多功能效益發(fā)揮的重要性。在小班層次上評價森林多功能經(jīng)營狀況的基礎(chǔ)上，深入分析天然林與人工林多功能效益發(fā)揮的差異性。以Arc GIS為技術(shù)平臺，利用遙感數(shù)據(jù)將森林多功能經(jīng)營狀況可視化，為實現(xiàn)森林資源的合理空間配置提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)森林多功能經(jīng)營的快速發(fā)展。

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Comprehensive evaluation of forest resources based on multi-function management

WEI Xiao-hui, SUN Yu-jun, MEI Guang-yi, WANG Yi-fu

(Key Lab. for Silviculture and Conservation Supported by Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

∶ Based on the studied area data information of state-owned forest form in Jiangle county, the correlations among 11 stand index factors were analyzed by using the principal component analysis and on the hierarchical level of sub-lot. Taking into account the ecoenvironment characteristics of the studied area and the ecological function zoning requirements of counties and cities domain in Fujian province, the studied area’s forests primary functions were determined as the aspects of windbreak and sand fixation, scenery recreation,wood production, soil and water conservation etc.. According to the built functional models, the comprehensive multi-function score values (F) of 1034 sub-lots in the studied area were calculated, then the F value was standardized and finally the standardized evaluating indicators Fb were obtained. The results show that the forest multi-function management status can be divided into five-levels such as optimal, good, medium, bad and extreme bad, every level in the sub-lot were 2, 17, 53, 241, 726 respectively, theirs percentage were 0.19, 1.64, 5.10, 23.20, 69.87 successively; The results of multi-function management conformed to the reality of the studied area and the evaluation effect was ideal, which was suitable for Jiangle county state-owned forest; The research results could specifically and accurately reflect the performance of forest growth and multi-function management benefits, so the evaluation system could provide decision-information for forest multi-function management.

∶ forest resources evaluation; multi-function management; principal component analysis

S757.1

A

1673-923X(2013)11-0103-06

2013-01-26

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“基于林改的森林多功能經(jīng)營技術(shù)研究與示范”（200904003）

魏曉慧（1987-），女，碩士研究生，研究方向為森林經(jīng)營管理技術(shù)；E-mail：weixh.222@163.com

孫玉軍（1963-），男， 教授，博導(dǎo)，北京人，主要從事森林資源與環(huán)境監(jiān)測以及生態(tài)旅游等研究；E-mail：sunyj@bjfu.edu.cn

[本文編校：謝榮秀]