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        基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)——以北川縣自然保護(hù)區(qū)為例

        2015-12-02 04:18:10樊建霞
        四川林業(yè)科技 2015年1期
        關(guān)鍵詞:北川縣自然保護(hù)區(qū)權(quán)重

        樊建霞

        (重慶三峽職業(yè)學(xué)院,重慶萬州 404155)

        森林生態(tài)系統(tǒng)健康問題成為近年來一個(gè)熱門話題[1~3]。北川縣自然保護(hù)區(qū)在“5·12”地震中遭到一定程度的毀損,致使區(qū)內(nèi)局部范圍內(nèi)的森林生態(tài)系統(tǒng)功能衰退[4],所以對(duì)該保護(hù)區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)顯得及其重要。但是目前對(duì)災(zāi)后該保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方面的研究還未見報(bào)道,而且目前森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)大多是定性判斷[5],將定性判斷與定量評(píng)價(jià)的有機(jī)結(jié)合乃是研究森林生態(tài)系統(tǒng)健康的重要問題。因此,本文以北川縣自然保護(hù)區(qū)為研究對(duì)象,構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)其森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),為進(jìn)一步全面、深入地研究和指導(dǎo)北川縣災(zāi)后森林生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)以及可持續(xù)發(fā)展提供有力數(shù)據(jù)支持。

        1 研究區(qū)域概況

        北川縣自然保護(hù)區(qū)地處綿陽市北川縣,位于北緯 30°14'~32°14',東經(jīng) 103°44'~104°42'??h境內(nèi)海拔高度為540 m~4 769 m。年平均氣溫15.6℃,年平均降水量1 399.11 mm,平均日照931.1 h~1 111.5 h。森林和水資源極為豐富;在地理分布上表現(xiàn)出森林成分復(fù)雜、種類繁多、類型豐富等特點(diǎn)。

        2 研究方法

        2.1 樣地調(diào)查

        在野外踏查的基礎(chǔ)上,于2013年6月~10月期間,根據(jù)保護(hù)區(qū)主要森林類型、生長、分布情況共設(shè)置20塊有代表性的樣地。采用20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣方調(diào)查法進(jìn)行植被調(diào)查,記錄海拔、坡向、干擾狀況、土壤狀況等基本狀況,對(duì)高度>1.3 m的喬木進(jìn)行每木檢尺,記錄其樹種的名稱、株數(shù)、樹高及胸徑等。樣地內(nèi)按對(duì)角線分別設(shè)置5個(gè)2 m×2 m的灌木樣方,并在其四角設(shè)置4個(gè)1 m×1 m的草本樣方。分別記錄灌木和草本的種類、株(叢)數(shù)、郁閉度、蓋度等因子。

        2.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        本研究根據(jù)指標(biāo)選取應(yīng)遵循的原則,結(jié)合北川縣自然保護(hù)區(qū)實(shí)際情況,初步選取了3層次18個(gè)指標(biāo)。由于初選的部分評(píng)價(jià)指標(biāo)之間可能存在一定程度的相關(guān)性,因此不應(yīng)直接綜合這些指標(biāo)[6]。本研究采用主成分分析法對(duì)初步選取的18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行定量篩選,應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS20.0分析得到特征值(表1)和特征向量,結(jié)合定性篩選,北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括3大類9個(gè)指標(biāo)?;盍χ笜?biāo)為單位面積蓄積量;組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)包括植物豐富度指數(shù)、郁閉度、土層厚度、坡向和坡位;抵抗力指標(biāo)包括病蟲害等級(jí)、干擾活動(dòng)強(qiáng)度。

        表1 部分主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 1 Eigenvalues and variance contribution rate of parts of principal components

        2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

        本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià),其結(jié)果數(shù)值在0~1之間,且數(shù)值越大,評(píng)價(jià)結(jié)果越好。鑒于此特點(diǎn),本研究運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析法確定權(quán)重[7]。具體結(jié)果如表2所示。

        表2 各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 2 The weight of various evaluation indexes

        2.4 構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型

        本研究根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論建立北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的模型[7]:

        式中,B為各等級(jí)的模糊子集;R為權(quán)重集;A為通過隸屬函數(shù)得到的隸屬度模糊關(guān)系矩陣;o為模糊矩陣積運(yùn)算。

        隸屬函數(shù)各參數(shù)的確定如下:總體原則是盡量參照國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn),如無國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)參考《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定(國家林業(yè)局)》,同時(shí)結(jié)合北川縣自然保護(hù)區(qū)的具體條件,從而確定本文各評(píng)價(jià)指標(biāo)的很健康、健康、亞健康、不健康和病態(tài)五個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值。各指標(biāo)具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

        表3 各指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation criterion of all indexes

        3 結(jié)果與分析

        3.1 北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

        由隸屬函數(shù)和表3可得出要素層森林生態(tài)系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)以及抵抗力的隸屬度和權(quán)重,根據(jù)模糊綜合評(píng)判運(yùn)算規(guī)則,可得出目標(biāo)層森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)的評(píng)判結(jié)果。為了直觀地反映模糊綜合評(píng)判的結(jié)果,并消除最大隸屬度原則對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的發(fā)展趨勢的忽視,對(duì)其評(píng)判結(jié)果進(jìn)行賦值運(yùn)算,使其評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際狀況。各樣地評(píng)價(jià)結(jié)果的平均值即為總體評(píng)價(jià)結(jié)果。具體結(jié)果見表4。

        表4 各樣地森林生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 The assessment results of forest ecosystem health of all sampling plots

        從表4可以看出,北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的總體健康狀況介于Ⅱ和Ⅲ級(jí)之間,但偏向于Ⅲ級(jí),呈現(xiàn)出由Ⅱ級(jí)即健康狀態(tài)向Ⅲ級(jí)即亞健康狀態(tài)發(fā)展的態(tài)勢。

        3.2 影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康主要因素

        從表3權(quán)重表可以看出,在3個(gè)要素層中,對(duì)北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況影響最大的是森林生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu),其權(quán)重為0.73,其次是森林生態(tài)系統(tǒng)抵抗力,影響最小的是森林生態(tài)系統(tǒng)活力。在森林生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的一級(jí)指標(biāo)中,影響最大的是環(huán)境因子,其權(quán)重為0.43,這也說明環(huán)境是健康森林生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),而且在3個(gè)環(huán)境因子中影響最大的是海拔,其權(quán)重為0.38,這同時(shí)也表明在北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中,海拔是影響最大的因子。

        4 結(jié)論與討論

        本文構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,海拔是影響北川縣自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因子??傮w而言,保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為亞健康,主要原因可能是保護(hù)區(qū)森林組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低的緣故。所以要加強(qiáng)北川縣自然保護(hù)區(qū)的管理,以提高其森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。

        由于森林生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及其理論體系還不夠完善,有些評(píng)價(jià)指標(biāo)在量化以及動(dòng)態(tài)因子選取方面存在困難,再者有些評(píng)價(jià)指標(biāo)目前還沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),各研究者們所采用的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一[8,9],且不同的區(qū)域間也有差異,因此造成所選取的隸屬函數(shù)不同,其健康評(píng)價(jià)的結(jié)果有所差異,所以選取最適合的隸屬函數(shù)還有待進(jìn)一步的研究。

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