安慧君，王 碩，常 崢，2，馬 妍，2，張智杰

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學林學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第二林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，內(nèi)蒙古烏蘭浩特137400)

森林質(zhì)量這一概念是世界自然基金會(WWT)在1992年提出的，同時將其解釋為森林在生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益方面的所有功能與價值［1］。森林質(zhì)量評價是探索森林的前提，根據(jù)研究方向的不同，學者們開展了各種尺度的研究［2-4］。從趨勢上來看，研究內(nèi)容由開始的定性評價轉(zhuǎn)變?yōu)榱炕u分，評價點也從區(qū)域性景觀尺度向林場、小班等經(jīng)營單位逐漸深入［5］。質(zhì)量評價方法通常有綜合指數(shù)法、模糊綜合評價法、物元分析法等，權(quán)重方面主要使用層次分析法［6-12］。目前森林質(zhì)量還有很多方面需要進一步研究。評價森林質(zhì)量的指標多數(shù)具有模糊、不準確、不徹底的特性，僅靠理論或經(jīng)驗篩選，其評價的可靠性不能令人認可。指標選取上沒有明確的依據(jù)，導致評價結(jié)果缺乏可比性且一些指標很難獲取。指標權(quán)重的確定是進行森林質(zhì)量評價的前提與基礎(chǔ)，只是利用某一種方法計算權(quán)重缺乏可比性，評價結(jié)果難以令人信服。因此本研究利用統(tǒng)一的國家二類調(diào)查數(shù)據(jù)，參照森林可持續(xù)狀況評價導則［13］中森林質(zhì)量指標對其進行合理的分類和量化。應(yīng)用專家直接打分法、層次分析法、熵權(quán)法、主成分分析法等多種方法計算權(quán)重［14-17］，克服權(quán)重單一性，輔助以可持續(xù)狀況導則中森林質(zhì)量指標體系，通過建立模糊評價模型［15］來開展森林質(zhì)量評價研究，并以紅花爾基林業(yè)局森林為對象進行案例分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

紅花爾基林業(yè)局位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市，地處大興安嶺西坡中段、呼倫貝爾沙地南端，大興安嶺林區(qū)向內(nèi)蒙古高原的過渡地帶。地理坐標為47°36'－48°35'N，118°58'－120°32'E。該地區(qū)年平均氣溫為－5.3°，年降水量 268.2～680.0 mm，無霜期的 90 d。該地區(qū)有林地面積246 236 hm2，森林覆蓋率為33.59%。紅花爾基林業(yè)局下轄9個林場和1個自然保護區(qū)(圖1)，主要樹種為天然樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、白樺(Betula platyphylla)和部分闊葉樹種，所占比例分別為52%、46%、2%。土壤類型以沙土為主，主要土類為松林沙土、黑鈣土、灰色森林土等［18］。

圖1 紅花爾基林業(yè)局區(qū)域圖Fig.1 Forests administrated by Honghuaerji Forestry Bureau

1.2 研究方法

1.2.1 確定評價對象的因素集 參考森林資源質(zhì)量狀況評價指標體系［13］，結(jié)合森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，建立紅花爾基森林質(zhì)量評價指標體系(表1)。U={U1，U2，…，U13}為刻畫森林質(zhì)量的 13 種評價指標因素集。

1.2.2 確定評價指標的評價集 參照文獻［13，18］，對指標層的各個指標進行分級(表2)，建立對森林質(zhì)量的評價集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。

1.2.3 確定評價指標的權(quán)重向量 本研究選擇4種賦權(quán)方法，分別為專家直接打分法、層次分析法、主成分分析法、熵權(quán)法。依據(jù)文獻［13］的判別標度以及不同因子重要性判別表，制作表格，選擇30位從事林業(yè)調(diào)查工作的專家進行問卷調(diào)查，通過對調(diào)查數(shù)據(jù)整理計算，得出專家直接打分法、層次分析法的權(quán)重。主成分分析法［14］、熵權(quán)法［17］對權(quán)重的確定，主要依據(jù)紅花爾基森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)和分級指標進行計算。

1.2.4 建立隸屬度函數(shù)矩陣R 隸屬度函數(shù)矩陣可表示為:

式中:rij為第i個指標的第j個等級。本研究中，i=1，2，…，13;j=1，2，3。

1.2.5 綜合評價 森林質(zhì)量的模糊評價歸結(jié)為已知的指標因子對森林質(zhì)量標準的隸屬函數(shù)矩陣(R)與各因子的權(quán)重向量(W)的乘積，據(jù)此求出森林質(zhì)量的歸屬類別向量(B):

式中:bn為隸屬水平，本研究中，n=3。bn反映了實際森林質(zhì)量對各級森林質(zhì)量標準的隸屬水平，找到它們中的最大值就可以判斷出實際森林質(zhì)量的歸類［15］，即通過最大隸屬度原則，評價出森林質(zhì)量所屬類別。

表1 森林質(zhì)量評價指標體系Table 1 Evaluate index system of forestry quality

表2 森林資源質(zhì)量狀況評價指標等級參考表Table 2 Reference table of indexes grades of forest resources quality status evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 不同賦權(quán)方法得出的權(quán)重

根據(jù)不同的賦權(quán)方法得出權(quán)重見表3。由表3可知，基于主成分分析法、專家直接打分法確定的權(quán)重值在各指標之間分配更為平均，而基于熵權(quán)法、層次分析法獲得的權(quán)重值在各指標因子之間差別較大。

2.2 確定隸屬度函數(shù)

隸屬度函數(shù)確定方法有多種，在此用頻率法確定。從紅花爾基二類調(diào)查資料中，將各有林地小班對應(yīng)的上述指標層中的13個指標及對應(yīng)的小班面積選出，參考森林資源質(zhì)量狀況評價指標優(yōu)劣等級表(表2)，統(tǒng)計各指標的調(diào)查值落在一級、二級、三級上小班面積占總面積的比重，構(gòu)建森林質(zhì)量評價的隸屬度函數(shù)矩陣R。

2.3 評價結(jié)果

根據(jù)不同方法確定的權(quán)重，利用公式(2)結(jié)合隸屬度矩陣R，得出評價結(jié)果。

2.4 森林質(zhì)量的結(jié)果分析

通過幾種方法對紅花爾基森林質(zhì)量的評價結(jié)果的分析，不難看出由于權(quán)重的不同出現(xiàn)了2種評價結(jié)果，其差異主要是熵權(quán)法、層次分析法對權(quán)重進行計算時，均出現(xiàn)個別指標權(quán)重較大的情況，出現(xiàn)此結(jié)果的根本原因是:1)熵權(quán)法賦權(quán)中，由于數(shù)據(jù)中的更新等級指標中出現(xiàn)大多數(shù)未更新情況以及齡組中大部分屬于幼齡林和中齡林，導致利用熵權(quán)法公式計算出更新等級、齡組與各個指標的熵權(quán)存在較大的差距，其權(quán)重值分別為 0.439、0.224，在其賦權(quán)計算的過程中，只是通過數(shù)據(jù)本身計算結(jié)果，而忽視了更新等級、齡組與其他指標因子之間的相互聯(lián)系，致使評價結(jié)果為Ⅲ級。2)在專家直接打分法中，更注重各個指標之間的相關(guān)性，在數(shù)量較大的前提下，通過頻率法確定的權(quán)重符合大多數(shù)專家的想法，各指標之間沒有出現(xiàn)較大的差異，評價結(jié)果為Ⅱ級。3)層次分析法確定權(quán)重主要由于指標體系中各個指標的層層關(guān)系來反映，因為體系(表1)中指標優(yōu)勢樹種組成比例和更新等級與森林結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性的位置關(guān)系，以及人的主觀影響導致出現(xiàn)了與其他指標較大的差異。4)采用主成分分析法，考慮到森林質(zhì)量指標之間的相互作用以及指標數(shù)據(jù)間的關(guān)系，對各個評價指標權(quán)重的賦值較為客觀，整體指標值較為均衡，較熵權(quán)法、層次分析法得出的權(quán)重更為合理，評價結(jié)果為Ⅱ級。

表3 不同方法確定的權(quán)重值Table 3 Weight values calculated by different methods

表4 評價結(jié)果Table 4 Evaluation results

3 結(jié)論與討論

3.1 森林質(zhì)量評價中權(quán)重方法的選擇

在應(yīng)用模糊綜合評價方法對森林質(zhì)量健康水平的評價時，根據(jù)不同賦權(quán)方法的選擇，權(quán)重結(jié)果有很大的不同，致使評價結(jié)果出現(xiàn)不同。

熵權(quán)法確定權(quán)重的優(yōu)點是注重指標數(shù)據(jù)的真實情況，指標數(shù)據(jù)中差異越大，熵值越小，說明該指標提供的信息量越大，權(quán)重值越大。對森林質(zhì)量評價的影響較大;缺點是忽略了各指標間存在著的相關(guān)性，將整個評價體系看成是數(shù)學公式的推導計算，看似客觀，實則不能反映整體的森林質(zhì)量水平。且當指標體系中某個指標數(shù)據(jù)差異性較大時，對該指標因子的賦權(quán)值較高，就會忽略森林質(zhì)量評價中其他指標的作用。

層次分析法綜合了人為因素的影響，在利用森林各指標去評價森林質(zhì)量時，它能高度把握森林質(zhì)量的優(yōu)劣程度，且與指標數(shù)據(jù)無關(guān)，但缺點是這種方法主觀性較強，從構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型到得出評判矩陣，人為因素占主導。

專家直接打分法主要利用專家對各個指標因子在整體上相互重要程度的認識，來直接確定權(quán)重的大小，本次打分專家數(shù)量較多，盡可能地消除個別專家打分情況的影響，利用頻率分布確定權(quán)數(shù)法，綜合了大部分專家的意見，使得打分具有一定的實際意義，其結(jié)果具有一定的合理性。本次通過專家直接打分法得到的森林質(zhì)量評價結(jié)果與主成分分析法得到的結(jié)果相同。這給主成分分析賦權(quán)法的有效性提供了一個有力的保障。

主成分分析法既考慮到指標數(shù)據(jù)內(nèi)某些指標存在較大的差異，對森林質(zhì)量結(jié)果的影響較大，權(quán)重值較大;同時又依據(jù)不同指標因子對森林質(zhì)量影響程度的差異，因此能客觀地反映森林質(zhì)量的現(xiàn)狀。該方法更突出指標因子之間的內(nèi)在聯(lián)系，使得個別指標因子所帶來的不準確性及異常值的影響均極大減弱，權(quán)重值的準確性以及實用性得到提升，并且相對專家直接打分法更為方便、簡單。研究表明，主成分分析賦權(quán)法是一種實用性較強的賦權(quán)方法，應(yīng)用到森林質(zhì)量評價中具有很大的價值。

3.2 模糊評價模型的優(yōu)點

運用模糊評價模型去評價森林質(zhì)量具有簡捷、快速的效果，能對森林質(zhì)量有一個較為準確的評價。通過數(shù)學方法處理模糊的評價對象，對信息模糊性的資料做出比較準確、合理、符合實際的量化評價;評價的結(jié)果是一個矢量，并不是單一的數(shù)值，包含信息較多，既可以準確地描述評價對象，又能通過進一步計算，得到重要的信息。

3.3 森林質(zhì)量評價展望

森林質(zhì)量好壞關(guān)系到社會可持續(xù)發(fā)展的進程，反之社會的發(fā)展也能影響森林質(zhì)量。因此今后的評價中應(yīng)加入社會因素。遙感技術(shù)在森林中也有較大作用，其能夠獲取豐富的森林資源信息，大大彌補人工調(diào)查的不足，可以通過遙感數(shù)據(jù)建立與森林質(zhì)量評價之間的數(shù)學關(guān)系，從而加強對森林的監(jiān)控。