杜 志，甘世書(shū)，胡 覺(jué)

(國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙 410014)

我國(guó)森林資源經(jīng)營(yíng)經(jīng)歷過(guò)三個(gè)時(shí)期，即從以森林采伐利用為主的時(shí)期，歷經(jīng)森林采育兼顧的時(shí)期，發(fā)展到現(xiàn)在的森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)時(shí)期。森林資源質(zhì)量的評(píng)估作為制定林業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展規(guī)劃與宏觀決策的重要科學(xué)依據(jù)[1]，其內(nèi)涵也是與時(shí)俱進(jìn)的，從單一的木材產(chǎn)量評(píng)價(jià)，向兼顧森林資源質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)和服務(wù)效能兩方面的綜合衡量發(fā)展[2]。

目前，在德國(guó)和法國(guó)等林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，以木材產(chǎn)量、森林蓄積和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)措施實(shí)施狀況，以及公眾對(duì)森林服務(wù)功能滿(mǎn)意情況等方面進(jìn)行森林資源質(zhì)量評(píng)價(jià)；而國(guó)內(nèi)常采用喬木林單位面積蓄積量、單位面積生長(zhǎng)量、單位面積株數(shù)、平均郁閉度、平均胸徑、樹(shù)種組成結(jié)構(gòu)等作為衡量森林資源質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)基于國(guó)家森林資源連續(xù)清查結(jié)果的森林資源質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也在逐步建立完善[1,3]。然而，目前森林資源質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究對(duì)象大多集中于林場(chǎng)[4]、市縣范圍[5]，對(duì)于大區(qū)域的動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)較少。本文基于第七次和第八次全國(guó)森林資源連續(xù)清查成果數(shù)據(jù)，采用因子分析法對(duì)各省的森林資源質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以期為森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論支持。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)源于2004年至2013年全國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)(不含港澳臺(tái))的兩次森林資源連續(xù)清查結(jié)果。根據(jù)總體性、相對(duì)獨(dú)立性、代表性和具體性等原則[1]，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，確定以森林分布(森林覆蓋率、天然林比重)、森林生產(chǎn)力(林地利用率、單位面積蓄積)、森林結(jié)構(gòu)(林種結(jié)構(gòu)、齡級(jí)結(jié)構(gòu)、樹(shù)種結(jié)構(gòu)、群落結(jié)構(gòu)、林層結(jié)構(gòu))、森林健康(健康森林面積比重、枯損率、病害面積比重、蟲(chóng)害面積比重、氣象及其它災(zāi)害比重)和森林服務(wù)功能(人均森林面積、人均森林蓄積、自然保護(hù)區(qū)面積占比)等5個(gè)方面17個(gè)指標(biāo)構(gòu)建森林資源質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)體系。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

綜合評(píng)價(jià)體系的17個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)指數(shù)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，其中：正向指標(biāo)采用公式Ci=Xi/Xmax(Xi，Xmax，Ci分別為指標(biāo)數(shù)原始值、指標(biāo)數(shù)據(jù)最大值、指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值)，如單位面積蓄積、人均森林面積和人均森林蓄積等指標(biāo)；逆向指標(biāo)采用公式Ci=Xmin/Xi(Xi和Xmin為指標(biāo)數(shù)據(jù)最小值)，如枯損率、病害面積比重、蟲(chóng)害面積比重等；林種結(jié)構(gòu)、齡級(jí)結(jié)構(gòu)和樹(shù)種結(jié)構(gòu)方面的指標(biāo)采用公式Ci=1-|X0-Xi|/X0(X0為指標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)間最優(yōu)值，本文取0.5)。

2.2 因子分析和質(zhì)量分級(jí)

因子分析常用于數(shù)據(jù)降維，可實(shí)現(xiàn)用少數(shù)變量(主成分)來(lái)解釋多個(gè)變量(因子)的信息，通過(guò)分析變量間相關(guān)性的大小，進(jìn)行分組，認(rèn)定各組代表某一特性。因子分析法首先采用KMO值 和Bartlett球形度檢驗(yàn)該方法對(duì)于對(duì)象的適用性，其次通過(guò)提取主成分來(lái)解釋總方差，最后運(yùn)用旋轉(zhuǎn)矩陣結(jié)果表示分組權(quán)重結(jié)果。

將標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)與因子分析確定的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，得到綜合指數(shù)，將其分為優(yōu)[0.5，1]、良[0.4，0.5)、中[0.3，0.4)、差[0，0.3)四個(gè)級(jí)別。

3 結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

對(duì)省級(jí)行政區(qū)兩期連清成果17個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，結(jié)果顯示：KMO值0.631，大于0.5；Bartlett球形度檢驗(yàn)Sig值小于極顯著水平的0.01，表示因子分析法適用于森林資源質(zhì)量的評(píng)估。采用主成分分析法對(duì)17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行因子抽取，提取特征值大于1的因子，共5個(gè)。通過(guò)最大方差法旋轉(zhuǎn)后特征值貢獻(xiàn)率依次為24.798%，15.647%，13.267%，10.382%和9.120%，累積貢獻(xiàn)率為73.214%，顯示出較好的信息提取效果。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)成分矩陣對(duì)指標(biāo)分組進(jìn)行確定，因子載荷代表指標(biāo)對(duì)主成分的相關(guān)性，其絕對(duì)值越高，相關(guān)程度越好。通過(guò)旋轉(zhuǎn)成分矩陣對(duì)17個(gè)指標(biāo)因子確定對(duì)應(yīng)主成分(表1)。單位面積蓄積、人均森林面積、人均森林蓄積、病害比重和蟲(chóng)害比重在第1個(gè)主成分上的載荷值大于其他指標(biāo)，可視為森林質(zhì)量、森林服務(wù)功能和森林健康指標(biāo)；第2主成分包括森林覆蓋率、林地利用率和林種結(jié)構(gòu)；第3主成分有天然林比重、樹(shù)種結(jié)構(gòu)、群落結(jié)構(gòu)、氣象及其它災(zāi)害和自然保護(hù)區(qū)占比指標(biāo)；齡組結(jié)構(gòu)和林層結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在第4主成分中；森林健康比重和枯損率的指標(biāo)集中于第5主成分。

表1 旋轉(zhuǎn)成分和因子分析得分系數(shù)矩陣表指標(biāo)成分得分系數(shù)1234512345森林覆蓋率-0.1230.8040.3510.115-0.2980.0000.3090.134-0.050-0.166天然林比重0.338-0.1930.5610.499-0.3490.020-0.0680.1570.190-0.097林地利用率-0.0450.872-0.1130.0080.1410.0490.338-0.0440.0150.072單位面積蓄積0.755-0.2850.1600.422-0.0510.148-0.078-0.0360.2290.039林種結(jié)構(gòu)-0.2530.836-0.084-0.0190.035-0.0050.313-0.024-0.0140.000齡組結(jié)構(gòu)-0.035-0.2420.0690.709-0.423-0.054-0.116-0.1290.417-0.179樹(shù)種結(jié)構(gòu)0.1540.0820.7400.1190.022-0.0160.0330.383-0.0340.148群落結(jié)構(gòu)0.4060.2960.4890.353-0.4070.0870.1360.1210.066-0.193林層結(jié)構(gòu)0.0610.2640.0770.6650.170-0.0160.077-0.0340.4660.253

續(xù)表1指標(biāo)成分得分系數(shù)1234512345健康森林比重0.2940.314-0.0580.1170.4670.0790.1280.0020.1440.351枯損率-0.020-0.100-0.082-0.0840.809-0.033-0.0560.0980.1040.595病害比重0.5910.136-0.466-0.250-0.1920.2230.110-0.296-0.179-0.293蟲(chóng)害比重0.966-0.0900.087-0.0580.0980.2440.0290.001-0.0870.043氣象及其它災(zāi)害比重0.057-0.015-0.645-0.0400.1280.0600.001-0.3340.087-0.014人均森林面積0.956-0.1450.1370.0500.0370.2300.0030.004-0.0270.025人均森林蓄積0.965-0.0970.1030.0180.0690.2390.023-0.006-0.0410.037自然保護(hù)區(qū)占比-0.2010.215-0.5450.3870.006-0.0210.060-0.3430.352-0.010

根據(jù)各省級(jí)行政區(qū)的指標(biāo)在主成分中的得分系數(shù)，結(jié)合指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值，運(yùn)用公式Vj=Ci×Zi(其中Vj為主成分的得分值;j取值為1，2，3，4，5；Zi為各指標(biāo)對(duì)應(yīng)系數(shù))可得出各行政區(qū)的成分得分。根據(jù)5個(gè)主成分的特征值貢獻(xiàn)率與累積貢獻(xiàn)率的比值，得到各主成分的權(quán)重Wj。采用公式EEQ=∑(Vj×Wj)各主成分的得分與權(quán)重的加權(quán)求和，即為各行政區(qū)的森林資源質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)值。

3.2 質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

將各省級(jí)行政區(qū)的第七次森林資源連續(xù)清查成果數(shù)據(jù)，采用因子分析法計(jì)算森林資源質(zhì)量評(píng)價(jià)值，結(jié)果如表2所示。西藏自治區(qū)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最高，為0.705，寧夏回族自治區(qū)的綜合評(píng)價(jià)最低，質(zhì)量為優(yōu)的有西藏自治區(qū)、福建省和廣西壯族自治區(qū)。

表2 各主成分和綜合得分表省份主成分1主成分2主成分3主成分4主成分5綜合評(píng)價(jià)得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序西藏1.01410.432250.51810.719120.58830.7051福建0.152170.88940.44530.95930.46690.5162廣西0.146190.91430.37990.89750.47960.5003江西0.168130.98810.44440.505200.329140.4614吉林0.167140.8608-0.025271.26910.281170.4515湖南0.145200.814110.354110.732110.397120.4406云南0.19960.83990.40080.755100.111250.4407四川0.175100.651190.170171.22620.232210.4328浙江0.173110.88250.44450.425260.280180.4239貴州0.160160.686170.45320.566170.443100.41810湖北0.151180.750130.43060.537180.369130.41111廣東0.17990.88160.306140.515190.242200.40712重慶0.134210.609210.336130.76190.433110.39913黑龍江0.18370.772120.140230.94940.031270.39114安徽0.115250.654180.40470.472230.50940.38215遼寧0.134230.820100.082240.689130.299160.37016海南0.44320.9862-0.227290.41927-0.206300.35317山東0.086300.595220.072250.491210.82610.34218河南0.133240.706160.145220.400290.49750.34119河北0.094270.612200.158190.480220.46780.31820青海0.18180.049310.357100.87360.302150.29821

續(xù)表2省份主成分1主成分2主成分3主成分4主成分5綜合評(píng)價(jià)得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序得分排序山西0.088290.430260.276150.618160.224220.28722內(nèi)蒙古0.171120.383270.148210.78680.023280.28123江蘇0.088280.52424-0.013260.437240.60320.27724上海0.33540.8767-0.543300.393300.143240.27625陜西0.112260.573230.162180.66415-0.128290.26826天津0.33830.72315-0.683310.427250.47170.26427新疆0.162150.050300.342120.665140.248190.25328甘肅0.134220.209280.205160.81970.067260.25129北京0.30350.73814-0.139280.21431-0.225310.23730寧夏0.081310.195290.154200.404280.223230.18231

主成分1得分前三名的依次為西藏、海南和天津，表明其單位面積蓄積、人均森林面積蓄積、病蟲(chóng)害比重均處于全國(guó)前列。西藏地廣人稀，天然、原始、異齡的成過(guò)熟森林占優(yōu)勢(shì)，森林健康、大多處于自然狀況，其森林資源質(zhì)量的特點(diǎn)在主成分1得分中遙遙領(lǐng)先于其它省份。青海、寧夏、甘肅等西北部省份幅員遼闊，處于干旱半干旱地區(qū)，降水較少，生態(tài)環(huán)境相對(duì)較差，造林成林難度較大，其森林資源質(zhì)量在主成分2中得分值較低，對(duì)應(yīng)反映了西北地區(qū)森林覆蓋率和林地利用率有待提高的現(xiàn)實(shí)。主成分3得分值較低的為天津、上海、海南和北京，其中上海范圍內(nèi)無(wú)天然林分布，均為人工林，其樹(shù)種較為單一，群落結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，森林易受氣候等災(zāi)害影響，與主成分3代表的天然林比重、樹(shù)種結(jié)構(gòu)、群落結(jié)構(gòu)、氣象及其它災(zāi)害和自然保護(hù)區(qū)占比指標(biāo)相對(duì)應(yīng)。吉林、四川、福建和黑龍江在主成分4得分中較高，反映了這些地區(qū)齡組結(jié)構(gòu)和林層結(jié)構(gòu)處于較好的狀態(tài)。北京地區(qū)常受沙塵影響，人員活動(dòng)頻繁，森林大多處于亞健康狀態(tài)，枯損率較高。海南四面環(huán)海，常受臺(tái)風(fēng)暴雨等天氣影響，森林枯損率高。故北京和海南在成分5得分表現(xiàn)較低。

對(duì)第七次和第八次全國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的森林資源連續(xù)清查成果進(jìn)行分析，對(duì)比兩次的森林資源質(zhì)量綜合評(píng)分，詳見(jiàn)圖1。從分布來(lái)看，西藏的森林資源質(zhì)量綜合評(píng)分遠(yuǎn)高于其它省份，全國(guó)31個(gè)省的大多集中在0.3～0.5區(qū)間內(nèi)，第七次清查成果中有17個(gè)省的綜合評(píng)分位于此范圍，第八次有26個(gè)省。按級(jí)別來(lái)劃分，第七次各省份的優(yōu)、良、中、差的比例為3∶9∶8∶11，第八次為1∶11∶15∶4。說(shuō)明我國(guó)森林資源質(zhì)量基本處于中等和良好的水平上，但還有很大的提高空間。對(duì)比兩次連清成果的變化，31個(gè)省份中有20個(gè)省的森林資源質(zhì)量綜合評(píng)分有所上升，其余11個(gè)省份出現(xiàn)了不同程度的下降。結(jié)果顯示，大部分省份更加重視生態(tài)建設(shè)，森林資源質(zhì)量得到提升。

圖1 全國(guó)各省森林資源質(zhì)量綜合指數(shù)

4 結(jié)論與討論

本文以全國(guó)31個(gè)省份的第七次和第八次森林資源連續(xù)清查成果為基礎(chǔ)，通過(guò)運(yùn)用因子分析法，對(duì)全國(guó)各省份的森林資源質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：全國(guó)大部分省份的森林資源質(zhì)量處于中等和良好的水平，西藏的森林資源質(zhì)量遙遙領(lǐng)先于其它省份，吉林、福建和廣西等省份的森林資源質(zhì)量較好。隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)理念逐步深入人心，森林資源得到了更多的重視，大部分省份的森林資源質(zhì)量得到了提升。但是，不少省份森林資源質(zhì)量有很大發(fā)展空間，森林資源質(zhì)量表現(xiàn)較差，也存在變差的趨勢(shì)。寧夏和甘肅等地森林資源質(zhì)量亟待提升，應(yīng)針對(duì)主成分代表的指標(biāo)因子，加強(qiáng)科技培育經(jīng)營(yíng)，提升森林資源質(zhì)量。

因子分析法通過(guò)提取17個(gè)指標(biāo)，分析其相關(guān)性，用貢獻(xiàn)率為73.214%的5個(gè)主成分來(lái)分析評(píng)價(jià)森林資源質(zhì)量，得到的結(jié)果與馮繼廣等[2]基于第八次清查成果的分析結(jié)果一致。然而各指標(biāo)仍有四分之一的信息沒(méi)有提取出來(lái)。各指標(biāo)中也存在相關(guān)性，因子分析法的主成分提取的各指標(biāo)實(shí)際存在聯(lián)系，各主成分代表的實(shí)際意義難以給出明確解釋。同時(shí)，部分指標(biāo)以最優(yōu)值作為標(biāo)準(zhǔn)衡量其它省份，會(huì)使其它地區(qū)的數(shù)值相對(duì)偏小，從而造成整體的評(píng)價(jià)偏低。指標(biāo)代表性和基準(zhǔn)參考值的確定是今后森林資源評(píng)價(jià)需探討的方向。