張 峰 張麗君 胡 煒 梁承堅

（肇慶市林業(yè)科學研究所，廣東 肇慶 526000）

優(yōu)質(zhì)的生態(tài)產(chǎn)品供給與森林質(zhì)量息息相關(guān)。近年來，國家林業(yè)和草原局出臺了《“十三五”森林質(zhì)量精準提升工程規(guī)劃》，要求把全面加強森林經(jīng)營、提升森林質(zhì)量作為林業(yè)建設(shè)的核心和主攻方向。森林資源質(zhì)量問題已經(jīng)上升為林業(yè)生態(tài)工程成敗的關(guān)鍵，沒有森林資源質(zhì)量的大幅度提高，從傳統(tǒng)林業(yè)向現(xiàn)代化林業(yè)的跨越就無法實現(xiàn)。森林資源質(zhì)量評價就是分析和評價區(qū)域森林資源質(zhì)量好壞、定性與定量研究相結(jié)合，準確客觀的得出區(qū)域森林資源質(zhì)量綜合指數(shù)的分析方法[1]。最初研究森林資源質(zhì)量評價的方式為定性評價，這種分析方法帶有極大地主觀性，評價結(jié)果不能科學合理反映森林質(zhì)量空間分布狀態(tài)[2]。目前森林資源質(zhì)量評價方法更加趨于采用定量評價方式，其評價方法多樣且各具特色，主要采用層次分析法、綜合指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)度法、視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和物元分析法等評價方法[3-8]。本研究依據(jù)縣域森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，在小班尺度上采用主成分分析方法進行評價指標篩選，再進行層次分析法指數(shù)標度，使其能夠更加全面反映森林資源質(zhì)量情況，并對森林經(jīng)營起到指導(dǎo)性作用。本研究方法便于及時掌握森林資源質(zhì)量動態(tài)變化，為森林資源質(zhì)量監(jiān)測、森林經(jīng)營規(guī)劃、森林經(jīng)營方案的編制提供有力依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地區(qū)位于廣東省肇慶市高要區(qū)，其地理坐標為22°47′N-23°26′N、112°11′E-112°50′E，高要區(qū)屬廣佛肇經(jīng)濟圈和肇慶市經(jīng)濟發(fā)展中心區(qū)，東鄰佛山市三水區(qū)，西連云浮市云城區(qū)及肇慶市德慶縣，南接佛山市高明區(qū)及云浮市新興縣，北與肇慶市端州區(qū)、鼎湖區(qū)、廣寧縣、四會市相連，全區(qū)總面積2 196 km2。地貌屬低山丘陵，海拔在1～900 m 之間。地帶性土壤為赤紅壤，地域性土壤為黃壤、黑色石灰地、潮沙泥地、基水地、水稻土等土類。地處低緯度北回歸線南側(cè)，屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，陽光充足、雨量充沛。年平均氣溫為22 ℃，年平均降雨量1 647.9 mm，年平均日照時數(shù)1 801.6 h。森林面積91 892.7 hm2，森林覆蓋率59.64%，活立木總蓄積量722.9 萬m3。地帶性植被有季風常綠闊葉林、南亞熱帶溝谷季雨林、山地常綠闊葉林、針葉混交林、針葉林、山頂矮林灌叢6 種類型及少量的人工經(jīng)濟林，主要樹種有桉樹（Eucalyptusrobusta）、馬尾松（Pinus massoniana）、濕地松（Pinus elliottii）、肉桂（Cinnamomum cassia）、馬占相思（Acacia mangium）等。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 本研究以2017 年完成的高要區(qū)森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，并通過野外踏查的方法對所獲取的數(shù)據(jù)進行核查與相關(guān)因子的補充調(diào)查，共選取高要區(qū)林地小班15879 個，小班的屬性主要包括小班號、地類、面積、坡度、坡位、土壤類型、土層厚度、立地等級、優(yōu)勢樹種、群落結(jié)構(gòu)、森林類別、林種、起源、林分自然度、郁閉度、平均胸徑、平均樹高、平均年齡、齡組、腐殖質(zhì)層厚度、森林健康等級、災(zāi)害程度、公頃蓄積、公頃株數(shù)等，小班數(shù)據(jù)信息滿足森林質(zhì)量指數(shù)評價的要求。小班屬性中的海拔信息，通過地理信息系統(tǒng)軟件Arcgis10.2 中空間分析模塊工具進行提取，提取過程均采用西安80 坐標系配準相關(guān)空間數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 縣域森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)中往往存在多個以文字形式表述的指標，如坡向、災(zāi)害程度、優(yōu)勢樹種等，這類指標自身存在優(yōu)劣層次，可采用等距賦值法將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值進行評價[9]。為了消除評價指標之間的量綱影響，需要進行數(shù)據(jù)歸一化處理。具體方法如下：

正向指標型：

這類指標主要為平均胸徑、郁閉度、公頃蓄積量、平均高、土層厚度和腐殖質(zhì)層厚度。

逆向指標型：

這類指標主要為坡度、海拔。

極值指標型：

這類指標主要為坡向、災(zāi)害等級、優(yōu)勢樹種、齡組。

式中：Ai為第i評價因子的歸一化值，Xi為第i評價因子的原始值，Xmax為Xi中最大值，Xmin為Xi中最小值，X0為Xi取值區(qū)間內(nèi)某個程度最優(yōu)值。

1.3 研究方法

1.3.1 主成分分析法 主成分分析法在評價因子篩選及避免因子發(fā)生自相關(guān)方面應(yīng)用較多，將多個測定因子歸納為數(shù)量較少的若干主成分，以減少研究因子的個數(shù)。本研究利用主成份分析法根據(jù)相關(guān)但不同質(zhì)的原則進行指標篩選，運用 SPSS19 軟件對初篩因子進行主成分分析，以方差累計貢獻率≥85% 為標準確定主成分，并通過研究區(qū)實際情況選出影響森林資源質(zhì)量評價的主要指標。

森林資源質(zhì)量的好壞由多種因素共同決定，采用主成分分析法利用線性回歸模型對主導(dǎo)功能進行描述。本研究選取平均胸徑、郁閉度、活立木公頃蓄積量，平均樹高、坡度、坡位、海拔、腐殖質(zhì)層厚度、土層厚度、災(zāi)害等級、優(yōu)勢樹種、齡組等12 個模型參數(shù)，建立主成分模型。由表1 可知，第一、二、三主成分的特征值均大于1，特征值累計貢獻率達到95.6%，具有很強的代表性且符合統(tǒng)計學要求。因此，這三個主成分可以代表高要區(qū)森林資源質(zhì)量評價指標要求。

在小學數(shù)學合作學習教學中存在的種種弊病，我們不得不面對，不得不讓人深入思考。為了提高小組合作學習的有效性，促進合作學習在教學中的運用，探索優(yōu)化合作學習的教學策略，筆者經(jīng)過多年的實踐研究發(fā)現(xiàn)，可以從以下幾方面進行優(yōu)化，從而真正體現(xiàn)合作學習的優(yōu)越性，給學生合作的機會，筆者試提出以下策略，以供參考。

表1 特征值及貢獻率解釋Table 1 Explanation of eigenvalues and contribution rates

由表2 可知，第一主成分中平均胸徑（0.907）、平均高（0.910）、郁閉度（0.831）、活立木公頃蓄積量（0.912）的載荷信息最大且比較平均，與森林木材生產(chǎn)力有關(guān)，將其定義為森林生產(chǎn)力描述；第二主成分中海拔（-0.614）、坡度（0.497）、坡向（0.579）、土層厚度（0.601）、腐殖質(zhì)層厚度（-0.508）的載荷信息較大，分布較均勻，該載荷信息與森林立地條件關(guān)系密切，將其定義為森林立地質(zhì)量描述；第三主成分中優(yōu)勢樹種（-0.654）、齡組（-0.672）、災(zāi)害等級（0.610）的載荷信息較大，與森林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有關(guān)，將其定義為林分穩(wěn)定性描述。

1.3.2 層次分析法 層次分析法是將與決策總是有關(guān)的指標分解成目標、準則、方案等層次，通過主觀判斷和兩兩比較，得到?jīng)Q策因素對于目標的重要性總排序，最終根據(jù)得出的排序結(jié)果進行決策和選擇解決問題的措施[10-13]。本研究根據(jù)主成分分析法篩選出的各主成分因子，按照代表性、可行性、可比性、整體性、實用性，確定森林質(zhì)量評價目標層（A）、評價準則層（B）、評價因子層（C）。通過評價指標體系所列各項指標兩兩比較判斷矩陣來得出各評價因子對該準則的相對權(quán)重，經(jīng)過判斷矩陣一致可靠性檢驗、層次單排序、層次總排序與一致性檢驗后，得出高要區(qū)森林資源質(zhì)量評價模型與準則層、各評價因子所占權(quán)重。

表2 指標載荷信息表Table 2 Index load information table

本研究以森林質(zhì)量評價為最終目標層（A），根據(jù)主成分分析中指標載荷信息描述結(jié)果，從森林生產(chǎn)力、立地質(zhì)量、林分穩(wěn)定性3 個方面構(gòu)建評價體系的準則層（B），各主要構(gòu)成要素的評價因子作為評價因子層（C）。其中森林生產(chǎn)力由平均胸徑、郁閉度、活立木公頃蓄積量、平均高4 個評價因子組成；立地質(zhì)量由坡度、坡向、海拔、土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度5 個評價因子組成；林分穩(wěn)定性由災(zāi)害等級、優(yōu)勢樹種、齡組3 個評價因子組成。

1.3.3 指標權(quán)重的確定及檢驗 采用層次分析法對高要區(qū)森林質(zhì)量評價體系所列各項評價指標采用1-9標度法，通過構(gòu)造A-B、B1-C、B2-C、B3-C 的兩兩比較判斷矩陣，在Microsoft Excel 2016 軟件中求得各評價因子對準則層的相對權(quán)重，經(jīng)過判斷矩陣一致性檢驗、層次單排序、層次總排序和一致性檢驗后，得出高要區(qū)森林資源質(zhì)量評價模型與準則層、各評價因子所占權(quán)重（表3）。檢驗判斷矩陣是否具有滿意一致性，需將一致性指標CI 和隨機一致性指標RI 進行比較，得出檢驗系數(shù)CR，公式如下：

式中：CR 為檢驗系數(shù)，CI 為一致性指標值，RI 為隨機一致性指標值。當CR＜0.10 時，則認為判斷矩陣通過一致性檢驗，該判斷矩陣具有滿意一致性，否則就不具有滿意一致性。層次總排序一致性檢驗是根據(jù)單排序一致性指標為CIj，（j=1，· · ·m），相應(yīng)的平均隨機一致性指標為RIj，準則層總排序隨機一致性比例為：

式中：CR 為層次總排序一致性檢驗系數(shù)，CIj為第j指標單排序一致性檢驗指標，RIj為第j指標對應(yīng)的平均隨機一致性指標，aj為層次總排序權(quán)重。當CR＜0.10 時，認為層次排序結(jié)果具有較滿意的一致性并接受該分析結(jié)果。

表3 森林質(zhì)量評價各指標權(quán)重及一致性檢驗值Table 3 Weight of each index and consistency test value of forest quality evaluation

1.3.4 森林質(zhì)量指數(shù) 縣域森林質(zhì)量評價指數(shù)是根據(jù)各小班的森林質(zhì)量綜合評價指數(shù)與小班面積的百分比計算得出，計算方法如下：

式中：Fi為第i小班森林質(zhì)量綜合分值，Bi為第j評價因子的評分；W為第j評價因子的權(quán)重。

縣域森林質(zhì)量指數(shù)F值由下式得出：

式中：F為縣域森林質(zhì)量指數(shù)，Si為第i小班面積，F(xiàn)i為第i小班森林質(zhì)量綜合分值。

1.3.5 森林質(zhì)量指數(shù)分級 將高要區(qū)15 879 個林地小班森林質(zhì)量指數(shù)導(dǎo)入SPSS19.0 中進行統(tǒng)計描述分析，由表4 可以看出，小班質(zhì)量指數(shù)從0.279 2 到0.866 3 均有分布，均值為0.527 5，標準差為0.064 6，變動系數(shù)為0.122 5＜0.15，表明統(tǒng)計數(shù)據(jù)正常，小班森林質(zhì)量指數(shù)變異性小。

表4 小班質(zhì)量指數(shù)描述性統(tǒng)計分析Table 4 Descriptive statistical analysis of forest quality index of subcompartment

應(yīng)用統(tǒng)計學中Q-Q 圖檢驗小班森林質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)分布是否服從正太分布，該統(tǒng)計圖中橫軸為小班森林質(zhì)量指數(shù)分位數(shù)，縱軸為正態(tài)分布分位數(shù)，如果兩者構(gòu)成的散點分布在一條直線上，就證明小班森林質(zhì)量指數(shù)與正態(tài)分布存在相關(guān)性，即服從正態(tài)分布。由圖1 可以看出，大部分小班森林質(zhì)量指數(shù)偏離直線不遠，只有少部分小班森林質(zhì)量指數(shù)偏離直線較遠，數(shù)據(jù)大致服從正態(tài)分布。

按照等距分組確定各等級間閾值，本研究將森林質(zhì)量評定等級劃分為優(yōu)、中、差、劣4 個等級，分別為優(yōu)∈[0.7,0.9]，中∈[0.5,0.7），差∈[0.3,0.5），劣∈[0.1,0.3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)森林質(zhì)量評價

通過上述研究方法和森林質(zhì)量評價結(jié)果，本研究對高要區(qū)15 879 個林地小班進行了森林質(zhì)量評價，評價結(jié)果表明高要區(qū)縣域森林質(zhì)量水平處于中等水平，其森林質(zhì)量指數(shù)為0.53。小班森林質(zhì)量評價統(tǒng)計結(jié)果表明，全縣森林質(zhì)量等級處于中等的小班個數(shù)為10 221 個，面積占比為65.64%；全縣森林質(zhì)量等級處于優(yōu)等的小班僅213 個，面積占比不足1.53%；森林質(zhì)量等級為劣和差等級的小班合計5 445 個，面積占比32.83%。從不同森林類別的小班森林質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果表5 可以看出，生態(tài)公益林森林質(zhì)量等級為中等以上的面積占生態(tài)公益林總面積的69.67%，商品林森林質(zhì)量等級為中等以上的面積占商品林總面積的66.24%，表明研究區(qū)生態(tài)公益林森林質(zhì)量水平比商品林較高，兩者差異顯著性不強。根據(jù)研究區(qū)實際，公益林森林質(zhì)量較高于商品林的主要原因為當?shù)亻_展的公益林嚴格保育制度，兩者差異顯著性不強的主要原因為生態(tài)公益林森林質(zhì)量精準提升措施不到位?？傮w來看，研究區(qū)通過實行公益林嚴格保育制度使得全區(qū)公益林林分結(jié)構(gòu)趨于合理，森林整體質(zhì)量水平有所提高。

運用ArcGIS10.2 軟件對全區(qū)森林質(zhì)量等級進行劃分，得到全區(qū)森林質(zhì)量等級分布圖（圖2）。由圖2可以看出，高要區(qū)森林質(zhì)量等級分布明顯存在空間分布特征，即北部和南部山地丘陵區(qū)森林質(zhì)量等級較高，中部地區(qū)森林質(zhì)量等級較低，其主要原因為中部平原地區(qū)人為干擾明顯，南部和北部山區(qū)人為干擾較小。表明森林質(zhì)量好壞與人為干擾存在明顯相關(guān)關(guān)系。高要區(qū)森林質(zhì)量等級整體處于中等水平，表明全區(qū)森林質(zhì)量有很大提升空間，后期應(yīng)該加強森林經(jīng)營水平，通過科學合理規(guī)劃和經(jīng)營使得全區(qū)森林質(zhì)量水平獲得較大提升。全區(qū)森林質(zhì)量等級為優(yōu)的森林小班均有小而少的分布，其主要分布于公益林范圍內(nèi)；北部山區(qū)存在較大面積的森林質(zhì)量等級為差的小班，其主要原因為該區(qū)域存在較大面積的肉桂經(jīng)濟林，該林分受人為因素干擾較強，森林經(jīng)營強度高，森林生態(tài)系統(tǒng)不完整，林分結(jié)構(gòu)不合理，造成了這部分區(qū)域森林質(zhì)量等級不高，后期森林經(jīng)營規(guī)劃中應(yīng)加強該區(qū)域林分結(jié)構(gòu)調(diào)整和森林生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等精準措施力度。

表5 小班森林質(zhì)量評價統(tǒng)計結(jié)果Table 5 Statistical results of forest quality evaluation in subcompartment

圖2 高要區(qū)森林經(jīng)營小班森林質(zhì)量等級分布圖Fig.2 Distribution diagram of forest quality grade of subcompartment in Gaoyao district

2.2 不同起源的森林質(zhì)量狀況分析

研究區(qū)不同起源森林質(zhì)量等級情況如圖3 所示，天然林森林質(zhì)量等級為中等以上的面積占研究區(qū)總面積的47.53%，人工林森林質(zhì)量等級為中等以上的面積占研究區(qū)總面積的3.18%，表明天然林的森林質(zhì)量水平明顯高于人工林，其主要原因為天然林人為干擾因素較小，森林群落較易形成穩(wěn)定的正向演替群落，森林林分質(zhì)量較高。人工林林分單一，人為干擾大，不利于森林群落的演替，研究區(qū)主要人工林為桉樹和肉桂。在后期的森林經(jīng)營中應(yīng)加大對人工林林分結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度，積極營混交林，同時積極開展近自然森林經(jīng)營措施。研究區(qū)天然林中森林質(zhì)量等級為差等級的比例要高于人工林，說明研究區(qū)天然林亟需進行森林撫育。

圖3 不同起源的森林質(zhì)量狀況Fig.3 Forest quality of different origins

2.3 不同齡組的森林質(zhì)量狀況分析

研究區(qū)齡組分布表現(xiàn)為幼齡林和中齡林面積最大，近熟林次之，成、過熟林面積偏?。▓D4）。從森林質(zhì)量指數(shù)均值隨齡組分布圖中可以看出，各齡組小班森林質(zhì)量指數(shù)均值均高于0.50，全區(qū)森林質(zhì)量水平處于中等水平。隨著齡級的增高，小班森林質(zhì)量指數(shù)均值呈上升趨勢，幼齡林由于林木郁閉度不高，小班優(yōu)勢樹種胸徑較小，完整的森林群落尚未形成，故森林質(zhì)量等級偏低，成、過熟林小班林分已生長成熟，小班森林群落結(jié)構(gòu)趨于完整，林內(nèi)種間競爭和林分密度達到最優(yōu)狀態(tài)，各林木充分利用林內(nèi)資源，形成了穩(wěn)定的林分結(jié)構(gòu)，森林質(zhì)量水平較高。

圖4 不同齡組小班面積與森林質(zhì)量均值Fig.4 Mean values of area and forest quality of subcompartment in different age groups

2.4 不同森林類型的森林質(zhì)量狀況分析

研究區(qū)不同森林類型的森林質(zhì)量指數(shù)均值狀況如圖5 所示，從該圖可以看出，不同齡組的混交林森林質(zhì)量指數(shù)均值均高于純林，不同齡組的闊葉林森林質(zhì)量水平均高于針葉純林。表明混交林具有較高的森林穩(wěn)定性，林分結(jié)構(gòu)合理，自然演替能力強，抵御森林病蟲害能力強，其森林質(zhì)量水平提高快。純林中闊葉林森林質(zhì)量比針葉純林的森林質(zhì)量要好，相比闊葉純林，針葉純林林分結(jié)構(gòu)不合理，森林群落極易引發(fā)森林病蟲害，森林質(zhì)量的提高需要加強森林撫育和近自然經(jīng)營水平。

圖5 不同森林類型小班森林質(zhì)量均值Fig.5 Forest quality mean of different forest types in subcompartment

3 結(jié)論與討論

森林質(zhì)量評價是一個及其復(fù)雜的問題，評價指標具有尺度性和相關(guān)性，其評價結(jié)果能夠顯示出區(qū)域森林資源質(zhì)量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對于開展森林經(jīng)營具有現(xiàn)實指導(dǎo)性。本研究根據(jù)高要區(qū)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫，在森林經(jīng)營最小單位即小班尺度上，構(gòu)建基于縣域的森林資源質(zhì)量評價體系，得到主要結(jié)論如下：

（1）本研究利用主成分分析法對森林質(zhì)量評價因子進行了篩選，最終選擇了平均胸徑、平均高、郁閉度、活立木公頃蓄積量、海拔、坡度、坡向、土層厚度、腐殖質(zhì)層厚度、災(zāi)害等級、優(yōu)勢樹種、齡組作為評價指標。通過層次分析法確定了各指標的權(quán)重并通過一致性檢驗，最終得到了小班森林質(zhì)量評價指標總權(quán)重向量α=（0.261 3，0.202 4，0.070 6，0.049 9，0.102 5，0.094 5，0.046 9，0.025 1，0.011 9，0.086 0，0.034 9，0.014 1）。

（2）按照Q-Q 圖檢驗法得出小班森林質(zhì)量指數(shù)基本服從正態(tài)分布，通過等距分組確定了各等級間閾值，將森林質(zhì)量等級劃分為劣、差、中、優(yōu)4 個等級。

（3）本研究對高要區(qū)15 879 個林地小班進行了森林質(zhì)量評價，得出了高要區(qū)縣域森林質(zhì)量指數(shù)為0.53，縣域森林質(zhì)量水平處于中等水平，同時也得出了高要區(qū)縣域森林質(zhì)量等級空間分布狀況，并從森林起源、齡組和森林類型3 個方面分析了研究區(qū)森林質(zhì)量現(xiàn)狀與不足，提出亟需進行精準森林經(jīng)營，來提高研究區(qū)森林質(zhì)量水平。

森林質(zhì)量評價指標體系建立涉及方面很多，如森林干擾理論、森林演替理論、生態(tài)位原理等，不可能憑借幾個簡單的評價指標就可以進行完整系統(tǒng)的評價，本研究利用森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫中林地小班調(diào)查因子對森林質(zhì)量進行評價，旨在為森林經(jīng)營規(guī)劃和森林經(jīng)營方案等的編制提供一定的理論依據(jù)，同時也為區(qū)域性森林質(zhì)量狀況監(jiān)測提供可行性。