王蕾, 孟祥江,*, 李驕, 夏鷹, 馬正銳,

1. 重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；

2. 重慶市涪陵區(qū)林業(yè)局，重慶 408099；

3. 重慶市武隆區(qū)林業(yè)局，重慶 408599

開展林分類型優(yōu)化，促進(jìn)森林可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今林業(yè)發(fā)展關(guān)注的一個焦點(diǎn)。防護(hù)林是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)屏障，在水源涵養(yǎng)、水土保持方面具有重要的功能，防護(hù)林的防護(hù)效能主要體現(xiàn)在森林冠層、土壤層、枯落物層的防護(hù)作用，林冠層功能受林分郁閉度、樹種組成、樹種結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，森林防護(hù)效果因不同林分類型有明顯差異[1-3]。

梅溪河流域現(xiàn)有防護(hù)林主要為馬尾松純林、柏木純林、闊葉混交林及部分針闊混交林，其中，馬尾松、柏木純林所占比例70%以上，林分密度大、林下無亞層林木、灌草本所占比例小，同齡林中林分生長差異大，林下灌草本所占比例少，總體防護(hù)功能不強(qiáng)，且景觀價值不大。小流域是治理生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)，優(yōu)化配置小流域防護(hù)林體系林分類型可以有效地提高流域植被的防護(hù)效果[4]。在小流域尺度上進(jìn)行地塊—林分類型的功能導(dǎo)向的林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置，總結(jié)出一套以功能導(dǎo)向的林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)尤為重要。

專家咨詢-層次分析法(簡稱Delphi-AHP)是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的層次權(quán)重決策分析方法[5-11]。采用層次分析法對梅溪河流域防護(hù)林體系林分類型配置進(jìn)行評價，確定該流域林分類型最優(yōu)配置，為小流域防護(hù)林林分類型優(yōu)化配置提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

梅溪河位于三峽庫區(qū)常年回水區(qū)中部，是長江北岸的一級庫區(qū)支流，發(fā)源于重慶市巫溪縣，在奉節(jié)縣永安鎮(zhèn)由北向南注入長江，三峽蓄水后在距河口21 km 范圍內(nèi)形成常年回水區(qū)。梅溪河干流全長約 161 km（奉節(jié)縣境內(nèi)長103 km），流域面積2 001 km2，多年平均流量39. 60 m3s-1，枯水期平均流量15. 03 m3s-1[12-13]。

重慶奉節(jié)梅溪河濕地縣級自然保護(hù)區(qū)位于重慶市奉節(jié)縣境內(nèi)，地處奉節(jié)縣西北部的長江一級支流梅溪河流域，流域內(nèi)土壤肥沃，氣候適宜，適合植物生長，現(xiàn)有土地類型主要為農(nóng)田果林、林地、建筑物、道路及工業(yè)用地等五大類型，林地主要分布于海拔300 m 以上，且95%以上為防護(hù)林，森林資源較為豐富。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

主要來源于研究區(qū)的1∶10 000 的地形圖、遙感影像圖和2016 年的林地變更數(shù)據(jù)，并于2017 年3 月份在研究區(qū)開展外業(yè)調(diào)查對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，對有誤或缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和完善。研究區(qū)域?yàn)槊废恿饔蚩禈锋?zhèn)至新政鄉(xiāng)段，長度為52.2 km，選取兩岸山地第一層山脊內(nèi)，第一山脊線不明顯地區(qū)則取水平距離200 m 以內(nèi)（城區(qū)附近取 50?100 m），結(jié)合實(shí)地調(diào)查，盡最大可能收集研究區(qū)域相關(guān)材料和社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和資料，通過林地變更調(diào)查小班數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提出科學(xué)合理的林分經(jīng)營措施類型，使梅溪河流域防護(hù)林體系的空間配置得到較好的調(diào)整與優(yōu)化。

2.2 研究方法

采用1?9 級倒數(shù)的標(biāo)度方法，由專家對梅溪河流域不同樹種、植被類型對防護(hù)林體系的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會以及林分穩(wěn)定性4 個目標(biāo)的貢獻(xiàn)進(jìn)行逐個打分，建立判斷矩陣，見圖1。

圖 1 準(zhǔn)則層構(gòu)建Fig. 1 Construction of the guideline layer

2.2.1 評估決策判斷矩陣構(gòu)造

對于任何判斷矩陣都有：bij=1（i=j時）；bij=1/bji（i 不等于j 時）。

通常，層次分析法采用Saaty 九級標(biāo)度方法1?9，駱正清[14]等對層次分析法中幾種標(biāo)度的比較證明，這種方法在標(biāo)度均勻性、可記憶性、可感知性方面表現(xiàn)較好，但一致性和權(quán)重?cái)M合性較差，綜合比較，選用該標(biāo)度進(jìn)行分析。

2.2.2 判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

（1）在構(gòu)造成對比較判斷矩陣之后，為防止出現(xiàn)一定程度的非一致性，使矩陣A 滿足：

?i,j,k=1,2,···,n加入了對判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)，計(jì)算一致性指標(biāo)CI：

其中λmax為判斷矩陣的最大特征根。

（2）查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI。n=1～9，查閱SaatyRI值表確定。

（3）計(jì)算一致性比例CR：

當(dāng)CR＜0.10 時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正。層次分析法確定權(quán)重過程由Matlab7.0 軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 梅溪河流域防護(hù)林體系空間配置的現(xiàn)狀分析

研究區(qū)域有林地占總面積的85.29%（其中馬尾松純林占 29.14%、松櫟混交林占 12.75%、柏木純林占25.04%、松柏混交林占14.30%、經(jīng)濟(jì)林占4.99%、闊葉混交林占13.78%）、宜林地占 0.56%、灌木林地占 1.39%、無立木林地占 0.48%、未成林造林地占4.27%、非林地占8.01%。梅溪河流域林木起源主要為人工林和天然次生林，其中人工林的面積占有林地面積為68.95%、天然林次生林占31.05%。

表 1 判斷矩陣A?B 及權(quán)重Tab. 1 Judgment matrix and weight of layer A?B

表 2 判斷矩陣B1-C 及權(quán)重Tab. 2 Judgment matrix and weight of layer B1-C

表 3 判斷矩陣B2?C 及權(quán)重Tab. 3 Judgment matrix and weight of layer B2?C

3.2 梅溪河流域體系林分類型優(yōu)化配置研究

3.2.1 判斷矩陣結(jié)果分析

（1）準(zhǔn)則層A?B 判斷矩陣及結(jié)果

相對于總體目標(biāo)層 (A)準(zhǔn)則層 (B)各因素之間的相對影響程度比較（見表1），由各因素的優(yōu)先級可以看出，總目標(biāo)防護(hù)林體系準(zhǔn)則層 (B)的排序結(jié)果為生態(tài)效益、穩(wěn)定性、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益。符合防護(hù)林體系建設(shè)原則和小流域防護(hù)林體系營建的實(shí)際情況。

（2）準(zhǔn)則層B1?C 判斷矩陣及結(jié)果

相對于生態(tài)效益 (B1)準(zhǔn)則，各林種 (C)之間相對重要性比較（見表2），由各因素的優(yōu)先級可以看出，各林分類型的排序結(jié)果為：闊葉混交林、松櫟混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林。

（3）準(zhǔn)則層B2?C 判斷矩陣及結(jié)果。

相對于經(jīng)濟(jì)效益 (B2)準(zhǔn)則，各林種 (C)之間相對重要性比較(見表3)，由各因素的優(yōu)先級可以看出，各林分類型的排序結(jié)果為：經(jīng)濟(jì)林、柏木純林、馬尾松純林、松柏混交林、松櫟混交林、闊葉混交林。

（4）準(zhǔn)則層B3?C 判斷矩陣及結(jié)果

相對于社會效益 (B3)準(zhǔn)則，各林種 (C)之間相對重要性比較 (見表4)，由各因素的優(yōu)先級可以看出,各林分類型的排序結(jié)果為: 闊葉混交林、松櫟混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林。

（5）準(zhǔn)則層B4?C 判斷矩陣及結(jié)果

相對于穩(wěn)定性(B4)準(zhǔn)則，各林種(C)之間相對重要性比較(見表5)由各因素的優(yōu)先級可以看出，各林分類型的排序結(jié)果為：松櫟混交林、闊葉混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林。

表 4 判斷矩陣B3?C 及權(quán)重Tab. 4 Judgment matrix and weight of layer B3?C

表 5 判斷矩陣B4?C 及權(quán)重Tab. 5 Judgment matrix and weight of layer B4?C

表 6 判斷矩陣A?C 及權(quán)重Tab. 6 Judgment matrix and weight layer A?C

（6）準(zhǔn)則層A?C 判斷矩陣及結(jié)果

在準(zhǔn)則層A?B 和措施層B1?C、B2?C、B3?C、B4?C 的計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，可以構(gòu)建措施層總權(quán)重值，結(jié)果見表6。

對表1?表6 計(jì)算最大特征根及隨機(jī)一致性比率，每個矩陣都具有單排序滿意一致性，結(jié)論是可靠的。

3.2.2 樹種優(yōu)化結(jié)果

通過層次分析法對梅溪河小流域防護(hù)林體系進(jìn)行優(yōu)化，得出如下結(jié)果：

（1）生態(tài)效益（B1）準(zhǔn)則各林分類型生態(tài)效益由優(yōu)到劣依次為闊葉混交林、松櫟混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林，目前生態(tài)效益已成為森林的主要功能，適當(dāng)增加闊葉混交林的比例，對提高土壤肥力、增加林分穩(wěn)定性起到很好的作用，而混交林在水土保持、水源涵養(yǎng)、凈化大氣、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)等方面的效益是更為顯著；

（2）經(jīng)濟(jì)效益（B2）準(zhǔn)則林分類型的排序由優(yōu)到劣依次為經(jīng)濟(jì)林、柏木純林、馬尾松純林、松柏混交林、松櫟混交林、闊葉混交林。近年來，經(jīng)濟(jì)林效益顯著，在林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系中起到首要作用，利用山地資源發(fā)展林木經(jīng)濟(jì)，既不與農(nóng)業(yè)爭耕地，又能綠化國土，防風(fēng)固沙，還能提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，可謂一舉多得；

（3）社會效益（B3）準(zhǔn)則林分類型優(yōu)劣依次為闊葉混交林、松櫟混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林，混交林在提供別致的景觀滿足社會效益的同時也具有較好的生態(tài)效益，在小流域防護(hù)林體系林分類型中所占比例應(yīng)適當(dāng)增加；

（4）穩(wěn)定性（B4）準(zhǔn)則林分類型優(yōu)劣依次為松櫟混交林、闊葉混交林、松柏混交林、馬尾松純林、柏木純林、經(jīng)濟(jì)林。其中混交林結(jié)構(gòu)作為梅溪河流域的頂級森林群落結(jié)構(gòu)，它能充分利用環(huán)境物質(zhì)，物質(zhì)循環(huán)功能和能量流動最高，可以形成一個良好的生態(tài)系統(tǒng)，有利于野生動植物棲息繁衍，提高生物多樣性。

在綜合考慮各因素條件下，各類植被類型按權(quán)重為闊葉混交林（32.19%）＞松櫟混交林（28.67%）＞松柏混交林（17.57%）＞馬尾松純林（8.36%）＞柏木純林（7.31%）＞經(jīng)濟(jì)林（5.91%）。馬尾松純林、柏木純林都大幅度下降，闊葉混交林、松櫟混交林、松柏混交林面積有所增加，經(jīng)濟(jì)林略有增加，樹種分布達(dá)到了均衡。這樣一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)，充分反映了試驗(yàn)區(qū)自然、社會、經(jīng)濟(jì)以及穩(wěn)定性條件，既能保證森林生態(tài)系統(tǒng)的防護(hù)效能的充分發(fā)揮，又能保證森林產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，達(dá)到“青山常在，永續(xù)利用”的目的。

優(yōu)化后樹種結(jié)構(gòu)為純林的林分由原來的54.2%下降到15.7%，而混交林林分由原來的40.8%上升到78.4%，森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而可以克服純林不利于土壤改良的缺點(diǎn)，提高了林地的土壤肥力，增強(qiáng)了林分防病蟲、防火能力，因此優(yōu)化后的樹種結(jié)構(gòu)更趨于合理。