基于层次分析法的森林健康状况评价研究

董金茂，崔一民

(1.包头师范学院数学科学学院，内蒙古 包头 014030；2.西安文理学院信息工程学院,陕西 西安 710065)

森林作为自然可再生资源，具有调节气候、固碳含氧、净化空气的作用，为社会发展和人类生存做出了突出贡献。而森林健康程度决定了森林生态系统功能能否正常发挥[1]。相关研究指出，森林健康是在结构优化、功能完善的同时保证生态系统平衡的必要条件[2]。随着社会的发展，森林资源不断遭到破坏，森林健康也引起更多的重视，针对森林健康状况的认识和评价也得到多方关注和研究[3-4]。如德国在上世纪针对森林活力锐减，森林大面积死亡问题，开启了对森林健康状况的检测和评价[5]；欧美各国也提出了以生态系统健康指数来表征森林健康，给出了森林评价的系统活力、恢复活力和系统组织三大评价指标[6]；国内针对森林健康的研究较晚，高均凯等对我国的森林健康背景和现状进行了调查研究，并做了报告[7]；李敦起等从森林可持续性、结构性和生产力方面构建了健康评价指标，给出了健康等级的对策和建议[8]；谭三清等采用复杂的网络和综合指数法构建了森林指标体系的评价监测体系[9]。

目前我国的森林资源在区域上表现出典型的差异性，且森林健康评价的关联性也不足，基于此，本文以沿海某省为出发点，针对该地区的森林健康关联因素进行分析，以期获得该地区森林资源健康的综合评价结果。

1 研究地概况

A省位于我国南方沿海地区，属于亚热带季风气候，水热条件良好，年均温20～ 25℃，年降水量 1 600 mm。2018年全省总森林面积 1 120 万 hm2，森林覆盖率达61.2%，森林蓄积量5.83亿 m3，其中维管束植物262科，350属，4 600 余种。全省森林主要以人工纯林为主，幼林比例高，森林质量较低，生态系统处于恢复重建中。因此，对其森林资源保护和可持续经营具十分重要的实践意义。

2 森林健康评价分析

2.1 指标体系

森林健康指作为一个整体，森林保持良好更新并能够发挥生态服务功能。根据森林健康定义，选择评价指标需要满足地域森林生态环境的自然属性以及该地区森林健康的自身特性和地域属性。目前森林健康指标主要包括森林结构完整度、生长量、采伐量、物种多样性、林况等，具体包括了地区的森林覆盖率、林种比例、物种多样性、地势、土壤、水网。本研究采用SPSS 19.0统计分析软件，结合指标的操作性和可获取性，对指标体系进行筛选，确定最终的指标体系如表1所示。在指标体系中，结构性风险是衡量森林自身健康状态，功能性风险是健康度的反应，森林环境指标是影响健康资源的条件因素。

表1 A省森林健康评价指标

2.2 指标权重的确认

目前应用较多的指标权重法包括层次分析法、熵权法、德尔非法等[10]。考虑到层次法的主观性，以层次分析法为基础，引入熵权法对层次权重系数进行修正，获得经过修正后的各指标权重系数，权重系数修饰公式为：

λi=Ui×a+wi×(1-a)

(1)

式中：a为系数值，取为0.5；Ui为熵权法权重系数；wi为层次分析法的权重系数，为指标的综合权重系数。

建立以A为判断准则的B1、B2、B3两两判定矩阵，以B为判定准则的C1、C2……C15判断矩阵，结合各级指标，根据AHP问卷调查，选择林业研究人员、林业管理人员组成专家组，对各指标进行重要性赋值，并采用平均一致性指标(RI)判定矩阵一致性比例(CR)，获得森林资源健康评价指标权重系数(表2)。

2.3 评价模型

考虑到选择的评价指标涉及到定性和定量2个方面，存在难以量化问题，本文采用模糊综合评价法将定性指标转化为定量化问题，对多因素制约对象进行整体评价。首先确定判断因子论域指标体系：U={u1,u2,u3…un}，其中ui为具体指标；确定评语论域：V={v1,v2,v3…vn}。建立因子论域U和评语论域V的模糊关系矩阵R：

表2 评价指标权重系数

其中rij为引子论域第i个因素xi对于V中第j个等级隶属度。

确定权重值和模糊关系矩阵R后，建立数学评价模型B=W×R。对各级指标进行打分，进行标准化处理。

2.4 隶属度函数选择

根据指标体系的正负效应，建立评价的隶属度函数，对于与评价优劣成正相关的采用正效应隶属度函数，反之为负效应隶属度函数。将调查数据代入到对应隶属度函数，获得各指标的4个等级隶属度(表3)。通过隶属度进行高一级指标评价。

表3 指标隶属度矩阵

2.5 评价结果与分析

根据模糊评价模型获得高一级指标的隶属度矩阵，记做为Ct(t=1,2,…,1.5)，由模型B=W×R获得二级准则层B1、B2、B3，具体为：

=(0.105 3 0.304 6 0.157 2 0.425 7)

同样获得B2=(0.014 4 ,0.145 6,0.145 7,0.054 7)，B3=(0.263 2,0.145 3,0.034 6,0.063 5)。由矩阵(B1,B2,B3)得到一级判断矩阵A=W×B=(0.360 5,0.245 6,0.093 5,0.024 6)。由于森林健康评价尚无统一标准，本文根据森林结构和功能特点，将森林健康度划分为优质、良好、合格和不合格4类，对应的类别权重值分别为[0，0.2)、[0.2，0.4)、[0.4，0.6)、[0.6，0.8)、[0.8，1.0]。根据等级划分和权重值对应关系，确定森林健康等级。

由最大隶属度原则可以看出，A最大值为 0.360 5，对应的评价等级为良好级，即该省的森林资源呈现出一个良好状态，表明森林生态系统较好，森林群落、物种资源相对较好，能够支撑该地区的社会生态环境开发和利用。

在二级评价指标中，森林结构完整性程度较低，主要是林种结构和林龄结构存在一定的缺陷，天然林较少，今后需要对林种结构进行适当调整，以期获得可持续发展。而森林功能性和环境性风险均较低，为目前的发展需求提供了基础，对气候环境具有较好的调节作用。

3 结论

1)构建了A省森林健康评价指标体系，包括三大类15个指标。通过层次分析法和熵权法对该地区森林整体状况进行评价，全省森林整体处于良好状态，能满足目前的社会生态环境发展需求。

2)二级指标中，森林结构完整性程度较低，主要是林种结构和林龄结构存在一定的缺陷，天然林较少，今后需要对林种结构进行适当调整，以期获得可持续发展。