黑龙江省国有林区森林资源-环境-经济复合系统可持续发展评价1)

2015-04-03马玉秋

东北林业大学学报 2015年6期

马玉秋

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

森林资源系统是当今陆地的最大生态系统，也是陆地上功能最完善的资源库、基因库、能源库和碳贮存库［1］，它对维护人类生存的生态系统平衡有着不可替代的作用。因此，保证并维持森林资源系统的长期可持续发展，已成为我国乃至全世界追求的一种全新发展模式。

森林资源系统的功能具有多样性，在其可持续发展中必将与经济、环境的可持续发展相互关联、相互依存，从而将森林资源系统、生态环境系统、林业经济系统复合为森林资源-环境-经济的复合系统(FEES)。众多学者从不同角度已对森林资源-环境-经济复合系统进行了研究，如:Kishine 提出了林业经济-福利-环境协调发展的调整模型;竺杏月等［2］，以江苏省为例，对FEES 可持续发展进行了综合评价，并提出了优化发展模型。黑龙江省国有林区是我国森林资源储藏的重要基地，但对其自身的森林资源-环境-经济复合系统的研究不多。本文从系统学角度出发，在详细分析FEES 可持续发展理论运行机理的基础上，构建了黑龙江省国有林区森林资源-环境-经济复合系统的评价体系，分析了影响其可持续发展的根本因素，旨在为黑龙江省国有林区的长期可持续发展提供参考。

1 黑龙江省国有林区概况

黑龙江省国有林区是全国最大的重点国有林区和森林工业基地。据第八次黑龙江省国有林区森林清查成果显示，黑龙江省国有林区土地面积1 005．40万hm2，其中林地面积837．09 万hm2，占土地面积的83．26%。森林面积804．45 万hm2，森林覆盖率80．01%。活立木总蓄积84 398．98 万m3，森林蓄积76 457．96万m3。乔木林蓄积量为95．04 m3/hm2。林地面积中，乔木林地804．45 万hm2;疏林地4．48 万hm2;未成林地5．76 万hm2;无立木林地5．12 万hm2;宜林地14．08 万hm2;林业辅助生产用地3．20 万hm2。境内主要盛产红松、白松、落叶松、水曲柳、柞木、槐木、椴木、黄波椤等树种。

2 黑龙江省国有林区评价体系构建

鉴于黑龙江省国有林区森林资源-环境-经济复合系统是一项系统性工程，故选择模糊数学与层次分析法(AHP)进行综合评价研究［3-4］。该方法从整体出发，进行定性与定量分析相结合的、自上而下的综合集成的决策认识，是当前较为客观、有效的评价方法。

2．1 评价指标选取

从系统学原理看，FEES 是一个由森林资源系统、环境系统、经济系统等组成的相互关联、相互依存的一个系统。其中:森林资源系统，是在一定特有的经济、技术条件下，林木资源及其所能影响范围内的物质、能量和信息的总称;环境系统，是指人类生存范围内的一切物质、能量和信息的总称;经济系统，是指人类利用林木资源进行二次生产以及其他分配和消费活动的系统［5］。在森林资源系统、环境系统、经济系统中也包含众多影响要素，这些要素相互关联、相互作用，并最终影响整个系统的发展。

森林资源子系统:森林资源，是在一定特有的经济、技术条件下，林木及其影响范围内一组彼此关联的物质总称，具体包括环境资源、动植物资源、土地承载资源以及相关的景观资源等。通常，森林资源可持续发展水平可从该区域林木资源总量、林木消耗与利用等方面进行评价，其中区域林木资源总量能反映区域森林资源整体质量水平，具体可用森林覆盖率、人均林地面积、自然灾害发生次数等进行评价。消长状况能反映森林资源消耗和增长的动态，具体可用森林利用率、森林采伐量指标进行评价。

林区环境子系统:本文所指的林区环境子系统，通常为生态环境。具体含义:在保证优质生态环境的前提下，达到人类在林区的生产活动与该区域的生态环境和谐共融。其发展水平，通过生物多样性、水源涵养能力、水土保持能力、固碳制氧能力、生态系统人口承载量指数状况反映，生态系统人口承载量指数用于反映森林环境所能承载的最大发展水平。

林区经济子系统:是指以物质再生产功能为基础，为其它子系统提供物质和资金支持的能力。可通过产值水平和生产力水平进行评价，具体采用林业产值、林业科技投资增长率、林业劳动生产力、林业产值占国民GDP 比值等指标进行评价。

2．2 评价步骤

为有效的构建评价体系，首先需要将所研究的问题进行所谓的层次化分解，进而构建一个符合应用AHP 分析方法的层次结构模型。在该层次结构模型中，所有影响元素被按其属性及关系分配到若干层次中，且上一层次的元素作为准则对下一层次有关元素起支配作用。

2．2．1 评价体系各层评价因子权重确定

1)判断矩阵的构建。所谓判断矩阵，是用于比较本层次元素与上一层次有关元素之间相对重要性程度的矩阵(见表1)。

表1 评价标度量化情况

2)权重计算。在判断矩阵基础上，进行相关矩阵的最大特征根λ 及其对应的特征向量W 的计算，并进而求出各个元素的权重值(Cr为一致性比例，Ci为一致性指标，Ri为平均随机一致性指标)。计算步骤如下:

对矩阵A 的每一列向量进行归一化，得到:n

对wij按行求和，得到:n对wi归一化，得到:

则W=(w1，w2，…，wn)T即为所求的特征向量(即各个元素的权重值)。

计算判断矩阵A 的最大特征根λmax:

对判断矩阵进行一致性检验，先计算Ci:

再计算Cr:

式中:Ri由表2 给出。当Cr＜0．10 时，则认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵进行适当修改。

表2 AHP 法的Ri 值

2．2．2 评价体系模糊矩阵确定

1)因素集的建立。权重计算，根据研究目标评价指标选取原则进行评价指标的选取，建立因素集

2)评价集的建立。评价集，是评价者对评价对象可能做出的各种评价的集合，用V 表示，V={V1，V2，…，Vm}。

3)隶属度函数的建立。隶属度函数体现了各评价指标属于某模糊集合的隶属程度。对于评价体系中的某一个评价指标Ci而言，若对评价集的评价总数为S，则针对第j 评价集因子的评价结果为vj的总数为Sij，其中，i=1、2、…、n。则评价指标Ci对评价结果vj的隶属程为:

4)模糊矩阵的建立。依据所建隶属度函数，确定因素集中各元素对评价集中各元素的隶属度。若因素集中某评价指标ui(i=1、2、…、n)，对评价集中各个元素vj(j=1、2、…、m)的隶属度为rij，则模糊矩阵可用测评矩阵R 表示。

2．2．3 研究目标的综合评价

对于多层次的研究问题，应逐层进行评价。即，首先对低层进行综合评价，然后依据评价结果，构建高一层次的模糊矩阵，然后再对高一层的评价因子进行综合评价，直至最顶层。其中，各层的评价方法类似。例如:针对最底层的因素集中各个评价指标，通过对该层各个评价指标的权重集和模糊矩阵的运算得到相应的评价结果，即最底层对上一层的评价结果。具体运算为:式中:w 为由AHP 法得到的权重集;R 为最底层评价指标的模糊矩阵;B 为单层综合评价的结果。

3 黑龙江省国有林区FEES 评价

3．1 黑龙江省国有林区FEES 评价体系的建立

应用AHP 方法构建评价体系。其中:选取黑龙江省国有林区FEES，作为一级指标(C);林区森林资源(C1)、林区生态环境(C2)、林区经济(C3)作为二级指标;森林覆盖率(C11)、森林利用率(C12)、森林采伐量(C13)、人均林地面积(C14)、自然灾害发生次数(C15)、生物多样性(C21)、水源涵养能力(C22)、水土保持能力(C23)、固碳制氧能力(C24)、生态系统人口承载量指数(C25)、林业产值(C31)、林业科技投资增长率(C32)、林业劳动生产力(C33)、林业产值占国民GDP 比值(C34)作为三级指标(见表3)。

表3 黑龙江省国有林区FEES 评价体系

3．2 黑龙江省国有林区FEES 评价体系的权重确定

按AHP 法的权重确定步骤，可得出黑龙江省国有林区FEES 评价体系各个元素的权重系数(见表4 ～表7)。

表4 综合模糊评价权重系数

表5 一级指标权重系数

表6 二级指标权重系数

表7 三级指标权重系数

3．3 黑龙江省国有林区FEES 评价体系的模糊矩阵确定

1)因素集的建立。根据环境评价指标选取原则，进行评价指标的选取，建立因素集。本文因素集分为两级，分别为评价体系中第二级对第一级的因素集(U21)，U21=(林区森林资源、林区生态环境、林区经济);评价体系中第三级对第二级的因素集(U32)，U32=(森林覆盖率、森林利用率、森林采伐量、人均林地面积、自然灾害发生次数、生物多样性、水源涵养能力、水土保持能力、固碳制氧能力、生态系统人口承载量指数、林业产值、林业科技投资增长率、林业劳动生产力、林业产值占国民GDP比值)。

2)评价集的建立。依据黑龙江省国有林区特点，特在本文所构建的FEES 评价体系中选取n=5，即评价结果分为5 种:①表明黑龙江省国有林区FEES 可持续发展水平较强，该区域生物多样性好，生态系统稳定，最适合人类生存和发展;②表明黑龙江省国有林区FEES 可持续发展水平为中等偏强，该区域植被覆盖度较好，有一定的生物多样性，较适合人类生存和发展;③表明黑龙江省国有林区FEES可持续发展水平处于中等偏弱，该区域降水正常，有一定的生物多样性，较适合人类生存和发展，但偶尔有不适合可持续发展的制约性因子出现;④表明黑龙江省国有林区FEES 可持续发展水平处于较弱状态，该区域水土流失较为严重，物种较少，存在着明显限制可持续发展的因素。⑤表明黑龙江省国有林区FEES 可持续发展水平处于不可持续发展状态，该区域极端干旱少雨，生态系统破坏严重，不具备可持续发展的基本要素。本文评价集V={强可持续发展，中等偏强可持续发展，中等偏弱可持续发展，弱可持续发展，不可持续发展}。

3)隶属度的测评矩阵计算。依据前文所述方法，计算黑龙江省国有林区FEES 评价体系各个元素的隶属度测评矩阵(见公式7)。依次得到林区森林资源(C1)、林区生态环境(C2)、林区经济(C3)，各个的隶属度测评矩阵R1、R2、R3。

4)进行最底层次模糊综合评价。依据前文所述综合评价方法进行最底层次的模糊综合评价，即三级指标对二级指标的评价。

5)进行总模糊综合评价。依据前文所述方法，最终得到二级指标对一级指标的总模糊综合评价，即:

根据评价数据，评价结果为0．579 5，即表明黑龙江省国有林区FEES 可持续发展水平处于中等偏弱，该区域降水正常，有一定的生物多样性，较适合人类生存和发展，但偶尔有不适合可持续发展的制约性因子出现。

4 黑龙江省国有林区FEES 评价结果分析与对策建议

依评价结果可见，黑龙江省国有林区在形成营林、采运、林产工业等多种经营各业并举的同时，其森林资源现状已出现枯竭的迹象，其自身发展遇到了前所未有困难。为了有效的转变林区发展模式，尽快地步入可持续发展的轨道，特利用解析结构模型，依据评价因子与结果，分析制约黑龙江省国有林区FEES 可持续发展的根本原因。

4．1 黑龙江省国有林区FEES 解析结构模型

根据上述评价模型的影响因素，构建相应解析结构模型，对影响黑龙江省国有林区FEES 根本因素分析，步骤如下:

1)建立邻接矩阵。即系统中各影响因素两两之间的关系矩阵。由上述评价模型影响因素，形成黑龙江省国有林区FEES 因素全集C，C={c1，c2，…，c15}，其中ci(i=1、2、…、15)为表3 中的评价因子。邻接矩阵A=(aij)表示系统中各要素两两之间的关系，aij是A 中第i 行j 列的元素。

2)可达矩阵。是可反映各个影响因素之间间接联系信息的矩阵，其计算依据布尔代数运算规则进行，即R1=(R+I)，R2=(R+I)2，其中R 为系统的可达矩阵。

3)分解可达矩阵。是对可达矩阵进行区域分解或级间分解。其中区域分解并不能将研究目标中的各个影响因子建成互不相关的独立体系，而级间分解则可把各个影响因素分解成多级递阶层次结构。

4)绘制多级递阶结构图。是指通过明确各个影响因素之间的层次、因果关系(具体可采用结构矩阵表达)，然后依据由低到高的次序，画出所研究问题的结构拓扑关系图。

通过以上构建步骤，进行黑龙江省国有林区FEES 解析结构模型构建(见图1)。

图1 黑龙江省国有林区FEES 的结构模型

4．2 黑龙江省国有林区FEES 持续发展对策建议

由模糊综合评价结果可知，黑龙江省国有林区FEES 持续发展水平处于中等偏弱，且导致该状况的基础要素在于国有林区FEES 中的森林覆盖率和林业产值占国民GDP 比值等影响因素。故提出以下建议:

1)注重森林生态的保护，保证适度森林覆盖率。森林资源是天然的资源宝藏，具有十分丰富的生态功能，其丰富度对维护区域生态平衡、提高环境自净能力、区域经济合理可持续发展等，都具有十分重要的意义。因此，要保持有一定较高比例的国土森林覆盖率，以便为可持续发展提供动力与空间。

2)优化国有林区产业结构，保证林业产值占国民GDP 比重的合理性。林产品在国民经济发展中具有重要作用。作为我国重要的森林资源储藏基地，黑龙江省国有林区需要走绿色现代林业道路，即通过大力发展绿色林业产业，努力增加林木蓄积，争取快速建成可用资源丰富、林种结构布局合理、系统功能完备、林产品丰富优质的当代具有中国特色的林业体系，从而保证其林业产值占国民GDP 比重的合理性。