壳斗科人工林综合效益指标体系研究

2015-11-26郑明朝覃德文吴敏秦武明聂珍臻

湖北农业科学 2015年21期

郑明朝覃德文吴敏秦武明聂珍臻

摘要：壳斗科（Fagaceae）植物作为地球上分布最广泛、最原始的植物类群之一，具有较高的生态学价值。本研究通过对27a生的青钩栲（Castanopsis kawakamii）、麻栎（Quercus acutissima）、红锥（Castanopsis hystrix）人工林进行标准地测树调查及样方生物量、生态环境因子测定，采用生长过程数学建模及层次分析方法等开展林分生态效益、经济效益和综合效益评价分析。结果表明，在壳斗科人工林综合效益评价体系分析中，选取生态、经济和社会效益3个层次共15个指标，采用层次分析法对两树种人工林建立综合效益评价体系。在准则层中，生态、经济和社会效益指标权重分别为0.401 7、0.455 4、0.175 5。通过评价指标权重及各指标分值计算，麻栎人工林的综合效益评分（3.222 3）>红锥林（3.107 6）>青钩栲林（2.893 0）。该体系可为壳斗科人工林的科学评价、项目投资决策等提供参考依据。

关键词：壳斗科（Fagaceae）；层次分析法；综合效益评价；人工林

中图分类号：S75 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5291-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.021

The Comprehensive Evaluation on the Fagaceae Plantation

ZHENG Ming-chao1，QIN De-wen2，WU Min1，QIN Wu-ming2，NIE Zhen-zhen2

（1. Guangxi Liang Feng Jiang National Park， Nanning 530031， China； 2. Forestry College， Guangxi University， Nanning 530005， China）

Abstract：Fagaceae is one of the most widely and oldest plant groups. This study has conducted tree measurement survey in sample plots. It evaluated the quadrat biomass and the ecological environment factors of three timber plantations of 27 years old， which were Castanopsis kawakamii， Quercus acutissima and Castanopsis hystrix. In order to provide some references for the scientific assessment and project investment decision of the three plantations， forest ecological benefit， economic benefit and comprehensive benefit have been evaluated comprehensively by mathematical model in growth process. Fifteen indexes in three levels of ecological， economic and social benefits were chosen to build the comprehensive benefit evaluation system of the three plantations of Fagaceae. In the criterion layer， the weight coefficients of ecological， economic and social benefit were 0.401 7，0.455 4 and 0.175 5，respectively. According to weight coefficients and value calculation of various indexes， the score of comprehensive benefit of Quercus acutissima plantation was 3.222 3，which was higher than that of Castanopsis hystrix （3.107 6） and Castanopsis kawakamii （2.893 0）.

Key words： Fagaceae； ecological benefit； economic benefit； comprehensive evaluation

壳斗科（Fagaceae）又称山毛榉科。壳斗科植物多为常绿或落叶乔木，稀灌木，托叶早落，广泛分布于南、北两半球，但非洲仅见于北部。共7～11属约900种，主要产于亚洲南部及东南部，中国有6属，约300种[1]。除新疆有引种外，自然分布于南北各省区，主要产于西南及南部。自沿海低丘陵至海拔约3 800 m高山均有生长，常为山地常绿阔叶或针叶阔叶混交林的主要上层树种，又是山地水源林的重要成分，也是秦岭南坡以南各地的主要用材树种[2]。该科植物由于适应能力强，多具有耐旱、耐阴等生长特性，分布范围广泛，能与各类型树种组成复合型生态系统，组建稳定性高、多样性丰富的森林，具有较高生态学研究价值[3]。

目前，国内学者对该科属树种研究主要集中在对壳斗科经济植物资源调查[4]、群落物种组成[5]、结构及区系特征[6]、壳斗科树种生理生态特征等方面研究。曹小燕等[7]通过叶结构对壳斗科现存植物和化石的鉴定，研究结果表明水青冈属二级脉与更高级脉序形成的结构稳定且存在种间差异，具重要分类学价值。刘彬彬等[8]对水青冈属（Fagus）的4种分布情况展开论述，总结得出该属种在浙江地区生态进化过程，阐述了壳斗科树种在中国境内的发展趋势。吕晓波等[9]在壳斗科植物为优势的山地雨林群落的主要种群空间分布格局展开过研究，说明了壳斗科树种在复杂山地生态系统中的优越性，发现该科树种较强的适应能力。然而当前的壳斗科研究多集中在壳斗科树种天然林的调查，对人工林的报道较少。人工林是利用人工育苗造林方式建造的森林。林业人员依林业技术与方法，配合林木生长机制建造森林，这类森林的建造不但快速，且可控制。目前在广西境内已出现了壳斗科树种人工林的经营，而该科属树种的综合效益也成为了该人工林种植的关注重点。壳斗科树种综合效益如何最大化，暂无一个固定的评价方法。

本研究主要从生态效益、经济效益、社会效益多个角度对壳斗科树种人工林进行评价，运用层次分析法对人工林的生长、经济社会等指标进行筛选，构建壳斗科树种人工林综合效益评价体系。通过广西良凤江国家森林公园中青钩栲、麻栎和红锥人工林中各项指标对该评价体系进行验证，全面分析总结出最适合当地种植以及推广的壳斗科珍贵乡土树种，并制定出系统科学的评价体系，为今后壳斗科树种研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

研究地点选为广西南宁市良凤江国家森林公园内27a青钩栲（Castanopsis kawakamii）、麻栎（Quercus acutissima）、红锥（Castanopsis hystrix）人工林，北纬22°34′39″-22°46′48″，东经108°15′14″-108°22′22″，地处北回归线以南，属南亚热带季风气候，冬短夏长。年平均气温为21.5 ℃左右，≥10 ℃的年积温在7 700 ℃以上，年均降雨量1 250～1 320 mm[10]。试验选取海拔300～400 m的标准样地6个，每个树种各3个。对样地进行全面调查，结合当地经营数据，计算各项技术指标，供建立评价体系分析。

1.2 试验方法

1.2.1 评价指标的构建从不同壳斗科树种综合效益研究发展状况出发，评价指标的构建主要有模糊评价法、层次分析法（Analytic hierarchy Process）和人工神经网络法[11]。本研究筛选评价指标参考国内外颁布的权威评定标准，如《中国森林公园风景资源质量等级评定》（GB/T18005-1999）、《旅游区（点）质量等级的划分与评定》（GB/T 17775-2003）、“绿色环球21标准体系”（1993）等[12]，根据生态学相关基础理论，结合评价体系的指导思想和基本原则，联系不同壳斗科树种人工林的基础数据（基础数据通过当地林业相关部门提供以及试验调查数据构成），采用层次分析法综合评价构建了3个层次，15个指标的分级综合效益评价体系（表1）。

1.2.2 评价指标权重的确定构造判断矩阵A，

A= a11 a12 … a1j a21 a21 … a21 ■ ■ ■ ■ai1 ai2 … aij，其中，aij必须满足（i，j=1、2、3…n）

aij=■（i≠j） aij=1（i=j）

根据Saaty等[13]人研究，本研究对引用数字1～9及其倒数作为标度，来确定aij，见表2。

1.2.3 模型的计算第一步骤：计算壳斗科树种综合效益判断矩阵A中每一行元素乘积：

Mi=■aij（i=1、2、3…n）

接着，计算Mi的n次方根

Wi=■ （i=1、2、3…n）

然后，将W=（W1、W2、W3…Wn）T标准化

Wi=■（j=1、2、3…n）

W=（W1、W2、W3…Wn）T为所求特征向量。

第二步骤：计算壳斗科树种综合效益判断矩阵A的最大特征根：

？姿max=■■■，式中（Aw）为向量Aw的第i个元素，对任意的i=1、2、3…n。

第三步骤：对壳斗科树种综合效益矩阵一致性检验：

CI=■

CR=■

其中，CI为一致性指标，CR为相对一致性指标，RI为平均随机一致性指标。

为了度量不同阶的判断矩阵是否具有满意的一致性，还需要引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI，对于1～9阶判断矩阵，RI如表3所示。

2 结果分析

2.1 判断矩阵计算

结合层次分析计算公式，对选定指标进行层次分析。由表4可知，A、B层CI=0.009 1和RI=0.518 0；对A-Bi层判断矩阵进行一致性检验，结果得出CR=0.009 5，小于0.1，表明该矩阵具有较强的一致性。

接着对Bi-Ci层进行判断矩阵分析，验证。由表5可知，在B（1）-Ci层次分析过程中（即经济效益），得出C3评鉴排位最高，说明在经济层次分析中投资项目纯利润处于主导作用。且在对矩阵检验中，CR=0.009 5，小于0.1，表明该判断矩阵具有高一致性。

由表6可知，5个技术指标排位顺序为生物量>生物多样性>碳储量>土壤含碳量>土壤持水量。且在对B（2）-Ci的判断矩阵检验过程中，CR=0.080 3，小于0.1，表明该矩阵具有高一致性，检验结果可行。

由表7可知，在社会效益评价中，劳动力的需求情况直接反映了社会效益情况，表明项目投资提高劳动需求量，使得投资项目社会效益经济价值将得到提高[14]。对B（3）-Ci的判断矩阵进行一致性检验，结果表明，CR=0.064 5<0.1，表明该社会效益评价具有满意的一致性。

对3个效益评价后，接着对整个评价进行全面分析。分析结果如表8所示。综合评价得出，经济效益贡献指标最高，达到0.455 4；其次为社会效益，贡献值为0.401 7；第三位为社会效益，其贡献值为0.175 5。表明了在壳斗科树种人工林中经济效益和社会效益评价处于主导地位。另外，在对15个技术指标排序过程中，前3位为纯利润、生物量和项目投资成本。因此，在项目投资过程中，把握好这3点，能够较好评价不同壳斗科树种综合效益。在对总排序矩阵一致性检验，结果表明，RI总=1.108 9，CR总=0.082 2，层次总排序一致性CI总=0.012 1，小于0.1，表明总判断矩阵具有满意的一致性。

2.2 综合效益评价

根据不同壳斗科树种人工林基本情况，结合当地各生产状况，确定该评价体系中评价指标的评分标准，平均每个指标设定“9”、“7”、“5”、“3”、“1”五个评价等级。并结合当地生产实际情况，面向当地营林工作人员、在职专家与林场领导进行问卷调查30份。在确定壳斗科树种人工林综合效益评价指标的数值后，仍需要对数值大小进行界定，进而表明不同壳斗科树种人工林综合效益影响程度，综合标准如表9所示。

本研究釆用多层次加权和的方法对来计算综合评价指数[15]，表达式如下：

Ii=■iXi

W=∑Ii

式中：Ii为某个指标的评价指数；Xi为该指标的评分值；■i为该指标的权重；W为该组评价指标的综合评价指数。

通过对30份问卷调查分析、专家专业评定以及综合效益分析，按照各项指标的评分标准计算可得出不同壳斗科树种人工林综合效益评价的各项指标的分值[16]，如表10。

由10可知，青钩栲人工林综合效益评分值为2.893 0，麻栎人工林综合效益评分值为3.222 3，红锥人工林综合效益评分值为3.107 6，指数大小为麻栎>红锥>青钩栲。因此就综合效益考虑可以得出，麻栎人工林较青钩栲、麻栎人工林更适宜在当地种植发展，且发展麻栎树种前景较青钩栲树种效益更高。通过提高经营集约化、市场化方式，有效促进麻栎种植与推广，形成麻栎人工林潜在的经营价值。

3 小结与讨论

本研究通过对壳斗科树种人工林经营各项指标筛选出科学完善的评价指标，对壳斗科树种人工林综合效益展开评价。采用层次分析方法，对经济效益、生态效益和社会效益3个基准层，共计15个效益指标建立综合效益评价体系。基准层间的效益指标权重分别为生态效益0.401 7、经济效益0.455 4、社会效益0.175 5，影响高低为经济效益>生态效益>社会效益。评价测算的麻栎人工林综合效益值（3.222 3）>红锥人工林综合效益值（3.107 6）>青钩栲人工林综合效益值（2.893 0），麻栎人工林综合效益较为明显。同时，该评价体系中各个准则间的CR均小于0.1，表明构建的壳斗科树种人工林综合效益评价体系准则度高，各个指标联系性强。

在对壳斗科树种的研究中，需要加强国内外交流合作，提高测定种类和不同区域树种间的评价研究。随着国内对森林研究的深入，在经济评价方法上将与国际接轨。通过学习国外的评价经验，可对壳斗科树种进行更深入探索，挖掘壳斗科树种更多的财富。

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