基于熵值法的人工造林质量评价——以全国营造林综合核查数据为基础

梅 浩，彭泰来，桂来庭

(国家林业和草原局中南调查规划设计院，长沙 410014)

为了落实习近平总书记在十九大提出的建设生态文明和美丽中国要求，2018年我国启动大规模国土绿化行动。与以往相比，这次国土绿化行动更加注重质量，提出国土绿化由规模速度型向数量质量效益并进型转变，提高森林生态系统的质量和稳定性，全面提升生态服务功能。全国营造林综合核查(以下简称综合核查)工作已开展了近二十年，在提升我国营造林成效、服务林业生态建设等方面发挥了重要作用。但以往对人工造林质量的评价，一直以定性分析为主，定量评价研究较少。而《全国营造林综合核查技术规程》(LY/T 2083—2013)[1]中的评价体系，对各指标的权重赋值较为主观、机械，无法客观匹配实际情况，从而难以充分反映我国人工造林质量现状。本文采用熵值法对全国30个省人工造林质量进行综合评价打分，为丰富完善造林核查评价体系展开探索。同时，分析各省人工造林质量的相对水平，找出各省人工造林实施过程中存在的问题，为提升人工造林质量，持续改善全国生态状况，提供理论依据。为新时期开展大规模国土绿化行动，推进生态文明建设，提供技术支撑。

1 数据来源和评价方法

1.1 数据来源

本研究对象为2011年度人工造林质量，包括造林1年后(2012年调查)的合格率和造林4年后(2015年调查)的保存率，分别称为人工造林实绩质量和人工造林保存质量。研究数据来源于2012和2015年综合核查小班数据库，其中2012年共抽查19289个小班，调查面积11.01万hm2，覆盖全国30个省、290个县；2015年共抽查6 499个小班，调查面积5.15万hm2，覆盖全国30个省、144个县。

1.2 评价体系

以综合核查现有指标为基础，考虑到可比较性、可获取性，建立全国人工造林质量评价指标体系。分为人工造林实绩质量评价体系和人工造林保存质量评价体系(表1 、表2 )。

表1 全国人工造林合格质量评价指标体系目标层要素层指标层指标计算方法结果指标合格率人工造林合格面积占上报面积的比例全国合格面积贡献率人工造林合格面积占全国合格面积的比例总量指标作业设计率人工造林有作业设计面积占核实面积的比例按设计施工率人工造林按设计施工面积占核实面积的比例人工造林实绩质量档案率人工造林有档案面积占核实面积的比例管理指标检查验收率人工造林有检查验收面积占核实面积的比例抚育率人工造林有抚育面积占核实面积的比例管护率人工造林有管护面积占核实面积的比例结构性指标混交率人工造林中混交林面积占核实面积的比例生态公益林混交率公益林林中混交林面积占核实面积的比例

表2 全国人工造林保存质量评价指标体系

1.3 评价指标解释

1)混交林。由两种或两种以上树种组成的森林，其中主要树种的株数或断面积或蓄积量占总株数或总断面积或总蓄积量的80%(含)以下。

2) 人工造林小班成林标准。乔木林郁闭度≥0.2，特灌林覆盖度≥30%。

3)幼树生长状况。根据造林保存小班的幼树生长发育、外观表象特征及受灾情况，评定小班生长状况，分为“好、中、差”3个等级，评定标准如表3。

表3 幼树生长状况评定标准等级评定标准好幼树生长稳定、生长势强,未遭受森林灾害中幼树生长正常,生长势中等,且森林灾害等级轻度(含)以下差幼树生长明显受到抑制,生长势差,或森林灾害等级达到中度(含)以上

4)森林灾害类型。包括森林病虫害、火灾、气候灾害(风、雪、水、旱)和其它灾害(如鼠兔害)，森林灾害等级划分为“无、轻、中、重”。 评定标准详见表4。

表4 森林灾害等级评定标准等级森林病虫害森林火灾气候灾害和其它无受害幼树株数<10%未成灾未成灾轻受害幼树株数10%～29%受害幼树<20%,仍能恢复生长受害幼树株数<20%中受害幼树株数30%～59%受害幼树20%～49%,生长受到明显的抑制受害幼树株数20%～59%重受害幼树株数≥60%受害幼树≥50%,以濒死木和死亡木为主受害幼树株数≥60%

5)作业设计率、抚育率等管理指标解释详见《全国营造林综合核查技术规程》。

1.4 评价方法

采用熵值法对各指标进行赋权，可以避免人为评价带来的主观因素。在此基础上，对各省人工造林质量计算得分并进行评价。

1)选取n个省，m个指标，则xij为第i个省的第j个指标的数值(i=1，2,…，n；j=1，2,…，m)。

2)数据归一化处理。

(1)

3)计算P值，即第j项指标下，第i个省占该指标的比重。

(2)

4)计算熵值E。

ej=-k∑pijln(pij)

(3)

其中k=1/ln(n)，ej≥0；

5)计算信息熵冗余度。

dj=1-ej

(4)

6)计算W值，即第j项指标的权重。

(5)

7)计算各省人工造林实绩质量和保存质量得分。

si=∑wj·pij

(6)

8)计算各省综合得分。

(7)

(8)

si 省综合=w实绩×si 省实绩+w保存×si 省保存

(9)

2 人工造林质量评价结果

2.1 指标权重计算

计算确定各指标权重(表5 )。从实绩质量评价指标体系的权重来看，总量指标和稳定性指标的权重都在0.3以上，结果指标和管理指标的权重都在0.1以下，说明人工造林实绩质量中，总量指标和稳定性指标影响因素较强，结果指标和管理指标影响因素较弱。这也反映出各省人工造林实绩合格率和作业设计率等处于较高水平。

表5 全国人工造林实绩和保存质量评价指标体系权重要素层要素层权重造林实绩保存质量指标层指标层权重造林实绩保存质量结果指标0.005 30.298 8合格率/保存率0.005 30.016 9成林率0.281 9总量指标0.302 40.360 8全国合格面积贡献率0.302 40.360 8作业设计率0.007 7按设计施工率0.001 0管理指标0.032 10.066 9档案率0.000 1检查验收率0.000 2抚育率0.022 30.066 9管护率0.000 8稳定性指标0.660 20.273 5混交率/幼树生长为好比例0.327 50.225 3生态公益林混交率/无森林灾害比例0.332 70.048 2

从保存质量评价指标体系的权重来看，成林率、保存面积贡献率和幼树生长为好的比例所占的权重在0.2以上，其它指标所占的权重都在0.1以下。

2.2 评价结果

根据评价方法，计算得出全国30个省人工造林质量综合得分(表6)。可以发现，全国不同区域人工造林质量水平差距较大，南方省份普遍要好于北方省份。人工造林质量最高的省级单位有上海、福建、湖南、广东、山东、云南、江西，综合得分均在0.5以上。质量较低的省级单位有重庆、河北、新疆、甘肃、海南、辽宁、青海，综合得分均在0.3以下。从地域分布上来看，西北地区和内蒙古平均得分0.285 9，南方集体林区平均得分0.478 4，东北地区平均得分0.261 7，华北及中原地区平均得分0.475 5。南方地区造林质量普遍好于西北内陆地区，前者超出后者得分74.21%。

表6 全国人工造林质量综合得分及排名单位造林实绩得分造林保存得分综合得分排名北京0.447 00.357 20.394 618天津0.355 90.425 70.396 717河北0.321 40.261 80.286 625山西0.444 30.434 70.438 715内蒙古0.330 60.529 10.446 513辽宁0.126 10.210 80.175 629吉林0.193 10.378 20.301 223黑龙江0.291 60.320 10.308 221上海0.697 60.608 30.645 41江苏0.322 50.559 20.460 711浙江0.611 70.368 60.469 79安徽0.244 10.587 70.444 814福建0.321 80.856 30.633 92江西0.350 50.636 00.517 27山东0.405 00.673 80.562 05河南0.453 70.457 60.456 012湖北0.391 20.529 40.471 98湖南0.425 20.757 10.619 03广东0.640 40.595 40.614 14广西0.163 60.677 80.463 910海南0.048 30.347 70.223 228重庆0.252 30.324 00.294 224四川0.120 80.534 40.362 320贵州0.203 00.602 80.436 516云南0.401 20.631 00.535 46陕西0.271 80.458 90.381 119甘肃0.288 20.201 60.237 627青海0.046 70.069 30.059 930宁夏0.490 70.174 70.306 222新疆0.233 60.32040.284 326

3 评价结果分析

3.1 人工造林实绩合格率高，管理规范

经过几十年的发展，我国人工造林管理已经走向规范化，人工造林质量得到稳步提高。国家林业和草原局相继出台了《造林质量管理暂行办法》《营造林质量考核办法(试行)》，建立了规范的人工造林工程招投标制度、质量监理制度、资金管理制度和档案管理制度，确保了造林质量和成效。

3.2 人工造林成林率区域性差异大

北方和西部地区受自然条件(降水、气温等)和立地条件(海拔、土壤等)的限制，成林率较低；与之相反，南方地区成林率较高。因此，需要适地适树，针对不同地区的自然特性，采取不同的营造林方式来开展国土绿化行动。

3.3 人工造林幼树生长状况需要引起重视

人工造林是我国国土绿化的主要手段，人工造林后的合格面积为森林面积增长提供了巨大潜力，未来5年是培育成林的关键时期。根据综合核查结果显示，造林后已达保存标准但未成林的面积已经达到全国人工造林总规模的43%。但以目前的现状，这种潜力难以充分开发。因此，需要持续加强幼树发育阶段的抚育管理，保证成林率能达到较高水平，充分发挥出人工造林的生态价值。

4 结论

全国30个省人工造林质量存在着明显的差异，分布不均衡。这既与各省的自然环境、气候、立地质量有关，也与各省的造林管理水平有关。各省应根据自身的条件，找出制约人工造林质量的因素，也应学习先进的管理经验，因地制宜地选择造林模式，采取有针对性的措施提升人工造林质量。同时不能盲目追求造林面积的扩大，而忽视了造林质量。

人工造林是一项系统工程，涉及计划管理、设计管理、种子管理、施工管理、抚育管护、工程项目管理、检查验收管理等多个方面，从造林到成林，受自然条件、政策、管理、技术等不同层面因素的综合影响。目前我国对于人工造林质量的研究以定性分析居多，本研究以综合核查数据为基础，建立了包含实绩和保存内容，结果、总量、管理、稳定性等4个方面，共16个指标的人工造林质量评价体系，对2011年度人工造林质量进行了评价打分。但是受数据因子的限制，一些相关指标如计划合理性、投入差异性、设计精准性等不能获取，以及不同因素之间叠加影响的复杂性等，有待在今后的研究中进一步完善。