林下閩楠更新層生境質量評價模型的建立與應用

2016-01-15 01:38:55歐建德

西南林業大學學報 2015年2期

歐建德

(明溪縣林業局，福建明溪 365200)

摘要：通過查閱相關研究資料，根據林下更新層生境特點，結合專家意見，采用層次分析法建立了7個生境因子的評價指標體系，并建立了判斷矩陣，經過一致性檢驗，確定了7個生境因子的權重。應用AHP-模糊綜合評價法，建立3級評分標準和生境質量分級標準的林下閩楠更新層生境質量評價模型，并利用該評價模型對林下閩楠更新層生境進行客觀全面評價與分析，驗證模型的應用。結果表明:應用該評價模型評價林下閩楠更新層生境質量，評價精度高，操作簡便，為林下更新層開發利用提供了參考依據。

關鍵詞：林下更新層；生境質量；評價模型；AHP；生境因子；閩楠

中圖分類號：S792.24

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1914(2015)02-0073-06

Abstract:According to habitat characteristics of Phoebe bournei regeneration layer and suggestions from experts, a habitat quality evaluation model was established for 7 habitat factors based on analytic hierarchy process. With the judgment matrix and uniform examination, the 7 habitat factors weight were determined in this model. The evaluation models of scoring criteria with 3 rating and grading standard of understory P.bournei regeneration layer habitat quality evaluation model were established using AHP-fuzzy method.A overall evaluation on the habitat quality of understory P.bournei regeneration layer was made and the results showed that the model can provided some precision basis of theory for the application of development and utilization of forest regeneration layer.

Keywords:understory regeneration layer;habitat quality；evaluation model；AHP；habitat factor；Phoebe bournei；

收稿日期：2014-10-09

基金項目：福建省財政廳林業經濟發展專項資金(20130206)資助.

作者簡介：朱勇(1965—)，男，高級工程師。研究方向：竹類研究。Email：vovot@live.cn。

doi:10.11929/j.issn.2095-1914.2015.02.013

Establishment and Application of Habitat Quality Evaluation

Model for UnderstoryPhoebebourneiRegeneration Layer

OU Jian-de

(Mingxi Forestry Bureau,Mingxi Fujian 365200, China)

隨著人們對復層林經營的認識提升，林下更新層培育被廣泛應用于低質低效生態公益林和人工針葉純林的改建。更新層生境質量作為衡量林下造林更新適宜程度和利用價值的指標，其質量好壞直接關系到更新層培育的成效。更新層生境質量評價是對更新層立地質量和潛在生產力的評判及預測，是復層林經營的基礎，可為林下更新以及經營管理決策提供技術支持。如何科學、系統、客觀地評價林下更新層生境質量成為關鍵所在。當前在生境質量方面的研究有報道[1-2]，但有關林下更新層生境質量評價方面的研究較少。因此本項研究應用AHP方法，根據林下更新層的生境特點，建立林下更新層質量評價體系及模型。采用AHP-模糊綜合評價法，建立簡便的林下閩楠(Phoebebournei)更新層生境質量數學模型，為林下閩楠更新層培育提供科學依據。

1評價指標體系的構建

1.1總體框架

1.1.1目標層以林下更新層的生境質量評價為最終目標。

1.1.2策略層影響植物生長的生活因素主要有光照、水分和養分[3]，選擇光照、水分和養分作為本評價模型中的策略層(第二層)，林下生境因子是通過影響與改變光照、水分和養分情況對林下更新層植物產生作用，只有了解光照、水分和養分3個生活因素的作用規律與效果，才能實現總體目標(目標層)。

1.1.3措施層(生境因子層)生境因子選擇方面，堅持能基本反映生境質量這一基本原則的前提下，盡量減少指標的數目，指標之間相互獨立，避免指標之間互相重復、包含及大同小異[4]；根據文獻資料研究成果[5-18]，選擇對光照、水分、養分產生明顯影響的林冠層因素、地形因素及土壤因素。結合專家的意見，林冠層因素著重選取林冠層郁閉度;地形因素選取坡位、坡向、坡形3個因子；土壤因素選取選取土層厚度、土壤質地及腐殖質層厚度3個因子，共選擇林冠層郁閉度、坡向、坡位、坡形、土層厚度、土壤質地、腐殖質層厚度7個主要生境因子作為措施層(第三層)。

根據以上分析，建立林下人工更新層生境評價體系，見表1。

表1　林下更新層生境質量評價指標體系表

2運用AHP法確定生境因子指標權重與排序

2.1分層次構造判斷矩陣

根據前人研究的成果[5-17]，結合專家的意見，構建各層次的判斷矩陣(表2～5)。本次征詢專家20人，采用9分制評分方法對各層次各要素評分[3-4]。

表2　判斷矩陣 A- B及其因子權重

由表2可知，影響林下更新層的主要生活因素的影響程度由大到小依次為光照、養分和水分。在林下人工更新層培育過程中，對許多樹種而言，光輻射是影響樹木生長的主要原因[15-16]。許多研究成果表明[3-4，17]，光照是決定林下更新層植物的生長情況，是影響生境質量的決定性因素。養分是決定更新層林下生長好壞的主要因素，林冠下更新層的水分條件相對較充足，水分條件是林下更新層一般性因素。

表3　判斷矩陣 B1-C及其因子權重

由表3可知，對林下更新層光照的影響程度由大到小依次為C1>C2=C3>C4>C5=C6=C7。林冠層郁閉度的大小直接決定到達林下更新層的光照情況與條件[3-4，6，12，14-15]；不同的坡向、坡位的日照時間、太陽光的入射角度亦存在差異，從而導致林下的光照時數與日照強度變化，兩者之間的影響程度相當[3]；坡形的不同影響著太陽的入射角度，存在著日照強度的差異[17]。土層厚度、土壤質地、腐殖質層厚度對于改變林下更新層土壤的溫度與光照有著一定作用，三者之間的影響程度可認為相當。

表4　判斷矩陣 B2-C及其因子權重

由表4可知，對林下更新層水分條件的影響程度由大到小依次為C7>C3>C4>C1=C2>C5=C6。土壤枯枝落葉層厚度影響地表徑流的流量和流速，改變土壤水分的蒸發量，從而對保持土壤的水分狀況產生主要影響。坡位對土壤水分條件有著明顯影響，坡位從上坡、中坡到下坡，土壤水分逐漸增加[3]。坡形決定著匯水與排水作用，凸的外排性強，凹的匯水弱，平直形介于兩者之間，地表徑流和水分在土壤中滲透的速度與坡形有直接關系[18]。坡向與林冠層郁閉度，通過影響植物與更新層土壤的光照，改變土壤及植物的蒸騰作用，進而對更新層水分條件產生影響，兩者作用相當。土壤質地與土層厚度，通過影響水分的滲入和涵養作用，對更新層水分因素產生影響，兩者作用相當。

表5　判斷矩陣 B3-C及其因子權重

由表5可知，對林下更新層養分條件的影響程度由大到小依次為C7>C5>C6>C3>C4>C1=C2。土壤枯枝落葉層富含有機質，是林木營養的主要貯存庫，直接影響更新層養分供給，是養分的主要影響因子；土層厚度對更新層養分影響僅次于腐殖質層厚度；土壤質地對更新層的養分影響排名第三。坡位效應是由于長期的降水和地表徑流作用，通過改變更新層土壤腐殖質層厚度、土層厚度和土壤質地而產生影響[3]。坡形不同會造成排水差異，影響地表徑流和水分在土壤中的滲透速率，進而影響水溶液礦質元素的輸出和有機質的積累。林冠層郁閉度和坡向通過對林地光照條件的影響，改變林地土壤的溫度，影響土壤生物活性及其對凋落物的分解速度，改變林地土壤養分的動態平衡[3]，進而對更新層土壤肥力產生影響，兩者作用相當。

2.2生境因子的綜合排序及權重

通過對生境因子綜合排序的一致性檢驗結果表明：經計算綜合排序的C.I.=0.024008，R.I.= 1.32，C.R.=0.018188<0.1，說明綜合排序滿足一致性檢驗。

對層次單排序進行加權組合，得出主要生境因子的權重值，結果見表6。

由表6可知，影響林下更新層生境質量的因子，按其重要性排序分別為林冠層郁閉度>腐殖質層厚度>坡位>坡向>坡形>土層厚度>土壤質地。這與林冠下進行閩楠林人工更新層生境選擇中，首先要求林冠層郁閉度合理、腐殖質層深厚以及中、下坡的研究結果相吻合。

表6　生境因子權重集

3閩楠林下更新層生境質量評價模型的建立

閩楠作為林下更新層培育的優良樹種之一[5-6，12，19]，林下更新層培育方式作為閩楠資源培育的重要渠道之一，建立林下閩楠更新層生境質量評價模型顯得十分必要和意義重大。在已構建的更新層生境質量評價指標體系中，確定了生境因子的權重集，初步建成林下更新層生境因子的評價模型。

但因不同更新層樹種間對光照、養分、水分的需求存在差異，無法統一生境因子的具體評價標準。為增加模型的實用、簡便易操作，有必要根據閩楠的生物學和生態學特性，經專家咨詢，通過模糊綜合評判，進行生境因子定量化處理，劃分因子等級[4]，并明確生境質量評級標準。

3.1建立生境因子的等級標準

閩楠是常綠闊葉樹種，屬中性樹種，但幼齡較喜蔭。閩楠喜肥喜濕，要求土層深厚、肥沃、濕潤、排水良好的土壤，腐殖質含量高。輕、中壤的粘、砂粒比例基本均勻，大小空隙比例適宜，通氣透水性和持水能力較理想，具有一定的養分和保肥能力的立地條件[18]，能滿足閩楠的生長要求，效果最佳;砂、重壤次之;粘土、砂土較差。坡形凹形的生境也有利于閩楠的生長。眾多研究結論認為[5-6，12]，在促進閩楠生長方面，林冠層郁閉度優劣排序表現為0.4～0.6>0.2～0.4>0.6～0.8，坡位優劣排序表現為下坡>中坡>上坡，坡向優劣排序表現為半陰坡、半陽坡>陽坡>陰坡。按照3級評分法，將生境因子評價等級分為好、中、差3個等級，分別得分3分、2分、1分。根據閩楠的生物學與生態學特性，以及相關的研究成果[3，5-6，12，18]，通過專家訪問，建立各評價因子的等級劃分標準，見表7。

表7　林下閩楠更新層生境因子等級劃分標準

表7(續)

3.2綜合評價值計算與生境質量分級標準

明確評價生境因子的權重(表6)后，林下更新層生境因子根據分級標準表(表7)，確定其水平值[9]，可依據公式1，計算其綜合評價值。

S=∑UiWi (i =1，2，3，…，n)

(1)

式中：S表示綜合評價值；Ui表示某生境因子的權重值；Wi表示生境因子的得分值。

參照其他研究方法[4]，生境質量分級標準按照綜合評價值為理想值的100%～80%、80%～60%、60%～40%、<40%劃分為理想、適宜、較適宜與不適宜4個等級。理想等級適宜林下更新層培育，綜合評價值≥2.4分；適宜等級可以進行林下更新層培育，綜合評價值介于1.8～2.4分之間；較適宜等級需進行因子調整或提高經營水平，才適合林下更新層的培育，綜合評價值介于1.2～1.8分之間；不適宜等級，表示生境質量差，不宜進行林下更新層的培育，綜合評價值≤1.2分。

4林下閩楠更新層生境質量評價結果

對擬進行林下閩楠更新層培育的福建明溪3個地塊，進行地塊生境質量評價。不同地塊的林下生境因子情況調查結果見表8。

表8　明溪閩楠更新層培育生境因子及綜合評價結果

首先對照生境因子評分標準(表7)，進行生境因子評分;根據(表6)的生境因子的權重，按公式1分別計算出地塊綜合評價值，按照等級標準給出相應等級，現將計算結果列表8。由表8可知，地塊1的綜合評價值為1.447983，為較適宜等級，進行林下閩楠更新層培育應先進行林冠層郁閉度作業，調整生態因子;地塊2的綜合評價值為2.233669，為適宜等級，可以進行林下人工閩楠更新層培育作業;地塊3的綜合評價值為2.577987，為理想等級，是林下人工閩楠更新層培育作業理想區。

5結語

通過專家咨詢法，構建了涵蓋林冠層郁閉度、坡位、坡向、坡形、土層厚度、土壤質地、腐殖質層厚度7個主要生境因子的林下更新層生境質量評價體系，應用層次分析法確定生境因子權重，形成了完整的林下更新層生境質量評價模型。林下生境因子，按其重要性排序依次為林冠層郁閉度>腐殖質層厚度>坡位>坡向>坡形>土層厚度>土壤質地。這與林下更新層生境選擇中，首先要求林冠層郁閉度合理、腐殖質層深厚以及位于中、下坡的研究結果相吻合。

利用AHP-模糊綜合評判方法，進行閩楠更新層生境因子的定量化處理，明確生境因子等級劃分與生境質量評級標準，構建了林下閩楠更新層生境質量評價數學模型，并進行實例應用，驗證模型的精確性和可操作性。結果表明，該模型操作簡便，精度高，具有較高的應用價值，可供林下人工閩楠更新層培育作參考。

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