基于ISM的國家森林公園生態福利供給系統評價指標體系研究

黃穎利,喬振華,鄒為濤,秦會艷,*,張祥華

1 東北林業大學經濟管理學院, 哈爾濱 150040

2 東北林業大學信息與計算機工程學院, 哈爾濱 150040

隨著2017年《建立國家公園體制總體方案》以及2019年《關于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》兩份文件的發布,我國自然保護地體系建設進入統一規范高效的新模式。國家森林公園作為自然保護地體系的重要組成部分之一,是指以保護自然為主,同時具有生態、觀賞、文化和科學價值,可持續利用的區域,是生態福利供給的主要載體之一。建立和開放國家森林公園是平衡經濟社會發展和生態保護,滿足我國人民日益增長的美好生活需要的重要途徑。

自1997年Costanza[1]對全球生態系統服務與自然資本價值的評估以及2005年千年生態系統評估(Millennium Assessment,MA)[2]發表之后,生態環境指標納入福利評價系統,即生態系統可以為人類提供直接或間接的收益,包括文化服務、供給服務、調節服務以及支持服務[3- 5]。隨著研究深入,“生態福利”發展成為了代表生態環境與人類福利水平關系的獨立概念,我國學者鄧禾、劉茜等[6- 7]認為生態福利是政府向居民提供的一種新型社會公共福利,是生態化的社會福利。基于現有理論,本文認為“生態福利”反映了生態環境對人類福利水平的作用,因此將其定義為良好生態環境帶給人和經濟社會的一切物質及非物質、直接及間接的惠益。

現階段,我國人民對生態福利的需求不斷增長[6- 7],因此對生態福利供給提出了較高的要求。包括國家森林公園在內的良好生態環境肩負著提供高水平生態福利的功能,學者們已經從生態[8- 9]、游憩康養[10-12]、文化[13-15]、資金應用[16]、經濟效益[17-18]等方面對國家森林公園進行了廣泛研究,為國家森林公園的建設和發展提供了可借鑒的研究成果。國家森林公園已經與人類經濟社會共同形成互有影響、互有反饋的系統,需要對國家森林公園的綜合效益進行系統的研究。生態福利的供給是國家森林公園綜合效益或功能的體現,因此系統研究國家森林公園的生態福利供給具有科學意義和實踐價值。黑龍江省森林覆被率居全國前列,原始生態群落等自然資源非常豐富,肩負著保障國家生態安全的重任,具有提供高質量生態福利的優勢。本文統合生態福利與國家森林公園的研究,利用系統學理論以黑龍江省為例構建了微系統、中系統、外系統為主的國家森林公園生態福利供給系統,并采用解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)對該指標體系的層次結構進行了分析。該指標體系的構建,是研究國家森林公園生態福利供給的基礎,以期為我國國家森林公園生態福利供給的研究提供堅實的基礎和科學的依據,并為我國自然保護地體系的建設提供思路。

1 研究方法

1.1 理論框架

系統是相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成、具有特定功能的有機整體[19],記為：

S=〈E,R〉

(1)

式中,E為系統S中所有元素構成的集合,R為系統S中所有關系的集合[20]。國家森林公園是一個開放的復雜系統,與外界有著信息、物質、能量的交換。系統存在一定的結構層次,每一層次稱為子系統。個人(微系統)指與國家森林公園有聯系的個人,可以是國家森林公園的工作人員也可以是來此游憩休閑的居民；中系統是影響個人的因素如就業、收入、健康以及文化；外系統是決定中系統的環境,即制度環境、物質環境、生態環境、文化環境；宏觀上,物質、信息和能量是包含一切的宏系統。系統內部一切元素(E)和關系(S)都是共生的,關聯復雜密切,相互促進或制約,共同構成整體并進行運作。內在元素和關系與外界環境在經歷物質、能量、信息的交換之后,從無序混亂走向有序,保持適應狀態并達到最適合發展的理想狀態(如圖1)。

圖1 國家森林公園復合系統示意圖

1.2 解釋結構模型

解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)應用十分廣泛,胡俊鋒等[21]利用ISM對區域綜合減災能力評價指標體系進行分析,胡乃娟[22]采用Logistic-ISM分析了農戶在稻麥輪作農田施用有機肥的影響因素及其層次結構。ISM原理是通過數學方法計算復雜系統中各要素之間的邏輯關系,創建由節點和有向邊組成的結構模型,描述系統內部的遞階層次和因果關系[21],把模糊雜亂的要素關系轉化為通透直觀的具有良好結構關系的模型。鑒于解釋結構模型廣泛適用性和分析內部要素的有效性,本文采用ISM分析國家森林公園生態福利供給系統內部要素以理解該系統的內部結構性。具體分析過程如下：一般的,系統S共有n個要素：

S={ei|i=1,2,……,n}

(2)

(3)

求解可達矩陣：ei與ej之間存在傳遞的關系,若在有向圖上存在由節點i到節點j的有向通路時,則認為ej到ei是可達的,定義：

(4)

可達矩陣可由鄰接矩陣加上單位矩陣進行邏輯運算得出,公式為：M=(A+I)∪(A+I)2∪…∪(A+I)n且M滿足M=A2r=A2(r+1)≠A2(r-1),r≤n。

(5)

根據可達矩陣給出先行集和可達集：

先行集：

A(ei)={ej|ej∈S,mji=1}

(6)

可達集：

R(ei)={ej|ej∈S,mij=1}

(7)

進一步的,給出底層要素：B={ei|ei∈S且R(ei)∩A(ei)=A(ei)}

(8)

如果ei是底層元素,則先行集A(ei) 包含ei它本身及與有強連接的要素；可達集R(ei)包含它本身,與ei有強連接的要素和可從ei到達的要素。如果存在要素ej在ei的下層,ej只能包含在A(ei)中而不能包含在A(ei)∩R(ei) 中,即A(ei)≠A(ei)∩R(ei)。

2 國家森林公園生態福利供給系統構建——以黑龍江省為例

本文結合圖1以黑龍江省為例建立國家森林公園生態福利供給系統指標體系,因為宏系統是代表物質、能量以及信息交匯的虛系統,本文指標體系設計僅取微系統(Micro system,S1)、中系統(Medium System,S2)和外系統(External systems,S3)三個子系統,如表1所示。

表1 國家森林公園生態福利供給系統指標體系

2.1 微系統指標

微系統代表了與國家森林公園有聯系的個人,國家森林公園通過健康、文化教育、收入以及就業為個人提供生態福利。

(1)健康：健康包括身體健康與心理健康。人在負氧離子豐富的森林環境中活動時會產生康養療愈的效果[23]。其次,森林中的視覺、聽覺以及觸覺感受給人以放松舒緩的感受,有利于緩解精神或心理上的緊繃和不適感,達到心理保健的作用[24]。

(2)文化教育：人們可以通過娛樂消遣、精神感悟、美學欣賞和提升認知等方式獲得非物質惠益,即森林文化服務(ecosystem cultural services,ECS)[14]。森林旅游等活動會加強人與土地以及人與人之間的紐帶關系[14],即“社會關系”和“地方感”[15]。

(3)就業：建設和開放國家森林公園會創造大量的就業崗位,提高當地的就業率。參考國家統計局統計年鑒,2016年黑龍江省森林公園從業職工人員7537人。

(4)收入：指的是國家森林公園的就業人員的收入情況,包括各個崗位職工的薪酬以及單位福利情況。

2.2 中系統指標

中系統代表的是能直接影響該區域居民以及游客的各方面外在因素。

(1)健康：公園中能夠影響居民及游客身體、心理健康的因素,包括能夠幫助人們得到消除疲勞和壓力等消極情緒的恢復性體驗的景觀[11]、游步道和人均綠地面積以及具有殺菌和預防疾病功能的負離子[23]。

(2)教育：國家森林公園在自然保護的前提下,應該為民眾提供森林文化科普教育服務的機會[2]。影響國家森林公園提供科普教育的因素包括森林知識講解員、園內植物多樣性、環境教育基地以及林業相關科研和教育投入水平[13]。

(3)就業：指國家森林公園在帶動周邊產業發展時為該區域居民帶來的就業機會。

(4)收入：指該區域因國家森林公園產生的收入,包括國家森林公園旅游收入等直接收入,以及帶動其他產業產值等間接收益[25]。2016年黑龍江省森林公園直接帶動其他產業產值410332萬元。

2.3 外系統指標

外系統是影響國家森林公園提供生態福利的整體環境。

(1)物質環境：指國家森林公園提供生態福利的物質條件,包括資金和設備。吸引投資情況包括國投和引資[16],基礎設施建設則包括床位總數、車船總數以及交通通達度[26],2016年黑龍江省國家森林公園共有車船總數3339臺/艘,床位總數72574張。

(2)文化環境：指社會對森林文化和知識的認同度。公眾對森林知識的了解程度、森林文化遺址資源、森林文化遺址影響力以及森林文化價值保護投資是具有代表性的指標[13],分別從民眾、資源、社會以及政府等方面展現了森林文化的社會影響力,是當下森林文化環境的重要體現。

(3)制度環境：指該區域輔助國家森林公園提供生態福利的制度支持。政府提供的制度環境是國家森林公園生態福利供給的重要影響因素。城市環境的好壞影響著國家森林公園的環境,因此環境的建設與保護投入、治理環境污染投入以及水土流失治理情況都是關系國家森林公園生態福利供給能力的重要因素。

(4)生態環境：指國家森林公園整體的生態狀況,生態環境是一切生態福利的基礎。生態效益的提高主要通過擴大森林的面積來實現,其次凈化水質、固碳釋氧、固土保肥以及保護生物多樣性是基本的森林生態系統服務功能[2,27],保證了良好的生態環境。

3 模型應用及結果分析

3.1 解釋結構模型(ISM)應用

將ISM 應用于以黑龍江省為例建立的國家森林公園生態福利供給系統中。在判斷矩陣A時參考相關文獻,如：1、在判斷影響(S01)身體健康因素時,森林中大量的負離子會對健康產生積極的作用[23],而人均公園綠地面積是體現這一康養環境質量的因素,其次游步道在國家森林公園中發揮生活健身和日常休閑的基本功能[28]。結合本組內專家的意見確定影響身體健康的因素包括：S09游步道總數、S10平均負離子濃度、S11人均公園綠地面積和S32固碳釋氧功能。2、在判斷S10負離子濃度的影響因素時,通過查閱文獻,影響負離子濃度的因素包括樹種類型(負離子濃度從高到低排序為:闊葉林>針闊葉混交林>針葉林)、天氣情況(負離子濃度雷雨天>晴天>陰天>霧霾天)以及人類活動(空氣負離子濃度與人流量車流量均呈負相關)等[29],另外與氣溫、氧氣、濕度、降水量等氣象因子也存在一定相關性[30],確定本系統中影響負離子濃度的因素有：S11人均公園綠地面積、S14森林公園植物多樣性、S28環境污染治理投資占GDP比重、S30當年植樹造林面積、S31凈化水質功能、S32固碳釋氧功能。

最終通過查閱文獻以及組內專家多輪討論,確定了系統中各要素之間的關系,建立鄰接矩陣A。由于指標過多,矩陣A龐大,以指向圖的形式呈現如圖2。

3.2 模型結果

根據1.3中ISM的求解公式,對可達矩陣進行級位劃分,可將影響路徑分為5個層級：一級因素：L1 ={S01,S02,S04,S06,S20,S23,S25,S29};二級因素為：L2 ={S03,S05,S07,S08,S10,S12,S19,S24,S26,S33,S34}；三級因素：L3 ={S11,S13,S15,S17,S18,S21,S22,S28,S31,S32}；四級因素：L4 ={S09,S14,S16,S30}；五級因素：L5={S27}。如表2所示：

黑龍江省國家森林公園生態福利供給系統內部要素橫向主觀劃分為微系統、中系統以及外系統3個子系統,縱向由ISM結果劃分為五級遞階結構,本文根據要素的橫縱向影響關系將五個層級再次劃分為表層因素、中層因素以及深層因素。其中,表層因素指一級因素{S01,S02,S04,S06,S20,S23,S25,S29},中層因素包括二級因素和三級因素,即{S03,S05,S07,S08,S10,S11,S12,S13,S15,S17,S18,S19,S21,S22,S24,S26,S28,S31,S32,S33,S34},深層原因包括四級因素和五級因素,即{S09,S14,S16,S27,S30}。根據該層次劃分,將矩陣A以指向圖形式呈現如圖2,表層要素、中層要素、深層要素節點(○)面積依次減小。

圖2 國家森林公園生態福利供給系統內部因素影響指向圖

3.3 結果分析

利用解釋結構模型(ISM)對國家森林公園生態福利供給系統進行層次結構的分析,主要得出如下結論：

3.3.1表層影響因素分析

國家森林公園生態福利供給系統表層因素主要包括8個內部要素,是影響國家森林公園生態福利供給的直接原因。S01身體健康和S02心理健康直接表征了居民及游客的身心健康狀態；S04地方感表征國家森林公園滿足人類與土地情感聯系的因素,可以直接被居民或游客感受；S06國家森林公園職工工資和S20森林公園帶動就業人數兩個指標直接反映了國家森林公園在提供該區域居民穩定收入來源的貢獻；S23公眾對森林知識的了解程度和S25森林文化遺址影響力反映了國家森林公園通過文化教育實現生態福利供給；S29水土流失治理面積則衡量了該區域整體生態環境的因素。8個表層影響因素均可以直接為居民或游客享受或感知,與福利供給有直接的聯系。

3.3.2中層影響因素分析

國家森林公園生態福利供給中層因素主要包括：微系統{S03社會關系,S05源于森林的靈感所引發的文化活動或文藝作品數量,S07國家森林公園提供崗位},中系統{S08恢復性自然景觀,S10平均負離子濃度,S11人均公園綠地面積,S12森林知識講解員,S13環境教育基地,S15森林所有者、林業從業者平均參與培訓的天數,S17森林公園旅游收入,S18帶動其他產業產值,S19木材產值收入},外系統{S21吸引投資情況,S22基礎設施建設,S24森林文化遺址資源,S26森林文化價值保護投資,S28環境污染治理投資占GDP比重,S31凈化水質功能,S32固碳釋氧功能,S33固土保肥功能,S34生物多樣性保護功能},共21個內部因素。中層是“承下遞上”的中間層次,該層次的內部因素受深層因素的影響,同時向上遞進影響表層因素。結合圖2可以看到影響路徑在中層因素交集匯聚,由深層向表層傳遞。

但是中層因素分為兩類,一類是人力不易控制因素,如S10負離子濃度、S31凈化水質功能,S32固碳釋氧功能,S33固土保肥功能,S34生物多樣性保護功能等,因此需要對深層因素進行控制,達到控制中層影響因素的效果。另一類是可以人為直接控制的因素,如S07國家森林公園提供崗位、S11人均公園綠地面積、S12森林知識講解員等。中層作為可直接影響表層因素的存在,對可控制因素進行直接干預是提高生態福利供給的重要路徑之一,如：增加對森林所有者、林業從業者的培訓(S15),提高職業素養以及職工森林文化知識的儲備,進而提高(S23)公眾對森林知識的了解程度(微系統),實現生態福利供給。

3.3.3深層影響因素分析

國家森林公園生態福利供給的深層因素包括：中系統{S09游步道總數,S14森林公園植物多樣性,S16林業相關科研和教育的投入},外系統{S27環境建設與保護投入,S30當年植樹造林面積}。深層因素是根本影響因素,通過諸多路徑對國家森林公園生態福利供給產生重要作用,同時均是人為可控的。如增加S14森林公園內部植物多樣性,既可以通過植物的多樣和獨特性增強游客和居民與土地的情感聯系,對表層因素S04地方感產生直接影響；又可以通過植物多樣性產生大量負離子,對中層因素S10負離子濃度產生影響,進而影響表層因素S01身體健康,從文化和健康兩個方面向游客及居民提供生態福利。路徑如下：

直接影響路徑：S14森林公園內部植物多樣性(深層因素)→S04地方感(表層因素)

間接影響路徑：S14森林公園內部植物多樣性(深層因素)→S10負離子濃度(中層因素)→S01身體健康(表層因素)

因此,鑒于深層因素的可控制性以及多路徑影響性,可以通過對深層因素的規劃和建設提供高質量生態福利,滿足人們對生態產品多方位的需求。

4 結論與討論

4.1 結論

本文針對森林生態福利供給和國家森林公園綜合效益的研究空白,有效結合系統學理論,以黑龍江省為例構建了國家森林公園生態福利供給系統,以期豐富現有理論研究,并為我國自然保護事業提供研究基礎和建設思路。研究得出：(1)國家森林公園生態福利供給表層影響因素主要包括身體健康(S01),心理健康(S02),地方感(S04)等8個內部要素；國家森林公園生態福利供給中層影響因素包括21個內部因素；深層影響因素包括游步道總數(S09),森林公園植物多樣性(S14),林業相關科研和教育的投入(S16),環境建設與保護投入(S27),當年植樹造林面積(S30)五個內部因素。(2)表層影響因素可以直接為民眾所享受或感知,是影響森林公園生態福利的直接原因。(3)中層影響因素可以直接作用于表層因素,對其中可人為控制的因素進行干預是提高生態福利供給的重要路徑之一。(4)深層影響因素可通過中層影響因素作用于表層,亦有部分可以直接作用于表層,具有多途徑影響性和可控性,對其進行規劃是國家森林公園提供高質量生態福利的主要手段。

4.2 討論

國家森林公園是一個開放的復雜系統,與人類經濟社會通過物質、能量與信息地交換形成互有影響、互相反饋的大系統,將系統學理論應用于國家森林公園生態福利供給研究中,提供了具有示范性和可參考的分析方法。此外解釋結構模型(ISM)能夠很好的體現國家森林公園生態福利供給系統內部要素之間的作用關系,通透直觀的展示出福利供給的影響路徑。本文作為對國家森林公園生態福利供給的有益初步探索,在參考國內外相關文獻的基礎上,盡可能全面的覆蓋生態福利供給指標,為國家森林公園生態福利供給提供了框架性的研究依據。生態福利的供給與需求在地域上是否相匹配,在對國家森林公園在微系統、中系統以及外系統的生態福利供給能力的實證研究時如何處理各個指標,三個系統的生態福利供給是否存在協同效應等問題都有待后續研究。