馬玉秋
(東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱,150040)
森林資源系統(tǒng)是當(dāng)今陸地的最大生態(tài)系統(tǒng),也是陸地上功能最完善的資源庫、基因庫、能源庫和碳貯存庫[1],它對維護(hù)人類生存的生態(tài)系統(tǒng)平衡有著不可替代的作用。因此,保證并維持森林資源系統(tǒng)的長期可持續(xù)發(fā)展,已成為我國乃至全世界追求的一種全新發(fā)展模式。
森林資源系統(tǒng)的功能具有多樣性,在其可持續(xù)發(fā)展中必將與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展相互關(guān)聯(lián)、相互依存,從而將森林資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、林業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)復(fù)合為森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的復(fù)合系統(tǒng)(FEES)。眾多學(xué)者從不同角度已對森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行了研究,如:Kishine 提出了林業(yè)經(jīng)濟(jì)-福利-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的調(diào)整模型;竺杏月等[2],以江蘇省為例,對FEES 可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),并提出了優(yōu)化發(fā)展模型。黑龍江省國有林區(qū)是我國森林資源儲(chǔ)藏的重要基地,但對其自身的森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的研究不多。本文從系統(tǒng)學(xué)角度出發(fā),在詳細(xì)分析FEES 可持續(xù)發(fā)展理論運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系,分析了影響其可持續(xù)發(fā)展的根本因素,旨在為黑龍江省國有林區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展提供參考。
黑龍江省國有林區(qū)是全國最大的重點(diǎn)國有林區(qū)和森林工業(yè)基地。據(jù)第八次黑龍江省國有林區(qū)森林清查成果顯示,黑龍江省國有林區(qū)土地面積1 005.40萬hm2,其中林地面積837.09 萬hm2,占土地面積的83.26%。森林面積804.45 萬hm2,森林覆蓋率80.01%?;盍⒛究傂罘e84 398.98 萬m3,森林蓄積76 457.96萬m3。喬木林蓄積量為95.04 m3/hm2。林地面積中,喬木林地804.45 萬hm2;疏林地4.48 萬hm2;未成林地5.76 萬hm2;無立木林地5.12 萬hm2;宜林地14.08 萬hm2;林業(yè)輔助生產(chǎn)用地3.20 萬hm2。境內(nèi)主要盛產(chǎn)紅松、白松、落葉松、水曲柳、柞木、槐木、椴木、黃波欏等樹種。
鑒于黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程,故選擇模糊數(shù)學(xué)與層次分析法(AHP)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究[3-4]。該方法從整體出發(fā),進(jìn)行定性與定量分析相結(jié)合的、自上而下的綜合集成的決策認(rèn)識(shí),是當(dāng)前較為客觀、有效的評(píng)價(jià)方法。
從系統(tǒng)學(xué)原理看,F(xiàn)EES 是一個(gè)由森林資源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等組成的相互關(guān)聯(lián)、相互依存的一個(gè)系統(tǒng)。其中:森林資源系統(tǒng),是在一定特有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下,林木資源及其所能影響范圍內(nèi)的物質(zhì)、能量和信息的總稱;環(huán)境系統(tǒng),是指人類生存范圍內(nèi)的一切物質(zhì)、能量和信息的總稱;經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),是指人類利用林木資源進(jìn)行二次生產(chǎn)以及其他分配和消費(fèi)活動(dòng)的系統(tǒng)[5]。在森林資源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中也包含眾多影響要素,這些要素相互關(guān)聯(lián)、相互作用,并最終影響整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展。
森林資源子系統(tǒng):森林資源,是在一定特有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下,林木及其影響范圍內(nèi)一組彼此關(guān)聯(lián)的物質(zhì)總稱,具體包括環(huán)境資源、動(dòng)植物資源、土地承載資源以及相關(guān)的景觀資源等。通常,森林資源可持續(xù)發(fā)展水平可從該區(qū)域林木資源總量、林木消耗與利用等方面進(jìn)行評(píng)價(jià),其中區(qū)域林木資源總量能反映區(qū)域森林資源整體質(zhì)量水平,具體可用森林覆蓋率、人均林地面積、自然災(zāi)害發(fā)生次數(shù)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。消長狀況能反映森林資源消耗和增長的動(dòng)態(tài),具體可用森林利用率、森林采伐量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
林區(qū)環(huán)境子系統(tǒng):本文所指的林區(qū)環(huán)境子系統(tǒng),通常為生態(tài)環(huán)境。具體含義:在保證優(yōu)質(zhì)生態(tài)環(huán)境的前提下,達(dá)到人類在林區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)與該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和諧共融。其發(fā)展水平,通過生物多樣性、水源涵養(yǎng)能力、水土保持能力、固碳制氧能力、生態(tài)系統(tǒng)人口承載量指數(shù)狀況反映,生態(tài)系統(tǒng)人口承載量指數(shù)用于反映森林環(huán)境所能承載的最大發(fā)展水平。
林區(qū)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng):是指以物質(zhì)再生產(chǎn)功能為基礎(chǔ),為其它子系統(tǒng)提供物質(zhì)和資金支持的能力。可通過產(chǎn)值水平和生產(chǎn)力水平進(jìn)行評(píng)價(jià),具體采用林業(yè)產(chǎn)值、林業(yè)科技投資增長率、林業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)力、林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP 比值等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
為有效的構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,首先需要將所研究的問題進(jìn)行所謂的層次化分解,進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)符合應(yīng)用AHP 分析方法的層次結(jié)構(gòu)模型。在該層次結(jié)構(gòu)模型中,所有影響元素被按其屬性及關(guān)系分配到若干層次中,且上一層次的元素作為準(zhǔn)則對下一層次有關(guān)元素起支配作用。
2.2.1 評(píng)價(jià)體系各層評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定
1)判斷矩陣的構(gòu)建。所謂判斷矩陣,是用于比較本層次元素與上一層次有關(guān)元素之間相對重要性程度的矩陣(見表1)。
表1 評(píng)價(jià)標(biāo)度量化情況
2)權(quán)重計(jì)算。在判斷矩陣基礎(chǔ)上,進(jìn)行相關(guān)矩陣的最大特征根λ 及其對應(yīng)的特征向量W 的計(jì)算,并進(jìn)而求出各個(gè)元素的權(quán)重值(Cr為一致性比例,Ci為一致性指標(biāo),Ri為平均隨機(jī)一致性指標(biāo))。計(jì)算步驟如下:
對矩陣A 的每一列向量進(jìn)行歸一化,得到:n
對wij按行求和,得到:n對wi歸一化,得到:
則W=(w1,w2,…,wn)T即為所求的特征向量(即各個(gè)元素的權(quán)重值)。
計(jì)算判斷矩陣A 的最大特征根λmax:
對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),先計(jì)算Ci:
再計(jì)算Cr:
式中:Ri由表2 給出。當(dāng)Cr<0.10 時(shí),則認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的,否則應(yīng)對判斷矩陣進(jìn)行適當(dāng)修改。
表2 AHP 法的Ri 值
2.2.2 評(píng)價(jià)體系模糊矩陣確定
1)因素集的建立。權(quán)重計(jì)算,根據(jù)研究目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,建立因素集
2)評(píng)價(jià)集的建立。評(píng)價(jià)集,是評(píng)價(jià)者對評(píng)價(jià)對象可能做出的各種評(píng)價(jià)的集合,用V 表示,V={V1,V2,…,Vm}。
3)隸屬度函數(shù)的建立。隸屬度函數(shù)體現(xiàn)了各評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于某模糊集合的隸屬程度。對于評(píng)價(jià)體系中的某一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci而言,若對評(píng)價(jià)集的評(píng)價(jià)總數(shù)為S,則針對第j 評(píng)價(jià)集因子的評(píng)價(jià)結(jié)果為vj的總數(shù)為Sij,其中,i=1、2、…、n。則評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci對評(píng)價(jià)結(jié)果vj的隸屬程為:
4)模糊矩陣的建立。依據(jù)所建隸屬度函數(shù),確定因素集中各元素對評(píng)價(jià)集中各元素的隸屬度。若因素集中某評(píng)價(jià)指標(biāo)ui(i=1、2、…、n),對評(píng)價(jià)集中各個(gè)元素vj(j=1、2、…、m)的隸屬度為rij,則模糊矩陣可用測評(píng)矩陣R 表示。
2.2.3 研究目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)
對于多層次的研究問題,應(yīng)逐層進(jìn)行評(píng)價(jià)。即,首先對低層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),然后依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,構(gòu)建高一層次的模糊矩陣,然后再對高一層的評(píng)價(jià)因子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),直至最頂層。其中,各層的評(píng)價(jià)方法類似。例如:針對最底層的因素集中各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),通過對該層各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集和模糊矩陣的運(yùn)算得到相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果,即最底層對上一層的評(píng)價(jià)結(jié)果。具體運(yùn)算為:式中:w 為由AHP 法得到的權(quán)重集;R 為最底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊矩陣;B 為單層綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。
應(yīng)用AHP 方法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。其中:選取黑龍江省國有林區(qū)FEES,作為一級(jí)指標(biāo)(C);林區(qū)森林資源(C1)、林區(qū)生態(tài)環(huán)境(C2)、林區(qū)經(jīng)濟(jì)(C3)作為二級(jí)指標(biāo);森林覆蓋率(C11)、森林利用率(C12)、森林采伐量(C13)、人均林地面積(C14)、自然災(zāi)害發(fā)生次數(shù)(C15)、生物多樣性(C21)、水源涵養(yǎng)能力(C22)、水土保持能力(C23)、固碳制氧能力(C24)、生態(tài)系統(tǒng)人口承載量指數(shù)(C25)、林業(yè)產(chǎn)值(C31)、林業(yè)科技投資增長率(C32)、林業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)力(C33)、林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP 比值(C34)作為三級(jí)指標(biāo)(見表3)。
表3 黑龍江省國有林區(qū)FEES 評(píng)價(jià)體系
按AHP 法的權(quán)重確定步驟,可得出黑龍江省國有林區(qū)FEES 評(píng)價(jià)體系各個(gè)元素的權(quán)重系數(shù)(見表4 ~表7)。
表4 綜合模糊評(píng)價(jià)權(quán)重系數(shù)
表5 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)
表6 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)
表7 三級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)
1)因素集的建立。根據(jù)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則,進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,建立因素集。本文因素集分為兩級(jí),分別為評(píng)價(jià)體系中第二級(jí)對第一級(jí)的因素集(U21),U21=(林區(qū)森林資源、林區(qū)生態(tài)環(huán)境、林區(qū)經(jīng)濟(jì));評(píng)價(jià)體系中第三級(jí)對第二級(jí)的因素集(U32),U32=(森林覆蓋率、森林利用率、森林采伐量、人均林地面積、自然災(zāi)害發(fā)生次數(shù)、生物多樣性、水源涵養(yǎng)能力、水土保持能力、固碳制氧能力、生態(tài)系統(tǒng)人口承載量指數(shù)、林業(yè)產(chǎn)值、林業(yè)科技投資增長率、林業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)力、林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP比值)。
2)評(píng)價(jià)集的建立。依據(jù)黑龍江省國有林區(qū)特點(diǎn),特在本文所構(gòu)建的FEES 評(píng)價(jià)體系中選取n=5,即評(píng)價(jià)結(jié)果分為5 種:①表明黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展水平較強(qiáng),該區(qū)域生物多樣性好,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,最適合人類生存和發(fā)展;②表明黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展水平為中等偏強(qiáng),該區(qū)域植被覆蓋度較好,有一定的生物多樣性,較適合人類生存和發(fā)展;③表明黑龍江省國有林區(qū)FEES可持續(xù)發(fā)展水平處于中等偏弱,該區(qū)域降水正常,有一定的生物多樣性,較適合人類生存和發(fā)展,但偶爾有不適合可持續(xù)發(fā)展的制約性因子出現(xiàn);④表明黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展水平處于較弱狀態(tài),該區(qū)域水土流失較為嚴(yán)重,物種較少,存在著明顯限制可持續(xù)發(fā)展的因素。⑤表明黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展水平處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),該區(qū)域極端干旱少雨,生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重,不具備可持續(xù)發(fā)展的基本要素。本文評(píng)價(jià)集V={強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展,中等偏強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展,中等偏弱可持續(xù)發(fā)展,弱可持續(xù)發(fā)展,不可持續(xù)發(fā)展}。
3)隸屬度的測評(píng)矩陣計(jì)算。依據(jù)前文所述方法,計(jì)算黑龍江省國有林區(qū)FEES 評(píng)價(jià)體系各個(gè)元素的隸屬度測評(píng)矩陣(見公式7)。依次得到林區(qū)森林資源(C1)、林區(qū)生態(tài)環(huán)境(C2)、林區(qū)經(jīng)濟(jì)(C3),各個(gè)的隸屬度測評(píng)矩陣R1、R2、R3。
4)進(jìn)行最底層次模糊綜合評(píng)價(jià)。依據(jù)前文所述綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行最底層次的模糊綜合評(píng)價(jià),即三級(jí)指標(biāo)對二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)。
5)進(jìn)行總模糊綜合評(píng)價(jià)。依據(jù)前文所述方法,最終得到二級(jí)指標(biāo)對一級(jí)指標(biāo)的總模糊綜合評(píng)價(jià),即:
根據(jù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)結(jié)果為0.579 5,即表明黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展水平處于中等偏弱,該區(qū)域降水正常,有一定的生物多樣性,較適合人類生存和發(fā)展,但偶爾有不適合可持續(xù)發(fā)展的制約性因子出現(xiàn)。
依評(píng)價(jià)結(jié)果可見,黑龍江省國有林區(qū)在形成營林、采運(yùn)、林產(chǎn)工業(yè)等多種經(jīng)營各業(yè)并舉的同時(shí),其森林資源現(xiàn)狀已出現(xiàn)枯竭的跡象,其自身發(fā)展遇到了前所未有困難。為了有效的轉(zhuǎn)變林區(qū)發(fā)展模式,盡快地步入可持續(xù)發(fā)展的軌道,特利用解析結(jié)構(gòu)模型,依據(jù)評(píng)價(jià)因子與結(jié)果,分析制約黑龍江省國有林區(qū)FEES 可持續(xù)發(fā)展的根本原因。
根據(jù)上述評(píng)價(jià)模型的影響因素,構(gòu)建相應(yīng)解析結(jié)構(gòu)模型,對影響黑龍江省國有林區(qū)FEES 根本因素分析,步驟如下:
1)建立鄰接矩陣。即系統(tǒng)中各影響因素兩兩之間的關(guān)系矩陣。由上述評(píng)價(jià)模型影響因素,形成黑龍江省國有林區(qū)FEES 因素全集C,C={c1,c2,…,c15},其中ci(i=1、2、…、15)為表3 中的評(píng)價(jià)因子。鄰接矩陣A=(aij)表示系統(tǒng)中各要素兩兩之間的關(guān)系,aij是A 中第i 行j 列的元素。
2)可達(dá)矩陣。是可反映各個(gè)影響因素之間間接聯(lián)系信息的矩陣,其計(jì)算依據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行,即R1=(R+I),R2=(R+I)2,其中R 為系統(tǒng)的可達(dá)矩陣。
3)分解可達(dá)矩陣。是對可達(dá)矩陣進(jìn)行區(qū)域分解或級(jí)間分解。其中區(qū)域分解并不能將研究目標(biāo)中的各個(gè)影響因子建成互不相關(guān)的獨(dú)立體系,而級(jí)間分解則可把各個(gè)影響因素分解成多級(jí)遞階層次結(jié)構(gòu)。
4)繪制多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)圖。是指通過明確各個(gè)影響因素之間的層次、因果關(guān)系(具體可采用結(jié)構(gòu)矩陣表達(dá)),然后依據(jù)由低到高的次序,畫出所研究問題的結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系圖。
通過以上構(gòu)建步驟,進(jìn)行黑龍江省國有林區(qū)FEES 解析結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建(見圖1)。
圖1 黑龍江省國有林區(qū)FEES 的結(jié)構(gòu)模型
由模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可知,黑龍江省國有林區(qū)FEES 持續(xù)發(fā)展水平處于中等偏弱,且導(dǎo)致該狀況的基礎(chǔ)要素在于國有林區(qū)FEES 中的森林覆蓋率和林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP 比值等影響因素。故提出以下建議:
1)注重森林生態(tài)的保護(hù),保證適度森林覆蓋率。森林資源是天然的資源寶藏,具有十分豐富的生態(tài)功能,其豐富度對維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡、提高環(huán)境自凈能力、區(qū)域經(jīng)濟(jì)合理可持續(xù)發(fā)展等,都具有十分重要的意義。因此,要保持有一定較高比例的國土森林覆蓋率,以便為可持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力與空間。
2)優(yōu)化國有林區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),保證林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP 比重的合理性。林產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。作為我國重要的森林資源儲(chǔ)藏基地,黑龍江省國有林區(qū)需要走綠色現(xiàn)代林業(yè)道路,即通過大力發(fā)展綠色林業(yè)產(chǎn)業(yè),努力增加林木蓄積,爭取快速建成可用資源豐富、林種結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)功能完備、林產(chǎn)品豐富優(yōu)質(zhì)的當(dāng)代具有中國特色的林業(yè)體系,從而保證其林業(yè)產(chǎn)值占國民GDP 比重的合理性。
應(yīng)用層次分析與模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法,對黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。在深入研究黑龍江省國有林區(qū)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)體系,為今后國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)研究提供參考。
在黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)體系構(gòu)建過程中,基于AHP 評(píng)價(jià)法,合理確定了國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)與評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,確保了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。
基于AHP 與模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法,所得出的黑龍江省國有林區(qū)FEES 持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果,符合客觀事實(shí),可以作為改善林區(qū)可持續(xù)發(fā)展的依據(jù)。
依據(jù)解析結(jié)構(gòu)模型,對黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析,明確制約發(fā)展的根本性因素,并據(jù)此提出完善的解決方案,從而為黑龍江省國有林區(qū)森林資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供有益的建議參考。
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