全 文 ：基于多目标灰色局势决策的三峡库区防护林
类型空间优化配置*
马摇 浩1 摇 周志翔1**摇 王鹏程1,2 摇 吴昌广1 摇 肖文发2
( 1 华中农业大学, 武汉 430070; 2 中国林业科学研究院, 北京 100091)
摘摇 要摇 基于 2007 年 Landsat TM遥感影像和影响防护林的主导环境因子,对三峡库区的森
林立地进行分类,并通过选取水源涵养量、生物量和林分生产力 3 个指标,利用多目标灰色局
势决策模型对库区现有的针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林 4 种防护林类型进行空间优
化配置.结果表明: 2007 年,三峡库区森林立地可划分为 40 种类型;空间配置优化后,研究区
针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林的面积比例分别为 32郾 55% 、29郾 43% 、34郾 95% 和
3郾 07% .与优化前相比,优化后针叶林和灌木林的面积比例分别减少了 8郾 79%和 28郾 55% ,阔
叶林和针阔混交林分别增加了 10郾 23%和 27郾 11% .通过防护林类型的空间优化,三峡库区整
体的水源涵养能力、生物量和林分生产力分别增加 14郾 09伊108 m3、0郾 35伊108 t和 1郾 08伊106 t.
关键词摇 三峡库区摇 防护林摇 空间优化配置摇 综合效益摇 多目标灰色局势决策
文章编号摇 1001-9332(2010)12-3083-08摇 中图分类号摇 S719摇 文献标识码摇 A
Spatial optimum allocation of shelter鄄forest types in Three Gorges Reservoir Area based on
multiple objective grey situation decision. MA Hao1, ZHOU Zhi鄄xiang1, WANG Peng鄄cheng1,2,
WU Chang鄄guang1, XIAO Wen鄄fa2 ( 1Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;
2Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(12): 3083
-3090.
Abstract: Based on the 2007 Landsat TM images and the dominant environmental factors of shelter
forest, the forest sites in the Three Gorges Reservoir Area were classified, and by using multiple ob鄄
jective grey situation decision model, three indices including water conservation amount, biomass,
and stand productivity were selected to make the spatial optimum allocation of the present four kinds
of shelter forest (coniferous forest, broadleaf forest, mixed coniferous鄄broadleaf forest, and shrub)
in the Area. The forest sites in the Area in 2007 could be classified into 40 types, and after the op鄄
timization of spatial allocation, the proportion of coniferous forest, broadleaf forest, mixed conifer鄄
ous鄄broadleaf forest, and shrub would be 32郾 55% , 29郾 43% , 34郾 95% , and 3郾 07% , respective鄄
ly. Comparing with that before optimization, the proportion of coniferous forest and shrub after opti鄄
mization was reduced by 8郾 79% and 28郾 55%, while that of broadleaf forest and mixed coniferous鄄
broadleaf forest was increased by 10郾 23% and 27郾 11%, respectively. After the optimization of spatial
allocation, the amount of water conservation, biomass, and stand productivity of the shelter forests in
the area would be increased by 14郾 09伊108 m3, 0郾 35伊108 t, and 1郾 08伊106 t, respectively.
Key words: Three Gorges Reservoir Area; shelter forest; spatial optimum allocation; integrated
benefit; multiple objective grey situation decision.
*国 家 “ 十 一 五 冶 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2006BAD03A1301,
2006BAD03A0710)和长江三峡库区(秭归)森林生态定位站项目资
助.
**通讯作者. E鄄mail: whzhouzx@ 126. com
2010鄄04鄄07 收稿,2010鄄09鄄30 接受.
摇 摇 三峡库区的森林植被是长江上游防护林体系的
重要组成部分,对于涵养库区水源、调节河川水流、
防止水土流失以及发挥三峡水利枢纽工程的生态屏
障功能具有十分重要的意义[1] . 20 世纪 80 年代以
来,我国政府在三峡库区相继实施了“长江防护林
建设工程冶、“天然林保护工程冶、“退耕还林工程冶,
库区森林资源得到有效保护,森林覆盖率也明显回
升.但三峡库区森林的整体质量仍然低下[2-3],其原
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 12 月摇 第 21 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2010,21(12): 3083-3090
因在于库区林种结构不合理、林分结构简单、森林资
源分布不均匀、生态防护效能较低等. 因此,如何在
空间上合理调整防护林类型结构、提高林分质量,是
该区域防护林建设亟待解决的关键问题之一.
目前已有相关学者对三峡库区的防护林布局进
行研究,如潘磊等[4]对库区低山丘陵区的防护林带
布局技术和建设模式进行了研究;薛家翠等[5]通过
立地条件等因子划分鄂西三峡库区防护林类型,并
总结防护林模式种类,找出各模式的规律性;邓中美
等[6]总结了鄂西三峡库区防护林 33 个模式种类的
关键技术,并建立模式分类体系.以上研究对防护林
布局模式和关键技术进行了理论探讨和实践总结,
有效地促进了三峡库区防护林建设. 但现有研究仍
缺乏必要的定量分析,且无法将配置结果落实到具
体立地.如何实现防护林类型配置的空间定位是今
后研究的一个重点.
由于多目标灰色局势决策方法可以根据主要指
标的量化确定具体立地的植被类型[7-8],GIS 因具有
强大的空间叠加分析功能,也被广泛地应用于解决
空间分布问题[9] .因此,本文将两种方法相结合,在
划分三峡库区森林立地类型的基础上,以充分发挥
库区防护林的综合效益为目标,对三峡库区防护林
类型的高效空间配置进行研究,旨在寻求一种解决
大尺度区域防护林空间配置的有效方法,以期促进
库区防护林综合效能的发挥、维护生物多样性、有效
控制水土流失、实现区域生态安全.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
三峡库区指三峡大坝建成后受回水影响的水库
淹没区和移民搬迁所涉及的区域(28毅31忆—31毅44忆
N,105毅50忆—111毅40忆 E),东起湖北宜昌市、西至重
庆江津,包括湖北省 4 个县和重庆市 22 个县(区),
面积 5郾 8伊104 km2 .该区北攀大巴山南麓、南抵云贵
高原北缘,处于大巴山褶皱带、川东褶皱带和川鄂湘
黔隆起带三大构造单元交汇处,地貌类型复杂多样,
山地、丘陵分别占总面积的 74郾 0%和 21郾 7% . 三峡
库区属中亚热带湿润季风气候,年均气温 17 益 ~19
益,降水丰沛,年均降水量 1000 ~ 1200 mm,降水季
节分配不均,4—10 月为雨季,其中夏季(6—8 月)
降水量约占全年的 45% [10] .库区土壤包括 7 个土类
16 个亚类,主要土壤类型有黄壤、黄棕壤、紫色土、
石灰土和水稻土.库区具有我国东西与南北两大生
物界过渡的特点,亚热带至寒温带植被极为丰富,主
要包括寒温性针叶林、温性针叶林、暖温性针叶林、
阔叶林、竹林、灌丛和灌草丛 7 种植被类型[11] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 防护林类型分类及数据提取摇 根据三峡库区
森林类型的主要组成与分布面积,结合不同类型防
护林综合效益差异的研究成果[11-13],将三峡库区森
林植被划分为针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林
4 种类型.
选取三峡库区 2007 年 8、9 月 Landsat TM 遥感
影像(空间分辨率为 30 m)作为本研究的信息源.在
Erdas Imagine 9郾 1 软件中,以三峡库区森林资源二
类清查数据库为参考,采用非监督分类与决策树分
类相结合的方法对影像进行解译,提取三峡库区防
护林类型分布数据.
1郾 2郾 2 森林立地类型的划分摇 林木及其所处的环境
是一个有机整体,立地是林木生长的基础.掌握三峡
库区森林立地类型特征,是科学合理地进行防护林
类型空间配置的基本前提.
本文通过分析三峡库区的地貌特点,结合文献
[14-16]的研究成果,将海拔、坡度和土层厚度作为
库区森林立地类型划分的主导因子,并根据库区森
林植被分布及其物种多样性的地形分异特征[17-18]
确定分级标准(表 1). 最后采用主导环境因子组合
法,划分三峡库区森林立地类型. 其中,海拔等级代
码用玉、域、芋、郁表示,坡度等级代码用 A、B、C、D
表示,土层厚度等级代码用 1、2、3 表示. 以 ArcGIS
为平台,将海拔、坡度和土层厚度数据进行叠加分
析,建立三峡库区森林立地类型空间属性数据库.
1郾 2郾 3 决策指标的选择与处理摇 本文以充分发挥三
峡库区防护林体系生态、经济和社会效益为前提,结
合文献[19-21]选取水源涵养量、生物量和林分生产力
作为防护林体系综合效益指标.其中,水源涵养量反
映了森林对降水的再分配以及森林调节径流、改善
水质和改善土壤物理结构的综合作用,体现了区域
防护林涵养水源、保持水土的重要功能;生物量反映
了林木在一定时间内积累的有机物质总量,是森林
生态系统结构优劣和效益高低的直接表现;林分生
产力反映了林木生产有机物质的速率,体现了森林
生态系统的经济价值.
水源涵养量数据源于文献[22],生物量和林分
生产力数据源于文献[13],通过 ArcGIS 分别统计
它们在各立地不同防护林类型中单位面积的平
均值.
4803 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 1摇 三峡库区立地因子与分级标准
Tab. 1摇 Criteria for site factors classification in Three Gorges Reservoir Area
海拔 Elevation
等级
Grade
标准
Criterion
代码
Code
坡度 Slope
等级
Grade
标准
Criterion
代码
Code
土层厚度 Soil thickness
等级
Grade
标准
Criterion
代码
Code
低山
Low mountain
臆800 m 玉 平缓坡
Flat and gradual slope
臆15毅 A 薄土层
Thin soil
臆30 cm 1
低中山
Low and middle mountain
800 ~ 1600 m 域 斜坡
Clival slope
16毅 ~ 25毅 B 中土层
Middle soil
30 ~ 60 cm 2
中山
Middle mountain
1600 ~ 2000 m 芋 陡坡
Abrupt slope
26毅 ~ 35毅 C 厚土层
Thick soil
>60 cm 3
高中山
High and middle mountain
>2000 m 郁 急险坡
Steep slope
>35毅 D
1郾 2郾 4 多目标灰色局势决策模型摇 多目标灰色局势
决策模型可用矩阵来描述[23] .首先将划分的立地类
型作为事件集(ai),将针叶林、阔叶林、针阔混交林
和灌木林 4 种防护林类型配置模式作为对策集
(b j),组成局势 Sij = (ai,b j). 每个局势 Sij的效果好
坏是按目标来衡量的,将选取的水源涵养量、生物量
和林分生产力 3 个决策指标作为目标集,分别构建
各目标的效果样本矩阵 Uk:
Uk = (ukij) =
uk11 uk12 夷 uk1j
uk21 uk22 夷 uk2j
夷 夷 夷 夷
uki1 uki2 夷 uki
æ
è
ç
ç
ç
çç
ö
ø
÷
÷
÷
÷÷
j
(1)
由于所选目标均为“越大越好冶 类指标,所以选
择上限效果测度:
rkij =
ukij
ukmax
摇 ukmax = maximax j{ukij} (2)
分别计算各目标的效果测度矩阵 Rk:
Rk = ( rkij) =
rk11 rk12 夷 rk1j
rk21 rk22 夷 rk2j
夷 夷 夷 夷
rki1 rki2 夷 rki
æ
è
ç
ç
ç
çç
ö
ø
÷
÷
÷
÷÷
j
(3)
由于各目标起到的作用有差异,应用 Delphi鄄AHP
法[24] 确定各目标的权重 籽k, 根据公式 r蒡
ij
=
1
n移
n
k = 1
籽krkij(n = 3) 计算综合效果测度矩阵 R蒡:
R蒡 =
r蒡
11
r蒡
12
夷 r蒡
1j
r蒡
21
r蒡
22
夷 r蒡
2j
夷 夷 夷 夷
r蒡
i1
r蒡
i2
夷 r蒡
æ
è
ç
ç
ç
ç
ç
ö
ø
÷
÷
÷
÷
÷
ij
(4)
最后根据最大效果测度原则, 若有 r蒡
ij
=
max{ r蒡
i1
,r蒡
i2
, 夷,r蒡
ij
},则称对策 b j 为对于事件 ai 的
满意(最优) 对策.
通过多目标灰色局势决策模型计算各立地不同
防护林类型的综合效果测度值,确定综合效益最优
的防护林类型作为该立地的最适配置模式. 并在
ArcGIS软件中,根据各立地防护林类型优化配置结
果,对三峡库区森林立地类型属性数据库进行统计
分析,获得三峡库区各防护林类型优化配置后的面
积和比例,同时生成三峡库区防护林类型空间优化
配置图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 三峡库区森林立地类型
采用主导环境因子组合法,依次按照海拔 -
坡度-土层厚度的顺序,将立地划分为 48 种组合类
型.为了考虑各立地林木的生长状况,将 48种立地组
合与三峡库区防护林类型分布数据叠加分析,发现中
山和高中山厚土层地区没有森林植被分布,因此,最
终将三峡库区森林立地划分为 40种类型(表 2).
表 2摇 三峡库区森林立地类型
Tab. 2摇 Site types of forest in Three Gorges Reservoir Area
海拔
Elevation
坡度
Slope
土层厚度
Soil
thickness
海拔
Elevation
坡度
Slope
土层厚度
Soil
thickness
玉 A 1 域 A 1
2 2
3 3
B 1 B 1
2 2
3 3
C 1 C 1
2 2
3 3
D 1 D 1
2 2
3 3
芋 A 1 郁 A 1
2 2
B 1 B 1
2 2
C 1 C 1
2 2
D 1 D 1
2 2
580312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马摇 浩等: 基于多目标灰色局势决策的三峡库区防护林类型空间优化配置摇 摇 摇 摇 摇
2郾 2摇 决策目标样本值
通过 ArcGIS 软件统计分析三峡库区森林植被
水源涵养功能的小班数据、三峡库区植被生物量和
生产力估算及分布格局的小班数据,获得各立地不
同防护林类型的单位面积水源涵养量、生物量和林
分生产力,其中灌木层生物量和生产力取各样地的
平均值(表 3).
2郾 3摇 三峡库区防护林类型空间优化配置
采用 Delphi鄄AHP法对各目标的相对重要性进
行比较,构造两两判断矩阵(表 4).并通过计算判断
表 3摇 研究区各立地不同防护林类型目标值
Tab. 3摇 Objective value of different shelter-forest types in each site of the study area
立地
类型
Site
type
针叶林
Coniferous forest
水源涵养量
Water
conservation
amount
(m3·hm-2)
生物量
Biomass
(t·hm-2)
林分生产力
Stand
productivity
(t·hm-2·
a-1)
阔叶林
Broadleaf forest
水源涵养量
Water
conservation
amount
(m3·hm-2)
生物量
Biomass
(t·hm-2)
林分生产力
Stand
productivity
(t·hm-2·
a-1)
针阔混交林
Mixed coniferous鄄broadleaf forest
水源涵养量
Water
conservation
amount
(m3·hm-2)
生物量
Biomass
(t·hm-2)
林分生产力
Stand
productivity
(t·hm-2·
a-1)
灌木林 Shrub
水源涵养量
Water
conservation
amount
(m3·hm-2)
生物量
Biomass
(t·hm-2)
林分生产力
Stand
productivity
(t·hm-2·
a-1)
玉A1 9606郾 83 46郾 08 6郾 49 10388郾 48 22郾 07 6郾 31 10011郾 01 54郾 37 7郾 21 8085郾 76 18郾 68 5郾 62
玉A2 10169郾 11 53郾 23 6郾 56 10357郾 99 31郾 81 7郾 31 10205郾 41 54郾 24 6郾 65 8500郾 85 18郾 68 5郾 62
玉A3 11208郾 45 47郾 85 6郾 70 10679郾 75 31郾 28 10郾 85 10889郾 63 44郾 82 5郾 89 10423郾 16 18郾 68 5郾 62
玉B1 9633郾 24 50郾 14 6郾 73 10578郾 85 20郾 53 6郾 36 10253郾 49 59郾 90 7郾 35 8102郾 71 18郾 68 5郾 62
玉B2 10478郾 50 52郾 50 6郾 61 10167郾 24 32郾 10 7郾 28 10341郾 45 53郾 78 6郾 66 8868郾 59 18郾 68 5郾 62
玉B3 11132郾 62 43郾 03 6郾 43 10788郾 90 28郾 29 9郾 63 10847郾 45 40郾 43 5郾 73 10921郾 37 18郾 68 5郾 62
玉C1 9732郾 76 51郾 13 6郾 50 10060郾 16 19郾 45 5郾 85 10114郾 24 54郾 31 7郾 25 8410郾 71 18郾 68 5郾 62
玉C2 10102郾 52 48郾 93 6郾 54 10297郾 91 35郾 52 7郾 35 10367郾 05 57郾 00 6郾 82 8650郾 65 18郾 68 5郾 62
玉C3 11426郾 40 40郾 71 6郾 50 11231郾 10 35郾 65 9郾 82 10890郾 10 45郾 44 5郾 70 10915郾 35 18郾 68 5郾 62
玉D1 9969郾 43 55郾 23 6郾 53 9605郾 94 28郾 18 6郾 36 10239郾 88 49郾 24 7郾 09 8076郾 88 18郾 68 5郾 62
玉D2 10038郾 13 48郾 42 6郾 53 10244郾 95 35郾 95 7郾 22 10550郾 32 56郾 32 6郾 93 8360郾 74 18郾 68 5郾 62
玉D3 12010郾 85 46郾 78 7郾 48 11653郾 87 55郾 95 8郾 23 11094郾 43 46郾 30 5郾 85 11172郾 85 18郾 68 5郾 62
域A1 11083郾 61 48郾 33 7郾 08 12127郾 70 82郾 90 7郾 56 12552郾 40 79郾 41 7郾 83 10330郾 42 18郾 68 5郾 62
域A2 11788郾 31 52郾 59 7郾 09 12198郾 13 60郾 01 8郾 15 12825郾 97 63郾 36 7郾 84 10871郾 53 18郾 68 5郾 62
域A3 13004郾 49 60郾 35 8郾 30 12954郾 94 99郾 37 8郾 53 12602郾 13 61郾 70 6郾 44 12338郾 71 18郾 68 5郾 62
域B1 11373郾 18 55郾 98 7郾 40 12431郾 37 74郾 32 8郾 06 12849郾 68 76郾 86 7郾 88 10407郾 63 18郾 68 5郾 62
域B2 12738郾 62 58郾 25 7郾 69 12405郾 16 58郾 57 7郾 70 12562郾 30 60郾 54 6郾 86 10762郾 58 18郾 68 5郾 62
域B3 12915郾 38 56郾 49 8郾 19 12988郾 41 98郾 59 8郾 73 12446郾 67 63郾 62 6郾 76 11913郾 42 18郾 68 5郾 62
域C1 11310郾 73 57郾 11 7郾 41 12319郾 83 85郾 64 8郾 79 12271郾 59 77郾 72 7郾 61 10168郾 50 18郾 68 5郾 62
域C2 12559郾 47 58郾 54 7郾 60 12374郾 20 56郾 34 7郾 58 12285郾 20 56郾 90 6郾 80 10454郾 36 18郾 68 5郾 62
域C3 12942郾 20 56郾 29 8郾 13 12763郾 28 86郾 55 8郾 33 12483郾 33 62郾 25 6郾 82 11787郾 56 18郾 68 5郾 62
域D1 11078郾 80 55郾 30 6郾 34 11221郾 21 50郾 08 6郾 25 10867郾 85 57郾 34 6郾 55 12922郾 57 18郾 68 5郾 62
域D2 11460郾 79 47郾 18 6郾 91 12115郾 58 51郾 95 7郾 67 12254郾 55 54郾 84 6郾 72 10146郾 73 18郾 68 5郾 62
域D3 12845郾 38 61郾 62 8郾 50 12945郾 57 108郾 03 8郾 57 12972郾 92 82郾 41 7郾 83 11755郾 15 18郾 68 5郾 62
芋A1 14607郾 46 45郾 89 6郾 66 13843郾 60 131郾 37 9郾 10 13597郾 84 164郾 70 9郾 83 10858郾 55 18郾 68 5郾 62
芋A2 14283郾 17 49郾 54 7郾 17 13821郾 81 64郾 17 7郾 75 14180郾 20 60郾 24 6郾 27 12933郾 75 18郾 68 5郾 62
芋B1 12979郾 88 81郾 27 7郾 84 13537郾 62 147郾 90 9郾 68 13757郾 38 194郾 34 11郾 40 11476郾 55 18郾 68 5郾 62
芋B2 14003郾 82 44郾 94 7郾 00 13686郾 53 61郾 77 7郾 68 13905郾 48 57郾 97 6郾 21 12628郾 97 18郾 68 5郾 62
芋C1 13755郾 48 81郾 75 7郾 70 13235郾 25 135郾 11 9郾 00 13791郾 86 111郾 27 7郾 41 10245郾 21 18郾 68 5郾 62
芋C2 13589郾 69 44郾 15 6郾 96 13183郾 35 56郾 23 7郾 10 14008郾 34 57郾 00 7郾 18 12191郾 74 18郾 68 5郾 62
芋D1 12182郾 97 43郾 40 5郾 52 12262郾 10 46郾 01 6郾 00 13167郾 54 45郾 50 5郾 10 13616郾 81 18郾 68 5郾 62
芋D2 12525郾 04 42郾 70 5郾 77 12330郾 39 47郾 14 6郾 19 13219郾 48 46郾 33 5郾 54 13986郾 63 18郾 68 5郾 62
郁A1 13742郾 40 63郾 06 7郾 76 14052郾 83 85郾 47 8郾 06 14116郾 06 83郾 73 6郾 83 11356郾 97 18郾 68 5郾 62
郁A2 15045郾 56 31郾 00 6郾 09 14091郾 10 32郾 36 6郾 87 14748郾 86 40郾 76 5郾 37 14067郾 23 18郾 68 5郾 62
郁B1 14142郾 24 78郾 40 6郾 63 14968郾 15 81郾 00 8郾 11 15586郾 32 83郾 08 6郾 01 11589郾 59 18郾 68 5郾 62
郁B2 15044郾 43 37郾 29 6郾 25 14257郾 16 38郾 25 6郾 93 13735郾 81 28郾 32 4郾 85 13826郾 37 18郾 68 5郾 62
郁C1 14486郾 95 34郾 95 5郾 97 12851郾 67 86郾 29 8郾 17 14574郾 02 93郾 72 6郾 47 10686郾 37 18郾 68 5郾 62
郁C2 13029郾 99 40郾 59 5郾 23 12647郾 35 40郾 82 5郾 71 13282郾 46 34郾 67 4郾 88 13475郾 12 18郾 68 5郾 62
郁D1 13535郾 34 105郾 09 6郾 90 14302郾 01 90郾 56 8郾 42 16569郾 94 87郾 62 6郾 24 10078郾 05 18郾 68 5郾 62
郁D2 13070郾 55 40郾 86 5郾 30 12889郾 71 43郾 77 5郾 01 13504郾 96 33郾 30 4郾 99 13740郾 96 18郾 68 5郾 62
6803 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 4摇 各目标权重判断矩阵
Tab. 4摇 Judgment matrix for weights of decision objective
决策目标
Decision objective
水源涵养量
Water
conservation
amount
生物量
Biomass
林分生产力
Stand
productivity
水源涵养量
Water conservation amount 1 3 2
生物量
Biomass 1 / 3 1 1 / 2
林分生产力
Stand productivity 1 / 2 2 1
矩阵的特征根与特征向量,得到水源涵养量、生物量
和林分生产力的权重分别为 0郾 539、0郾 163 和 0郾 298.
其随机一致性比率 =一致性指标 /平均随机一致性
指标= 0郾 0045 / 0郾 58 = 0郾 0078 <0郾 10,说明判断矩阵
具有满意的一致性.
摇 摇 利用各目标权重,结合各目标样本值,通过多目
标灰色局势决策模型进行计算,获得综合效果测度
矩阵(表 5).根据最大效果测度原则,防护林类型的
表 5摇 综合效果测度矩阵及防护林类型优化配置决策表
Tab. 5摇 Comprehensive result measuring matrix and decision table for spatial optimum allocation of shelter鄄forest types
立地类型
Site type
针叶林
Coniferous
forest
阔叶林
Broadleaf
forest
针阔混交林
Mixed coniferous鄄
broadleaf forest
灌木林
Shrub
最优对策
Optimal
strategy
优化配置结果
Optimization result
玉A1 0郾 1736 0郾 1738 0郾 1866 0郾 1419 0郾 1866 针阔混交林1)
玉A2 0郾 1823 0郾 1849 0郾 1838 0郾 1464 0郾 1849 阔叶林2)
玉A3 0郾 1933 0郾 2191 0郾 1819 0郾 1672 0郾 2191 阔叶林
玉B1 0郾 1772 0郾 1759 0郾 1919 0郾 1420 0郾 1919 针阔混交林
玉B2 0郾 1859 0郾 1827 0郾 1852 0郾 1503 0郾 1859 针叶林3)
玉B3 0郾 1888 0郾 2089 0郾 1788 0郾 1726 0郾 2089 阔叶林
玉C1 0郾 1765 0郾 1655 0郾 1880 0郾 1454 0郾 1880 针阔混交林
玉C2 0郾 1802 0郾 1856 0郾 1878 0郾 1480 0郾 1878 针阔混交林
玉C3 0郾 1920 0郾 2173 0郾 1805 0郾 1725 0郾 2173 阔叶林
玉D1 0郾 1804 0郾 1675 0郾 1866 0郾 1418 0郾 1866 针阔混交林
玉D2 0郾 1793 0郾 1840 0郾 1905 0郾 1448 0郾 1905 针阔混交林
玉D3 0郾 2085 0郾 2137 0郾 1842 0郾 1753 0郾 2137 阔叶林
域A1 0郾 1954 0郾 2205 0郾 2265 0郾 1662 0郾 2265 阔叶林
域A2 0郾 2043 0郾 2200 0郾 2251 0郾 1721 0郾 2251 针阔混交林
域A3 0郾 2302 0郾 2426 0郾 2100 0郾 1880 0郾 2426 阔叶林
域B1 0郾 2034 0郾 2258 0郾 2295 0郾 1670 0郾 2295 针阔混交林
域B2 0郾 2215 0郾 2180 0郾 2129 0郾 1709 0郾 2215 针叶林
域B3 0郾 2272 0郾 2445 0郾 2117 0郾 1834 0郾 2445 阔叶林
域C1 0郾 2032 0郾 2342 0郾 2211 0郾 1644 0郾 2342 阔叶林
域C2 0郾 2188 0郾 2160 0郾 2084 0郾 1675 0郾 2188 针叶林
域C3 0郾 2269 0郾 2351 0郾 2122 0郾 1820 0郾 2351 阔叶林
域D1 0郾 1908 0郾 1902 0郾 1909 0郾 1943 0郾 1943 灌木林4)
域D2 0郾 1977 0郾 2127 0郾 2068 0郾 1642 0郾 2127 阔叶林
域D3 0郾 2306 0郾 2452 0郾 2319 0郾 1816 0郾 2452 阔叶林
芋A1 0郾 2293 0郾 2661 0郾 2792 0郾 1719 0郾 2792 针阔混交林
芋A2 0郾 2312 0郾 2354 0郾 2252 0郾 1944 0郾 2354 阔叶林
芋B1 0郾 2318 0郾 2725 0郾 3028 0郾 1786 0郾 3028 针阔混交林
芋B2 0郾 2254 0郾 2326 0郾 2211 0郾 1911 0郾 2326 阔叶林
芋C1 0郾 2391 0郾 2597 0郾 2453 0郾 1653 0郾 2597 阔叶林
芋C2 0郾 2203 0郾 2206 0郾 2304 0郾 1864 0郾 2304 针阔混交林
芋D1 0郾 1924 0郾 1981 0郾 2000 0郾 2018 0郾 2018 灌木林
芋D2 0郾 1981 0郾 2008 0郾 2046 0郾 2058 0郾 2058 灌木林
郁A1 0郾 2343 0郾 2465 0郾 2360 0郾 1773 0郾 2465 阔叶林
郁A2 0郾 2249 0郾 2217 0郾 2181 0郾 2067 0郾 2249 针叶林
郁B1 0郾 2330 0郾 2556 0郾 2446 0郾 1798 0郾 2556 阔叶林
郁B2 0郾 2281 0郾 2256 0郾 1991 0郾 2041 0郾 2281 针叶林
郁C1 0郾 2189 0郾 2347 0郾 2406 0郾 1701 0郾 2406 针阔混交林
郁C2 0郾 1982 0郾 1983 0郾 1962 0郾 2003 0郾 2003 灌木林
郁D1 0郾 2363 0郾 2538 0郾 2586 0郾 1635 0郾 2586 针阔混交林
郁D2 0郾 1993 0郾 1957 0郾 1993 0郾 2032 0郾 2032 灌木林
1)Mixed coniferous鄄broadleaf forest ; 2)Broadleaf forest; 3)Coniferous forest; 4)Shrub.
780312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马摇 浩等: 基于多目标灰色局势决策的三峡库区防护林类型空间优化配置摇 摇 摇 摇 摇
综合效果测度值越大,表明该类型在相应立地中的
综合表现越好,则此类型为该立地防护林配置的最
优对策.由表 5 可知,在玉A1(低山平缓坡薄土层)
立地类型中,针阔混交林的综合效果测度值最大,说
明针阔混交林在该立地中所能发挥的综合效益最
优,因此,针阔混交林为该立地的最适配置模式. 依
此类推,确定各立地防护林类型优化配置结果(表
5).通过分析优化配置结果可以发现,阔叶林在立
地条件较好区域发挥的综合效益最优,为最适配置
模式;在立地条件中等的区域,针阔混交林和针叶林
为最适配置模式;在立地条件较差的区域,灌木林比
其他防护林类型能发挥更大的综合效益. 这与不同
防护林类型的生态位特性相吻合,符合自然规律,说
明多目标灰色局势决策方法在三峡库区防护林类型
空间优化配置中的应用是可行的.
2郾 4摇 优化配置前后的比较
2007 年,三峡库区针叶林、阔叶林、针阔混交林
和灌木林的面积分别为 1171139、543728、222156 和
895748 hm2(表 6). 其中,针叶林、灌木林所占面积
比例较大,分别为 41郾 34%和 31郾 62%,而阔叶林和针
阔混交林的面积比例偏小,分别为 19郾 20% 和
7郾 84%,防护林类型结构不合理,难以发挥森林的生
态、经济和社会效益,特别是生态效益很难得以保障.
根据三峡库区防护林类型优化配置决策表,在
GIS中对由各属性矢量数据叠加生成的三峡库区森
林立地类型属性数据库进行统计分析,得出优化后
各防护林类型的空间分布和面积比例. 优化后研究
区针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林的面积比例
分 别 为 32郾 55% 、 29郾 43% 、 34郾 95% 和 3郾 07%
(表 6).
由表 6、图 1 可以看出,优化前后研究区各防护
林类型变化差异明显.与优化前相比,优化后的针叶
林面积比例减少了 8郾 79% ,因为三峡库区分布着大
面积的马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunning鄄
hamia lanceolata)、柏木(Cupressus funebris)等人工针
叶纯林,林分结构简单、稳定性低,森林的各种效益
和生产力得不到充分发挥;优化后的灌木林分布范
围明显缩小,尤其在武隆、石柱、开县、巫山等地区的
分布大幅减少,其面积比例减少了 28郾 55% ;优化后
的阔叶林在夷陵、江津等地区的分布范围有所扩大,
其面积比例增加了 10郾 23% ;优化后的针阔混交林
分布范围明显扩大,面积比例大幅增加,由优化前的
7郾 84%增至优化后的 34郾 95% ,这是由于针阔混交
林在改善水质、涵养水源以及对减少和防止侵蚀泥
沙直接入库和进入河道的效果显著优于纯林[25],能
够发挥更大的防护作用.因此,应大力改造针叶纯林
和灌木林,补植补造针阔混交林,从而为提高三峡库
区防护林体系的水源保护和土壤侵蚀防治功能提供
坚实的保证.此外,大力营造针阔混交林,还可以增
加森林生态系统中生物类群的多样性和多层次性,
从根本上改善林分的生态环境,提高生产力[26] .
与优化前相比,优化后研究区水源涵养能力增
加了14郾 09伊108 m3,生物量增加了0郾 35伊108 t,林
表 6摇 三峡库区防护林类型空间优化配置前后的比较
Tab. 6摇 Comparison of spatial optimum allocation of shel鄄
ter鄄forest types in Three Gorges Reservoir Area after and
before optimization
防护林类型
Shelter鄄
forest type
优化前
面 积
Area
before
optimization
(hm2)
优化前
面积比例
Percentage
of area
before
optimization
(% )
优化后
面积
Area
after
optimization
(hm2)
优化后
面积比例
Percentage
of area
after
optimization
(% )
针叶林
Coniferous forest
1171139 41郾 34 921934 32郾 55
阔叶林
Broadleaf forest
543728 19郾 20 833646 29郾 43
针阔混交林
Mixed coniferous鄄
broadleaf forest
222156 7郾 84 990104 34郾 95
灌木林
Shrub
895748 31郾 62 87087 3郾 07
图 1摇 三峡库区防护林类型空间优化配置对比图
Fig. 1摇 Contrast map of spatial optimum allocation of shelter鄄for鄄
est types in Three Gorges Reservoir Area.
a)优化前 Before optimization; b)优化后 After optimization郾 玉:针叶林
Coniferous forest;域:阔叶林 Broadleaf forest;芋:针阔混交林 Mixed co鄄
niferous鄄broadleaf forest;郁:灌木林 Shrub;吁:其他用地 Other land.
8803 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
分生产力增加了 1郾 08伊106 t. 优化后的防护林类型
结构趋于合理,可发挥更大的综合效益,更符合目前
当地的实际情况.
3摇 讨摇 摇 论
在确定区域防护林类型结构方面,与其他方法
相比,多目标灰色局势决策方法由通常根据经验确
定提高为从多个目标、多个事件、多个关系的定量角
度进行确定,而且在计算过程中考虑了各种因子的
相互影响,方法更科学,结果更具可信性. 同时借助
GIS强大的处理、管理和空间分析能力,将结果配置
到对应的立地中,可操作性更强,可真正做到“适地
适树冶,为大尺度区域防护林类型空间优化配置提
供了有效的方法和途径.
防护林类型空间优化配置是一项综合性的系统
工程,所需考虑的内容很多,研究方法也不统一. 本
研究所用 1 颐 25 万地形数据虽然比例尺较小,并可
能会对三峡库区防护林类型空间优化配置的精度产
生一定影响,但由于研究方法的选择切实可行,其结
果可以满足本研究目标的要求. 由于综合效益指标
目前尚无统一标准,因此在指标的选择与量化上,还
需进一步研究,以保证防护林空间优化配置结果的
准确性.
为了使防护林空间优化配置结果得到具体落
实,本文针对三峡库区主要针叶林植被(马尾松林、
杉木林)的阔叶化改造及混交造林技术提出以下建
议:
马尾松林:1)在江津、涪陵中部等土层深厚
(>60 cm)、林下阔叶树种幼苗较丰富的地区,适当
疏伐上层马尾松立木,形成人工林窗,促进林下栓皮
栎(Quercus variabilis)、短柄枹栎(Quercus glsndulif鄄
era var. brevi鄄petiolata)、槲栎(Quercus aliena)等阔叶
树种的生长,形成松阔混交林. 2)在重庆的巴南、丰
都、石柱、万州、巫溪以及湖北的巴东中部、秭归南部
等土层厚度中等(30 ~ 60 cm)、林下植被多为水马
桑(Weigela japonica var. sinica)、檵木 ( Lorpetalum
chinense)、毛黄栌(Cotinus ciggyaria var郾 pubescens)
等灌木树种且缺乏乔木树种的地区,在保留阔叶建
群树种基础上,补植栓皮栎、麻栎(Quercus acutissi鄄
ma)、枫香(Liquidumbar formosana)等阔叶树种. 3)
在云阳中部和秭归北部等土层较薄(<30 cm)、林下
植被以铁芒萁 (Dicranopteris linearis)、苔草 (Carex
tristachya)等草本为主的地区,采用容器苗造林,营
造栎类、刺槐(Robinia pseydoacacia)等优质速生阔叶
树种.
杉木林:1)在江津西南部等土层较深厚( >60
cm)的杉木人工林地,适当择伐小径级立木,形成人
工林窗,补植栲(Castanopsis fargesii)、木荷( Schima
superba)、檫木(Sassafras tzumu)等速生优质经济阔
叶树种. 2)在武隆、石柱等土层厚度中等(30 ~ 60
cm)、林下植被不丰富但有乔木树种的杉木林地,保
留潜在的乔木树种, 补植木荷、 桦木 ( Betula
platyphylla)、枫香(Liquidumbar formosana)等优质速
生树种. 3)在兴山北部等土层较薄(<30 cm)、林下
植被以铁芒萁等草本为主的杉木林地,采用林下造
林,营造青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)、亮叶水青
冈(Fagus lucida)、榆树(Ulmus pumila)等以乡土树
种为主的速生优质阔叶树种.
4摇 结摇 摇 论
本文通过选取海拔、坡度和土层厚度 3 个主导
因子,运用主导环境因子组合法,将库区森林立地划
分为 40 种类型,为科学合理地进行防护林类型空间
配置提供了基础.
根据优化配置结果分析发现,在立地条件较好
的区域,阔叶林发挥的综合效益最优,为最适配置模
式;在立地条件中等的区域,针阔混交林和针叶林为
最适配置模式;灌木林为立地条件较差区域的最适
配置模式.说明植被类型的分布及其功能的发挥与
生存环境因子之间存在密切关系[27-28] .
优化后三峡库区针叶林、阔叶林、针阔混交林和
灌木林所占面积比例分别为 32郾 55% 、29郾 43% 、
34郾 95%和 3郾 07% .与优化前相比,优化后针叶林和
灌木林的面积比例分别减少了 8郾 79%和 28郾 55% ,
阔叶林和针阔混交林的面积比例分别增加了
10郾 23%和 27郾 11% . 说明阔叶林,尤其是针阔混交
林比其他林种能发挥更大的生态功能和作用,这与
于志民等[25]、何友军等[29]的研究结论一致. 因此,
优化后三峡库区防护林类型配置格局整体的水源涵
养能力、生物量水平及林分生产力均有大幅提高,发
挥的防护效益更佳.
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作者简介摇 马摇 浩,男,1984 年生,硕士研究生.主要从事水
土保持和 3S技术应用研究,发表论文 3 篇. E鄄mail: mahao@
webmail. hzau. edu. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
0903 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷