基于模糊物元模型的生態公益林綜合效益評價
——以英德市為例

楊倩楠，石瑩怡，張澤宇，王 超

（1.廣州新華學院 資源與城鄉規劃學院，廣東廣州 510520；2.廣東華南空間規劃研究院，廣東廣州 510642）

隨著國務院自然資源部、生態環境部的組建，國土資源管理體系進一步完善，自然資源的合理開發與統籌保護成為國家國土安全維護和生態文明建設的重要課題。生態公益林是指以維護和改善生態環境、保護生物多樣性、保持生態平衡并滿足社會多樣化生態需求為主要目標的防護林和特種用途林[1-3]，其在涵養水源、防范土壤侵蝕的同時，可調節氣候、保護林中動植物，形成動態、可持續的立體保護，進而構建穩定的生態系統，實現長期作用下森林資源的可持續利用。除了生態效益，公益林也能產生經濟和社會效益，提高其經濟和社會效益并為林業生態建設提供強大助力已成為社會共識。綜合評價生態公益林的建設效益具有重要現實意義，可為林地可持續利用和生態環境保護提供決策支持。

國內外關于生態公益林評價的研究主要集中在生態效益補償評估與市場化補償、稅收政策優惠和法律法規等制度建設[3-6]，生態環境價值與生態安全評價[7]，公益林管護與分類經營可持續性評價[8-10]，綜合質量評價[2，11]，公益林保護對農林經濟和水源涵養的影響[12-13]及公益林信息系統建設與評價[14]等方面。關于評價指標，有的研究采用經濟價值或人文福利的單項指標[15-16]，有的構建生態、經濟和社會綜合的可持續評價指標體系[17-18]，并結合具體研究區域的特征和研究目標，整合生物多樣性保護、森林生產力與活力、水土資源保持、游憩效益和項目管理等多方面指標[9，19]。在研究方法上，生態效益和生態價值評價多采用市場評估法、等效益物替代法和旅游費用法[7，20]，可持續經營和綜合評價則多采用模糊綜合評價和因子分析等綜合指數法[11，21]。關于生態公益林評價的研究已從單一的生態效益補償評價擴展到立地環境、區位、經營和信息系統建設等綜合內容的差異化評價，且更加注重公眾和社會對生態公益林價值的認可，并從效益、產權和技術等方面探索生態公益林項目可持續運營的途徑。評價內涵的豐富導致現有指標體系繁雜，且各指標計算標準與評價方法不同，評價結果多傾向于生態公益林建設補償的貨幣化價值，在項目成效評價和影響因素分析等方面的研究相對欠缺，難以有效地反映生態公益林建設的具體差異和區域問題，在加強評價指標選取的科學性及測算結果的多元化解讀上仍有一定的研究空間。本研究引入Chrome 數據抓取擴展工具與詞頻分析法，統籌研究國內外森林資源評價指標，并以英德市為具體案例構建生態公益林評價指標體系，通過模糊物元模型構建和障礙因子計算，評價分析其綜合效益，提出優化生態公益林建設的建議。

1 材料與方法

1.1 研究對象與數據來源

廣東省是“全國荒山綠化第一省”，也是最早開展林業分類經營改革的省份之一[7]，省內的生態公益林建設已有一定成效。英德市位于廣東省南嶺山脈東南部，水熱條件良好，林業資源豐富。2019年森林資源調查數據庫統計，英德市的林木可計算植被面積為1 388.3 km2，約占廣東省林木總面積的四分之一，公益林占地居全省第二，并在一定程度上帶動了當地養殖業和林、果業的發展，助力當地脫貧攻堅。英德市生態公益林可分為西部國家級和省級生態公益林混合區、中部國家級生態公益林集中區和東部省級生態公益林主導區，呈現以下建設特點：多選址于西部、北部地勢險峻的山地區域、河流兩岸，盡可能遠離人們日常生活、生產區域；英德市林業結構以毛竹（Phyllostachys edulis）、茶樹（Camellia sinensis）為主，生態公益林建設除了種植傳統生態樹種外，也對這些具有經濟、生態雙重價值的樹種進行了一定建設；積極在荒廢耕地和石漠化嚴重區域種植公益林，有效利用土地資源，健全生態系統。作為粵北山區的代表性城市，英德市生態公益林建設在全市已基本得到落實，但從實際情況看仍存在質量分布不均、公眾認知不足等問題。本研究對英德市生態公益林建設綜合效益進行系統評價，可為優化英德市生態公益林建設及類似地區的現代林業建設規劃提供建議和可借鑒的經驗。

研究數據來源于2019年英德市衛星影像圖、英德市森林資源調查數據庫、廣東省森林資源在線系統數據、英德市土地資源數據統計年鑒、英德市生態保護工作報告及各鎮（街道）的實地調研。采用ENVI 5.0、ArcGIS 10.4.1 和SPSS 17.0 軟件對數據進行處理。

1.2 評價指標體系構建與研究方法

1.2.1 生態公益林綜合效益評價指標體系構建

生態公益林評價指標主要有兩種類型：國家資源調查中的指標體系，如《森林資源二類調查技術手冊》中涵蓋的64 項指標因子；各專家學者基于相關研究構建的多樣化指標體系。為統籌分析相關指標，本研究利用Chrome 衍生插件Web Scraper，設置數據抓取模型，提取相關文獻的評價指標，通過詞頻分析得到使用頻率較高的29項指標，作為初步參考（圖1）。生態公益林以生態效益為中心，以實現社會和經濟效益的可持續發展為核心，因此本研究從生態、經濟和社會效益3 方面構建評價指標體系。生態效益以英德市森林資源調查各項指標為基礎，結合粵北地區石漠化問題，從生態系統穩定性、氣候改良和水土保持等方面進行評價；經濟效益通常從補償和收益兩方面考量，但英德市生態公益林補償機制各鎮不一，故主要從林業生產投入和產出兩方面進行衡量；社會效益主要反映生態公益林與公眾間的相互關系，從森林公益效益和公眾健康兩方面進行評價。

圖1 評價指標詞頻統計圖Fig.1 Word frequency statistics chart of evaluation indexes

根據評價指標體系，對應獲取2019年的區域研究指標數值，并根據生態公益林項目指導手冊、當前相關規范規定和文獻等，結合英德市區域狀況，明確各指標基本含義（表1）。采用層次分析法計算權重，數據一致性比例CR均小于0.1，權重合理。

表1 生態公益林項目效益評價指標體系及區域研究值Tab.1 Evaluation index system and regional research values of ecological public welfare forest project

續表1 Continued

1.2.2 模糊物元模型構建

模糊物元模型可將關系復雜的各因素作為單獨物元建立函數關系，既能反映評估對象的整體情況，又能揭示單項評估指標的差異[22]，包括關聯度和貼近度兩種計算方法，已在土地生態安全和生態承載力評價中得到廣泛應用[23-24]。生態公益林綜合效益評價中，定性和定量指標不可分割且相互作用，根據評價指標體系，可采用模糊物元中的關聯度法進行全面客觀地分析與評價。模糊物元模型參考李春燕[23]、魏寧寧等[24]，構建步驟如下：

（1）構建多維復合物元模型

根據物元理論，部分評價指標對應的量值x具有模糊性，稱為模糊物元（R），表示如下：

式中，M表示事物；C為事物M的特征向量；x為與事物特征向量C對應的模糊量值。

將M個事物用其共同的n個特征C1，C2…Cn及其對應的模糊量值x1i，x2i…xmi（i= 1，2…n）描述，即可構成m個對象的n維模糊物元（Rmn）:

（2）確定經典域及節域矩陣

經典域模糊物元（Roij）矩陣表示為：

式中，Moj為劃分的第j個評價等級；Ci為特征向量（i=1，2…n）；Xoij為第i個特征向量j等級的量值范圍（aoij，boij），即經典域，經典域矩陣表示為：

節域模糊物元（Rp）矩陣表示為：

式中，Xpi為第i個特征向量的量值范圍（api，bpi），即節域，節域矩陣表示為：

（3）構建關聯函數計算關聯度

式中，k(ci)j為第i項指標相對于第j等級的關聯度，且

式中，ρij（xi，Xoij）為點xi與對應特征向量經典域區間Xoij的距離；ρpi（xi，Xpi）為點xi與對應特征向量節域Xpi的距離；xi、Xoij和Xpi分別為評價物元的量值、經典域量值范圍和節域量值范圍。

（4）計算綜合關聯度確定評價結果

評價結果由綜合關聯度確定，評價物元M（xx=1，2…m）相對于等級j的綜合關聯度（Kj(Mx）)。

式中，Wi為評價指標的權重。

根據最大隸屬度原則確定各指標評價結果（ki）j和綜合評價結果（Kjx）。

kij=max[k(ci)j]，評價對象第i項指標的評價結果為j等級；Kjx=max[Kj(Mx)]，評價對象綜合評價結果為j等級。

關聯度k、K值表示評價指標和對象隸屬于某一等級狀態的穩定程度（表2）。

表2 關聯性數值含義Tab.2 Kelevance value meanings

（5）因子障礙度計算

模糊物元中，關聯值評價結果主要反映指標在某一等級內的穩定狀態，難以直接體現該指標在整體中距最優值的情況，可結合障礙度計算，進一步診斷指標對整體評價結果的阻礙程度，數值越大阻力越大。

從優隸屬度計算時，將各指標量值統一轉化為從屬于標準方案中相應量值的從優隸屬度（Um）i，即數據標準化，公式如下[25]：

越大越優型：

越小越優型：

式中，xmi為第m個事物第i項特征的量值；maxxmi和minxmi為最大值和最小值。

指標偏離度（Im）i計算公式為：

式中，Umi為由公式（10）和（11）得到的從優隸屬度。

障礙度計算公式為：

式中，Ymi為第m個事物第i項指標的障礙度；Wi為因子貢獻度，即權重。

2 英德市生態公益林綜合效益評價與分析

2.1 英德市生態公益林綜合效益評價

結合英德市實際，設置優、良、中、差和劣5個評價等級，確定經典域和節域矩陣（Roij、Rp）。

英德市生態公益林綜合關聯度最大值為（-0.056），等級良上小于0，說明整體綜合效益處在向良等級轉化階段，其中生態效益已處于優等級，經濟效益處于良等級，社會效益正在向中等級轉化；3 個效益的關聯度最大值均較接近0，說明效益等級的穩定性均較差（表3）。綜合效益提升的主要障礙因子依次為C14、C16、C5、C10和C15。英德市作為“七山一水二分田”的山區（縣）市，生態公益林建設初期即著重于生態保護，以打造廣東省林業生態縣為目標，著重進行山地造林綠化、礦口復綠和水土流失治理等生態環境保護工程，先后建立了石門臺國家級森林公園和滑水山市級自然保護區等，并引進粵北林化加工廠等一批林產加工龍頭企業，實現林業經濟的多樣化發展。經過近十年的系統性規劃建設，英德市生態公益林已能基本滿足生態保護、災害防護和經濟社會發展等多方面的需求，但單一的林種結構和前期粗放的經營管理模式使得公益林綜合效益的長期可持續性和穩定性較差，表現為林業年收入總體增加但人均林產收入年增加率較低，植被覆蓋率增加但有害物質吸收、小氣候改善和石漠化區域土壤改良等效果不顯著，且受以往經濟產業為主的思維模式影響，公眾的林業認知層面較窄，易與生態公益林長期保護產生沖突。以英德國家森林公園為例，其生態保護面積較大，但由于設立之初范圍劃定論證不充分，致使保護范圍涵蓋了諸多鎮（街）建設用地和重點建設項目，并有村民種植的較大面積且連片的人工商品林，森林公園建設與經濟社會間的可持續協調發展作用有限。

表3 英德市生態公益林評價指標關聯度、評價等級及障礙度Tab.3 Relevance values,evaluation grades and obstacle degrees of evaluation indexes of ecological public welfare forest in Yingde city

2.2 英德市生態公益林單項指標分析

生態效益優得益于水源涵養功能（C6、C7）、保土作用（C8）和生態系統穩定性（C2、C3）。實地調研發現，在英城街道、石灰鋪鎮和水邊鎮等中部區域，經濟發展的同時水土保持效果也較好；在黃花鎮、九龍鎮和東華鎮等邊緣區域，林地資源豐富，城市建設程度較低，生態系統功能較好，說明生態公益林為英德市的水源、土壤和生物保護提供了良好的生境，能有效改善水土流失和石漠化問題。溫度改變（C5）和土壤容重（C10）評估等級偏低，障礙度較大，一定程度上影響了生態效益在優等級上的穩定性；特別是連江口鎮、浛洸鎮和英紅鎮等區域多種植茶樹、果樹等有一定經濟效益的樹種，使得林區蒸騰作用降低、土壤不斷緊實，整體溫度改變較小、土壤容重增大[26]，說明英德市公益林生態效益的長期作用機制和可持續性仍需提升。

經濟效益中，林業生產投入（C11）等級為良且障礙度較小，說明英德市林業建設投入資金較充裕。產出效益較差（C12、C13），且在當前等級上的關聯度較大，等級提升有一定難度；整體經濟產出主要依賴英紅鎮的茶產業和石灰鋪鎮、連江口鎮的“農-林”“農-園”和“林-園”產業模式，波羅鎮、大灣鎮和沙口鎮等區域的資源開發難度大，經濟效益難以提升。如何在加強自然環境保護的基礎上合理提升生產效率是英德市生態公益林未來發展需關注的問題。

社會效益（C14、C15和C16）整體等級偏低，障礙度較大，但當前等級上的關聯度較小，說明指標等級提升較容易。英德市生態公益林數量較多，但由于長期生態效益未顯現、部分資源開發難度大和人口不斷增加等原因，區域整體林業生產功能提升較慢，影響人均林產收入年增加率。英德市南、北部以闊葉林為主，東、中部以人工針葉林為主，西部為石灰巖山區，生產條件較差；整體上闊葉林占比較高，部分林區為人工改造林，林木需進一步養育，SO2吸收總量有限。英紅鎮、英城街道等區域經濟發展水平較高，公眾對生態公益林的認知較清晰、全面；沙口鎮、大洞鎮和黎溪鎮等區域經濟發展水平較低，公眾對生態公益林的認知多停留在實際收益層面，社會效益認知偏低，需著力提升。

根據以上效益測算結果，可將英德市劃分為5個區域。九龍-黃花區包含九龍、黃花兩鎮，有一定林地資源，物種較豐富，但石灰巖的地質特征導致土壤不宜耕作，經濟效益較差；英西綜合發展區包含波羅、大灣、西牛、水邊和大洞5 鎮，以林地為主，物種豐富，有一定生產水平，區域生態公益林發展潛力較大；英西農業區包含石牯塘、浛洸、石灰鋪、連江口和黎溪5 鎮，林地資源充足，以農業發展為主，林種結構單一，未起到生態效益帶動作用；英中經濟區包含橫石塘、英城、英紅、沙口、望埠和大站6鎮（街道），林地資源有限，生態公益林多建立在現有果園上，生態效益中等，林副產品帶來的經濟效益較高，公眾認知全面，社會效益良好；英東建設區包含東華、橫石水、橋頭、青塘、白沙和下鎮6 鎮，經濟、社會效益穩定在良好等級，但生態效益易受城市建設沖擊，生態公益林建設時需注意多維度可持續發展。

2.3 英德市生態公益林建設現狀分析

英德市生態公益林綜合效益趨向于良等級，但各指標等級有差異，且效益狀態不穩定。

2.3.1 物種多樣且資源豐富，生態效益優，但總體質量偏低，生態效益優等級穩定性較差

英德市生態公益林系統包含國家級保護植物20余種、野生動物300余種，整體為以桉樹（Eucalyp?tusspp.）、香樟（Cinnamomum camphora）、毛竹、茶樹和果樹為主的林業結構，生產力較強，也可為各種野生動植物提供良好的生長環境。但缺少專項調整，整體質量偏低，特別是英西農業區，林種結構單一，單層林多、復層林少，層次豐富性較差；建設位置多為石漠化和撂荒耕地，土壤質量差，養分含量較低，郁閉度有限，公益林穩定性和抗災害能力較差；整體經營粗放，缺乏集約化和精細化管理，難以形成高質量集聚效應。

2.3.2 水土保持能力較好，但投資回報率低，經濟效益等級提升有一定難度

基于自然地理特征，調度較靈活的省級生態公益林主要分布在英東建設區的平緩區域；不可隨意變更的國家級生態公益林主要分布在英西、英中的邊緣丘陵區；合理的生態公益林區劃可提高區域森林蓄水量、方便水資源調度和維護，還可控制土壤侵蝕、進行生態修復。木材、林副產品等林業投資的經濟回報整體較差，主要原因在于林地經營周期長、顯效慢，且前期英西、英東區域生態環境較脆弱的林地被用于廠房建設、房地產開發等，生態環境恢復所需時間較長，經濟效益短期內難以提升至優良等級。

2.3.3 公眾認知整體一般，社會效益等級較低

隨著生態公益林的不斷建設，林地能吸收一定的有害氣體、降解污染并生產林副產品，起到維護公眾健康、提升人均收入的作用。但林地培育周期較長，上述作用的發生整體滯后于社會發展，生態公益林潛在的社會效益需進一步凸顯。經濟發展水平較低區域的居民對生態公益林的認知大多停留在實際經濟價值產出層面，對生態和社會價值認知不足，且部分公益林界址不明確，常被村民誤占、誤用為商品經濟林，進一步阻礙了區域的生態環境修復。

2.4 英德市生態公益林綜合效益提升建議

2.4.1 分類經營，改善結構，提升質量

統一規劃生態公益林和商品經濟林建設，生態營林。明確劃分區域界線，建立林權檔案，分類制定建設細則，實現精細管理，著重發揮英西農業區的林地質量優勢，提升其整體帶動作用；適當調整生態公益林樹種結構，提高造林質量和郁閉度，營造復層多齡混合林，維護并提高地力，使生態公益林建立長期自我修復和自然調節機制，著重提升九龍-黃花區和英西、英中區的氣候、土壤改良效益，促進整體生態效益優等級的長期穩定。

2.4.2 結合區域特點，開發旅游、休憩等新型林業模式

木材、林副產品等傳統林業產出提升難度較大且易影響生態效益。結合產業轉型和經濟結構優化等要求，依托各區域特色林業資源，著力開展游憩公園等第三產業，在潛力較大的英西綜合發展區打造生態旅游區；進一步強化生態公益林補償機制，在提升經濟收益的同時培育林地環境，實現生態和經濟的協調發展。

2.4.3 強化常態保護機制，多渠道普及林業知識

制定林政執法規程，建立林地違規使用動態監測機制，減少誤用、誤占生態公益林等違法行為的發生，使生態保護常態化，保證林木能長期培育，凸顯潛在效益；在推進英西公益林高質量發展的同時，避免英中經濟區和英東建設區的公益林發展受經濟和城市建設擠壓，防止社會發展侵占林地建設；通過建立科普基地、建設線上林業咨詢平臺和開展專題培訓課程等方式，積極、深入宣傳相關知識。

3 結論

研究表明，模糊物元模型結合障礙度計算，能較好地評估生態公益林建設總體和單項指標效益。結合評價結果和區域特征，英德市生態公益林綜合效益處于向良等級轉化階段，但整體等級不穩定、易變化；這一階段生態效益較顯著，并取得了一定經濟效益，但經濟效益提升緩慢，社會效益較差。影響綜合效益提升的主要障礙因子為人均林產收入年增加率、吸收SO2量、溫度改變、土壤容重和公眾普及度等長期效益指標，說明英德市生態公益林各維度的長效協調促進機制尚未形成。結合指標分析及實地調研，將英德市生態公益林建設劃分為九龍-黃花區、英西綜合發展區、英西農業區、英中經濟區和英東建設區5 個不同的林業發展區域，實行差異化發展建設。英德市生態公益林建設存在總體質量提升困難、經濟結構有待優化和社會效益有限等問題，需通過差異化分類經營、林下經濟及生態旅游發展和林業知識多渠道普及等方法實現長期、可持續綜合效益的提升。本研究以廣東省較為典型的英德市生態公益林建設項目為例，在項目成效評價、影響因素分析等方面進行相關分析，該研究方法可反映生態公益林建設的整體成效、具體指標差異和區域問題，可為相關項目建設提供一定可借鑒的經驗。

生態公益林建設是一項綜合且長期的系統工程，為更深入、全面地探究生態公益林建設成效，在考慮數據可獲得性的基礎上，可進一步豐富空間格局、補償資金來源和管理機制等方面的內容，與當前生態保護紅線劃定、生態補償資金的區域轉移支付和林長制工作推進相結合，從國土空間優化、區域平衡發展和長效機制建立等維度出發，進行相關探討，使生態公益林建設能真正推動區域優質發展；可進行縱向上的時間演變分析和橫向上的區域對比分析，探討效益建設的趨勢變化和空間集聚效應，實現區域大環境質量的提升優化；可對綜合效益中各維度的相互影響關系進行研究，著眼內部機制的優化。