基于AHP 的濟(jì)南南部山區(qū)人居林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

夏甜甜，王京玉

（山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

森林面積銳減、水土流失荒漠化、生物多樣性減少等一系列環(huán)境問題已是當(dāng)今世界共同面臨的難題[1]。全球極端氣候的頻繁出現(xiàn)以及人類活動(dòng)的大幅增加加劇了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題[2-3]，區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱性因子評(píng)估研究則愈發(fā)重要[1]?？茖W(xué)有效地認(rèn)識(shí)生態(tài)環(huán)境的脆弱性并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的研究可為區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)重建、資源管控和生態(tài)環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)[1]。生態(tài)脆弱性是生境保護(hù)和恢復(fù)過程中進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)測(cè)的重要衡量指標(biāo)[4]。早在20 世紀(jì)70年代，Timmerman[5]就提出了生態(tài)脆弱性的概念，此后的研究中IPCC[6]則認(rèn)為生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)在面對(duì)外部壓力時(shí)系統(tǒng)變化的評(píng)估以及其變化所造成的影響后系統(tǒng)對(duì)變化的敏感性和適應(yīng)性評(píng)價(jià)。針對(duì)生態(tài)脆弱性，國內(nèi)外學(xué)者提出了一系列的評(píng)價(jià)模型框架，受研究對(duì)象差異性影響，不同生態(tài)系統(tǒng)脆弱性原因不同，故評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)選擇不盡相同，不同評(píng)價(jià)方法與研究對(duì)象的適用性是最終影響研究結(jié)果的關(guān)鍵因素[7]。

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合綜合運(yùn)用多種因素進(jìn)行分級(jí)處理確定權(quán)重的分析方法。近年來針對(duì)山區(qū)丘陵，江河湖泊等生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究相對(duì)豐富，但是涉及人居林的生態(tài)脆弱性研究相對(duì)較少。在環(huán)境問題突出、缺乏監(jiān)管和保護(hù)的鄉(xiāng)村地區(qū)人居林的消退極為嚴(yán)重[8-11]。據(jù)此對(duì)環(huán)境問題突出的區(qū)域進(jìn)行人居林的生態(tài)脆弱性研究可對(duì)生境的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。濟(jì)南南部山區(qū)是濟(jì)南市的水源涵養(yǎng)地及“城市綠肺”，對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略生態(tài)意義[10]。基于此本文在以往研究的基礎(chǔ)上，將南部山區(qū)人居林作為主要研究對(duì)象，采用層次分析法（AHP, Analytic Hierarchy Process），并根據(jù)實(shí)地調(diào)研后不同區(qū)域的生態(tài)差異和植被狀況，科學(xué)合理地選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)模型對(duì)人居林進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)，以便對(duì)人居林分布模式進(jìn)行系統(tǒng)化和分級(jí)化管理，進(jìn)一步保證人居林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，同時(shí)為區(qū)域因地制宜開展生態(tài)修復(fù)工作提供基礎(chǔ)信息[12]，也為研究生態(tài)脆弱性和生態(tài)平衡可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究地概況

濟(jì)南市位于36°01′～37°32′N，116°11′～117°44′E，南部山區(qū)位于濟(jì)南市歷城區(qū)南端，典型的溫帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱、四季分明，年平均降水量671.1 mm 左右，年平均氣溫14.7℃，區(qū)域內(nèi)人居林平均海拔高度為438.5 m，最低海拔3 m，最高984 m。截至2021 年9 月，南部山區(qū)轄區(qū)常住人口20.43 萬人，旅游景點(diǎn)43 個(gè)，游客人流量較大。由于區(qū)域內(nèi)地形條件復(fù)雜，且受人口密集、活動(dòng)頻繁、發(fā)展旅游業(yè)等各種人為因素影響，致使區(qū)域內(nèi)植被類型趨于單一，植被結(jié)構(gòu)退化嚴(yán)重，人居林面積呈縮小趨勢(shì)，整體生境呈退化狀態(tài)。基于此本研究選取南部山區(qū)旅游規(guī)劃發(fā)展區(qū)內(nèi)的20 個(gè)景區(qū)與村落，在空間上主要分布在仲宮、柳埠、西營三個(gè)片區(qū)，其中西營6 處、柳埠9 處、仲宮5處，分別占比30.0%、45.0%、25.0%。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取和模型構(gòu)建

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)來源

為了提出人居林的生態(tài)保護(hù)修復(fù)戰(zhàn)略和可持續(xù)利用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)影響人居林生態(tài)脆弱性的因素進(jìn)行權(quán)重評(píng)價(jià)。本研究依據(jù)研究對(duì)象的差異性影響采用AHP 評(píng)價(jià)方法，從影響人居林生態(tài)脆弱性的結(jié)構(gòu)和功能性的兩方面進(jìn)行考慮，在指標(biāo)選取上參考王建軍等[13-18]的方法，結(jié)合實(shí)地調(diào)研后濟(jì)南南部山區(qū)人居林不同區(qū)域的生態(tài)差異和植被狀況，最后綜合利用德爾菲法在相對(duì)統(tǒng)一的原則上，經(jīng)過4 輪的信息收集整理15 位專家打分進(jìn)行指標(biāo)篩選。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)置目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層共計(jì)3 個(gè)層次, 其中指標(biāo)層又拆解進(jìn)行了指標(biāo)項(xiàng)的細(xì)分。指標(biāo)層包含植被結(jié)構(gòu)的變化、潛在自然植被（PNV, Potential Natural Vegetation）的完整性、區(qū)域面積縮小、地形變化、生長(zhǎng)環(huán)境變化、硬面壓力等6 個(gè)方面，以及23 個(gè)指標(biāo)項(xiàng)，形成相互不重復(fù)的獨(dú)立因素，以此構(gòu)建評(píng)價(jià)體系詳見表1。

表1 人居林脆弱性評(píng)價(jià)模型

2.2 評(píng)價(jià)方法及模型構(gòu)建

通過對(duì)指標(biāo)篩選，確定人居林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)模型。主體分別由目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）、指標(biāo)層（C）、三部分構(gòu)成，通過將問題層層分解形成相互關(guān)聯(lián)的各個(gè)有序的層次，然后對(duì)問題進(jìn)行分析拆解形成指標(biāo)項(xiàng)以此進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)所得到的各指標(biāo)，綜合按層次結(jié)構(gòu)排列后進(jìn)行構(gòu)建模型（表1）。

建立評(píng)價(jià)模型后在篩選指標(biāo)的9 名專家中繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行問卷調(diào)查，并進(jìn)一步確定各指標(biāo)因子，并將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理構(gòu)建各個(gè)層次指標(biāo)相對(duì)重要性的判斷矩陣, 計(jì)算出相應(yīng)的權(quán)重值, 通過判斷驗(yàn)證各層次指標(biāo)通過一致性檢驗(yàn)，計(jì)算各因素所占權(quán)重以評(píng)價(jià)人居林的生態(tài)脆弱性，其具體步驟如下：

（1）確定人居林生態(tài)脆弱性的影響因素，建立層級(jí)結(jié)構(gòu)模型：影響因素提取，根據(jù)隸屬和交叉關(guān)系分成不同層級(jí)，進(jìn)行屬性聯(lián)接，將指標(biāo)聚合成遞進(jìn)的層次結(jié)構(gòu)模型。

（2）構(gòu)造判斷矩陣：將指標(biāo)層要素進(jìn)行兩兩對(duì)比，使用1～9 標(biāo)度對(duì)指標(biāo)因子重要性進(jìn)行賦值[19]，以此構(gòu)建判斷矩陣。

（3）對(duì)矩陣進(jìn)行統(tǒng)一處理，矩陣的最大特征值的特征向量即表示影響因素之間的相對(duì)權(quán)重，可得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重系數(shù)。

（4）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：計(jì)算CR和CI的值，只有當(dāng)CR＜0.1 時(shí)，通過一致性比率（C.R., Consistent Ratio）判定問卷回答可信[19]，視為“適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)”。

其具體計(jì)算公式為：

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣的階數(shù)；CR為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值規(guī)律見表2。

表2 1～9 階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

（5）在本研究中確定指標(biāo)權(quán)重后，將各個(gè)指標(biāo)加權(quán)求和，逐層計(jì)算得到生態(tài)脆弱性指數(shù)，計(jì)算公式為：

其中，evi為脆弱性指數(shù)；ai為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；pi為各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化得分。

（6）利用評(píng)價(jià)項(xiàng)目的加權(quán)值，開發(fā)并利用了總分100 分的相對(duì)評(píng)價(jià)表，以便對(duì)人居林生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性進(jìn)行更為量化的評(píng)價(jià)，編制了分?jǐn)?shù)表，掌握濟(jì)南南部山區(qū)人居林的現(xiàn)狀（表3）。

表3 人居林的生態(tài)脆弱性等級(jí)與危險(xiǎn)度

3 研究結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算與分析

針對(duì)影響因素所提出的指標(biāo)層，進(jìn)行主要評(píng)價(jià)項(xiàng)目的問卷分析，所得到的結(jié)果見表4。其中所有的問卷回答通過了一致性檢驗(yàn)，整體平均一致性比率為0.007，顯示出很高的邏輯連貫性，因此證實(shí)是有效的。通過表4權(quán)重值的分析比率得出在人居林生態(tài)系統(tǒng)中區(qū)域面積的縮小是最大的影響因素，其權(quán)重值高達(dá)23.6%。其次是地形變化、生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境變化、地面踩踏等壓力影響、自然植被結(jié)構(gòu)變化、潛在自然植被完整性變化，其比重分別為18.1%、16.4%、14.8%、13.9%、13.3%。其區(qū)域面積縮小比潛在自然植被的完整性影響因素高出約1.7倍，故在人居林的恢復(fù)和重建中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生存面積的管控。在對(duì)表4 分析的基礎(chǔ)上對(duì)指標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行進(jìn)一步加權(quán)，得出各要素的細(xì)部評(píng)價(jià)項(xiàng)目的權(quán)重（表5）。

表4 人居林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)因素的權(quán)重值

表5 各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重得分及人居林?jǐn)?shù)量比例

通過表5 人居林生態(tài)脆弱性影響因子進(jìn)一步分析可得：植被結(jié)構(gòu)變化的4 個(gè)細(xì)部指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果顯示，當(dāng)灌木層和草本層都退化時(shí)，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)變化的影響最高（40.8%）。其次是灌木層的退化（24.3%），草本層退化（18.6%）當(dāng)植被結(jié)構(gòu)沒有變化時(shí)則得到了16.4%相似的權(quán)重值，且一致性比率為0.006，檢驗(yàn)通過。即植被結(jié)構(gòu)退化會(huì)對(duì)人居林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，要維持生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性和可持續(xù)性需要維持植被結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定潛在自然植被（PNV）的完整性破壞程度一致性比率為0.001，結(jié)果具有很高的連貫性。根據(jù)權(quán)重分析結(jié)果顯示，PNV 的構(gòu)成比越低，人居林生態(tài)系統(tǒng)就越脆弱。對(duì)地形地貌變化的細(xì)部權(quán)重分析結(jié)果顯示，地形地貌變化達(dá)到50%以上的時(shí)候最高權(quán)重為45.6%，而在地形變化在25%以下時(shí)的權(quán)重值與沒有地形變化時(shí)沒有太大的差異，其一致性比率為0.017。土壤環(huán)境變化的細(xì)部權(quán)重值進(jìn)行分析的結(jié)果顯示，當(dāng)土壤環(huán)境變化超過50%時(shí)，加權(quán)值最高（44.8%）。對(duì)踩踏效應(yīng)的“強(qiáng)、中、弱”三個(gè)細(xì)節(jié)要素進(jìn)行對(duì)比，“強(qiáng)”占37.3%，“中”占34.4%，“弱”相對(duì)較低的權(quán)重值為28.4%。生長(zhǎng)環(huán)境與踩踏壓力的一致性比例分別為0.013 和0.001。綜合以上指標(biāo)權(quán)重和評(píng)價(jià)結(jié)果分析可知：人居林面積縮小是導(dǎo)致人居林生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定性的第一個(gè)因素，其一致性比率為0.011。面積縮小越多，權(quán)重值越高，面積縮小50%以上時(shí)為43.6%，25%～50%為25.8%，25%以下為17.7%，沒有變化的時(shí)候也會(huì)有12.9%的影響，故首先應(yīng)加強(qiáng)人居林面積的保護(hù)。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果及分析

在對(duì)23 個(gè)細(xì)部指標(biāo)構(gòu)成的6 個(gè)要素的脆弱性評(píng)價(jià)框架分析后，進(jìn)一步對(duì)南部山區(qū)20 個(gè)人居林進(jìn)行了生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)（表5）。從生態(tài)脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分布以及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來看，南部山區(qū)人居林植被結(jié)構(gòu)成為影響人居林生態(tài)脆弱性的最大威脅因素，主要體現(xiàn)在草本層和灌木層全部退化的形態(tài)，約占45%，其中灌木層占40%，草本層占5%。在研究區(qū)20個(gè)人居林中，僅有2 處基本維持完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)約占10%。因此研究區(qū)85%的人居林灌木層的結(jié)構(gòu)非常薄弱，其可持續(xù)性無法保障。而潛在自然植被（PNV)完整性的退化程度在評(píng)價(jià)結(jié)果中顯示是生態(tài)環(huán)境脆弱性影響最小的因素，對(duì)生態(tài)脆弱性的影響都比較低。在對(duì)人居林生態(tài)系統(tǒng)面積縮小因素評(píng)價(jià)顯示，人居林的面積縮小與人居林周邊的土地利用方式有著密切的關(guān)系。有35%（7 處）的人居林減少了原面積的25%以上，面積縮小導(dǎo)致人居林生態(tài)系統(tǒng)退化，其中有35%（7 處）維持著人居林形成初期的森林面積。地形地貌的變化是僅次于面積縮小的脆弱性評(píng)價(jià)要素。調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)原地形變更50%以上的地方，但變更25%～50%的地方有1 處（5%），變化程度未滿25%的有10 處（50%），有9 處（45%）是維持固有地形的人居林。通過比分可看出地形變化會(huì)對(duì)人居林造成各種直接干擾，進(jìn)一步對(duì)人居林的外形面積縮小、植被結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化和質(zhì)量低下等產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示土壤環(huán)境的變化和踩踏是阻礙或影響樹木生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的重要因素。其會(huì)導(dǎo)致植被生長(zhǎng)空間受限，原有的植被種子庫消失，外來植物物種入侵，致使人居林二次退化。研究區(qū)人居林生長(zhǎng)環(huán)境不變的地方占50%（10 處），發(fā)生25%以下微弱環(huán)境變化的有4 處（20%），25%以上的較高強(qiáng)度環(huán)境變化的人居林有6處（30%），其影響因素主要是為提高人居林使用便利性建設(shè)活動(dòng)增加直接危害其系統(tǒng)植被發(fā)育。其次由于踏壓導(dǎo)致的土壤孔隙的縮小和消失導(dǎo)致土壤的透氣性和透水性變差，進(jìn)一步致使植物棲息地的環(huán)境質(zhì)量下降，從而威脅人居林的可持續(xù)性。

目前人居林中形成的踏壓強(qiáng)度為“弱”的有2 處（10%），強(qiáng)度為“中”的有4 處（20%），影響是“強(qiáng)”的有14 處（70%）。結(jié)果顯示，大部分村莊的人居林都因頻繁的利用而產(chǎn)生了踩踏效應(yīng)，由此導(dǎo)致生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量下降。通過以上分析在研究區(qū)所選取的3 個(gè)重點(diǎn)片區(qū)中，西營片區(qū)村落整體人居林的生態(tài)脆弱性偏低，即自然生態(tài)環(huán)境較好。在對(duì)研究區(qū)20 處人居林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果中顯示，6 個(gè)因素導(dǎo)致的人居林生態(tài)系統(tǒng)脆弱性平均值為45.85 分。鳳凰村的人居林處于最脆弱狀況，臥虎山和跑馬嶺的人居林基本維持自然狀態(tài)。根據(jù)圖1，人居林生態(tài)環(huán)境極度脆弱處于Ⅴ等級(jí)的人居林有1 處（5%），需制定應(yīng)急方案克服生態(tài)脆弱性，可持續(xù)利用的人居林脆弱性等級(jí)為Ⅳ的有3 處（15%）。脆弱性等級(jí)為Ⅰ的人居林有2 處（10%）屬于接近自然森林，受生物要素和非生物要素的干擾影響較小，脆弱性等級(jí)為Ⅱ的有6 個(gè)地方（30%）也無須過度干預(yù)。而脆弱性等級(jí)為Ⅲ的有8 處（40%）可通過管理維持人居林可持續(xù)性，其中3 處人居林分布在脆弱性分?jǐn)?shù)區(qū)間的51～55，2 處分布在41～45 分，2 處分布在46～50 分等，如圖1 基本呈正態(tài)分布格局，通過上述分析可對(duì)研究區(qū)人居林生態(tài)脆弱性生境的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展提供一定的指導(dǎo)意義。

圖1 人居林的生態(tài)脆弱性等級(jí)分布

4 結(jié)論與討論

本研究通過層次分析法選取濟(jì)南南部山區(qū)人居林作為研究對(duì)象建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)其生態(tài)脆弱性。根據(jù)結(jié)果分析可得，南部山區(qū)人居林植被結(jié)構(gòu)退化嚴(yán)重，且植被結(jié)構(gòu)質(zhì)量低下，公共利用空間大部分的人居林由古大樹組成。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，人居林的結(jié)構(gòu)性復(fù)原具有必要性，需建立區(qū)域潛在自然植被組成多層植被結(jié)構(gòu)從而保證可持續(xù)發(fā)展。其次從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出調(diào)查地原生性人居林幾乎占一半，僅憑適應(yīng)地區(qū)環(huán)境條件的潛在自然植被就形成了人居林。其他植被結(jié)構(gòu)占比較低，考慮到景觀的歷史演替和鄉(xiāng)村土地利用的行為發(fā)展過程，鄉(xiāng)村人居林的這種以原生性人居林為主的自然性保護(hù)手段是值得倡導(dǎo)的。相反，近30%的人居林，由于認(rèn)知管理方法和利用形態(tài)的變化，組成樹冠層的樹木種類發(fā)生了很大變化，需要制定相應(yīng)的生態(tài)應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略。對(duì)人居林生態(tài)系統(tǒng)面積縮小因素進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，由于與傳統(tǒng)人居林相關(guān)歷史文化的消失和認(rèn)知不足、以利用為中心的人居林開發(fā)壓力等，導(dǎo)致人居林的面積在不斷縮小。因此，需要對(duì)人居林開發(fā)利用的自主范圍進(jìn)行設(shè)定。同時(shí)需要對(duì)當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行宣傳教育，在多方努力下，共同完成保護(hù)工作。

通過建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)長(zhǎng)期威脅人居林生存的各類因素賦予權(quán)重值，確定了威脅南部山區(qū)人居林生態(tài)系統(tǒng)的影響因素通過評(píng)價(jià)結(jié)果分析可對(duì)脆弱性強(qiáng)的地區(qū)提供緊急管理方案。生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法到目前為止沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，本研究對(duì)人居林生態(tài)脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，雖然不具有空間上的可比性，但可為生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境建設(shè)提供一定參考依據(jù)，同時(shí)也為建立和使用國家水平的人居林保護(hù)評(píng)價(jià)體系起到一定借鑒和推動(dòng)作用。