基于AHP法的乔木林景观美学质量评价

2024-06-23李国林马瑞鹏王羽鹏张爱萍郝昕

安徽农业科学 2024年11期

李国林马瑞鹏王羽鹏张爱萍郝昕

摘要［目的］阐释乔木林景观美学质量的主要影响因子，反映兴隆山保护区乔木林景观质量的高低。［方法］在甘肃兴隆山保护区油松纯林、青杄纯林、山杨-白桦混交林等6种乔木林景观林内设置18个典型样地。在对样地全面踏查的基础上，采用AHP法构建乔木林景观质量价值评价指标体系，对乔木林景观进行美学质量评价，按权重计算各乔木林景观的综合得分，根据综合得分情况，划分乔木林景观等级，分析景观因子对美学质量的影响。［结果］甘肃兴隆山保护区辽东栎－白桦混交林、山杨－白桦混交林和云杉－山杨混交林景观美学质量属于等级1，景观美学质量均处于较高水平；青杄纯林和落叶松纯林景观美学质量属于等级2，景观美学质量处于一般水平；油松纯林景观美学质量属于等级3，景观美学质量处于较低水平。运用景观学、生态学、森林培育学和园林学等相关知识，通过抚育间伐、修剪、移植和补植彩叶阔叶树种和其他植物等措施，调整林分空间，能有效地提高乔木林景观质量，形成良好的景观分布格局。［结论］乔木林景观美学质量的提升对于甘肃兴隆山保护区发展森林旅游业和资源环境的保护事业具有重要的现实意义。

关键词层次分析法；乔木林景观；美学质量评价；甘肃兴隆山保护区

中图分类号 X173 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）11-0111-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.024

Evaluation of Aesthetic Quality of Arbor Forest Landscape Based on AHP Method—Taking Xinglongshan Nature Reserve in Gansu Province as an Example

LI Guo-lin1， MA Rui-peng1， WANG Yu-peng2 et al

（1.Gansu Xinglongshan National Nature Reserve Management Center，Lanzhou，Gansu 730117;2.Marco River Forestry Bureau of Qinghai Province， Guoluo， Qinghai 814300）

Abstract ［Objective］To elucidate the main influencing factors of the aesthetic quality of tree forest landscape and reflect the level of tree forest landscape quality in Xinglongshan Nature Reserve. ［Method］18 typical plots were set up in 6 types of tree forest landscape forests in Xinglongshan Nature Reserve，Gansu，including pure Pinus tabulaeform is forest，pure Pinus picea forest，and mixed poplar birch forest. On the basis of a comprehensive inspection of the sample plot，the AHP method is used to construct an evaluation index system for the quality and value of the arbor forest landscape. The aesthetic quality of the arbor forest landscape is evaluated，and the comprehensive scores of each landscape type are calculated based on a certain weight. Based on the comprehensive scores，the landscape grade is divided，and the impact of landscape factors on aesthetic quality is analyzed. ［Result］The results show that the landscape aesthetic quality of Liaodong oak birch mixed forest，poplar birch mixed forest，and spruce poplar mixed forest in Xinglongshan Nature Reserve，Gansu belongs to level 1，and the landscape aesthetic quality is at a high level;the aesthetic quality of the landscape in the pure forests of Qingqian and Larch belongs to level 2，and the aesthetic quality of the landscape is at an average level;the aesthetic quality of the pure forest landscape of Pinus tabulaeformis belongs to level 3，and the aesthetic quality of the landscape is at a relatively low level. By utilizing relevant knowledge in landscape，ecology，forest cultivation，and horticulture，and taking measures such as thinning，pruning，transplanting，and replanting colorful broad-leaved tree species and other plants，adjusting forest space can effectively improve the landscape quality of tree forests and form a good landscape distribution pattern. ［Conclusion］The improvement of the aesthetic quality of tree forest landscape has important practical significance for the development of forest tourism and the protection of resources and environment in Xinglongshan Nature Reserve，Gansu Province.

Key words Analytic hierarchy process;Tree forest landscape;Aesthetic quality evaluation;Gansu Xinglongshan National Nature Reserve

基金项目甘肃省林业和草原局2021年自列省级林业和草原科技项目（2021kj068）。

作者简介李国林（1973—），男，甘肃榆中人，高级工程师，从事自然保护区管理研究。*通信作者，高级工程师，从事森林保护研究。

收稿日期 2023-07-17；修回日期 2023-08-04

森林景观是指人们在某一时空点上视野所及的以森林植被为主体的一种自然景色。它以乔木为主体，包括野生动物、草本植物和灌木等生物种类相互关联、相互依存而形成的森林景色，按构成要素，森林景观具有屏障、构造、衬托、协调等美学功能，其美学特性主要体现在体态、色彩、声响、气味和形状等方面［1］。国内学者在借鉴国外森林景观质量评价方法的基础上，对森林景观质量的评价做了相应的研究，取得了丰硕的成果［2-5］；也有研究人员根据景观评价结果，建立了构景因素与美学质量之间的关系模型，提出了景观美学调控对策、森林抚育技术及相应的经营策略［6-7］。

由于森林景观质量评价依赖于其自然特性和评价者的主观感受，评价较为困难。随着统计学和计算机技术的发展，森林景观评价经历了由定性向定量转变的过程。在森林景观质量评价过程中，AHP法能克服定性评判或仅根据几项数量指标进行评价的缺点，能够综合考虑各种因素，使定量与定性评价转化较为容易。通过定量评判，可以得到森林景观质量影响因素的定量描述，并将这些定量描述根据评判指标等级准确地进行定性描述，从而使定性描述有了数量上的依据，评价结果摒弃了决策的主观片面性，相对客观公正［8-9］。

笔者以甘肃兴隆山保护区乔木林景观美学质量评价方法为立足点，采用AHP法，筛选出五大类23个因子组成的乔木林景观质量价值评价指标体系，按权重分别计算各乔木林景观的综合得分，根据综合得分情况，划分乔木林景观等级，从而反映不同乔木林景观质量的高低，以期为甘肃兴隆山保护区森林景观改造及森林资源保护事业的可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘肃兴隆山国家级自然保护区位于甘肃省榆中县境内，地理坐标103°50～104°10′E，35°38′～35°58′N，由兴隆山与马啣山2组平行山系组成，属祁连山的东延余脉，总面积2.96万hm2。全区森林覆盖率为76.62%，活立木总蓄积量70.76万ｍ3［10］。主要保护对象为森林生态系统及其生物多样性、珍贵稀有动植物及其栖息地、水源涵养林和植被垂直带的典型自然景观。兴隆山保护区为温带半湿润大陆性气候，春季多风少雨，夏季降水较多，年均气温4.1 ℃，年降水量621.6 mm，年蒸发量918.6 mm，年均相对湿度68%。区内植被类型复杂多样，有寒温性针叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶灌丛等6个植被型，冷杉林、云杉林、杜鹃灌丛等20个群系组，巴山冷杉林、青杄林、烈香杜鹃灌丛等30个群系［11］。植被垂直分布界线明显，种类相当丰富，森林生态系统稳定，动植物资源、矿产资源和水资源十分丰富，是黄土高原上有典型意义的自然综合体，被称为“陇右黄土高原生物多样性中心”［12-14］。

1.2 样地设置与数据采集

笔者在对甘肃兴隆山国家级自然保护区乔木林景观踏查的基础上，选取代表性较强的油松纯林、落叶松纯林、青杄纯林、山杨－白桦混交林、辽东栎－白桦混交林和云杉－山杨混交林6种乔木林景观，每种乔木林景观设置3个样地（0.067 hm2），共设置18个典型样地。选取乔木林景观美学质量的主要影响因子，在设置的18个典型样地展开调查，记录样地中的植物组成、数量、灌木盖度、草本盖度、生活型枯倒树木郁闭度等因子，并拍摄典型照片，之后按照各指标类目赋值表对样地进行打分。根据构建的乔木林景观质量评价指标体系，按权重分别计算各乔木林景观的综合得分，根据综合得分情况，划分乔木林景观等级，从而反映兴隆山保护区的乔木林景观质量的高低。

1.3 AHP法

层次分析法（AHP），是指将与决策有关的元素分解成方案、准则、目标等层次，在此基础上进行定量和定性分析的决策方法［15］。其主要步骤为：首先建立递阶层次结构模型，然后构建判断矩阵，接下来进行层次单排序及一致性检验，最后进行层次总排序及一致性检验。

一致性指标（CI）计算公式：CI=（λmax-n）/（n-1），其中n为判断矩阵中的阶数；计算判断矩阵一致性指标CR=CI/RI，RI为平均随机一致性指标，当CR<0.1时，排序结果具有满意的一致性；当CR≥0.1时，排序结果得不到满

意的一致性，必须重新调整判断矩阵各元素的值重新计算。1～15阶数对应的判断矩阵的RI值分别为0、0、0.58、0.96、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49、1.52、1.54、1.56、1.58、1.59。

1.4 层次结构模型的构建

评价指标的选取参考黄广远［8］提出的指标体系，选出的指标从群落水平结构、垂直结构、植物组成、整体状况以及林下状况5个方面构成乔木林景观评价的准则层，每个准则层下又分为不同指标，共23项指标，建立综合评价指标体系，最高层是综合评价的决策目标层，其次是准则层和指标层。具体指标体系层次结构见图1。

1.5 判断矩阵的构造

首先根据层次分析法的步骤，征询了甘肃农业大学的4位教师和学生（其中2位博士、2位硕士）和甘肃兴隆山保护区管护中心的13位专业技术人员（1名正高级工程师，8名高级工程师，4名工程师）组成的专家进行打分构建判断矩阵。各个判断矩阵的值为评判者的加权平均值。根据构造判断矩阵的步骤，确定各指标权重（表1）。

1.6 层次排序及一致性检验

分别计算6个判断矩阵的特征值和特征根向量，并进行一致性检验，各个判断矩阵的CR均小于0.1（表2～7），结果表明所有判断矩阵均通过一致性检验。计算的层次总排序满足层次分析方法的要求，所构建的指标体系可以用于乔木林景观美学质量评价。

权重值的大小反映了各乔木林景观评价因子的重要性，从权重的结果看，乔灌木冠幅指数比、空间联系性、植物搭配性、冠层清晰度、植物丰富度、郁闭度和季相色相等指标因子的重要性较大，表明乔木林景观美学质量的优劣与这些因素密切相关。植物搭配性和乔灌木冠幅指数比很大程度上决定了乔木林生态功能的稳定性，从而影响其美学效果。在乔木林景观美学评价准则层，植物组成的权重值最大，其次是整体状况、水平结构和垂直结构，林下状况权重最低。这说明乔木林景观首先是由群落的植物组成特征决定的，植物组成的状况和形成植物群落的整体状况决定了乔木林景观的结构和整体外貌，水平结构和垂直结构是乔木林景观稳定发展的重要因素，林下状况对乔木林景观的影响较小。

从准则层综合权重的结果看，植物搭配性决定了植物景观美的表现程度，植物丰富度是乔木林景观发挥美学功能的重要前提。空间联系性和季相色相是影响乔木林景观美学重要的因素。乔木林景观在一定区域内，首先要自身联系紧密，其次与周围环境要紧密协调、相互适应，不能与周围环境有冲突，否则会显得突兀而失去美感。不同季节落叶林的景观美学质量差距较大，而常绿针叶林由于季节的变化，影响其与周边环境的协调性，从而影响其美学评价。

1.7 乔木林景观美学质量量化

为了得到各乔木林景观美学质量评价的综合评价值，根据模糊综合评价法的方法和步骤，对指标层的优劣程度进行赋值，选择一级指标层作为评分对象，以100分为各指标类目的理想值，根据各类目变化情况，以30分为梯度在理想值的基础上递减。对于定量因子，以各指标实际测定的值所对应的类目的对应赋分值作为该指标的个值；对于半定量因子和一些定性因子（如枯枝明显度、树干显示度、物搭配性、冠形清晰度、观赏特性多样性、灌草统一度、枯树倒木、枯枝落叶等），以样地调查过程中的现场记录为准，判断指标所属类目，进而以所对应的赋分值作为该指标的得分，各指标因子的类目划分及赋值见表8。

根据AHP法计算出各指标的相应权重，逐层进行合成计算，最后计算出各样地综合评价值，最后平均每种乔木林类型的3个样地得分，得出不同乔木林景观美学质量评价分值，根据评价结果将兴隆山保护区乔木林景观美学质量等级划分为等级1、等级2和等级3，从而反映不同乔木林景观质量的高低。样地综合评价值计算公式为

CEI=∑23i=1Wj×Fj

式中：Wj为评价指标的综合权重值；Fi为评价指标等级得分值。

2 AHP综合评价结果

以综合评价指数的公式可以得出18个乔木林样地景观美学质量评价结果（表9）。

不同类型乔木林景观美学质量评价大小表现为辽东

栎-白桦混交林>山杨-白桦混交林>云杉-山杨混交林>青杄纯林>落叶松纯林>油松纯林，其中，辽东栎-白桦混交林、山杨-白桦混交林和云杉-山杨混交林景观美学质量属于等级1，乔木植物搭配合理，整体长势较为良好，群落分布层次丰富且清晰，有着较为丰富多样的物种及较为稳定的种群共生性关系，植物群落生长健康，发展状况稳定，抗外界干扰能力强。植物群落整体色彩搭配丰富，属于混合型质感，全年群落季相，色相变化较为丰富，季相明显，景观美学质量均处于较高水平。青杄纯林和落叶松纯林景观美学质量属于等级2，乔木林植物种群共生性和物种多样性一般，植物群落结构有层次变化但不突出，整体形态质感、色彩丰富度较为单一，全年季相、色相变化一般，观赏多样性单一，群落生活型不够完整，景观美学质量处于一般水平。油松纯林景观美学质量属于等级3，植物群落分布层次单一，物种多样性水平较低，植物生长状况不稳定，植物群落层次结构不明显，抗外界干扰能力较弱，形态、色彩与质感单一，全年季相、色相几乎无变化，景观美学质量处于较低水平。

3 结论与讨论

阔叶混交林是甘肃兴隆山保护区的主要乔木林类型，一般为复合结构，组成植物类型多，搭配合理，景观质量好；油松、青杄等针叶纯林，一般树种比较单一、色彩单一、季相变化不明显，一些人工林针叶纯林林木初植密度较高，枯枝较多，出现了通风透光性差、林木分化严重、生长势弱等现象，严重影响了植被的景观质量和游憩功能的发挥。运用景观学、生态学、森林培育学和园林学等相关知识，通过抚育间伐、修剪、移植和补植彩叶阔叶树种和其他植物等措施，调整林分空间，能有效地提高乔木林景观质量，形成良好的景观分布格局。提升针叶纯林景观质量是甘肃兴隆山保护区今后生态建设的重点。乔木林景观美学质量的提升对于甘肃兴隆山保护区发展森林旅游业和资源环境的保护事业具有重要的现实意义。

油松纯林、落叶松纯林和青杄纯林景观，植物群落结构过于单一，易造成人们在视觉和感觉上的疲累，阔叶混交林和针阔混交林等景观是观赏价值较高的林相结构，不同类型，不同色彩的林相不规则地交替出现能增加对比性，易使人们产生步移景换、景色各异的感觉，有着强烈的视觉效果，更能激发人们的美感体验，同时丰富的植物类型和结构也可增加森林景观的稳定性。景观改造过程中，应注重合理配置落叶树种与常绿树种、纯林与混交林的比例，常绿树四季常青，落叶树随季相更迭，纯林规则整齐，混交林自然活泼。各类林分巧妙组合，形成浓淡搭配、刚柔相济、高低错落、色彩和谐的森林景观，从而提高森林景观的观赏效果。

乔木林景观建设是一个长期、系统性较强的过程，不同景观要素之间相互影响、相互作用，共同造就景观的分布格局和展现类型。乔木林景观的完善和建设首先要保护好现有资源，充分尊重自然规律，循序渐进，不能一蹴而就。生态质量和景观质量是相辅相成的，完善的生态系统，是保证物种、信息和能量畅通循环的基础。生物因子和非生物因子形成有效的整体，物种多样，结构合理的生态系统其景观质量往往也是最好的。因此，营造稳定的乔灌草林分结构，增大林分垂直结构的配置，控制林分郁闭度在0.6～0.8，保证林分的通透性，提高林下草本层的盖度，合理配置不同冠型不同树体大小的植物，完善乔木林植物群落结构是提升乔木林景观美学质量的关键。

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