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森林系统及其评价指标系统是一个复杂的软系统,森林利用的目的是保障森林综合效益的永续和扩大,要使环境资源得到持续稳定发展,不仅要求林业产业自身持续稳定发展,而且还要为整个人类社会和经济的持续发展创造条件,因此选择评价指标和评价标准时,既要能体现森林本身的发生、发展规律,还要体现其对生态、经济、社会环境的保护、增益和调节功能,同时为政府确定整个林业产业在国民经济中的作用和地位,制定林业发展规划与宏观决策等提供科学依据和准确数据信息,因此评价指标必须有典型性、代表性和系统性。
2.1评价指标筛选原则
(1)系统性 评价指标和标准不仅要反映森林的发生发展规律,而且还要反映对区域功能的促进,即森林系统与环境、社会经济系统的整体性和协调性。
(2)独立性 各评价指标和相应标准应相互独立。
(3)可比性 指评价指标和标准应有明确的内涵和可度量性。
(4)真实性 指评价指标能反映事物的本质物征。
(5)实用性 指评价指标应操作简便,评价方法易于掌握。
2.2评价指标的筛选方法[7、8]
针对森林效益评价指标系统属于复杂软系统范畴,课题组认真分析了软系统方法(SSM)、综合集成法(SIM)、定性中的广义归纳法和系统工程(SE)的知识,结合森林效益评价指标体系研究发现:
①SSM法是一个已感知的期待改善问题的开始,未包括问题的发现与形成这一前期阶段。
且SSM目标在于探索与改进问题,其变革现实部分比较笼统。
②SIM法也如此,但它难于掌握解决问题的“度”,其研究结论通常缺乏量的规定与可操作性;
但它能得到有针对性的对策或行动方案,使SSM中失于笼统的变革部分具体而可操作,对剩下的难于结构化的问题也可用SSM法改进。
③SE工程偏于硬系统,解决良性结构问题。
因此,只有把SSM、SIM、SE和定性研究4种方法有机结合起来,逻辑上才完善,也才能覆盖各种系统。
其次,这些方法本身的特点是互补的,因定性研究长于发现问题,提出问题和开发概念,SSM法有可能使整个问题或其部分结构化后成为目标明确的良结构系统,从而用SE求得问题的解决;
再由定性研究→SSM→SIM→SE,定量研究色彩越来越浓,对专家经验体系的利用越来越弱,因此,本研究把SSM、SIM、定性研究和SE4种方法有机融合起来,形成软系统归纳集成法(SSMII),作为评价指标体系建立的方法和软件支撑。
SSMII的逻辑程序由4个相互关联部分组成。
(1)任务目标分析阶段。
接受了解决目标不明确,结构模糊的复杂软系统问题后,要通过对系统的环境、功能、组成要素、结构与运行、输入与输出、历史与现状等进行调研与分析,来构想问题情境,挑选专家与样本(或典型)。
基本上采用广义归纳方法,以专家会议或咨询形式,形成对研究问题明白的、公认的表述形式系统(以后可以再修正)。
通过结构化分析分别转入第二或第四步。
(2)用SSM处理不良结构问题使其科学化阶段。
在问题系统更新以后,或者再用SSM改进问题提法,或者再作结构化分析并分别转入第三或第四步。
(3)用SIM处理半结构化问题,尽管对这种问题的全部我们不一定能把握,但总可以找到供我们行动决策的(当时当地)相对满意方案。
(4)用SE处理良结构问题,一般可求得这部分问题的最优解。
要说明的是第二、三、四步都需要对解决问题的认识与行动方案,要通过数据模拟结果的效益评价与风险(或可靠性)分析,并通过专家组的审议,满意后才能付诸行动,否则要返回重新用SSM定义问题或者再进行更基础的抽象归纳,以修正原问题系统。
2.3评价指标的筛选与权重确定方法
评价指标筛选是根据K.J法、Delphi法、会内会外法。
用专家咨询表的定量信息和定性信息进行统计分析,如果有1/3以上的专家认为某项指标一般或不重要,该指标即被淘汰,此外,对于权重很小的指标,并入相近指标中。
经过4轮专家咨询,直到70%以上的专家认同,才列入指标体系,形成评价指标。
评价指标权重确定方法主要有Delphi法、AHP法、AHP-Delphi法、把握度—梯度法和最大熵—最大方差法。
首先请专家填写3种咨询表格。
第一种咨询表请专家对每一待定指标按很重要、重要、一般、不重要4个等级填写;
第二种表请专家直接综合该指标的权重(对紧上指标);
第三种由专家按递阶层次结构对每一个上级指标,按其所辖的下级指标两两比较其重要程度,用5等9级法得出判断矩阵。
课题组尽量利用已积累的各评价单元的各选定指标的观测数据,得出单元评价数据矩阵Xn×
m。
同时课题组的专家们对各评价单元给出模糊评价判断矩阵R。
在设计生态林业工程效益评价指标体系咨询表时,实际上是要求专家们按四大防护林分别填写咨询表与分类整理单元评价数据矩阵X。
对第一种与第二种咨询表以Delphi法处理(进行3轮),必要时也可按会内会外法加快处理。
前者用以确定一条指标是否被淘汰。
后者可得出要保留的第j指标的权重为DWj,DWj可能与地区分类有关。
对第二种咨询表以3种群组AHP法处理,即①对数最小二乘意义下的群组AHP法;
②AHP-Delphi组合法;
③把握度、梯度特征向量法。
此3种方法求得的指标权重,往往仍有差异,故需由课题组使用会内会外法将三者综合为指标的AHP权。
对专家们给出的评价单元意见表,处理后得出单元模糊评价矩阵Ri。
使用Fuzzy单纯形调优远算以求各指标的模糊权重FWj,(j=1,2,...,m)。
对观测统计得出的n个单元,m个指标数据矩阵X,我们仍首先使用主成分法来求出第一成分各分量,即从X(或经过规范化)求得其相关系统矩阵R,再求出其特征值与相应特征向量(应归一化)。
这第一主成分的分量表示为PWj,(j=1,2,...,m)。
使用主成分法虽有上段指出的问题,但由它求得的各主成分,实际提供了森林评价体系中B级与A级指标(已有综合性)的设置是否与观测数据相协调的信息。
如果专家们(通过会内会外法)认为两者是协调的,还应把各主成分向量适当加权综合为PWj(主成分权向量)。
如果专家们认为两者很不协调,而原设定的递阶层次结构指标(主要是B层)也合理,我们则使用上段的最大熵—最大方差法来求出各指标权重,记为HPWj,(j=1,2,...,m)。
上述四类权重估计,Delphi权与AHP权主要基于专家群体的经验,主成分权取决于观测数据的科学性,Fuzzy权则与专家及观测值均有关,课题组在仔细分析4种权之间的异同(采用K.J法开会讨论)后,认定了其间差异可以接受,并规定第j(基原)指标权重Wj=0.5DWj+0.25AWj+0.25PWj(或HPWj)。
当然加权系数0.5、0.25、0.25也可由会内会外法作其它选择。
上述方法确定各指标权重后,采用由下层逐级向上合成的权重的办法,求出各级指标权重。
3评价指标体系的建立
通过搜集国内外防护林效益研究方面的文献225篇,课题组认真分析蒙特利尔行动纲要、尔辛基行动、亚马逊行动、国际热带木材组织等的标准和指标,国内“长江中上游防护林体系生态经济效益评价技术研究”、“黄土高原水土保持林体系综合效益研究”等文献,结合四大防护林体系的环境背景特征,及我国防护林建设的目的和区域社会经济状况,尽可能多地搜集评价指标,采取宁多勿缺的原则,搜集了C级评价指标208个,并按生态、经济、社会三大效益作为标准,把C级指标进行归并,形成第一轮评价指标。
据此,邀请四川方面的专家学者18人,召开咨询会。
会议开始时,由课题组介绍指标体系的框架和各级指标,以及指标的内涵和量测方法,要求与会专家根据自己的知识和经验对评价指标体系框架,各级指标的重要性进行描述,并对第一轮评价指标进行归并和补充,专家发言时,不准打断其发言,别的专家可以借鉴他的意见。
通过会内法,专家建议将森林分布指标(B1)、林种配置指标(B2)和森林生物多样性指标(B5)纳入森林生态系统稳定性维持指标,B7、B8中的C级指标比较完善,结构合理,保留;
B10指标,由于不易测量,建议只保留一个水质指标,因为各个一级站均有观测。
会外请专家填咨询表,对指标框架和各级指标的构成进行表态,按“赞成、基本合理、需修改、不恰当”四项,同时对指标的重要性进行表态,按“很重要(4)、重要(3)、一般
(2)、次要
(1)和无法表态(0)”填写咨询表格。
课题组通过会内专家对指标的评判和专家咨询表统计分析,若专家赞成某项指标的人数大于60%时,该指标作为保留指标;
对于补充指标,在会上提出,请专家表态,若60%以上的人赞成增补的,作为保留指标,由此把课题组整理提出的指标进行调整和归并,即A级3个保持不变,B级16个压缩为15个,C级指标内208个压缩为112个,并构成第二轮评价指标体系。
对第二轮评价指标,仍邀请四川方面的专家18人,运用头脑风暴法和会内会外法对指标框架和各级指标进行归并、补充和重要性表态,经统计、分析、整理,凡评价指标有70%以上的专家赞成的,均作为保留指标,同时课题组成员又根据专家的定性和定量信息对指标的重要性和权重进行分析得出:
A级3个保持不变,B级15个压缩为13个,C级指标内112个压缩为81个。
由此构成第三轮评价指标体系(图1)。
图1第三轮评价指标体系框架
Fig.1 Theframeworkforthethirdroundreservationandevaluationindexsystem
以第三轮评价指标为基础,根据我国四大生态林业工程建设状况,各区的生态、经济特点,按照SSMII法的要求,在我国三北、太行、沿海、长江四大片,各邀请11~12名专家和高层管理人员,请他们对全国和各区的指标进行重要性表态和指标两两比较。
发出42份咨询表,回收38份,回收率达90.48%,如此高的回收率反映了中国林学界和生态学界、专家与高层领导对森林效益评价问题的关注。
38名专家中,教授、研究员28人,占74%。
他们分布于中国科学院的4个研究所、林业部、中国林科院、东北林大、北京林大、南京林大、广西大学和8个省级林科院(所)的21个单位,基本上荟萃了国内森林生态学的知名专家、学者,故咨询结论有很强的权威性和代表性。
咨询专家们对评价体系中所列出的A级3项、B级13项、C级81项共97项指标应否被淘汰、直接相对权重与saatty两两比较间接求权重法作出了认真的回答,专家咨询结果呈高度显著相关。
共收回46300条数字信息和大量的定性信息,运用SSMII形成的软件包统计处理后表明:
专家们的定性回答与定量回答呈正相关(r=0.80),直接法估计的权重与用层次分析法(AHP)间接估计权重也是高度显著正相关(r=0.825),表明专家的咨询结果具有很好的内部一致性。
3.1指标重要性咨询表的处理
对于指标的重要性表态,分别按全国和各区域进行,主要确定指标是否被保留,尤其是B级指标和C级指标。
如B1指标(森林生态系统稳定性维持指标)下辖7个C级指标,仅对全国而言:
C5指标,认为“不重要”的专家占6%,认为“次要”的专家占48%,两者之和为54%;
对于C7指标,认为“不重要”的专家占16%,认为“次要”的专家占41%,两者之和为57%,因此C5、C7作为被删去指标。
其余指标的处理仿此进行,对于各区域指标的处理也如此。
对于通过上述方法确定删除的指标,课题组采用会内会外法再次决定是否保留。
由此:
B级指标保持13个不变,C级指标由81个压缩为51个,由此形成第四轮评价指标体系(图2)。
图2第四轮评价指标体系框架
Fig.2 Theframeworkforthefourthroundreservationandevaluationindexsysytem
3.2指标权重的计算
3.2.1应用专家重要性表态计算权重
以专家对紧上指标重要性的直接表态为依据,计算各指标的相对权重,按全国、长江(三北)、太行、沿海分别进行。
计算中得出各级指标的平均值(a)、标准差(σ)、变异系数(V)与相对权重(W)。
例如:
对B1(森林稳定性维持指标)指标中的C1(森林覆被率)指标,专家群估计权重为25.9+7.2,变异系数为V=0.278。
又由于B1中共有C1、C2、…C7等7个指标,把这7个指标重要性均值归一化处理后,得出C1的权重为0.2575(对B1而言);
又由于专家重要性表态中C5、C7指标应删去,故C5、C7的权重应分摊到B1的C1、C2、C3、C4、C65个指标中去,所以在第四轮咨询表中,C1的权重是:
C1=0.2575/(0.2575+0.1412+0.1133+0.126+0.1634)=0.2578/0.8014=0.3213。
3.2.2应用层次分析法计算权重
每个专家(设为S),对每一紧上指标(例如B1)所辖各指标(如C1,C2,...C7),依据全国、三北、太行或长江、沿海四大区,分别输入计算机中,在各区代码为0、1、2、3、4的相应背景下,两两比较其重要性,并进行标度。
要求专家对全国和自己所熟悉的区域表态。
对于每一个区域,咨询表的数量是不多的,对全国收回的专家咨询意见有23份。
计算机自动把S专家对紧上指标所填的意见整理为判断矩阵,计有17个,对于5个区域,每个专家最多只填85个,实际上专家最多填34个。
计算机对每区域每个紧上指标,自动按对数量小二乘法、AHP法、AHP-Delphi法、把握度GEP法算出所辖各指标的相对权重,并进行相容性检验后,对这三组权重分别按1/4、1/2、1/4加权,合成各层次分析法权重WA。
对于B1指标下辖的C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的权重分别为0.2575、0.1412、0.1133、0.126、0.111、0.1634、0.0876。
由专家重要性表态知C5、C7应删去,由层次分析法计算出B1下各个C级指标中C5、C7的权重最小,而后课题组采用会内会外法确定C5、C7指标是否被淘汰。
其余指标按此进行。
对第三轮评价指标体系,通过上述处理后,得到如下结论:
(1)80%左右的专家肯定了效益评价体系的A、B级框架。
但是对生态效益(A1)所辖的8个二级指标中5个指标的权重,即生物生产力(B2)、改善小气候(B3)、水源涵养(B4)、水土保持(B5)、土壤改良(B6)等的变异系数均在0.6以上,反映专家之间对B2、B3、B4、B5、B6的权重赋值分歧较大,其余7个二级指标,变异系数均在0.4以下。
(2)专家们对81个三级(C级)指标,针对不同类型区防护林体系分别淘汰了26~35个。
淘汰的原则是:
①认为该指标不重要与一般的专家人数占1/3以上;
②)Delphi法与AHP法计算出的权值比该指标的平均分额的32%还低;
③)依权重排序的名次靠后。
最后确定四大生态林业建设区被淘汰的指标有20个。
(3)运用群组决策AHP、AHP-Delphi法和GEM法确定了各级指标的权重。
全国和各区A、B级指标的权重如表1。
表1第三轮保留评价指标的重要性与相对权重
Table1Theimportanceandrelativeweightsofthethirdroundreservationandevaluationindexsysytem
全国
三北
太行
沿海
长江
权
重
重要程度(%)
不
要
一
般
较
很
A1
0.51
15
85
0.48
6
91
3
19
75
9
72
0.50
A2
0.26
1
12
48
39
0.34
13
44
0.28
55
45
0.27
10
26
23
42
A3
0.23
18
36
25
31
0.21
29
0.22
16
32
0.24
B1
0.15
82
0.17
0.16
74
71
84
B2
0.13
50
38
0.11
22
28
0.12
52
B3
24
21
30
58
0.14
34
B4
47
53
33
63
B5
61
64
68
B6
0.10
27
B7
B8
35
56
0.09
7
57
B9
0.38
0.35
40
0.37
17
43
B10
0.33
49
0.30
41
0.32
B11
37
4
B12
0.66
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