陳道軍，瞿王龍，李育才，吳小舟，茍樹屏

(甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州 730020)

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甘肅省森林生態(tài)安全動態(tài)評價研究

陳道軍**，瞿王龍**，李育才，吳小舟，茍樹屏

(甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州 730020)

為掌握甘肅森林生態(tài)安全狀況，查找影響森林安全的主要原因和突出問題，針對性開展改善森林經(jīng)營措施，提高森林生態(tài)功能，發(fā)揮森林在生態(tài)安全屏障建設(shè)中的主體作用。本文結(jié)合壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型，建立甘肅省森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)指標體系，根據(jù)甘肅省年度森林資源連續(xù)清查及歷年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，采用熵權(quán)法和生態(tài)安全指數(shù)法對甘肅省森林生態(tài)安全狀況進行了動態(tài)定量評價，得出了甘肅2006-2015年森林壓力、森林狀態(tài)、森林響應(yīng)和綜合評估指標趨勢。結(jié)果顯示，甘肅省2006-2015年期間內(nèi)森林資源自身健康水平得到提升，森林生態(tài)系統(tǒng)整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，森林生態(tài)系統(tǒng)安全狀況得到較大改善。并在此基礎(chǔ)上，提出了針對性的對策建議。

生態(tài)安全；PSR模型；熵值法；甘肅省

森林是人類和多種生物賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]，也是自然界最豐富和穩(wěn)定的有機碳貯庫、基因庫、資源庫、蓄水庫和能源庫，對改善生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，保護人類生存發(fā)展的基本環(huán)境起著決定性和不可替代的作用[2]，直接關(guān)系生存安全、淡水安全、國土安全、物種安全、氣候安全和國家外交大局，保護森林意義重大。甘肅是我國生態(tài)最為脆弱的地區(qū)之一[3]，水土流失面積大、侵蝕強度高、分布范圍廣，水土流失面積占土地面積的90.7%；土地荒漠化沙化危害嚴重，全省沙化土地面積占土地面積的28%，加之由于受地理位置和自然條件制約、人口增長和經(jīng)濟規(guī)模擴張以及經(jīng)濟發(fā)展對資源開發(fā)的依賴程度強，破壞及不合理利用森林現(xiàn)象時有發(fā)生，以森林為主的生態(tài)系統(tǒng)壓力持續(xù)增加，嚴重影響到區(qū)域生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展，森林資源已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展進程中的一種稀缺性資源[4]，保護森林資源、提高森林質(zhì)量、保障森林生態(tài)安全在甘肅顯得尤為迫切和現(xiàn)實。國內(nèi)專門針對森林生態(tài)安全的研究文獻[5-7]多出現(xiàn)在21世紀初，關(guān)于森林生態(tài)安全的定義沒有脫離生態(tài)安全的大范疇，基本保持了統(tǒng)一。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處黃河、長江上游，位居西北干旱區(qū)、青藏高寒區(qū)和東部季風(fēng)區(qū)三大自然區(qū)的交匯部，省域介于東經(jīng)92°13′-108°46′和北緯32°11′-42°57′之間，東與陜西毗鄰，南與四川、青海相連，西與新疆相接，北與寧夏、內(nèi)蒙古自治區(qū)交界并與蒙古國接壤，不但是我國唯一擁有三大自然地理區(qū)域的省份，也是我國西部地區(qū)一個生態(tài)功能特殊、生態(tài)環(huán)境脆弱多樣、生態(tài)地位極端重要的生態(tài)樞紐區(qū)域[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 模型選擇與指標確定 國內(nèi)學(xué)者[9]基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng) (pressure state response, PSR)模型，通過選取一系列指標因子對森林生態(tài)安全進行了定量分析評價?？紤]到該模型從人類與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā)，對環(huán)境指標進行組織分類，具有較強的系統(tǒng)性[10]，故采用該模型對甘肅森林生態(tài)安全進行評價。建立完善的指標評價體系是客觀準確評價生態(tài)安全的基礎(chǔ)[11]，在充分借鑒國內(nèi)學(xué)者評價參數(shù)選擇實例的基礎(chǔ)上，研究提出能夠代表甘肅省森林生態(tài)系統(tǒng)安全特征的主要參數(shù)，對相應(yīng)的特征因子進行度量并確定權(quán)重，建立甘肅省森林生態(tài)安全評價指標體系。本文結(jié)合甘肅地理位置、森林資源及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、環(huán)境綜合狀況、社會經(jīng)濟水平及投入落實情況等，分別選取有效體現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)狀況的、相對獨立的指標因子。其中：壓力指標(A1)包括社會經(jīng)濟壓力指標(B1)、資源壓力(B2)和環(huán)境壓力指標(B3)；狀態(tài)指標(A2)包括資源狀態(tài)指標(B4)和生存狀態(tài)指標(B5)；響應(yīng)指標(A3)包括投入狀況指標(B6)、治理情況指標(B7)和政策法律支持指標(B8)。通過利用熵權(quán)法確定指標權(quán)重，運用生態(tài)安全指數(shù)法計算區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)，進而得出全省2006-2015年以來森林生態(tài)安全總體狀況。

1.2.2 指標權(quán)重計算方法 為避免人為因素對權(quán)重的影響，本研究應(yīng)用“熵權(quán)法”確定森林生態(tài)安全評價體系指標的權(quán)重。熵權(quán)法是一種在綜合考慮各因素提供信息量的基礎(chǔ)上計算一個綜合指標的數(shù)學(xué)方法，作為客觀綜合定權(quán)法，其主要根據(jù)各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定權(quán)重[12]。

首先對數(shù)據(jù)作標準化處理。對正向指標(+)通過計算各指標對應(yīng)的所有數(shù)據(jù)中的最大值與原始數(shù)據(jù)的差值和最大值與最小值的差值之比將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準數(shù)據(jù)；負向指標(-)則通過計算各指標對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)與其中最小值的差值和最大值與最小值的差值之比將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準數(shù)據(jù)。其次確定熵值,計算公式：

其中，Hj為第j個指標熵值(j=1,2,3,……,22)，Yij為第i年第j項指標占該項指標總和的比值，n為評價年數(shù)(10年，2006-2015年)，最后計算權(quán)重。計算公式：

其中，Wj為第j個指標權(quán)重(j=1,2,3,……,22)。

1.2.3 森林生態(tài)安全指數(shù)值計算方法 本研究采用生態(tài)安全指數(shù)法對全省森林生態(tài)安全狀況進行評價。計算公式：

Pj=Wj×pj(j=1,2,3,……,22)

式中，Pj為第j個指標的安全指數(shù)，Wj為第j個指標的權(quán)重值，pj為第j個指標的指標值。根據(jù)各指標安全指數(shù)計算區(qū)域安全指數(shù)。計算公式：

式中，Ki為第i年的區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)，Wij為第i年j種指標的權(quán)重值，Pij為第i年第j指標的指數(shù)值。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究涉及的人口密度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均GDP、CO2及SO2排放等原始數(shù)據(jù)來源于2006-2015年的《甘肅省發(fā)展年鑒》[13]，人均水資源、降雨量數(shù)據(jù)來源于2006-2015年的《甘肅省水資源公報》[14]，人類干擾指數(shù)原始數(shù)據(jù)來源于2006-2015年的《甘肅省國土資源公報》[15]、其他指標原始數(shù)據(jù)均來源于2006-2015年的《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》[16]等省級文獻資料和國家、省級行業(yè)查詢數(shù)據(jù)。評價指標基礎(chǔ)值詳見表1。

表1 2006-2015年評價指標基礎(chǔ)值

Table 1 Basic value of evaluation index of 2006-2015

2 結(jié)果與分析

2.1 森林生態(tài)安全指標權(quán)重結(jié)果及特征

采用熵權(quán)法確定的各指標權(quán)重如表2所示。指標權(quán)重越大，表明其對評價結(jié)果的影響越大，反之越小。其中，狀態(tài)指標中，喬木林蓄積、天然林面積及其林齡結(jié)構(gòu)權(quán)重最大，且遠高于其他所有指標的權(quán)重，說明這3個指標是體現(xiàn)森林自身安全程度的決定性因素；在壓力指標中，社會經(jīng)濟指標和資源壓力指標權(quán)重遠大于環(huán)境壓力指標權(quán)重，尤以森林旅游開發(fā)強度指數(shù)影響最大，這與當前全省森林資源利用情況的實際相符；響應(yīng)指標總體權(quán)重在22項指標中占比小且差異化明顯，在一定程度上反映了林業(yè)投入不足、營造林面積不足的問題。

表2 評價指標權(quán)重

Table 2 Evaluation index weight

一級指標APrimaryindexesA二級指標BSecondaryindexesB三級指標CThreeindexesC指標權(quán)重Indexweight指標方向Indexirection壓力指標Pressureindex社會經(jīng)濟壓力Socialandeco-nomicpressure(B1)人口密度Densityofpopulation(C1)0.03992-產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指數(shù)Indexofindustrialstructure(C2)0.05333-人均GDPCapitaGDP(C3)0.04437-人類干擾指數(shù)Humandisturbanceindex(C4)0.04285-資源開發(fā)壓力Resourcede-velopmentpressure(B2)森林采伐強度指數(shù)Indexofintensityharvesting(C5)0.02047-森林旅游開發(fā)強度指數(shù)Indexofforesttourismintensity(C6)0.07780-工程占用林地強度指數(shù)Intensityindexofforestland(C7)0.01626-環(huán)境壓力Environmentalpressure(B3)CO2排放指數(shù)EmissionindexofCO2(C8)0.05351-SO2排放指數(shù)EmissionindexofSO2(C9)0.02053-狀態(tài)指標Stateindex資源狀態(tài)Resourcestatus(B4)森林覆蓋率Forestcoveragerate(C10)0.03039+喬木林單位面積蓄積量Woodstorageperunitlforestland(C11)0.10067+人均水資源量Percapitawateroccupancyvolume(C12)0.03513+天然林比重Proportionofnaturalforest(C13)0.08584+幼、過熟林比重Proportionofyoungandovermatureforest(C14)0.08584-生存狀態(tài)Survivalstates(B5)森林火災(zāi)受災(zāi)率Forestfiredisasterindex(C15)0.02941-林業(yè)有害生物發(fā)生率Forestpestandrodentdisasterindex(C16)0.02367-年降雨量Annualprecipitation(C17)0.02478+沙化荒漠化土地占比Desertificationanddesertificationlandpropor-tionoflandarea(C18)0.04417-指標Responseindex投入狀況Inputcondition(B6)林業(yè)資金投入占GDP比例ForestrycapitalinvestmentaccountedforGDPratio(C19)0.05154+治理情況Governancesituation(B7)營造林面積Afforestationarea(C20)0.05671+自然保護區(qū)占國土面積Naturereservesaccountedforlandarea(C21)0.03149+政策法律支持Policyandlegalsupport(B8)涉林案件處理率Treatmentrateofforestrelatedcases(C22)0.03130+

2.2 區(qū)域森林生態(tài)安全變化趨勢

根據(jù)生態(tài)安全指數(shù)計算模型可知： 生態(tài)安全指數(shù)越小，區(qū)域生態(tài)安全程度就越低，反之，生態(tài)安全程度越高，生態(tài)環(huán)境相對安全。結(jié)合PSR理論，利用熵權(quán)法和生態(tài)安全指數(shù)計算模型，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，得出甘肅省2006-2015年森林生態(tài)安全變化狀況(表3)。從2006-2015年甘肅森林生態(tài)安全變化趨勢看，全省森林生態(tài)安全形勢總體呈現(xiàn)出向好發(fā)展。2015年出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)情況，主要原因在于年降雨量較常年偏少9%，為近6年最少，與此相關(guān)，誘發(fā)當年林業(yè)有害生物災(zāi)害發(fā)病率升高。

2.2.1 森林壓力評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林承載壓力指數(shù)評估值總體呈上升趨勢，說明全省森林承受的外部壓力逐漸增大，這主要是人口密度由2006年的59.82人/km2增加到60.84人/km2及經(jīng)濟的發(fā)展和過度追求利益的行為，誘發(fā)林區(qū)耕地和建設(shè)開發(fā)行為侵蝕林地，造成森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性破壞，影響森林生態(tài)安全。

表3 甘肅省2006-2015年森林生態(tài)安全壓力-狀態(tài)-響應(yīng)及綜合指標評估值

Table 3 Press-State-Response index evaluation value of forest ecological security in Gansu Province during 2006-2015

2.2.2 森林狀態(tài)評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林狀態(tài)指數(shù)評估值也呈上升趨勢，說明全省森林資源自身健康水平得到提升。一方面是森林覆蓋率由2006年的10.47%上升到2015年的11.86%，凈增1.4個百分點，增加森林面積近62.67萬hm2；另一方面與人均水資源量增加有密切關(guān)系，無形中保證了生態(tài)用水需求，提高了林木生長所需的水資源保障。盡管期間森林火災(zāi)和有害生物受災(zāi)率出現(xiàn)波動上浮，但均得到有效防控，未造成嚴重的森林消耗。

2.2.3 森林響應(yīng)評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林狀態(tài)指數(shù)評估值波動不大，說明全省在林業(yè)建設(shè)方面的投入、治理等方面保持穩(wěn)定但增幅不大，這與甘肅經(jīng)濟落后，財力弱有較大關(guān)系。

2.2.4 綜合評估值 綜合甘肅森林生態(tài)安全壓力、狀態(tài)和響應(yīng)指標評估值可反映全省森林生態(tài)系統(tǒng)整體安全狀況的綜合評估值(表3)。由表3可知，甘肅省森林生態(tài)系統(tǒng)整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，由2006年的0.1854上升到2015年的0.710。僅在2008-2009年、2011-2012年保持基本平穩(wěn)后又繼續(xù)上升，2015年受降雨量驟降影響導(dǎo)致下滑。說明研究期內(nèi)甘肅整體的森林生態(tài)安全狀況得到較大改善。主要原因是甘肅近年來大力實施天然林保護、退耕還林、三北防護林體系等林業(yè)重點工程和國家生態(tài)安全屏障綜合試驗區(qū)建設(shè)，嚴格資源保護和森林經(jīng)營培育，一定程度上提高了森林的總體質(zhì)量和健康狀況。但也不應(yīng)忽視人類干擾的影響。

3 結(jié)論

本研究根據(jù)PSR模型的區(qū)域生態(tài)安全評價模型，結(jié)合研究區(qū)多年數(shù)據(jù)資料，運用熵權(quán)法和安全指數(shù)法對甘肅森林生態(tài)安全狀況進行評價，分析了2006-2015年間甘肅森林生態(tài)安全變化趨勢和安全狀況，結(jié)果顯示,研究期內(nèi)甘肅省森林生態(tài)系統(tǒng)整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，表明其森林生態(tài)系統(tǒng)安全狀況得到較大改善；森林生態(tài)系統(tǒng)整體安全狀況的綜合指標評估值與森林生態(tài)狀態(tài)指標評估值的變動趨勢基本重合，說明甘肅森林生態(tài)系統(tǒng)安全狀況主要受到森林自身狀態(tài)的影響；同時，資源狀態(tài)指標和生存狀態(tài)指標在森林安全狀態(tài)綜合指標中權(quán)重最高，說明森林資源數(shù)量和質(zhì)量是影響森林生態(tài)系統(tǒng)自身安全狀況的主要因素。從甘肅實際看，影響森林健康的原因是多方面的，最主要的是嚴酷自然條件(干旱少雨、生態(tài)用水不足)及人類為擺脫貧困轉(zhuǎn)而謀求對森林資源的無序過度開發(fā)，一旦遭受自然條件惡化和人類行為擾動加劇，極易造成敏感且脆弱的森林資源健康狀況發(fā)生逆轉(zhuǎn)。盡管2006-2015年甘肅省森林生態(tài)安全狀況呈現(xiàn)總體向好趨勢，但生態(tài)環(huán)境整體脆弱的現(xiàn)狀和森林面臨的各種威脅仍然不容忽視。為切實改善甘肅森林生態(tài)安全狀態(tài)，首先應(yīng)在保證生態(tài)用水需求的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強森林資源管護，尤其是天然林的保護，認真執(zhí)行甘肅省林地保護利用規(guī)劃，并采取措施加強退化森林生態(tài)系統(tǒng)綜合治理；其次，要在服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟社會經(jīng)濟發(fā)展需求的同時，加強林地和森林保護工作，嚴格落實生態(tài)紅線管理機制，減小人類施加于森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力，引導(dǎo)建設(shè)項目不占或少占喬木林、特殊灌木林或公益林地，并加大森林可持續(xù)經(jīng)營培育，提高混交林比重，切實增強森林生態(tài)系統(tǒng)自身的承載力。

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Study on forest ecological dynamic security in Gansu Province

CHEN Dao-Jun**， QU Wang-Long**， LI Yu-Cai， WU Xiao-Zhou， GOU Shu-Ping

GansuProvinceEco-environmentMonitorandSupervisionBureau,Lanzhou730020,China

The aims of this study were to analyze forest ecology security in Gansu Province, and to identify the main factors that positively and negatively affect the security of forest ecology. The ultimate aim is to improve forest management and the ecological function of forests in this region. Based on the Pressure-State-Response (PSR) model, we established an index system for the ecology of forests in Gansu Province. The security of forest ecology was determined by dynamic and quantitative evaluations using the entropy weight method and the ecological security index method, using data from the annual forest resource continuous inventory and the Statistical Yearbook for Gansu Province. The results showed that forest health has improved in Gansu Province during the period of 2006 to 2015. Also, a comprehensive evaluation of the overall ecological security of forest ecosystems showed an increasing trend from year to year, and the security of the forest ecological system has improved greatly. We discuss countermeasures and forest management strategies based on these results.

ecological security; Pressure-State-Response model; entropy method; Gansu Province

10.11686/cyxb2016287

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-07-18；改回日期：2016-09-20

陳道軍(1970-)，男，甘肅景泰人，高級工程師。E-mail: 406084083@qq.com。瞿王龍(1968-)，男，甘肅臨夏人,高級工程師。E-mail: 27691215@qq.com。**共同第一作者These authors contributed equally to this work.

陳道軍, 瞿王龍, 李育才, 吳小舟, 茍樹屏. 甘肅省森林生態(tài)安全動態(tài)評價研究. 草業(yè)學(xué)報, 2016, 25(12): 188-193.

CHEN Dao-Jun， QU Wang-Long， LI Yu-Cai， WU Xiao-Zhou， GOU Shu-Ping. Study on forest ecological dynamic security in Gansu Province. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(12): 188-193.