顧艷紅,張大紅

1 北京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 北京 100083

省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)
——基于5省的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

顧艷紅1,*,張大紅2

1 北京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 北京 100083

生態(tài)安全是國(guó)家安全體系的重要組成部分。面對(duì)嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境形勢(shì),以及大氣污染、水污染、土壤污染等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題,改善生態(tài)環(huán)境的需求和呼聲越來越迫切。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體和重要資源,森林是人類生存發(fā)展的重要生態(tài)保障,森林關(guān)系國(guó)家生態(tài)安全?；谏稚鷳B(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會(huì)系統(tǒng)的交互關(guān)系,從森林資源狀況、地理氣候條件、地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力、人類管護(hù)響應(yīng)狀況四個(gè)方面構(gòu)建省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并建立森林生態(tài)安全指數(shù)模型。選取我國(guó)五個(gè)具有代表性的省份：貴州、湖北、浙江、吉林、青海作為試點(diǎn)省份,對(duì)其2004—2014年的森林生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)比。結(jié)果表明：影響森林生態(tài)安全狀況的最主要因素是森林資源類因子,在研究期內(nèi),5省森林生態(tài)安全狀況大體上處于改善狀態(tài),但省與省之間森林生態(tài)安全狀況差異顯著,吉林省在研究期內(nèi)森林生態(tài)安全整體狀況最好,青海省森林生態(tài)安全狀況較脆弱。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),應(yīng)該加強(qiáng)造林,重視對(duì)森林資源的管護(hù),尤其要注意對(duì)天然林的保護(hù),維護(hù)森林生態(tài)安全。

森林生態(tài)安全；指標(biāo)體系；評(píng)價(jià)模型；評(píng)價(jià)分析

森林是陸地上面積最大、生物總量最高的生態(tài)系統(tǒng),世界上有半數(shù)以上的生物都棲息或生長(zhǎng)在森林中,對(duì)人類來說,森林既是重要的自然資源,又是不可替代的環(huán)境資源[1-2]。森林的生態(tài)安全狀況直接關(guān)系到全球的生態(tài)安全和人類的生存與發(fā)展,因此維護(hù)森林生態(tài)安全意義重大。然而,我國(guó)的森林資源面臨諸多威脅：盜砍濫伐、毀林開荒、非法占用林地、火災(zāi)、病蟲害、環(huán)境污染等,這些有害干擾導(dǎo)致森林正常結(jié)構(gòu)的破壞、生態(tài)平衡的失調(diào)和生態(tài)功能的退化[3-8],嚴(yán)重威脅著森林生態(tài)健康和森林生態(tài)安全。森林生態(tài)安全問題已引起政府的高度重視[9],近幾年也成為學(xué)界研究的重要課題。

目前,國(guó)內(nèi)外森林生態(tài)安全研究既有理論探討又有實(shí)證評(píng)價(jià),其中森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)是學(xué)者們研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)是基于一定的需要,對(duì)特定時(shí)空范圍內(nèi)森林生態(tài)安全狀況的定性或定量描述[10]。根據(jù)研究對(duì)象、研究目的和研究者對(duì)森林生態(tài)安全概念理解的不同,評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取也存在差異。袁菲等[11]以汪清林區(qū)的60個(gè)林班為研究對(duì)象,基于干擾理論提出了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型,并從干擾和增益兩個(gè)方面選取8個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系。袁珍霞[12]以福建三明市森林資源為研究對(duì)象,從林分結(jié)構(gòu)、功能效益、自然條件、環(huán)境壓力和社會(huì)投入5個(gè)方面,構(gòu)建了包括24個(gè)指標(biāo)的縣域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,劉心竹[13]等從有害干擾的角度建立了包括16個(gè)指標(biāo)的森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)2011年的森林生態(tài)安全水平進(jìn)行了實(shí)證分析。林分尺度的微觀評(píng)價(jià)側(cè)重于從森林自身的健康狀況方面構(gòu)建指標(biāo)體系[11,14],而區(qū)域尺度的宏觀評(píng)價(jià)一般把森林生態(tài)系統(tǒng)放在自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)構(gòu)成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)里考慮其安全狀況[15-16]。指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要有熵權(quán)法[15-16]、主成分分析法[13]、層次分析法[16]等。雖然學(xué)者們?cè)谏稚鷳B(tài)安全研究上做了很多積極有益的探索,但相關(guān)理論還需進(jìn)一步完善和豐富,如森林生態(tài)安全的內(nèi)涵還沒有公認(rèn)的定義、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系存在指標(biāo)疏漏和重復(fù)的現(xiàn)象、指標(biāo)權(quán)重的確定方法需要?jiǎng)?chuàng)新等。本文基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的交互關(guān)系,揭示省域森林生態(tài)安全的內(nèi)涵,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和生態(tài)安全指數(shù)模型,并選取我國(guó)貴州、湖北、浙江、吉林、青海作為代表省份,對(duì)其2004—2014年的森林生態(tài)安全狀況進(jìn)行分析和比較,以此豐富森林生態(tài)安全研究的理論,為相關(guān)地區(qū)林業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃和管理提供參考借鑒。

1 研究方法

1.1 省域森林生態(tài)安全的內(nèi)涵及結(jié)構(gòu)模型

迄今為止,學(xué)術(shù)界對(duì)森林生態(tài)安全的理解還未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),有的僅從森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能層面認(rèn)識(shí)其安全狀況[17],這屬于狹義的森林生態(tài)安全范疇,有的除了考慮森林生態(tài)系統(tǒng)自身安全,還考慮了外界干擾對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響,這屬于廣義的森林生態(tài)安全范疇[12-13,15-16]。本研究建立在廣義森林生態(tài)安全概念之上,不僅指研究區(qū)域森林生態(tài)健康狀態(tài)支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人們生態(tài)需求的狀況,也包括自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、災(zāi)害等對(duì)森林生態(tài)的影響或造成的壓力狀況,還包括人類為了改善森林生態(tài)狀況所作出的努力。結(jié)合已有的森林生態(tài)安全概念的相關(guān)研究成果[12],本研究的省域森林生態(tài)安全是指在省域范圍內(nèi),在自然環(huán)境和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等外界因素的干擾(包括有害干擾和增益干擾)下,森林生態(tài)系統(tǒng)能夠進(jìn)行自我調(diào)整,以保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性以及持續(xù)支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人類生態(tài)需求的狀態(tài)。森林生態(tài)安全是一個(gè)相對(duì)的、動(dòng)態(tài)的概念,某區(qū)域的森林生態(tài)安全狀況是各個(gè)層次因素綜合影響的結(jié)果。基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會(huì)系統(tǒng)的交互關(guān)系,構(gòu)建省域森林生態(tài)安全資源-氣候-壓力-響應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型,其構(gòu)成如下：(1)森林資源子系統(tǒng),反映森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人類生態(tài)需求的能力；(2)自然環(huán)境(氣候)子系統(tǒng),反映氣候?qū)ι稚鷳B(tài)系統(tǒng)的影響；(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)(壓力)子系統(tǒng),反映人類對(duì)森林生態(tài)產(chǎn)品的需求以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的侵?jǐn)_；(4)管護(hù)響應(yīng)子系統(tǒng),反映人類管理和保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的狀況。

基于森林生態(tài)安全資源-氣候-壓力-響應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型,本研究構(gòu)建了省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并用森林生態(tài)安全指數(shù)(FESI)綜合反映省域范圍內(nèi)森林生態(tài)安全的總體狀況。其內(nèi)容包括四部分：一是森林生態(tài)安全資源指數(shù),從森林資源的角度評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)自身的安全狀況；二是氣候指數(shù),主要從森林所處的地理區(qū)位角度反映氣候因子對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響；三是壓力指數(shù),主要評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)所承載的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力；四是管護(hù)響應(yīng)指數(shù),主要評(píng)價(jià)人類對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的管理和維護(hù)狀況。

1.2 省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本研究基于省域森林生態(tài)安全的內(nèi)涵及結(jié)構(gòu)模型,借鑒傳統(tǒng)的PSR模型[18-19]的思路,通過文獻(xiàn)檢索和專家咨詢,從資源、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力、管護(hù)響應(yīng)狀況4個(gè)方面選取11個(gè)指標(biāo)建立省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

(1)森林資源類指標(biāo)

森林資源狀況反映了區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及持續(xù)支持地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人類生態(tài)需求的能力,是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)最直接也是最常用的指標(biāo)?；诓煌难芯磕康暮脱芯砍叨?學(xué)者們對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)資源狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)選取了不同層次的指標(biāo)體系,考慮到指標(biāo)的相關(guān)性和重復(fù)性,結(jié)合本研究是省域大尺度評(píng)價(jià),在森林資源類指標(biāo)A1中,選取了3個(gè)二級(jí)指標(biāo)：森林覆蓋率B1、森林單位面積蓄積量B2、天然林比重B3。森林覆蓋率是指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)森林面積占土地面積的百分比,是反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)森林面積占有情況或森林資源豐富程度以及森林資源分布廣度的指標(biāo)[20]。森林單位面積蓄積量是森林蓄積量與森林面積之比,是反映林地生產(chǎn)力和林分質(zhì)量的重要指標(biāo)。天然林比重是天然林面積占森林面積的百分比,是反映森林生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的指標(biāo)。天然林結(jié)構(gòu)復(fù)雜,環(huán)境適應(yīng)能力和自我恢復(fù)能力相對(duì)較強(qiáng),天然林比重越大,森林生態(tài)系統(tǒng)安全程度越高。

表1 森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(2)氣候類指標(biāo)

林木是森林生態(tài)系統(tǒng)的主體,其生長(zhǎng)發(fā)育受到諸多環(huán)境條件的影響,其中的氣候條件起著決定和主導(dǎo)作用,森林的分布在很大程度上取決于氣候條件,森林的植被類型反映了氣候特點(diǎn)[21]。氣候的熱量條件差異導(dǎo)致我國(guó)植被類型由南向北的緯向變化,我國(guó)的地理景觀從東南沿海向西北內(nèi)陸呈現(xiàn)森林→森林草原→草原→荒漠的轉(zhuǎn)變,則體現(xiàn)了水分條件對(duì)植被的影響,熱量和水分共同影響著林木的生長(zhǎng)發(fā)育和分布[22- 24]。在森林生態(tài)安全研究中,氣溫、降水等氣候類因子也開始被納入森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12,15]。熱量是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)和能量來源,在一定范圍內(nèi),溫度越高植物生長(zhǎng)發(fā)育越快[23,25]。一般情況下,年均氣溫越高的地區(qū),其森林生態(tài)狀況也越好。水分是植物的基本成分,也是其生理活動(dòng)的原料,因此生境的干濕度也是森林生態(tài)安全的重要影響因子。基于水熱條件的組合狀況是決定植被地理分布的生態(tài)學(xué)原理,根據(jù)我國(guó)水熱同期的特點(diǎn),本研究采用生物干濕度指數(shù)BK[26]來表征森林的生境干濕狀況。BK值愈大,對(duì)應(yīng)的生境愈濕潤(rùn),而濕度的增加可促進(jìn)植被長(zhǎng)勢(shì)[27]。因此,生物干濕度指數(shù)BK越大,森林生態(tài)狀況越好。

綜上,在自然環(huán)境子系統(tǒng)中,選取兩個(gè)氣候類指標(biāo)反映氣象因子對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響,分別為：年均氣溫B4、生物干濕度指數(shù)B5。這兩個(gè)指標(biāo)均為正向指標(biāo)。其中生物干濕度指數(shù)BK的計(jì)算公式[26-27]如下：

(1)

式中,P表示年降水量(mm),BWI為植物溫暖指數(shù)[26-27]。植物溫暖指數(shù)BWI可通過以下公式計(jì)算得出：

(2)

式中,T為10℃以上的月均氣溫(℃),n為月均氣溫大于10℃的月數(shù)。

(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)

森林不僅為人類提供生活和生產(chǎn)所需的木材和其它林產(chǎn)品,同時(shí)還提供多種生態(tài)服務(wù)。人類在與森林交互作用的過程中, 獲得各種需求的滿足和利益的實(shí)現(xiàn)[1,28]。人類對(duì)森林的物質(zhì)需求會(huì)消耗森林資源,在森林資源一定的情況下,人口數(shù)越多,給森林生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力也會(huì)越大[29-30]。另外,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,能源的需求量和消耗量增加,隨之產(chǎn)生的大氣污染不僅影響人類的身體健康,也會(huì)引起森林生理、生態(tài)功能的改變[31-32],大氣污染對(duì)森林的影響從20世紀(jì)80年代就引起了學(xué)者們的普遍關(guān)注[31-36]?；谝陨涎芯砍晒?本研究主要從人類對(duì)森林資源的需求、消耗,環(huán)境污染對(duì)森林的影響兩個(gè)方面選取關(guān)鍵指標(biāo)反映森林所承受的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力。社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)包括3個(gè)：人口密度指數(shù)B6、能源消耗指數(shù)B7、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指數(shù)B8。其中人口密度指數(shù)是指地區(qū)人口數(shù)與地區(qū)森林面積之比,人口密度指數(shù)越大,人類對(duì)森林的需求越大,森林生態(tài)系統(tǒng)越不安全。能源消耗指數(shù)是指地區(qū)能源總消耗量與地區(qū)森林面積之比,能源消耗指數(shù)越大,空氣污染越嚴(yán)重,森林生態(tài)系統(tǒng)越不安全。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指數(shù)是指地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與地區(qū)生產(chǎn)總值之比,該指數(shù)越大,表明該地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)越發(fā)達(dá),對(duì)森林資源的需求越大,對(duì)環(huán)境的污染越嚴(yán)重,森林生態(tài)系統(tǒng)越不安全。

(4)管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)

森林火災(zāi)是全球所有森林植被系統(tǒng)的顯著干擾因子,深刻影響著森林景觀的結(jié)構(gòu)和森林生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[36-40]。另外,作為一種生物災(zāi)害,森林病蟲鼠害嚴(yán)重威脅著森林生態(tài)系統(tǒng)的健康[4]。雖然森林火災(zāi)和病蟲鼠害發(fā)生的原因多樣,但一定的防護(hù)和管控措施能抑制這些災(zāi)害的發(fā)生[4,36],森林火災(zāi)和病蟲鼠害的受災(zāi)情況反映了人類管護(hù)森林的力度和水平。另外,林業(yè)投資狀況反映了政府對(duì)林業(yè)和生態(tài)環(huán)境的重視程度,也影響著地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況。因此,在管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)中設(shè)置如下三個(gè)指標(biāo)：森林火災(zāi)受災(zāi)率B9、森林病蟲鼠害發(fā)生率B10、林業(yè)投資指數(shù)B11。森林火災(zāi)受災(zāi)率是森林火災(zāi)受災(zāi)面積與森林面積之比,森林病蟲鼠害發(fā)生率是森林病蟲鼠害發(fā)生面積與森林面積之比,這兩個(gè)指標(biāo)值越大,森林生態(tài)系統(tǒng)越不安全。林業(yè)投資指數(shù)是林業(yè)投資額與森林面積之比,該指數(shù)越高,森林生態(tài)系統(tǒng)越安全。

1.3 森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法

本研究選取我國(guó)貴州、湖北、浙江、吉林、青海5個(gè)省作為研究對(duì)象,基于上述省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,用“變異系數(shù)法”[11,41]確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,采用綜合評(píng)價(jià)法得到各省的森林生態(tài)安全指數(shù),以此對(duì)研究區(qū)的森林生態(tài)安全狀況進(jìn)行分析和比較。

各省某年份森林生態(tài)安全指數(shù)FESI的計(jì)算公式為：

(3)

式中,FESIi表示第i個(gè)省某年的生態(tài)安全指數(shù),yij表示對(duì)應(yīng)年份第i個(gè)省第j個(gè)指標(biāo)的無(wú)量綱化數(shù)值,wj表示第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重wj通過以下公式計(jì)算得出：

(4)

式中,vj表示第j個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù),可通過以下公式計(jì)算得出：

(5)

2 五省森林生態(tài)安全實(shí)證研究

2.1 研究區(qū)域的選取及數(shù)據(jù)來源

基于本研究建立的省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)模型,綜合考慮研究區(qū)森林資源狀況、氣候及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異性,選擇我國(guó)貴州、湖北、浙江、吉林、青海五個(gè)省作為實(shí)證研究對(duì)象,在地理分布上,涵蓋了中國(guó)西南地區(qū)、中部地區(qū)、東南沿海地區(qū)、東北地區(qū)、西部地區(qū),形成一個(gè)圈狀,這五個(gè)省也是中國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)的典型代表。

本研究建立的指標(biāo)體系共包括11個(gè)指標(biāo),涉及到的原始指標(biāo)有16個(gè)?？紤]到地區(qū)氣候的相對(duì)穩(wěn)定性和氣候因子對(duì)樹木生長(zhǎng)影響的滯后性,在本研究中,以中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)公布的“中國(guó)地面累年值年值數(shù)據(jù)集(1981—2010年)”和“中國(guó)地面累年值月值數(shù)據(jù)集(1981—2010年)”為基礎(chǔ),根據(jù)各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)計(jì)算出該省對(duì)應(yīng)的氣象指標(biāo)值。其余數(shù)據(jù)來自于各省統(tǒng)計(jì)年鑒。研究的時(shí)間跨度為2004—2014年。根據(jù)5個(gè)省11a的數(shù)據(jù)形成55×11的指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)55×11。

2.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化常用的方法是功效系數(shù)法[11,13,16],本研究對(duì)傳統(tǒng)的功效系數(shù)法進(jìn)行了改進(jìn),對(duì)于正向指標(biāo),采用如下公式對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化：

(6)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo),數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的公式為:

(7)

按照公式(6)和公式(7),得到標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣Y=(yij)55×11。

2.3 指標(biāo)權(quán)重及主要影響因子

“變異系數(shù)法”是根據(jù)同一指標(biāo)數(shù)據(jù)間的離散程度來給各指標(biāo)賦權(quán),適用于具有一定差異的研究對(duì)象作橫向比較和同一對(duì)象在不同時(shí)點(diǎn)作縱向比較。基于5省2004—2014年的指標(biāo)數(shù)據(jù),根據(jù)“改進(jìn)的功效系數(shù)法”和“變異系數(shù)法”得到本研究各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重(表2)。

由表2可知,在4個(gè)一級(jí)指標(biāo)中,森林資源類指標(biāo)權(quán)重最大,達(dá)到0.419,管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)和氣候類指標(biāo)的權(quán)重分別排在第二、第三位,社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力類指標(biāo)權(quán)重最小。這說明在本研究中,影響省域森林生態(tài)安全指數(shù)的最主要因素是森林資源狀況,其次是人類對(duì)森林的管護(hù)投資因素和氣候因素。社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力類指標(biāo)雖然權(quán)重最小,但對(duì)森林生態(tài)安全指數(shù)的影響也不容忽視。另外,根據(jù)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重的排序結(jié)果,在森林資源類指標(biāo)中,森林單位面積蓄積量是最主要的影響因子；在氣候類指標(biāo)中,年均氣溫是最主要的影響因子；社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力類指標(biāo)的最主要影響因子為人口密度指數(shù)；而管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)的最主要影響因子為林業(yè)投資指數(shù)。綜合整體排序結(jié)果,林業(yè)投資指數(shù)、森林單位面積蓄積量、年均氣溫是影響森林生態(tài)安全的三大單項(xiàng)因素。

表2 各級(jí)影響因子的權(quán)重

2.4 5省森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

2.4.1 5省森林生態(tài)安全指數(shù)比較

圖1 2004—2014年5省森林生態(tài)安全指數(shù)折線圖Fig.1 The FESI results of five provinces from 2004 to 2014

根據(jù)2004—2014年5省森林生態(tài)安全指數(shù)折線圖(圖1)可知,在研究期內(nèi),湖北省森林生態(tài)安全指數(shù)處于持續(xù)上升狀態(tài),其余四省除了個(gè)別年份出現(xiàn)指數(shù)下降情況,其余時(shí)間段內(nèi)都處于上升狀態(tài),說明在研究期內(nèi),5省森林生態(tài)安全狀況總體上處于改善狀態(tài)。

其次,各省森林生態(tài)安全指數(shù)變化的幅度呈現(xiàn)較大差異。由圖1可以看出,在2004—2009年期間,貴州、湖北、浙江3省森林生態(tài)安全指數(shù)相差不大,吉林省的指數(shù)比貴州、湖北、浙江三省略高,但2010—2014年期間,這4省的森林生態(tài)安全指數(shù)差異明顯。以2004年為基年,2014年為報(bào)告年,浙江省森林生態(tài)安全指數(shù)的絕對(duì)增量為0.232,相對(duì)增量為40.3%,這兩項(xiàng)指標(biāo)在5省中均處于最高水平,森林生態(tài)安全指數(shù)絕對(duì)增量最小的是青海省,為0.038,相對(duì)增量最小的是貴州省,為7.7%。

另外,5省2004—2014年11年森林生態(tài)安全指數(shù)的平均值差異顯著,介于0.372-0.715之間,吉林省11年的森林生態(tài)安全指數(shù)平均值最大,青海省最小,浙江、湖北、貴州3省的平均值分別為0.684、0.657、0.635,這3個(gè)省森林生態(tài)安全狀況比較接近。

圖2 2004,2009,2014年5省森林資源指數(shù) Fig.2 The forest resource index of five provinces in 2004, 2009, 2014

2.4.2 5省森林生態(tài)安全因子分析與比較

根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重及無(wú)量綱化的指標(biāo)值,基于綜合指數(shù)法,可以得到5省2004—2014年4個(gè)一級(jí)指標(biāo)因子的指數(shù)值,即森林資源指數(shù)、氣候指數(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)和管護(hù)響應(yīng)指數(shù)(本部分各指數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù),介于0與1之間)。

本研究選取第七、八、九次全國(guó)森林資源清查的起始年份(2004,2009和2014年)作為代表年份,對(duì)5省森林生態(tài)安全一級(jí)指標(biāo)因子狀況進(jìn)行分析,為各省森林生態(tài)安全指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果做進(jìn)一步解釋。

(1)資源因子分析

圖2為2004、2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的森林資源指數(shù)。由圖2可知,在3個(gè)代表年份,吉林省的森林資源指數(shù)在5省中均處于最高水平。另外,從2004—2014年森林資源指數(shù)的平均值看,吉林省的平均值達(dá)0.873,說明吉林省森林資源狀況很好,相對(duì)而言,青海省森林資源指數(shù)較低,2004—2014年的平均值只有0.161,處于中間水平的是浙江、湖北和貴州,2004—2014年的平均值分別為0.661、0.605、0.544,這3省的森林資源狀況良好。同時(shí)從圖2可以看出,除了生態(tài)脆弱的青海省,其余四省森林資源指數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)。森林資源狀況的改善是提升部分省森林生態(tài)安全指數(shù)的重要因素之一。

(2)氣候類因子分析

充足的降水和適宜的氣溫是影響森林生產(chǎn)力和生物多樣性的有利條件,也是影響地區(qū)森林生態(tài)安全狀況的重要因子。圖3為2004、2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的氣候指數(shù),指數(shù)越大,表明對(duì)應(yīng)地區(qū)氣候條件越好,森林生態(tài)系統(tǒng)越安全?？紤]到地區(qū)氣候的相對(duì)穩(wěn)定性,本研究沒有考慮氣候因子的年際變化。由圖3可知,浙江、湖北、貴州氣候指數(shù)均大于0.9,說明這3省氣候條件較好,而吉林和青海氣候指數(shù)明顯偏低,尤其是青海,氣候條件惡劣,降水和氣溫因素嚴(yán)重影響了森林生產(chǎn)力和生物多樣性,從而導(dǎo)致青海省森林生態(tài)安全狀況不佳,森林生態(tài)安全指數(shù)較低。氣候指數(shù)的差異是各省森林生態(tài)安全指數(shù)產(chǎn)生差異的基本因素,氣候指數(shù)高的地區(qū),森林生態(tài)安全指數(shù)一般也越高,如浙江、湖北和貴州。

(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力類因子分析

圖4 為2004,2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈反向關(guān)系,地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密度越低,對(duì)森林資源的需求、對(duì)環(huán)境的污染也越小,即森林生態(tài)系統(tǒng)承受的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力越小,此時(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)越高,在其它指數(shù)水平相同的情況下,森林生態(tài)安全指數(shù)會(huì)越高,對(duì)應(yīng)森林生態(tài)系統(tǒng)越安全。由圖4可知,在3個(gè)代表年份,青海省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)在5省中均處于最高水平,從年際變化看,青海省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)在逐年減小,但減少的幅度不大,說明青海省森林生態(tài)系統(tǒng)受到人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的干擾較小。浙江省作為我國(guó)東南部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),其壓力指數(shù)逐年下降,減小的幅度在5省中最大。貴州的壓力指數(shù)逐年上升,說明森林資源改善的幅度大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的速度,單位面積森林承載的壓力在減小,森林生態(tài)安全狀況會(huì)因此提升。湖北省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)。對(duì)大部分省來說,社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力的增加是森林生態(tài)安全狀況改善的制約因素。

圖3 2004,2009,2014年5省氣候指數(shù)Fig.3 The climate index of five provinces in 2004,2009,2014

圖4 2004,2009,2014年5省社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)Fig.4 The socio-economic pressure index of five provinces in 2004, 2009, 2014

(4)管護(hù)響應(yīng)類因子分析

圖5 為2004,2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的管護(hù)響應(yīng)指數(shù),該指數(shù)越大,表明人類對(duì)森林資源的管護(hù)力度越大、管護(hù)效果越好,在其它因子不變的情況下,森林生態(tài)安全狀況會(huì)因此提升。從年際變化來看,各省的森林管護(hù)響應(yīng)指數(shù)均呈上升趨勢(shì),但各省上升的幅度存在較大差異。2004—2009年期間,5省森林管護(hù)響應(yīng)指數(shù)的絕對(duì)增量介于0.016與0.171之間,浙江省上升幅度最大,其次是吉林,上升幅度最小的是貴州省。2009—2014年期間,管護(hù)響應(yīng)指數(shù)的絕對(duì)增量介于0.013與0.546之間,浙江省上升的幅度最大,其次為湖北,上升幅度最小的是貴州省。另外,由圖5可以看出,浙江省2004年和2009年的森林管護(hù)響應(yīng)指數(shù)在5省中均處于最低水平,而2014年的森林管護(hù)響應(yīng)指數(shù)躍居5省首位,2004年到2009年浙江省森林管護(hù)響應(yīng)指數(shù)的相對(duì)改變量為78.7%,2009年到2014年的相對(duì)改變量為140.9%,管護(hù)響應(yīng)指數(shù)的提升是浙江省森林生態(tài)安全指數(shù)上升的重要貢獻(xiàn)因子。在對(duì)管護(hù)響應(yīng)類因子的進(jìn)一步分析中發(fā)現(xiàn),林業(yè)投資指數(shù)是導(dǎo)致各省管護(hù)響應(yīng)指數(shù)年際變化及省際差異化的最重要影響因子。

2.4.3 5省森林生態(tài)安全因子貢獻(xiàn)率

根據(jù)本研究的綜合指數(shù)計(jì)算法,森林生態(tài)安全指數(shù)不僅跟各指標(biāo)的權(quán)重存在關(guān)系,而且跟各指標(biāo)值有關(guān)。由于資源、氣候、管護(hù)、壓力的實(shí)際差異,各生態(tài)因子對(duì)不同省份森林生態(tài)安全指數(shù)的影響程度也存在差異。本研究把各生態(tài)安全因子指數(shù)值占森林生態(tài)安全指數(shù)的比值定義為生態(tài)安全因子貢獻(xiàn)率,該比值越大,對(duì)應(yīng)因子對(duì)該省森林生態(tài)安全指數(shù)的貢獻(xiàn)越大。圖6為貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省四大生態(tài)安全因子2004—2014年的平均貢獻(xiàn)率。從圖6可以看出,吉林、浙江、湖北、貴州4省資源類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為0.526、0.386、0.372、0.342,遠(yuǎn)大于其它指標(biāo)的貢獻(xiàn)率,表明在本次森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)中,森林資源是這四省的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)因素,而青海省森林資源的貢獻(xiàn)率(0.181)僅高于氣候類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。在貴州、湖北和浙江省,氣候類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率位居第二,這表明貴州、湖北和浙江3省氣候條件是影響森林生態(tài)狀況的優(yōu)勢(shì)因素,而青海和吉林兩省氣候類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率最小。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)的權(quán)重較小,在貴州、湖北和浙江省,社會(huì)壓力類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率低于其它指標(biāo)的貢獻(xiàn)率,而青海省社會(huì)壓力類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率僅次于管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo),說明青海省社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力小是森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的優(yōu)勢(shì)因素。在貴州、湖北和浙江省,管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率僅高于社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)的貢獻(xiàn)率,而青海省管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)是貢獻(xiàn)率最高的指標(biāo),吉林省管護(hù)響應(yīng)類指標(biāo)的貢獻(xiàn)率在4個(gè)指標(biāo)中排名第二,這與政府對(duì)森林資源管理和保護(hù)的重視,社會(huì)對(duì)森林資源、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)普遍增強(qiáng)有重要關(guān)系。

圖5 2004,2009,2014年5省管護(hù)響應(yīng)指數(shù) Fig.5 The management and response index of five provinces in 2004, 2009, 2014

圖6 一級(jí)指標(biāo)貢獻(xiàn)率Fig.6 The contribution rate of the first-level index

2.4.4 5省森林生態(tài)安全狀況變動(dòng)分析

表3給出了2004—2014年11a時(shí)間里森林生態(tài)安全指數(shù)的改變量與9個(gè)可變單項(xiàng)因子指數(shù)值(單項(xiàng)因子的權(quán)重與對(duì)應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值之積)的改變量。從整體情況來看,5省森林生態(tài)安全指數(shù)的改變量均為正值,說明和2004年相比,5省2014年的森林生態(tài)安全狀況有了不同程度的改善。在9個(gè)可變生態(tài)因子中,森林覆蓋率指數(shù)、火災(zāi)受災(zāi)率指數(shù)全面提升,森林單位面積蓄積量指數(shù)、林業(yè)投資指數(shù)、人口密度指數(shù)有4個(gè)省增加,這5個(gè)因子是改善大部省森林生態(tài)安全狀況的正面因素,但是天然林比重指數(shù)、能源消耗指數(shù)等的下降是大部分省在森林生態(tài)建設(shè)中要注意的問題。另外,從表3可以看出,各省森林生態(tài)安全指數(shù)和各單因子指數(shù)的改變量存在一定差異。

表3 2004—2014年森林生態(tài)安全指數(shù)與各單因子指數(shù)改變量

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會(huì)系統(tǒng)的交互關(guān)系,結(jié)合森林生態(tài)相關(guān)研究成果,構(gòu)建了一套省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用改進(jìn)的功效系數(shù)法和變異系數(shù)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán),采用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)我國(guó)五個(gè)代表省份的森林生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),并詳細(xì)分析了其變動(dòng)趨勢(shì)和差異情況。

(1)研究期內(nèi),湖北省森林生態(tài)安全指數(shù)持續(xù)上升,其余四省除了個(gè)別年份出現(xiàn)下降,但總體上也處于上升狀態(tài)。研究結(jié)果表明,在研究期內(nèi)5省森林生態(tài)安全狀況整體上處于改善狀態(tài)。

(2)5個(gè)代表省份森林生態(tài)安全狀況差異顯著。吉林省森林生態(tài)安全狀況最好,森林生態(tài)安全指數(shù)歷年的均值為0.715,青海省森林生態(tài)較脆弱,森林生態(tài)安全指數(shù)歷年的均值只有0.372,浙江、湖北、貴州3省森林生態(tài)安全狀況處于較好的狀態(tài),森林生態(tài)安全指數(shù)歷年的均值分別為0.684、0.657、0.635。

(3)從本研究看,影響森林生態(tài)安全狀況的最主要因素是森林資源類因子,其次為管護(hù)響應(yīng)類因子和氣候因子,而社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力對(duì)森林生態(tài)安全的影響程度相對(duì)較小。吉林省的地理位置和地形地貌決定了其氣候指數(shù)明顯偏低,但是吉林省的森林資源豐富、林分質(zhì)量高,良好的森林資源狀況決定了吉林省在研究期內(nèi)森林生態(tài)安全指數(shù)的均值最高。浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高,社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力較大,但因其有良好的森林資源和氣候條件,足以抵消負(fù)面因素對(duì)森林生態(tài)安全的影響,加上從2011年開始林業(yè)投資指數(shù)的大幅提升,浙江省森林生態(tài)安全指數(shù)在2011—2014年期間躍居第一位。青海省社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力較小,但因其生態(tài)條件脆弱、森林資源匱乏、林分質(zhì)量不高,青海省森林生態(tài)安全狀況相對(duì)較差。因此,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中,應(yīng)該加強(qiáng)造林,重視對(duì)森林資源的管護(hù),尤其要注意對(duì)天然林的保護(hù),切實(shí)維護(hù)我國(guó)森林生態(tài)安全。

3.2 討論

本文基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會(huì)系統(tǒng)的交互關(guān)系,構(gòu)建了涵蓋資源、氣候、壓力、響應(yīng)四部分的森林生態(tài)安全結(jié)構(gòu)模型,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了包括11個(gè)具體指標(biāo)的森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,和相關(guān)研究[12]相比,指標(biāo)體系有所簡(jiǎn)化,數(shù)據(jù)可獲性好,同時(shí)比較全面地涵蓋了影響森林生態(tài)安全狀況的關(guān)鍵因素。本文建立的指標(biāo)體系比較適合于空間差異較大的大尺度森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)與比較。對(duì)不同的研究區(qū)域,影響森林生態(tài)安全的驅(qū)動(dòng)因素和敏感因子可能不盡相同,如本研究考慮了水熱條件對(duì)森林生態(tài)的影響,但是考慮相對(duì)粗略,不同植物種類對(duì)水熱組合的脅迫響應(yīng)機(jī)制各不相同[42- 44],因此下一步要根據(jù)研究對(duì)象及時(shí)間跨度進(jìn)一步分類探討森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以期為相關(guān)地區(qū)提供更具針對(duì)性更有應(yīng)用價(jià)值的參考。

本文采用變異系數(shù)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,這種方法依賴客觀數(shù)據(jù),避免了人為主觀因素的干擾。在此基礎(chǔ)上得到的5省森林生態(tài)安全指數(shù)值與相關(guān)研究結(jié)果[15]基本一致,基本符合研究區(qū)的實(shí)際狀況,說明該方法具有科學(xué)性和可行性,能應(yīng)用于省域森林生態(tài)安全研究。除了本文的研究方法,其它的一些方法也可以考慮,如熵權(quán)法[15-16]、生態(tài)足跡法[45]、模糊集對(duì)模型等[46-47]。對(duì)相同的研究區(qū)域,今后可以考慮在同一指標(biāo)體系下用不同的方法作對(duì)比研究,在此基礎(chǔ)上對(duì)森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新,以期使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際狀況。

森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)是森林生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容,可以幫助相關(guān)人員了解區(qū)域森林生態(tài)安全的現(xiàn)狀和水平,能為相關(guān)地區(qū)林業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃提供參考和借鑒。為了能更好地了解區(qū)域森林生態(tài)的現(xiàn)狀和未來可能的變化趨勢(shì),做好森林生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范工作,應(yīng)進(jìn)一步在森林生態(tài)安全閾值和生態(tài)安全預(yù)警[48]方面進(jìn)行探索。

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Evaluationoftheprovincialforestecologicalsecuritybasedonempiricaldatafromfiveprovinces

GU Yanhong1,*, ZHANG Dahong2

1CollegeofScience,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China2CollegeofEconomicsandManagement,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China

Ecological security is an important component of national security. The ecological situation in some areas has reached a point of extreme gravity. Air pollution, water pollution, soil pollution, and other environmental problems have garnered increasing attention of the government and citizens. The people in these places are eager to improve the ecological environment. As an important part of the terrestrial ecosystem, forests safeguard the ecology and provide resources for the survival and development of human society; thus, forests play an important role in the national ecological security. Based on the interaction among the forest ecosystem, nature, and human society, an evaluation index system of the provincial ecological security was established from four aspects, such as the status of forest resources, geo-climatic conditions, socio-economic pressure, the level of forest resource management practices and response to pressure. Accordingly, the annual forest ecological security situation (2004—2014) of Guizhou Province, Hubei Province, Zhejiang Province, Jilin Province and Qinghai Province was evaluated based on the forest ecological security index model. The results indicated that the status of forest resources was the major factor among the four indices. The overall situation of the forest ecological security in the five provinces listed above tended to improve over the study period. However, significant differences were observed among them. The status of the forest ecological security in Jilin Province was superior to that of the other provinces, while Qinghai exhibited significantly lower values of the Forest Ecological Security Index (FESI). In the process of economic development, afforestation, protection of existing forests, especially the natural forest, should be strengthened to maintain the forest ecological security.

forest ecological security; index system; evaluation model; evaluation and analysis

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2015ZCQ-LY-01)；國(guó)家林業(yè)局業(yè)務(wù)委托項(xiàng)目(ZDWT- 2014- 16, ZDWT- 2015- 9)

2016- 06- 15; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 04- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yanhong_gu@126.com

10.5846/stxb201606151157

顧艷紅,張大紅.省域森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)——基于5省的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(18):6229- 6239.

Gu Y H, Zhang D H.Evaluation of the provincial forest ecological security based on empirical data from five provinces.Acta Ecologica Sinica,2017,37(18):6229- 6239.