朱瑋晗,林金煌,楊舒棋,陳梅英,戴永務(wù)①,朱艷萍

(1.福建農(nóng)林大學(xué)數(shù)字經(jīng)濟(jì)學(xué)院,福建 泉州 362400;2.福建農(nóng)林大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,福建 福州 350002)

森林是陸地生物圈重要的生態(tài)資源,具有水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、固碳釋氧和生物多樣性保護(hù)等多種生態(tài)功能,是區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的重要載體。2020年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織在《全球森林資源評(píng)估》中指出,近10 a全球每年仍有約470萬hm2的森林資源面臨退化風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重威脅森林資源的可持續(xù)管理和利用。我國作為全球快速城鎮(zhèn)化的典型地區(qū),境內(nèi)的森林損失問題尤為嚴(yán)峻[1]。因此,推動(dòng)森林資源的科學(xué)高效利用和保護(hù)制度的逐步完善已成為森林資源持續(xù)增長的重要議題[2-4]。森林損失作為森林生態(tài)系統(tǒng)退化的一個(gè)重要衡量指標(biāo),能直觀反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對區(qū)域森林資源的影響與損害[5]。近年來,由于氣候變化與人為活動(dòng)的影響,區(qū)域內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了一定干擾,給生態(tài)環(huán)境帶來氣候變暖、水土流失、生物多樣性減少、碳儲(chǔ)存減少等一系列持續(xù)的負(fù)面影響[6-7]。作為我國集體林業(yè)大省,福建省森林資源豐富,森林覆蓋率常年居全國第一。但隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn),如何減緩森林資源損失已成為福建省亟需解決的問題。因此,厘清福建省縣域森林損失狀況及其影響因素具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,可為區(qū)域森林資源保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論借鑒。

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于森林損失的研究已取得了豐碩的成果,并重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域森林損失的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律及其影響因素,而準(zhǔn)確獲取森林資源數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域森林損失動(dòng)態(tài)監(jiān)測的重要前提。因此,不同尺度的森林資源調(diào)查成為森林資源研究的重點(diǎn)[8-9],在研究初期,森林面積變化的數(shù)據(jù)來源于各類森林資源清查數(shù)據(jù)庫,但該數(shù)據(jù)庫每5 a更新一次,具有一定的時(shí)間滯后性,數(shù)據(jù)精度較低,且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。近年來,隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感技術(shù)的不斷發(fā)展,森林資源調(diào)查工作的效率得到快速提升,且可采用的遙感數(shù)據(jù)也越來越豐富,如Landsat、MODIS、QuickBird等。有學(xué)者基于這些遙感數(shù)據(jù)發(fā)布了一系列的森林監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)集,如SHIMADA等[10]基于ALOS PALSAR數(shù)據(jù)研發(fā)的全球森林覆蓋數(shù)據(jù)集、HANSEN等[11]研發(fā)的全球森林變化數(shù)據(jù)集(2000—2012年,30 m)、LI等[12]研發(fā)的中國森林?jǐn)?shù)據(jù)集(2010年,30 m)。其中,全球森林變化(Global Forest Change)數(shù)據(jù)集是基于Landsat影像分類發(fā)布的一款數(shù)據(jù)集,相較于上述提及的其他數(shù)據(jù)集,全球森林變化數(shù)據(jù)集具有較高的數(shù)據(jù)精度,能夠更為精確地揭示區(qū)域森林損失的長期動(dòng)態(tài)變化特征。因此,該數(shù)據(jù)集被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于區(qū)域森林損失遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面的研究[13-16]。

此外,森林損失的影響因素研究能有效揭示區(qū)域森林損失的內(nèi)在演化機(jī)理,也得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),區(qū)域的森林損失是氣候[17-19]、城鎮(zhèn)化[20-21]、人口密度[22]、森林火災(zāi)[23-25]、采伐[26-27]等人為和環(huán)境因素協(xié)同作用下的綜合影響結(jié)果,而人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對森林損失的負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然所帶來的負(fù)面影響[28]。當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者主要采用線性回歸[16]、相關(guān)性分析[17]、隨機(jī)森林回歸模型[20]、隨機(jī)效應(yīng)模型[25]等方法進(jìn)行森林損失的影響因素分析,這些方法均只能揭示不同因素的全局影響,而無法揭示影響因素的地區(qū)差異特征。也有部分學(xué)者嘗試采取地理加權(quán)回歸(geographically weighted regression, GWR)模型來探究森林損失影響因素的空間分異特征[4,13],但該模型在探究森林損失的影響時(shí)未能將時(shí)間維度納入考量。時(shí)空地理加權(quán)回歸(geographically and temporally weighted regression, GTWR)模型彌補(bǔ)了GWR模型對時(shí)間維度考慮不足的問題,能綜合考量地理要素的時(shí)間維度和空間維度特征,具有更高的模型精度,可以更好地模擬不同驅(qū)動(dòng)因子的影響效應(yīng)[29-30]。因此,GTWR模型可以把時(shí)間和空間特征納入森林損失影響因素的分析中,考慮了森林損失的時(shí)空非平穩(wěn)性特征,能夠更好地揭示不同影響因素的時(shí)空分異特征。

綜上,國內(nèi)外學(xué)者針對森林損失的研究重點(diǎn)聚焦在全國、省級(jí)等范圍的大尺度研究。然而,作為森林管理決策更為微觀的縣域尺度,與國家、省級(jí)等大尺度的研究存在明顯差異,現(xiàn)有針對重點(diǎn)林區(qū)縣域尺度的森林損失及其影響因素的研究則相對缺乏。鑒于此,筆者以南方重點(diǎn)林區(qū)福建省作為研究區(qū),基于2001—2019年的全球森林變化數(shù)據(jù)集對福建省縣域森林損失進(jìn)行量化,并基于GTWR模型在時(shí)間和空間2個(gè)維度上揭示不同時(shí)期福建省縣域森林損失的時(shí)空演變特征及其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制,探索減緩中國森林損失的實(shí)現(xiàn)路徑,以期為區(qū)域森林資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

福建省地處中國東南沿海(23°33′～28°20′ N,115°50′～120°40′ E),地形以山地丘陵為主,呈西北高、東南低的態(tài)勢(圖1)。

基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站GS(2020)4632號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地圖制作。

福建省總面積12.4萬 km2,共有84個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃,屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫暖濕潤。福建省是全國六大林區(qū)的典型代表和集體林權(quán)制度的重要發(fā)源地,2022年福建省森林面積達(dá)807.72萬hm2,森林覆蓋率為65.12%,GDP達(dá)53 109.85億元,常住人口達(dá)4 188萬人。此外,福建省擁有廈門港、福州港、湄洲灣港和泉州港4個(gè)港口,為福建省森林木材的進(jìn)出口貿(mào)易提供了便捷的交通條件。伴隨著福建省城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),全省城鎮(zhèn)化率從2001年的42.76%快速提高到2022年的70.11%,城市建設(shè)用地需求不斷增加,房地產(chǎn)市場快速發(fā)展,也導(dǎo)致森林資源保護(hù)壓力日益增加。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究框架構(gòu)建

基于2001—2019年全球森林變化數(shù)據(jù)集,對福建省縣域森林損失及其影響因素進(jìn)行深入探討(圖2)。

圖2 技術(shù)路線

考慮到研究時(shí)間尺度跨度較大,存在部分縣市數(shù)據(jù)缺失的問題,因此,基于數(shù)據(jù)的可獲得性,共選取福建省的58個(gè)縣域作為評(píng)價(jià)單元(不含直轄市)。首先,利用ArcGIS 10.8空間分析技術(shù),結(jié)合不同的數(shù)據(jù)源,提取2001—2019年福建省58個(gè)縣域的森林損失數(shù)據(jù),分析福建省縣域森林損失的時(shí)空格局演變特征;其次,采取GIS空間自相關(guān)模型,從全局自相關(guān)和局部自相關(guān)2個(gè)層面探究2001—2019年福建省縣域森林損失的空間集聚特征;最后,從社會(huì)經(jīng)濟(jì)的多個(gè)維度篩選主要的影響因子,并采用時(shí)空地理加權(quán)回歸模型系統(tǒng)探究城鎮(zhèn)化率、人均GDP、公路通車?yán)锍?、人口密度和木材產(chǎn)量對福建省縣域森林損失的影響及其時(shí)空分異特征。

2.2 數(shù)據(jù)來源

應(yīng)用多源空間和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)開展福建省縣域森林損失的時(shí)空變化及其影響因素研究,所選取的數(shù)據(jù)集及來源如表1所示:(1)2000年福建省森林覆蓋數(shù)據(jù)和2001—2019年福建省森林損失數(shù)據(jù)來源于全球森林變化數(shù)據(jù)集(V 1.7),該數(shù)據(jù)集總體精度高于99%[11];(2)福建省縣域的城鎮(zhèn)化率、人均GDP、公路通車?yán)锍?、人口密度、木材產(chǎn)量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于《福建統(tǒng)計(jì)年鑒》《福建林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》,部分缺失值采取平均值代替法、內(nèi)插法、外插法的方法進(jìn)行補(bǔ)齊;(3)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云;(4)省級(jí)行政邊界和縣級(jí)行政邊界的矢量數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心。

表1 數(shù)據(jù)來源

2.3 數(shù)據(jù)處理

在全球森林變化數(shù)據(jù)集(V1.7)中,將森林定義為植物中(包括天然林和人工林在內(nèi))樹高>5 m且樹冠覆蓋率>0.2的區(qū)域,而森林損失則被定義為“林分全部消失或發(fā)生更替”,指的是發(fā)生森林損失的現(xiàn)象[31]。運(yùn)用ArcGIS 10.8軟件平臺(tái),基于福建省縣級(jí)行政區(qū)劃矢量,對全球森林變化數(shù)據(jù)集進(jìn)行掩膜提取,獲得福建省2001—2019年森林損失空間分布數(shù)據(jù),并以2000年的森林覆蓋率作為參考基準(zhǔn),以20%的閾值來提取森林覆蓋,進(jìn)而利用面積制表工具統(tǒng)計(jì)2001—2019年福建省縣域森林損失面積,采用各縣域每年的森林損失面積與2000年森林覆蓋面積的比值表征福建省各縣域的森林損失率。此外,將各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)系統(tǒng)一為Krasovsky_1940_Albers,構(gòu)建福建省縣域森林損失評(píng)估的GIS空間數(shù)據(jù)庫。

2.4 研究方法

2.4.1空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)模型用于度量相鄰空間某一觀測量的相關(guān)性與分異性,由全局自相關(guān)和局部自相關(guān)兩部分組成。其中,全局自相關(guān)常用全局莫蘭指數(shù)(Global Moran′sI,IG)來表征,用以衡量觀測變量的相關(guān)性強(qiáng)弱程度,其范圍區(qū)間為[-1,1]。而局部自相關(guān)一般采用局部莫蘭指數(shù)(Local Moran′sI,IL)來表征,用以衡量局部相鄰單元空間自相關(guān)的關(guān)聯(lián)性與異質(zhì)性強(qiáng)弱程度。該研究采用ArcGIS 10.8軟件中空間統(tǒng)計(jì)工具(spatial statistics tools),從全局和局部2個(gè)層面探究福建省縣域森林損失的空間集聚特征。

(1)

(2)

2.4.2時(shí)空地理加權(quán)回歸(GTWR)模型

時(shí)空地理加權(quán)回歸(GTWR)模型是在地理加權(quán)回歸模型的基礎(chǔ)上將時(shí)間維度進(jìn)一步納入回歸模型,在時(shí)空維度下進(jìn)行影響因素分析,可以有效解決時(shí)空非平穩(wěn)性問題。因此,時(shí)空地理加權(quán)回歸模型被廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)測度、環(huán)境健康評(píng)價(jià)、房價(jià)模擬預(yù)測和生態(tài)環(huán)境評(píng)估等眾多領(lǐng)域,探究其不同驅(qū)動(dòng)因子的空間異質(zhì)性特征,并取得了良好的效果[29,32]。

(3)

式(3)中,Yi為森林損失;Xil為第i個(gè)樣本縣域的第l個(gè)影響因素;n為縣域總數(shù);k為影響因素個(gè)數(shù);δi為隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng);β0(ui,vi,ti) 為時(shí)空截距項(xiàng),其中u、v為樣本縣域坐標(biāo),t為時(shí)間;βl(ui,vi,ti)為在i縣域t時(shí)間的第l個(gè)影響因素的估計(jì)系數(shù)。

2.5 影響因子選取

森林損失是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同作用的結(jié)果,且社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對森林損失的影響遠(yuǎn)大于自然環(huán)境[27-28]。鑒于此,筆者參照文獻(xiàn)[15,21,31,33-34],結(jié)合森林轉(zhuǎn)型路徑理論,并綜合考慮數(shù)據(jù)的科學(xué)性、合理性、可獲取性和非共線性等因素,從城鎮(zhèn)化水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人口狀況和木材市場等多個(gè)維度,分別選取城鎮(zhèn)化率、人均GDP、公路通車?yán)锍?、人口密度、木材產(chǎn)量這5個(gè)指標(biāo)來探討福建省森林損失的主要影響因素。這5個(gè)指標(biāo)的方差膨脹系數(shù)(VIF值)分別為1.623、1.664、1.077、1.277、1.220,都通過了共線性檢驗(yàn)(VIF值<10)。為了消除量綱的影響,運(yùn)用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對各個(gè)影響因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)城鎮(zhèn)化水平:城鎮(zhèn)化率。隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高,區(qū)域內(nèi)森林資源的可持續(xù)增長受到嚴(yán)重威脅,因此城鎮(zhèn)化水平普遍被認(rèn)為是導(dǎo)致森林損失的關(guān)鍵影響因素[20-22]。一方面,城鎮(zhèn)化帶來城市用地的急劇擴(kuò)張,部分林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和工業(yè)用地,造成森林資源的大量損失;另一方面,城鎮(zhèn)化水平的提高會(huì)給林農(nóng)創(chuàng)造更多的就業(yè)崗位,反而會(huì)減少林農(nóng)對森林資源的生計(jì)依賴。因此,選取城鎮(zhèn)化率指標(biāo)來表征區(qū)域的城鎮(zhèn)化水平,進(jìn)而探討城鎮(zhèn)化對森林損失的影響。

(2)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平:人均GDP。森林經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑和環(huán)境庫茲涅茨曲線可用于解釋森林資源和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系[35-37],即在經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期,國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要大量的木材資源,加劇了森林砍伐和破壞。到了經(jīng)濟(jì)發(fā)展后期,居民的收入增加和生態(tài)保護(hù)意識(shí)增強(qiáng),促使家庭能源由薪材向電力和液化氣等現(xiàn)代能源轉(zhuǎn)換,從而導(dǎo)致森林損失的減少。因此,選取人均GDP指標(biāo)來表征區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,進(jìn)而探討社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對森林損失的影響。

(3)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè):公路通車?yán)锍獭８＝ㄊ〉纳謸p失受到道路基礎(chǔ)建設(shè)的影響[7,22]。一方面,公路通車?yán)锍痰脑黾咏档土宿r(nóng)民的木材運(yùn)輸成本,增加了農(nóng)民木材生產(chǎn)的積極性,同時(shí)也需要進(jìn)行填筑溝谷、切割山體等活動(dòng),導(dǎo)致森林資源遭到破壞。另一方面,增加公路通車?yán)锍逃欣谠黾臃寝r(nóng)就業(yè)的比例,減少對森林資源的依賴,從而減少森林資源的損失。因此,選取公路通車?yán)锍讨笜?biāo)來表征區(qū)域的交通便捷程度,進(jìn)而探討交通條件對森林損失的影響。

(4)人口狀況:人口密度。人口因素是影響森林損失的一個(gè)重要因素[15,22]。一方面,人口密度增加是森林損失增加的一個(gè)重要因素,人口密度越高,對建設(shè)用地和木材的需求也就越大,加大了林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,從而導(dǎo)致森林減少和退化。另一方面,隨著能源結(jié)構(gòu)變化,林農(nóng)對薪材的需求量和使用量均有所下降,從而減少森林損失率。因此,選取人口密度指標(biāo)來表征區(qū)域的人口特征,進(jìn)而探討人口的空間分布特征對森林損失的影響。

(5)木材市場:木材產(chǎn)量。鄧祥征等[34]研究發(fā)現(xiàn),木材市場是影響森林損失的一個(gè)重大因素。木材產(chǎn)量很大程度上取決于所在時(shí)期采伐政策和木材市場行情。1998年后福建省木材交易市場重啟,市場對木材的整體需求得到逐步復(fù)蘇,這對林農(nóng)砍伐林木變現(xiàn)的意愿具有明顯的促進(jìn)作用。另外,2008—2018年木材加工業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好,木材市場價(jià)格好,也會(huì)導(dǎo)致木材采伐量增加。因此,選取木材產(chǎn)量來表征區(qū)域的森林砍伐狀況,進(jìn)而探討木材砍伐對森林損失的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林損失的時(shí)間變化特征

福建省森林損失變化趨勢如圖3所示。2001—2019年福建省森林損失總面積累計(jì)達(dá)112.89萬hm2,相較于2000年,森林損失率累計(jì)達(dá)14.99%。19 a間森林損失呈波動(dòng)上升的基本態(tài)勢。將福建省的森林損失情況進(jìn)一步劃分為3個(gè)發(fā)展階段:顯著上升階段(2001—2009年)、先降后升階段(2010—2016年)和顯著下降階段(2017—2019年)。

圖3 2001—2019年福建省森林損失率

顯著上升階段(2001—2009年):該時(shí)期福建省的森林損失率總體呈顯著上升的趨勢,由2001年的0.21%增加到2009年的1.30%。這一現(xiàn)象可能與福建省該時(shí)期的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展相關(guān)。據(jù)《福建統(tǒng)計(jì)年鑒》,福建省GDP從2001年的4 467.55億元增加到2009年的14 737.12億元,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主。據(jù)《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》,福建的木材產(chǎn)量從2001年的430.77萬m3增加到2009年的716.56萬m3,對木材原料需求的不斷增加在一定程度上也加劇了森林損失的速度。

先降后升階段(2010—2016年):該時(shí)期福建省的森林損失率總體呈先降后升的趨勢。2010—2013年福建省森林損失總體有所減少,這可能是由于2008年國家推進(jìn)實(shí)施林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程項(xiàng)目,進(jìn)一步增強(qiáng)了森林資源的保護(hù)力度,有效降低了森林損失。與此同時(shí),國家頒布了《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)集體林權(quán)制度改革的意見》,集體林權(quán)制度改革在福建省率先試行,有利于有效減少森林退化與毀林等問題[38]。然而,2013—2016年福建省的森林損失呈整體增加的趨勢,該時(shí)期中國的房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,致使國內(nèi)市場對于木材的需求回暖。從《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》可知,2014、2015和2016年的商品材產(chǎn)量分別為575.05萬、588.02萬和606.74萬m3,較 2013 年的572.27萬m3有所增加。因此,2013—2016年間福建省森林損失呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。

顯著下降階段(2017—2019年):該時(shí)期福建省的森林損失呈顯著減少的趨勢。根據(jù)《第九次全國森林資源清查》,福建省的天然林資源占其森林資源總面積的51.30%,達(dá)413.8萬hm2。福建于2016年被列入天然林保護(hù)試點(diǎn)省份,開始全面停止天然林的商業(yè)性采伐。森林生態(tài)效益補(bǔ)償和天然林保護(hù)政策的力度明顯提高,使得福建省大量的天然林在短時(shí)間內(nèi)得以修復(fù),森林損失控制成效較為顯著。此外,福建省于2017年5月以建設(shè)國家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)為契機(jī),出臺(tái)了一系列的集體林權(quán)制度改革措施,如通過重點(diǎn)生態(tài)區(qū)位商品林贖買、置換等方式,將部分重點(diǎn)生態(tài)區(qū)位商品林調(diào)整為生態(tài)公益林,進(jìn)一步優(yōu)化全省的生態(tài)公益林布局,破解了林農(nóng)利益與生態(tài)保護(hù)的矛盾。因此,2017—2019年福建省的森林損失率呈現(xiàn)顯著下降的整體趨勢。

3.2 森林損失的空間變化特征

為了更直觀地探究福建省縣域森林損失的空間格局特征,研究基于ArcGIS 10.8軟件平臺(tái),采用自然斷點(diǎn)法將福建省的森林損失劃分為5種類型:低損失(<0.5%)、較低損失(0.5%～<1.0%)、中等損失(1.0%～<1.5%)、較高損失(1.5%～2.0%)、高損失(>2.0%)(圖4和表2)。

表2 2001—2019年福建省縣域森林損失類型統(tǒng)計(jì)

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2001—2019年福建省縣域森林損失呈現(xiàn)出從低損失向較低損失和中等損失轉(zhuǎn)化的基本態(tài)勢。2001年福建省縣域森林損失以低損失為主,占比達(dá)91.4%,其他類型的森林損失占比極少,表明該時(shí)期福建省的縣域森林損失較少;2005年福建省縣域森林損失主要以低損失和較低損失為主,占比分別為48.28%和32.76%,表明該時(shí)期福建省的縣域森林損失有所增加;2010年福建省縣域森林損失以較低損失和中等損失為主,占比分別為34.48%和27.59%,較低損失和中等損失的縣域數(shù)量明顯增加,表明該時(shí)期福建省的縣域森林損失進(jìn)一步增加;2015和2019年福建省縣域森林損失的整體分布情況類似,均以低損失和較低損失為主,這2種森林損失類型的累計(jì)占比均超過75%,表明該時(shí)期福建省的縣域森林損失有所降低。

空間上福建省縣域森林損失率在呈現(xiàn)出西北低、東南高的基本態(tài)勢,并具有明顯的空間集聚效應(yīng)。2001—2010年福建省森林損失的高值區(qū)主要集中在東南沿海一帶,如龍海市、東山縣、漳浦縣和晉江市等地,森林損失的低值區(qū)則主要分布在省際邊緣縣域,以閩東地區(qū)為主。其中,2010年福建省各縣域的森林損失率進(jìn)一步擴(kuò)大,尤其是在東南沿海地區(qū)森林損失率明顯增高,是福建省森林損失率最高的區(qū)域;2010—2019年大部分地區(qū)的森林損失情況得以緩解,如尤溪縣的森林損失類型由高損失轉(zhuǎn)變?yōu)橹械葥p失,順昌縣由較高損失轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛽p失,邵武縣、建寧縣、泰寧縣、將樂縣由中等損失轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛽p失。這一時(shí)期福建省森林損失率較高的區(qū)域主要集中在南部的龍海市和漳浦縣等地。

3.3 森林損失的空間集聚特征

基于ArcGIS 10.8軟件平臺(tái),分別計(jì)算 2001、2005、2010、2015和2019年福建省森林損失的Moran′sI指數(shù),并且在P<0.05的顯著性水平上檢驗(yàn)結(jié)果(表3)。

表3 全局莫蘭指數(shù)(IG)分析結(jié)果

2001—2019年福建省森林損失的全局莫蘭指數(shù)(IG)均為正值(平均值為0.331)、Z值均遠(yuǎn)大于1.96(95%的置信區(qū)間),且這2個(gè)值的變化趨勢基本相同。可見,福建省的森林損失在空間總體存在較強(qiáng)的正相關(guān)性,相鄰縣域的森林損失率存在著顯著的相關(guān)性。其中森林損失的IG在2019年較小,下降趨勢明顯,表明該年份福建省森林損失的空間正相關(guān)性較弱。在IG的基礎(chǔ)上基于ArcGIS 10.8軟件平臺(tái)分別計(jì)算福建省2001、2005、2010、2015和2019年森林損失的局部莫蘭指數(shù)(IL),并得到森林損失的 LISA 聚集圖(圖5)。

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2001—2019年福建省的縣域森林損失存在著顯著的空間集聚特征。其中,森林損失率的高-高聚集區(qū)集中分布在福建省南部地區(qū),特別是漳州境內(nèi)的龍海市、漳浦縣、云霄縣、詔安縣、東山縣、南靖縣等地,表明這些縣域是福建省森林損失率較高的集聚區(qū),但在2001年森林損失率未出現(xiàn)高-高集聚類型;森林損失率高-低聚集區(qū)僅在2010年出現(xiàn),主要分布在霞浦縣和永春縣境內(nèi),而森林損失率的低-高聚集區(qū)在2001、2005和2019年零散分布,主要分布在將樂縣、惠安縣和詔安縣等地,表明這些地區(qū)是福建省森林損失率高值和低值相鄰的集聚區(qū);森林損失率低-低聚集區(qū)則主要分布在福建省的東部和東北部地區(qū),如壽寧縣、周寧縣、福安市、福清市等地,表明這些縣域是福建省森林損失率較低的集聚區(qū)。

3.4 森林損失的影響因素分析

3.4.1模型對比

在構(gòu)建GTWR模型前,對標(biāo)準(zhǔn)化后的所有變量進(jìn)行多重共線性檢驗(yàn),以預(yù)防偽回歸現(xiàn)象的出現(xiàn)。模型計(jì)算結(jié)果表明,城鎮(zhèn)化率、人均GDP、公路通車?yán)锍?、人口密度、木材產(chǎn)量這5個(gè)影響因子的VIF值均小于10,因此不同影響因子之間不存在共線性的問題,可以用于構(gòu)建GTWR模型。另外,采用R2、校正R2、AICc 值來表征模型的擬合程度。從表4可知,GTWR 模型2個(gè)階段的R2、校正R2、AICc 值分別為 0.756、 0.754、1 099.74和0.629、0.625、1 160.63,均優(yōu)于 GWR 和OLS模型的相應(yīng)值。因此,采用 GTWR 模型來探究森林損失率的影響因素。

表4 GWR與OLS、GWR對比結(jié)果

3.4.2縣域森林損失的影響因素

研究以福建省各縣區(qū)城鎮(zhèn)化率、人均GDP、公路通車?yán)锍?、人口密度和木材產(chǎn)量為解釋變量,利用ArcGIS軟件平臺(tái)和GTWR模型對這5個(gè)影響因素進(jìn)行空間探測,分析不同影響因素的驅(qū)動(dòng)效應(yīng),并將其驅(qū)動(dòng)效應(yīng)分為正向影響和負(fù)向影響。其中,正向影響(影響力>0)表征影響因子對區(qū)域內(nèi)的森林損失具有促進(jìn)作用,值越大表征其促進(jìn)效應(yīng)越明顯,而負(fù)向影響(影響力<0)則表征影響因子對區(qū)域內(nèi)的森林損失具有抑制作用,值越大則表征其抑制效應(yīng)越明顯。為了統(tǒng)一比較影響力大小,將其進(jìn)一步劃分為負(fù)向弱影響(-0.2～<0)、負(fù)向中度影響(-0.4～<-0.2)、負(fù)向強(qiáng)影響(<-0.4)、正向弱影響(0～<0.2)、正向中度影響(0.2～<0.4)和正向強(qiáng)影響(≥0.4)6個(gè)等級(jí)。

城鎮(zhèn)化率對森林損失率的影響主要表現(xiàn)為正向促進(jìn)作用,即隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,福建省縣域森林損失率也增加(圖6)。2001—2005年,福建省的城鎮(zhèn)化進(jìn)程還處于較低水平,該期間城鎮(zhèn)化率對福建省森林損失率的影響主要以弱影響為主,城鎮(zhèn)化水平對福建省的森林資源的影響較小;2005—2010年,城鎮(zhèn)化率對福建省的森林損失的影響由弱影響轉(zhuǎn)化為強(qiáng)影響,部分縣域單元呈現(xiàn)出正向強(qiáng)影響和負(fù)向強(qiáng)影響,如長泰縣、龍?？h、漳浦縣、建寧縣等地,城鎮(zhèn)化水平對森林損失的影響出現(xiàn)較大增長,表明該時(shí)期城鎮(zhèn)化水平對福建省森林損失的影響逐漸凸顯;2010—2019年,城鎮(zhèn)化率對森林損失的影響逐漸增強(qiáng),特別是福建省南部地區(qū),主要表現(xiàn)為正向強(qiáng)影響,隨著城鎮(zhèn)化水平的提高,城鎮(zhèn)建設(shè)用地不斷拓展,城鎮(zhèn)空間嚴(yán)重侵占了原有以林地為主的生態(tài)用地,導(dǎo)致福建省的森林損失逐漸增大。

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人均GDP對森林損失率的影響呈現(xiàn)出由正向影響到負(fù)向影響的轉(zhuǎn)變(圖7)。2001—2005年,福建省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體處于較低水平,人均GDP對福建省森林損失率的影響主要表現(xiàn)為正向影響,其中長汀縣和武平縣等西部縣域的正向影響最為明顯,這可能是由于這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后,為了追求更高的經(jīng)濟(jì)效益,大量的林業(yè)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,嚴(yán)重?fù)p害了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,導(dǎo)致該時(shí)期內(nèi)森林損失增加;2005—2010年,人均GDP對福建省森林損失的影響由正向影響向負(fù)向影響轉(zhuǎn)化,部分縣域單元表現(xiàn)為負(fù)向強(qiáng)影響,如建寧縣、泰寧縣、邵武市、武夷山市等地,該時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了較快增長,地方政府對森林資源的保護(hù)意識(shí)也逐漸增強(qiáng),致使森林損失的現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn);2010—2019年,人均GDP對福建省森林損失的影響以負(fù)向影響為主,呈負(fù)向作用的縣區(qū)大于正向作用的區(qū)縣,該時(shí)期經(jīng)濟(jì)增長開始由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量增長,環(huán)境保護(hù)意識(shí)大幅增強(qiáng),減少對森林資源的過度消耗。此外,云霄縣、詔安縣、東山縣等南部縣域在經(jīng)濟(jì)發(fā)展后期人均GDP的負(fù)向影響最為明顯。

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公路通車?yán)锍虒ι謸p失的影響主要表現(xiàn)為負(fù)向影響,隨著公路通車?yán)锍痰脑黾?在一定程度上抑制了森林的損失(圖8)。公路通車?yán)锍痰脑黾咏o當(dāng)?shù)氐牧洲r(nóng)提供了更多的就業(yè)選擇,他們不再以森林資源變現(xiàn)為主要收入,使得森林損失得以降低。然而,也有少部分縣域公路通車?yán)锍虒ι謸p失表現(xiàn)為正向影響,主要分布在南靖縣南部、大田縣和安溪縣東部,這些縣域更加靠近貿(mào)易港口,具有良好的木材市場,從而刺激林木企業(yè)大量砍伐木材進(jìn)行貿(mào)易銷售,且這些縣域大多經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),林地大量地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地,不可避免地出現(xiàn)切割山體、填筑溝谷等情況,損毀了森林資源。此外,公路通車?yán)锍痰脑黾哟蟠筇岣吡宿r(nóng)民木材運(yùn)輸效率,便于將森林資源及時(shí)變現(xiàn),從而導(dǎo)致森林損失的增加。

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以常住人口測算的人口密度因子對森林損失的影響主要表現(xiàn)為正向影響(圖9)。隨著人口密度的增加,福建省的縣域森林損失率也有所增加,特別是在2019年,人口密度對森林損失的正向促進(jìn)效應(yīng)尤為明顯。其中,福建省北部、南部的大部分區(qū)縣,如浦城縣、武夷山市、建陽區(qū)、華安縣和南靖縣等最為明顯,這可能是由于隨著城市化進(jìn)程的加快,大量農(nóng)村人口涌入城市,導(dǎo)致城市人口密度快速增加,帶來了大量的城市建設(shè)需求,對木材資源的消耗和需求也相應(yīng)增加,加劇了森林資源的砍伐,進(jìn)而提高了福建省的森林損失。而在福建省西部的部分縣域,如建寧縣、寧化縣、清流縣、明溪縣等地,人口密度與森林損失的關(guān)系則表現(xiàn)為負(fù)向影響,雖然該時(shí)期這些縣市的人口還整體處于增長趨勢,但經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)弱,區(qū)域內(nèi)農(nóng)村人口流入城市的速率遠(yuǎn)低于沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),整體的城市擴(kuò)張需求和人口流入強(qiáng)度都較小,導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)森林損失有所減緩,進(jìn)而呈現(xiàn)出人口增長與森林損失負(fù)向影響的基本態(tài)勢。此外,且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)以薪材為主要生活能源的模式逐漸向以天然氣和電等生活能源轉(zhuǎn)換,薪材使用量大量減少,從而導(dǎo)致毀林開荒的行為大量減少,有助于森林資源的恢復(fù)。

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木材產(chǎn)量對森林損失的影響主要表現(xiàn)為正向影響,特別是在2010年,福建省正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期,城市建設(shè)對木材的需求量較大,導(dǎo)致了森林資源的大量砍伐(圖10)。該時(shí)期木材產(chǎn)量對森林損失的正向促進(jìn)作用呈現(xiàn)出正向強(qiáng)影響的基本態(tài)勢。此外,木材產(chǎn)量直觀體現(xiàn)了木材市場對于木材的需求程度,林地經(jīng)營者出于自身生產(chǎn)效益的考慮,將大量林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、建設(shè)用地或其他具有更高收益的土地類型。起初,由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,木材的需求也隨之增長,導(dǎo)致森林面積減少。到了經(jīng)濟(jì)發(fā)展后期,隨著科技進(jìn)步和社會(huì)生態(tài)意識(shí)的提高,居民的生活和生產(chǎn)逐漸以高效清潔化的能源(如天然氣、風(fēng)能)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)薪材的使用,降低了木材的需求量,從而也減少了森林資源采伐,因此后期木材產(chǎn)量對于森林損失的正向驅(qū)動(dòng)作用有所減弱。

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4 結(jié)論與建議

4.1 主要結(jié)論

研究基于全球森林變化數(shù)據(jù)集,利用ArcGIS空間分析方法和GTWR模型,對福建省58個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃2001—2019年的森林損失進(jìn)行空間定量化測算,并探究福建省縣域森林損失的時(shí)空演變特征及其主要影響因素,得出以下幾個(gè)主要結(jié)論:

(1)2001—2019年福建省縣域森林損失呈現(xiàn)波動(dòng)上升的整體演化規(guī)律,森林損失總面積累計(jì)達(dá)到112.89萬hm2,相較于2000年,森林損失率累計(jì)達(dá)14.99%?；诟＝ㄊ】h域森林損失的演化過程,可將福建省的森林損失情況劃分為顯著上升階段(2001—2009年)、先降后升階段(2010—2016年)和顯著下降階段(2017—2019年)。

(2)福建省的森林損失總體上存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)性和空間集聚性,相鄰縣域森林損失率存在顯著的相關(guān)性,而其空間集聚效應(yīng)呈現(xiàn)出西北低、東南高的整體態(tài)勢。其中,森林損失率的高-高聚集區(qū)主要集中分布在福建省的南部地區(qū),特別是漳州境內(nèi);高-低聚集區(qū)和低-高聚集區(qū)僅在境內(nèi)零散分布,且僅在部分年份出現(xiàn);低-低聚集區(qū)的分布則較為廣泛,主要集中在福建省東部和東北部地區(qū)。

(3)城鎮(zhèn)化率、人均GDP、人口密度、公路通車?yán)锍毯湍静漠a(chǎn)量對福建省縣域森林損失均具有一定的影響,但存在明顯的時(shí)空異質(zhì)性。其中城鎮(zhèn)化率和木材產(chǎn)量對森林損失的影響以正向影響為主;人均GDP與森林損失率在2010年以前為正向影響,2010年之后則呈現(xiàn)為負(fù)向影響;人口密度對森林損失的影響以正向影響為主,且隨著時(shí)間推移,其影響的強(qiáng)度越來越大;公路通車?yán)锍虒ι謸p失以負(fù)向弱影響和負(fù)向中度影響為主。

4.2 政策建議

研究發(fā)現(xiàn),福建省的縣域森林損失現(xiàn)象較為嚴(yán)峻,且受人口、經(jīng)濟(jì)、資源、政策等多方面因素的綜合影響。因此,推進(jìn)相關(guān)政策有效實(shí)施,以減緩福建省的森林損失至關(guān)重要,為實(shí)現(xiàn)森林資源的科學(xué)管理和可持續(xù)經(jīng)營,提出以下相關(guān)政策建議:

(1)構(gòu)建長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測平臺(tái)與精準(zhǔn)管理技術(shù)。福建省的森林損失是一個(gè)長期動(dòng)態(tài)變化的過程。因此,在未來的森林資源科學(xué)管理過程中,可借助最新的遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、地理信息系統(tǒng)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對福建省森林資源的長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測,從而建立火災(zāi)、病蟲害、氣象災(zāi)害等森林資源自然災(zāi)害實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、長效的監(jiān)測預(yù)警機(jī)制,并重點(diǎn)監(jiān)管森林損失嚴(yán)重的區(qū)域,特別是森林損失的高-高集聚地區(qū)(漳浦縣、龍海市、長泰縣等),進(jìn)而有效降低其森林資源的損失。此外,需厘清各縣域森林損失的過程與機(jī)理,構(gòu)建森林資源的精準(zhǔn)管理體系,并實(shí)施精細(xì)化的森林資源科學(xué)管理策略。可依據(jù)各個(gè)縣域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況及森林資源稟賦,因地制宜地制定森林資源保護(hù)政策,采取差別化的精準(zhǔn)治理手段,提高森林資源的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,更好地改善林農(nóng)福祉和實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)。

(2)協(xié)調(diào)森林資源保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略。當(dāng)前農(nóng)民更加關(guān)注的是自身所能從森林資源中獲取到的經(jīng)濟(jì)效益,整體的生態(tài)保護(hù)意識(shí)相對薄弱,地方政府應(yīng)加強(qiáng)對森林資源保護(hù)的宣傳,提高農(nóng)民的生態(tài)保護(hù)意識(shí),制定森林資源保護(hù)激勵(lì)措施,在兼顧森林資源保護(hù)的前提下,合理協(xié)調(diào)森林保護(hù)與農(nóng)民利益兩者之間的關(guān)系。對于低-低集聚區(qū)(壽寧縣、周寧縣、福安市等),要積極引入森林碳匯項(xiàng)目,推動(dòng)林木生態(tài)價(jià)值向經(jīng)濟(jì)價(jià)值轉(zhuǎn)化;在低-高、高-低集聚區(qū)(霞浦縣、詔安縣、惠安縣、將樂縣等)要探索科學(xué)有效的跨區(qū)縣橫向生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制;在高-高集聚區(qū)(漳浦縣、龍海市、長泰縣等)要進(jìn)一步提升森林碳匯能力,加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,調(diào)整能源結(jié)構(gòu),從源頭減碳降碳,促進(jìn)森林資源的高質(zhì)量發(fā)展。

(3)完善森林資源可持續(xù)經(jīng)營與保護(hù)機(jī)制。未來的森林資源管理需要遵循現(xiàn)代森林經(jīng)營理念和森林生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律,完善森林資源可持續(xù)經(jīng)營與保護(hù)機(jī)制。一方面,基于森林全生命周期制定科學(xué)、合理的森林可持續(xù)經(jīng)營策略,對不同的林分演替方式采取差異化的經(jīng)營措施,實(shí)現(xiàn)區(qū)域森林資源的快速恢復(fù)和正向演替。另一方面,地方政府要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,構(gòu)建森林資源保護(hù)和合理利用的發(fā)展模式,在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中注重環(huán)境評(píng)估,以減緩城市擴(kuò)張對區(qū)域內(nèi)森林資源的破壞。