基于PSR模型的長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全動態(tài)評價

毛旭鵬，陳彩虹，郭 霞，周丹華，胡煥香

（中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

基于PSR模型的長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全動態(tài)評價

毛旭鵬，陳彩虹，郭 霞，周丹華，胡煥香

（中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

為了揭示長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全演變規(guī)律及其影響因素，基于PSR模型，依據(jù)研究區(qū)具體情況構建森林生態(tài)安全評價指標體系，同時利用熵值法賦權，結合模糊綜合評價法對研究區(qū)森林生態(tài)安全狀況進行評價分析。結果表明：2006年至2010年長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全綜合評價等級值由3.6186增長至3.9040，總體水平都處于“一般”狀況；由于受到冰雪災害和森林火災的嚴重影響，2008年森林生態(tài)安全綜合評價等級值最小。

森林生態(tài)安全；PSR模型；熵值法；隸屬度；長株潭地區(qū)

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，隨著人類開發(fā)活動的加劇，施加在森林生態(tài)系統(tǒng)上的壓力也在持續(xù)增大，森林生態(tài)系統(tǒng)的失衡將對社會經(jīng)濟造成嚴重威脅[1]。隨著長株潭“兩型社會”建設的大力開展，開始注重環(huán)境友好型發(fā)展模式、社會制度和生態(tài)技術，以謀求經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境之間的良性循環(huán)[2]，因此，森林生態(tài)安全作為生態(tài)安全的重要組成部分，其是否能夠得到保障將對“兩型社會”建設中的生態(tài)安全建設產(chǎn)生重大影響。目前國內(nèi)外主要集中研究區(qū)域土地、水環(huán)境、農(nóng)業(yè)及濕地等領域的生態(tài)安全，對森林生態(tài)安全的研究尚少[3-6]，而對森林生態(tài)安全已有的研究大多還停留在以現(xiàn)狀靜態(tài)評價分析為主的階段。本研究以長株潭地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，對其進行森林生態(tài)安全動態(tài)分析，研究其演變規(guī)律和影響因素，從而為消除森林生態(tài)安全所造成的不利影響提供決策依據(jù)，加快“兩型社會”的建設步伐。

1 研究區(qū)概況

本研究的范圍為湖南省長沙、株洲和湘潭3市地區(qū)，簡稱長株潭地區(qū)。位于東經(jīng)111°53′ ～114°15′，北緯 26°03′ ～ 28°05′之間，地處湖南省中東部，湘江下游，沿湘江呈“品”字形分布，兩兩相距不足40 km，分布結構緊湊，是湖南省經(jīng)濟發(fā)展的核心區(qū)域，并于2007年被批準為“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區(qū)。該區(qū)總面積2.82萬 km2，占湖南省域總面積的13. 3%。境內(nèi)以山地和丘陵為主，地形起伏較大，東西高，中北部低，平均海拔400 m，最低海拔27 m，相對高差達2 000 m。屬亞熱帶季風性濕潤氣候，氣候溫和，雨量充沛，四季分明。多年平均氣溫17.5℃，無霜期在286 d以上，多年平均降雨量1 378 mm，年平均光照時數(shù)達1 665 h。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究原始數(shù)據(jù)來源于湖南省統(tǒng)計年鑒（2007～2011）、湖南省森林資源統(tǒng)計年報（2007～2011）及其它相關數(shù)據(jù)。

2.2 評價指標體系的建立

到目前為止，專家學者已經(jīng)提出了許多指標體系框架，其中PSR（Pressure-State-Response Model）框架[7-8]目前已廣泛應用于氣候變化、生物多樣性與景觀、城市環(huán)境質(zhì)量、水資源、森林資源等指標體系的研究[9]。PSR模型在選取指標時使用了壓力-狀態(tài)-響應這一邏輯思維方式，目的是回答發(fā)生了什么、為什么發(fā)生以及人類如何做這樣3個問題[10]。本研究基于PSR概念模型框架，從森林生態(tài)安全的內(nèi)涵出發(fā)，以建立評價指標體系的科學性和系統(tǒng)性為原則，將森林生態(tài)安全總體水平狀況分為壓力指標、狀態(tài)指標和響應指標3個準則層。針對要素層，結合研究區(qū)的具體情況，選擇一些使用頻率較高、具有代表性的指標，向有關專家征詢意見后對指標進一步調(diào)整[11]，最終建立長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價指標體系（見表1）。

表1 長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價指標體系Table 1 Evaluation index system of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

2.3 指標權重的確定

目前評價因子權重的確定可分為兩大類：一類是主觀賦權法，如層次分析法（AHP）和德菲爾法（Delphi）等；另一類是客觀賦權法，如主成份分析法、因子分析法、灰色關聯(lián)分析法和熵值確定法等[12]。在信息論中，熵是信息無序度的度量，熵越大，信息的無序度越高，其信息的效用值越小，該指標的權重越??；反之，熵越小，信息的無序度越低，其信息的效用值越大，權重越大[13-14]。熵值法在計算權重時能避免過大的主觀性，因此，本研究采用熵值法確定各指標權重。

2.4 模糊綜合評價模型的構建

國內(nèi)外學者對于生態(tài)安全的評價多采用綜合評價模型、灰色關聯(lián)度評價模型、生態(tài)足跡評價模型、模糊綜合評價模型等[15]。本研究評價指數(shù)需要指標層、要素層與準則層各項指標進行層層合成，因此，采用模糊綜合評價模型進行評價分析。

2.4.1 評價標準的確定

由于研究區(qū)條件和研究目的不同，到目前為止，關于森林生態(tài)安全沒有統(tǒng)一的關于確定評價標準的方法。本研究在參考國內(nèi)外相關研究的標準以及對長株潭地區(qū)實際情況進行分析后，把評價標準分為差、較差、一般、良好和理想5個等級，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示[16]。

2.4.2 建立模糊綜合評價模型

由于安全概念本身具有模糊特性，因而采用模糊數(shù)學的概念和方法，建立森林生態(tài)安全模糊綜合評價模型，這比傳統(tǒng)的評價方法更能符合現(xiàn)象的實際情況[17]。模糊綜合評價法是通過構造等級模糊子集，確定各指標隸屬度，再利用模糊變換對其進行評價[18]，步驟如下[19-21]：

(1)有m個評價指標，被評價對象的指標域為X={x1,x2,…,xm}；

(2)評語集V={1，2，3，4，5}T，其中1為“惡劣”，2為“差”，3為“一般”，4為“良好”，5為“理想”；

(3)m個指標對5個等級的隸屬度構成一個模糊關系矩陣，如下：

式中：rij表示指標域X中第i個指標xi對應于評語集V中第j個等級vj的相對隸屬度。

rij具體函數(shù)定義如下：

對于效益性指標：即dj＜dj+1

當j=1時：

當j=1,2,3,4時：

當j=5時：

成本性指標符號與正效應指標相反，其中：rj為xi指標對j等級的隸屬度值，dj為j等級的標準值，x為i指標的實際值。

(4)計算隸屬度向量

本研究森林生態(tài)安全評價指標體系是層次結構，因此，復合運算需要計算要素層、準則層、目標層的隸屬度向量。以要素層隸屬度向量Rc計算為例，其運算公式如下：

式中：wi為要素層各評價指標對應指標層各指標的權重，rfj為要素層各評價指標對應指標層各指標隸屬于j等級的隸屬度。

計算各層次森林生態(tài)安全評價值

為了直觀表示森林生態(tài)安全的等級，需要對各層隸屬度進行級別變量特征的計算。模型如下：

N=M·V。

式中：M表示各層次的隸屬度向量，V為評語集。

3 結果與分析

3.1 計算結果

3.1.1 指標權重結果

本研究通過熵值法確定各指標權重，結果見表2。

3.1.2 評價標準結果

本研究在參考相關文獻和國內(nèi)外相關標準后，將研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的背景值和本底值[22]作為評價標準，結果見表3。

3.1.3 森林生態(tài)安全評價結果

根據(jù)模糊綜合評價模型，得到了長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價結果，見表4與圖1。

3.2 森林生態(tài)安全評價結果分析

3.2.1 森林生態(tài)安全壓力

由表4和圖1可知，研究區(qū)森林生態(tài)安全壓力等級值從2006年的3.386 7增長到2010年的4.4056，并且有逐年增長的趨勢，表明研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)所受壓力正在逐年減小。由于亂砍濫伐林地面積大幅度減少和疏林地所占比例大幅度降低，其所受壓力已經(jīng)從2006年的“一般”狀況逐漸轉變?yōu)?009年和2010年的“良好”狀況。

表2 長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價指標體系權重Table 2 Weights of forest ecological security evaluation index system for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

表 3 長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價標準Table 3 Evaluation standards of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

表4 長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全評價結果Table 4 Evaluation results of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

圖1 長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全水平動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

3.2.2 森林生態(tài)安全狀態(tài)

由于研究區(qū)2007年病蟲害造成活立木蓄積量的減少，其森林生態(tài)安全狀態(tài)等級值在2006年的基礎增長了2.58%；2008年冰雪災害和森林火災的嚴重影響造成活立木蓄積量和活立木總生長量大幅度減少，其狀態(tài)等級值較2007年下降了12.24%，下降幅度巨大；研究區(qū)2008年至2010年期間沒有遭受到大的自然災害，加之森林火災面積大幅度減少，森林生態(tài)安全狀態(tài)等級值由3.418 0增長到了3.881 2，盡管還處于“一般”狀況，但其森林生態(tài)安全狀態(tài)正在逐年好轉。

3.2.3 森林生態(tài)安全響應

研究區(qū)2006年至2008年更新造林面積大幅度逐年減少，森林生態(tài)安全響應等級值由3.570 1降低至3.148 5；2009年和2010年響應等級值增長至3.385 3和3.406 1，雖然投入能力的增強對響應等級值有一定的促進作用，但是由于在冰雪災害和森林火災后，封山育林和更新造林面積大幅度減少，從而造成2010年的響應等級值還沒有恢復到2006年的水平。

3.2.4 森林生態(tài)安全綜合評價

研究區(qū)森林生態(tài)安全狀態(tài)和響應等級值分別下降了12.24%和3.28%，由于森林生態(tài)安全壓力等級值增長了8.83%，其森林生態(tài)安全綜合評價等級值僅下降了4.11%，為五年中最小值。2006年至2010年森林生態(tài)安全綜合評價等級值由3.618 6增長至3.904 0，整體呈現(xiàn)增長趨勢，2009年和2010年森林生態(tài)安全狀況在2008年的基礎上處于快速恢復階段。

4 結 論

（1）研究區(qū)2006年至2010年森林生態(tài)安全綜合評價等級值整體呈現(xiàn)增長趨勢，增長速度緩慢，在評定等級上都處于“一般”狀態(tài)。

（2）壓力等級值逐年增長速度較快，從2006年的“一般”狀況轉變?yōu)?010年的“良好”狀況，森林生態(tài)安全承受的壓力逐年減?。?008年狀態(tài)等級值最小，處于“一般”狀況；2009年和2010年的響應等級處于“一般”狀況，但還沒有達到2006年的水平。

（3）長株潭“兩型社會”的快速發(fā)展和一系列林業(yè)法規(guī)制度的出臺，人們開始逐漸重視森林生態(tài)安全方面的保護，研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)所承受的壓力逐年減小。

（4）在2008年冰雪災害和森林火災后，封山育林和更新造林面積大幅度減少，使得2009年和2010年的響應等級值增長速度緩慢，今后應及時加強森林保護管理工作。

5 討 論

筆者對長株潭地區(qū)森林生態(tài)安全進行了動態(tài)分析，研究結果符合實際情況，因此，本研究方法科學可行。本研究基于PSR模型，結合熵值法和模糊綜合評判法進行定量的森林生態(tài)安全動態(tài)評價，避免了過多的人為主觀因素影響，因此增強了評價的科學性。采用多個指標與大量的數(shù)據(jù)進行綜合評判，保留了綜合評價時信息的完整性，從而提高了綜合評價的準確性。但是在進行指標體系構建的時候會存在一些主觀因素，此方法還有待改善。

[1] 陳宗鑄,黃國寧,等.基于PSR模型和層次分析法的區(qū)域森林生態(tài)安全動態(tài)評價[J].熱帶林業(yè)，2010,38(3):42-45.

[2] 周國華,彭佳捷,等.長株潭城市群生態(tài)足跡測算[J].湖南師范大學自然科學學報，2009,32(3):95-100.

[3] 肖篤寧,陳文波,等.論生態(tài)安全的基本概念和研究內(nèi)容[J].應用生態(tài)學報，2002,13(3): 355-358.

[4] 石 珺,何 焰,等.上海市水環(huán)境生態(tài)安全預警評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009,37(24): 11686-11689.

[5] Rasul G, Thapa G B. Sustainability analysis of conventional and ecological agriculture systems in Bangladesh[J]. World Development, 2003, 31(10): 1721 - 1741.

[6] 麥少芝,徐頌軍,潘穎君. PSR模型在濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價中的應用[J].熱帶地理，2005,25(4): 317-320.

[7] TONG C. Review on environmental indicator research[J].Research on Environmental Science,2000,13(4):53.

[8] ALLEN H. Environmental indicators: a systematic approach to measuring and reporting on environmental policy performance in the context of sustainable development[M]. Washington D.C.USA: World Resource Institute, 1995:68-84.

[9] 劉 昕,孫 銘,朱 俊,等.上海城市森林評價指標體系[J].復旦學報(自然科學版)，2004,43(6):988-994.

[10] 仝 川.環(huán)境指標研究進展與分析[J].環(huán)境科學研究, 2000,13(4): 53-55.

[11] 陳彩虹,佘濟云,肖 默,等.城市林業(yè)生態(tài)圈建設研究[M].北京:中國林業(yè)出版社，2009:113-115.

[12] 于 勇,周大邁.土地資源評價方法及評價因素權重的確定探析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報。2006,14(2):213-215.

[13] 朱 彬,馬曉冬.基于熵值法的江蘇省農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量評價研究[J].云南地理環(huán)境研究，2011,2(2):44-51.

[14] 張衛(wèi)民.基于熵值法的城市可持續(xù)發(fā)展評價模型[J].廈門大學學報(哲學社會科學版)，2004,(2):109-115.

[15] 胡永宏,賀思輝.綜合評價方法[M].北京:科學出版社，2000:3-10.

[16] 陳彩虹,齊旭明.基于PSR模型的長沙市生態(tài)安全評價[J].中南林業(yè)科技大學學報，2010,30(1):105-109.

[17] 高長波,陳新庚,韋朝海,等.熵權模糊綜合評價法在城市生態(tài)安全評價中的應用[J].應用生態(tài)學報，2006,17(10):1923-1927.

[18] 趙曉梅,蓋 美.基于模糊綜合評判的遼寧省水資源可持續(xù)利用研究[J].水資源研究，2010,31(2):4-18.

[19] 郭秀銳,楊居榮,毛顯強.城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價初探[J].中國環(huán)境科學，2002,22(6):525-529.

[20] 胡著邦,徐建民,全為民.模糊評價法在湖泊富營養(yǎng)化評價中的應用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2002,21(6):535-536.

[21] Kwak S J, Yoo S H, Shin C O. A multi-attribute index for assessing environmental impacts of regional development projects: The case study of Korea[J]. Environ. Manage,2002,29(2):301-309.

[22] 左 偉,王 橋,王文杰,等.區(qū)域生態(tài)安全評價指標與標準研究[J].地理學與國土研究，2002,18(1):67-71.

A dynamic assessment of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiantan area based on PSR model

MAO Xu-peng, CHEN Cai-hong, GUO Xia, ZHOU Dan-hua, HU Huan-xiang
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ In order to reveal the evolution rule and influence factors of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan area, according to the concrete conditions of the study area, a set of indices system for assessing forest ecological security was constructed based on PSR model, and the forest ecological security of the study area was analyzed by using entropy method and fuzzy comprehensive evaluation method. The results show that the comprehensive evaluation value of forest ecological security increased from 3.6186 to 3.9040 in 2006 and 2010 and all the overall levels were in state of “general”. Due to the snow disaster and the serious forest fire, the forest ecological security of 2008 was at the lowest level.

∶ forest ecological security; PSR model; entropy method; membership degree; Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

S718.55+7

A

1673-923X(2012)06-0082-05

2011-12-28

湖南省科技計劃項目“長株潭地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)預警研究”(2010NK30333) ；湖南省“十一五”重點學科建設計劃資助項目“森林經(jīng)理學科”(2006-028-0015)

毛旭鵬（1988—），男，河南孟州人，碩士研究生，主要研究方向為森林經(jīng)營數(shù)表與森林可持續(xù)經(jīng)營

陳彩虹（1968—），女，湖南邵東人，博士，副教授，主要從事土地資源管理和森林可持續(xù)經(jīng)營管理等方面的教學科研工作；E-mail：chencaihong056@163.com

[本文編校：羅 列]