省域森林生態(tài)安全評價
——基于5省的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

顧艷紅,張大紅

1 北京林業(yè)大學理學院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學經(jīng)濟管理學院, 北京 100083

省域森林生態(tài)安全評價
——基于5省的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

顧艷紅1,*,張大紅2

1 北京林業(yè)大學理學院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學經(jīng)濟管理學院, 北京 100083

生態(tài)安全是國家安全體系的重要組成部分。面對嚴峻的生態(tài)環(huán)境形勢,以及大氣污染、水污染、土壤污染等嚴重的生態(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,森林關系國家生態(tài)安全?；谏稚鷳B(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會系統(tǒng)的交互關系,從森林資源狀況、地理氣候條件、地區(qū)社會經(jīng)濟壓力、人類管護響應狀況四個方面構(gòu)建省域森林生態(tài)安全評價指標體系,并建立森林生態(tài)安全指數(shù)模型。選取我國五個具有代表性的省份：貴州、湖北、浙江、吉林、青海作為試點省份,對其2004—2014年的森林生態(tài)安全狀況進行評價和對比。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)濟的同時,應該加強造林,重視對森林資源的管護,尤其要注意對天然林的保護,維護森林生態(tài)安全。

森林生態(tài)安全；指標體系；評價模型；評價分析

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在森林中,對人類來說,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)安全狀況直接關系到全球的生態(tài)安全和人類的生存與發(fā)展,因此維護森林生態(tài)安全意義重大。然而,我國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、病蟲害、環(huán)境污染等,這些有害干擾導致森林正常結(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],近幾年也成為學界研究的重要課題。

目前,國內(nèi)外森林生態(tài)安全研究既有理論探討又有實證評價,其中森林生態(tài)安全評價是學者們研究的重點內(nèi)容之一。森林生態(tài)安全評價是基于一定的需要,對特定時空范圍內(nèi)森林生態(tài)安全狀況的定性或定量描述[10]。根據(jù)研究對象、研究目的和研究者對森林生態(tài)安全概念理解的不同,評價的側(cè)重點和評價指標的選取也存在差異。袁菲等[11]以汪清林區(qū)的60個林班為研究對象,基于干擾理論提出了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型,并從干擾和增益兩個方面選取8個指標構(gòu)建了森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系。袁珍霞[12]以福建三明市森林資源為研究對象,從林分結(jié)構(gòu)、功能效益、自然條件、環(huán)境壓力和社會投入5個方面,構(gòu)建了包括24個指標的縣域森林生態(tài)安全評價指標體系,劉心竹[13]等從有害干擾的角度建立了包括16個指標的森林生態(tài)安全評價指標體系,對我國31個省級行政區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)2011年的森林生態(tài)安全水平進行了實證分析。林分尺度的微觀評價側(cè)重于從森林自身的健康狀況方面構(gòu)建指標體系[11,14],而區(qū)域尺度的宏觀評價一般把森林生態(tài)系統(tǒng)放在自然和社會經(jīng)濟構(gòu)成的復合生態(tài)系統(tǒng)里考慮其安全狀況[15-16]。指標權重的確定方法主要有熵權法[15-16]、主成分分析法[13]、層次分析法[16]等。雖然學者們在森林生態(tài)安全研究上做了很多積極有益的探索,但相關理論還需進一步完善和豐富,如森林生態(tài)安全的內(nèi)涵還沒有公認的定義、評價指標體系存在指標疏漏和重復的現(xiàn)象、指標權重的確定方法需要創(chuàng)新等。本文基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、社會經(jīng)濟系統(tǒng)的交互關系,揭示省域森林生態(tài)安全的內(nèi)涵,在此基礎上構(gòu)建省域森林生態(tài)安全評價指標體系和生態(tài)安全指數(shù)模型,并選取我國貴州、湖北、浙江、吉林、青海作為代表省份,對其2004—2014年的森林生態(tài)安全狀況進行分析和比較,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,學術界對森林生態(tài)安全的理解還未形成統(tǒng)一的認識,有的僅從森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能層面認識其安全狀況[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)支持社會經(jīng)濟發(fā)展和滿足人們生態(tài)需求的狀況,也包括自然、社會經(jīng)濟活動、災害等對森林生態(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)境和人類社會經(jīng)濟活動等外界因素的干擾(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)支持社會經(jīng)濟發(fā)展和滿足人類生態(tài)需求的狀態(tài)。森林生態(tài)安全是一個相對的、動態(tài)的概念,某區(qū)域的森林生態(tài)安全狀況是各個層次因素綜合影響的結(jié)果?；谏稚鷳B(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會系統(tǒng)的交互關系,構(gòu)建省域森林生態(tài)安全資源-氣候-壓力-響應的結(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)以及支持社會經(jīng)濟發(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)社會經(jīng)濟(壓力)子系統(tǒng),反映人類對森林生態(tài)產(chǎn)品的需求以及社會經(jīng)濟活動對森林生態(tài)系統(tǒng)的侵擾；(4)管護響應子系統(tǒng),反映人類管理和保護森林生態(tài)系統(tǒng)的狀況。

基于森林生態(tài)安全資源-氣候-壓力-響應的結(jié)構(gòu)模型,本研究構(gòu)建了省域森林生態(tài)安全評價指標體系,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價森林生態(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森林生態(tài)系統(tǒng)的影響；三是壓力指數(shù),主要評價森林生態(tài)系統(tǒng)所承載的社會經(jīng)濟壓力；四是管護響應指數(shù),主要評價人類對森林生態(tài)系統(tǒng)的管理和維護狀況。

1.2 省域森林生態(tài)安全評價指標體系

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,通過文獻檢索和專家咨詢,從資源、氣候、社會經(jīng)濟壓力、管護響應狀況4個方面選取11個指標建立省域森林生態(tài)安全評價指標體系(表1)。

(1)森林資源類指標

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)社會經(jīng)濟發(fā)展和滿足人類生態(tài)需求的能力,是評價森林生態(tài)系統(tǒng)最直接也是最常用的指標?；诓煌难芯磕康暮脱芯砍叨?學者們對森林生態(tài)系統(tǒng)資源狀況進行評價時選取了不同層次的指標體系,考慮到指標的相關性和重復性,結(jié)合本研究是省域大尺度評價,在森林資源類指標A1中,選取了3個二級指標：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國家或地區(qū)森林面積占土地面積的百分比,是反映一個國家或地區(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[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。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)復雜性的指標。天然林結(jié)構(gòu)復雜,環(huán)境適應能力和自我恢復能力相對較強,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)安全評價指標體系

(2)氣候類指標

林木是森林生態(tài)系統(tǒng)的主體,其生長發(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[21]。氣候的熱量條件差異導致我國植被類型由南向北的緯向變化,我國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)了水分條件對植被的影響,熱量和水分共同影響著林木的生長發(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)安全評價指標體系[12,15]。熱量是植物生命活動的基礎和能量來源,在一定范圍內(nèi),溫度越高植物生長發(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)學原理,根據(jù)我國水熱同期的特點,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,對應的生境愈濕潤,而濕度的增加可促進植被長勢[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,選取兩個氣候類指標反映氣象因子對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響,分別為：年均氣溫B4、生物干濕度指數(shù)B5。這兩個指標均為正向指標。其中生物干濕度指數(shù)BK的計算公式[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)社會經(jīng)濟壓力指標

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,同時還提供多種生態(tài)服務。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現(xiàn)[1,28]。人類對森林的物質(zhì)需求會消耗森林資源,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)造成的壓力也會越大[29-30]。另外,隨著經(jīng)濟發(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,也會引起森林生理、生態(tài)功能的改變[31-32],大氣污染對森林的影響從20世紀80年代就引起了學者們的普遍關注[31-36]?；谝陨涎芯砍晒?本研究主要從人類對森林資源的需求、消耗,環(huán)境污染對森林的影響兩個方面選取關鍵指標反映森林所承受的社會經(jīng)濟壓力。社會經(jīng)濟壓力指標包括3個：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,對森林資源的需求越大,對環(huán)境的污染越嚴重,森林生態(tài)系統(tǒng)越不安全。

(4)管護響應類指標

森林火災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)的正常運轉(zhuǎn)[36-40]。另外,作為一種生物災害,森林病蟲鼠害嚴重威脅著森林生態(tài)系統(tǒng)的健康[4]。雖然森林火災和病蟲鼠害發(fā)生的原因多樣,但一定的防護和管控措施能抑制這些災害的發(fā)生[4,36],森林火災和病蟲鼠害的受災情況反映了人類管護森林的力度和水平。另外,林業(yè)投資狀況反映了政府對林業(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,在管護響應類指標中設置如下三個指標：森林火災受災率B9、森林病蟲鼠害發(fā)生率B10、林業(yè)投資指數(shù)B11。森林火災受災率是森林火災受災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,這兩個指標值越大,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)安全評價方法

本研究選取我國貴州、湖北、浙江、吉林、青海5個省作為研究對象,基于上述省域森林生態(tài)安全評價指標體系,用“變異系數(shù)法”[11,41]確定各個指標的權重,采用綜合評價法得到各省的森林生態(tài)安全指數(shù),以此對研究區(qū)的森林生態(tài)安全狀況進行分析和比較。

各省某年份森林生態(tài)安全指數(shù)FESI的計算公式為：

(3)

式中,FESIi表示第i個省某年的生態(tài)安全指數(shù),yij表示對應年份第i個省第j個指標的無量綱化數(shù)值,wj表示第j個指標的權重。森林生態(tài)安全評價指標體系中第j個指標的權重wj通過以下公式計算得出：

(4)

式中,vj表示第j個指標的變異系數(shù),可通過以下公式計算得出：

(5)

2 五省森林生態(tài)安全實證研究

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)安全評價指標體系及評價模型,綜合考慮研究區(qū)森林資源狀況、氣候及經(jīng)濟發(fā)展水平的差異性,選擇我國貴州、湖北、浙江、吉林、青海五個省作為實證研究對象,在地理分布上,涵蓋了中國西南地區(qū)、中部地區(qū)、東南沿海地區(qū)、東北地區(qū)、西部地區(qū),形成一個圈狀,這五個省也是中國重要的生態(tài)功能區(qū)的典型代表。

本研究建立的指標體系共包括11個指標,涉及到的原始指標有16個。考慮到地區(qū)氣候的相對穩(wěn)定性和氣候因子對樹木生長影響的滯后性,在本研究中,以中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)公布的“中國地面累年值年值數(shù)據(jù)集(1981—2010年)”和“中國地面累年值月值數(shù)據(jù)集(1981—2010年)”為基礎,根據(jù)各個觀測站點的氣象數(shù)據(jù)計算出該省對應的氣象指標值。其余數(shù)據(jù)來自于各省統(tǒng)計年鑒。研究的時間跨度為2004—2014年。根據(jù)5個省11a的數(shù)據(jù)形成55×11的指標數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)55×11。

2.2 指標數(shù)據(jù)的標準化

數(shù)據(jù)標準化常用的方法是功效系數(shù)法[11,13,16],本研究對傳統(tǒng)的功效系數(shù)法進行了改進,對于正向指標,采用如下公式對數(shù)據(jù)實行標準化：

(6)

對于負向指標,數(shù)據(jù)標準化的公式為:

(7)

按照公式(6)和公式(7),得到標準化的指標數(shù)據(jù)矩陣Y=(yij)55×11。

2.3 指標權重及主要影響因子

“變異系數(shù)法”是根據(jù)同一指標數(shù)據(jù)間的離散程度來給各指標賦權,適用于具有一定差異的研究對象作橫向比較和同一對象在不同時點作縱向比較?；?省2004—2014年的指標數(shù)據(jù),根據(jù)“改進的功效系數(shù)法”和“變異系數(shù)法”得到本研究各級指標的權重(表2)。

由表2可知,在4個一級指標中,森林資源類指標權重最大,達到0.419,管護響應類指標和氣候類指標的權重分別排在第二、第三位,社會經(jīng)濟壓力類指標權重最小。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,其次是人類對森林的管護投資因素和氣候因素。社會經(jīng)濟壓力類指標雖然權重最小,但對森林生態(tài)安全指數(shù)的影響也不容忽視。另外,根據(jù)二級指標權重的排序結(jié)果,在森林資源類指標中,森林單位面積蓄積量是最主要的影響因子；在氣候類指標中,年均氣溫是最主要的影響因子；社會經(jīng)濟壓力類指標的最主要影響因子為人口密度指數(shù)；而管護響應類指標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)安全的三大單項因素。

表2 各級影響因子的權重

2.4 5省森林生態(tài)安全評價結(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),其余四省除了個別年份出現(xiàn)指數(shù)下降情況,其余時間段內(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年為報告年,浙江省森林生態(tài)安全指數(shù)的絕對增量為0.232,相對增量為40.3%,這兩項指標在5省中均處于最高水平,森林生態(tài)安全指數(shù)絕對增量最小的是青海省,為0.038,相對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)各評價指標的權重及無量綱化的指標值,基于綜合指數(shù)法,可以得到5省2004—2014年4個一級指標因子的指數(shù)值,即森林資源指數(shù)、氣候指數(shù)、社會經(jīng)濟壓力指數(shù)和管護響應指數(shù)(本部分各指數(shù)均為標準化指數(shù),介于0與1之間)。

本研究選取第七、八、九次全國森林資源清查的起始年份(2004,2009和2014年)作為代表年份,對5省森林生態(tài)安全一級指標因子狀況進行分析,為各省森林生態(tài)安全指數(shù)的評價結(jié)果做進一步解釋。

(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0.873,說明吉林省森林資源狀況很好,相對而言,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。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,表明對應地區(qū)氣候條件越好,森林生態(tài)系統(tǒng)越安全。考慮到地區(qū)氣候的相對穩(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,降水和氣溫因素嚴重影響了森林生產(chǎn)力和生物多樣性,從而導致青海省森林生態(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)社會經(jīng)濟壓力類因子分析

圖4 為2004,2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的社會經(jīng)濟壓力指數(shù)。社會經(jīng)濟壓力指數(shù)與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平呈反向關系,地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平和人口密度越低,對森林資源的需求、對環(huán)境的污染也越小,即森林生態(tài)系統(tǒng)承受的社會經(jīng)濟壓力越小,此時森林生態(tài)系統(tǒng)的社會經(jīng)濟壓力指數(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)會越高,對應森林生態(tài)系統(tǒng)越安全。由圖4可知,在3個代表年份,青海省的社會經(jīng)濟壓力指數(shù)在5省中均處于最高水平,從年際變化看,青海省的社會經(jīng)濟壓力指數(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)受到人類社會經(jīng)濟活動的干擾較小。浙江省作為我國東南部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(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經(jīng)濟發(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)安全狀況會因此提升。湖北省的社會經(jīng)濟壓力指數(shù)呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。對大部分省來說,社會經(jīng)濟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省社會經(jīng)濟壓力指數(shù)Fig.4 The socio-economic pressure index of five provinces in 2004, 2009, 2014

(4)管護響應類因子分析

圖5 為2004,2009和2014年貴州、湖北、吉林、青海、浙江5省的管護響應指數(shù),該指數(shù)越大,表明人類對森林資源的管護力度越大、管護效果越好,在其它因子不變的情況下,森林生態(tài)安全狀況會因此提升。從年際變化來看,各省的森林管護響應指數(shù)均呈上升趨勢,但各省上升的幅度存在較大差異。2004—2009年期間,5省森林管護響應指數(shù)的絕對增量介于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,管護響應指數(shù)的絕對增量介于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年的森林管護響應指數(shù)在5省中均處于最低水平,而2014年的森林管護響應指數(shù)躍居5省首位,2004年到2009年浙江省森林管護響應指數(shù)的相對改變量為78.7%,2009年到2014年的相對改變量為140.9%,管護響應指數(shù)的提升是浙江省森林生態(tài)安全指數(shù)上升的重要貢獻因子。在對管護響應類因子的進一步分析中發(fā)現(xiàn),林業(yè)投資指數(shù)是導致各省管護響應指數(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)安全因子貢獻率

根據(jù)本研究的綜合指數(shù)計算法,森林生態(tài)安全指數(shù)不僅跟各指標的權重存在關系,而且跟各指標值有關。由于資源、氣候、管護、壓力的實際差異,各生態(tài)因子對不同省份森林生態(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)安全因子貢獻率,該比值越大,對應因子對該省森林生態(tài)安全指數(shù)的貢獻越大。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年的平均貢獻率。從圖6可以看出,吉林、浙江、湖北、貴州4省資源類指標的貢獻率分別為0.526、0.386、0.372、0.342,遠大于其它指標的貢獻率,表明在本次森林生態(tài)安全評價中,森林資源是這四省的絕對優(yōu)勢因素,而青海省森林資源的貢獻率(0.181)僅高于氣候類指標的貢獻率。在貴州、湖北和浙江省,氣候類指標的貢獻率位居第二,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)勢因素,而青海和吉林兩省氣候類指標的貢獻率最小。由于社會經(jīng)濟壓力指標的權重較小,在貴州、湖北和浙江省,社會壓力類指標的貢獻率低于其它指標的貢獻率,而青海省社會壓力類指標的貢獻率僅次于管護響應類指標,說明青海省社會經(jīng)濟壓力小是森林生態(tài)安全評價中的優(yōu)勢因素。在貴州、湖北和浙江省,管護響應類指標的貢獻率僅高于社會經(jīng)濟壓力指標的貢獻率,而青海省管護響應類指標是貢獻率最高的指標,吉林省管護響應類指標的貢獻率在4個指標中排名第二,這與政府對森林資源管理和保護的重視,社會對森林資源、生態(tài)環(huán)境的保護意識普遍增強有重要關系。

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

圖6 一級指標貢獻率Fig.6 The contribution rate of the first-level index

2.4.4 5省森林生態(tài)安全狀況變動分析

表3給出了2004—2014年11a時間里森林生態(tài)安全指數(shù)的改變量與9個可變單項因子指數(shù)值(單項因子的權重與對應指標標準化數(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個可變生態(tài)因子中,森林覆蓋率指數(shù)、火災受災率指數(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個省增加,這5個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、人類社會系統(tǒng)的交互關系,結(jié)合森林生態(tài)相關研究成果,構(gòu)建了一套省域森林生態(tài)安全評價指標體系,運用改進的功效系數(shù)法和變異系數(shù)法對指標進行客觀賦權,采用綜合評價法對我國五個代表省份的森林生態(tài)安全狀況進行評價,并詳細分析了其變動趨勢和差異情況。

(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,其次為管護響應類因子和氣候因子,而社會經(jīng)濟壓力對森林生態(tài)安全的影響程度相對較小。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)濟發(fā)展水平較高,社會經(jīng)濟壓力較大,但因其有良好的森林資源和氣候條件,足以抵消負面因素對森林生態(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。青海省社會經(jīng)濟壓力較小,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)安全狀況相對較差。因此,在經(jīng)濟發(fā)展的過程中,應該加強造林,重視對森林資源的管護,尤其要注意對天然林的保護,切實維護我國森林生態(tài)安全。

3.2 討論

本文基于森林生態(tài)系統(tǒng)與自然、人類社會系統(tǒng)的交互關系,構(gòu)建了涵蓋資源、氣候、壓力、響應四部分的森林生態(tài)安全結(jié)構(gòu)模型,在此基礎上構(gòu)建了包括11個具體指標的森林生態(tài)安全評價指標體系,和相關研究[12]相比,指標體系有所簡化,數(shù)據(jù)可獲性好,同時比較全面地涵蓋了影響森林生態(tài)安全狀況的關鍵因素。本文建立的指標體系比較適合于空間差異較大的大尺度森林生態(tài)安全評價與比較。對不同的研究區(qū)域,影響森林生態(tài)安全的驅(qū)動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森林生態(tài)的影響,但是考慮相對粗略,不同植物種類對水熱組合的脅迫響應機制各不相同[42- 44],因此下一步要根據(jù)研究對象及時間跨度進一步分類探討森林生態(tài)安全評價指標體系,以期為相關地區(qū)提供更具針對性更有應用價值的參考。

本文采用變異系數(shù)法確定評價指標的權重,這種方法依賴客觀數(shù)據(jù),避免了人為主觀因素的干擾。在此基礎上得到的5省森林生態(tài)安全指數(shù)值與相關研究結(jié)果[15]基本一致,基本符合研究區(qū)的實際狀況,說明該方法具有科學性和可行性,能應用于省域森林生態(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,如熵權法[15-16]、生態(tài)足跡法[45]、模糊集對模型等[46-47]。對相同的研究區(qū)域,今后可以考慮在同一指標體系下用不同的方法作對比研究,在此基礎上對森林生態(tài)安全評價的方法進行進一步創(chuàng)新,以期使評價結(jié)果更接近實際狀況。

森林生態(tài)安全評價是森林生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容,可以幫助相關人員了解區(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,做好森林生態(tài)風險防范工作,應進一步在森林生態(tài)安全閾值和生態(tài)安全預警[48]方面進行探索。

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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

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(2015ZCQ-LY-01)；國家林業(yè)局業(yè)務委托項目(ZDWT- 2014- 16, ZDWT- 2015- 9)

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

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)安全評價——基于5省的經(jīng)驗數(shù)據(jù).生態(tài)學報,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.