基于GWR模型的長江三角洲森林生態(tài)安全驅(qū)動(dòng)因素研究

馮彥，湯旭，包慶豐

（1. 中國社會科學(xué)院 生態(tài)文明研究所，北京 100710；2. 中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410000；3. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

森林是陸地上最重要和生物總量最豐富的生態(tài)系統(tǒng)，對陸地生態(tài)環(huán)境有決定性的影響，對維護(hù)陸地生態(tài)平衡有著非常積極的作用。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，粗放的經(jīng)濟(jì)增長方式導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)遭受一系列破壞性干擾，其生態(tài)安全受到嚴(yán)重威脅[1-2]，導(dǎo)致水土流失加速、土地荒漠化[3]、物種多樣性減少[4]和溫室效應(yīng)加大，在一定程度上破壞了森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡性，最終威脅到人類、動(dòng)物和植物的生存。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲森林生態(tài)系統(tǒng)為代價(jià)，保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)是為了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?；谶@種背景，維持森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性尤為重要。長江三角洲經(jīng)濟(jì)領(lǐng)先全國，2019 年，其經(jīng)濟(jì)總量占國內(nèi)生產(chǎn)總值的24.08%，是我國第一大經(jīng)濟(jì)區(qū)，是世界公認(rèn)的六大城市群之一，城鎮(zhèn)化水平平均達(dá)到68.19%。全區(qū)工業(yè)增加值81 791.38 億元，占全國的25.86%。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，以及高強(qiáng)度的人類活動(dòng)，長江三角洲森林生態(tài)空間被大量占用，區(qū)域森林生態(tài)不斷惡化，導(dǎo)致大氣污染加劇、酸雨頻繁、生物資源衰退等問題的產(chǎn)生。因而，本文以長江三角洲區(qū)縣為研究區(qū)域。

森林生態(tài)安全是近年來生態(tài)學(xué)界提出的一個(gè)全新概念，用于表征森林生態(tài)系統(tǒng)的功能與作用[5]，這一課題越來越受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的關(guān)注。Costanza[6]認(rèn)為森林生態(tài)安全應(yīng)該主要關(guān)注森林生態(tài)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)自身的健康、完整和可持續(xù)性。而人類的干擾和維護(hù)行為應(yīng)該也要反映到森林生態(tài)安全中[7]。國內(nèi)外研究多數(shù)傾向從國家、省級尺度來關(guān)注森林生態(tài)安全，如Zhang 等[8]采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立了綜合動(dòng)態(tài)仿真模型，對1999—2014 年中國森林生態(tài)安全進(jìn)行了評價(jià)；徐會勇等[9]基于生態(tài)文明建設(shè)視角對我國省域森林生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)；劉心竹等[10]通過建立森林生態(tài)安全綜合干擾指數(shù)，對全國森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)天津市、山東省處于極不安全狀態(tài)，而海南省和西藏自治區(qū)處于極安全狀態(tài)；Moraes 等[11]建立了一套風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系統(tǒng)來考察亞馬孫森林的生態(tài)安全；盡管李巖等[12]從縣域尺度對江蘇省森林生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)，并進(jìn)行時(shí)空演變分析，但是在當(dāng)前中國區(qū)域一體化發(fā)展的背景下，僅從單一省份研究出發(fā)，缺少了區(qū)域全局考慮。目前針對森林生態(tài)安全的影響因素的研究較少，多集中于經(jīng)濟(jì)方面。段偉等[13]采用農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)，研究勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移與森林生態(tài)保護(hù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移能夠減緩對森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力，提升森林生態(tài)安全水平。而Lu等[14]采用空間計(jì)量模型，研究森林生態(tài)安全的驅(qū)動(dòng)因素，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化水平與森林生態(tài)安全顯著負(fù)相關(guān)。城鎮(zhèn)化與森林生態(tài)安全可能并非單一的線性關(guān)系。林業(yè)第一產(chǎn)業(yè)不僅可以促進(jìn)林業(yè)發(fā)展，還有利于提高森林生態(tài)安全水平[15]。第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來環(huán)境污染、土地占用和資源消耗，對森林生態(tài)安全產(chǎn)生負(fù)向作用[16]。除此之外，生態(tài)區(qū)位條件也會影響森林生態(tài)安全。Hu 等[17]利用1991—2005 年森林健康和監(jiān)測片區(qū)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)通過氣候改變森林的組成進(jìn)而影響森林生態(tài)系統(tǒng)。Zirlewagen 等[18]基于多元線性回歸分析與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)證實(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)也會受到地形的影響。從研究方法來看，PSR 框架多用于構(gòu)建森林生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，將指標(biāo)分類為壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)，這種分類有助于確定它們之間的互動(dòng)關(guān)系[19]。地理信息系統(tǒng)（GIS）也廣泛應(yīng)用于森林生態(tài)安全時(shí)空演變分析[20-21]。森林生態(tài)安全影響因素分析多采用AMOS[15]、OLS、SEM[14]等方法。但是，有些因素對森林生態(tài)安全的影響并非單一的線性關(guān)系，存在空間差異性，地理加權(quán)回歸模型可以克服這一缺陷。

盡管對森林生態(tài)安全的認(rèn)識取得了進(jìn)步，但現(xiàn)有文獻(xiàn)仍存在一些局限性。以往的研究更多停留在全國或省域尺度，集中在森林生態(tài)安全評估與時(shí)空演變分析層面，缺少一體化地區(qū)縣域尺度森林生態(tài)安全驅(qū)動(dòng)因素的研究。而且，生態(tài)正外部性特征促使相鄰區(qū)域的生態(tài)相互影響，存在空間依賴性，在研究森林生態(tài)安全的影響因素時(shí)，應(yīng)考慮各區(qū)域的空間效應(yīng)和空間差異性。

本文對傳統(tǒng)的Pressure-State-Response（PSR）進(jìn)行改進(jìn)，以森林?jǐn)?shù)量和質(zhì)量反映森林狀態(tài)層，以人類行為指標(biāo)反映森林壓力層，構(gòu)建森林生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，以長江三角洲區(qū)縣作為研究對象，評估森林生態(tài)安全狀況。在探索森林生態(tài)安全影響因子時(shí)，經(jīng)濟(jì)社會因素和自然稟賦因素都會影響森林生態(tài)安全狀況，同時(shí)還應(yīng)考慮長江三角洲各地區(qū)影響因素的空間效應(yīng)和空間差異?；诖?，本研究選取城鎮(zhèn)化、工業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)區(qū)位三個(gè)變量，采用地理加權(quán)回歸方法研究森林生態(tài)安全影響因素的空間差異，從空間效應(yīng)視角對長江三角洲區(qū)縣森林生態(tài)安全影響因素的空間差異進(jìn)行分析，為維護(hù)森林生態(tài)安全提供決策依據(jù)。本研究結(jié)果有利于豐富森林生態(tài)安全評價(jià)的理論，填補(bǔ)森林生態(tài)安全影響因素空間效應(yīng)和空間差異性研究的空白，為地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)以及提升森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供決策依據(jù)。

1 模型選擇

1.1 森林生態(tài)安全評估模型

Pressure-State-Response（PSR）最初由Rapport 等[22]于1979 年提出，后由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于1989 年舉辦針對環(huán)境問題的會議上得到七國集團(tuán)首腦認(rèn)可，用于構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)體系的模型。目前被國內(nèi)外學(xué)者廣泛用于流域系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)、耕地系統(tǒng)和森林系統(tǒng)等，PSR 模型使用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”這一理論邏輯，體現(xiàn)了人類與環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。本文借鑒PSR 模型的分析框架，構(gòu)建森林生態(tài)安全指標(biāo)框架，森林生態(tài)安全狀態(tài)類指標(biāo)是指目前森林生態(tài)系統(tǒng)的資源狀況；壓力類指標(biāo)用來反映人類的生活、生產(chǎn)活動(dòng)對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的破壞性干擾；響應(yīng)類指標(biāo)是指人類活動(dòng)對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的有益干擾。依據(jù)Lu 等[16]對森林生態(tài)安全的定義，對其科學(xué)內(nèi)涵的把握，參照PSR 模型，將森林生態(tài)安全指數(shù)細(xì)分為森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)、森林生態(tài)安全壓力指數(shù)和森林生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)。而PSR 模型中壓力（P）與響應(yīng)（R）均為人類活動(dòng)對森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾，本文均稱為“壓力”，包括“正向壓力”與“負(fù)向壓力”，“負(fù)向壓力”即為響應(yīng)。因而在文中計(jì)算森林生態(tài)安全壓力指數(shù)包括正向壓力與負(fù)向壓力，不單獨(dú)計(jì)算響應(yīng)指數(shù)。

1.1.1 森林生態(tài)安全評估指標(biāo)體系建立

遵循科學(xué)性、可比性、數(shù)據(jù)可獲得性等原則，分別選取代表森林?jǐn)?shù)量、森林質(zhì)量的指標(biāo)，形成森林狀態(tài)指數(shù)，選取代表一般社會壓力、行為壓力和人類維護(hù)的指標(biāo)，形成森林壓力指數(shù)。通過查閱文獻(xiàn)、參考書籍，選取森林覆蓋率、林地面積占比、人口密度等一系列指標(biāo)。采用專家會議法，對選擇的指標(biāo)進(jìn)行剔除和調(diào)整，最終確定15 個(gè)指標(biāo)來構(gòu)建森林生態(tài)安全指數(shù)（表1）。

表1 森林生態(tài)安全指標(biāo)體系

1.1.2 森林生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算

本文根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算森林生態(tài)安全指數(shù)。熵權(quán)法是根據(jù)信息論基本原理，將系統(tǒng)的有序程度分為有序和無序兩種狀態(tài)，其中有序程度用信息來表示，而無序程度則用熵來度量，熵值越小的指標(biāo)提供的信息量越大。熵權(quán)法具有賦權(quán)客觀的優(yōu)點(diǎn)，它能有效避免權(quán)重設(shè)置的主觀影響。

（1）熵權(quán)法權(quán)重。

①假設(shè)有m(i=1, 2, …,m)個(gè)樣本 和n(j=1, 2, …,n)個(gè)指標(biāo)，則構(gòu)建判斷矩陣：

②將判斷矩陣指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

森林狀態(tài)指數(shù)中正向指標(biāo)與森林壓力指數(shù)中逆向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

森林狀態(tài)指數(shù)中逆向指標(biāo)與森林壓力指數(shù)中正向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

其中，yij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，xmax、xmin分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值與最小值。

③計(jì)算指標(biāo)j的信息熵。

式中：Hj為指標(biāo)j的信息熵。

④計(jì)算指標(biāo)j的權(quán)重。

式中：wj為指標(biāo)j的權(quán)重。

（2）計(jì)算森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)與森林生態(tài)安全壓力指數(shù)。

森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)反映森林系統(tǒng)本身的健康程度，計(jì)算公式為：

式中：Z為森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)，yij為狀態(tài)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，wj為指標(biāo)j的權(quán)重。

森林生態(tài)安全壓力指數(shù)反映森林系統(tǒng)面臨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力以及人類活動(dòng)對森林生態(tài)的維護(hù)綜合后的大小，計(jì)算公式為：

式中：Y為森林生態(tài)安全壓力指數(shù)，yij為壓力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，wj為指標(biāo)j的權(quán)重。

（3）森林生態(tài)安全指數(shù)。

將森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)與森林生態(tài)安全壓力指數(shù)進(jìn)行幾何平均，可得森林生態(tài)安全綜合指數(shù)，計(jì)算公式為：

式中：ESI為森林生態(tài)安全指數(shù)，Z為森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)，Y為森林生態(tài)安全壓力指數(shù)。

1.2 地理加權(quán)回歸模型

最小二乘法（OLS）模型是線性非空間回歸模型，分析自變量對因變量在整體區(qū)域內(nèi)的回歸情況，沒有引入空間距離權(quán)重，因而無法有效反映影響因素在不同區(qū)域處對該位置森林生態(tài)安全指數(shù)的區(qū)域影響力，因而本文研究森林生態(tài)安全指數(shù)的影響因素時(shí)，選擇地理加權(quán)回歸模型，而非最小二乘法（OLS），使結(jié)果更加具有空間尺度的可靠性[23-24]。其模型如下：

式中：yi是n×1 維解釋變量，xik是n×k維解釋變量矩陣，(ui,vi)為觀察點(diǎn)i的坐標(biāo)，βk(ui,vi)為觀察點(diǎn)i上的第k個(gè)回歸系數(shù)，εi為算法殘差。

地理加權(quán)回歸模型的核心是空間權(quán)重矩陣，選擇合適的空間權(quán)函數(shù)對模型中回歸系數(shù)的正確極其重要，本文選擇Gauss 函數(shù)作為空間權(quán)函數(shù)。

式中：wij為權(quán)重，b是帶寬，dij為空間i位置與空間j位置之間的距離。

利用Bowman[25]的方法，b與CV的關(guān)系如下：

式中：y≠i(b)是yi的擬合值，當(dāng)CV最小時(shí)，對應(yīng)的b就是相應(yīng)的帶寬。

1.3 生態(tài)區(qū)位模型

生態(tài)區(qū)位條件是影響森林生態(tài)安全狀況的一個(gè)重要因素，生態(tài)區(qū)位系數(shù)是衡量生態(tài)區(qū)位條件優(yōu)劣的指標(biāo)，綜合反映氣象、地形等區(qū)域自然條件。生態(tài)區(qū)位系數(shù)參考趙海鳳等[26]、湯旭等[27]建立的指標(biāo)，加權(quán)平均計(jì)算得出。生態(tài)區(qū)位模型包括兩部分，即建立生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)體系和確定權(quán)重計(jì)算生態(tài)區(qū)位系數(shù)。

1.3.1 生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)體系建立

區(qū)域生態(tài)區(qū)位條件是影響森林生態(tài)安全的一個(gè)重要因素，本文試圖通過生態(tài)區(qū)位系數(shù)來衡量區(qū)域生態(tài)區(qū)位條件。生態(tài)區(qū)位系數(shù)的計(jì)算，第一步需要建立評價(jià)指標(biāo)體系。本文通過頻度分析法、理論分析法和專家咨詢法，選取年降水量、年日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、年均積溫、日均風(fēng)速、平均海拔、坡度、坡向等8 個(gè)具體指標(biāo)作為主要指標(biāo)，如表2 所示。

表2 森林生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)體系

1.3.2 生態(tài)區(qū)位系數(shù)計(jì)算

首先，ArcGIS 軟件對生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)8 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行柵格化處理，并對指標(biāo)分級賦值。通過層次分析法和特爾菲法計(jì)算生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。然后，對各指標(biāo)空間加權(quán)疊加分析，得到分析結(jié)果圖。最后，將各地區(qū)數(shù)據(jù)放置于分析結(jié)果圖上，得到地區(qū)生態(tài)區(qū)位系數(shù)綜合評價(jià)分值。

（1）確定參評單元各評價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀分值。

首先根據(jù)各參評單元評價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值、評價(jià)指標(biāo)分級及其分值表，確定出各指標(biāo)柵格圖層現(xiàn)狀區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)分值空間分布圖。

（2）指標(biāo)層分值計(jì)算。

各指標(biāo)柵格圖層區(qū)位系數(shù)分值按照公式計(jì)算：

式中：Fij為j指標(biāo)的區(qū)位系數(shù)分值，Sijk為j指標(biāo)的評價(jià)指標(biāo)現(xiàn)狀值，Wijk為j指標(biāo)相對準(zhǔn)則層i目標(biāo)的權(quán)重值，n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

（3）準(zhǔn)則層分值計(jì)算。

各指標(biāo)柵格準(zhǔn)則層區(qū)位系數(shù)分值按照公式計(jì)算：

式中：Fi為準(zhǔn)則層i目標(biāo)區(qū)位系數(shù)分值，F(xiàn)ij為j指標(biāo)的區(qū)位系數(shù)分值，Wij為j指標(biāo)相對準(zhǔn)則層i目標(biāo)的權(quán)重值，n為準(zhǔn)則層指標(biāo)個(gè)數(shù)。

（4）目標(biāo)層分值計(jì)算。

每一個(gè)500 m×500 m 區(qū)位系數(shù)綜合分值按照公式計(jì)算：

式中：F為區(qū)位系數(shù)綜合分值，F(xiàn)i為準(zhǔn)則層i目標(biāo)區(qū)位系數(shù)分值，Wi為準(zhǔn)則層i目標(biāo)相對總目標(biāo)的權(quán)重值，n為目標(biāo)個(gè)數(shù)。

根據(jù)上述公式，可分別求出各行政區(qū)劃生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價(jià)指標(biāo)層分值、評價(jià)準(zhǔn)則層分值、評價(jià)目標(biāo)層分值和生態(tài)區(qū)位系數(shù)綜合評價(jià)分值。

2 數(shù)據(jù)來源

由于森林資源清查每5 年一次，本文研究2015 年長江三角洲森林生態(tài)安全。2019 年12 月，《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》印發(fā)，規(guī)劃長江三角洲范圍為蘇浙皖滬四省市全部區(qū)域，以安徽、江蘇、浙江和上海三省一市41 個(gè)地級市的區(qū)縣級別行政單位為基本空間研究單元，由于數(shù)據(jù)可得性、行政區(qū)劃更改等因素，以長江三角洲307 個(gè)區(qū)縣行政單元作為研究樣本，分析2015 年長江三角洲森林生態(tài)安全空間差異性。

本文核心森林?jǐn)?shù)據(jù)來源于林業(yè)生態(tài)課題組，具體數(shù)據(jù)收集工作為：統(tǒng)一的各區(qū)縣數(shù)據(jù)由三省一市的省規(guī)劃院提供，省規(guī)劃院未統(tǒng)計(jì)的森林類數(shù)據(jù)由307 個(gè)區(qū)縣林業(yè)局填報(bào)，再經(jīng)由課題組成員進(jìn)行審核，多輪電話溝通進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，完成森林類數(shù)據(jù)工作。社會經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)來源于《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》及三省一市統(tǒng)計(jì)年鑒，307個(gè)區(qū)縣《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》及政府工作報(bào)告等。

3 經(jīng)驗(yàn)性結(jié)果分析

3.1 長江三角洲森林生態(tài)安全指數(shù)空間格局分析

運(yùn)用ArcGIS 軟件，依據(jù)等分法將森林生態(tài)安全綜合指數(shù)劃分為5 個(gè)等級（圖1）。

圖1 長江三角洲森林生態(tài)安全指數(shù)空間分布

從圖1 可以看出：（1）森林生態(tài)安全指數(shù)最好等級的區(qū)域（0.8 ～1）主要分布在安徽省南部和浙江省西南部；而最差等級的區(qū)域（0 ～0.2）幾乎都在江蘇?。惠^好等級的區(qū)域（0.6 ～0.8）在安徽省南部和浙江省大部分，分布面積較廣；一般等級的區(qū)域（0.4 ～0.6）在各省市都有分布，但在浙江省和安徽省的分布面積較大，江蘇省零星分布，上海市幾乎全部覆蓋；較差等級的區(qū)域（0.2 ～0.4）主要分布在江蘇省和安徽省中部和北部，該等級面積分布最廣。（2）從各省市森林生態(tài)安全指數(shù)均值來看，四省市從高到低依次為：浙江省0.61（較好）、安徽省0.42（一般）、上海市0.32（較差）和江蘇省0.31（較差），表明浙江省的森林安全狀況在長江三角洲地區(qū)最優(yōu)，遠(yuǎn)高于上海市和江蘇省。（3）從全域來看，長江三角洲307 個(gè)區(qū)縣的森林生態(tài)安全指數(shù)均值為0.43，整體屬于一般水平，而且指數(shù)分布較不均衡，長江三角洲南部優(yōu)于北部、東部優(yōu)于中部。從各區(qū)縣來看，森林生態(tài)安全指數(shù)最高的3 個(gè)區(qū)縣從高到低依次為：衢州市龍游縣、金華市磐安縣和麗水市慶元縣，對應(yīng)的指數(shù)分別為0.93、0.89、0.88；而最低的3 個(gè)區(qū)縣從低到高依次為徐州市鼓樓區(qū)、南通市港閘區(qū)和蘇州市姑蘇區(qū)，對應(yīng)的指數(shù)分別為0.16、0.15、0.14。從森林生態(tài)安全指數(shù)最高的3 個(gè)區(qū)縣來看，均分布在浙江省；而從最低的3個(gè)區(qū)縣來看，都分布在江蘇省，這6 個(gè)區(qū)縣的分布與森林生態(tài)安全指數(shù)均值的排序基本吻合。

3.2 長江三角洲森林生態(tài)安全驅(qū)動(dòng)因素分析

本文選取城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)區(qū)位系數(shù)3個(gè)指標(biāo)，通過ArcGIS 軟件對長江三角洲307 個(gè)區(qū)縣樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行地理加權(quán)回歸，分析該地區(qū)森林生態(tài)安全指數(shù)影響因素空間差異性。

3.2.1 變量選擇

選取城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)區(qū)位系數(shù)作為自變量，分別考察這三個(gè)因素對森林生態(tài)安全影響的空間差異。其中，城鎮(zhèn)化水平指標(biāo)主要是用城鎮(zhèn)人口數(shù)與總?cè)丝跀?shù)之比表示，工業(yè)結(jié)構(gòu)是由第二產(chǎn)業(yè)增加值與第三產(chǎn)業(yè)增加值之比表示，生態(tài)區(qū)位系數(shù)由本文計(jì)算所得。

3.2.2 實(shí)證結(jié)果與分析

通過ArcGIS 軟件對長江三角洲307 個(gè)區(qū)縣的數(shù)據(jù)進(jìn)行地理加權(quán)回歸，表3 為回歸的整體結(jié)果輸出，包括回歸的擬合系數(shù)、最優(yōu)帶寬和AIC 值，結(jié)果表明整體模型表現(xiàn)良好，模型結(jié)構(gòu)可行。

表3 地理加權(quán)回歸模型的整體估計(jì)結(jié)果

（1）城鎮(zhèn)化水平。長江三角洲城鎮(zhèn)化水平對區(qū)域森林生態(tài)安全指數(shù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)性呈現(xiàn)較明顯的負(fù)相關(guān)驅(qū)動(dòng)特征并同時(shí)具有顯著的區(qū)片式空間分布特征，相鄰區(qū)域的差異較小，具有明顯的空間效應(yīng)，如圖2 所示。

圖2 城鎮(zhèn)化水平與森林生態(tài)安全指數(shù)回歸系數(shù)空間分布

長江三角洲相鄰區(qū)域的回歸系數(shù)差異較小，說明城鎮(zhèn)化水平對森林生態(tài)安全影響有明顯的空間依賴效應(yīng)。鹽城市、淮南市、淮安市、泰州市、揚(yáng)州市、阜陽市和蚌埠市等出現(xiàn)連片的正相關(guān)驅(qū)動(dòng)區(qū)域，而且正相關(guān)性較弱，這些區(qū)域的特點(diǎn)是森林生態(tài)安全水平在全域?qū)儆诘退?，而?jīng)濟(jì)發(fā)展落后、城鎮(zhèn)化水平較低，這可能是導(dǎo)致正相關(guān)性的原因。除上述區(qū)域外，整體呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)趨勢，回歸系數(shù)絕對值由北向南逐步增大，說明城鎮(zhèn)化對森林生態(tài)安全的影響從長江三角洲地區(qū)西北部向東南部逐漸增大。東南部地區(qū)的城鎮(zhèn)化水平快速發(fā)展，大批農(nóng)村人口遷入城市，土地過度開發(fā)利用，大面積的地貌、植被或水土保持設(shè)施被破壞，導(dǎo)致森林面積銳減，甚至水土流失，進(jìn)而降低森林生態(tài)安全。其中，城鎮(zhèn)化水平對森林生態(tài)安全影響較大的地區(qū)為溫州市與麗水市，二者在地理位置上相連，且森林覆蓋率在全域均處于較高水平，為了加快城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，勢必對森林生態(tài)系統(tǒng)造成一定的破壞性干擾，降低森林生態(tài)安全水平。

城鎮(zhèn)化是一個(gè)農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)用地、農(nóng)業(yè)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)活動(dòng)的過程。城鎮(zhèn)化水平對森林生態(tài)安全的影響通過兩個(gè)視角分析。其一，農(nóng)村視角。城鎮(zhèn)化將農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)人口，促進(jìn)農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，釋放的大量農(nóng)村土地可轉(zhuǎn)化為林地，同時(shí)減少了對森林資源的依賴，提高森林生態(tài)安全狀態(tài)。其二，城市視角。城鎮(zhèn)化通過集聚經(jīng)濟(jì)或不經(jīng)濟(jì)對森林生態(tài)產(chǎn)生正向或負(fù)向影響。在一定的規(guī)模內(nèi)，人口或企業(yè)集聚，提高資源的利用率，降低森林生態(tài)系統(tǒng)壓力；反之，超過集聚經(jīng)濟(jì)的規(guī)模，導(dǎo)致集聚不經(jīng)濟(jì)，消耗更多的資源，排放更多的污染物，帶來更大的壓力。城鎮(zhèn)化對森林生態(tài)安全的影響需要從多角度、多階段分析。城鎮(zhèn)化水平較低時(shí)，城鄉(xiāng)收入差距驅(qū)動(dòng)促使農(nóng)村勞動(dòng)人口向城市轉(zhuǎn)移，減少了對森林資源的依賴，降低了林農(nóng)經(jīng)營林地的積極性，促進(jìn)退耕還林工程。與此同時(shí)，由于處于城鎮(zhèn)化初期，城市人口、產(chǎn)業(yè)集聚在一定范圍內(nèi)，森林生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)控的生態(tài)彈性較強(qiáng)，人類與森林生態(tài)系統(tǒng)能夠和諧相處，對森林生態(tài)系統(tǒng)的脅迫性較小。因而，在這一階段城鎮(zhèn)化能夠提高森林生態(tài)安全水平。城鎮(zhèn)化水平較高時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民收入增加，農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生調(diào)整，農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移對森林資源增加的作用與城鎮(zhèn)化初期相比，有所降低?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及房地產(chǎn)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，占據(jù)了更多的生態(tài)用地。人口、產(chǎn)業(yè)數(shù)量超過區(qū)域限制，人類活動(dòng)超過森林生態(tài)系統(tǒng)的承載能力，那么必然會增加資源消耗和廢棄物的排放，給森林生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控帶來更大的壓力。因而，在這一階段城鎮(zhèn)化可能降低森林生態(tài)安全水平。

（2）工業(yè)結(jié)構(gòu)。長江三角洲工業(yè)結(jié)構(gòu)對森林生態(tài)安全指數(shù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)性呈現(xiàn)較明顯的兩極化趨勢，而且無論正相關(guān)性還是負(fù)相關(guān)性均較弱，同時(shí)具有顯著的區(qū)片式空間分布特征，相鄰區(qū)域的差異較小，具有明顯的空間效應(yīng)，如圖3 所示。

圖3 工業(yè)結(jié)構(gòu)與森林生態(tài)安全指數(shù)回歸系數(shù)空間分布

除個(gè)別區(qū)域外，長江三角洲北部為主要負(fù)相關(guān)區(qū)域，而且負(fù)相關(guān)區(qū)域較大，成片出現(xiàn)，說明工業(yè)結(jié)構(gòu)對森林生態(tài)安全負(fù)向影響有明顯的空間性。該部分區(qū)域與其他地區(qū)相比，具有多數(shù)第三產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)位置或第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)增加值相當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)。對于上海市、江蘇省的大多數(shù)地區(qū)而言，第三產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)位置，它們完成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，降低消耗，實(shí)現(xiàn)資源的高效合理利用和優(yōu)化配置，減少污染物的排放，改善了森林生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；對于安徽省而言，作為首批納入國家重點(diǎn)生態(tài)功能地區(qū)，在政策上引導(dǎo)“低消耗、可循環(huán)、少排放、零污染”的生態(tài)工業(yè)，在一定程度上可降低人類生產(chǎn)活動(dòng)對森林生態(tài)系統(tǒng)的有害干擾。森林生態(tài)安全水平越高的區(qū)域，工業(yè)結(jié)構(gòu)對森林生態(tài)安全指數(shù)負(fù)向影響越大，說明這些地區(qū)更容易受工業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，提高第三產(chǎn)業(yè)占比尤為重要。長江三角洲地區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu)與森林生態(tài)安全指數(shù)正向和負(fù)向相關(guān)性均較弱，影響程度均較低，說明該地區(qū)正在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，降低環(huán)境污染排放，減輕生態(tài)環(huán)境壓力，減少對森林系統(tǒng)的破壞。

工業(yè)結(jié)構(gòu)對森林生態(tài)安全的影響，可以分為兩個(gè)階段：在經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期階段，主要由農(nóng)業(yè)向能源密集型重工業(yè)發(fā)生轉(zhuǎn)變，資源持續(xù)投入導(dǎo)致污染排放量只增不減，加大了對森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力，導(dǎo)致森林生態(tài)安全狀況下降；隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，下一階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將向低污染的服務(wù)業(yè)和知識密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，該產(chǎn)業(yè)不生產(chǎn)物質(zhì)產(chǎn)品，對資源和能源的需求小，產(chǎn)生的污染物較少，提高了森林生態(tài)系統(tǒng)的安全。因此，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級對提高長江三角洲森林生態(tài)安全水平具有顯著作用。

（3）生態(tài)區(qū)位系數(shù)。長江三角洲地區(qū)生態(tài)區(qū)位系數(shù)對森林生態(tài)安全指數(shù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān)驅(qū)動(dòng)特征與斑塊化空間分布趨勢，其中，與城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)結(jié)構(gòu)影響因素相比，生態(tài)區(qū)位系數(shù)對森林生態(tài)系統(tǒng)安全的負(fù)向影響更強(qiáng)，相鄰區(qū)域的差異較小，具有明顯的空間效應(yīng)，如圖4 所示。

圖4 生態(tài)區(qū)位系數(shù)與森林生態(tài)安全指數(shù)回歸系數(shù)空間分布

從整體驅(qū)動(dòng)特征空間分布來看，上海市、蘇南地區(qū)、連云港市和淮南市等地區(qū)均呈現(xiàn)出正相關(guān)特征，這些地區(qū)的特征是區(qū)位條件與森林生態(tài)安全水平均一般，這也可能是導(dǎo)致二者呈現(xiàn)正相關(guān)性的原因。安慶市、池州市和銅陵市等出現(xiàn)了強(qiáng)負(fù)向相關(guān)性，蕪湖市、臺州市、黃山市、金華市及其他部分地區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，這些地區(qū)的特點(diǎn)是生態(tài)區(qū)位等級在長江三角洲地區(qū)處于一般水平，區(qū)位條件與其他地區(qū)相比對森林生長不是特別有利，而呈現(xiàn)出森林生態(tài)安全水平較高，這與地區(qū)原始地形有關(guān)，山地面積大，不利于開墾種植農(nóng)作物，從而形成森林。其他地區(qū)，區(qū)位條件與森林生態(tài)安全水平呈弱相關(guān)性，尤其區(qū)位條件好的地區(qū)，其生態(tài)安全水平一般。因此，森林生態(tài)安全水平的提高應(yīng)該順應(yīng)其生態(tài)區(qū)位條件，區(qū)位條件越好的地區(qū)，越有利于森林生長，對于提升森林生態(tài)系統(tǒng)的安全也相對容易。

4 結(jié)論與政策啟示

本文運(yùn)用地理加權(quán)回歸方法分別從城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)區(qū)位系數(shù)三個(gè)方面對森林生態(tài)安全指數(shù)的空間差異性進(jìn)行實(shí)證研究，揭示了長江三角洲307 個(gè)區(qū)縣各因素在空間上對森林生態(tài)安全指數(shù)影響的差異性，為提高長江三角洲森林生態(tài)安全提出相應(yīng)的政策建議。

4.1 研究結(jié)論

（1）長江三角洲地區(qū)森林生態(tài)安全指數(shù)均值為0.43，屬于一般水平，整體呈非均衡分布；其中，南部＞北部，東部＞西部。從均值來看，省際層面，浙江省0.61（較好）＞安徽省0.42（一般）＞上海市0.32（較差）＞江蘇省0.31（較差），浙江省的森林安全狀況最優(yōu)，高于上海市和江蘇省；區(qū)縣層面，與省際森林生態(tài)安全指數(shù)均值的排序基本吻合。

（2）城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)區(qū)位系數(shù)對長江三角洲森林生態(tài)安全具有顯著影響，均有明顯的空間效應(yīng)。其中，區(qū)域城鎮(zhèn)化水平與森林生態(tài)安全指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，并呈顯著的區(qū)片式空間分布；工業(yè)結(jié)構(gòu)與森林生態(tài)安全指數(shù)相關(guān)性較弱，并呈顯著的區(qū)片式空間分布；生態(tài)區(qū)位系數(shù)與森林生態(tài)安全指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，并呈顯著的斑塊化空間分布。

4.2 政策啟示

森林生態(tài)安全狀況較差的地區(qū)，須重點(diǎn)考慮人口集聚、紅線控制、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和發(fā)揮區(qū)域生態(tài)區(qū)位優(yōu)勢等措施，緩解森林生態(tài)系統(tǒng)安全的壓力。（1）城鎮(zhèn)化水平較低的地區(qū)，可加快農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，促進(jìn)農(nóng)村人口向城市集聚。一方面，農(nóng)村人口壓力的降低有助于促進(jìn)山區(qū)退耕還林，降低對薪柴等林木資源的依賴，減輕森林生態(tài)安全壓力；另一方面，城鎮(zhèn)人口和企業(yè)的集聚產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)外部性，提高資源和能源利用效率。而城鎮(zhèn)化水平較高的地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)森林生態(tài)安全紅線控制，降低能源總量消耗和污染總量排放，在森林生態(tài)環(huán)境承載能力內(nèi)實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)性發(fā)展。（2）用生態(tài)文明理念引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型，推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。一方面，通過污染末端治理、達(dá)標(biāo)排放，制定環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展政策等手段對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行生態(tài)化改造，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的綠色轉(zhuǎn)型；另一方面，通過產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈、產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作、產(chǎn)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)移等途徑實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)分工布局合理化。（3）發(fā)揮地方生態(tài)區(qū)位比較優(yōu)勢。充分利用地方自然稟賦，將生態(tài)區(qū)位比較優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為生態(tài)區(qū)位競爭優(yōu)勢，以森林生態(tài)發(fā)展促進(jìn)區(qū)域生態(tài)振興。