商洛市森林生態(tài)承載力時序變化分析

李群 樊華燁 辛云玲 張水奎 李濤 彌蕓

摘要為揭示區(qū)域森林生態(tài)發(fā)展格局，協(xié)調(diào)森林資源與社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系，以商洛市為研究對象，使用熵權(quán)topsis法計算商洛市全域的森林生態(tài)承載力，分析比較2010年—2020年商洛市全域森林生態(tài)承載力的分布規(guī)律。結(jié)果表明：2010—2020年間，商洛市森林病蟲害成災(zāi)率、森林火災(zāi)發(fā)生率、采礦業(yè)總產(chǎn)值、森林采伐量、工業(yè)廢水排放量及農(nóng)用化肥施用量占較大權(quán)重，減少人類活動對森林生態(tài)系統(tǒng)的有害干擾是提高商洛市森林生態(tài)承載力的重要途徑；商洛市森林生態(tài)承載力總體呈現(xiàn)上升的趨勢，社會經(jīng)濟壓力處于“V”字形趨勢，二者共同作用的情況下使得森林生態(tài)承載率呈現(xiàn)不穩(wěn)定的波動上升趨勢，總體承載狀態(tài)從超載逐漸過渡到盈余。

關(guān)鍵詞森林生態(tài)承載力;評價指標(biāo)體系;熵權(quán)topsis;商洛

中圖分類號：S718.55文獻標(biāo)識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.016

AnalysisoftheSequentialVariationofForestEcologicalCarryingCapacityinShangluoCity

LiQun1，F(xiàn)anHuaye1，XinYunling1，ZhangShuikui2，LiTao2，MiYun1

（1.ShaanxiAcademyofForestry，Xian710082，China;2.ShangluoForestryBureau，Shangluo726000，China）

AbstractInordertorevealthedevelopmentpatternofregionalforestecologyandcoordinatethesustainabledevelopmentrelationshipbetweenforestresourcesandsocialeconomy，bytakingShangluoCityastheobjectofstudy，thispaperusedtheentropyweighttopsismethodtocalculatetheforestecologicalcarryingcapacityofthewholeareaofShangluoCity，andanalyzedandcomparedthedistributionlawofforestecologicalcarryingcapacityinthewholeareaofShangluoCityfrom2010to2020.Theresultsshowedasfollows：from2010to2020，theincidenceofpestsanddiseases，theincidenceoffire，thetotaloutputvalueofminingindustry，forestlogging，industrialwastewaterdischargeandagriculturalchemicalfertilizerapplicationamountaccountedforarelativelylargeweight，soreducingtheharmfulinterferenceofhumanactivitiesonforestecosystemisanimportantwaytoimprovetheforestecologicalcarryingcapacityinShangluoCity;theforestecologicalcarryingcapacityofShangluoCitygenerallyshowedanupwardtrend，andthesocialandeconomicpressurewasina“V”-shapedtrend，underthecombinedeffectofthetwo，theforestecologicalcarryingrateshowedanunstableandfluctuatingupwardtrend，andtheoverallcarryingstatusgraduallytransferredfromanoverloadedstatustoasurplusstatus.

Keywordsforestecologicalcarryingcapacity;evaluationindexsystem;entropyweighttopsis;Shangluo

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界發(fā)展的中心議題。生態(tài)承載能力是反映人類社會和經(jīng)濟活動對生態(tài)和自然資源破壞的一個重要指標(biāo)，是決定地區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平的關(guān)鍵[1]。國內(nèi)外學(xué)者針對生態(tài)承載力的概念、研究方法及區(qū)域單因素承載力已進行了許多研究，然而，生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性使得生態(tài)承載力的內(nèi)涵、外延及核算仍具挑戰(zhàn)。1921年P(guān)ark等人將生態(tài)承載力概念引入到人類生態(tài)學(xué)中，它主要用于測量生態(tài)環(huán)境因素對人類社會發(fā)展的作用[2]。自那時以后，國內(nèi)外有關(guān)生態(tài)承載能力的研究多集中在人口生態(tài)學(xué)方面。Smaal等[3]認(rèn)為，在特定的時間里，生態(tài)承載量是指在特定的自然環(huán)境中所能承受的最大數(shù)量。Hudak[4]認(rèn)為，在一定時期內(nèi)，植物的生存能力是指植物能夠提供的最大數(shù)量。在此時期，人們對生態(tài)承載能力的認(rèn)識大致一致，即在目前條件下，自然環(huán)境可以容納的最大人口數(shù)量。20世紀(jì)90年代以來，我國學(xué)術(shù)界從多個角度對生態(tài)承載力進行了較為深入的探討，并對其內(nèi)涵做出了闡釋。楊賢智[5]認(rèn)為，生態(tài)環(huán)境承載力是生態(tài)環(huán)境能抵抗外部干擾能力的反映，是一個生態(tài)系統(tǒng)的客觀特性。顧康康[6]在原有概念的基礎(chǔ)上進一步闡述了生態(tài)、資源、環(huán)境承載力之間的辯證關(guān)系。但從以往研究來看，對森林生態(tài)系統(tǒng)的承載能力進行的研究較少。國內(nèi)學(xué)者中，雖然吳靜和[7]、徐德成[8]等人對森林的生態(tài)承載能力進行了一些初步的探討，但大部分都是對土壤承載能力的簡單移植，并沒有一個清晰的概念，而且更多的是定性的研究。同時，通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻的分析可以看出，在大尺度上，我國的生態(tài)承載能力已有較多的研究成果，但在中小規(guī)模上卻是比較缺乏的。森林生態(tài)承載力的研究主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)上，即在保證自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的前提下，森林的生態(tài)功能能否保持本地區(qū)的社會和經(jīng)濟發(fā)展。就某一時期或某一固定地區(qū)來說，首先，森林的生態(tài)結(jié)構(gòu)是明確的，說明了其承受能力也是明確的;其次，人類社會經(jīng)濟活動力度也是能夠明確的，也就是說，人類社會經(jīng)濟活動對森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力也是能夠進行描述的[9]。

本文從森林生態(tài)支撐力、社會經(jīng)濟壓力這2個維度入手，使用熵權(quán)topsis模型對2010-2020年商洛市11年的森林生態(tài)承載力指數(shù)進行測算，目的是對商洛市森林承載力變化趨勢進行基本判斷，為商洛市森林生態(tài)狀況評價和制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供參考。

1研究區(qū)概況

商洛市位于陜西省南部，隸屬秦嶺山區(qū)陜南地區(qū)，位于陜西省頂級生態(tài)空間腹地，同時也是我國森林城市之一。全市共劃分7個區(qū)縣，其中洛南、鎮(zhèn)安、柞水三地被列為國家重點生態(tài)功能區(qū)，商南、山陽和丹鳳部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)被列為省級重點生態(tài)功能區(qū)，是全省生態(tài)空間治理體系中的典型區(qū)域。因境內(nèi)有商山、洛水而得名，是秦嶺腹地的重要山地城市之一，在其西北側(cè)與西安市相鄰，與鄂豫兩省交界，東西長約229km，南北寬約138km，總面積19292km2，占全省總面積的9.36%。商洛市北接蟒嶺，南邊與流嶺相連，漢江發(fā)源地丹江橫貫全境，下轄6個縣和1個地區(qū)，其區(qū)位特點十分突出，是西安市、安康市和十堰市的重要運輸樞紐，在區(qū)位上有著明顯的發(fā)展優(yōu)勢。由此可見，森林對商洛市乃至整個陜西省生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)揮了極其重要的作用，而“森林生態(tài)承載力”的研究對生態(tài)空間的分區(qū)施策、空間耦合、生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)安全預(yù)警等方面具有重要意義。

2研究設(shè)計

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究的樣本為商洛市2010—2020年11個年份的數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均來自面板數(shù)據(jù)及“商洛市森林生態(tài)承載力評價研究”項目。資料的采集和填報是由商洛市林業(yè)局和陜西省林業(yè)勘查設(shè)計院完成，又經(jīng)陜西省林業(yè)科學(xué)院審查，并經(jīng)過項目組的專家和學(xué)者修改，于2022年4月完成。

2.2森林生態(tài)承載力指標(biāo)體系的構(gòu)建

森林生態(tài)承載力需要綜合考慮資源環(huán)境子系統(tǒng)和社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的共同影響。

2.2.1森林生態(tài)系統(tǒng)支撐力（X）指標(biāo)體系的構(gòu)建

森林生態(tài)支撐力指標(biāo)體系應(yīng)具有森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)本底現(xiàn)狀和物質(zhì)、能量的循環(huán)所呈現(xiàn)的特點，主要反映森林生態(tài)系統(tǒng)的特征狀況，包含自然驅(qū)動力（X1）、生態(tài)結(jié)構(gòu)（X2）及生態(tài)功能（X3）3個準(zhǔn)則層。即分別從森林生態(tài)系統(tǒng)的屬性、結(jié)構(gòu)和功能三方面來描述。

2.2.2社會經(jīng)濟壓力（Y）指標(biāo)體系的構(gòu)建

社會經(jīng)濟壓力主要反映生態(tài)系統(tǒng)在人類社會活動作用下的資源供給能力和環(huán)境污染的容納能力。主要包含資源能源消耗準(zhǔn)則層（Y1）和環(huán)境污染排放準(zhǔn)則層（Y2）。

針對部分指標(biāo)數(shù)據(jù)年份連續(xù)性差或統(tǒng)計口徑不一致等問題，剔除了相關(guān)性強而可獲得性差的指標(biāo)，最終確定了22個評價森林生態(tài)承載力的具體指標(biāo)。通過文獻綜述，結(jié)合課題組專家意見，根據(jù)科學(xué)性、可操作性原則及商洛市森林生態(tài)與社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r，選取了11個針對性較強且內(nèi)涵豐富的指標(biāo)，形成2個評價子系統(tǒng)，如表1所示。

2.3研究方法

2.3.1建立熵權(quán)模型

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。本評價采用熵值法，利用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對參評指標(biāo)進行量化統(tǒng)一。

對于正向指標(biāo)：Zij=Xij-XminXmax-Xmin（1）

對于逆向指標(biāo)：Zij=Xmax-XijXmax-Xmin（2）

式（1）和式（2）中，Zij、Xij為商洛市第i年森林生態(tài)支撐力的第j個指標(biāo)下的標(biāo)準(zhǔn)化值與原始值，Xmax、Xmin分別為商洛市森林生態(tài)支撐力的第j個指標(biāo)下的最大值和最小值。若各指標(biāo)與森林生態(tài)支撐力存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，則可選用式（1），也就是數(shù)值越大指數(shù)越高，則說明森林生態(tài)支撐力愈強。反之，在各指數(shù)與森林生態(tài)支撐力存在顯著的負(fù)相關(guān)系時，就應(yīng)當(dāng)選用式（2），即指數(shù)愈大指標(biāo)愈小，說明其支持能力愈弱。

（2）指標(biāo)信息熵值e和信息效用值d。商洛市第i年的第j項指標(biāo)的信息熵為：

ej=-k∑ni=1ZijlnZij（i=1，2，3…n；j=1，2，3…m）（3）

式（3）中，常數(shù)k與商洛市各指標(biāo)的不同時間段有關(guān)。對一個信息完全無序的系統(tǒng)，有序度為0，其熵值最大，n個樣本處于完全無序狀態(tài)分布時，Xij=1/n，此時：

k=1lnn（4）

某項指標(biāo)的信息效用值d取決于該指標(biāo)的信息熵與1之間的差值，計算公式為：

dj=1-ej（5）

（3）指標(biāo)權(quán)重。利用熵權(quán)法估算各指標(biāo)權(quán)重，可以得到第j個指標(biāo)的權(quán)重為：

wj=dj∑mj=1dj（6）

2.3.2基于熵權(quán)法的topsis模型建立

（1）運用熵權(quán)ω構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化矩陣Z′ij，計算公式為：

Z′ij=ωjzij（i=1，2，3…n;j=1，2，3…m）（7）

（2）確定森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價指標(biāo)的正理想解和負(fù)理想解，分別構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的正理想解向量Z+和負(fù)理想解向量Z-，其計算公式為：

Z′+=（max{Z′11，Z′21…Z′n1}，max{Z′12，Z′22…Z′n2}…max{Z′1m，Z′2m…Z′nm}）（8）

Z′-=（min{Z′11，Z′21…Z′n1}，min{Z′12，Z′22…Z′n2}…min{Z′1m，Z′2m…Z′nm}）（9）

（3）計算森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價指標(biāo)與理想解的歐氏距離，為商洛市第i年的森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價指標(biāo)與正理想解的距離或為商洛市第i年的森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價指標(biāo)與負(fù)理想解的距離，其計算公式為：

D+i=∑mi=1wj（Z′+j-Z′ij）2（10）

D-i=∑mi=1wj（Z′-j-Z′ij）2（11）

（4）計算商洛市第i年的森林生態(tài)支撐力評價指數(shù)，其計算公式為：

Si=D-iD+i+D-iSi∈[0，1]（12）

社會經(jīng)濟壓力評價指數(shù)的計算過程與森林生態(tài)支撐力計算方法一致，此處不再復(fù)述。

2.3.3森林生態(tài)承載力計算評估森林承載力的關(guān)鍵是揭示人類社會經(jīng)濟活動是否在森林生態(tài)系統(tǒng)承受范圍內(nèi)，并通過衡量人類活動實際影響形成的壓力來描述承載力。因此，本文利用承載指數(shù)法，即將一定時期人類社會經(jīng)濟活動對森林的實際壓力與森林承載力閾值進行比較，并將得到的相對數(shù)作為該指標(biāo)的評價值來評價森林承載力。根據(jù)森林生態(tài)支撐力和社會經(jīng)濟壓力的綜合評價指數(shù)，得到森林生態(tài)承載率，其計算公式為：

I=森林生態(tài)支撐力指數(shù)X/環(huán)境污染壓力指數(shù)Y（13）

式（13）中，當(dāng)森林生態(tài)承載率I>1時，森林承載狀態(tài)處于富余狀態(tài)；當(dāng)森林生態(tài)承載率I=1時，森林處于臨界狀態(tài)；當(dāng)森林生態(tài)承載率I<1時，森林處于超載狀態(tài)。通過該評價公式來評價商洛市的森林生態(tài)承載力狀態(tài)。

3結(jié)果及分析

3.1森林生態(tài)承載力指標(biāo)權(quán)重

本文采用基于指標(biāo)變異性確定客觀權(quán)重的“熵權(quán)法”計算權(quán)重。該方法的優(yōu)點是在確定指標(biāo)權(quán)重時不受主觀因素的影響，使評價結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確和科學(xué)，各指標(biāo)權(quán)重見表2。

在以上兩個準(zhǔn)則層中權(quán)重較大的指標(biāo)有：森林火災(zāi)成災(zāi)率、森林病蟲害成災(zāi)率、森林采伐量、采礦業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)用化肥使用量等，這表明這些指標(biāo)在不同年份的數(shù)據(jù)之間存在較大差距，并緊密影響著森林生態(tài)承載力的變化。由此可見，減少人類社會經(jīng)濟活動對環(huán)境的破壞、對森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾及提高對森林火災(zāi)和病蟲害的防范是加強商洛市森林生態(tài)承載力的關(guān)鍵。同時，區(qū)間型指標(biāo)降水量和年均溫的權(quán)重為0.0001，森林覆蓋率權(quán)重為0.0011，說明該類指標(biāo)幾乎沒有影響到商洛市的森林生態(tài)承載力，也顯示了商洛市優(yōu)越的水、熱等生態(tài)區(qū)位條件及較高的區(qū)域森林覆蓋率。而商洛市森林生態(tài)承載力下降的主要原因是人類經(jīng)濟活動帶來的巨大壓力。

3.2商洛市森林生態(tài)承載力指數(shù)與社會經(jīng)濟壓力

利用Matlab軟件，根據(jù)森林生態(tài)支撐力和社會經(jīng)濟壓力子系統(tǒng)的各項指標(biāo)權(quán)重及數(shù)據(jù)計算出商洛市2010—2020年各項指標(biāo)得分，11年間森林生態(tài)支撐力指數(shù)和社會經(jīng)濟壓力指數(shù)的變化趨勢如圖1所示。

結(jié)果表明，商洛市的森林生態(tài)支撐力總體呈現(xiàn)上升趨勢，在2018年達到了最高值，其指數(shù)值為0.1778。這主要由于當(dāng)年較高的天然林面積占比和森林覆蓋率，以及在固碳釋氧的生態(tài)功能方面優(yōu)良表現(xiàn)。由表3可看出，在2011年，商洛市的森林生態(tài)支撐力為11年間的最低點，指數(shù)值僅為0.0348，主要由于受當(dāng)年較高的火災(zāi)成災(zāi)率及蟲害成災(zāi)率的影響，在2019年這一時間出現(xiàn)了急劇下降也是該原因所致。而社會經(jīng)濟壓力總體呈現(xiàn)的是先下降后上升的“V”字形趨勢：2010年，社會經(jīng)濟壓力為最大指數(shù)值0.1142，該年度化肥施用量、廢水的排放量均處于較高水平的同時，城鎮(zhèn)化率和林業(yè)總產(chǎn)值、林產(chǎn)品總產(chǎn)卻均為11年來最低；2015年社會經(jīng)濟壓力指數(shù)下降到了最低，主要是由于多數(shù)壓力因素逐年下降的同時，當(dāng)年有了較高的林業(yè)總產(chǎn)值和木材采運量。由此進一步能夠看出，雖然商洛市的森林生態(tài)支撐力總體處于上升狀態(tài)，但因社會經(jīng)濟的加速發(fā)展，極大增加了對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的壓力。

3.3森林生態(tài)支撐力與社會經(jīng)濟壓力動態(tài)分析

3.3.1森林生態(tài)承載率通過公式（13），根據(jù)森林生態(tài)支撐力指數(shù)和社會經(jīng)濟壓力指數(shù)計算并按年進行比較，得到2010—2020年商洛市森林生態(tài)承載率指數(shù)（表3）。從各年份情況看，2010—2014年及2019年森林生態(tài)承載率較低，狀態(tài)均為超載。2015—2018年及2020的生態(tài)承載率較高，狀態(tài)均為盈余。

3.3.2基于時序演變的特征分析

分析圖2可知，森林承載力雖有小幅波動但總體處于上升趨勢，由最低點2011年的0.34上升到2018的2.06，7年間增加了1.72。2015—2018年商洛市森林生態(tài)承載率持續(xù)上升并且處于盈余狀態(tài)，說明2014年以前及2019年當(dāng)年，社會經(jīng)濟發(fā)展形成的壓力超過了當(dāng)年當(dāng)?shù)厣窒到y(tǒng)的承受范圍，森林生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)不能再進行自我更新的基礎(chǔ)上提供更多的資源支撐和清潔環(huán)境；2014年后，森林資源的持續(xù)增加使得森林生態(tài)承載力持續(xù)升高，資源消耗及環(huán)境污染壓力的持續(xù)下降使得森林生態(tài)現(xiàn)狀可以承載當(dāng)前社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顟B(tài)，且商洛市林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及環(huán)境污染問題越來越受到重視，承載狀態(tài)由超載逐漸變?yōu)橛?。由此可看出，實現(xiàn)商洛市可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，就要繼續(xù)堅持綠色友好型的發(fā)展模式，促進生態(tài)文明建設(shè)及經(jīng)濟發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，建立健全森林生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)，高效防治森林火災(zāi)及蟲害等。

4結(jié)論與討論

4.1森林火災(zāi)發(fā)生率、蟲害致災(zāi)率、林木采伐量、采礦業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)廢水排放量、農(nóng)用化肥使用量等指標(biāo)權(quán)重較大，分別為0.6533、0.2374、0.1619、0.1970、0.1483和0.1707。因此，減少人類活動對森林生態(tài)系統(tǒng)的有害干擾，是提高商洛市森林生態(tài)承載力的重要途徑。同時，應(yīng)加強對森林火災(zāi)、蟲害等災(zāi)害的防控措施，建立生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)，以提高森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4.2從時間序列分布上較全面準(zhǔn)確地掌握了整個商洛市的核心生態(tài)空間的森林生態(tài)承載力。從時間上看，2015、2018、2020年森林生態(tài)承載力相比有顯著提高，分別為1.64、2.06和1.72。森林生態(tài)承載力不斷提高。這表明，近年來商洛市社會經(jīng)濟發(fā)展快速推進，森林生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)進度也日趨提速，二者的協(xié)調(diào)性日益增強。商洛市林業(yè)主管單位積極參與和推動的植被恢復(fù)項目、植樹造林工程和生態(tài)富民工程，使林業(yè)經(jīng)濟得到快速發(fā)展，為商洛市生態(tài)文明建設(shè)及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

4.3通過長時間序列對商洛市的森林生態(tài)承載力進行了定性加定量評估，以期區(qū)域森林生態(tài)承載力的評價分析技術(shù)與指標(biāo)體系的構(gòu)建能為未來陜西省其他地區(qū)及不同生態(tài)空間提供分析框架與技術(shù)路線。但本文的評價指標(biāo)及評價體系尚有不足之處，由于在調(diào)查中缺少實地考察，在實際中除了年平均氣溫、年降雨量外，還有地質(zhì)、氣候等諸多因素對森林的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。其次，由于沒有對縣域進行詳細(xì)的劃分，無法進行橫向的空間對比和分析。在未來的研究過程中，將會逐漸加入具體的指標(biāo)和實際資料，從而使得森林的生態(tài)容量評估體系更為科學(xué)、合理和系統(tǒng)。

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收稿日期：2022-07-11

基金項目：陜西省林業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新計劃專項大秦嶺智庫建設(shè)項目“商洛市森林生態(tài)承載力評價研究”（SXLK2021-05）

作者簡介：李群（1990-），男，陜西銅川人，博士，從事林業(yè)區(qū)域經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究，E-mail：sin0@vip.qq.com

通信作者：彌蕓，E-mail：133225500@qq.com.