1998–2019 年中國森林生物災(zāi)害數(shù)據(jù)集

龐巖，任雪毓，王梅，李國宏，陳國發(fā)，王越，王鴻斌*

1.中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所 國家林業(yè)和草原局森林保護(hù)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091

2.國家林業(yè)和草原局生物災(zāi)害防控中心，沈陽 110034

引 言

森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)決策的重要目標(biāo)之一是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)免受森林生物的侵害[1]。至2020 年底，中國的森林覆蓋率已增至23.04%，其中人工林面積居全球第一[2-4]，各類森林生物災(zāi)害面積達(dá)到1278.44 萬公頃[5]，對我國森林生態(tài)環(huán)境健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。我國森林生物災(zāi)害發(fā)生呈現(xiàn)種類多樣性與不均衡性[6-8]，學(xué)者們針對性地建立了不同類型的生物災(zāi)害發(fā)生監(jiān)測體系與災(zāi)害評估方法[9-12]，繼而產(chǎn)生了一系列災(zāi)害發(fā)生面積數(shù)據(jù)。但這些數(shù)據(jù)，由于空間和時(shí)間尺度的不一致，沒有考慮不同區(qū)域森林面積的規(guī)模、森林覆蓋率增加等因素的影響，難以對災(zāi)害的不同時(shí)空尺度進(jìn)行比較、評估和預(yù)測。而不同類型數(shù)據(jù)的不同評估方法產(chǎn)生的研究結(jié)果也有較大差異[13-15]。

近年來，學(xué)者們多基于森林生物災(zāi)害發(fā)生面積進(jìn)行研究，相繼提出了多種評估森林生物災(zāi)害的指標(biāo)[16-19]，但并未被廣泛應(yīng)用。因此在理論與實(shí)踐都迫切需要一種方法，使其能定量評價(jià)森林生物災(zāi)害的發(fā)生程度。所以本文利用森林生物災(zāi)害發(fā)生面積統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合不同區(qū)域和時(shí)間的森林資源面積變化，構(gòu)建了以森林資源面積為分母的“整體森林災(zāi)害指數(shù)”的發(fā)生指數(shù)（Forest Pest Outbreak index，F(xiàn)POI）、災(zāi)害發(fā)生率（Forest Pest Occurrence Area Rate，F(xiàn)POAR）兩個(gè)系列指標(biāo)集，為了驗(yàn)證所構(gòu)建指標(biāo)的可靠性和合理性，特選《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國林業(yè)和草原統(tǒng)計(jì)年鑒》[20-21]中森林生物災(zāi)害發(fā)生面積與森林資源面積，評估森林病蟲鼠害的潛在發(fā)生程度。其中FPOI 考慮了生物災(zāi)害的輕度、中度、重度發(fā)生的不同權(quán)重影響，F(xiàn)POAR 則表示災(zāi)害發(fā)生面積占森林資源面積的百分比。將面積指數(shù)化，可以比較不同區(qū)域、不同類型的森林生物災(zāi)害。用FPOI、FPOAR 兩個(gè)指標(biāo)來評價(jià)森林生物災(zāi)害的發(fā)生情況。將FPOI、FPOAR 用于中國森林生物災(zāi)害時(shí)空變化監(jiān)測和評估，對了解中國森林生物災(zāi)害時(shí)空格局形成及變化影響機(jī)制有著重要的意義。

本數(shù)據(jù)集是中國區(qū)域1998–2019 年的長時(shí)間序列逐年森林生物災(zāi)害數(shù)據(jù)，可用于評估中國近20年來的森林生物災(zāi)害的發(fā)生趨勢情況。目前還未見省級尺度的基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的森林生物災(zāi)害指數(shù)數(shù)據(jù)集的整理與發(fā)布，本文從省級尺度上收集整理森林生物災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，以期達(dá)到評價(jià)中國森林生物災(zāi)害的發(fā)生現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的目的，同時(shí)可為開展不同區(qū)域尺度上的環(huán)境變化對森林生物影響分析提供科學(xué)參考，也為森林保護(hù)學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科研究提供支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

中國森林生物災(zāi)害數(shù)據(jù)集來源于《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（1998–2017）和《中國林業(yè)和草原統(tǒng)計(jì)年鑒》（2018–2019）[20-21]。主要收集各省區(qū)1998–2019 年森林生物災(zāi)害發(fā)生面積和森林資源面積。其中災(zāi)害發(fā)生面積包括輕度、中度、重度及總計(jì)面積。

1.2 處理方法

采用1998–2019 年森林生物災(zāi)害面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，F(xiàn)POI 公式參考景天忠老師的文獻(xiàn)[22]，本研究將公式中該樹種面積替換為森林資源面積。結(jié)合森林生物災(zāi)害危害程度與發(fā)生面積，因此構(gòu)建了森林生物災(zāi)害FPOI、FPOAR 兩個(gè)系列指標(biāo)集。并計(jì)算兩指標(biāo)的距平數(shù)據(jù)，以FPOI 和FPOAR 反映中國森林生物災(zāi)害在時(shí)間層面、空間格局上的發(fā)生及變化情況。由于鼠害比較特殊，除森林外還有草原危害，缺乏具體數(shù)據(jù)，以寄主面積發(fā)生率（Host Damage Rate）指數(shù)，將分母森林資源面積替換為寄主面積，在R 語言工具中計(jì)算兩指標(biāo)時(shí)將缺失數(shù)據(jù)記為0 進(jìn)行處理。

計(jì)算公式如下：

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集收集和整理了1998–2019 年中國森林生物災(zāi)害發(fā)生面積和森林資源面積信息，數(shù)據(jù)集由災(zāi)害發(fā)生面積包括輕度、中度、重度及總計(jì)面積和森林資源面積，以及森林生物災(zāi)害發(fā)生指數(shù)、災(zāi)害發(fā)生率、發(fā)生指數(shù)距平、災(zāi)害發(fā)生率距平等構(gòu)成。主要分為：（1）森林生物災(zāi)害（病蟲鼠害）數(shù)據(jù)，698 條數(shù)據(jù)記錄；（2）森林病害數(shù)據(jù)，687 條數(shù)據(jù)記錄；（3）森林蟲害數(shù)據(jù)，697 條數(shù)據(jù)記錄；（4）森林鼠害數(shù)據(jù)，431 條數(shù)據(jù)記錄；（5）森林生物災(zāi)害FPOI 和FPOAR 數(shù)據(jù)；（6）森林病害FPOI和FPOAR 數(shù)據(jù)；（7）森林蟲害FPOI 和FPOAR 數(shù)據(jù)；（8）森林鼠害FPOI 和FPOAR 數(shù)據(jù)。本文將森林生物災(zāi)害FPOI 和FPOAR 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按列標(biāo)準(zhǔn)化得到1998–2019 年中國森林生物災(zāi)害FPOI 與FPOAR 波動(dòng)情況，如圖1 所示?？梢钥闯?，全國尺度森林生物災(zāi)害波動(dòng)明顯低于省區(qū)尺度，森林生物災(zāi)害、森林病害、森林蟲害FPOI、FPOAR 顯示天津、寧夏、新疆等地災(zāi)害頻發(fā)，不穩(wěn)定（圖1a–f），而森林鼠害1998–2003 年在青海、2007–2019 年在新疆、1998–2019 在寧夏災(zāi)害發(fā)生較嚴(yán)重。本數(shù)據(jù)集不僅可以將森林生物災(zāi)害發(fā)生面積指數(shù)化易于計(jì)算，還可以從整體上把握森林生物災(zāi)害的嚴(yán)重程度（圖2），以及用于對不同類型的森林生物災(zāi)害的評估（圖2-c）、不同地區(qū)間的橫向比較。由于統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)中部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，圖1 中缺失數(shù)據(jù)顯示為空白。森林生物災(zāi)害發(fā)生面積和森林資源面積單位均統(tǒng)一為：公頃。

圖2 1998–2019 年中國森林生物災(zāi)害發(fā)生面積時(shí)間序列Figure 2 Time series of the forest biological disaster occurrence areas in China from 1998 to 2019

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

（1）1998–2019 年森林生物災(zāi)害發(fā)生面積和森林資源面積數(shù)據(jù)基于已發(fā)布的數(shù)據(jù)源《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國林業(yè)和草原統(tǒng)計(jì)年鑒》。數(shù)據(jù)來源真實(shí)可靠，數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容規(guī)范。

（2）森林資源數(shù)據(jù)（森林資源面積）來源于第五至九次全國森林資源清查(1994–1998、1999–2003、2004–2008、2009–2013、2014–2018)結(jié)果。

（3）在森林生物災(zāi)害的劃分上，根據(jù)《林業(yè)生物發(fā)生及成災(zāi)標(biāo)準(zhǔn) ( LY /T 1681—2006)》，將森林生物災(zāi)害劃分為森林病蟲害輕度、中度、重度3 大類型[23]。

（4）連續(xù)性數(shù)據(jù)缺失情況：①在森林生物災(zāi)害（病蟲鼠害）數(shù)據(jù)中，西藏缺失1998–2001、2003–2004 年數(shù)據(jù)；②在森林病害數(shù)據(jù)中，北京缺失2006 年數(shù)據(jù)；海南缺失2004 年數(shù)據(jù)；山西缺失1999和2000 年數(shù)據(jù)；寧夏缺失1998、1999、2000、2002、2009、2010 年數(shù)據(jù)；西藏缺失1998–2004 年數(shù)據(jù)；③在森林蟲害數(shù)據(jù)中，西藏缺失1998–2004 年數(shù)據(jù)；④在森林鼠害數(shù)據(jù)中，北京缺失2002–2019 年數(shù)據(jù)；安徽缺失1998–2001、2005–2006、2011–2019 年數(shù)據(jù)；廣西缺失1998–2003、2006、2008–2014 年數(shù)據(jù)；海南缺失1998–1999、2004–2019 年數(shù)據(jù)；河南缺失2003–2019 年數(shù)據(jù)；湖南缺失1998–2000、2002–2004、2011、2013–2014、2016、2019 年數(shù)據(jù)；西藏缺失1998–2004 年數(shù)據(jù)；浙江缺失1998–2001、2003–2006、2008–2009、2012–2019 年數(shù)據(jù)；重慶缺失1998–2000、2002 年數(shù)據(jù)；福建缺失1998–2013、2015–2019 年數(shù)據(jù)；江西缺失1998–2004、2006–2019 年數(shù)據(jù)；天津缺失1998–1999、2001–2019 年數(shù)據(jù)；⑤在2013–2019 年森林鼠害FPOI 和FPOAR 數(shù)據(jù)集中，福建缺失2013、2015–2019 年數(shù)據(jù)；廣西缺失2013–2014 年數(shù)據(jù)，湖南缺失2013、2014、2016、2019 年數(shù)據(jù)。

對于上述數(shù)據(jù)1998–2003 年四川森林資源面積數(shù)據(jù)中包含重慶，因此計(jì)算1998–2003 年四川、重慶森林生物災(zāi)害、森林病害、森林蟲害FPOI 及FPOAR（%）時(shí)均除以四川省森林資源面積；2001–2002 年全國合計(jì)不包括龍江集團(tuán)，2003–2005 年不包括龍江集團(tuán)和新疆兵團(tuán)。對于異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行了全面排查（人工查驗(yàn)方式），在最終集成的數(shù)據(jù)集中刪除了異常和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

中國31 ?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）（香港、澳門、臺(tái)灣除外）1998–2019 年森林生物災(zāi)害數(shù)據(jù)集，時(shí)間跨度22 年，可以滿足林業(yè)統(tǒng)計(jì)量的基本要求，準(zhǔn)確把握我國近年森林生物災(zāi)害的發(fā)展趨勢、區(qū)域差異。本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)為xlsx 文件，R 語言、Python、ArcGIS 等均能讀寫和調(diào)用相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)批量處理?？芍苯佑糜谖覈稚餅?zāi)害分布的時(shí)空演化特征研究。同時(shí)，本數(shù)據(jù)集可進(jìn)一步支持生態(tài)、地理等方面與森林生物災(zāi)害演化相關(guān)的研究。基于本數(shù)據(jù)集，可進(jìn)一步研究氣候變化[24-26]、林分狀況[27]、生物因素[28]、土壤因素[29]和人為活動(dòng)等對森林生物災(zāi)害動(dòng)態(tài)的影響，為科研機(jī)構(gòu)開展林業(yè)生物災(zāi)害相關(guān)研究提供重要數(shù)據(jù)支持。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

龐巖（1996—），女，遼寧人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯稚餅?zāi)害監(jiān)測與預(yù)報(bào)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)集制作，論文撰寫，樣本數(shù)據(jù)分析。

任雪毓（1995—），女，內(nèi)蒙古人，碩士，研究方向?yàn)槎觐惗鄻有?。主要承?dān)工作：數(shù)據(jù)集制作、數(shù)據(jù)處理。

王梅（1989—），女，北京市人，博士，副研究員，研究方向?yàn)槔ハx系統(tǒng)分類。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)集制作。

李國宏（1971—），男，北京市人，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)槔ハx多樣性。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)集制作。

陳國發(fā)（1964—），男，遼寧省沈陽市人，碩士，正高級工程師，研究方向?yàn)楹οx監(jiān)測與預(yù)測預(yù)報(bào)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)集采集。

王越（1990—），男，遼寧省沈陽市，博士，工程師，研究方向林業(yè)生物監(jiān)測預(yù)報(bào)管理與技術(shù)推廣。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)集采集。

王鴻斌（1967—），男，北京市人，博士，副研究員，研究方向?yàn)樯掷ハx生物多樣性及調(diào)查、森林害蟲監(jiān)測與控制、森林昆蟲識(shí)別與編目。主要承擔(dān)工作：課題設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)集制作，論文撰寫，樣本數(shù)據(jù)分析。