湖南省森林生態安全預警研究

吳潤嘉，朱玉林

(中南林業科技大學 經濟學院，湖南 長沙 410004)

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湖南省森林生態安全預警研究

吳潤嘉，朱玉林

(中南林業科技大學 經濟學院，湖南 長沙 410004)

摘要：以湖南省森林生態系統作為研究對象，綜合考慮區域特點及發展現狀，結合生態安全評價、生態安全預警等理論，借助PSR模型建立了預警體系，分析結果得出：經濟、社會、科技教育水平、環境和資源是影響湖南省森林生態系統的主要因素。利用模糊指數評價法，通過最大隸屬度原則得到湖南省森林生態安全水平逐年提升的結論并提出了相應的治理措施。

關鍵詞：生態安全；預警；森林；湖南

1引言

森林生態系統是地球陸地上最大、最重要的自然生態系統。它不僅能為其他生態系統提供能量的輸入，更重要的是其在涵養水源、凈化空氣、保持水土，防風固沙及保護生物資源多樣性等方面發揮著巨大價值，成為了城市生態系統正常運行的必要依賴。隨著人類活動和環境污染的加強，對森林生態系統產生了嚴重的影響，使得森林生態系統表現出相當的脆弱性。基于此類事實，實現我國林業從原始的砍伐為主的傳統模式轉向生態建設為主的現代經營模式顯得尤為重要。為維護生態的可持續發展，森林生態安全日漸成為關乎人類生存發展的重要課題。

湖南省作為中國的中部經濟大省，正在實現由農業化生產模式向工業化發展模式變革的進程中。發展的同時也帶來了一系列的生態問題。作為陸地生態系統的主體，森林生態系統承受著巨大的生態壓力，遭受了越來越大的威脅。所以，在湖南省積極建設資源節約型、環境友好型社會的關鍵時期，發展“兩型社會”、“生態湖南”不僅僅是經濟上有物質收益，同時在生態管理制度建設上也給人們帶來更多的啟迪和創新，在經濟與制度管理上都有著巨大的雙重意義。

2森林生態安全預警及其過程

2.1森林生態安全預警的含義

森林生態安全預警是指在森林生態系統的尺度上，利用以往經驗及觀測結果對森林生態系統現狀進行分析，并預測人類的各項活動以及自然災害對森林生態系統所造成的影響。預報可能發生的生態系統安全異常狀況的危害范圍以及危害程度，并對此提出相應的解決措施[1]。

2.2森林生態安全預警過程

森林生態安全預警一般包括5個步驟，即明確警義、分析警情、預報警度、探測警源和排除警患[2]。明確警義是整個區域森林生態系統研究的起點，是所有工作的基礎。分析警情對實際狀況的分析是預警研究的核心，包括對不良狀況的判斷、對演化方向的推斷、對惡化速度的評價，是下一步預測的基礎。預報警度是根據警情的分析，在維持現狀不變繼續發展的情況下，對未來演化趨勢的預報。探測警源是對警情成因分析，是排除警患的基礎。排除警患是最終目的。

3研究區的概況

湖南省位于我國中南部，長江中下游，處江南丘陵與云貴高原、南嶺山地與兩湖平原的過渡地帶，省內大部分土地位于洞庭湖以南，屬于內陸省份。

湖南省地貌復雜，包含山地、平原、丘陵、盆地和水面五類，其中以山地和丘陵為主，氣候屬于大陸性特征明顯的中亞熱帶季風氣候.湖南還是我國南方重點林區省份之一，也是一個林業資源尤為豐富的省份。截至2014年，湖南省森林覆蓋率達到了59.57 %，位居全國第8。湖南省自然保護區共190處，總面積136.13萬 hm2，占總面積6.43 %，其中以林木資源為主體的自然保護區115個，新增國家級自然保護區3個，總數達22個，面積62.13萬 hm2。目前以經營健康森林、保護美麗濕地、打造綠色通道、建設秀美村莊為4大生態主題制定了計劃，力保穩步推動湖南省生態狀況發展。

4湖南省森林生態安全預警

4.1明確警義：預警指標體系的建立

4.1.1森林生態安全預警指標體系的構建

對于復合生態系統的研究，許多專家學者提出了不同的指標框架體系。其中壓力-狀態-響應模型(PSR模型)被廣泛應用于各種空間尺度及不同生態范疇中，其通過壓力-狀態-響應這一邏輯方式選取指標，能有效的說明事情的發生及事件發生的原因和人類的動作方式等問題[3]。對于筆者此次的研究，PSR模型能有效回答人為干擾對森林生態環境發生的影響、闡明森林生態問題出現的原因及如何克服森立生態危機、保障其可持續發展。

4.1.2數據的標準化處理

選用數據標準化處理法對數據進行無量綱處理。將所收集到的21個指標數據分為三級七類。對于湖南省2004～2013年n年內森林生態安全狀況，共m個指標，指標為xij。其中i為第i個指標，j為第j年。原始數據矩陣為：

X={xij}m×n

(1)

(2)

標準化公式為：

x′ij=(xij-xj)/sj，

(3)

其中x ′ij為標準化以后的值，xj為均值，sj為標準差。

4.1.3指標篩選

從壓力、狀態、響應3個層面建立指標體系。針對每個項目分別選取該層的主要因子。通過主成分分析法進行降維，運用SPSS.20進行計算分析，得到原始指標的初始特征值、方差貢獻率、累計貢獻率。再使用主成分矩陣進一步找出對主成分貢獻較大的作為最終的指標體系。最終確立的以PSR模型為基礎的評價指標體系如表1所示。

表1　最終確定的森林生態安全預警指標體系

注：表中+表示森林生態安全效益型指標，越大越有利；-表示成本型指標，越小越有利

4.1.4數據來源

數據主要摘自《中國統計年鑒》、《湖南省統計年鑒》、《湖南省林業統計年鑒》、《湖南省統計公報》等資料。

4.2分析警情

4.2.1森林生態安全預警模型的研究

通過模糊綜合評價模型，以篩選出的含有21個指標的指標體系為基礎，計算出生態安全評價矩陣B與級別變量的特征值H。其中相對隸屬度矩陣R是借助EXCEL的if函數計算出來的。結合前文的指標體系、分級標準和模糊綜合評價法，得出2004～2013年湖南省森林生態安全壓力層、狀態層和相應層的級別特征值圖形，結果見圖1。

圖1　各指標層級別特征值比較(2004-2013年)

由圖1可以看出，森林生態安全的綜合判定特征值逐年增加，據此說明湖南省2004～2013年的森林生態安全水平總體上逐年升高。通過最大隸屬度的原則得到各年度的級別，森林生態安全的等級在10年間由一般狀態向良好狀態過渡，沒有出現過較大的生態危機，表明經過長時間的綜合治理，湖南省的森林生態安全狀態穩步提升，正在逐年向理想方向發展，成果顯著。10年來理想和良好狀態的評價級別的隸屬度之和基本呈持續增長狀，說明湖南省森林生態安全的總體狀況逐年好轉。

4.2.2湖南省森林生態安全不同層級分析

(1) 壓力層。由圖1看出2004～2006年，壓力層變化相對平穩，但2004～2005年有增強的趨勢，而2006～2007年壓力驟降，其后壓力增大，2008～2011年穩定下降，然后又急劇上升。總體而言，壓力指標波動較大，但總其呈上升趨勢，標志系統受到壓力總體下降。

從表2根據最大隸屬度判斷壓力層指標(A1)，其結果基本處于良好狀態，而結果顯示2013年，其最大隸屬度為0.21，處于理想狀態。相比往年數據，其他年份最大隸屬度一般為0.3～0.4，而2013年最大隸屬度0.21，較其差別略大，所以不能簡單的推斷壓力層達到理想狀態，即在分析時不能簡單的把最大隸屬度作為單一評判標準。而2013年最大隸屬度達到理想級別，可能是經濟的飛速增長導致的，人均GDP所占權重也較大，故13年數據指向為理想狀態。

表2　壓力、狀態和響應結果

進一步分析壓力層(A1)下的指標，如表3所示。

表3　社會經濟壓力、資源壓力和環境壓力判定結果

對于壓力層，明顯可以看出社會經濟穩步增長，一直處于良好狀態，而資源壓力和環境壓力確在逐漸變大，逐步惡化到較差甚至惡劣狀態。所以正如前文所言，總體的壓力層結果趨于良好只要歸因于GDP的增長。而經濟增長帶來的人口增長對環境又造成壓力，表現在，用水以及資源消耗上。同時，工業發展導致的廢物排放帶來了巨大的環境壓力，對于資源壓力B2，其中SO2含量雖然有所控制，但是大量的廢水排放給環境造成了巨大負擔。所以，森林生態系統的安全及可持續發展必須要加強對C6廢水排放、C7SO2含量的控制，關注環境問題，協調經濟與環境協調發展發展斷不能走先污染后治理的老路。

(2)狀態層。由圖1易知狀態層的安全水平逐年呈升高趨勢，僅在2007年有所下降，究其原因是地表水資源量的下降同時導致人均水資源含量低，同時，該年防護林造林力度有限，導致了總體水平的下降。

由表2分析得出，狀態層逐年由一般變為良好，并且良好狀態隸屬值逐年升高，說明森林生態系統的狀態在逐年好轉，說明人類在進行日常活動時也采取了相應的措施避免了生態環境的惡化。進一步分析狀態層(A2)下的指標，如表4所示。

由表4可知，資源狀態與生態狀態均有所提升。2004～2013年資源狀態判定級別從良好轉為理想，源于各項指標的增加，包括C11森林覆蓋率、C8森林蓄積量等。湖南是南方地區，氣候多雨，區域有多條河流，人均水資源處于較高水平，這些都有利于資源狀態的提升，而生態狀態雖有所改善，但還處于較差水平，及其原因可能是自然保護區所占比重的偏低。我國湖南省自然保護區所占國土面積比例僅為2.59 %，遠低于國內平均水平。因此，加強湖南省森林生態安全建設還需加強自然保護區的建設和管理。

表4　資源狀態、和生活狀態判定結果

(3)響應層。圖1顯示響應層安全水平持續波動，連續穩步增長又突然驟降，表2顯示，響應層水平由一般向良好過度，并且在2009年還達到理想狀態。說明人類越來越重視森林生態的安全，不管是對科教、環保所占GDP的比重都在逐年增加，污水處理能力以及水土流失治理能力也在穩中有增，少數年份下降的原因是因為隨著森林面積的增加，人工造林、退耕還林的邊際成本也在持續增加，其造林面積水平難以保持持續增加，導致了響應層整體的波動。

進一步分析響應層(A3)下的指標，如表5所示。

表5　投入情況、和治理情況判定結果

由表5可知，2004～2013年投入情況保持良好，甚至理想狀態，表明人們對于生態安全的重視程度在提升，表現在C16科教支出占GDP比例、C17環境保護支出占GDP比例和C15普通高等學校在校學生數的增加。即人們在環保和教育上的投資力度顯著加大。這些都有利與森林生態安全的提升。但是B7治理情況波動較大，理想、良好、一般、較差、惡劣5種狀態在2004～201310年間都曾顯示。而人們對于污水的處理能力和水土流失的治理水平是穩中有進的，究其原因是對于人工造林和退耕還林水平不能保持。一方面是由于人們主觀的懈怠，另一方面是由于森林覆蓋面積增長所帶來的造林難度，人工造林便需要減少耕種土地或者建筑土地來滿足造林工程。總之，人們對于森林生態安全的意識及投入都有所增加，響應指標層一直處于良好水平。

4.3探測警源

將21個指標的 “方差貢獻值”與“指標載荷矩陣”相乘，得到各個指標權重。結合上述分析可以得到湖南省森林生態安全的主要影響因素(表6)。

表6　影響因子的權重排序

4.3.1對森林生態安全有促進作用的因子

(1)GDP的增長。人們生活水平的提高從而有更多資金投入到對森林生態環境的保護及對污染的治理，比如足夠的投資在植樹造林、自然保護區和森林的保護等。

(2)主觀環保意識的增加。如對水土流失的治理、在保護環境和植樹造林的投資有利于湖南省森林覆蓋率的增加，保護區面積增加從而森林儲蓄量增加，有利于區域生態森林生態系統的健康發展。

(3)整體教育程度的提升。科教所占GDP的增加及高等教育的普及有利于公民整體素質的提升，從而使得整體環保意識的養成，提高宣傳的效果以及相關政策的積極貫徹。從而實現人類城市生態系統和森林生態系統的和諧協調發展，實現區域整體發展的可持續。

(4)湖南省所處地理位置對該區域森林生態系統也有著有利影響，湖南省水資源豐富、氣候溫和、降雨量日照等充足，這些都有標志著人均水資源水平，森林水平都處于良好的程度，森林生態安全等級較高。

(5)環境污染治理的能力提升。降低了環境污染程度，緩解了人類生態系統廢物對森林的負面影響，從而減輕森林生態系統承受的壓力，有利于森林安全程度的提升。

4.3.2對森林生態安全有負面作用的因子

(1)人口數量的增長。生活水平的提高帶來了人口數量的增長，而人口增長一方面對資源的需求量增加，如土地資源、森林資源等，另一方面，產生的污染物質數量也在增加，這些都對森林的可持續發展造成巨大壓力。

(2)生活及工業污染物質的持續排放。如SO2、生活污水等。植物對空氣污染較為敏感，SO2等污染氣體嚴重的威脅到了植物的生長，其含量水平的降低有利于森林生態安全水平的提升。而污水的排放會導致土地重金屬富集，土質破壞等情況，對森林生態安全非常不利。

(3)人口增長帶來的資源消耗。如木材的需求，水資源等。對木材的需求導致了森林的砍伐，降低其安全系數。而對于水資源，在總量一定的前提下，人口增長導致人均水平的降低，生態負擔加重，資源壓力狀態長期處于緊張程度。

4.4湖南省森林生態安全對策

對客觀數據做出科學技術分析的目的，不僅僅是為了描述事物的樣貌與狀態，根本的目的還是為了去改造指導我們的對客體的認知。根據上述分析得到的主要影響要素，對湖南省的森林生態安全提出一些自己的看法。

4.4.1加大森林保護投入，加強保護區建設

介于自然保護區在對森林生態安全分析中所占權重列于重要位置，對于湖南省森林保護系統，其自然保護區的建設對于區域森林生態安全建設有著重要意義。截至到2011年底我國共建自然保護區2640個，占國土面積的14.9 %，居于世界前列[4]。而湖南省共建不同級別自然保護區總計109個，其中國家級自然保護區18個，總面積僅占湖南省國土面積的2.59 %[5]。遠低于國家平均水平。我省自然保護區以自然生態系統類自然保護區為主，數量占保護區總數的84.26 %，面積占94.54 %。

湖南省自然保護區的建設及發展對兩型社會的建設有著重要作用，自然保護區對于區域森林資源的保護、生物多樣性的包含、涵養水源、調節氣候和防止水土流失等都有著重要意義[6]。為維持保護區的生態功能以及森林生態安全需要加強保護區建設，加大森林保護投入。對宜林荒山，進行造林建設，對于保護區及風景旅游區加強管理保護，以及對病蟲林火自然災害的防治，建立防御體制，保持系統的生態安全。

4.4.2調整經濟發展方式，協調生態可持續發展

如上述分析，GDP的增長對于森林生態系統安全的提升起著重要的正面作用。比如較高的環保投資、發達的治理手段及節水技術等。但是，由于大量重污染行業的存在，其對環境的負面影響也是不可忽略的，比如采礦、冶金、造紙等行業，對資源的開采使用，同時排放大量廢水廢氣對于森林生態系統造成巨大壓力。在經濟核算上，大力推行綠色GDP，綜合考慮環境因素與自然資源、對重污染企業加強監管及加強廢水廢氣末端處理力度，堅決不走先污染后治理老路、采用現代科學技術合理利用資源，從資源節約型出發，推進區域經濟增長，建設兩型社會。

4.4.3加大科教投入，提升居民整體素質

隨著社會水平的提升和教育的普及，我國整體素質有了較大提升，環保意識和安全意識得到了增強。對此，可以繼續發揮廣播電視、報刊雜志、

網絡媒體等的輿論監督作用，向居民宣傳環保節能的重要性、鼓勵乘坐公共交通工具綠色出行等。另一方面，建立或完善群眾監督制度，鼓勵公眾監督舉報不法企業，全民參與，共建生態湖南。

4.4.4控制污水的排放，減少環境壓力

在源頭上全面禁止含磷洗滌用品的生產和銷售，防治水質惡化。完善城區給水排水系統，推行中水回用，達到節約用水的目的。另一方面，對于企業加強監管措施，加強排污許可管理，對出水水質嚴格把關，杜絕小企業、小作坊將廢水直接排放到湖泊河流中。

4.4.5加強廢氣管理，改善大氣質量

在固定源上優化能源結構，推行新能源的使用，大力發展天然氣等清潔能源，減少煤碳的使用量。移動源方面，治理機動車污染，完善公共交通設施，提倡綠色出行、乘坐公共交通工具等，淘汰老舊機動車輛，推行新能源環保汽車，加強機動車輛管理。加大工地的控制力度，避免揚塵污染，嚴禁燃燒秸稈、露天焚燒等。

參考文獻：

[1]黃莉莉,米鋒,孫豐軍. 森林生態安全評價初探[J]. 林業經濟, 2009(12):64～68.

[2]朱寧. 北京市森林生態安全預警研究[D].北京：北京林業大學, 2012.

[3]米鋒,朱寧,張大紅. 森林生態安全預警指標體系的構建研究[J]. 林業經濟論壇, 2012(2):9～17.

[4]周鳳霞,張素文,王艷麗,等. 湖南省自然保護區現狀研究與發展建議[J]. 安徽農業科學, 2013,41(11):4950～4960.

[5]劉放光. 湖南省自然保護區建設現狀與發展對策[J]. 林業建設, 2002(3):23～25.

收稿日期：2016-04-11

作者簡介：吳潤嘉(1990—)，女，中南林業科技大學經濟學院碩士研究生。 通訊作者：朱玉林(1968—)，男，教授，博士，主要從事林業生態經濟方面的研究工作。

中圖分類號：X924

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0108-05