甘肅省森林生態安全動態評價研究

陳道軍，瞿王龍，李育才，吳小舟，茍樹屏

(甘肅省生態環境監測監督管理局，甘肅 蘭州 730020)

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甘肅省森林生態安全動態評價研究

陳道軍**，瞿王龍**，李育才，吳小舟，茍樹屏

(甘肅省生態環境監測監督管理局，甘肅 蘭州 730020)

為掌握甘肅森林生態安全狀況，查找影響森林安全的主要原因和突出問題，針對性開展改善森林經營措施，提高森林生態功能，發揮森林在生態安全屏障建設中的主體作用。本文結合壓力-狀態-響應(PSR)模型，建立甘肅省森林生態系統的壓力-狀態-響應指標體系，根據甘肅省年度森林資源連續清查及歷年統計年鑒數據，采用熵權法和生態安全指數法對甘肅省森林生態安全狀況進行了動態定量評價，得出了甘肅2006-2015年森林壓力、森林狀態、森林響應和綜合評估指標趨勢。結果顯示，甘肅省2006-2015年期間內森林資源自身健康水平得到提升，森林生態系統整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，森林生態系統安全狀況得到較大改善。并在此基礎上，提出了針對性的對策建議。

生態安全；PSR模型；熵值法；甘肅省

森林是人類和多種生物賴以生存和發展的基礎[1]，也是自然界最豐富和穩定的有機碳貯庫、基因庫、資源庫、蓄水庫和能源庫，對改善生態環境，維持生態平衡，保護人類生存發展的基本環境起著決定性和不可替代的作用[2]，直接關系生存安全、淡水安全、國土安全、物種安全、氣候安全和國家外交大局，保護森林意義重大。甘肅是我國生態最為脆弱的地區之一[3]，水土流失面積大、侵蝕強度高、分布范圍廣，水土流失面積占土地面積的90.7%；土地荒漠化沙化危害嚴重，全省沙化土地面積占土地面積的28%，加之由于受地理位置和自然條件制約、人口增長和經濟規模擴張以及經濟發展對資源開發的依賴程度強，破壞及不合理利用森林現象時有發生，以森林為主的生態系統壓力持續增加，嚴重影響到區域生態環境和經濟社會發展，森林資源已經成為可持續發展進程中的一種稀缺性資源[4]，保護森林資源、提高森林質量、保障森林生態安全在甘肅顯得尤為迫切和現實。國內專門針對森林生態安全的研究文獻[5-7]多出現在21世紀初，關于森林生態安全的定義沒有脫離生態安全的大范疇，基本保持了統一。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

甘肅省地處黃河、長江上游，位居西北干旱區、青藏高寒區和東部季風區三大自然區的交匯部，省域介于東經92°13′-108°46′和北緯32°11′-42°57′之間，東與陜西毗鄰，南與四川、青海相連，西與新疆相接，北與寧夏、內蒙古自治區交界并與蒙古國接壤，不但是我國唯一擁有三大自然地理區域的省份，也是我國西部地區一個生態功能特殊、生態環境脆弱多樣、生態地位極端重要的生態樞紐區域[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 模型選擇與指標確定 國內學者[9]基于壓力-狀態-響應 (pressure state response, PSR)模型，通過選取一系列指標因子對森林生態安全進行了定量分析評價。考慮到該模型從人類與環境系統的相互作用與影響出發，對環境指標進行組織分類，具有較強的系統性[10]，故采用該模型對甘肅森林生態安全進行評價。建立完善的指標評價體系是客觀準確評價生態安全的基礎[11]，在充分借鑒國內學者評價參數選擇實例的基礎上，研究提出能夠代表甘肅省森林生態系統安全特征的主要參數，對相應的特征因子進行度量并確定權重，建立甘肅省森林生態安全評價指標體系。本文結合甘肅地理位置、森林資源及結構現狀、環境綜合狀況、社會經濟水平及投入落實情況等，分別選取有效體現森林生態系統壓力-狀態-響應狀況的、相對獨立的指標因子。其中：壓力指標(A1)包括社會經濟壓力指標(B1)、資源壓力(B2)和環境壓力指標(B3)；狀態指標(A2)包括資源狀態指標(B4)和生存狀態指標(B5)；響應指標(A3)包括投入狀況指標(B6)、治理情況指標(B7)和政策法律支持指標(B8)。通過利用熵權法確定指標權重，運用生態安全指數法計算區域生態安全指數，進而得出全省2006-2015年以來森林生態安全總體狀況。

1.2.2 指標權重計算方法 為避免人為因素對權重的影響，本研究應用“熵權法”確定森林生態安全評價體系指標的權重。熵權法是一種在綜合考慮各因素提供信息量的基礎上計算一個綜合指標的數學方法，作為客觀綜合定權法，其主要根據各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定權重[12]。

首先對數據作標準化處理。對正向指標(+)通過計算各指標對應的所有數據中的最大值與原始數據的差值和最大值與最小值的差值之比將原始數據轉化為標準數據；負向指標(-)則通過計算各指標對應的原始數據與其中最小值的差值和最大值與最小值的差值之比將原始數據轉化為標準數據。其次確定熵值,計算公式：

其中，Hj為第j個指標熵值(j=1,2,3,……,22)，Yij為第i年第j項指標占該項指標總和的比值，n為評價年數(10年，2006-2015年)，最后計算權重。計算公式：

其中，Wj為第j個指標權重(j=1,2,3,……,22)。

1.2.3 森林生態安全指數值計算方法 本研究采用生態安全指數法對全省森林生態安全狀況進行評價。計算公式：

Pj=Wj×pj(j=1,2,3,……,22)

式中，Pj為第j個指標的安全指數，Wj為第j個指標的權重值，pj為第j個指標的指標值。根據各指標安全指數計算區域安全指數。計算公式：

式中，Ki為第i年的區域生態安全指數，Wij為第i年j種指標的權重值，Pij為第i年第j指標的指數值。

1.3 數據來源

本研究涉及的人口密度、產業結構、人均GDP、CO2及SO2排放等原始數據來源于2006-2015年的《甘肅省發展年鑒》[13]，人均水資源、降雨量數據來源于2006-2015年的《甘肅省水資源公報》[14]，人類干擾指數原始數據來源于2006-2015年的《甘肅省國土資源公報》[15]、其他指標原始數據均來源于2006-2015年的《中國林業統計年鑒》[16]等省級文獻資料和國家、省級行業查詢數據。評價指標基礎值詳見表1。

表1 2006-2015年評價指標基礎值

Table 1 Basic value of evaluation index of 2006-2015

2 結果與分析

2.1 森林生態安全指標權重結果及特征

采用熵權法確定的各指標權重如表2所示。指標權重越大，表明其對評價結果的影響越大，反之越小。其中，狀態指標中，喬木林蓄積、天然林面積及其林齡結構權重最大，且遠高于其他所有指標的權重，說明這3個指標是體現森林自身安全程度的決定性因素；在壓力指標中，社會經濟指標和資源壓力指標權重遠大于環境壓力指標權重，尤以森林旅游開發強度指數影響最大，這與當前全省森林資源利用情況的實際相符；響應指標總體權重在22項指標中占比小且差異化明顯，在一定程度上反映了林業投入不足、營造林面積不足的問題。

表2 評價指標權重

Table 2 Evaluation index weight

一級指標APrimaryindexesA二級指標BSecondaryindexesB三級指標CThreeindexesC指標權重Indexweight指標方向Indexirection壓力指標Pressureindex社會經濟壓力Socialandeco-nomicpressure(B1)人口密度Densityofpopulation(C1)0.03992-產業結構指數Indexofindustrialstructure(C2)0.05333-人均GDPCapitaGDP(C3)0.04437-人類干擾指數Humandisturbanceindex(C4)0.04285-資源開發壓力Resourcede-velopmentpressure(B2)森林采伐強度指數Indexofintensityharvesting(C5)0.02047-森林旅游開發強度指數Indexofforesttourismintensity(C6)0.07780-工程占用林地強度指數Intensityindexofforestland(C7)0.01626-環境壓力Environmentalpressure(B3)CO2排放指數EmissionindexofCO2(C8)0.05351-SO2排放指數EmissionindexofSO2(C9)0.02053-狀態指標Stateindex資源狀態Resourcestatus(B4)森林覆蓋率Forestcoveragerate(C10)0.03039+喬木林單位面積蓄積量Woodstorageperunitlforestland(C11)0.10067+人均水資源量Percapitawateroccupancyvolume(C12)0.03513+天然林比重Proportionofnaturalforest(C13)0.08584+幼、過熟林比重Proportionofyoungandovermatureforest(C14)0.08584-生存狀態Survivalstates(B5)森林火災受災率Forestfiredisasterindex(C15)0.02941-林業有害生物發生率Forestpestandrodentdisasterindex(C16)0.02367-年降雨量Annualprecipitation(C17)0.02478+沙化荒漠化土地占比Desertificationanddesertificationlandpropor-tionoflandarea(C18)0.04417-指標Responseindex投入狀況Inputcondition(B6)林業資金投入占GDP比例ForestrycapitalinvestmentaccountedforGDPratio(C19)0.05154+治理情況Governancesituation(B7)營造林面積Afforestationarea(C20)0.05671+自然保護區占國土面積Naturereservesaccountedforlandarea(C21)0.03149+政策法律支持Policyandlegalsupport(B8)涉林案件處理率Treatmentrateofforestrelatedcases(C22)0.03130+

2.2 區域森林生態安全變化趨勢

根據生態安全指數計算模型可知： 生態安全指數越小，區域生態安全程度就越低，反之，生態安全程度越高，生態環境相對安全。結合PSR理論，利用熵權法和生態安全指數計算模型，根據相關數據，得出甘肅省2006-2015年森林生態安全變化狀況(表3)。從2006-2015年甘肅森林生態安全變化趨勢看，全省森林生態安全形勢總體呈現出向好發展。2015年出現逆轉情況，主要原因在于年降雨量較常年偏少9%，為近6年最少，與此相關，誘發當年林業有害生物災害發病率升高。

2.2.1 森林壓力評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林承載壓力指數評估值總體呈上升趨勢，說明全省森林承受的外部壓力逐漸增大，這主要是人口密度由2006年的59.82人/km2增加到60.84人/km2及經濟的發展和過度追求利益的行為，誘發林區耕地和建設開發行為侵蝕林地，造成森林生態系統的穩定性破壞，影響森林生態安全。

表3 甘肅省2006-2015年森林生態安全壓力-狀態-響應及綜合指標評估值

Table 3 Press-State-Response index evaluation value of forest ecological security in Gansu Province during 2006-2015

2.2.2 森林狀態評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林狀態指數評估值也呈上升趨勢，說明全省森林資源自身健康水平得到提升。一方面是森林覆蓋率由2006年的10.47%上升到2015年的11.86%，凈增1.4個百分點，增加森林面積近62.67萬hm2；另一方面與人均水資源量增加有密切關系，無形中保證了生態用水需求，提高了林木生長所需的水資源保障。盡管期間森林火災和有害生物受災率出現波動上浮，但均得到有效防控，未造成嚴重的森林消耗。

2.2.3 森林響應評估值 從表3看出，2006-2015年全省森林狀態指數評估值波動不大，說明全省在林業建設方面的投入、治理等方面保持穩定但增幅不大，這與甘肅經濟落后，財力弱有較大關系。

2.2.4 綜合評估值 綜合甘肅森林生態安全壓力、狀態和響應指標評估值可反映全省森林生態系統整體安全狀況的綜合評估值(表3)。由表3可知，甘肅省森林生態系統整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，由2006年的0.1854上升到2015年的0.710。僅在2008-2009年、2011-2012年保持基本平穩后又繼續上升，2015年受降雨量驟降影響導致下滑。說明研究期內甘肅整體的森林生態安全狀況得到較大改善。主要原因是甘肅近年來大力實施天然林保護、退耕還林、三北防護林體系等林業重點工程和國家生態安全屏障綜合試驗區建設，嚴格資源保護和森林經營培育，一定程度上提高了森林的總體質量和健康狀況。但也不應忽視人類干擾的影響。

3 結論

本研究根據PSR模型的區域生態安全評價模型，結合研究區多年數據資料，運用熵權法和安全指數法對甘肅森林生態安全狀況進行評價，分析了2006-2015年間甘肅森林生態安全變化趨勢和安全狀況，結果顯示,研究期內甘肅省森林生態系統整體安全狀況的綜合評估值呈逐年上升趨勢，表明其森林生態系統安全狀況得到較大改善；森林生態系統整體安全狀況的綜合指標評估值與森林生態狀態指標評估值的變動趨勢基本重合，說明甘肅森林生態系統安全狀況主要受到森林自身狀態的影響；同時，資源狀態指標和生存狀態指標在森林安全狀態綜合指標中權重最高，說明森林資源數量和質量是影響森林生態系統自身安全狀況的主要因素。從甘肅實際看，影響森林健康的原因是多方面的，最主要的是嚴酷自然條件(干旱少雨、生態用水不足)及人類為擺脫貧困轉而謀求對森林資源的無序過度開發，一旦遭受自然條件惡化和人類行為擾動加劇，極易造成敏感且脆弱的森林資源健康狀況發生逆轉。盡管2006-2015年甘肅省森林生態安全狀況呈現總體向好趨勢，但生態環境整體脆弱的現狀和森林面臨的各種威脅仍然不容忽視。為切實改善甘肅森林生態安全狀態，首先應在保證生態用水需求的基礎上，繼續加強森林資源管護，尤其是天然林的保護，認真執行甘肅省林地保護利用規劃，并采取措施加強退化森林生態系統綜合治理；其次，要在服務區域經濟社會經濟發展需求的同時，加強林地和森林保護工作，嚴格落實生態紅線管理機制，減小人類施加于森林生態系統的壓力，引導建設項目不占或少占喬木林、特殊灌木林或公益林地，并加大森林可持續經營培育，提高混交林比重，切實增強森林生態系統自身的承載力。

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Study on forest ecological dynamic security in Gansu Province

CHEN Dao-Jun**， QU Wang-Long**， LI Yu-Cai， WU Xiao-Zhou， GOU Shu-Ping

GansuProvinceEco-environmentMonitorandSupervisionBureau,Lanzhou730020,China

The aims of this study were to analyze forest ecology security in Gansu Province, and to identify the main factors that positively and negatively affect the security of forest ecology. The ultimate aim is to improve forest management and the ecological function of forests in this region. Based on the Pressure-State-Response (PSR) model, we established an index system for the ecology of forests in Gansu Province. The security of forest ecology was determined by dynamic and quantitative evaluations using the entropy weight method and the ecological security index method, using data from the annual forest resource continuous inventory and the Statistical Yearbook for Gansu Province. The results showed that forest health has improved in Gansu Province during the period of 2006 to 2015. Also, a comprehensive evaluation of the overall ecological security of forest ecosystems showed an increasing trend from year to year, and the security of the forest ecological system has improved greatly. We discuss countermeasures and forest management strategies based on these results.

ecological security; Pressure-State-Response model; entropy method; Gansu Province

10.11686/cyxb2016287

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-07-18；改回日期：2016-09-20

陳道軍(1970-)，男，甘肅景泰人，高級工程師。E-mail: 406084083@qq.com。瞿王龍(1968-)，男，甘肅臨夏人,高級工程師。E-mail: 27691215@qq.com。**共同第一作者These authors contributed equally to this work.

陳道軍, 瞿王龍, 李育才, 吳小舟, 茍樹屏. 甘肅省森林生態安全動態評價研究. 草業學報, 2016, 25(12): 188-193.

CHEN Dao-Jun， QU Wang-Long， LI Yu-Cai， WU Xiao-Zhou， GOU Shu-Ping. Study on forest ecological dynamic security in Gansu Province. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(12): 188-193.