中國森林生態(tài)安全動態(tài)測度及空間收斂性分析

姜 鈺，蔡秀亭

（東北林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱 150040）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國的森林生態(tài)安全問題日益突出，嚴(yán)重影響了森林生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。森林生態(tài)系統(tǒng)的特殊性以及森林生態(tài)安全狀況的嚴(yán)峻性決定了森林生態(tài)安全在整個生態(tài)安全中處于基礎(chǔ)和核心地位。

目前，森林生態(tài)安全概念還處于探討之中，學(xué)術(shù)界對此的專項(xiàng)研究較少，從國內(nèi)森林生態(tài)安全現(xiàn)有研究來看，主要分為森林生態(tài)安全概念理論研究[1,2]、森林生態(tài)安全影響因素研究[3,4]及森林生態(tài)安全評價研究[5,6]。就現(xiàn)有研究而言，大多數(shù)學(xué)者將研究重點(diǎn)放在區(qū)域森林生態(tài)安全評價方面，針對全國角度的森林生態(tài)安全評價研究很少見，動態(tài)研究森林生態(tài)安全并進(jìn)行空間收斂性研究的更是寥寥無幾。因此，結(jié)合相關(guān)研究最新成果，基于PSR模型構(gòu)建森林生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，以全國31個省（市、自治區(qū)）為研究對象，運(yùn)用熵權(quán)法對2005—2015年全國及各省區(qū)的森林生態(tài)安全進(jìn)行全方位的動態(tài)測度，同時利用Moran′s I指數(shù)及空間收斂性模型對森林生態(tài)安全的空間收斂性進(jìn)行分析，以期補(bǔ)充和豐富我國森林生態(tài)安全的研究理論，為各地區(qū)森林生態(tài)安全的管理與調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 概念界定及研究方法

1.1 概念界定

森林生態(tài)安全指在一定的時空范圍內(nèi)，在現(xiàn)有的自然環(huán)境狀態(tài)和人類社會經(jīng)濟(jì)活動等外界干擾之下，森林生態(tài)系統(tǒng)在維持其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能完整的前提下，其所能提供的生態(tài)服務(wù)功能可以滿足人類生存和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)利用，使人類的生活、生產(chǎn)、健康和發(fā)展不受威脅的一種狀態(tài)[7]。

1.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

PSR模型由統(tǒng)計學(xué)家Freid于1970年提出，其最初用來分析人類對資源環(huán)境的影響，后用于研究環(huán)境問題[8]。本文基于PSR模型，從森林生態(tài)安全內(nèi)涵出發(fā)，以科學(xué)性、系統(tǒng)性為原則，向有關(guān)專家征詢意見并對指標(biāo)進(jìn)一步調(diào)整后構(gòu)建出由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層和指標(biāo)層構(gòu)成的森林生態(tài)安全評價指標(biāo)體系（見表1）。

表1 森林生態(tài)安全評價指標(biāo)體系及權(quán)重

1.3 研究方法

1.3.1 森林生態(tài)安全評價模型

指標(biāo)權(quán)重的確定方法包括專家打分法、AHP法、熵權(quán)法等，為避免主觀誤差運(yùn)用熵權(quán)法對指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

對于正向指標(biāo)：

對于逆向指標(biāo)：

式中：Xij為第i個省區(qū)的第j個指標(biāo)值；Xij′為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；Xjmin為j指標(biāo)的最小值；Xjmax為j指標(biāo)的最大值。

（2）指標(biāo)信息熵值e和信息效用值d

第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值為：

式中：K為常數(shù)，且與省區(qū)數(shù)m有關(guān)。對于完全無序的系統(tǒng)，有序度為零，熵值最大，e=1，m個樣本處于完全無序分布狀態(tài)時此時

信息效用值等于1與信息熵ej之間的差值：

（3）指標(biāo)權(quán)重

利用熵值法求解指標(biāo)權(quán)重，可以得到第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為：

（4）森林生態(tài)安全指數(shù)計算

用指標(biāo)權(quán)重與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣中標(biāo)準(zhǔn)值的乘積作為評價值，即：

最終，第i個省區(qū)的森林生態(tài)安全指數(shù)：

1.3.2 判別標(biāo)準(zhǔn)

本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[9，10]，將森林生態(tài)安全評判標(biāo)準(zhǔn)劃分為惡劣級、敏感級、臨界安全級、比較安全級和安全級5個檔次（表2）。fi越接近于1說明森林生態(tài)安全等級越高，該地區(qū)的森林生態(tài)安全狀況越好；反之，說明該地區(qū)的森林生態(tài)安全狀態(tài)越差。

表2 森林生態(tài)安全判別標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 Moran′s I指數(shù)

為了分析各省區(qū)森林生態(tài)安全的空間自相關(guān)性，研究某一省區(qū)的森林生態(tài)安全水平是否與鄰近省區(qū)相近或趨同，本文采用Moran′s I指數(shù)來反映我國森林生態(tài)安全的空間集聚狀況。其公式為：

式中：fi、fj分別為第i和第j省區(qū)的森林生態(tài)安全指數(shù)；fˉ和S2分別為各省區(qū)森林生態(tài)安全指數(shù)的均值和方差；wij為空間權(quán)重矩陣，其元素由地理單元距離二次方的倒數(shù)形成；-1≤Moran′s I≤1，[-1，0)、0、(0，1]分別表示空間負(fù)相關(guān)、空間不相關(guān)和空間正相關(guān)。1.3.4 空間收斂模型

目前研究空間收斂性問題的模型主要分為σ收斂模型、絕對β收斂模型和條件β收斂模型三種。

（1）σ收斂模型主要用于研究不同省區(qū)之間森林生態(tài)安全指數(shù)的離差隨時間變化狀況，若離差變小，則表明我國森林生態(tài)安全的離散程度在減小，趨于σ收斂。其公式為：

若σt+1＜σt，表明森林生態(tài)安全指數(shù)的離散系數(shù)的差距在減小，存在σ收斂。

（2）絕對β收斂主要用于研究各省區(qū)的森林生態(tài)安全指數(shù)的增長速度是否存在趨同，以研究森林生態(tài)安全水平較低的省區(qū)是否有追趕較高水平省區(qū)的趨勢。模型形式為：

若β＜0，則表明存在絕對β收斂，說明森林生態(tài)安全水平相對較低的省區(qū)有追趕水平相較高的省區(qū)的趨勢。

（3）條件β收斂用于分析各省區(qū)的森林生態(tài)安全水平能否收斂于各自的穩(wěn)定狀態(tài)，模型形式為：

式中：α為效應(yīng)項(xiàng)；β為回歸系數(shù)。若β＜0則表明存在條件β收斂，即各省區(qū)的森林生態(tài)安全收斂于自身的穩(wěn)定狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林生態(tài)安全動態(tài)測度分析

對2005—2015年全國及31個?。ㄊ?、自治區(qū)）的森林生態(tài)系統(tǒng)安全狀況進(jìn)行動態(tài)測度，并分析其變化情況。

2.1.1 全國森林生態(tài)安全動態(tài)測度分析

由下頁圖1的壓力指數(shù)圖得：從時間上看，全國森林生態(tài)安全壓力指數(shù)大體上呈先下降后上升的波動特征。從影響壓力的三個要素來看，資源、環(huán)境壓力指數(shù)呈先下降后上升態(tài)勢，社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)相對波動幅度較?。粡淖儎于厔菘傻茫鐣?jīng)濟(jì)壓力指數(shù)的變動與森林生態(tài)安全壓力指數(shù)的變化趨勢較為一致，可見，森林生態(tài)安全壓力受社會經(jīng)濟(jì)壓力的影響較大。

由圖1的狀態(tài)指數(shù)圖得：從時間上看，研究期內(nèi)資源狀態(tài)、健康狀態(tài)及綜合狀態(tài)均呈先下降后上升的趨勢，表明2006年以來隨著我國森林資源保護(hù)及森林火災(zāi)、病蟲害等預(yù)防工作的開展，我國森林生態(tài)安全狀態(tài)得到逐步改善；從變化趨勢上看，三者的變化較為接近，說明森林資源及健康狀況對森林生態(tài)安全狀態(tài)都起著舉足輕重的作用。

由圖1的響應(yīng)指數(shù)圖得：從時間上看，森林生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)表現(xiàn)出明顯的波動特征，最低值出現(xiàn)在2009年，在此期間下降了69.55%，最高點(diǎn)出現(xiàn)在2013年，期間上升了340.97%；從影響森林生態(tài)安全響應(yīng)的三個要素來看，投入響應(yīng)指數(shù)呈波動上升趨勢，而治理響應(yīng)指數(shù)呈直線上升趨勢；從變化態(tài)勢可以看出，保護(hù)響應(yīng)指數(shù)的變化趨勢與綜合響應(yīng)指數(shù)相近，說明森林生態(tài)安全綜合響應(yīng)受保護(hù)響應(yīng)的影響較大。

圖1 2005—2015年全國森林生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應(yīng)和綜合指數(shù)的變化

由圖1的綜合指數(shù)圖得：2005—2009年（2006年除外）我國森林生態(tài)安全綜合指數(shù)在0.5附近波動（第Ⅲ等級），2010—2013年森林生態(tài)安全綜合指數(shù)在0.6～0.8之間（第Ⅳ等級），2014—2015年森林生態(tài)安全綜合指數(shù)又下降到0.4～0.6之間（第Ⅲ等級）。說明我國森林生態(tài)安全有逐步好轉(zhuǎn)的趨勢，但發(fā)展緩慢，表明森林生態(tài)安全的形勢仍然比較嚴(yán)峻，資源短缺、環(huán)境污染等問題不容忽視，需要進(jìn)一步加大對森林生態(tài)的保護(hù)力度（見表3）。

表3 2005—2015年全國森林生態(tài)安全綜合指數(shù)及等級

2.1.2 省區(qū)森林生態(tài)安全動態(tài)測度分析

由圖2可知，從時間上看，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全壓力指數(shù)呈逐年下降的趨勢，天津、廣東等個別省份呈上升趨勢，說明中國大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全壓力逐漸增加。從空間上看，云南、江蘇等省區(qū)的森林生態(tài)安全壓力指數(shù)相對較高，北京、四川等省區(qū)的森林生態(tài)安全指數(shù)一直處于較低水平，研究期內(nèi)森林生態(tài)安全等級大多處在第Ⅲ等級以下，結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重可知，由于人口的不斷增長，人類對于森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾不斷加劇，同時，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，廢棄物排放量逐年增加，這些因素都嚴(yán)重影響了森林生態(tài)安全。

圖2 2005年、2010年和2015年各省（市、自治區(qū)）森林生態(tài)安全壓力指數(shù)

由圖3可知，從時間上看，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)不斷增長。從空間上看，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)差距不大，特別是2009年以后，各省區(qū)的差別明顯減小。說明隨著森林火災(zāi)和森林病蟲害預(yù)防工作的開展中國森林生態(tài)安全狀態(tài)得到不斷改善。

圖3 2005年、2010年和2015年各省（市、自治區(qū)）森林生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)

由圖4可知，從時間上看，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)都有大幅增長。從空間上看，北京、上海、甘肅、寧夏等東南沿海省區(qū)和西部省區(qū)的森林生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)較低。

圖4 2005年、2010年和2015年各?。ㄊ?、自治區(qū)）森林生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)

由圖5可知，從時間上看，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)呈上升趨勢，說明研究期內(nèi)大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全狀況得到較大改善。從空間上看，黑龍江、內(nèi)蒙古等林業(yè)大省的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)在研究期內(nèi)始終處于良好狀態(tài)，但改善幅度很小，而湖北、廣東等省區(qū)的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)增長幅度較大。此外，上海、青海的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)一直較低，海南、四川的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)呈下降趨勢，因此，這部分省區(qū)的森林生態(tài)安全狀況需引起相關(guān)部門的高度重視。

圖5 2005年、2010年和2015年各?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）森林生態(tài)安全綜合指數(shù)

2.2 森林生態(tài)安全空間相關(guān)性分析

本文運(yùn)用Geoda空間計量軟件對2005—2015年我國森林生態(tài)安全在地理空間格局的相關(guān)性進(jìn)行了Moran′s I指數(shù)檢驗(yàn)，旨在考察省區(qū)森林生態(tài)安全變動在空間統(tǒng)計性上是否存在相關(guān)性。結(jié)果如下頁表4所示。

表4 2005—2015年中國森林生態(tài)安全的Moran′s I指數(shù)值

結(jié)果顯示：2005—2015年Moran′s I指數(shù)值均為正，表明各省區(qū)森林生態(tài)安全存在空間正相關(guān)關(guān)系，即森林生態(tài)安全水平相近的省區(qū)在空間上存在集聚特征。從動態(tài)上看，Moran′s I指數(shù)值表現(xiàn)出起伏波動現(xiàn)象，2005—2009年Moran′s I指數(shù)值波動上升，2009—2015年波動下降，說明我國森林生態(tài)安全的空間集聚性呈先加強(qiáng)后減弱的趨勢。

2.3 森林生態(tài)安全空間收斂性分析

2.3.1σ收斂分析

如表5所示，運(yùn)用公式（9）計算2005—2015年我國森林生態(tài)安全指數(shù)的σ值，結(jié)果表明：研究期內(nèi)σ值總體上呈波動下降趨勢，由2005年的0.128下降到2015年的0.096，在2011年達(dá)到最小值，且2012年以來σ值的下降幅度逐步增大，說明我國森林生態(tài)安全存在σ收斂，即我國森林生態(tài)安全的離散程度在逐步縮小，并在2011年達(dá)到最大收斂性，而且2012年以來收斂速度在逐漸增加。

表5 中國森林生態(tài)安全的σ收斂檢驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 絕對β收斂分析

絕對β收斂的系數(shù)小于0，且在1%水平下顯著，表明我國森林生態(tài)安全存在絕對β收斂，即森林生態(tài)安全水平較低的省區(qū)有向較高水平省區(qū)追趕的趨勢，同時，反映出各省區(qū)的森林生態(tài)安全還有提高的潛力，森林生態(tài)安全水平較低的省區(qū)可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦條件及經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平促進(jìn)其森林生態(tài)安全狀況的逐步改善。

2.3.3 條件β收斂分析

如表6所示，森林生態(tài)安全的條件β收斂系數(shù)為-0.732，同樣在1%水平下顯著，說明我國森林生態(tài)安全存在條件β收斂，即各省區(qū)的森林生態(tài)安全都收斂于自身的穩(wěn)定狀態(tài)，且收斂速度相對較快。

表6 中國森林生態(tài)安全的絕對β收斂和條件β收斂檢驗(yàn)結(jié)果

通過上文空間自相關(guān)及三種形式的空間收斂性分析可知：中國森林生態(tài)安全存在空間自相關(guān)且森林生態(tài)安全狀況在不斷趨同和收斂，表明我國森林生態(tài)安全狀況在時間和空間上都有進(jìn)一步改善的可能性。

3 結(jié)論

本文運(yùn)用PSR模型、Moran′s I指數(shù)及空間收斂性模型對中國森林生態(tài)安全狀況進(jìn)行動態(tài)測度及空間收斂性分析，結(jié)論如下：

（1）就全國森林生態(tài)安全而言，其社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)波動幅度較小，資源、環(huán)境壓力指數(shù)及資源、健康狀態(tài)指數(shù)均呈先下降后上升趨勢，投入、治理響應(yīng)指數(shù)呈波動上升趨勢，保護(hù)響應(yīng)指數(shù)呈先下降后上升再下降的波動態(tài)勢。整體而言，全國森林生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動上升趨勢，但發(fā)展速度較慢，且未達(dá)到理想狀態(tài)，森林生態(tài)安全仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（2）就各省區(qū)的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個準(zhǔn)則而言，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全壓力指數(shù)在不斷下降，狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)都在不斷增加，且各省區(qū)間森林生態(tài)安全的壓力和響應(yīng)指數(shù)都存在顯著差異性。

（3）就各省區(qū)的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)而言，大部分省區(qū)的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)呈上升趨勢，但仍有諸如上海、青海等省區(qū)的森林生態(tài)安全狀況較差，此外，海南、四川等省區(qū)的森林生態(tài)安全綜合指數(shù)不增反降，因此，導(dǎo)致各省區(qū)的森林生態(tài)安全狀況呈現(xiàn)出較為嚴(yán)重的兩極分化現(xiàn)象。

（4）空間相關(guān)性及收斂性分析結(jié)果表明：中國森林生態(tài)安全存在空間自相關(guān)關(guān)系，并且這種空間相關(guān)性在研究期內(nèi)呈先加強(qiáng)后減弱的波動態(tài)勢；森林生態(tài)安全綜合指數(shù)滿足σ收斂、絕對β收斂和條件β收斂，表明中國森林生態(tài)安全存在“俱樂部收斂”效應(yīng)。