甘肃省森林生态安全动态评价研究

陈道军，瞿王龙，李育才，吴小舟，苟树屏

(甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃 兰州 730020)



甘肃省森林生态安全动态评价研究

陈道军**，瞿王龙**，李育才，吴小舟，苟树屏

(甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃 兰州 730020)

为掌握甘肃森林生态安全状况，查找影响森林安全的主要原因和突出问题，针对性开展改善森林经营措施，提高森林生态功能，发挥森林在生态安全屏障建设中的主体作用。本文结合压力-状态-响应(PSR)模型，建立甘肃省森林生态系统的压力-状态-响应指标体系，根据甘肃省年度森林资源连续清查及历年统计年鉴数据，采用熵权法和生态安全指数法对甘肃省森林生态安全状况进行了动态定量评价，得出了甘肃2006-2015年森林压力、森林状态、森林响应和综合评估指标趋势。结果显示，甘肃省2006-2015年期间内森林资源自身健康水平得到提升，森林生态系统整体安全状况的综合评估值呈逐年上升趋势，森林生态系统安全状况得到较大改善。并在此基础上，提出了针对性的对策建议。

生态安全；PSR模型；熵值法；甘肃省

森林是人类和多种生物赖以生存和发展的基础[1]，也是自然界最丰富和稳定的有机碳贮库、基因库、资源库、蓄水库和能源库，对改善生态环境，维持生态平衡，保护人类生存发展的基本环境起着决定性和不可替代的作用[2]，直接关系生存安全、淡水安全、国土安全、物种安全、气候安全和国家外交大局，保护森林意义重大。甘肃是我国生态最为脆弱的地区之一[3]，水土流失面积大、侵蚀强度高、分布范围广，水土流失面积占土地面积的90.7%；土地荒漠化沙化危害严重，全省沙化土地面积占土地面积的28%，加之由于受地理位置和自然条件制约、人口增长和经济规模扩张以及经济发展对资源开发的依赖程度强，破坏及不合理利用森林现象时有发生，以森林为主的生态系统压力持续增加，严重影响到区域生态环境和经济社会发展，森林资源已经成为可持续发展进程中的一种稀缺性资源[4]，保护森林资源、提高森林质量、保障森林生态安全在甘肃显得尤为迫切和现实。国内专门针对森林生态安全的研究文献[5-7]多出现在21世纪初，关于森林生态安全的定义没有脱离生态安全的大范畴，基本保持了统一。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘肃省地处黄河、长江上游，位居西北干旱区、青藏高寒区和东部季风区三大自然区的交汇部，省域介于东经92°13′-108°46′和北纬32°11′-42°57′之间，东与陕西毗邻，南与四川、青海相连，西与新疆相接，北与宁夏、内蒙古自治区交界并与蒙古国接壤，不但是我国唯一拥有三大自然地理区域的省份，也是我国西部地区一个生态功能特殊、生态环境脆弱多样、生态地位极端重要的生态枢纽区域[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 模型选择与指标确定 国内学者[9]基于压力-状态-响应 (pressure state response, PSR)模型，通过选取一系列指标因子对森林生态安全进行了定量分析评价。考虑到该模型从人类与环境系统的相互作用与影响出发，对环境指标进行组织分类，具有较强的系统性[10]，故采用该模型对甘肃森林生态安全进行评价。建立完善的指标评价体系是客观准确评价生态安全的基础[11]，在充分借鉴国内学者评价参数选择实例的基础上，研究提出能够代表甘肃省森林生态系统安全特征的主要参数，对相应的特征因子进行度量并确定权重，建立甘肃省森林生态安全评价指标体系。本文结合甘肃地理位置、森林资源及结构现状、环境综合状况、社会经济水平及投入落实情况等，分别选取有效体现森林生态系统压力-状态-响应状况的、相对独立的指标因子。其中：压力指标(A1)包括社会经济压力指标(B1)、资源压力(B2)和环境压力指标(B3)；状态指标(A2)包括资源状态指标(B4)和生存状态指标(B5)；响应指标(A3)包括投入状况指标(B6)、治理情况指标(B7)和政策法律支持指标(B8)。通过利用熵权法确定指标权重，运用生态安全指数法计算区域生态安全指数，进而得出全省2006-2015年以来森林生态安全总体状况。

1.2.2 指标权重计算方法 为避免人为因素对权重的影响，本研究应用“熵权法”确定森林生态安全评价体系指标的权重。熵权法是一种在综合考虑各因素提供信息量的基础上计算一个综合指标的数学方法，作为客观综合定权法，其主要根据各指标传递给决策者的信息量大小来确定权重[12]。

首先对数据作标准化处理。对正向指标(+)通过计算各指标对应的所有数据中的最大值与原始数据的差值和最大值与最小值的差值之比将原始数据转化为标准数据；负向指标(-)则通过计算各指标对应的原始数据与其中最小值的差值和最大值与最小值的差值之比将原始数据转化为标准数据。其次确定熵值,计算公式：

其中，Hj为第j个指标熵值(j=1,2,3,……,22)，Yij为第i年第j项指标占该项指标总和的比值，n为评价年数(10年，2006-2015年)，最后计算权重。计算公式：

其中，Wj为第j个指标权重(j=1,2,3,……,22)。

1.2.3 森林生态安全指数值计算方法 本研究采用生态安全指数法对全省森林生态安全状况进行评价。计算公式：

Pj=Wj×pj(j=1,2,3,……,22)

式中，Pj为第j个指标的安全指数，Wj为第j个指标的权重值，pj为第j个指标的指标值。根据各指标安全指数计算区域安全指数。计算公式：

式中，Ki为第i年的区域生态安全指数，Wij为第i年j种指标的权重值，Pij为第i年第j指标的指数值。

1.3 数据来源

本研究涉及的人口密度、产业结构、人均GDP、CO2及SO2排放等原始数据来源于2006-2015年的《甘肃省发展年鉴》[13]，人均水资源、降雨量数据来源于2006-2015年的《甘肃省水资源公报》[14]，人类干扰指数原始数据来源于2006-2015年的《甘肃省国土资源公报》[15]、其他指标原始数据均来源于2006-2015年的《中国林业统计年鉴》[16]等省级文献资料和国家、省级行业查询数据。评价指标基础值详见表1。

表1 2006-2015年评价指标基础值

Table 1 Basic value of evaluation index of 2006-2015

2 结果与分析

2.1 森林生态安全指标权重结果及特征

采用熵权法确定的各指标权重如表2所示。指标权重越大，表明其对评价结果的影响越大，反之越小。其中，状态指标中，乔木林蓄积、天然林面积及其林龄结构权重最大，且远高于其他所有指标的权重，说明这3个指标是体现森林自身安全程度的决定性因素；在压力指标中，社会经济指标和资源压力指标权重远大于环境压力指标权重，尤以森林旅游开发强度指数影响最大，这与当前全省森林资源利用情况的实际相符；响应指标总体权重在22项指标中占比小且差异化明显，在一定程度上反映了林业投入不足、营造林面积不足的问题。

表2 评价指标权重

Table 2 Evaluation index weight

一级指标APrimaryindexesA二级指标BSecondaryindexesB三级指标CThreeindexesC指标权重Indexweight指标方向Indexirection压力指标Pressureindex社会经济压力Socialandeco-nomicpressure(B1)人口密度Densityofpopulation(C1)0.03992-产业结构指数Indexofindustrialstructure(C2)0.05333-人均GDPCapitaGDP(C3)0.04437-人类干扰指数Humandisturbanceindex(C4)0.04285-资源开发压力Resourcede-velopmentpressure(B2)森林采伐强度指数Indexofintensityharvesting(C5)0.02047-森林旅游开发强度指数Indexofforesttourismintensity(C6)0.07780-工程占用林地强度指数Intensityindexofforestland(C7)0.01626-环境压力Environmentalpressure(B3)CO2排放指数EmissionindexofCO2(C8)0.05351-SO2排放指数EmissionindexofSO2(C9)0.02053-状态指标Stateindex资源状态Resourcestatus(B4)森林覆盖率Forestcoveragerate(C10)0.03039+乔木林单位面积蓄积量Woodstorageperunitlforestland(C11)0.10067+人均水资源量Percapitawateroccupancyvolume(C12)0.03513+天然林比重Proportionofnaturalforest(C13)0.08584+幼、过熟林比重Proportionofyoungandovermatureforest(C14)0.08584-生存状态Survivalstates(B5)森林火灾受灾率Forestfiredisasterindex(C15)0.02941-林业有害生物发生率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-指标Responseindex投入状况Inputcondition(B6)林业资金投入占GDP比例ForestrycapitalinvestmentaccountedforGDPratio(C19)0.05154+治理情况Governancesituation(B7)营造林面积Afforestationarea(C20)0.05671+自然保护区占国土面积Naturereservesaccountedforlandarea(C21)0.03149+政策法律支持Policyandlegalsupport(B8)涉林案件处理率Treatmentrateofforestrelatedcases(C22)0.03130+

2.2 区域森林生态安全变化趋势

根据生态安全指数计算模型可知： 生态安全指数越小，区域生态安全程度就越低，反之，生态安全程度越高，生态环境相对安全。结合PSR理论，利用熵权法和生态安全指数计算模型，根据相关数据，得出甘肃省2006-2015年森林生态安全变化状况(表3)。从2006-2015年甘肃森林生态安全变化趋势看，全省森林生态安全形势总体呈现出向好发展。2015年出现逆转情况，主要原因在于年降雨量较常年偏少9%，为近6年最少，与此相关，诱发当年林业有害生物灾害发病率升高。

2.2.1 森林压力评估值 从表3看出，2006-2015年全省森林承载压力指数评估值总体呈上升趋势，说明全省森林承受的外部压力逐渐增大，这主要是人口密度由2006年的59.82人/km2增加到60.84人/km2及经济的发展和过度追求利益的行为，诱发林区耕地和建设开发行为侵蚀林地，造成森林生态系统的稳定性破坏，影响森林生态安全。

表3 甘肃省2006-2015年森林生态安全压力-状态-响应及综合指标评估值

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

2.2.2 森林状态评估值 从表3看出，2006-2015年全省森林状态指数评估值也呈上升趋势，说明全省森林资源自身健康水平得到提升。一方面是森林覆盖率由2006年的10.47%上升到2015年的11.86%，净增1.4个百分点，增加森林面积近62.67万hm2；另一方面与人均水资源量增加有密切关系，无形中保证了生态用水需求，提高了林木生长所需的水资源保障。尽管期间森林火灾和有害生物受灾率出现波动上浮，但均得到有效防控，未造成严重的森林消耗。

2.2.3 森林响应评估值 从表3看出，2006-2015年全省森林状态指数评估值波动不大，说明全省在林业建设方面的投入、治理等方面保持稳定但增幅不大，这与甘肃经济落后，财力弱有较大关系。

2.2.4 综合评估值 综合甘肃森林生态安全压力、状态和响应指标评估值可反映全省森林生态系统整体安全状况的综合评估值(表3)。由表3可知，甘肃省森林生态系统整体安全状况的综合评估值呈逐年上升趋势，由2006年的0.1854上升到2015年的0.710。仅在2008-2009年、2011-2012年保持基本平稳后又继续上升，2015年受降雨量骤降影响导致下滑。说明研究期内甘肃整体的森林生态安全状况得到较大改善。主要原因是甘肃近年来大力实施天然林保护、退耕还林、三北防护林体系等林业重点工程和国家生态安全屏障综合试验区建设，严格资源保护和森林经营培育，一定程度上提高了森林的总体质量和健康状况。但也不应忽视人类干扰的影响。

3 结论

本研究根据PSR模型的区域生态安全评价模型，结合研究区多年数据资料，运用熵权法和安全指数法对甘肃森林生态安全状况进行评价，分析了2006-2015年间甘肃森林生态安全变化趋势和安全状况，结果显示,研究期内甘肃省森林生态系统整体安全状况的综合评估值呈逐年上升趋势，表明其森林生态系统安全状况得到较大改善；森林生态系统整体安全状况的综合指标评估值与森林生态状态指标评估值的变动趋势基本重合，说明甘肃森林生态系统安全状况主要受到森林自身状态的影响；同时，资源状态指标和生存状态指标在森林安全状态综合指标中权重最高，说明森林资源数量和质量是影响森林生态系统自身安全状况的主要因素。从甘肃实际看，影响森林健康的原因是多方面的，最主要的是严酷自然条件(干旱少雨、生态用水不足)及人类为摆脱贫困转而谋求对森林资源的无序过度开发，一旦遭受自然条件恶化和人类行为扰动加剧，极易造成敏感且脆弱的森林资源健康状况发生逆转。尽管2006-2015年甘肃省森林生态安全状况呈现总体向好趋势，但生态环境整体脆弱的现状和森林面临的各种威胁仍然不容忽视。为切实改善甘肃森林生态安全状态，首先应在保证生态用水需求的基础上，继续加强森林资源管护，尤其是天然林的保护，认真执行甘肃省林地保护利用规划，并采取措施加强退化森林生态系统综合治理；其次，要在服务区域经济社会经济发展需求的同时，加强林地和森林保护工作，严格落实生态红线管理机制，减小人类施加于森林生态系统的压力，引导建设项目不占或少占乔木林、特殊灌木林或公益林地，并加大森林可持续经营培育，提高混交林比重，切实增强森林生态系统自身的承载力。

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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

陈道军(1970-)，男，甘肃景泰人，高级工程师。E-mail: 406084083@qq.com。瞿王龙(1968-)，男，甘肃临夏人,高级工程师。E-mail: 27691215@qq.com。**共同第一作者These authors contributed equally to this work.

陈道军, 瞿王龙, 李育才, 吴小舟, 苟树屏. 甘肃省森林生态安全动态评价研究. 草业学报, 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.