彌蕓 吳普俠 翟曉江 慈順 董強(qiáng) 張麥芳 趙國(guó)平

摘 要 基于可持續(xù)發(fā)展理念，研究分析2008—2017年陜西省森林生態(tài)的承載狀態(tài)和承載力，并通過(guò)熵權(quán)TOPSIS法對(duì)環(huán)境污染現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)算，分析及比較2008—2017年陜西省省域森林生態(tài)承載力的時(shí)空分布規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2008—2011年，陜西省的森林生態(tài)承載力及環(huán)境污染壓力波動(dòng)較大，2011年之后森林生態(tài)承載力開(kāi)始呈現(xiàn)上升狀態(tài)，尤其在2017年有了大幅度的上升;環(huán)境污染壓力在2011年之后呈穩(wěn)定下降的趨勢(shì);兩方面的共同效應(yīng)使森林承載率逐漸改善到良好的狀態(tài)，并且呈現(xiàn)出逐年改善的趨勢(shì)。基于此，提出加強(qiáng)森林生態(tài)承載力建設(shè)、降低環(huán)境污染能耗總量等相關(guān)措施，以確保森林生態(tài)承載率水平穩(wěn)步提升。

關(guān)鍵詞 森林生態(tài)承載力;環(huán)境污染壓力;熵權(quán)TOPSIS;森林生態(tài)承載率

中圖分類號(hào)：S718.5;X24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.21.082

森林作為陸地上最大的生態(tài)系統(tǒng)，不僅擁有強(qiáng)大的生態(tài)功能，也為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了持續(xù)動(dòng)力。森林對(duì)大氣污染具有凈化能力，對(duì)環(huán)境中產(chǎn)生的污染有一定的吸收和凈化作用。而森林的自然生態(tài)狀況、發(fā)展過(guò)程中受到的壓力以及區(qū)位條件均會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成影響。近年來(lái)，影響現(xiàn)今社會(huì)人類發(fā)展與生存的根本原因?yàn)榈厍颦h(huán)境的日益惡化以及資源的過(guò)度。人類以環(huán)境破壞為代價(jià)進(jìn)行發(fā)展，使森林調(diào)節(jié)能力喪失，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成嚴(yán)重影響，阻礙人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)生態(tài)安全的平衡性造成極大影響。所以，人類在發(fā)展的同時(shí)應(yīng)更加注重生態(tài)上的平衡。

森林承載力是森林可持續(xù)性評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)，是規(guī)劃和實(shí)施林業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的前提條件[2]。森林生態(tài)承載力的內(nèi)容應(yīng)為2個(gè)方面：森林生態(tài)系統(tǒng)可以給外界的支撐力以及外界給予森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力[3]。

由于社會(huì)發(fā)展等各種因素，人類對(duì)森林生態(tài)承載力不具備充分的認(rèn)識(shí)，為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)而大面積破壞生態(tài)環(huán)境，認(rèn)為自然界的資源是取之不盡的，不重視對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響[4]?，F(xiàn)如今，越來(lái)越多關(guān)于森林生態(tài)承載力的文獻(xiàn)發(fā)表，這說(shuō)明相關(guān)學(xué)者在此方面的研究加大了投入力度，使得森林生態(tài)承載力的研究越來(lái)越完善。但是，將森林生態(tài)承載力與環(huán)境污染壓力聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行研究的文獻(xiàn)較為少見(jiàn)。因此筆者從環(huán)境壓力維度，以指數(shù)比的形式，將森林生態(tài)系統(tǒng)是否超過(guò)其承載能力數(shù)理化，并結(jié)合2008—2017年間陜西省森林覆蓋率、森林對(duì)CO2和SO2的吸收量、工業(yè)三廢排放等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析陜西省森林生態(tài)承載力與環(huán)境壓力的變化情況及聯(lián)系。

1 研究區(qū)概況

陜西省地域狹長(zhǎng)，跨越3個(gè)氣候帶，南北氣候差異較大。全省氣溫自西向東、自北向南遞增，陜北

7～12 ℃，關(guān)中12～14 ℃，陜南14～16 ℃。年平均氣溫9～14 ℃，年平均降水量340～1 240 mm。降水南多北少，陜南為濕潤(rùn)區(qū)，關(guān)中為半濕潤(rùn)區(qū)，陜北為半干旱區(qū)。2017年，全省森林覆蓋率43.06%，活立木總蓄積量5.1億立方米，林地面積1 236.79萬(wàn)公頃，生態(tài)環(huán)境在2017年發(fā)生了由“整體惡化、局部好轉(zhuǎn)”向“總體好轉(zhuǎn)、局部良性循環(huán)”的根本轉(zhuǎn)變。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)方法

基于可持續(xù)發(fā)展理念，以環(huán)境污染壓力和森林生態(tài)承載力子系統(tǒng)作為指標(biāo)體系，選擇針對(duì)性較強(qiáng)的指標(biāo)，對(duì)環(huán)境污染壓力以及森林生態(tài)承載力綜合指數(shù)運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS法進(jìn)行計(jì)算，將陜西省2008—2017年的整體狀態(tài)作為研究對(duì)象，對(duì)森林生態(tài)承載率差異趨勢(shì)以及演變規(guī)律進(jìn)行研究，為陜西省的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)社會(huì)的建設(shè)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

2.1.1 基于熵權(quán)修正的topsis模型的建立

2.1.1.1熵權(quán)模型建立

①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用熵值法，利用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)參評(píng)指標(biāo)進(jìn)行量化統(tǒng)一。正向指標(biāo)按照式1進(jìn)行量化，逆向指標(biāo)按照式2進(jìn)行量化

式1和式2中，Zij、Xij為陜西省第i年森林生態(tài)承載力的第j個(gè)指標(biāo)下的標(biāo)準(zhǔn)化值與原始值，xmax、xmin分別為陜西省森林生態(tài)承載力的第j個(gè)指標(biāo)下的最大值和最小值。當(dāng)指標(biāo)數(shù)值與森林生態(tài)承載力正相關(guān)時(shí)，將采用式1，即數(shù)據(jù)值越大，指數(shù)得分越高，表示森林生態(tài)承載力越高;當(dāng)指標(biāo)數(shù)值與森林生態(tài)承載力呈負(fù)相關(guān)時(shí)，則采用式2，即數(shù)據(jù)值越大，指標(biāo)得分越低，表示森林生態(tài)承載力也越低。

②指標(biāo)信息熵值e和信息效用值d。陜西省第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵如式3所示。

式3中，常數(shù)k與陜西省各指標(biāo)的不同時(shí)間段有關(guān)。對(duì)于一個(gè)信息完全無(wú)序的系統(tǒng)，有序度為零，其熵值最大，n個(gè)樣本處于完全無(wú)序狀態(tài)分布時(shí)，Xij=1/n。此時(shí)，k值根據(jù)公式4計(jì)算得出。

某項(xiàng)指標(biāo)的信息效用值d取決于該指標(biāo)的信息熵與1之間的差值，如公式5所示。

③指標(biāo)權(quán)重。利用熵權(quán)法估算各指標(biāo)權(quán)重，可以得到第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重如式6所示。

2.1.1.2基于熵權(quán)法的topsis模型建立

①運(yùn)用熵權(quán)ωj構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化矩陣Zij，計(jì)算公式如式7所示。

②確定森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)的正理想解和負(fù)理想解，分別構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的正理想解向量S+和負(fù)理想解向量S-，其公式如式8和式9所示。

③計(jì)算森林生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)與理想解的歐氏距離，為陜西省第i年的森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)與正理想解的距離，為陜西省第i年的森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)與負(fù)理想解的距離，其計(jì)算公式如式10和式11所示。

④計(jì)算陜西省第i年的森林生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指數(shù)，其計(jì)算公式如式12所示。環(huán)境污染壓力評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算過(guò)程與森林生態(tài)承載力計(jì)算方法一致。

2.1.2 森林生態(tài)承載率

根據(jù)森林生態(tài)承載力和環(huán)境污染壓力的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，得到森林生態(tài)承載率，其定義如公式13所示。

（13）

式13中，當(dāng)森林生態(tài)承載率I>1時(shí)，森林承載狀態(tài)處于富余狀態(tài);當(dāng)森林生態(tài)承載率I=1時(shí)，森林處于臨界狀態(tài);當(dāng)森林生態(tài)承載率I<1時(shí)，森林處于超載狀態(tài)，通過(guò)該評(píng)價(jià)公式來(lái)評(píng)價(jià)陜西省的森林承載力狀態(tài)。

2.2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

森林的功能不僅體現(xiàn)在森林承載力方面，更是人類與森林間互利的另一種反應(yīng)特征。就某一時(shí)期、某一特定區(qū)域而言，森林的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、功能等狀態(tài)是確定的，表明其森林承載力也是確定的;人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度是可以確定的，也就是說(shuō)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)森林的壓力可以用一定的量來(lái)表示[5]。衡量森林承載力的關(guān)鍵在于解釋人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是否處于森林承載力的范圍內(nèi)，并著重于通過(guò)衡量人類活動(dòng)的實(shí)際影響所形成的壓力來(lái)表達(dá)承載力。因此，可以使用承載指數(shù)法，即將某一時(shí)期森林實(shí)際承受人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的壓力量值與森林承載閾值進(jìn)行比較，將求得相對(duì)數(shù)作為該指標(biāo)的評(píng)價(jià)值對(duì)森林承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)科學(xué)性和可操作性原則，筆者構(gòu)建了以下10個(gè)指標(biāo)組成的2個(gè)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。

2.2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)承載力指數(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建

除懸浮顆粒物外，大氣污染物處于一定濃度范圍內(nèi)時(shí)，森林不僅具有一定程度的抵抗力，還具有相當(dāng)程度的吸收能力[5]。因此，根據(jù)已有文獻(xiàn)研究，選取5個(gè)針對(duì)性較強(qiáng)的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類指標(biāo)，組成森林生態(tài)系統(tǒng)承載力指數(shù)的子系統(tǒng)，如表1所示。1）年均CO2吸收量：據(jù)有關(guān)研究表明，植物生產(chǎn)1 g生物量（干物質(zhì)）大約吸收固定1.84 g CO2[6]。因此，可采用公式14計(jì)算森林可吸收的CO2總量。2）SO2吸收量：據(jù)估計(jì)，每公頃森林每年能吸收SO2 700 kg[7]，從而可推算出森林可吸收的SO2總量。3）煙（粉）粉塵吸收量：森林能阻滯、吸收的最大煙（粉）塵量。按照每公頃森林每年能截留過(guò)濾空氣粉塵、煙塵、懸浮物量達(dá)21 t[8]，可算出森林能阻滯吸收的最大煙（粉）塵量。4）造林面積比重：每年的造林面積與當(dāng)年森林面積的比值。5）森林覆蓋率：與造林面積比重同屬于可以反映森林?jǐn)?shù)量和質(zhì)量的指標(biāo)。

2.2.2 環(huán)境污染壓力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

關(guān)于環(huán)境治理主要為工業(yè)三廢方面的問(wèn)題，森林對(duì)大氣污染的減輕有極大的作用，主要方式為對(duì)工業(yè)三廢的過(guò)濾、吸附、吸收和阻擋作用;以生態(tài)安全以及環(huán)境承載力等相關(guān)文獻(xiàn)作為參考，以徐青等關(guān)于環(huán)境污染綜合指數(shù)研究作為借鑒，從工業(yè)方面選取了5個(gè)環(huán)境污染指標(biāo)組成環(huán)境污染壓力指標(biāo)子系統(tǒng)，包括工業(yè)廢水排放量、一般固體廢物排放量、SO2排放量、煙（粉塵）排放量和廢氣排放量，具體如表2所示。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

使用的森林生態(tài)承載力和環(huán)境污染壓力指數(shù)（表1、表2中的二級(jí)指標(biāo)）均采用“2008—2017”年的陜西省省級(jí)面板數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008—2017年），《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008—2017）和《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008—2017）[9-11]。通過(guò)熵權(quán)計(jì)算各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重如表1、表2所示，結(jié)合表1和表2中各指標(biāo)的權(quán)重值來(lái)看，陜西省森林生態(tài)承載力中權(quán)重比例更加偏重于“CO2的吸收量”以及當(dāng)年的“造林面積比重”這兩項(xiàng)指標(biāo)，而CO2的吸收量則取決于森林面積、結(jié)構(gòu)以及蓄積量的增長(zhǎng)。環(huán)境污染壓力中“SO2排放量”和“工業(yè)廢氣排放量”的權(quán)重大于其他指標(biāo)的權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林生態(tài)承載力指數(shù)與環(huán)境污染壓力指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

將2008—2017年的森林生態(tài)承載力指標(biāo)賦權(quán)計(jì)算后得到各指標(biāo)得分即為森林生態(tài)承載力指數(shù)。陜西省森林生態(tài)承載力指數(shù)變化趨勢(shì)如圖1所示。2008年，陜西省森林生態(tài)承載力為0.02，到2017年增長(zhǎng)到0.29，有了很大幅度的提升。這是源于2008年我國(guó)全面實(shí)施了集體林權(quán)制，調(diào)動(dòng)了廣大農(nóng)民耕山致富的積極性，同時(shí)在“十二五”期間，我國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)了森林生態(tài)建設(shè)，使得森林資源質(zhì)量得到了提升。2008—2012年呈波動(dòng)上升，2012—2016年承載力狀態(tài)較為平穩(wěn);2011—2012年，2016—2017年期間有了較大幅度上升。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，造成2009—2011年承載力下降的原因主要是因?yàn)檫@期間的造林面積比重相對(duì)有所下降;2011—2012年，承載力明顯上升則是由于森林覆蓋率的提升，由之前的37.26%提升至41.42%，隨著森林面積以及蓄積量的增加，吸收有害氣體及空氣懸塵的能力得到了大幅度加強(qiáng)。上述特點(diǎn)的累積效應(yīng)造成了2008—2012年的波動(dòng)趨勢(shì)。2012年之后，森林生態(tài)承載力狀況一直比較穩(wěn)定，因?yàn)槟昃罘e量的增加和森林面積等處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，造林面積比重變化亦不明顯。2016—2017年，承載力的明顯上升則是由于占權(quán)重最大的CO2吸收量這一指標(biāo)的明顯增高。森林覆蓋率進(jìn)一步提升，由之前的41.42%提升至43.06%，因此吸收有害氣體及空氣懸塵的數(shù)量也得到了大幅度提高。

將2008—2017年的森林環(huán)境污染壓力指標(biāo)賦權(quán)計(jì)算后得到各指標(biāo)得分即為環(huán)境污染壓力指數(shù)。指數(shù)越高表明環(huán)境污染壓力越大，環(huán)境污染越嚴(yán)重。陜西省環(huán)境污染壓力指數(shù)變化趨勢(shì)如圖1所示，總體呈現(xiàn)下降狀態(tài)，從2008年的0.06下降到2017年的0.02。2008—2012年，環(huán)境污染壓力呈現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，在2012年之后處于穩(wěn)定下降的狀態(tài)。其中，2009年環(huán)境污染壓力達(dá)到最大值0.41。通過(guò)進(jìn)一步的觀察發(fā)現(xiàn)，工業(yè)廢水和固體廢物的排放量為十年當(dāng)中最高量，這是造成2009年環(huán)境污染壓力指數(shù)最高的主要原因，因此造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。而2017年的各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，除工業(yè)廢氣、廢水排放外，其他指標(biāo)均為十年之間的最低值，固體廢物排放量為0.08萬(wàn)噸，煙粉塵排放量為13.9萬(wàn)噸，SO2排放量為15.8萬(wàn)噸。

3.2 森林生態(tài)承載力與環(huán)境污染力的動(dòng)態(tài)關(guān)系

根據(jù)森林生態(tài)承載力指數(shù)和環(huán)境污染壓力指數(shù)，通過(guò)公式13計(jì)算可得陜西省2008—2017年的森林生態(tài)承載率，十年間陜西省森林生態(tài)承載率動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)如圖2所示。

由圖2可知，2008—2017年陜西省的森林生態(tài)承載率總體呈上升趨勢(shì)。尤其在2015年之后有了非常大的提升。2008—2011年陜西省生態(tài)承載率都處于超載狀態(tài)，這說(shuō)明環(huán)境污染的壓力已經(jīng)超過(guò)森林生態(tài)的承載力，森林在維持自我更新的同時(shí)已經(jīng)不能承擔(dān)超負(fù)荷的環(huán)境污染壓力。2012年，開(kāi)始出現(xiàn)富余狀態(tài)，森林覆蓋率及森林蓄積量都在持續(xù)上升，這是一個(gè)累積的過(guò)程。森林資源的不斷增加使得森林生態(tài)承載力得到持續(xù)提高。與此同時(shí)，環(huán)境污染壓力也在不斷下降，使得森林生態(tài)承載力逐漸由超載轉(zhuǎn)變?yōu)楦挥?。因此，通過(guò)造林、護(hù)林等措施來(lái)提高森林資源覆蓋率并豐富森林結(jié)構(gòu)，可以保證陜西省森林資源高質(zhì)量發(fā)展。同時(shí)，森林生態(tài)承載率從超載到盈余的狀態(tài)亦說(shuō)明了陜西省環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到重視，并堅(jiān)持綠色、低碳、循環(huán)的發(fā)展模式，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1）從總體情況看，2008—2017年陜西省的森林生態(tài)承載力、森林生態(tài)承載率總體呈上升趨勢(shì)，環(huán)境污染壓力呈下降趨勢(shì);環(huán)境污染壓力在2008—2012年波動(dòng)較大，森林生態(tài)承載力及承載率在2016—2017年上升幅度明顯。2）分別從兩個(gè)子系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，森林生態(tài)承載力中的森林覆蓋率，CO2、SO2和空氣懸塵吸收能力都在穩(wěn)定上升，這些屬于累積效果。因此在各指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定上升的情況下，造林面積比率就成為了權(quán)重較大的指標(biāo)。從環(huán)境污染壓力子系統(tǒng)指標(biāo)來(lái)看，2009年的固體廢棄物排放量、工業(yè)廢水排放量在十年中顯得尤為突出，成為了在環(huán)境污染壓力中得分最高的一年，其次是2011年的工業(yè)排放，各項(xiàng)指標(biāo)均屬于中上水平，而這一子系統(tǒng)得分越高實(shí)際污染情況愈加嚴(yán)重。

4.2 建議

改善森林承載率是支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。因此，對(duì)于陜西省森林生態(tài)承載率的提升需要降低環(huán)境的污染程度和相關(guān)多方面的建設(shè)。具體方案由如下6點(diǎn)：1）通過(guò)林業(yè)防護(hù)和植樹(shù)造林等相關(guān)方法繼續(xù)加強(qiáng)森林資源保護(hù)和管護(hù)，使森林生態(tài)功能更為穩(wěn)定穩(wěn)固;2）提高天然林比例以豐富森林結(jié)構(gòu)，嚴(yán)守生態(tài)紅線，保障森林生態(tài)安全;3）加大生態(tài)文明宣傳力度，提高全社會(huì)的森林生態(tài)保護(hù)意識(shí)，確保森林生態(tài)系統(tǒng)健康;4）推進(jìn)森林由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與修復(fù);5）建立森林生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警體系，做好森林生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范工作，在森林生態(tài)的安全預(yù)警方面進(jìn)一步探索[12]，為可持續(xù)發(fā)展及陜西森林高質(zhì)量發(fā)展提供保障;6）積極發(fā)展環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)三廢及空氣懸塵等污染物的減少及無(wú)害化和循環(huán)利用。

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（責(zé)任編輯：趙中正）