湯 旭,宋 璇,曾玉林,張大紅

1 中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院, 長沙 410004 2 中南林業(yè)科技大學(xué) 商學(xué)院, 長沙 410004 3 湖南理工學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 岳陽 414006 4 北京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 北京 100083

由于森林不僅在固碳釋氧、防止水土流失、保護(hù)生物多樣性方面造福人類,而且在木材供應(yīng)、森林旅游等方面為經(jīng)濟(jì)做出重要貢獻(xiàn),所以森林對于人類的生存與發(fā)展至關(guān)重要。然而,由于人類對森林的無節(jié)制采伐以及對林地的過度占用使得森林面積日漸縮小,森林生態(tài)系統(tǒng)漸趨脆弱,如果不扭轉(zhuǎn)此形勢,必將威脅人類的生存與發(fā)展[1]。本文以長江經(jīng)濟(jì)帶為研究區(qū)域,該經(jīng)濟(jì)帶為中國腹心地帶,它集中了全國五分之二的人口,而且每年創(chuàng)造將近全國一半的GDP[2]。但是,由于近年來城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程加快,使得該區(qū)域洪澇災(zāi)害頻發(fā),水土流失嚴(yán)重,動植物資源日漸枯竭,森林生態(tài)安全形勢也日漸嚴(yán)峻。長此以往,該經(jīng)濟(jì)帶的高速發(fā)展將難以為繼。對此,中國政府有著清醒認(rèn)識,2016年發(fā)布的《長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出要把長江經(jīng)濟(jì)帶建成森林覆蓋率較高的綠色經(jīng)濟(jì)走廊。2018年習(xí)近平指出長江經(jīng)濟(jì)帶要把修復(fù)生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置,以保護(hù)為主,限制大開發(fā)。綜上所述,科學(xué)評價長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全程度和提出針對性的森林修復(fù)建議,具有較強(qiáng)的緊迫性和現(xiàn)實(shí)意義。

目前對于森林生態(tài)安全的研究逐漸增多。從全國來看,徐會勇等[3]從生態(tài)文明建設(shè)視角,發(fā)現(xiàn)建設(shè)前期各省的森林生態(tài)安全狀況均呈上升趨勢,但在后期大部分省的森林生態(tài)安全狀況呈下降趨勢；姜鈺和蔡秀亭[4]結(jié)合2005—2015年全國數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)各省區(qū)的森林生態(tài)安全存在趨同性和收斂性。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面,呂潔華和蔡秀亭[5]發(fā)現(xiàn)大部分省域森林生態(tài)安全與林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的耦合關(guān)系分別處于磨合、磨合、磨合、協(xié)調(diào)階段,部分省域在發(fā)展過程出現(xiàn)了躍進(jìn)或倒退現(xiàn)象；白江迪等[6]基于省域數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及林業(yè)二產(chǎn)、林業(yè)三產(chǎn)對森林生態(tài)安全未形成壓力,只有林業(yè)一產(chǎn)發(fā)展對森林生態(tài)安全產(chǎn)生了正壓力。森林生態(tài)安全的影響因素方面,國外學(xué)者比較關(guān)注人類干擾的影響,而國內(nèi)學(xué)者比較關(guān)注森林自身的健康因素。如Tidwell[7]、Moraes等[8]、Magalh?es等[9]、Kirkpatrick等[10]都認(rèn)為人類的干擾對森林生態(tài)系統(tǒng)有較大的負(fù)面影響。這些人類干擾活動包括過度采伐[11]、過度放牧[12]等行為。蔡秀亭和姜鈺[13]發(fā)現(xiàn)森林覆蓋率、活立木蓄積量、有林地面積和森林病蟲害發(fā)生率是影響中國森林生態(tài)安全的主要障礙因子。在空間分布方面,馮彥等[14]研究發(fā)現(xiàn)湖北省縣域森林生態(tài)安全狀況整體良好,但縣域森林生態(tài)安全水平地區(qū)分布不平衡,西部水平最高,東部次之,中部最低。湯旭等[15]運(yùn)用生態(tài)區(qū)位系數(shù)來調(diào)整森林生態(tài)安全指數(shù),并運(yùn)用重心分析模型發(fā)現(xiàn)了湖北省森林生態(tài)安全重心在1999—2014年間的移動規(guī)律。

從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看,大多數(shù)學(xué)者主要從省域角度來分析森林生態(tài)安全,只有較少學(xué)者從縣域角度來進(jìn)行分析。而且,大多數(shù)文獻(xiàn)的研究方法為PSR模型,研究方法較為單一。此外,目前還沒有針對長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全的研究。為彌補(bǔ)以上缺陷,本文將基于2000年、2005年、2010年和2015年長江經(jīng)濟(jì)帶11個省、直轄市1107個區(qū)縣的數(shù)據(jù),來測算森林生態(tài)安全指數(shù)(Forest ESI,forest ecological security index),再運(yùn)用ArcGIS技術(shù)、重心分析模型、空間相關(guān)分析等方法來分析森林生態(tài)安全指數(shù)的時空變化特征,同時對長江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)部的8大支流流域進(jìn)行比較分析,最后為提高森林生態(tài)安全程度提出相應(yīng)的政策建議。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

長江經(jīng)濟(jì)帶是指北緯21°7′—35°20′之間和東經(jīng)97°21′—123°之間,以長江為核心的經(jīng)濟(jì)圈,它包括四川、重慶、云南、貴州、湖北、湖南、安徽、江西、江蘇、浙江和上海等11個省、直轄市。該經(jīng)濟(jì)帶在全國的國土面積占比、人口面積占比和GDP占比分別為：21.36%、42.74%和44.28%,是中國經(jīng)濟(jì)的腹心地帶。然而,由于近年來工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程較快,使得該區(qū)域的森林發(fā)展與保護(hù)問題比較突出：單位面積森林蓄積量比全國平均水平低10m3/hm2,只有62m3/hm2；石漠化面積占全國的80%,為1000萬hm2；森林以人工林為主,森林質(zhì)量較低。脆弱的森林生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致該區(qū)域干旱、洪澇災(zāi)害頻發(fā),木材供給也難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此,科學(xué)評估該區(qū)域的森林生態(tài)安全程度,分析其空間分布特征,并制定正確的森林保護(hù)政策,有利于協(xié)調(diào)人類與森林兩個系統(tǒng)的矛盾,以促進(jìn)該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于林業(yè)生態(tài)安全課題。為開展數(shù)據(jù)收集工作,本課題組首先設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)投放器,然后對11省、直轄市林業(yè)廳、局進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集工作的培訓(xùn),再由各省廳對數(shù)據(jù)進(jìn)行分解,林業(yè)數(shù)據(jù)由各省規(guī)劃院提供,社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)由各縣林業(yè)局提供。課題組在收到各省、直轄市的數(shù)據(jù)后,首先進(jìn)行初步審核,將空缺數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)發(fā)回各單位重新填寫,然后與各省廳進(jìn)行電話溝通以補(bǔ)齊數(shù)據(jù)和更正錯誤。

2 模型與方法

2.1 森林生態(tài)安全指數(shù)評估模型

森林生態(tài)安全包括兩個含義：一是指森林生態(tài)系統(tǒng)自身的健康程度；二是指它在人類社會壓力下的安全程度。森林生態(tài)系統(tǒng)的健康程度可以通過森林覆蓋率、單位面積森林蓄積量、天然林比例和混交林比例等指標(biāo)來反映。森林生態(tài)系統(tǒng)在人類社會壓力下的安全程度主要反映人類對森林生態(tài)系統(tǒng)的干預(yù)。這類干預(yù)可以分為兩類：一是破壞性的干預(yù),如木材采伐、退林還耕、林地占用、森林旅游等；二是人類對森林的修復(fù),如防護(hù)林、自然保護(hù)區(qū)、退耕還林等措施[16]。隨著人們生態(tài)保護(hù)意識的增強(qiáng),人類越來越重視對森林的保護(hù)和修復(fù),以增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的安全程度。基于以上分析,本文從森林生態(tài)安全定義的兩個方面出發(fā),來設(shè)計(jì)森林森林生態(tài)安全指數(shù),以評估其安全程度。

2.1.1森林生態(tài)安全指數(shù)體系

PSR(即壓力-狀態(tài)-響應(yīng))為傳統(tǒng)的生態(tài)安全評估模型,它是經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的分析框架體系?；谏鲜錾稚鷳B(tài)安全的定義,本文對PSR模型進(jìn)行了改進(jìn),也就是將評價體系分為森林狀態(tài)評價指標(biāo)和森林壓力評價指標(biāo),前者形成森林狀態(tài)指數(shù),后者形成森林壓力指數(shù),然后在此基礎(chǔ)上生成森林生態(tài)安全綜合指數(shù)。指標(biāo)體系的構(gòu)建過程如下：首先基于生態(tài)學(xué)專家和林學(xué)專家的意見,選取代表森林?jǐn)?shù)量、森林質(zhì)量和森林災(zāi)害的指標(biāo),形成森林狀態(tài)指數(shù)；然后選取森林壓力指標(biāo),包括一般社會壓力、特殊行為壓力和人類維護(hù)類指標(biāo)。前期共選取指標(biāo)31個,但考慮到很多指標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取難度較大,所以最終確定了17個指標(biāo)來構(gòu)建森林生態(tài)安全指數(shù)。具體如表1所示。

表1 森林生態(tài)安全指標(biāo)體系

2.1.2森林生態(tài)安全指數(shù)測算

(1)

2.2 重心分析模型

由于重心分析模型可以直觀和形象地反映研究問題的空間變化規(guī)律,所以本文采用該模型來研究森林生態(tài)安全指數(shù)的變化規(guī)律[15]。通過高德地圖查詢長江經(jīng)濟(jì)帶1107個區(qū)縣的經(jīng)緯度坐標(biāo)(xi,yi),然后以森林生態(tài)安全指數(shù)為權(quán)重,測算長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全指數(shù)重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)：

(2)

因?yàn)楦鲄^(qū)縣在自然條件、森林保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面會存在較大差異,所以各地森林生態(tài)安全指數(shù)每年都會變化,森林生態(tài)安全指數(shù)的重心也會相應(yīng)改變。該指數(shù)重心遷移的距離可運(yùn)用勾股定理來計(jì)算：

(3)

Di-j為第i年至j年的重心遷移距離,R為經(jīng)緯度每度的地理距離,一般取值111.111。

2.3 森林生態(tài)安全指數(shù)的空間相關(guān)分析

由于空間相關(guān)分析可以分析森林ESI在空間地理上的相關(guān)性和集聚性,所以本文結(jié)合了該模型來分析長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI[17]。該方法包括全局自相關(guān)和局部自相關(guān)兩類分析。

2.3.1全局自相關(guān)

對全局自相關(guān)的檢驗(yàn)采用全局莫蘭指數(shù)(Moran′s I),它能夠反映森林生態(tài)安全指數(shù)在長江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)的集聚程度。其公式如下：

(4)

2.3.2局部自相關(guān)

局部自相關(guān)主要用來判別各區(qū)縣森林ESI的集聚類型,一般用局部莫蘭指數(shù)(LISA)來檢驗(yàn),計(jì)算公式如下：

(5)

3 結(jié)果分析

3.1 熵權(quán)法計(jì)算結(jié)果

依據(jù)熵權(quán)法分別計(jì)算森林狀態(tài)指數(shù)和森林壓力指數(shù)中各指標(biāo)的權(quán)重,計(jì)算結(jié)果如表1所示。在森林狀態(tài)指數(shù)中,權(quán)重最高的指標(biāo)為森林火災(zāi)受災(zāi)率(權(quán)重為0.1063),其次為森林有害生物成災(zāi)率(權(quán)重為0.1061)和林地面積比率(權(quán)重為0.1013)。這反映森林狀態(tài)指數(shù)受森林火災(zāi)的影響最大,其次是有害生物和林地面積。以上權(quán)重排序說明在維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)健康方面,應(yīng)把森林火災(zāi)和病蟲害災(zāi)害的防范工作放在首位,同時要注意保護(hù)現(xiàn)有林地不受侵占。

在森林壓力指數(shù)中,政府林業(yè)投入強(qiáng)度、年度造林比例和自然保護(hù)區(qū)占比是權(quán)重最高的三個指標(biāo),權(quán)重分別為：0.1872、0.1862和0.1763。這說明政府林業(yè)投入、植樹造林和自然保護(hù)區(qū)建設(shè)對森林壓力指數(shù)影響較大。因此,從降低森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力角度出發(fā),政府應(yīng)加大森林保護(hù)的干預(yù)力度,并從加大林業(yè)投入、增加植樹造林面積和擴(kuò)大自然保護(hù)區(qū)面積等方面著手。

3.2 森林生態(tài)安全指數(shù)時空變化分析

依據(jù)公式(1),并結(jié)合熵權(quán)計(jì)算結(jié)果,可以計(jì)算出森林生態(tài)安全指數(shù)。然后,運(yùn)用ArcGIS軟件將計(jì)算結(jié)果繪制出來,并依據(jù)自然斷裂法,將指數(shù)從低到高依次分為5個等級(從高到底依次命名為最高、較高、一般、較差和最差),分別用不同顏色來表示,如圖1所示。綠色表示該區(qū)縣森林生態(tài)安全指數(shù)處于最高等級,紅色表示該區(qū)縣森林生態(tài)安全指數(shù)處于最差等級。

圖1 2000年、2005、2010年和2015年長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全指數(shù)空間分布Fig.1 Forest ESI space distribution of Yangtze River Economic Belt from 2000 to 2015

圖1反映了長江經(jīng)濟(jì)帶11省、直轄市1107個區(qū)縣的森林生態(tài)安全指數(shù)分布。從總體來看,長江上游四川和云南的森林生態(tài)安全指數(shù)等級較高,長江中游次之,長江下游最低。以長江為界,長江以南的森林生態(tài)安全指數(shù)總體上要比長江以北的森林生態(tài)安全指數(shù)要好,這在長江中下游地區(qū)尤為明顯。此外,從該圖還可以看出,森林生態(tài)安全等級最高的區(qū)域主要分布在四川北部和西南部,在云南西北部和南部也分布較廣。而森林生態(tài)安全等級最差的區(qū)域主要分布在江蘇、安徽和上海,這些地區(qū)以平原為主,山地較少,因此森林植被較少。2010年以前,最差等級區(qū)域還在四川、湖南和湖北有零星分布,但到了2015年,湖南基本沒有最差等級區(qū)縣,而四川和湖北的最差等級區(qū)縣也大量減少。

從圖1可以看出湖南是改善最為明顯的省份,該省洞庭湖平原地區(qū)在2010年以前還分布有較多的最差等級區(qū)域,但到了2015年這些最差等級區(qū)域就基本消失,這對于該省森林ESI平均值的提升有較大促進(jìn)作用。江西也是改善較為明顯的區(qū)縣,2010年以前主要還是最差等級區(qū)域和較差等級區(qū)域,但2010年之后都提升到了一般等級和較高等級。另外,在1107個區(qū)縣里面,位于四川省西北部的甘孜州石渠縣改善最為明顯,它在2010年為最差等級區(qū)域,但經(jīng)過多年來天然林保護(hù)工程、退耕還林工程、退牧還草工程、濕地保護(hù)等項(xiàng)目的實(shí)施,在2015年已經(jīng)提升到了較高等級區(qū)域。

從歷年最高值和最低值來看,2000年,森林ESI值最高的三個區(qū)縣依次為浙江省麗水市云和縣(0.7193)、湖北省十堰市茅箭區(qū)(0.6979)和貴州省黔東南苗族侗族自治州丹寨縣(0.6779),最低的三個區(qū)縣依次為上海市楊浦區(qū)(0.0801)、四川省成都市青羊區(qū)(0.1523)和四川省成都市武侯區(qū)(0.158)。2005年,森林ESI指數(shù)最高的三個區(qū)縣依次為云南省怒江州貢山縣(0.7641)、湖北省鄂州市華容區(qū)(0.7352)和浙江省麗水市云和縣(0.7193),最低的三個區(qū)縣依次為四川省成都市青羊區(qū)(0.163)、四川省成都市武侯區(qū)(0.1724)和四川省成都市錦江區(qū)(0.1799)。2010年,森林ESI指數(shù)最高的三個區(qū)縣依次為浙江省麗水市云和縣(0.723)、浙江省金華市浦江縣(0.6911)和貴州省黔東南苗族侗族自治州丹寨縣(0.6781),最低的三個區(qū)縣依次為四川省成都市青羊區(qū)(0.1523)、四川省成都市武侯區(qū)(0.158)和四川省成都市錦江區(qū)(0.1746)。2015年,森林ESI值指數(shù)最高的三個區(qū)縣依次為云南省怒江州貢山縣(0.7758)、湖南省張家界市武陵源區(qū)(0.773)和浙江省麗水市云和縣(0.7418),最低的三個區(qū)縣依次為四川省成都市青羊區(qū)(0.1523)、四川省成都市武侯區(qū)(0.1539)和四川省成都市錦江區(qū)(0.1873)。從歷年數(shù)據(jù)可以看出,浙江省麗水市云和縣、貴州省黔東南苗族侗族自治州丹寨縣和云南省怒江州貢山縣這三個縣的森林ESI值常居前列,而森林ESI值的最低值主要集中在四川省成都市。

為對圖1進(jìn)行更詳細(xì)的說明,本文將各省平均值和長江經(jīng)濟(jì)帶的平均值列出,如表2所示。

表2 長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI歷年平均值

從表2數(shù)據(jù)看,在4個年份,云南省的森林ESI值一直都居首位,這與云南省較高的森林覆蓋率(60.3%)和豐富的水資源有關(guān)(年降水量超過1200毫米,且地跨長江、瀾滄江、怒江、珠江、元江、大盈江6大水系)。在其他各省、直轄市中,江西和浙江的森林ESI值僅次于云南。上海市森林ESI值墊底,這與該市人口密度較高有很大關(guān)系。

在以上11個省、直轄市中,湖南省森林ESI值提高幅度最大,達(dá)到19.77%,這與2007年湖南省長株潭城市群被批準(zhǔn)為“全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)”有較大關(guān)系。該試驗(yàn)區(qū)位于湘江流域,而湖南省森林ESI值最低的區(qū)縣也主要集中在該區(qū)域,所以該試驗(yàn)區(qū)兩型社會的建設(shè)有力地促進(jìn)了該地區(qū)森林生態(tài)安全程度的提高,并因此大幅提高了湖南省整體的森林ESI指數(shù)水平(從2005年的0.3846大幅提高到2010年的0.4228)。長江經(jīng)濟(jì)帶各省、直轄市中,增長幅度最小的是江蘇,15年間提高幅度只有0.76%。這可能與該省經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快以及山地較少植樹造林空間有限有關(guān)。

從長江經(jīng)濟(jì)帶的平均值來分析,森林ESI值都低于0.5,總體水平較低,所以仍有較大的改善空間。從時間變化來看,2000—2015年總體呈上升趨勢,這與長江防護(hù)林建設(shè)和天然林資源保護(hù)工程都有密切關(guān)系。

3.3 長江經(jīng)濟(jì)帶八大支流流域生態(tài)安全指數(shù)分析

長江經(jīng)濟(jì)帶包括岷江、金沙江、嘉陵江、烏江、湘江、沅江、漢江和贛江八大支流,同時還包括洞庭湖和鄱陽湖兩大湖區(qū),除此以外,還有三峽庫區(qū)。為更深入分析這些區(qū)域的森林生態(tài)安全指數(shù)變化,本文統(tǒng)計(jì)了各流域的森林ESI平均值,如表3所示。

表3 長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI值局部分析

表3反映了各大流域的森林ESI變化。2015年各流域森林ESI值從高到低排序依次為：贛江>沅江>金沙江>烏江>湘江>漢江>嘉陵江>岷江。2000—2005年,漢江流域森林ESI值增長幅度最大,為5.26%(從0.4015—0.4226),嘉陵江流域增幅最低,只有1.29%(從0.3807—0.3856)。2005—2010年,湘江流域森林ESI增幅最大,為10.32%(從0.3627—0.3769),金沙江流域增幅最低,只有0.22%(從0.455—0.466)。2010—2015年,嘉陵江流域森林ESI值提高最大(5.92%,從0.4001—0.4238),贛江流域提高幅度最小(0.49%,從0.4873—0.4897)。總體來看,2000—2015年這15年間,八大流域的森林ESI值都呈增長趨勢,其中增長幅度最大的是湘江流域,增幅為20.87%,這與當(dāng)?shù)卣卫硐娼饔虻呐e措有較大關(guān)系。在2012年湖南省政府發(fā)布的《湘江流域科學(xué)發(fā)展總體規(guī)劃》中,通過公益林保護(hù)、生態(tài)園區(qū)(自然保護(hù)區(qū)、森林公園、濕地公園)建設(shè)、森林防火、有害生物防治等措施,保護(hù)現(xiàn)有森林和濕地資源；并通過防護(hù)林工程、石漠化治理工程、退耕還林工程、生態(tài)廊道建設(shè)工程等生態(tài)修復(fù)措施,以增加森林資源和提升森林質(zhì)量。八大流域中,增長幅度最小的是金沙江流域,15年僅增長了3.6%。

表5還反映了兩大湖區(qū)和三峽庫區(qū)的森林ESI值變化,在這三個區(qū)域中,三峽庫區(qū)的森林ESI值最高,其次為鄱陽湖區(qū),洞庭湖區(qū)最差。但從森林ESI增幅來看,洞庭湖區(qū)變化最大,15年間累計(jì)提升了20.34%,這與當(dāng)?shù)卣畬Χ赐ズ^(qū)生態(tài)環(huán)境的綜合治理有直接關(guān)系,當(dāng)?shù)卣扇×巳缦路e極措施：一是成立了東洞庭湖國家級自然保護(hù)區(qū)；二是通過植樹造林、退耕還林和還草、封山育林等工作加強(qiáng)水土保持。這些工作促進(jìn)了洞庭湖區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù),也對湖南ESI值的大幅提升起到了很大作用。

3.4 森林生態(tài)安全指數(shù)重心變化

依據(jù)重心分析模型計(jì)算公式(2)和(3),可以計(jì)算出2000年、2005年、2010年和2015年的森林ESI值重心坐標(biāo)。這四個年份的坐標(biāo)基本在111°40′4″—111°55′50″E、29°11′54″N和29°19′11″N之間移動,且這些重心都位于湖南省常德市境內(nèi)。

為更清楚分析各年重心的移動方向,本文將重心移動軌跡標(biāo)明在坐標(biāo)圖上。如圖2所示。

圖2 2000—2015年森林ESI值重心演變軌跡Fig.2 Forest ESI gravity center transfer map from 2000 to 2015

從圖2可以看出,從2000—2015年,長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI重心經(jīng)歷了三次不同的遷移。第一次遷移(2000—2005年)為從南往西方向,主要是因?yàn)樗拇ㄉ諩SI值有所提高,如四川西北的石渠縣由最差等級上升為較差等級,若爾蓋縣由較高等級上升為最高等級。第二次遷移(2005—2010年)為從西往東北方向,主要是因?yàn)楹隙赐ズ秃苯瓭h平原的最差等級區(qū)域大量減少。第三次遷移(2010—2015年)為從東北往南方向,這與安徽最差等級區(qū)域有所減少和浙江最差等級區(qū)域基本消失有關(guān)。

為更精確分析歷年重心遷移距離、遷移速度,本文統(tǒng)計(jì)了這三個階段的重心數(shù)據(jù),如表4所示。

表4 2000—2015年重心演變統(tǒng)計(jì)

從第一階段(2000—2005年)看,總體移動方向?yàn)閺哪贤?直線移動距離為5.84km年均移動1.17km。第二階段(2005—2010年)總體移動方向?yàn)閺奈魍鶘|北,總的遷移距離為30.73km,年均遷移距離為6.15km,反映在此階段長江經(jīng)濟(jì)帶的東北部分森林ESI值提升較大。第三階段(2010—2015年)主要移動方向?yàn)閺臇|北往南,總體移動距離為11.42km,年均移動2.28km。在這三個階段中,第二階段(2005—2010年)移動距離最大,移動速度最快,而第一階段移動速度最慢。

3.5 森林生態(tài)安全指數(shù)空間相關(guān)分析3.5.1 全局自相關(guān)

依據(jù)公式(4),并運(yùn)用GeoDA軟件,得到2000、2005、2010和2015年4個年度的全局自相關(guān)檢驗(yàn)結(jié)果,如表5所示。

表5 長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI指數(shù)全局自相關(guān)檢驗(yàn)

隨機(jī)性檢驗(yàn)使用999permutation

從該表可以看出,4個年度的莫蘭指數(shù)都通過了1%的顯著性檢驗(yàn)。從時間變化看,全局莫蘭指數(shù)在2005年之前呈上升趨勢,說明長江經(jīng)濟(jì)帶的森林ESI的集聚狀況有所上升。但在2005—2010年,莫蘭指數(shù)下降幅度較大,這是因?yàn)楹虾椭貞c的森林ESI值有較大改善,而四川省的森林ESI值有所下降,所以集聚性下降幅度較大。2010—2015年,莫蘭指數(shù)重新上升,這與四川省森林ESI值重新上升密不可分。

3.5.2局部自相關(guān)

依據(jù)局部自相關(guān)公式(5),將顯著性較強(qiáng)的集聚區(qū)域繪制成LISA聚類圖,如圖3所示。

圖3 長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全指數(shù)LISA聚類圖Fig.3 LISA cluster map of forest ESI in the Yangtze River Economic Belt

從圖3可以發(fā)現(xiàn)：(1)High-High集聚區(qū)域主要分布在四川省北部和西南部、云南省西部和南部,其次在江西省南部、浙江省西部和南部、湖北省東部、貴州省南部有所分布。從時間變化來看,2000—2005年四川和云南分布區(qū)域較廣,但2005—2015年四川省High-High集聚區(qū)域分布范圍有明顯下降,而湖南和浙江的分布范圍擴(kuò)張較為明顯。(2)Low-Low集聚區(qū)縣主要分布在上海、江蘇和安徽,其次在湖北江漢平原、四川成都平原較為集中。2000年和2005年,湖南省Low-Low集聚區(qū)縣分布較多,但2010年和2015年,Low-Low集聚區(qū)縣下降比較明顯。

針對該空間分布特征,各地政府可以采取以下措施：(1)在High-High集聚區(qū)域應(yīng)繼續(xù)加大森林保護(hù)力度,并在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下適當(dāng)發(fā)展木材加工和林下種植等產(chǎn)業(yè),以處理好森林保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾。(2)在Low-Low集聚區(qū)縣應(yīng)提高森林生態(tài)保護(hù)工作的重視,為促進(jìn)森林覆蓋率的上升和森林蓄積量的增長,應(yīng)加強(qiáng)植樹造林、退耕還林的力度。(3)在其他類型的集聚區(qū)域,如Low-High集聚區(qū)域,低值區(qū)縣應(yīng)多學(xué)習(xí)周邊高值區(qū)縣的林業(yè)工作經(jīng)驗(yàn),積極開展森林生態(tài)保護(hù)和自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)。在High-Low集聚區(qū)域,高值區(qū)縣應(yīng)積極幫助周邊低值區(qū)縣開展林業(yè)保護(hù)和建設(shè)工作。

4 結(jié)論與討論

本文首先基于熵權(quán)法計(jì)算森林ESI指數(shù),然后運(yùn)用ArcGIS和GeoDA軟件、重心分析模型分析長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI指數(shù),結(jié)論如下：

(1)在森林狀態(tài)指數(shù)中,權(quán)重最高的指標(biāo)為森林火災(zāi)受災(zāi)率,其次為森林有害生物成災(zāi)率和林地面積比率。在森林壓力指數(shù)中,權(quán)重最高的指標(biāo)為政府林業(yè)投入強(qiáng)度、年度造林比例和自然保護(hù)區(qū)占比。

(2)從全域來看,森林ESI值長江上游>長江中游>長江下游,長江南岸的森林ESI值高于長江北岸,這在長江中下游地區(qū)尤為明顯。從各省來看,云南省的森林ESI值一直都居首位。此外,湖南省是森林ESI值提高幅度最大的省份,從2000—2015年提升了19.77%。增長幅度最小的是江蘇,15年間提高幅度只有0.76%。從長江經(jīng)濟(jì)帶的平均值來分析,森林ESI值都低于0.5,總體水平較低,但從時間變化來看,2000—2015年總體呈上升趨勢。

(3)2015年各支流流域森林ESI值從高到低排序依次為：贛江>沅江>金沙江>烏江>湘江>漢江>嘉陵江>岷江。2000—2015年這15年間,八大流域的森林ESI值都呈增長趨勢,其中增長幅度最大的是湘江流域,增長幅度最小的是金沙江流域。

(4)從重心分析模型分析結(jié)果來看,長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI值在第一階段(2000—2005年)總體移動方向?yàn)閺哪贤?在第二階段(2005—2010年)總體移動方向?yàn)閺奈魍鶘|北,在第三階段(2010—2015年)主要移動方向?yàn)閺臇|北往南。在這三個階段中,第二階段移動距離最大,移動速度最快。

(5)從全局自相關(guān)分析結(jié)果來看,長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI值有較為顯著的集聚性。High-High集聚區(qū)域主要分布在四川省北部和西南部、云南省西部和南部,其次在江西省南部、浙江省西部和南部、湖北省東部、貴州省南部有所分布。Low-Low集聚區(qū)縣主要分布在上海、江蘇和安徽,其次在湖北江漢平原、四川成都平原較為集中。

(6)長江經(jīng)濟(jì)帶森林ESI指數(shù)的提升建議：①依據(jù)森林ESI指標(biāo)體系的權(quán)重排序,林業(yè)部門應(yīng)注重森林火災(zāi)、病蟲害防治等工作,以提升森林生態(tài)系統(tǒng)的健康程度。此外,政府應(yīng)加大林業(yè)投資、植樹造林和自然保護(hù)區(qū)建設(shè)的投入力度,以減輕森林生態(tài)系統(tǒng)的壓力。②從全域來看,由于長江下游的森林ESI值最低,所以生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)應(yīng)放在下游。從支流流域來看,岷江、嘉陵江和漢江流域的森林ESI值較低,所以這些流域也應(yīng)該著重加強(qiáng)森林修復(fù)工作。③從空間相關(guān)分析結(jié)果看,應(yīng)在Low-Low集聚區(qū)縣加強(qiáng)植樹造林和退耕還林的力度,在High-High集聚區(qū)縣適當(dāng)發(fā)展木材加工和林下種植等產(chǎn)業(yè),以處理好森林保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾,在Low-High集聚區(qū)縣,低值區(qū)縣應(yīng)多學(xué)習(xí)周邊高值區(qū)縣的森林生態(tài)保護(hù)經(jīng)驗(yàn),在High-Low集聚區(qū)域,高值區(qū)縣應(yīng)積極幫助周邊低值區(qū)縣開展林業(yè)保護(hù)和建設(shè)工作。

盡管本文在分析長江經(jīng)濟(jì)帶森林生態(tài)安全方面取得了一定的成果,但仍有值得改進(jìn)之處：(1)由于本文沒有考慮自然氣象或地理指標(biāo),所以在后續(xù)的研究將會在指標(biāo)體系中引入年降雨量、年蒸發(fā)量、年積溫、海拔、坡向等氣象和地形數(shù)據(jù),以更加全面地測算森林生態(tài)安全指數(shù)[18- 22]。(2)因?yàn)殪貦?quán)法對某些具有重要生態(tài)學(xué)意義但差異較小的指標(biāo)賦權(quán)較低,所以本文將在以后的研究中加入專家法,以修正這方面的缺陷[23- 24]。(3)對于森林生態(tài)安全影響因素的研究還有待進(jìn)一步探討,因此后續(xù)研究將從社會經(jīng)濟(jì)方面尋找森林生態(tài)安全指數(shù)的影響因素,以深入分析森林生態(tài)安全的影響機(jī)理[25- 26]。(4)在研究范圍和實(shí)際應(yīng)用方面,可將森林生態(tài)安全研究與林地利用、林地紅線劃定等領(lǐng)域結(jié)合起來,以拓展研究范圍和增強(qiáng)研究成果的實(shí)際操作性[27- 28]。同時,森林生態(tài)安全指數(shù)研究成果可與草原、濕地、荒漠、河流和海洋等生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全評估成果結(jié)合起來,以共同構(gòu)建全國范圍的生態(tài)安全指數(shù)[29- 32]。

參考文獻(xiàn)(References):

[1] 湯旭, 馮彥, 王慧, 張大紅. 湖南省縣域森林生態(tài)安全評價與時空分析. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2018, 42(4): 61- 67.

[2] 盧麗文, 宋德勇, 李小帆. 長江經(jīng)濟(jì)帶城市發(fā)展綠色效率研究. 中國人口·資源與環(huán)境, 2016, 26(6): 35- 42.

[3] 徐會勇, 趙學(xué)嬌, 張大紅. 我國省域森林生態(tài)安全評價及差異化——基于生態(tài)文明建設(shè)背景. 生態(tài)學(xué)報, 2018, 38(17): 6235- 6242.

[4] 姜鈺, 蔡秀亭. 中國森林生態(tài)安全動態(tài)測度及空間收斂性分析. 統(tǒng)計(jì)與決策, 2019, 35(2): 91- 95.

[5] 呂潔華, 蔡秀亭. 中國省域森林生態(tài)安全與林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)時空耦合測度. 世界林業(yè)研究, 2019, 32(4): 34- 39.

[6] 白江迪, 劉俊昌, 陳文匯. 基于結(jié)構(gòu)方程模型分析森林生態(tài)安全的影響因素. 生態(tài)學(xué)報, 2019, 39(8): 2842- 2850.

[7] Tidwell T L. Nexus between food, energy, water, and forest ecosystems in the USA. Journal of Environmental Studies and Sciences, 2016, 6(1): 214- 224.

[8] Moraes R, Landis W G, Molander S. Regional risk assessment of a Brazilian rain forest reserve. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 2002, 8(7): 1779- 1803.

[9] Magalh?es J L L, Lopes M A, De Queiroz H L. Development of a Flooded Forest Anthropization Index (FFAI) applied to Amazonian areas under pressure from different human activities. Ecological Indicators, 2015, 48: 440- 447.

[10] Kirkpatrick J B, Marsden-Smedley J B, Di Folco M B, Leonard S W J. Influence of grazing and vegetation type on post-fire floristic and lifeform composition in Tasmania, Australia. Plant Ecology, 2016, 217(1): 57- 69.

[11] Yu D P, Zhou L, Zhou W M, Ding H, Wang Q W, Wang Y, Wu X Q, Dai L M. Forest management in Northeast China: history, problems, and challenges. Environmental Management, 2011, 48(6): 1122- 1135.

[12] Haidari M, Namiranian M, Gahramani L, Zobeiri M, Shabanian N. Study of vertical and horizontal forest structure in Northern Zagros forest (Case study: West of Iran, oak forest). European Journal of Experimental Biology, 2013, 3(1): 268- 278.

[13] 蔡秀亭, 姜鈺. 中國森林生態(tài)安全時空格局演變及其障礙因子診斷. 統(tǒng)計(jì)與決策, 2019, 35(3): 96- 100.

[14] 馮彥, 鄭潔, 祝凌云, 辛姝玉, 孫博, 張大紅. 基于PSR模型的湖北省縣域森林生態(tài)安全評價及時空演變. 經(jīng)濟(jì)地理, 2017, 37(2): 171- 178.

[15] 湯旭, 馮彥, 魯莎莎, 張大紅. 基于生態(tài)區(qū)位系數(shù)的湖北省森林生態(tài)安全評價及重心演變分析. 生態(tài)學(xué)報, 2018, 38(3): 886- 899.

[16] 湯旭, 鄭潔, 馮彥, 李燕坤, 王時軍, 張大紅. 云南省縣域森林生態(tài)安全評價與空間分析. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報, 2018, 35(4): 684- 694.

[17] 李巖, 王珂, 劉巍, 李燕坤, 王時軍, 張大紅. 江蘇省縣域森林生態(tài)安全評價及空間計(jì)量分析. 生態(tài)學(xué)報, 2019, 39(1): 202- 215.

[18] 顧艷紅, 張大紅. 省域森林生態(tài)安全評價——基于5省的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù). 生態(tài)學(xué)報, 2017, 37(18): 6229- 6239.

[19] 劉婷婷, 孔越, 吳葉, 祝凌云, 張大紅. 基于熵權(quán)模糊物元模型的我國省域森林生態(tài)安全研究. 生態(tài)學(xué)報, 2017, 37(15): 4946- 4955.

[20] 王金龍, 楊伶, 李亞云, 張大紅. 中國縣域森林生態(tài)安全指數(shù)——基于5省15個試點(diǎn)縣的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù). 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(20): 6636- 6645.

[21] 張智光. 林業(yè)生態(tài)安全的共生耦合測度模型與判據(jù). 中國人口·資源與環(huán)境, 2014, 24(8): 90- 99.

[22] 劉心竹, 米鋒, 張爽, 蘇立娟, 顧艷紅, 張大紅. 基于有害干擾的中國省域森林生態(tài)安全評價. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(11): 3115- 3127.

[23] 米鋒, 潘文婧, 朱寧, 李華晶. 模糊綜合評價法在森林生態(tài)安全預(yù)警中的應(yīng)用. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 41(6): 66- 71, 75- 75.

[24] 張智光. 基于生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的林業(yè)生態(tài)安全測度方法構(gòu)想. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(4): 1326- 1336.

[25] 張洪, 李中元, 李彥. 基于生態(tài)安全的山地城鎮(zhèn)土地可持續(xù)利用模式研究——以云南大理市為例. 地理研究, 2019, 38(11): 2681- 2694.

[26] 姚順波. 林業(yè)補(bǔ)助與林木補(bǔ)償制度研究——兼評森林生態(tài)效益研究的誤區(qū). 林業(yè)科學(xué), 2005, (6): 88- 91.

[27] 時衛(wèi)平, 龍賀興, 劉金龍. 產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入負(fù)面清單下國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)問題區(qū)域識別. 經(jīng)濟(jì)地理, 2019, 39(8): 12- 20.

[28] 楚鑫磊, 李樂, 曾立雄, 黃志霖, 劉常富, 肖文發(fā). 三峽庫區(qū)建壩前后森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動態(tài). 長江流域資源與環(huán)境, 2019, 28(8): 1977- 1986.

[29] 袁菲, 張星耀, 梁軍. 基于有害干擾的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的構(gòu)建. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(3): 964- 973.

[30] 米鋒, 黃莉莉, 孫豐軍. 北京鷲峰國家森林公園生態(tài)安全評價. 林業(yè)科學(xué), 2010, 46(11): 52- 58.

[31] 王懿祥, 陸元昌, 張守攻, 白尚斌, 劉憲釗. 森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價現(xiàn)狀及展望. 林業(yè)科學(xué), 2010, 46(2): 134- 140.

[32] 潘開文, 吳寧, 潘開忠, 陳慶恒. 關(guān)于建設(shè)長江上游生態(tài)屏障的若干問題的討論. 生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(3): 617- 629.