森林生態安全測度及阻礙因素識別研究
——以南方8個省份為例

賴啟福，李虎峰，蘇慧娟，張慧琳，黃杰龍

(1.福建農林大學經濟管理學院，福建 福州 350002； 2.福建省社科研究基地生態文明研究中心，福建 福州 350002； 3.福建工程學院互聯網經貿學院，福建 福州 350118)

一、文獻回顧與問題提出

森林作為生態文明建設的主體，具有經濟與生態的雙重屬性。以習近平同志為核心的黨中央對生態文明建設高度重視，提出“山水林田湖草是生命共同體”的論斷。2021年10月24日，國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》，提出碳達峰、碳中和目標，為森林事業建設創造了很好的機遇。隨著頂層設計的不斷完善，中國森林生態保護進入新的階段。但經濟的快速發展及城鎮化的擴張給森林資源帶來了巨大壓力。部分地區自然條件惡劣，綠化難度較大，且森林資源質量不高，承載能力不強。此外，森林生態保護科技水平有待提高，森林資源優勢尚未轉化為經濟優勢和生態優勢，森林生態安全面臨嚴峻挑戰。在森林生態安全方面，現有研究主要采用熵權法、空間自相關分析、協整性檢驗、結構方程、Lotka-Volterra模型、聚類分析、線性擬合、回歸分析等方式來進行指標權重的確認以及森林生態安全狀態的判定[1-12]。研究范圍涵蓋全國，其中以湖北、黑龍江、吉林、浙江、貴州、青海、山東等地區為主要代表的居多[1-13]。部分學者認為，經濟發展和森林生態間可以實現良性互動，一些省份即將進入“共贏”階段[11]。但隨著經濟的發展，各類森林生態指標的增長空間會趨向飽和，在跨過拐點后能否無限制增長值得商榷，現階段就將經濟發展與森林生態關系判定為協同發展的綠色共生模式為時尚早[6]。由于技術進步指數偏低，我國森林生態安全效率整體處于下降趨勢[13]，一些地區的森林資源優勢尚未轉化為經濟優勢和生態優勢[4]，森林生態和經濟發展間的關系可能存在數個拐點[9]。一些省份森林生態安全狀況仍在逐漸惡化[2]，實現全國范圍內的森林生態安全任重道遠[6]。

在經濟發展過程中，森林生態安全的情況如何，單個或幾個變量間的相關關系能否客觀、準確地反映經濟發展和森林生態的變化情況，困擾森林生態安全的主要因素有哪些，這些問題值得思考。本文選取我國南方8個省份作為研究對象，收并集整理該區域2009—2018年相關指標數據，借助DPSIR模型，從經濟發展、森林資源、環境容量等3個方面構建森林生態安全動態評估指標體系。同時，通過熵值法、Lotka-Volterra共生模型、阻礙度模型測算森林生態安全變化情況，并識別阻礙森林生態安全的主要因素，以期為相關省份在提升森林生態安全、實現森林資源的可持續利用方面提供參考。

二、研究區域及指標構建

(一)研究區域

選取的研究區域位于我國南方，具體包括福建省、江西省、廣西壯族自治區、浙江省、海南省、云南省、廣東省、湖南省等8個省份，經度范圍97°31′—123°10′E，緯度范圍3°18′—31°11′N。研究區域2021年區域經濟總量超過38萬億，占全國經濟總量的33.29%[14]。第七次人口普查數據顯示，研究區域常住人口45 117.1萬人，占全國人口數的31.96%[15]。第九次森林清查數據顯示，研究區域森林覆蓋率位于全國前8位，數值均接近或超過50%[16]。研究區域屬于亞熱帶季風氣候區，水熱條件優越，水系發達，河流眾多，并擁有復雜的森林生態系統及繁多的動植物種類，在維護國家生態安全，推動區域生態文明建設等方面具有重要地位。

(二)指標構建與數據來源

森林生態安全受自然條件和社會經濟因素的影響。鑒于經濟發展驅動力、森林資源所受壓力會對森林資源及環境容量狀態產生干預，林業保護部門及環境保護部門也會根據當前的環境容量、森林資源所受壓力和影響作出退耕還林、生態修復等響應措施?；凇膀寗恿Α獕毫Α獱顟B—影響—響應”的DPSIR模型是一種廣泛運用于環境系統評價的指標體系概念模型，涵蓋經濟、資源、環境等要素，能夠比較完整地反映經濟發展與環境系統之間的關系[17]。本文參考相關研究成果[18-22]，構建含3個層級17個指標的森林生態安全指標體系，以此計算經濟發展、森林資源、環境容量等基本指數，用以反映森林生態安全的實際情況(表1)。相關數據主要來源于國家統計年鑒、中國林業和草原統計年鑒、各省份統計年鑒，以及發展公報、中國森林資源報告等。

表1 森林生態安全指標體系

在經濟發展總體層中，包含驅動力1個系統層，設立林業產業總產值、林業公共管理及其他服務產值、林業專門技術服務產值、城市化水平和人均GDP共5個指標，指標方向均為正向。林業產業總產值、林業公共管理及其他服務產值、林業專業技術服務產值等指標反映了林業各產業的發展水平[6]。擁有較高產值的地區，林業各產業的發展水平也相對較高，對森林生態安全的影響也更為積極。城市化水平、人均GDP等指標反映了該地區的經濟發展水平，體現了地方政府對森林生態安全建設的支持力度及居民對森林生態安全的保護意識[18]。人均GDP和城市化水平較高的地區，對森林生態安全的需求也較高，且當地政府更有能力和意愿對森林生態安全進行投入。

在森林資源總體層中，包含影響和壓力2個系統層。其中，影響系統層包含SO2吸收量、CO2吸收量和水土保持量等3個正向指標，分別體現該地區森林在凈化空氣、固碳制氧、防止水土流失等方面的作用。這反映了森林資源的生態價值，其指標值越大，表明森林生態越好。壓力系統層包含森林病害發生面積、森林蟲害發生面積和森林有害生物發生面積等3個負向指標。各類病蟲災害是森林的主要自生災害，是破壞森林生態安全的重要因素。此類指標值越小，說明森林調節能力越強，生態安全性越好[19]。

在環境容量總體層中，包含狀態和響應2個系統層。其中，狀態系統層包含森林覆蓋率、活立木蓄積和林地面積等3個正向指標。森林覆蓋率表征森林資源的結構，反映地區森林資源的豐富程度[20]?；盍⒛拘罘e表征森林資源的質量[21]。林地面積是森林資源的數量指標，資源豐富程度越高，質量越好，數量越多，森林生態安全穩定性就越好。響應系統層包含造林面積、林業投資完成情況、林業系統年末從業人數等3個正向指標，反映了地方政府對森林生態安全的保護力度。為了保障森林生態安全，可通過造林綠化、森林經營等方式提升森林生態系統抵抗環境干預的能力[22]。

三、研究方法

(一)熵值法計算指標權重

熵值法是一種客觀賦權法，即根據各項指標值的變異程度，利用信息熵來計算各指標的熵權，再根據各指標對熵權進行一定的修正，最后確定指標權重，從而為指標評價提供依據。相比較于一些主觀賦權方法，熵值法精度較高且客觀性更強，能夠避免人為因素帶來的偏差。本文通過熵值法計算森林生態安全指標體系各指標的權重，具體步驟如下：

1.構建指標評價矩陣。計算公式具體如下：

(1)

其中,aij表示第i個指標第j年的數值。

2.標準化指標評價矩陣。為了消除量綱影響，分別對指標評價矩陣進行標準化處理。計算公式具體如下：

正向指標：

(2)

負向指標：

(3)

其中, minaj和maxaj分別表示某個指標的最小值和最大值。

進一步用標準化后的值zij代替aij，得到標準化矩陣如下：

(4)

3.計算指標權重。計算公式具體如下：

(二) Lotka-Volterra共生模型

Lotka-Volterra共生模型通過模擬一些生態現象，并借助數理分析來描述系統環境中的共生演變規律[23-25]，為系統間的競合動態關系模擬研究奠定了理論基礎。Lotka-Volterra共生模型在生態安全測度、產業環境協調、生態經濟協調等方面有著較為廣泛的應用[26-28]。社會經濟子系統與森林資源子系統之間的關系類似相互依存、抑制、共生的物種關系，且兩者的發展均以資源容量為依托，并具有資源競爭屬性，在原理上符合Lotka-Volterra共生模型所描述的系統規律。

基于Lotka-Volterra共生模型構建森林生態安全情況模型，具體公式如下：

(5)

(6)

其中,E(t)表示經濟發展水平,F(t)表示森林資源情況 ,C(t)表示環境容量狀況，結果由熵值法賦權后計算得出;rE表示經濟發展水平的增長率,rF表示森林資源的增長率;α、β為競爭系數，分別表示森林資源和經濟發展對于對方的抑制效應。

為對競爭系數α、β進行測算，對公式(5)和公式(6)進行離散化處理，取年份為時間變量，記為k，計算可得：

(7)

(8)

對公式求解，得：

(9)

(10)

其中：

(11)

(12)

在此基礎上，定義經濟受力指數SE(k)、森林資源受力指數SF(k)和共生指數S(k)：

(13)

(14)

(15)

結合前人研究成果[29-30]，根據森林資源受力指數和共生指數，將森林生態安全情況劃分為6個級別，依次為安全級、亞安全級、康復級、敏感級、風險級和危險級(表2)。

表2 森林生態安全情況劃分表

從表2可知，在安全級中，經濟發展與森林資源互利共贏，為最高等級；在亞安全級、敏感級中，森林資源獲利而經濟受損，其中敏感級下的經濟受損更為嚴重；在康復級、風險級中，經濟獲利而森林資源受損，其中風險級下的森林資源受損更為嚴重；在危險級中，經濟發展和森林資源互害，為最低等級。

(三)阻礙度模型

阻礙度模型通常用于確定影響評估對象的關鍵障礙因素，多應用于城市生態文明、土地生態安全、水資源承載力、綠色發展等方面的研究[31-34]。為了針對研究區域提出有針對性的森林生態安全提升路徑，本文運用阻礙度模型來識別森林生態安全的阻礙因素，具體如下：

(16)

四、研究結果

(一)生態安全測度

根據Lotka-Volterra共生模型計算2009—2018年研究區域總體在經濟受力指數、森林資源受力指數和共生指數上的變化，并對照森林生態安全情況劃分表，將研究區域的森林生態安全演變情況進行匯總，得到表3。

1.總體森林生態安全情況演變特征。2009—2018年，研究區域總體的森林生態安全情況經歷了“下降—上升—下降—上升”的過程，可以分劃分為3個階段：(1)2009—2013年為第一階段。研究區域總體森林生態安全情況為安全級。到2013年，森林資源受力指數、共生指數降為負值，森林生態安全情況由開始的安全級狀態下滑進入風險級狀態。(2)2014—2016年為第二階段。2014—2015年的森林資源受力指數、共生指數回正，森林生態安全情況轉為安全級狀態。但到2016年，森林資源受力指數、共生指數再次降為負值，森林生態安全情況第二次下滑進入風險級狀態。(3)2017—2018年為第三階段。這一階段森林資源受力指數、共生指數再次回正，森林生態安全情況保持在安全級狀態不變。

隨著經濟的發展，森林資源的開發強度逐漸增大，由此引發了植被生態功能退化、水土流失、生物多樣性減少等一系列問題。為了保護森林資源，減輕環境壓力，地方政府和各行業開始執行更為嚴格的環境制度，以期改善經濟結構、減緩環境惡化。當地居民也更加關注現實和未來的生活環境，并傾向于購買環境友好型產品。但人們對環境的認知具有局限性，對環境變化的響應行為具有滯后性，這使得共生指數呈現波動狀態。盡管多數研究均承認森林資源會隨經濟增長而逐漸增長[8-12]，但森林資源類指標的增速慢于社會經濟發展類指標的增速。隨著增長空間趨向飽和，森林資源類指標增速會逐漸放緩，區域內森林資源受力指數呈現下降趨勢。當然，森林資源受力指數的降低并不意味著林業產業與森林資源關系的失衡。一方面，二者關系受環境容量響應類指標(人工造林、生態建設與保護)等諸多因素的影響；另一方面，隨著技術的進步，林業產業對于森林資源的利用逐漸多元化，使原有林地面積產出更高的經濟價值。

表3 森林生態安全演變情況

2.各省份的森林生態安全演變特征。從表3可知，福建省、海南省在2009—2018年的森林生態安全情況均處于安全級狀態。浙江省在2011、2012年，江西省在2009、2010、2016年，湖南省在2011、2017年的森林生態安全情況均出現風險級狀態。廣東省在2015年，廣西壯族自治區在2013、2015年，云南省在2009、2010、2014年的森林生態安全情況均出現危險級狀態。

具體而言：福建省位于中國東南沿海，區位條件優越，經濟較為發達，在森林保護和環境建設等方面有更強的財政支持。福建省的森林資源豐富，森林質量較好，在第九次森林清查中，其森林覆蓋率達到66.8%，位居全國首位。海南省的經濟總量在研究對象中最低，體量相對較小，經濟開發強度不高，森林生態安全情況也始終處于安全級狀態。浙江省位于長三角地區，靠近經濟中心。早期，浙江省用林需求快速增長，經濟發展與森林生態之間的矛盾比較尖銳，森林生態系統壓力較大，在某段時間內出現風險級狀態。通過不斷增強環境投資治理，浙江的森林生態環境得到恢復，森林資源受力指數開始回升， 2012年后的森林生態安全情況開始穩定在安全級狀態。江西省擁有較為優異的森林資源條件，森林覆蓋率居全國第二。江西省在經濟發展過程中存在城市開發擠占林地、森林資源退化等問題。但隨著森林生態環境保護力度的加大，森林資源受力指數不斷提升，森林生態安全保護工作初見成效。湖南省的森林覆蓋率在研究對象中處于末位，且區位條件弱于沿海省份。受到經濟受力指數的影響，湖南省的森林生態安全情況還存在亞安全級、康復級等中間狀態，森林生態安全治理難度較大。廣東省作為中國經濟人口第一大省，省內經濟發展不平衡，局部工業化和城鎮化進程較快。作為改革開放前沿陣地，廣東省的外部環境較為復雜，影響森林生態安全的不確定性因素較多。廣西壯族自治區及云南省位于邊境，經濟發展水平不高，技術相對落后，森林生態系統極為脆弱且易受外來物種的入侵，森林生態安全情況容易產生異變。同時，兩者還需承接各發達地區的產能，森林生態安全改善難度較大。

(二)阻礙因素分析結果

采用阻礙度模型分析研究區域森林生態安全系統層與各指標層上的阻礙程度，具體結果見表4。同時，分析各省份森林生態安全阻礙因素，具體結果見表5。

表4 森林生態安全阻礙程度及排名

表5 各省份森林生態安全阻礙因素

1.總體阻礙度分析。從表 4可以發現，研究區域森林生態安全阻礙度呈現“中間高、四周低”的分布格局，阻礙度最高的是江西省和湖南省2個內陸省份，中低阻度的省份分布于沿海、沿邊地區。在研究區域各系統層阻礙度中，驅動力阻礙度>影響阻礙度>狀態阻礙度>響應阻礙度>壓力阻礙度。阻礙度排名前五的分類指標依次為森林蟲害發生面積、林業專門技術服務產值、人均GDP、林業產業總產值、活立木蓄積。由此可得，研究區域的總體森林生態安全形勢仍面臨較大壓力，維護森林生態安全的任務較為繁重：森林蟲害等問題成為森林生態安全提升的主要阻礙因素，森林碳匯、水土保持等生態功能有待進一步加強；各類森林生態資源優勢尚未有效轉化為經濟優勢，尚未走出“資源富區，經濟窮區”的怪圈，林業專門技術服務產值、林業產業總產值等驅動力指標阻礙了森林生態安全的提升，森林產業發展缺乏科技支撐。

2.各省份阻礙因素分析。從表5可以發現，福建省、云南省的森林生態安全阻礙程度相對較低，廣東省、廣西壯族自治區、浙江省的森林生態安全阻礙程度中等，湖南省、江西省、海南省的森林生態安全阻礙程度相對較高。在低阻礙度省份中，福建省位于東南沿海地區，處于亞熱帶季風氣候區內，水熱條件較好，森林資源豐富，環境容量較大，區位條件優越，經濟社會發展情況較好，森林生態安全各系統層指標阻礙度不高，總體阻礙程度處于低位；云南省的經濟條件相對落后，森林生態安全驅動力系統層指標阻礙度最高，且處于邊境地區，面臨境外有害物種的侵襲，森林生態安全存在較大壓力，但區域面積廣，森林儲量絕對值高，資源豐富，環境容量大，森林生態安全影響、狀態等系統層指標阻礙度較低。在中阻礙度省份中，廣東省、浙江省的經濟發達，森林資源開發時間較早，森林生態安全驅動力阻礙度較低，但森林資源進一步開發受區域內生態保護紅線的限制，在森林生態安全狀態系統層有較大阻礙；廣西壯族自治區的經濟發展水平不高，區域內各類森林資源、環境容量等還有待進一步開發，森林生態安全主要受驅動力系統層的制約。在高阻礙度省份中，海南省的森林生態安全壓力不高，但經濟、森林資源體量相對較小，森林生態安全的提升受到約束，在驅動力、影響、狀態等層面存在較大阻力；湖南省、江西省位于內陸，區位條件較差，且面臨浙江省、廣東省、福建省等經濟發達省份的產業轉移，森林生態安全在驅動力、壓力、狀態等系統層面都存在較大阻礙。

五、結論與建議

(一)結論

選取南方8個省份作為研究對象，基于DPSIR模型構建森林生態安全指標體系，通過熵值法確定各個指標的權重，采用Lotka-Volterra共生模型和阻礙度模型，計算各省份的森林生態安全情況，分析主要阻礙因素，得出如下結論：

1.部分省份森林生態安全狀態并不穩定，共生指數不斷波動。從短期來看，廣東省、廣西壯族自治區、云南省、湖南省等省份的經濟發展和森林生態之間的組合方式可能是U型、倒U型、N型、倒N型中的任何一種。人們對環境認知的局限性使得其響應行為具有滯后性。隨著人工造林、生態建設與保護等響應性投入的增加，經濟發展與森林生態二者之間的關系在一定程度上得以平衡。

2.研究區域的森林生態安全主要受經濟發展因素制約。林業產業總產值、林業專門技術服務產值等指標阻礙程度較高。森林資源開發及保護的技術力量相對薄弱，科研自主創新能力不強。引領性、關鍵性的林業科技成果儲備不足，信息化水平不高，治理能力提升困難。管控、監控、評估手段不夠精確，森林生態的管護工作缺乏有效支撐，這些都制約著森林生態安全的有效提升。

3.各省份之間的森林生態安全狀態存在較大差異。既有森林生態安全狀態較好、阻礙程度較低的福建省、浙江省等，也有森林生態安全狀態不佳，阻礙程度較高的湖南省、廣西壯族自治區等。經濟發展的不平衡及森林生態安全的差距可能導致“環境傾銷”現象的產生。較發達省份更加重視環境質量，傾向于制定較為嚴格的環境規章制度和環境保護標準，以提高環境成本；較落后省份的地方政府面臨發展經濟的壓力，傾向于通過制定寬松的環境政策來提升當地企業的產業競爭力。這在一定程度上導致木材采運、木材加工等產業向發展速度較慢、森林資源存量豐富的其他地區轉移，使得較發達地區的環境成本外部化，而相對落后地區的森林生態安全問題加重。

(二)建議

1.構建新型的核算體系。林業產業總產值、活力木蓄積、森林覆蓋率等指標涉及的時空核算范圍可能并不一致，因而需要一種能針對現有經濟發展情況和森林生態資源評估的新型核算體系，以便更好地預測并緩和經濟發展與森林生態資源之間的波動。

2.轉變林業產業發展模式。擺脫林業產業發展過程中對勞動、土地、資本等傳統生產要素的過度依賴，破除森林生態安全提升過程中的阻礙。由規模擴張、要素驅動、分散布局向質量提升、創新驅動和集聚發展轉變。加強各級政府的引導和監督管理，健全標準體系，制定林產品市場準入負面清單。淘汰林業產業發展過程中的落后產能，壓縮過剩產能，加大生物、工程、環保、信息等技術集成應用力度，推動林產品供給體系由低端向中高端轉型，以實現林業產業高質量發展，并助力森林生態安全建設。

3.深化區域合作。經濟發達、森林生態安全良好的省份應向經濟條件較弱的省份提供技術、人才等方面的支持，助力其森林生態條件的改善和更高環境標準的制定。由于區域政策的不統一，一些森林資源豐富而經濟發展水平較低的省份可能會利用較低的環境標準獲得競爭優勢，其他省份隨之跟進，通過降低環境標準門檻來提高當地產業競爭力，從而出現環境標準的“競相逐低”。因此，需要協調制定較為統一的森林資源開發利用標準，遏制省份之間在經濟發展過程中的“環境傾銷”和“競相逐低”勢頭，從而推動各省份森林生態安全向好發展。