2001-2018年華北平原森林面積變化及影響因素分析

李沁玲， 閻建忠， 程先， 王濤

西南大學 資源環境學院,重慶 400715

森林作為陸地生態系統的主體,在提升人類福祉、 維護生態平衡方面具有重要意義[1].它是自然界最豐富的資源寶庫,不僅為人類生產、 生活提供原材料,還發揮著重要的生態系統服務功能,是水土保持、 防風固沙、 調節氣候、 維持生物多樣性、 減少旱澇災害的天然武器[2].森林資源的數量和質量直接關系到人類社會經濟的發展,森林變化是生態環境建設中關注的重點.過去四百多年,世界森林面積總量呈現出持續減少的趨勢,但同時,越來越多的國家在經歷了森林面積長期減少之后已出現增長現象,例如英國、 法國、 日本、 瑞士等發達國家[3].此外,經濟快速發展的中國、 印度、 巴西等一些發展中國家開始注重森林管理,也逐步實現了森林面積由下降至增長的轉變[4-5]．

英國地理學家Mather最早思考了這一問題,1992年其正式提出了“森林轉型”的概念,指出森林轉型是指國家森林面積由減少階段轉為增加階段的變化過程,并通過研究證明了在許多歐洲國家和亞洲部分地區均存在森林轉型現象[3].隨后,國外學界對森林轉型理論的探討逐漸深入,森林轉型研究的對象由森林面積變化擴展到林地面積變化[6],有關森林轉型發生機制的研究成果也不斷豐富,主要包括對森林環境庫茲涅茨曲線的討論[7-8],以及從不同層面提出了5條森林轉型路徑[9],即“經濟發展路徑” “森林稀缺路徑” “國家森林政策路徑” “全球化路徑”和“土地利用集約化路徑”.森林轉型路徑的系列假說認為,隨著經濟的發展,勞動力向非農部門轉移,農業邊際土地逐漸被撂荒,為森林再生提供條件,現代新能源對傳統木質能源的替代也會對森林轉型帶來積極影響[10].同時,經濟發展促進了農業集約化進程,即單位勞動或土地面積農產品產出效率提高,減緩了對耕地的需求,利于生產率不高的耕地退出生產,促進森林轉型,例如,Jadin等[11]發現哥斯達黎加的再造林與當地農業集約化有關,Pelletier等[12]認為農業現代化投入減少了贊比亞的森林砍伐.在許多亞洲、 歐洲國家,政府政策也對當地森林轉型起著至關重要的作用[13].除了對5條典型路徑進行分析,還有大量研究進一步揭示了氣候變化[14]、 生物物理因素[15]、 經濟發展背景下的道路建設[16]等對森林轉型的影響．

中國的森林轉型始于20世紀80年代初[17].全國森林總覆蓋率已由上世紀80年代初的12.7%增長至2020年末的23.04%.2020年聯合國糧農組織(FAO)發布的《全球森林資源評估》報告顯示,在2010-2020年10年間,中國森林面積增長量位居世界第一,生態系統保護和修復成效顯著.近年來,越來越多的學者對中國森林轉型的路徑進行了研究.李秀彬等[17]認為廣義概念下的“森林短缺路徑”在中國過去30年的森林面積增長中起到主要作用,隨著城鎮化進程加速,未來“經濟增長路徑”將會起到更大作用.李凌超等[18]研究發現福建長汀的森林轉型主要遵循經濟增長和國家森林政策路徑.王宏等[19]認為中國14個連片特困地區的森林轉型主要遵循經濟發展路徑和國家森林政策路徑.Vina等[20]、 Zhang[21]、 Zinda[22]、 Naeem等[23]的研究均表明中國實施的相關政策促進了森林轉型.Dong等[24]從森林空間形態轉型和功能形態轉型兩個方面進行研究,發現經濟增長在山區森林轉型過程中發揮了積極作用.還有大量研究選擇案例區進行驅動因素的定量分析,發現中國的森林轉型也受到自然條件變化[19]、 人口增長[25]、 勞動力轉移[26]、 市場機制作用[27]、 道路網絡密度[28]等多種因素的影響.需要指出的是,目前我國有關森林轉型路徑的研究主要集中在森林資源相對豐富的山地丘陵區[10,29-30]或其他森林轉型典型區域[31],而對平原地區森林轉型機制的研究相對較少,缺乏對我國平原地區森林轉型情況的整體把握和機制研究．

華北平原是中國第二大平原,耕地資源豐富,是我國重要的糧食主產區[32].近年來,由于華北平原特殊的地理條件以及伴隨經濟發展而產生的一系列不合理的開發活動,使該地區旱澇、 風沙等自然災害頻發.歷史上,華北平原黃河、 海河、 淮河流域的洪澇災害問題突出,水土流失問題在每年雨季十分常見.受西北地區沙源地影響,加之植被覆蓋率低,風沙和霧霾是華北平原最主要的氣象災害,區域生態安全已受到嚴重威脅.由于森林對蓄水保土、 防風固沙、 改善城市空氣質量等方面具有重要作用[33],在預防和治理災害上發揮著不可替代的功能,因此森林資源對于華北平原建設綠水青山、 提高生態環境質量顯得極為重要.然而,2018年華北平原森林覆蓋率僅為1.39%,遠不足以改善生態環境.此外,華北平原經濟水平自20世紀80年代以來一直保持高速增長,其森林覆蓋率卻沒有相應增長,這與已有的森林轉型路徑假說相矛盾.雖然近年來國家在華北平原進行了持續的林業建設,但總體造林效果如何尚不明確.目前關于平原森林轉型的研究較為缺乏,因此十分有必要對華北平原森林轉型情況及其制約森林轉型的影響因素進行深入研究.本研究以2001-2018年土地利用/覆被數據為基礎,分析了華北平原森林變化時空特征,并選擇華北平原248個區縣為研究樣本,結合自然與社會經濟數據,構建線性回歸模型,揭示了影響華北平原森林轉型的主要因素,以期為國家制定促進華北平原森林轉型的政策措施提供科學依據．

1 理論分析與假說提出

森林資源作為一種特殊的自然資源,其生長和變化特征是多種因素綜合反映的結果.基于森林轉型路徑理論,森林轉型除了受到自然條件的作用和約束之外,還受到人口壓力、 經濟發展水平、 農業集約化和現代化程度、 國家政策、 競爭性土地利用變化情況等多方面因素的影響,因此,本研究從以上幾個方面來探究華北平原森林轉型的影響機制(圖1)．

圖1 華北平原森林轉型影響機制圖

1.1 自然條件與華北平原森林轉型

森林的生長和變化深受所在區域自然地理因素的影響,如海拔、 積溫、 水資源條件等[34].其中,海拔越高的地方其宜居性和可耕作性越差,因此森林分布相對廣泛； 充足的降雨和河流水源補給會給植被生長提供有利條件； 而積溫增加會導致樹葉的呼吸和蒸發作用加強,從而不利于能量累積,限制植被生長.基于研究區域概況發現,華北平原整體降水量少、 蒸發旺盛的氣候特征,不僅對農業發展造成阻礙,也可能是導致樹木生長較慢的一個重要原因.據此,提出假說H1-H3．

假說H1： 海拔因素對華北平原森林轉型產生積極影響．

假說H2： 降水量少、 積溫高的自然條件對華北平原森林轉型產生消極影響．

假說H3： 距河流距離較近有助于促進華北平原森林轉型．

1.2 人口增長與華北平原森林轉型

人口壓力增大往往被視為抑制森林轉型的重要因素之一.例如,Gong等[35]發現人口密度增長對黃土高原森林轉型產生負向影響,認為人口增長一方面會直接增加對木材的需求,促進森林砍伐,另一方面也會加大對其他土地利用類型如建設用地的需求,從而導致林地向其他地類的轉化.也有研究證實了人口數量和森林砍伐之間的負相關關系,認為人口增長帶來土地稀缺,使人們增加林產品數量以提高收益率,有助于森林資源的恢復[36].華北平原人口稠密,近年來,隨著人口不斷增長,人們的生態保護意識不斷增強,對木材等林產品的消費需求也在增加,這可能會促進森林數量增加.據此,提出假說H4．

假說H4： 人口增長有利于華北平原森林轉型．

1.3 競爭性土地利用情況與華北平原森林轉型

從土地資源在具有競爭性的兩類生產活動之間的優化配置視角來看,華北平原作為我國重要的糧食主產區,耕地面積占比超過80%,耕地是林地重要的競爭性地類,而林地資源稀少、 穩定性差,兩者之間轉換頻繁.據此,提出假說H5．

假說H5： 耕地面積與華北平原森林數量呈相反方向變化．

1.4 農業集約化和現代化發展與華北平原森林轉型

已有的研究發現,農業擴張之后的森林恢復遵循“經濟發展路徑”,在經濟發展初期,農業和畜牧業不斷擴張,導致森林面積減少,隨著經濟不斷發展,非農就業機會增加使農村勞動力轉移到城鎮,能加快薪柴替代、 耕地撂荒以及牲畜養殖數量減少[10],有利于林地恢復.隨著經濟不斷發展,非土地投入即改良種子、 化肥、 機械等增加,提高了單位土地面積產量,從而促進農業集約化,也可能對森林轉型產生影響.一些研究表明,農業集約化使得在同樣的農業產出水平下使用更少的土地,緩解耕地的壓力[37],生產率低下的耕地逐漸退出,為林地恢復提供條件[4].尤其是在丘陵或陡峭地形上,農業集約化將減少農民對更多土地的需求,農地減少釋放出的土地則為森林恢復創造條件[12].還有研究[38]認為,農業集約化使得農業相對于林業更加有利可圖,反而會占用更多土地包括林地進行農業生產,促進毀林開荒現象的發生.在華北平原地區,現代化農業技術進步使得大量機械替代了勞動力,雖實現了農業集約高效產出,但相較于難以實現機械化的坡耕地來說,降低了因勞動力稀缺導致大面積農地撂荒的風險,從而使得林地潛在生長空間相對較小.由此可以推斷,華北平原農業機械化發展帶來的農業集約化并不能降低毀林開荒的概率,相反,還可能占用更多土地來開展農業活動.據此,提出假說H6．

假說H6： 經濟發展帶來的農業集約化與現代化對華北平原森林轉型具有消極影響,主要表現在現代化農業機械應用后對森林數量增長產生的制約作用上．

1.5 國家造林政策與華北平原森林轉型

許多研究指出我國森林轉型遵循國家森林政策路徑[39].例如,李凌超等[18]發現,造林面積對福建長汀森林面積具有顯著正向影響,王宏等[19]研究表明,國家林業工程實施促進了中國連片特困地區森林轉型.21世紀以來,國家及地方政府在華北平原相繼出臺了沿海防護林、 淮河太湖流域防護林體系建設工程,平原農田防護林建設等一系列造林政策,來提高華北平原的森林覆蓋率.但是,華北平原實際森林面積增長卻十分緩慢,森林資源增長速度遠落后于植樹造林的速度,這與上述研究結果形成差異.可以推斷,在山區、 丘陵區,不僅林地潛在生長空間相對充足,氣候條件也更適宜林地生長,植樹造林、 封山育林、 生態移民搬遷后植被恢復迅速,而華北平原地區造林存活率比較低,人工造林一般需要數年時間(北方5年,南方3年)才能生長穩定并成林.另外,華北平原在農田周圍種植防護林,而耕地與林地之間的競爭性較強,往往只重視造林而忽略了樹木的后續維護和管理,如農田林網在遭受破壞后不能及時修復、 更新,可能導致平原地區造林政策實施效果不如山區和丘陵區.因此,結合華北平原地區實際情況,提出假說H7．

假說H7： 華北平原森林政策實施對當地森林數量增長起到了一定促進作用,但效果不顯著．

審圖號： GS(2020)4619號．圖2 研究區位置示意圖

2 研究區與數據來源

2.1 研究區概況

華北平原(32°-40°N,113°-123°E),又稱黃淮海平原,位于我國東部、 黃河下游,西倚太行山、 伏牛山,東臨渤海、 黃海,北抵燕山山脈,南達大別山,研究區包含冀、 魯、 豫、 皖、 蘇5個省以及京、 津2個直轄市,共432個區縣,總面積約40.69萬km2(圖2)[40].該地區地勢低平,多在海拔50 m以下,除山東中部地區以及山東半島為丘陵外,其余大部分地區均為平原； 暖溫帶季風氣候,四季氣候差異明顯,春季干旱少雨,夏季高溫多雨,旱澇災害頻發； 日照時間長,蒸發強烈,≥10 ℃積溫為3 800～5 000 ℃,年降水量為450～1 050 mm.研究區土地利用類型以耕地為主,2018年耕地面積占比83.75%,農業機械化發達,2001-2017年單位面積農業機械總動力增長約2.27 kW/hm2.森林資源貧乏,2018年森林覆蓋率僅1.39%.華北平原城市分布密集,人口集中.據統計年鑒,2001-2017年人口密度增長約83人/km2,人均GDP增長約30 554元/人.同時,近年來華北平原的生態環境面臨惡化,春旱夏澇,黃淮河流域水土流失、 風沙、 霧霾等一系列自然災害,已成為影響地區發展的重要問題之一[41]．

2.2 數據來源

本研究土地利用/覆被數據采用NASA提供的2001-2018年Terra/MODIS三級土地覆蓋類型產品MCD12Q1,空間分辨率為500 m×500 m.該數據包含5種不同的土地覆蓋分類方案,在已有國際地圈生物圈計劃(International Geosphere-Biosphere Program,IGBP)定義的17類土地覆蓋分類的基礎上,根據中國科學院土地資源分類系統一級地類,將土地利用數據劃分為6種類型： 耕地、 森林(林地)、 草地、 水域、 建設用地、 未利用地(圖3).本研究將MCD12Q1數據土地覆蓋分類中的常綠和落葉針葉林、 常綠和落葉闊葉林、 混交林、 高郁閉和低郁閉灌叢以及多樹和稀樹草原均視為森林(林地)[42].該數據產品精度較高,許多學者已對其進行了可靠性驗證,將其運用于土地利用變化研究中[42-44].例如,李宸宇等[42]利用中國森林資源清查數據對MCD12Q1數據進行了精度評價,發現林草生態系統精度較高,滿足區域林地資源變化研究需求.國界、 縣界和河流等空間矢量數據來自國家基礎地理信息系統.DEM數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心(http： //www.resdc.cn/),空間分辨率為100 m×100 m.積溫、 降水數據來源于中國氣象數據網(http： //data.cma.cn/),數據采用反距離內插法空間化,空間分辨率為500 m×500 m,由于溫度受經緯度和地形地貌等多種因素的影響,因此以海拔每上升100 m溫度降低0.6 ℃的遞減規律為依據,結合DEM數據,對研究區內積溫進行校正.人口、 地區生產總值、 農業機械總動力、 復種指數、 人工造林面積等統計數據來自《中國縣域統計年鑒》,各省、 市、 區縣統計年鑒以及《中國林業統計年鑒》．

根據2001-2018年土地覆被數據,研究區內約1/3的區縣沒有森林覆蓋或覆蓋率極低,故樣本中剔除了該部分區縣.此外,由于行政區劃的調整變更,部分市轄區數據獲取困難,故樣本中剔除了該部分市轄區.因此,本研究樣本共包含248個縣級行政單元．

審圖號： GS(2020)4619號．圖3 2001年與2018年華北平原土地利用分類圖

3 研究方法與模型

3.1 森林變化分析

土地利用轉移矩陣可反映土地利用變化的結構特征以及各地類之間相互轉換的方向,能具體分析林地轉入轉出的情況[45].其數學形式可表示為：

(1)

式中：S為土地面積；i，j分別為研究期初和期末的土地利用類型；n為土地利用類型的數量．

基于土地利用轉移矩陣,通過計算兩林地“轉換減少”或“轉換獲得”在轉換前后凈變化面積中所占比例,可比較其他不同地類在林地轉入轉出中的貢獻程度[45].土地利用貢獻率計算公式如下：

Ploss(i)，j=(Pj，i-Pi，j)/(Pi.-P.i)×100i≠j

(2)

Pgain(i)，j=(Pi，j-Pj，i)/(Pi.-P.i)×100i≠j

(3)

式中：Pj.i,Pi.j分別表示i土地利用類型期初、 期末的面積；Pi，j,Pj，i為轉移矩陣中的單個數值．

3.2 空間相關分析

空間自相關分析是用于描述并檢驗地理數據在整個區域空間上的分布特征和聚集、 差異程度,從而判斷研究區內某地理現象是否存在空間相關性或異質性,主要包括全局、 局部空間自相關兩方面[46]．

本文利用全局Moran’sI系數來反映森林面積變化在整個研究區范圍內的空間聚集特征.Moran’sI以及標準化Z值的計算公式如下：

(4)

(5)

本研究采用Getis-OrdGi*分析探索局部空間聚類分布特征,計算Getis-OrdGi*指數確定區域內部各空間單元的屬性值是否存在高值聚類或低值聚類.Gi*及其標準化處理的計算公式如下：

(6)

(7)

式中：Wij(d)為根據距離定義的空間權重；xi，xj分別為空間單元i，j的屬性值；n為空間單元的個數；E(Gi*)為Gi*的期望值；VAR(Gi*)為Gi*的方差；Z(Gi*)的顯著性水平用于識別不同區域低值(冷點)、 高值(熱點)的空間分布．

3.3 回歸分析

考慮到研究區內部地形特征差異會對森林轉型驅動機制產生不同的影響,本研究分別構建全區、 平原區和山東丘陵區3個線性回歸模型,在縣域尺度上對華北平原森林轉型影響因素進行全面分析.模型表達式如下：

2001年1月，江澤民在全國宣傳部長會議上的講話中提出：“法治屬于政治建設，屬于政治文明”［1］135，第一次明確使用政治文明這一概念。之后，2002年5月31日，江澤民在中央黨校省部級干部進修班畢業典禮的講話中，明確指出：“發展社會主義民主政治，建設社會主義政治文明，是社會主義現代化建設的重要目標?！保?］2416把政治文明與物質文明、精神文明并列為社會主義現代化建設的重要目標。黨的十六大進一步明確指出：“發展社會主義民主政治，建設社會主義政治文明，是全面建設小康社會的重要目標?！辈φ挝拿鞯膶崿F途徑和根本要求做了深入的闡述，把政治文明作為社會主義政治建設的發展目標和價值取向。

yt=β0+β1x1t+…+βkxkt+ut

(8)

式中：yt為2001-2018年森林覆蓋率變化量；β0為常數項；xkt為解釋變量；βk為回歸系數；ut為隨機誤差項.由于社會經濟因素對森林資源的影響具有時滯性,因此將社會經濟解釋變量進行滯后一期處理.所有可能受到價格變動影響的變量均根據CPI指標進行了平減調整[30].各自然因素的定量空間分布情況如圖4所示．

審圖號： GS(2020)4619號．圖4 華北平原森林轉型自然因素定量空間分布圖

在進行計量回歸前使用方差膨脹因子(VIF)進行變量間共線性檢驗,全區、 平原區和山東丘陵區3個回歸模型中,方差膨脹因子最大值分別為1.72，1.62，2.15,變量間不存在多重共線性問題.各解釋變量的統計性質如表1所示．

表1 解釋變量的描述性統計

4 結果與分析

4.1 森林變化時空分析

4.1.1 森林面積變化及其空間分布特征

根據森林轉型理論,華北平原進入森林面積凈增加階段.2001-2018年間,華北平原森林總面積由4 442.75 km2增長至5 656.00 km2,凈增長1 213.25 km2,增長率為27.31%.具體來看,18年間,2002年、 2003年、 2006年、 2010年、 2012年的增長率均為負值(圖5),2012年之前華北平原森林面積表現出波動式增長的特點,而2012年后森林面積才實現逐年增長,并自2015年起其增長率呈現出不斷增加的態勢.2001年、 2018年2個研究時點華北平原森林占土地總面積比例分別為1.09%,1.39%．

華北平原森林資源稀少,2018年研究區森林總面積僅5 656.00 km2,主要分布于山東省(1 837.25 km2)、 江蘇省(1 412.75 km2)、 河南省(1 395.25 km2)、 安徽省(636.50 km2),4個省份森林面積總和占研究區域森林總面積的93.38%,河北(303.50 km2)、 北京(62.00 km2)、 天津(8.75 km2)森林分布較少.具體來看(圖6a),2018年山東省森林主要分布于山東中部丘陵地區和山東半島沿海區縣,其中壽光市、 青州市森林分布最多,而西北地區部分區縣無森林覆蓋.江蘇省各區縣均有森林覆蓋,其中徐州市銅山區、 連云港市連云區森林分布最多.河南省森林主要分布于靠近伏牛山一帶,其中駐馬店市泌陽縣、 確山縣森林分布最多.安徽省森林主要分布于北部和鄰近淮河的地區,其中宿州市埇橋區、 阜陽市潁上縣森林分布面積最多.18年間,華北平原森林面積實現增長,利用2001年和2018年2期土地覆被數據進行疊加分析,得出森林變化的空間分布圖(圖6b).森林面積增加主要發生在山東省中部丘陵地區、 山東半島、 江蘇省淮河以北區縣以及河南省駐馬店市,增加量居于前兩位的區縣為山東省壽光市、 河南省駐馬店市泌陽縣,且增幅較大的區域往往靠近山區或丘陵地區.森林減少主要出現在江蘇省淮河以北地區以及安徽省靠近淮河一帶區縣,減少量居于前兩位的區縣為江蘇省淮安市淮安區、 徐州市銅山區,且減少幅度較大的區域多位于淮北平原地區.森林面積基本保持不變的區域主要分布于伏牛山以東、 淮河以北以及山東丘陵區部分區縣,其中河南省駐馬店市泌陽縣、 確山縣未發生變化的森林面積最多．

圖5 2001-2018年華北平原森林變化面積與比例

審圖號： GS(2020)4619號．圖6 2001-2018年華北平原森林分布及變化圖

4.1.2 空間相關分析

全局Moran’sI系數用于判斷研究時段森林變化在空間分布上是否存在聚類特征.結果發現(表2),2001-2018年華北平原森林增加、 森林減少、 森林凈增加的全局Moran’sI值均大于0.1,Z得分均超過臨界值1.96(拒絕原假設H0),且P值均小于0.01(通過99%置信度檢驗),屬性數據呈現出空間正相關的表征,對全局Moran’sI值大小進行對比,發現森林減少的全局Moran’sI值最高.綜上所述,華北平原森林增加、 森林減少、 森林凈增加均具有明顯的空間聚集特征,森林減少的空間聚集程度高于森林增加和森林凈增加．

表2 2001-2018年華北平原森林變化全局Moran’s I指數及統計檢驗

4.1.3 森林流向分析

華北平原最主要的土地利用類型為耕地,其余依次為建設用地、 草地、 水域、 林地、 未利用地(表3).2001-2018年間,華北平原耕地和未利用地的面積有所減少,分別減少8 416.25,50.00 km2； 林地、 建設用地、 水域和草地面積實現增長,分別增長1 213.25,5 565.25,1 003.50,684.25 km2,其中林地增長率為27.31%,增長速度最快.從具體轉換來源看,18年間,林地增加主要來源于耕地和草地,耕地、 草地轉換為林地的面積分別為2 831.75,631.75 km2,貢獻率分別為80.52%和17.97%； 林地流失的主要去向是耕地和草地,林地轉換為耕地、 草地的面積分別為1 616.75,361.50 km2,貢獻率分別為70.19%和15.69%,其次是林地流向建設用地和水域,面積分別為221.75,96.50 km2.近20年來,隨著城市化不斷發展,越來越多的非農就業機會吸引勞動力離開農業部門,投入非農產業.農村出現農地邊際化現象,一些撂荒農地為森林恢復提供了可能.同時,人們對生態環境建設的認識加深,減少了對生態用地的占用,注重對生態林草地的保護,因此一些草地逐漸轉變為了林地.隨著工業發展、 城鎮化水平提升,城市擴張可能會侵占少部分耕地、 林地、 草地,但通過比較發現,建設用地導致林地流失的面積相對較少,不會對林地增長造成大的影響．

審圖號： GS(2020)4619號．圖7 2001-2018年華北平原森林變化冷熱點分布圖

表3 2001-2018年土地利用轉移矩陣

4.2 不同自然條件下森林面積變化

在不同自然條件(包括海拔、 積溫、 降水、 距主要河流最短距離等)下,華北平原森林面積變化存在一定差異(圖8).海拔方面,森林主要分布于海拔200 m以下地區,尤其是海拔50 m以下地區.此外,海拔50 m以下地區也是森林減少或增加的主要區域,由于海拔較低的地區受人類活動擾動強烈,因此海拔越低、 土地類型轉換越頻繁.在海拔200 m以下區域,隨著海拔上升,森林變化呈現出增加的趨勢,其中,森林凈增加最多的區域分布在海拔150～199 m的地區.積溫方面,隨著積溫的升高,森林面積呈現出先增加后減少的趨勢,2018年森林增加或減少的區域主要分布于積溫為4 400～4 700 ℃的區域.其中,森林面積增加較多分布于4 400～4 500 ℃,當積溫高于4 500 ℃之后,森林面積呈大幅度下降趨勢.降水方面,2018年森林主要分布于降水量充沛的區域,峰值為950～999 mm； 在降水量低于999 mm時,隨著降水量增加,森林減少面積總體呈現出增長趨勢,森林面積變化由凈增加變為凈減少.距主要河流距離方面,華北平原森林主要分布于距主要河流最短距離150 km以內的區域,隨著距離的增加,森林分布呈現出減少的趨勢.森林凈增加的峰值為50～99 km,當距主要河流最短距離小于99 km時,森林凈增加面積隨著距離的增加而增加,當距主要河流最短距離大于99 km時,距離越大,森林凈增加面積越小.由此可見,華北平原的森林分布與森林變化易受到海拔、 積溫、 降水、 距主要河流最短距離等自然因素的影響．

圖8 不同自然條件下森林分布及面積變化圖

4.3 森林轉型的影響因素

本研究構建全區、 平原區和山東丘陵區3個線性回歸模型,在縣域尺度上分析華北平原森林轉型的影響因素,結果如表4所示．

表4 華北平原森林轉型影響因素模型估計結果

本研究的回歸結果顯示：

在自然條件對華北平原森林變化的影響方面,平均海拔在全區模型和山東丘陵區模型中對森林覆蓋率的變化具有顯著的正向影響.該結果驗證了假說H1的解釋.結合前文分析,華北平原海拔較高的地區主要位于靠近太行山脈一帶以及山東丘陵區,而該區域也是華北平原森林主要覆蓋的地區.華北平原是一個典型農區,往往地形地貌越復雜對農業空間的脅迫性越強,因此,在海拔相對較高的地區,其可開發利用的土地資源受限,加之華北平原年降水量較少,難以滿足農作物生長需求,同時該地區是生態保護的重要區域,農業空間易變為生態空間[48].平均降水在山東丘陵區模型中對森林覆蓋率的變化具有顯著的正向影響,平均積溫在山東丘陵區模型中對森林覆蓋率的變化具有顯著的負向影響.假說H2得到驗證.距主要河流最短距離在山東丘陵區模型中對森林覆蓋率的變化具有顯著的負向影響.該結果與假說H3相對應.華北平原總體上降水量少而蒸發量大,同時農業抽取地下水,導致水資源愈加貧乏,干旱問題嚴重,極不利于自然或人工林地生長,而距離河流較近的地區由于充足的水源補給,有利于植被生長.在平原區模型中,距主要河流最短距離則對森林覆蓋率的變化具有顯著的正向影響,這可能是由于在平原農區距離河流越近,林地與農業用地之間的競爭越強,水源充足更加促進農作物生長,樹木增長則相對較慢．

在人口增長對華北平原森林變化的影響方面,全區和平原區模型中人口密度對森林覆蓋率的變化具有顯著正向影響,這與人口增長會加劇森林砍伐的觀點形成對比,與劉璨等[49]的研究結果一致,驗證了假說H4的解釋．

在競爭性土地利用與農業集約化和現代化發展對華北平原森林變化的影響方面,耕地與森林的數量變化呈顯著負向關系,與喬丹等[50]的研究結果一致,假說H5得到驗證.結合前文分析,該區域耕地是林地主要的競爭性土地利用類型,耕地面積減少會促進森林資源恢復.單位面積農業機械動力在全區和平原區中對森林覆蓋率的變化具有顯著負向影響.該結果驗證了假說H6的解釋,表明了華北平原未實現森林較大增長與農業機械化的發展之間存在的負相關關系.表4結果還得出,在山東丘陵區模型中,單位面積農業機械動力對森林覆蓋率變化的影響為負但無統計學意義,這與全區、 平原區模型中結果不一致,可能的原因是相較于平原地區,山東丘陵區存在一部分宜林荒山荒地,林地的擴張一定程度上來源于宜林荒山荒地,與機械化田塊之間的矛盾較?。?/p>

在國家造林政策對華北平原森林變化的影響方面,人工造林面積累加在3個模型中對森林覆蓋率變化的影響無統計學意義,表明了國家森林政策路徑在華北平原森林轉型過程中作用不明顯.假說H7得到驗證.需要指出的是,盡管國家造林政策對華北平原森林轉型的影響不顯著,但是由于森林在生態環境建設中具有重要意義,制定出更具針對性的政策以及精細化的林地管理措施是未來增加華北平原森林面積、 提高生態環境質量的必然選擇．

綜合上述研究結果可以發現,華北平原森林變化受到自然、 社會經濟等多種因素的共同影響.平均海拔、 平均降水、 人口密度變量對森林轉型具有顯著正向影響,平均積溫、 耕地面積、 單位面積農業機械總動力變量對森林轉型呈顯著負向影響,經濟發展、 人工造林對森林轉型的影響無統計學意義.因此,基于森林轉型路徑理論得出,經濟發展路徑和國家森林政策路徑在華北平原森林轉型過程中的作用并不明顯.而華北平原整體降水量少、 蒸發旺盛的自然條件作為客觀存在且較為穩定的因素,是形成華北平原森林分布及變化格局的基礎.此外,競爭性土地利用情況以及農業機械化發展是制約華北平原森林轉型的重要原因．

具體來看,華北平原不同區域森林變化的影響因素存在一定差異.丘陵區作為森林凈增加熱點的主要分布區域,其森林覆蓋率變化主要受到自然因素(海拔、 積溫、 降水、 距主要河流最短距離)與競爭性土地利用變化的影響,且與假說中預期驅動因素影響方向一致.例如在山東中部與山東半島沿海地區(圖7c),海拔相對高、 積溫相對低、 降水相對較多的區縣(圖4),其對應的森林覆蓋率往往增長較明顯(圖6b).而對于平原區,其森林覆蓋率變化主要受到社會經濟因素(人口、 農業機械)與競爭性土地利用變化的影響,與假說中預期驅動因素影響方向一致.隨著人口的增長,人們的生態需求逐漸增加,會促進森林數量增長.但同時,平原區農業機械化發展對森林增長的抑制作用強烈,特別是在森林凈增加冷點區淮北平原(圖7c),耕地與林地之間互相轉換,災害發生后森林恢復困難,因此導致研究期內平原區森林覆蓋率有所下降(圖6b)．

5 結論與政策建議

5.1 結論

以往我國有關森林轉型發生機制的研究主要集中在森林資源豐富或森林轉型典型區域,對平原地區森林轉型機制的研究相對較少.根據森林轉型路徑理論,經濟增長能促進森林轉型,而華北平原經濟發展迅速,森林轉型卻十分緩慢,其原因值得探索.本研究以2001-2018年土地利用/覆被數據為基礎,分析了華北平原森林變化時空特征,基于華北平原248個樣本區縣,結合自然與社會經濟數據,運用線性回歸模型,揭示了華北平原森林轉型的主要影響因素.得出以下主要結論：

1) 2001-2018年間,華北平原森林凈增長1 213.25 km2,當前正處于森林轉型森林面積凈增加階段,但進程緩慢,森林覆蓋率低.林地增長的主要來源和流失的主要去向均為耕地和草地,林地與耕地兩者之間轉換頻繁．

2) 18年期間,研究區森林增加、 森林減少、 森林凈增加均具有明顯的空間聚集特征.森林凈增加的熱點區域主要分布在山東中部丘陵地區、 山東半島沿海地區以及河南省駐馬店市,而森林凈增加的冷點區域主要集中在淮北平原一帶,均與森林分布情況有較強的空間一致性．

3) 經濟發展路徑和國家森林政策路徑在華北平原森林轉型過程中作用不明顯,其降水少而蒸發量大的自然條件、 競爭性土地利用情況以及農業機械化發展是制約華北平原森林轉型的主要原因．

5.2 政策建議

不同于自然資源優越的山區或林業產業發達的地區,經濟發展或造林政策傾斜能相對有效地促進林地增長,華北平原受到自然條件限制以及農業生產機械化等的影響,導致造林政策措施見效慢、 生態建設滯后的問題,在此背景下,如何推進相關政策有效實施以加快華北平原地區的森林轉型顯得尤為重要.基于此,本研究提出以下政策建議：

1) 優化平原農田防護林帶布局,實施更具針對性的林業政策和精細化的管理措施,將林業政策和措施下沉到村社和地塊層級.在每個機械化田塊周邊建設防護林帶,注重林帶、 林網的結構設計以及空間配置,以適地適樹為原則選取品種優良的林木進行試點后實施推廣,根據不同自然地理條件運用不同的造林技術,發展喬灌結合的復層林帶結構,加強防護林的后續撫育工作； 在地下水漏斗區、 沙化風險區等劣等地上開展種植替代,一些樹木相較于農作物來說需水量較小,可適地發展林果業以替代種植農作物.同時,要建立利益補償機制并加強監管力度,通過政府發放補貼等形式提高農民植樹的積極性.在道路以及河流兩旁建設景觀林帶．

2) 要加強對林草一體保護,江蘇黃淮平原一帶是林地減少的熱點區域,而在該區域種植林草是具有天然性、 長效能的水土流失防治措施,因此不僅要保護現存的林草地,還要注重治理,不斷進行林草補植、 封育、 改良和擴展種植．

3) 要提高人們的生態保護意識,看到植樹造林的長遠利益,認識平原農田防護林網對于改善農田小氣候的重要作用.華北平原大部分耕地都被劃定為基本農田,大型農機作業時存在破壞防護林現象,而農戶對于政府發放的樹苗也常常是只栽不護,造成“年年造林、 年年破壞”的局面出現．

4) 以產業帶動生態,合理推動林業產業發展,如經濟林果業、 綠化苗圃業等.發展平原林業不意味著林糧爭地,而是協調好農、 林產業結構關系,實現糧食生產與生態環境建設的共同發展．

本研究對華北平原2001-2018年森林變化及其影響因素進行分析,為促進華北平原森林轉型提供了借鑒和參考,但仍然存在一些不足之處.前人的研究表明,MCD12Q1數據精度能夠滿足較大區域尺度研究的需要,但是為了進一步提高對森林變化識別的準確度,選擇更高分辨率的土地覆被數據進行分析是下一步研究需要改進的地方.在森林轉型影響因素研究方面,影響森林變化的因素還包括林業投資、 基本農田范圍、 進出口貿易等,由于數據的可獲得性,本研究未能將所有因素考慮在內.因此,基于更高分辨率的土地覆被數據、 綜合多方面影響因素的分析,可能是未來華北平原森林轉型的研究趨勢．