基于PSR模型的长株潭地区森林生态安全动态评价

毛旭鹏，陈彩虹，郭 霞，周丹华，胡焕香

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

基于PSR模型的长株潭地区森林生态安全动态评价

毛旭鹏，陈彩虹，郭 霞，周丹华，胡焕香

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

为了揭示长株潭地区森林生态安全演变规律及其影响因素，基于PSR模型，依据研究区具体情况构建森林生态安全评价指标体系，同时利用熵值法赋权，结合模糊综合评价法对研究区森林生态安全状况进行评价分析。结果表明：2006年至2010年长株潭地区森林生态安全综合评价等级值由3.6186增长至3.9040，总体水平都处于“一般”状况；由于受到冰雪灾害和森林火灾的严重影响，2008年森林生态安全综合评价等级值最小。

森林生态安全；PSR模型；熵值法；隶属度；长株潭地区

森林生态系统是陆地生态系统的主体，随着人类开发活动的加剧，施加在森林生态系统上的压力也在持续增大，森林生态系统的失衡将对社会经济造成严重威胁[1]。随着长株潭“两型社会”建设的大力开展，开始注重环境友好型发展模式、社会制度和生态技术，以谋求经济社会与生态环境之间的良性循环[2]，因此，森林生态安全作为生态安全的重要组成部分，其是否能够得到保障将对“两型社会”建设中的生态安全建设产生重大影响。目前国内外主要集中研究区域土地、水环境、农业及湿地等领域的生态安全，对森林生态安全的研究尚少[3-6]，而对森林生态安全已有的研究大多还停留在以现状静态评价分析为主的阶段。本研究以长株潭地区森林生态系统为研究对象，对其进行森林生态安全动态分析，研究其演变规律和影响因素，从而为消除森林生态安全所造成的不利影响提供决策依据，加快“两型社会”的建设步伐。

1 研究区概况

本研究的范围为湖南省长沙、株洲和湘潭3市地区，简称长株潭地区。位于东经111°53′ ～114°15′，北纬 26°03′ ～ 28°05′之间，地处湖南省中东部，湘江下游，沿湘江呈“品”字形分布，两两相距不足40 km，分布结构紧凑，是湖南省经济发展的核心区域，并于2007年被批准为“两型社会”建设综合配套改革试验区。该区总面积2.82万 km2，占湖南省域总面积的13. 3%。境内以山地和丘陵为主，地形起伏较大，东西高，中北部低，平均海拔400 m，最低海拔27 m，相对高差达2 000 m。属亚热带季风性湿润气候，气候温和，雨量充沛，四季分明。多年平均气温17.5℃，无霜期在286 d以上，多年平均降雨量1 378 mm，年平均光照时数达1 665 h。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究原始数据来源于湖南省统计年鉴（2007～2011）、湖南省森林资源统计年报（2007～2011）及其它相关数据。

2.2 评价指标体系的建立

到目前为止，专家学者已经提出了许多指标体系框架，其中PSR（Pressure-State-Response Model）框架[7-8]目前已广泛应用于气候变化、生物多样性与景观、城市环境质量、水资源、森林资源等指标体系的研究[9]。PSR模型在选取指标时使用了压力-状态-响应这一逻辑思维方式，目的是回答发生了什么、为什么发生以及人类如何做这样3个问题[10]。本研究基于PSR概念模型框架，从森林生态安全的内涵出发，以建立评价指标体系的科学性和系统性为原则，将森林生态安全总体水平状况分为压力指标、状态指标和响应指标3个准则层。针对要素层，结合研究区的具体情况，选择一些使用频率较高、具有代表性的指标，向有关专家征询意见后对指标进一步调整[11]，最终建立长株潭地区森林生态安全评价指标体系（见表1）。

表1 长株潭地区森林生态安全评价指标体系Table 1 Evaluation index system of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

2.3 指标权重的确定

目前评价因子权重的确定可分为两大类：一类是主观赋权法，如层次分析法（AHP）和德菲尔法（Delphi）等；另一类是客观赋权法，如主成份分析法、因子分析法、灰色关联分析法和熵值确定法等[12]。在信息论中，熵是信息无序度的度量，熵越大，信息的无序度越高，其信息的效用值越小，该指标的权重越小；反之，熵越小，信息的无序度越低，其信息的效用值越大，权重越大[13-14]。熵值法在计算权重时能避免过大的主观性，因此，本研究采用熵值法确定各指标权重。

2.4 模糊综合评价模型的构建

国内外学者对于生态安全的评价多采用综合评价模型、灰色关联度评价模型、生态足迹评价模型、模糊综合评价模型等[15]。本研究评价指数需要指标层、要素层与准则层各项指标进行层层合成，因此，采用模糊综合评价模型进行评价分析。

2.4.1 评价标准的确定

由于研究区条件和研究目的不同，到目前为止，关于森林生态安全没有统一的关于确定评价标准的方法。本研究在参考国内外相关研究的标准以及对长株潭地区实际情况进行分析后，把评价标准分为差、较差、一般、良好和理想5个等级，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示[16]。

2.4.2 建立模糊综合评价模型

由于安全概念本身具有模糊特性，因而采用模糊数学的概念和方法，建立森林生态安全模糊综合评价模型，这比传统的评价方法更能符合现象的实际情况[17]。模糊综合评价法是通过构造等级模糊子集，确定各指标隶属度，再利用模糊变换对其进行评价[18]，步骤如下[19-21]：

(1)有m个评价指标，被评价对象的指标域为X={x1,x2,…,xm}；

(2)评语集V={1，2，3，4，5}T，其中1为“恶劣”，2为“差”，3为“一般”，4为“良好”，5为“理想”；

(3)m个指标对5个等级的隶属度构成一个模糊关系矩阵，如下：

式中：rij表示指标域X中第i个指标xi对应于评语集V中第j个等级vj的相对隶属度。

rij具体函数定义如下：

对于效益性指标：即dj＜dj+1

当j=1时：

当j=1,2,3,4时：

当j=5时：

成本性指标符号与正效应指标相反，其中：rj为xi指标对j等级的隶属度值，dj为j等级的标准值，x为i指标的实际值。

(4)计算隶属度向量

本研究森林生态安全评价指标体系是层次结构，因此，复合运算需要计算要素层、准则层、目标层的隶属度向量。以要素层隶属度向量Rc计算为例，其运算公式如下：

式中：wi为要素层各评价指标对应指标层各指标的权重，rfj为要素层各评价指标对应指标层各指标隶属于j等级的隶属度。

计算各层次森林生态安全评价值

为了直观表示森林生态安全的等级，需要对各层隶属度进行级别变量特征的计算。模型如下：

N=M·V。

式中：M表示各层次的隶属度向量，V为评语集。

3 结果与分析

3.1 计算结果

3.1.1 指标权重结果

本研究通过熵值法确定各指标权重，结果见表2。

3.1.2 评价标准结果

本研究在参考相关文献和国内外相关标准后，将研究区森林生态系统的背景值和本底值[22]作为评价标准，结果见表3。

3.1.3 森林生态安全评价结果

根据模糊综合评价模型，得到了长株潭地区森林生态安全评价结果，见表4与图1。

3.2 森林生态安全评价结果分析

3.2.1 森林生态安全压力

由表4和图1可知，研究区森林生态安全压力等级值从2006年的3.386 7增长到2010年的4.4056，并且有逐年增长的趋势，表明研究区森林生态系统所受压力正在逐年减小。由于乱砍滥伐林地面积大幅度减少和疏林地所占比例大幅度降低，其所受压力已经从2006年的“一般”状况逐渐转变为2009年和2010年的“良好”状况。

表2 长株潭地区森林生态安全评价指标体系权重Table 2 Weights of forest ecological security evaluation index system for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

表 3 长株潭地区森林生态安全评价标准Table 3 Evaluation standards of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

表4 长株潭地区森林生态安全评价结果Table 4 Evaluation results of forest ecological security for Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

图1 长株潭地区森林生态安全水平动态变化Fig.1 Dynamic changes of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

3.2.2 森林生态安全状态

由于研究区2007年病虫害造成活立木蓄积量的减少，其森林生态安全状态等级值在2006年的基础增长了2.58%；2008年冰雪灾害和森林火灾的严重影响造成活立木蓄积量和活立木总生长量大幅度减少，其状态等级值较2007年下降了12.24%，下降幅度巨大；研究区2008年至2010年期间没有遭受到大的自然灾害，加之森林火灾面积大幅度减少，森林生态安全状态等级值由3.418 0增长到了3.881 2，尽管还处于“一般”状况，但其森林生态安全状态正在逐年好转。

3.2.3 森林生态安全响应

研究区2006年至2008年更新造林面积大幅度逐年减少，森林生态安全响应等级值由3.570 1降低至3.148 5；2009年和2010年响应等级值增长至3.385 3和3.406 1，虽然投入能力的增强对响应等级值有一定的促进作用，但是由于在冰雪灾害和森林火灾后，封山育林和更新造林面积大幅度减少，从而造成2010年的响应等级值还没有恢复到2006年的水平。

3.2.4 森林生态安全综合评价

研究区森林生态安全状态和响应等级值分别下降了12.24%和3.28%，由于森林生态安全压力等级值增长了8.83%，其森林生态安全综合评价等级值仅下降了4.11%，为五年中最小值。2006年至2010年森林生态安全综合评价等级值由3.618 6增长至3.904 0，整体呈现增长趋势，2009年和2010年森林生态安全状况在2008年的基础上处于快速恢复阶段。

4 结 论

（1）研究区2006年至2010年森林生态安全综合评价等级值整体呈现增长趋势，增长速度缓慢，在评定等级上都处于“一般”状态。

（2）压力等级值逐年增长速度较快，从2006年的“一般”状况转变为2010年的“良好”状况，森林生态安全承受的压力逐年减小；2008年状态等级值最小，处于“一般”状况；2009年和2010年的响应等级处于“一般”状况，但还没有达到2006年的水平。

（3）长株潭“两型社会”的快速发展和一系列林业法规制度的出台，人们开始逐渐重视森林生态安全方面的保护，研究区森林生态系统所承受的压力逐年减小。

（4）在2008年冰雪灾害和森林火灾后，封山育林和更新造林面积大幅度减少，使得2009年和2010年的响应等级值增长速度缓慢，今后应及时加强森林保护管理工作。

5 讨 论

笔者对长株潭地区森林生态安全进行了动态分析，研究结果符合实际情况，因此，本研究方法科学可行。本研究基于PSR模型，结合熵值法和模糊综合评判法进行定量的森林生态安全动态评价，避免了过多的人为主观因素影响，因此增强了评价的科学性。采用多个指标与大量的数据进行综合评判，保留了综合评价时信息的完整性，从而提高了综合评价的准确性。但是在进行指标体系构建的时候会存在一些主观因素，此方法还有待改善。

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A dynamic assessment of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiantan area based on PSR model

MAO Xu-peng, CHEN Cai-hong, GUO Xia, ZHOU Dan-hua, HU Huan-xiang
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ In order to reveal the evolution rule and influence factors of forest ecological security in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan area, according to the concrete conditions of the study area, a set of indices system for assessing forest ecological security was constructed based on PSR model, and the forest ecological security of the study area was analyzed by using entropy method and fuzzy comprehensive evaluation method. The results show that the comprehensive evaluation value of forest ecological security increased from 3.6186 to 3.9040 in 2006 and 2010 and all the overall levels were in state of “general”. Due to the snow disaster and the serious forest fire, the forest ecological security of 2008 was at the lowest level.

∶ forest ecological security; PSR model; entropy method; membership degree; Changsha-Zhuzhou-Xiantan area

S718.55+7

A

1673-923X(2012)06-0082-05

2011-12-28

湖南省科技计划项目“长株潭地区森林生态系统预警研究”(2010NK30333) ；湖南省“十一五”重点学科建设计划资助项目“森林经理学科”(2006-028-0015)

毛旭鹏（1988—），男，河南孟州人，硕士研究生，主要研究方向为森林经营数表与森林可持续经营

陈彩虹（1968—），女，湖南邵东人，博士，副教授，主要从事土地资源管理和森林可持续经营管理等方面的教学科研工作；E-mail：chencaihong056@163.com

[本文编校：罗 列]