湖南省森林生态安全预警研究

2016-07-20吴润嘉朱玉林

绿色科技 2016年10期

关键词：生态安全预警湖南

吴润嘉，朱玉林

(中南林业科技大学经济学院，湖南长沙 410004)

湖南省森林生态安全预警研究

吴润嘉，朱玉林

(中南林业科技大学经济学院，湖南长沙 410004)

摘要：以湖南省森林生态系统作为研究对象，综合考虑区域特点及发展现状，结合生态安全评价、生态安全预警等理论，借助PSR模型建立了预警体系，分析结果得出：经济、社会、科技教育水平、环境和资源是影响湖南省森林生态系统的主要因素。利用模糊指数评价法，通过最大隶属度原则得到湖南省森林生态安全水平逐年提升的结论并提出了相应的治理措施。

关键词：生态安全；预警；森林；湖南

1引言

森林生态系统是地球陆地上最大、最重要的自然生态系统。它不仅能为其他生态系统提供能量的输入，更重要的是其在涵养水源、净化空气、保持水土，防风固沙及保护生物资源多样性等方面发挥着巨大价值，成为了城市生态系统正常运行的必要依赖。随着人类活动和环境污染的加强，对森林生态系统产生了严重的影响，使得森林生态系统表现出相当的脆弱性。基于此类事实，实现我国林业从原始的砍伐为主的传统模式转向生态建设为主的现代经营模式显得尤为重要。为维护生态的可持续发展，森林生态安全日渐成为关乎人类生存发展的重要课题。

湖南省作为中国的中部经济大省，正在实现由农业化生产模式向工业化发展模式变革的进程中。发展的同时也带来了一系列的生态问题。作为陆地生态系统的主体，森林生态系统承受着巨大的生态压力，遭受了越来越大的威胁。所以，在湖南省积极建设资源节约型、环境友好型社会的关键时期，发展“两型社会”、“生态湖南”不仅仅是经济上有物质收益，同时在生态管理制度建设上也给人们带来更多的启迪和创新，在经济与制度管理上都有着巨大的双重意义。

2森林生态安全预警及其过程

2.1森林生态安全预警的含义

森林生态安全预警是指在森林生态系统的尺度上，利用以往经验及观测结果对森林生态系统现状进行分析，并预测人类的各项活动以及自然灾害对森林生态系统所造成的影响。预报可能发生的生态系统安全异常状况的危害范围以及危害程度，并对此提出相应的解决措施[1]。

2.2森林生态安全预警过程

森林生态安全预警一般包括5个步骤，即明确警义、分析警情、预报警度、探测警源和排除警患[2]。明确警义是整个区域森林生态系统研究的起点，是所有工作的基础。分析警情对实际状况的分析是预警研究的核心，包括对不良状况的判断、对演化方向的推断、对恶化速度的评价，是下一步预测的基础。预报警度是根据警情的分析，在维持现状不变继续发展的情况下，对未来演化趋势的预报。探测警源是对警情成因分析，是排除警患的基础。排除警患是最终目的。

3研究区的概况

湖南省位于我国中南部，长江中下游，处江南丘陵与云贵高原、南岭山地与两湖平原的过渡地带，省内大部分土地位于洞庭湖以南，属于内陆省份。

湖南省地貌复杂，包含山地、平原、丘陵、盆地和水面五类，其中以山地和丘陵为主，气候属于大陆性特征明显的中亚热带季风气候.湖南还是我国南方重点林区省份之一，也是一个林业资源尤为丰富的省份。截至2014年，湖南省森林覆盖率达到了59.57 %，位居全国第8。湖南省自然保护区共190处，总面积136.13万 hm2，占总面积6.43 %，其中以林木资源为主体的自然保护区115个，新增国家级自然保护区3个，总数达22个，面积62.13万 hm2。目前以经营健康森林、保护美丽湿地、打造绿色通道、建设秀美村庄为4大生态主题制定了计划，力保稳步推动湖南省生态状况发展。

4湖南省森林生态安全预警

4.1明确警义：预警指标体系的建立

4.1.1森林生态安全预警指标体系的构建

对于复合生态系统的研究，许多专家学者提出了不同的指标框架体系。其中压力-状态-响应模型(PSR模型)被广泛应用于各种空间尺度及不同生态范畴中，其通过压力-状态-响应这一逻辑方式选取指标，能有效的说明事情的发生及事件发生的原因和人类的动作方式等问题[3]。对于笔者此次的研究，PSR模型能有效回答人为干扰对森林生态环境发生的影响、阐明森林生态问题出现的原因及如何克服森立生态危机、保障其可持续发展。

4.1.2数据的标准化处理

选用数据标准化处理法对数据进行无量纲处理。将所收集到的21个指标数据分为三级七类。对于湖南省2004～2013年n年内森林生态安全状况，共m个指标，指标为xij。其中i为第i个指标，j为第j年。原始数据矩阵为：

X={xij}m×n

(1)

(2)

标准化公式为：

x′ij=(xij-xj)/sj，

(3)

其中x ′ij为标准化以后的值，xj为均值，sj为标准差。

4.1.3指标筛选

从压力、状态、响应3个层面建立指标体系。针对每个项目分别选取该层的主要因子。通过主成分分析法进行降维，运用SPSS.20进行计算分析，得到原始指标的初始特征值、方差贡献率、累计贡献率。再使用主成分矩阵进一步找出对主成分贡献较大的作为最终的指标体系。最终确立的以PSR模型为基础的评价指标体系如表1所示。

表1　最终确定的森林生态安全预警指标体系

注：表中+表示森林生态安全效益型指标，越大越有利；-表示成本型指标，越小越有利

4.1.4数据来源

数据主要摘自《中国统计年鉴》、《湖南省统计年鉴》、《湖南省林业统计年鉴》、《湖南省统计公报》等资料。

4.2分析警情

4.2.1森林生态安全预警模型的研究

通过模糊综合评价模型，以筛选出的含有21个指标的指标体系为基础，计算出生态安全评价矩阵B与级别变量的特征值H。其中相对隶属度矩阵R是借助EXCEL的if函数计算出来的。结合前文的指标体系、分级标准和模糊综合评价法，得出2004～2013年湖南省森林生态安全压力层、状态层和相应层的级别特征值图形，结果见图1。

图1　各指标层级别特征值比较(2004-2013年)

由图1可以看出，森林生态安全的综合判定特征值逐年增加，据此说明湖南省2004～2013年的森林生态安全水平总体上逐年升高。通过最大隶属度的原则得到各年度的级别，森林生态安全的等级在10年间由一般状态向良好状态过渡，没有出现过较大的生态危机，表明经过长时间的综合治理，湖南省的森林生态安全状态稳步提升，正在逐年向理想方向发展，成果显著。10年来理想和良好状态的评价级别的隶属度之和基本呈持续增长状，说明湖南省森林生态安全的总体状况逐年好转。

4.2.2湖南省森林生态安全不同层级分析

(1) 压力层。由图1看出2004～2006年，压力层变化相对平稳，但2004～2005年有增强的趋势，而2006～2007年压力骤降，其后压力增大，2008～2011年稳定下降，然后又急剧上升。总体而言，压力指标波动较大，但总其呈上升趋势，标志系统受到压力总体下降。

从表2根据最大隶属度判断压力层指标(A1)，其结果基本处于良好状态，而结果显示2013年，其最大隶属度为0.21，处于理想状态。相比往年数据，其他年份最大隶属度一般为0.3～0.4，而2013年最大隶属度0.21，较其差别略大，所以不能简单的推断压力层达到理想状态，即在分析时不能简单的把最大隶属度作为单一评判标准。而2013年最大隶属度达到理想级别，可能是经济的飞速增长导致的，人均GDP所占权重也较大，故13年数据指向为理想状态。

表2　压力、状态和响应结果

进一步分析压力层(A1)下的指标，如表3所示。

表3　社会经济压力、资源压力和环境压力判定结果

对于压力层，明显可以看出社会经济稳步增长，一直处于良好状态，而资源压力和环境压力确在逐渐变大，逐步恶化到较差甚至恶劣状态。所以正如前文所言，总体的压力层结果趋于良好只要归因于GDP的增长。而经济增长带来的人口增长对环境又造成压力，表现在，用水以及资源消耗上。同时，工业发展导致的废物排放带来了巨大的环境压力，对于资源压力B2，其中SO2含量虽然有所控制，但是大量的废水排放给环境造成了巨大负担。所以，森林生态系统的安全及可持续发展必须要加强对C6废水排放、C7SO2含量的控制，关注环境问题，协调经济与环境协调发展发展断不能走先污染后治理的老路。

(2)状态层。由图1易知状态层的安全水平逐年呈升高趋势，仅在2007年有所下降，究其原因是地表水资源量的下降同时导致人均水资源含量低，同时，该年防护林造林力度有限，导致了总体水平的下降。

由表2分析得出，状态层逐年由一般变为良好，并且良好状态隶属值逐年升高，说明森林生态系统的状态在逐年好转，说明人类在进行日常活动时也采取了相应的措施避免了生态环境的恶化。进一步分析状态层(A2)下的指标，如表4所示。

由表4可知，资源状态与生态状态均有所提升。2004～2013年资源状态判定级别从良好转为理想，源于各项指标的增加，包括C11森林覆盖率、C8森林蓄积量等。湖南是南方地区，气候多雨，区域有多条河流，人均水资源处于较高水平，这些都有利于资源状态的提升，而生态状态虽有所改善，但还处于较差水平，及其原因可能是自然保护区所占比重的偏低。我国湖南省自然保护区所占国土面积比例仅为2.59 %，远低于国内平均水平。因此，加强湖南省森林生态安全建设还需加强自然保护区的建设和管理。

表4　资源状态、和生活状态判定结果

(3)响应层。图1显示响应层安全水平持续波动，连续稳步增长又突然骤降，表2显示，响应层水平由一般向良好过度，并且在2009年还达到理想状态。说明人类越来越重视森林生态的安全，不管是对科教、环保所占GDP的比重都在逐年增加，污水处理能力以及水土流失治理能力也在稳中有增，少数年份下降的原因是因为随着森林面积的增加，人工造林、退耕还林的边际成本也在持续增加，其造林面积水平难以保持持续增加，导致了响应层整体的波动。

进一步分析响应层(A3)下的指标，如表5所示。

表5　投入情况、和治理情况判定结果

由表5可知，2004～2013年投入情况保持良好，甚至理想状态，表明人们对于生态安全的重视程度在提升，表现在C16科教支出占GDP比例、C17环境保护支出占GDP比例和C15普通高等学校在校学生数的增加。即人们在环保和教育上的投资力度显著加大。这些都有利与森林生态安全的提升。但是B7治理情况波动较大，理想、良好、一般、较差、恶劣5种状态在2004～201310年间都曾显示。而人们对于污水的处理能力和水土流失的治理水平是稳中有进的，究其原因是对于人工造林和退耕还林水平不能保持。一方面是由于人们主观的懈怠，另一方面是由于森林覆盖面积增长所带来的造林难度，人工造林便需要减少耕种土地或者建筑土地来满足造林工程。总之，人们对于森林生态安全的意识及投入都有所增加，响应指标层一直处于良好水平。

4.3探测警源

将21个指标的 “方差贡献值”与“指标载荷矩阵”相乘，得到各个指标权重。结合上述分析可以得到湖南省森林生态安全的主要影响因素(表6)。

表6　影响因子的权重排序

4.3.1对森林生态安全有促进作用的因子

(1)GDP的增长。人们生活水平的提高从而有更多资金投入到对森林生态环境的保护及对污染的治理，比如足够的投资在植树造林、自然保护区和森林的保护等。

(2)主观环保意识的增加。如对水土流失的治理、在保护环境和植树造林的投资有利于湖南省森林覆盖率的增加，保护区面积增加从而森林储蓄量增加，有利于区域生态森林生态系统的健康发展。

(3)整体教育程度的提升。科教所占GDP的增加及高等教育的普及有利于公民整体素质的提升，从而使得整体环保意识的养成，提高宣传的效果以及相关政策的积极贯彻。从而实现人类城市生态系统和森林生态系统的和谐协调发展，实现区域整体发展的可持续。

(4)湖南省所处地理位置对该区域森林生态系统也有着有利影响，湖南省水资源丰富、气候温和、降雨量日照等充足，这些都有标志着人均水资源水平，森林水平都处于良好的程度，森林生态安全等级较高。

(5)环境污染治理的能力提升。降低了环境污染程度，缓解了人类生态系统废物对森林的负面影响，从而减轻森林生态系统承受的压力，有利于森林安全程度的提升。

4.3.2对森林生态安全有负面作用的因子

(1)人口数量的增长。生活水平的提高带来了人口数量的增长，而人口增长一方面对资源的需求量增加，如土地资源、森林资源等，另一方面，产生的污染物质数量也在增加，这些都对森林的可持续发展造成巨大压力。

(2)生活及工业污染物质的持续排放。如SO2、生活污水等。植物对空气污染较为敏感，SO2等污染气体严重的威胁到了植物的生长，其含量水平的降低有利于森林生态安全水平的提升。而污水的排放会导致土地重金属富集，土质破坏等情况，对森林生态安全非常不利。

(3)人口增长带来的资源消耗。如木材的需求，水资源等。对木材的需求导致了森林的砍伐，降低其安全系数。而对于水资源，在总量一定的前提下，人口增长导致人均水平的降低，生态负担加重，资源压力状态长期处于紧张程度。

4.4湖南省森林生态安全对策

对客观数据做出科学技术分析的目的，不仅仅是为了描述事物的样貌与状态，根本的目的还是为了去改造指导我们的对客体的认知。根据上述分析得到的主要影响要素，对湖南省的森林生态安全提出一些自己的看法。

4.4.1加大森林保护投入，加强保护区建设

介于自然保护区在对森林生态安全分析中所占权重列于重要位置，对于湖南省森林保护系统，其自然保护区的建设对于区域森林生态安全建设有着重要意义。截至到2011年底我国共建自然保护区2640个，占国土面积的14.9 %，居于世界前列[4]。而湖南省共建不同级别自然保护区总计109个，其中国家级自然保护区18个，总面积仅占湖南省国土面积的2.59 %[5]。远低于国家平均水平。我省自然保护区以自然生态系统类自然保护区为主，数量占保护区总数的84.26 %，面积占94.54 %。

湖南省自然保护区的建设及发展对两型社会的建设有着重要作用，自然保护区对于区域森林资源的保护、生物多样性的包含、涵养水源、调节气候和防止水土流失等都有着重要意义[6]。为维持保护区的生态功能以及森林生态安全需要加强保护区建设，加大森林保护投入。对宜林荒山，进行造林建设，对于保护区及风景旅游区加强管理保护，以及对病虫林火自然灾害的防治，建立防御体制，保持系统的生态安全。

4.4.2调整经济发展方式，协调生态可持续发展

如上述分析，GDP的增长对于森林生态系统安全的提升起着重要的正面作用。比如较高的环保投资、发达的治理手段及节水技术等。但是，由于大量重污染行业的存在，其对环境的负面影响也是不可忽略的，比如采矿、冶金、造纸等行业，对资源的开采使用，同时排放大量废水废气对于森林生态系统造成巨大压力。在经济核算上，大力推行绿色GDP，综合考虑环境因素与自然资源、对重污染企业加强监管及加强废水废气末端处理力度，坚决不走先污染后治理老路、采用现代科学技术合理利用资源，从资源节约型出发，推进区域经济增长，建设两型社会。

4.4.3加大科教投入，提升居民整体素质

随着社会水平的提升和教育的普及，我国整体素质有了较大提升，环保意识和安全意识得到了增强。对此，可以继续发挥广播电视、报刊杂志、

网络媒体等的舆论监督作用，向居民宣传环保节能的重要性、鼓励乘坐公共交通工具绿色出行等。另一方面，建立或完善群众监督制度，鼓励公众监督举报不法企业，全民参与，共建生态湖南。

4.4.4控制污水的排放，减少环境压力

在源头上全面禁止含磷洗涤用品的生产和销售，防治水质恶化。完善城区给水排水系统，推行中水回用，达到节约用水的目的。另一方面，对于企业加强监管措施，加强排污许可管理，对出水水质严格把关，杜绝小企业、小作坊将废水直接排放到湖泊河流中。

4.4.5加强废气管理，改善大气质量

在固定源上优化能源结构，推行新能源的使用，大力发展天然气等清洁能源，减少煤碳的使用量。移动源方面，治理机动车污染，完善公共交通设施，提倡绿色出行、乘坐公共交通工具等，淘汰老旧机动车辆，推行新能源环保汽车，加强机动车辆管理。加大工地的控制力度，避免扬尘污染，严禁燃烧秸秆、露天焚烧等。

参考文献：

[1]黄莉莉,米锋,孙丰军. 森林生态安全评价初探[J]. 林业经济, 2009(12):64～68.

[2]朱宁. 北京市森林生态安全预警研究[D].北京：北京林业大学, 2012.

[3]米锋,朱宁,张大红. 森林生态安全预警指标体系的构建研究[J]. 林业经济论坛, 2012(2):9～17.

[4]周凤霞,张素文,王艳丽,等. 湖南省自然保护区现状研究与发展建议[J]. 安徽农业科学, 2013,41(11):4950～4960.