天然林保护工程生态恢复的时空特征及评价*

黄颖利，李晗晗，朱震锋，张祥华

(东北林业大学 经济与管理学院，哈尔滨 150040)

20世纪80年代，Aber和Jordan首次提出恢复生态学的概念，确立恢复生态学为生态学的分支[1]；1987年，国际生态恢复学会对生态恢复进行定义，指出生态恢复主要表现为生态系统整合的恢复与管理，包括生物多样性、区域及历史状况以及社会的可持续性实践等方面[2]。此后，评价生态恢复效果成为生态领域的研究热点，国内外学者以区域内生物多样性、生态系统功能等为研究对象[3-4]，从经济、社会、生态3个方面对生物及群落、水土保持功能等展开生态恢复效果评价[5-8]，其中经济与生态的作用是生态恢复的研究热点。虽然，有学者指出生态恢复的社会功能体现在提高经济水平和丰富人们精神观念两个方面[9]，但社会效果没有统一的量化标准，所以在生态恢复社会功能方面有必要通过确定参照物后展开进一步的研究[10-11]。2020年是天然林资源保护工程(简称天保工程)二期的收官之年，生态恢复程度是评价工程实施成效的重要指标之一。以天保工程建设为背景展开的研究围绕于区域范围[12-15]、生态效益[16-21]、综合效益[22-23]、社会效益角度[24-27]、政策制度[28-29]以及可持续发展[30-31]等方面展开，虽有学者通过明确生态恢复的基本内涵为天保工程生态各区域恢复状况评价提供基础性认知[32-33]，但评价天保工程生态修复成效的研究相对不足。因此，以生态恢复为研究视角，通过文献梳理构建天保工程生态恢复成效评价体系，结合2004—2016年天然林保护工程区的相关数据评价天保工程生态恢复成效并进行归类分析，研究结果可为天保工程区展开下一步天然林保护工作提供理论依据与参考。

1 数据与方法

1.1 研究区域概况

天然林在中国森林资源中占有重要地位，根据《中国林业和草原统计年鉴(2018)》，截至2017年，中国天然林面积为1.40亿hm2，占林地面积的43.08%；天然林蓄积量为141.08亿m3，占森林蓄积的80.34%。天然林的生态恢复评价是以天然林保护状况为基础研究对象，整体与区域、时间与空间层面综合分析能够展现天保工程生态恢复状况。2000年，天保工程正式启动，实施区域包括山西、内蒙古、吉林、黑龙江、河南、湖北、海南、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、西藏、青海、宁夏、新疆共17个省市。由于河南省与西藏自治区的指标数据存在缺失，故最终选取天保工程区除河南和西藏以外的15个省市作为研究区域。研究区域林地面积占天保工程区的89.87%，涵盖了天保工程大部分地区；2017年研究区域的活立木蓄积量和森林蓄积量分别115.42亿m3和106.47亿m3，占天保工程区比例均达到80%以上；此外，研究区域的天然林面积和天然林蓄积量分别为1.08亿hm2和91.23亿m3，占天保工程的86.85%与79.35%，研究区域的林业投资完成额为357.54亿元，占天保工程的99.14%。因此，研究区域在森林资源和资金资源均具有研究价值与代表性。

1.2 天保工程生态恢复成效评价指标体系

参考相关研究[2，34-35]，结合天然林保护工程的主要目标(实现天然林面积的增长，改善总体生态系统)，将天保工程生态恢复效果分为3个层面：第一，生态风险层面，主要表现为减少砍伐行为，保持天然林面积，天然林的风险主要受人工砍伐、火灾、森林病虫害等影响；第二，生态状况层面，从水土气候等方面考虑，将森林覆盖率、水土保持、固碳释氧、调节气候等纳入研究[36]；第三，生态恢复能力层面，森林生态系统的动态可持续性是生态恢复的重要特征，生物多样性、森林群落树种丰富性、保护持续性是衡量其生态恢复能力增强的重要指标[6，10-11]。结合生态恢复效果评价的分层，考虑到数据的可获得性，将天保工程生态恢复效果的评价指标主要分为4个一级指标、9个二级评价指标并对二级指标进行进一步的说明(表1)。其中，针对生态恢复能力的评价，由于其他衡量指标量化的困难，故只采用生物多样性一个指标进行衡量。

表 1 天保工程生态恢复评价指标体系

1.3 分析方法

生态恢复的评价需要衡量包含生态群落、生态系统等多种因素的生态恢复情况[37]，评价生态恢复需要对生态恢复相关数据量化分析，因而采用熵权法对天保工程区生态恢复状况进行时间与空间上的评价研究。结合国内外研究来看，天保工程的评价鲜有以生态恢复展开，采用熵权法对天保工程生态恢复进行评价，能够增加天然林保护的生态效果的新视角，对天然林保护政策实施效果有更全面的诠释。

首先，采用描述性统计对天保工程生态恢复效果进行分析。结合生态恢复效果评价，对天保工程研究区域进行时间性动态化分析，并就研究区域的生态恢复状况采用ward聚类分析[38]进行区域化研究。

然后，基于生态恢复评价指标体系，采用熵权法[39]确定指标权重，进一步用权重计算出生态恢复效果数值。结合生态恢复评价数值，对不同类别下的天保工程区进行评价分析，系统展示天保工程实施的生态恢复效果情况。假设存在m个评价指标，n个评价对象，则具体计算方法如下：

⑴

⑵

⑶

⑷

⑸

式中xij表示第i个省市第j个原始二级指标数据；Pij为第i个省市第j个原始二级指标数据占第i个省市所有二级指标数据之和的比例；Ej表示第j项二级指标的熵权值；k与样本数量有关，是为了保证第j个二级指标的Pij相等时，满足Ej=1，此时该项指标无法提供任何信息，对综合评价不起任何作用，此次设定k=1/(ln15)，同时假定，若Pij=0，则令PijlnPij=0；Wj为第j项二级指标的权重系数；Ri表示第i个省市的二级指标的加权综合生态恢复效果值；Ziq是第i个省市第q个一级指标的加权综合生态恢复效果值，为二级指标数值的算术平均；a表示一级指标下的n个二级指标；i=1，2，……，15；j=1，2，……，9；q=1，2，……，4；n=1，2，……，3。

1.4 数据来源

2004—2017年生态风险、生态恢复支持能力与生态状况下的森林资源覆盖状况指标数据来源于由国家林业和草原局编制于2005—2018年出版的《中国林业统计年鉴(2004—2017)》；2004—2016年其他指标数据来源于由国家统计局、环境保护部编制中国统计出版社于2005—2017年出版的《中国环境统计年鉴(2005—2017)》。

2 结果与分析

2.1 生态恢复效果随时间推移呈现波动式上涨

2.1.1 天保工程区生态恢复呈现不断优化趋势

2004—2016年，天保工程区生态恢复效果(R)

图 1 2014—2016年天保工程区生态恢复效果动态变化图Figure 1 Dynamic change chart of the ecological restoration effect of the Natural forest protection project area from 2014 to 2016

表现为波动式上涨(图1)，从2004年的39.02上升到2016年的56.83，天保工程区天然林生态恢复效果明显。一方面，天然林管护面积、森林覆盖率、自然保护区与资本投入都有不断增加的趋势。天保工程区在利用政策资金的前提下，不断拓宽其他融资渠道，大量投入人力、资源推动天然林保护的建设。同时，天保工程利用国家扶持政策，大力发展国家森林公园、森林康养基地或自然湿地保护区等，天保工程生态恢复效果逐年增加。另一方面，沙化土地面积、森林火灾受害面积及森林病虫鼠害发生面积等有波动下降的趋势。尽管部分省区沙化土地面积、森林火灾受害面积或森林病虫鼠害发生面积在某一年会存在增长的现象，但都具有突发性与偶然性，整体上天保工程区呈现向好态势。

2.1.2 天保工程区生态恢复仍存在较大潜力与改进空间

2005年，天保工程区生态恢复效果值为33.76，2015年生态恢复效果值为64.61，经10年发展，生态效果恢复值上涨91.38%。由于林木生长周期长，生态恢复需要的恢复周期时间长，2005年天保工程的实施在2015年发挥了其生态恢复效果。另外，2014年国有林区全面停止商业性采伐，国有林区改革的推进带动林业职工向护林人的角色转变，带动天然林管护能力不断增强，天然林生态恢复能力存在大幅提高。同时，国家森林公园的建设如四川国家森林公园与康养基地的建设等，带动天然林生态恢复质量与经济收入的同步提高。生态旅游产业的建设、森林康养基地的发展显示天保工程不仅仅是原始森林的保护，更能挖掘出其深层次的生态价值，可见天保工程生态恢复具备一定的发展潜力。

天保工程区生态恢复效果值在2005年、2011年和2016年有较大的下降趋势，2005年与2016年分别处于天保工程一期与天保二期的中间阶段，2011年是天保工程二期实施起始年份，2005年、2011年与2016年3年的大幅下降可能与天保工程政策的实施与调整有关。2005年各省市针对天保工程实施情况进行资源与资金的修正，资源、人员相互配合需要一定时间的磨合期。2011年是天保工程二期的起始年，需要针对天保一期存在的问题进行系统优化与不断摸索并配合天保工程顶层设计的建设，所以出现生态恢复效果下降的趋势。2016年天保工程区经历全面停止商业性采伐与国有林区改革，职工人员的角色转换需要一定的政策调整期，生态恢复效果有所下降。另外，由于森林资源、土地沙化等指标数据是每5年或每10年统计一次，可能会导致生态恢复评价的精确度受到影响。因此，由于天保工程人员、技术、管理等方面的不足，其生态功能发挥的作用存在改进与优化空间。不断优化天然林保护基层队伍建设、丰富融资渠道、合理分配资源等措施的实施能挖掘天然林保护背后存在的巨大潜力。

综上所述，天保工程区仍存在一定的发展潜力与改进空间。

2.2 生态恢复效果在空间上存在差异

从总体上看，除了2004年、2005年和2011年以外，天保工程区各省市的生态恢复效果(R)基本能维持在50以上，而2016年有11个省市的天然林生态恢复效果值达到50以上，研究区域生态恢复整体表现良好。2019年中央办公厅与国务院办公厅联合发布的《天然林保护修复制度方案》(简称为《方案》)中，各省市坚持政府主导，以自然恢复为主、人工促进为辅，依据国家政策，在保有地方特色的基础上实现天然林保护良性发展。就地区而言，各地区生态恢复的效果差异明显，以东北地区为例，黑龙江、吉林与内蒙古排名分别为3、9与12名，黑龙江与内蒙古和吉林的生态恢复效果值分别为63.10、54.65与52.77，数值差距超过10，存在较大的生态恢复效果差别。西南地区(包含重庆、四川、贵州、云南)，贵州的生态恢复效果为57.91排第6，与其他排10名以后的三个省市存在较大差异。西北地区(包括陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆)，宁夏、新疆与青海的生态恢复效果位居研究区域的第一、第二与第四位，陕西与甘肃生态恢复效果表现相对靠后。而其他省市地区也存在一定差异，因而将结合ward聚类分析法对研究区域生态恢复效果进行分类并进行综合分析。

就评价指标而言，根据熵权法计算的一级评价指标生态恢复效果的权重数值差距较小。生态风险指标(Z1)对生态恢复效果影响最大，根据生态风险各指标权重所占总权重比例计算出来的加权平均权重为0.11，其次是生态状况(Z2)为0.11、生态恢复支持能力(Z3)为0.09，最后是生态恢复能力(Z4)为0.08。天然林保护工程的发展仍是基于天然林建设的基础上，落实天然林的保护责任、严格限定天然林地占用、强化天然林休养生息制度仍是天然林保护未来发展的主要方向。同时，天然林生态恢复与当地生态状况是相互支撑的关系。一是天然林质量的不断提高，能够带动当地生态系统的修复与完善；二是适度的保护地表植被、加强水土流失治理、减缓荒漠化进程能够促进天然林的良性循环发展。另外，虽然生态恢复支持能力与生态恢复能力对天然林保护工程生态恢复效果值影响较小，但自然保护区与湿地的建设、政府资金投入、其他融资渠道的多样化能够为天保工程长效性发展保驾护航。

2.3 生态恢复区域性分类分析

就区域分类而言，采用聚类分析方法将15个省市分为三类(表2)。第一类地区表现为生态恢复能力增强，该地区生态恢复效率值在63.5以上，具备较强的生态恢复能力；第二类地区表现为生态状况改善，该地区生态恢复效率值为50.0～63.5，能够实现生态状况的改善；第三类地区表现为生态风险降低，该地区生态恢复效果值在50.0以下，只能降低当地的生态风险水平。

2.3.1 第一类地区生态恢复各方面表现优秀，呈现生态恢复能力增强态势

宁夏与新疆位于中国的西北地区，两省的天然林方面的初始资源禀赋相对薄弱，但发展速度较快。具体而言，宁夏的生态恢复效果值在生态状况方面位居研究区域的第二名，但生态风险与生态恢复能力方面排名靠后，并未有突出表现，二者没有达到各省市的生态恢复效果平均值，主要在于生态恢复支撑能力带来的增长贡献。宁夏在资本投入与政府资金方面，虽然政府资金没有达到最高，在各省市中排名第7，但是单位生态效益呈现较高态势。宁夏省域面积小，生态恢复措施实施相对容易，生态恢复效果相对显著，故能达到天然林保护工程生态恢复的前列。新疆在生态状况评价指标方面生态恢复数值达到天保工程区第一的位置，其在抑制沙化土地、治理水土流失有突出表现，能够利用政府资金实现生态环境的改善。新疆地处中国内陆地区，温带大陆性气候为实施天保工程增加难度，例如沙漠的独特地形，为此国家不断投入大量人力资源，同时企业主动参与造林计划，提高当地人的保护意识与积极参与意识，对当地气候改善与沙漠绿洲化有重要影响。另外，2016年新疆在森林病虫鼠害发生面积较2004年增长5倍多，为天保工程区域森林病虫鼠害防治最低水平，可能受到当地气候与环境的影响，需要加强科学监管与技术的投入。

表 2 天保工程区生态恢复效果排名和区域分类

2.3.2 第二类地区整体表现不错，生态状况有所改善

处于第二类地区的省市较多，共有9个，具有在某一生态恢复层面存有明显短板但在其他生态恢复层面表现优秀的特征。具体而言：吉林在生态风险与生态状况方面有较差表现，主要在于吉林是重点天保工程实施地区，其森林资源丰富、国有林区众多，导致吉林天然林管护面积增速与森林资源增速较慢、管理相对困难。海南作为国家生态文明建设的重要区域之一，由于其省内面积相对较小，截至2016年热带雨林已经恢复到65.93万hm2，生态环境有所改善，但是自然保护区面积增速仍然不显著。海南是国家对外贸易的重要省市之一，生态与经济的兼顾是其发展需要思考的重要问题。陕西在生态恢复支持能力数值较低，为4.72排名14，主要在于陕西尽管注重天然林管理与生态保护恢复相结合，但其主要利用国家资金支持，并未推动融资渠道多样化的进程，不利于天然林保护工程的长期发展。综上所述，第二类区域的天保工程实施情况能够体现生态状况的改善，可针对自身不足，主动推动天然林保护工程生态恢复的全面发展。

2.3.3 第三类地区仅能实现生态风险水平的降低，但需要加强各方面建设

第三类地区在生态恢复方面的表现较差。重庆、四川、云南在天保工程生态恢复效果方面发挥的作用有限，究其原因：四川、重庆、云南3个省市更注重天然林的管护与防治，对于水土流失与自然保护区的建设等生态恢复能力层面未有显著成绩。同时，四川更为注重森林康养基地的建设，大力发展生态旅游产业，重庆市注重城市森林建设，两个省市在经济发展方面表现更为突出。四川与重庆自1998年天保工程试点开始发展迅速，后期可能基于高水平的增速放缓，因而生态恢复效果表现不够明显。云南生态恢复数值为34.57，排最后一名，在实施天保工程的各方面都有待加强。另外，甘肃虽在沙化土地减缓与森林覆盖增长方面有突出表现，主要在于实施天保工程之前当地生态环境恶化严重，虽然天保工程实施后生态环境有所改善，但实现生态恢复仍需相当长时间。综上所述，第三类地区亟须在人员、资金、技术等方面加强管理，优化资源配置，尽快根据当地特色发展达成天然林保护生态恢复最优状况。

3 结论与讨论

3.1 结论

天然林保护工程区的生态恢复效果逐年改善，但仍然存在一定的改进空间。天然林保护工程区整体的生态恢复效果良好，但需要平衡天然林管护、水土保持、自然保护区与资金之间的关系，发挥优势，弥补不足。根据生态恢复评价数值可划分为生态风险降低、生态状况改善和生态恢复能力增强三类区域，其中重庆、甘肃、四川和云南处于生态风险降低层面，黑龙江、青海、山西、贵州、湖北、海南、内蒙古、陕西和吉林处于生态状况改善层面，宁夏和新疆处于生态恢复能力增强层面。

3.2 讨论

第一，天然林生态恢复效果的提高仍要以天然林管护为主要的实施措施[40]。天然林的存在对于生态系统的修复、生物种群的丰富都有重要价值，天然林保护机制的可持续发展仍需要集中力量在发展天然林的面积与质量上。提高天然林管护水平能够促进原始天然林种群的丰富与森林质量的提升。因而，需要不断优化天然林管护水平，在完善天然林监管与生态恢复制度的基础上，不断落实天然林保护与生态修复政策。

第二，根据现有状况划分为不同生态恢复区域，因区施策，对天然林保护与修复制度良性发展具有重要意义。在全面禁止商业性砍伐的状况下，各省市仅依靠国家政策资金支持并不能实现长效性发展，因而在不破坏当地生态环境的情况下，适度发展生态旅游、森林康养、碳汇市场等，这对天然林保护循环发展提供经济基础与生态保障。例如四川大力发展森林康养基地、全国各省市积极建设国家森林公园，为天然林生态恢复提供了重要的发展思路与新方向。

第三，天然林生态恢复不论从时间上的动态变化还是从省市的区域差异，都存在较大的提升空间。因而，政策实施除了明确天然林管护责任，建立严格的奖惩制度外，还需要完善护林人员培训制度。在基础设施投入方面，加强科技投入与推广，引进先进管理制度与管理经验，完善监测评价体系，提升生态恢复监测能力。另外，营造全社会保护天然林的氛围，建立完善合理的奖惩制度，结合当地实际，制定地方性保护法规。

第四，天然林生态恢复的描述性评价与研究对中国生态恢复建设与天然林保护具有一定的参考价值。但就当前的资料与技术水平来看，要深入各省市的天保工程生态恢复情况研究，还需要更详细的数据资料与更全面的评价指标体系。因而，天然林保护工程生态恢复的研究需要丰富指标体系，总结前期问题，结合当前制度建设，建立更为全面、规范的评价指标体系，反映生态保护与恢复状况。