弥芸 吴普侠 翟晓江 慈顺 董强 张麦芳 赵国平

摘 要 基于可持续发展理念，研究分析2008—2017年陕西省森林生态的承载状态和承载力，并通过熵权TOPSIS法对环境污染现状进行测算，分析及比较2008—2017年陕西省省域森林生态承载力的时空分布规律。研究结果发现：2008—2011年，陕西省的森林生态承载力及环境污染压力波动较大，2011年之后森林生态承载力开始呈现上升状态，尤其在2017年有了大幅度的上升;环境污染压力在2011年之后呈稳定下降的趋势;两方面的共同效应使森林承载率逐渐改善到良好的状态，并且呈现出逐年改善的趋势。基于此，提出加强森林生态承载力建设、降低环境污染能耗总量等相关措施，以确保森林生态承载率水平稳步提升。

关键词 森林生态承载力;环境污染压力;熵权TOPSIS;森林生态承载率

中图分类号：S718.5;X24 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.21.082

森林作为陆地上最大的生态系统，不仅拥有强大的生态功能，也为人类社会经济发展提供了持续动力。森林对大气污染具有净化能力，对环境中产生的污染有一定的吸收和净化作用。而森林的自然生态状况、发展过程中受到的压力以及区位条件均会对森林生态系统造成影响。近年来，影响现今社会人类发展与生存的根本原因为地球环境的日益恶化以及资源的过度。人类以环境破坏为代价进行发展，使森林调节能力丧失，对生态系统的平衡造成严重影响，阻碍人类社会的可持续发展，对生态安全的平衡性造成极大影响。所以，人类在发展的同时应更加注重生态上的平衡。

森林承载力是森林可持续性评价中的一个重要指标，是规划和实施林业可持续发展战略的前提条件[2]。森林生态承载力的内容应为2个方面：森林生态系统可以给外界的支撑力以及外界给予森林生态系统的压力[3]。

由于社会发展等各种因素，人类对森林生态承载力不具备充分的认识，为了发展经济而大面积破坏生态环境，认为自然界的资源是取之不尽的，不重视对生态环境的不利影响[4]。现如今，越来越多关于森林生态承载力的文献发表，这说明相关学者在此方面的研究加大了投入力度，使得森林生态承载力的研究越来越完善。但是，将森林生态承载力与环境污染压力联系起来进行研究的文献较为少见。因此笔者从环境压力维度，以指数比的形式，将森林生态系统是否超过其承载能力数理化，并结合2008—2017年间陕西省森林覆盖率、森林对CO2和SO2的吸收量、工业三废排放等统计数据，分析陕西省森林生态承载力与环境压力的变化情况及联系。

1 研究区概况

陕西省地域狭长，跨越3个气候带，南北气候差异较大。全省气温自西向东、自北向南递增，陕北

7～12 ℃，关中12～14 ℃，陕南14～16 ℃。年平均气温9～14 ℃，年平均降水量340～1 240 mm。降水南多北少，陕南为湿润区，关中为半湿润区，陕北为半干旱区。2017年，全省森林覆盖率43.06%，活立木总蓄积量5.1亿立方米，林地面积1 236.79万公顷，生态环境在2017年发生了由“整体恶化、局部好转”向“总体好转、局部良性循环”的根本转变。

2 研究方法

2.1 评价方法

基于可持续发展理念，以环境污染压力和森林生态承载力子系统作为指标体系，选择针对性较强的指标，对环境污染压力以及森林生态承载力综合指数运用熵权TOPSIS法进行计算，将陕西省2008—2017年的整体状态作为研究对象，对森林生态承载率差异趋势以及演变规律进行研究，为陕西省的可持续发展和环境友好型经济社会的建设提供科学数据。

2.1.1 基于熵权修正的topsis模型的建立

2.1.1.1熵权模型建立

①数据标准化。采用熵值法，利用极差标准化方法对参评指标进行量化统一。正向指标按照式1进行量化，逆向指标按照式2进行量化

式1和式2中，Zij、Xij为陕西省第i年森林生态承载力的第j个指标下的标准化值与原始值，xmax、xmin分别为陕西省森林生态承载力的第j个指标下的最大值和最小值。当指标数值与森林生态承载力正相关时，将采用式1，即数据值越大，指数得分越高，表示森林生态承载力越高;当指标数值与森林生态承载力呈负相关时，则采用式2，即数据值越大，指标得分越低，表示森林生态承载力也越低。

②指标信息熵值e和信息效用值d。陕西省第i年第j项指标的信息熵如式3所示。

式3中，常数k与陕西省各指标的不同时间段有关。对于一个信息完全无序的系统，有序度为零，其熵值最大，n个样本处于完全无序状态分布时，Xij=1/n。此时，k值根据公式4计算得出。

某项指标的信息效用值d取决于该指标的信息熵与1之间的差值，如公式5所示。

③指标权重。利用熵权法估算各指标权重，可以得到第j个指标的权重如式6所示。

2.1.1.2基于熵权法的topsis模型建立

①运用熵权ωj构建加权规范化矩阵Zij，计算公式如式7所示。

②確定森林生态系统现状评价指标的正理想解和负理想解，分别构成森林生态系统现状的正理想解向量S+和负理想解向量S-，其公式如式8和式9所示。

③计算森林生态生态系统现状评价指标与理想解的欧氏距离，为陕西省第i年的森林生态系统现状评价指标与正理想解的距离，为陕西省第i年的森林生态系统现状评价指标与负理想解的距离，其计算公式如式10和式11所示。

④计算陕西省第i年的森林生态承载力评价指数，其计算公式如式12所示。环境污染压力评价指数的计算过程与森林生态承载力计算方法一致。

2.1.2 森林生态承载率

根据森林生态承载力和环境污染压力的综合评价指数，得到森林生态承载率，其定义如公式13所示。

（13）

式13中，当森林生态承载率I>1时，森林承载状态处于富余状态;当森林生态承载率I=1时，森林处于临界状态;当森林生态承载率I<1时，森林处于超载状态，通过该评价公式来评价陕西省的森林承载力状态。

2.2 指标体系的构建

森林的功能不仅体现在森林承载力方面，更是人类与森林间互利的另一种反应特征。就某一时期、某一特定区域而言，森林的数量、结构、功能等状态是确定的，表明其森林承载力也是确定的;人类社会经济活动强度是可以确定的，也就是说人类社会经济活动对森林的压力可以用一定的量来表示[5]。衡量森林承载力的关键在于解释人类社会经济活动是否处于森林承载力的范围内，并着重于通过衡量人类活动的实际影响所形成的压力来表达承载力。因此，可以使用承载指数法，即将某一时期森林实际承受人类社会经济活动的压力量值与森林承载阈值进行比较，将求得相对数作为该指标的评价值对森林承载力进行评价。根据科学性和可操作性原则，笔者构建了以下10个指标组成的2个评价子系统。

2.2.1 森林生态系统承载力指数指标体系的构建

除悬浮颗粒物外，大气污染物处于一定浓度范围内时，森林不仅具有一定程度的抵抗力，还具有相当程度的吸收能力[5]。因此，根据已有文献研究，选取5个针对性较强的森林生态系统服务类指标，组成森林生态系统承载力指数的子系统，如表1所示。1）年均CO2吸收量：据有关研究表明，植物生产1 g生物量（干物质）大约吸收固定1.84 g CO2[6]。因此，可采用公式14计算森林可吸收的CO2总量。2）SO2吸收量：据估计，每公顷森林每年能吸收SO2 700 kg[7]，从而可推算出森林可吸收的SO2总量。3）烟（粉）粉尘吸收量：森林能阻滞、吸收的最大烟（粉）尘量。按照每公顷森林每年能截留过滤空气粉尘、烟尘、悬浮物量达21 t[8]，可算出森林能阻滞吸收的最大烟（粉）尘量。4）造林面积比重：每年的造林面积与当年森林面积的比值。5）森林覆盖率：与造林面积比重同属于可以反映森林数量和质量的指标。

2.2.2 环境污染压力评价指标体系的构建

关于环境治理主要为工业三废方面的问题，森林对大气污染的减轻有极大的作用，主要方式为对工业三废的过滤、吸附、吸收和阻挡作用;以生态安全以及环境承载力等相关文献作为参考，以徐青等关于环境污染综合指数研究作为借鉴，从工业方面选取了5个环境污染指标组成环境污染压力指标子系统，包括工业废水排放量、一般固体废物排放量、SO2排放量、烟（粉尘）排放量和废气排放量，具体如表2所示。

2.3 数据来源

使用的森林生态承载力和环境污染压力指数（表1、表2中的二级指标）均采用“2008—2017”年的陕西省省级面板数据，数据主要来源于《中国林业统计年鉴》（2008—2017年），《陕西省统计年鉴》（2008—2017）和《中国环境统计年鉴》（2008—2017）[9-11]。通过熵权计算各二级指标的权重如表1、表2所示，结合表1和表2中各指标的权重值来看，陕西省森林生态承载力中权重比例更加偏重于“CO2的吸收量”以及当年的“造林面积比重”这两项指标，而CO2的吸收量则取决于森林面积、结构以及蓄积量的增长。环境污染压力中“SO2排放量”和“工业废气排放量”的权重大于其他指标的权重。

3 结果与分析

3.1 森林生态承载力指数与环境污染压力指数评价结果

将2008—2017年的森林生态承载力指标赋权计算后得到各指标得分即为森林生态承载力指数。陕西省森林生态承载力指数变化趋势如图1所示。2008年，陕西省森林生态承载力为0.02，到2017年增长到0.29，有了很大幅度的提升。这是源于2008年我国全面实施了集体林权制，调动了广大农民耕山致富的积极性，同时在“十二五”期间，我国进一步加强了森林生态建设，使得森林资源质量得到了提升。2008—2012年呈波动上升，2012—2016年承载力状态较为平稳;2011—2012年，2016—2017年期间有了较大幅度上升。进一步观察发现，造成2009—2011年承载力下降的原因主要是因为这期间的造林面积比重相对有所下降;2011—2012年，承载力明显上升则是由于森林覆盖率的提升，由之前的37.26%提升至41.42%，随着森林面积以及蓄积量的增加，吸收有害气体及空气悬尘的能力得到了大幅度加强。上述特点的累积效应造成了2008—2012年的波动趋势。2012年之后，森林生态承载力状况一直比较稳定，因为年均蓄积量的增加和森林面积等处于较稳定的状态，造林面积比重变化亦不明显。2016—2017年，承载力的明显上升则是由于占权重最大的CO2吸收量这一指标的明显增高。森林覆盖率进一步提升，由之前的41.42%提升至43.06%，因此吸收有害气体及空气悬尘的数量也得到了大幅度提高。

将2008—2017年的森林环境污染压力指标赋权计算后得到各指标得分即为环境污染压力指数。指数越高表明环境污染压力越大，环境污染越严重。陕西省环境污染压力指数变化趋势如图1所示，总体呈现下降状态，从2008年的0.06下降到2017年的0.02。2008—2012年，環境污染压力呈现较大幅度的波动，在2012年之后处于稳定下降的状态。其中，2009年环境污染压力达到最大值0.41。通过进一步的观察发现，工业废水和固体废物的排放量为十年当中最高量，这是造成2009年环境污染压力指数最高的主要原因，因此造成了较为严重的环境污染。而2017年的各项数据显示，除工业废气、废水排放外，其他指标均为十年之间的最低值，固体废物排放量为0.08万吨，烟粉尘排放量为13.9万吨，SO2排放量为15.8万吨。

3.2 森林生态承载力与环境污染力的动态关系

根据森林生态承载力指数和环境污染压力指数，通过公式13计算可得陕西省2008—2017年的森林生态承载率，十年间陕西省森林生态承载率动态变化趋势如图2所示。

由图2可知，2008—2017年陕西省的森林生态承载率总体呈上升趋势。尤其在2015年之后有了非常大的提升。2008—2011年陜西省生态承载率都处于超载状态，这说明环境污染的压力已经超过森林生态的承载力，森林在维持自我更新的同时已经不能承担超负荷的环境污染压力。2012年，开始出现富余状态，森林覆盖率及森林蓄积量都在持续上升，这是一个累积的过程。森林资源的不断增加使得森林生态承载力得到持续提高。与此同时，环境污染压力也在不断下降，使得森林生态承载力逐渐由超载转变为富余。因此，通过造林、护林等措施来提高森林资源覆盖率并丰富森林结构，可以保证陕西省森林资源高质量发展。同时，森林生态承载率从超载到盈余的状态亦说明了陕西省环境污染问题越来越受到重视，并坚持绿色、低碳、循环的发展模式，最终实现可持续发展的目标。

4 结论与建议

4.1 结论

1）从总体情况看，2008—2017年陕西省的森林生态承载力、森林生态承载率总体呈上升趋势，环境污染压力呈下降趋势;环境污染压力在2008—2012年波动较大，森林生态承载力及承载率在2016—2017年上升幅度明显。2）分别从两个子系统的各项指标来看，森林生态承载力中的森林覆盖率，CO2、SO2和空气悬尘吸收能力都在稳定上升，这些属于累积效果。因此在各指标相对稳定上升的情况下，造林面积比率就成为了权重较大的指标。从环境污染压力子系统指标来看，2009年的固体废弃物排放量、工业废水排放量在十年中显得尤为突出，成为了在环境污染压力中得分最高的一年，其次是2011年的工业排放，各项指标均属于中上水平，而这一子系统得分越高实际污染情况愈加严重。

4.2 建议

改善森林承载率是支撑社会经济可持续发展的有效途径。因此，对于陕西省森林生态承载率的提升需要降低环境的污染程度和相关多方面的建设。具体方案由如下6点：1）通过林业防护和植树造林等相关方法继续加强森林资源保护和管护，使森林生态功能更为稳定稳固;2）提高天然林比例以丰富森林结构，严守生态红线，保障森林生态安全;3）加大生态文明宣传力度，提高全社会的森林生态保护意识，确保森林生态系统健康;4）推进森林由数量型向质量型转变，增强自然生态系统的保护与修复;5）建立森林生态系统安全预警体系，做好森林生态风险防范工作，在森林生态的安全预警方面进一步探索[12]，为可持续发展及陕西森林高质量发展提供保障;6）积极发展环境友好型经济，实现工业三废及空气悬尘等污染物的减少及无害化和循环利用。

参考文献：

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[11] 陕西省统计局.陕西省统计年鉴2008[M].北京：中国统计出版社，2008.

[12] 顾艳红，张大红.省域森林生态安全评价——基于5省的经验数据[J].生态学报，2017，37（18）：6229-6239.

（责任编辑：赵中正）