內蒙古磴口縣林業生態建設工程綜合效益評價

劉旭升,李獻文,孫 濤

1 國家林業局調查規劃設計院, 北京 100714 2 中國農業大學資源與環境學院, 北京 100193

內蒙古磴口縣林業生態建設工程綜合效益評價

劉旭升1,*,李獻文2,孫 濤1

1 國家林業局調查規劃設計院, 北京 100714 2 中國農業大學資源與環境學院, 北京 100193

林業生態建設工程具有重要的經濟、生態和社會效益。內蒙古磴口縣是林業生態建設工程實施的重點地區,對該區域林業生態建設工程的綜合效益進行評價,具有代表性意義。依據評價指標體系構建原則、相關文獻資料和當地實際情況,構建磴口縣林業生態建設工程綜合評價體系；在此基礎上,通過時間序列分析,完成1991—2015年磴口縣的林業生態建設工程綜合效益量化評價。結果表明：在林業生態建設工程評價體系中,經濟、生態和社會3個方面所占比重不同,其中,國內生產總值、造林面積、吸收二氧化硫年增加價值、削減粉塵年增加價值及農民人均純收入五項指標在綜合效益評價中權重比例較大；近年來磴口縣林業生態建設工程綜合效益較1990—1999年期間有所提高,但波動幅度較大,而近年來研究區綜合效益趨于穩定并略有上升。磴口縣林業生態建設工程在改善區域生態環境、遏制沙化土地擴展等方面的成效相對顯著,有效促進了地區經濟發展。

林業生態建設；時間序列分析；經濟效益；生態效益；社會效益

林業生態建設工程涵蓋了多門學科相關知識,從當前自然資源環境和社會經濟發展現狀出發,將生態、環境和經濟可持續發展三者有效的結合起來,形成復合型生態系統,具有重要的經濟、生態和社會復合效益[1]。雖然我國對于林業生態工程的研究相對較晚,但也取得了一定進展,形成了我國的研究特色,主要體現在：針對林業生態工程發展現狀及存在問題的分析研究[2]；針對林業生態工程建設中技術問題的研究,如胡莽等提出的“適地適樹”原則；有關生態效益補償方面的研究等[3-5]。而在林業生態工程綜合效益評估方面的研究近年來較為集中,通過層次分析法、專家評價、軟件系統綜合集成法以及GIS空間模擬法構建評價指標體系,對林業生態工程進行綜合效益評價成為目前相關研究的重點[6-10]。

為了緩解內蒙古磴口縣所處荒漠化地區日益嚴重的生態環境問題,我國于20世紀70年代開展了林業生態工程建設,先后進行了“三北”防護林、天然林保護工程、退耕還林工程、京津風沙源治理等多項重點林業生態工程建設[11]。尤其是2000年啟動天然林資源保護工程后,京津及周邊地區的生態環境得到了明顯改善。近年來,在全球氣候不斷變化的進程中,生態系統健康這一與氣候變化息息相關的領域也備受關注,國內外研究人員對生態環境變化監測提出了很多研究思路及方法[12-17],我國研究人員更是對林業生態建設區的生態環境變化、荒漠化演變、沙塵暴治理成效等進行了多方面研究[18-22],主要集中在大尺度的綜合效益以及部分小尺度的生態效益、經濟效益等方面研究[23-28]。然而,針對特定地區長時間序列的綜合效益評價往往由于數據的缺失而無法準確完成。

磴口縣位于烏蘭布和沙漠東北部,是典型的生態脆弱區,也是我國土地荒漠化最嚴重的地區之一[26],一直以來都是林業生態建設工程的重點地區。本文對磴口縣林業生態工程實施前后的綜合效益進行評價和分析,揭示近20年來該區各項指標的發展變化,加深對磴口縣林業生態建設工程綜合效益的掌握,為地區生態環境改善及治理等進一步工作的實施提供科學依據。

本文通過分析目前已經建立的林業生態建設工程綜合效益評價體系,遵照評價指標體系的構建原則,構建適合于磴口縣的林業生態建設工程綜合效益評價體系；同時,利用時間序列分析方法補齊2000—2012年間缺失的各項評價指標,并完成2013—2015年間各項指標的預測；最后,將1991—2015年的各項指標數據代入體系,完成磴口縣的林業生態建設工程綜合效益評價。

1 研究區概況

內蒙古巴彥淖爾市磴口縣地處中國西北,地處106°9′—107°10′E,40°9′—40°57′N,西鄰烏蘭布和沙漠,總面積4166.6km2。按照《全國生態功能區劃(2015修編版)》,磴口縣屬于陰山北部防風固沙重要區。本區長期以來農牧交錯經濟結構帶來的草地資源不合理開發利用,導致草原生態系統嚴重退化,表現為退化草地面積大、土地沙化嚴重、耕地土壤貧瘠化、干旱缺水,對華北地區生態安全構成威脅。在磴口縣域范圍內,河套平原與烏蘭布和沙漠的同時存在使該地區形成了典型的荒漠綠洲交錯區,地形除山區外,整體呈現從東南方向逐漸向西北方向傾斜的趨勢,境內海拔最高為2046m。地區內沙區地勢略微平坦,形成的徑流較少。年總徑流總量310億m3。磴口縣境內樹木種類包括喬木22種,灌木29種,地區生態區位極為關鍵[29-30],是整個林業生態建設工程中的重點區域。磴口縣位于溫帶大陸性季風氣候區,年平均氣溫7.6℃,年平均降雨量僅為144.5mm,且蒸發量極大,年平均蒸發量可達2397.6mm。

《磴口縣2015年統計提要》(磴口縣統計局)數據顯示,到2015年,磴口縣內人口11.63萬人,其中農牧區人口7.73萬人。社會生產總值達50.87億元,比上年增長7.9%。農業總產值14.34億元,占比28.23%。林地面積10.712萬hm2。

2 數據與方法

2.1 數據來源

本文所用數據主要來源于《磴口縣統計年鑒》(1991—2011)及《磴口縣2015年統計提要》。1991—2011年各項指標對應數據完整,2014年、2015年兩年獲取到國內生產總值、林業總產值、農民人均純收入及農民恩格爾系數4項指標數據。2012—2015年間的缺失數據利用時間序列分析進行補齊及預測。指標體系中涉及到的涵養水源價值、吸收二氧化硫年增加價值和消減粉塵年增加價值3項指標依據表1中計算方式獲取。

2.2 綜合評價指標體系構建

依據林業生態建設工程以治理風沙危害、改善生態環境、提高區域經濟的目標,考慮各項評價體系構建的全面性、簡易性、科學性、代表性、客觀性、可行性及可比性原則,綜合可獲取數據,將整個綜合評價體系分為經濟效益、生態效益及社會效益三大方面。

同時,深入分析磴口縣林業生態建設工程實施以來的效益、投入產出和環境響應,通過以下3個步驟完成與整個工程相關影響因素指標集的選擇：(1)利用文獻資料查詢完成指標初選。依據林業生態工程綜合效益評價指標體系、中國生態林業工程綜合效益評價指標體系研究相關文獻,確定包括國內生產總值(GDP)、造林面積、林木產品產出等36個指標在內的具體指標；(2)采用專家意見法完成各項指標精選及基本體系構建。對經濟、林業、生態及社會等方面專家進行咨詢,在原有的36個初選目標中,確定指標分層并進行指標再篩選,共得到20個指標；(3)結合當地實際及數據獲取情況,最終篩選出11個指標構建綜合效益評價指標體系。詳細評價指標體系見表1。

2.3 評價指標的時間序列分析

由于研究能夠獲取的主要數據集中在“三北”防護林工程實施期間及林業生態建設各項工程前期實施階段及近期內的部分數據。為了更好地分析各項指標隨時間及工程進度的變化情況,采用時間序列分析方法,首先對2012—2015年間缺失的指標分析預測,然后對1991—2015年,共計25a的數據進行趨勢分析。整個數據的時間序列分析通過Matlab 2015a編程實現。

將2002—2011年各項指標數據作為基礎數據,首先繪制各項指標隨時間變化的時序圖,依據時序圖分析指標變化趨勢。對于存在上升(下降、季節性等)趨勢的指標項,利用數據差值消除趨勢,對于無趨勢的指標項則省略此步驟。此后,采用時間序列分析中經典的移動自回歸ARME(p,d,q)模型為基本分析模型,主要依據殘差序列的自相關及偏自相關系數的拖尾及截尾性質,同時根據AIC最小準則完成最終定階。利用極大似然估計進行模型的參數估計,同時完成模型檢驗(模型殘差序列為白噪聲序列即通過檢驗)[31-32]。

利用通過檢驗的ARME模型,可對此后一定周期內(2012—2015年)的數據進行預測?？紤]到如果直接預測多年之后的模型,精度會降低,故以1a為單位,每預測1a,將該年數據加入原時間序列進行下一次預測。同時,以能夠獲取到的4個評價指標在2014年及2015年的數據為真值(國內生產總值、林業總產值、農民人均純收入及農民恩格爾系數),利用均方根誤差對預測數據進行精度檢驗。

2.4 綜合效益評價

完成1991—2015年數據的補充及整理后,采用客觀賦權法中的變異系數法,進行各項指標權重的計算,同時建立綜合評價模型,將選取出的11個指標進行量化,進行最終的綜合效益評價。評價公式如下：

(1)

式中,pi表示對應第i個指標的權重,xi表示指標數值,n表示指標個數,Y表示綜合效益。

依據變異系數法,式(1)中權重pi依據以下公式計算：

(2)

(3)

表1 磴口縣林業生態建設工程綜合效益評價體系

3 結果與分析

3.1 評價指標時間序列分析及預測

利用Matlab 2015a完成所有評價指標的時間序列分析及預測。對于2002—2011年由磴口縣統計年鑒獲取并計算得到的各項指標數據,根據時序圖分析其趨勢性。圖1為11項指標中的4種典型時間序列變化趨勢。通過分析,國內生產總值(C1),林業總產值(C3)、活立木價值(C6)、農民人均純收入(C9)及森林社會效益(C11)5個指標,在林業生態建設初期,總體呈現逐年遞增的趨勢；而人均林業增加值(C2)和農民恩格爾系數(C10)總體呈現下降趨勢；其余包括造林面積(C4)、涵養水源價值(C5)、吸收二氧化硫年增加價值(C7)和消減粉塵年增加價值(C8)在內的4項指標,均不存在明顯變化趨勢,但其震蕩幅度較大,可以發現C5、C7、C8的變化趨勢基本上與造林面積的變化趨勢相同,受造林面積(林地面積)的影響較大。

圖1 評價指標時序圖Fig.1 Timing diagram of evaluation indicators

對以上存在上升或下降趨勢的7項指標進行去趨勢分析,擬合模型并完成2012—2015年的數據預測,結果見表2。

表2 評價指標數據時間序列預測結果

C1：國內生產總值,Gross Domestic Product (GDP)；C2：人均林業增加值,per capita added value of forestry；C3：林業總產值,total output value of forestry；C4：造林面積,planting area；C5：涵養水源價值,water conservation value；C6：活立木價值,stocking value；C7：吸收二氧化硫年增加價值,annual increase in sulfur dioxide absorption value；C8：消減粉塵年增加價值,annual increase in dust abatement value；C9：農民人均純收入,net income of rural households；C10：恩格爾系數,Engel′s coefficient of farmers；C11：森林社會效益,social benefit of forest

依據《磴口縣2015年統計提要》(磴口縣統計局)中可查詢的2014及2015年的數據,對時間序列分析獲得的部分預測數據,以可直觀表示的相對誤差進行精度驗證。驗證指標及結果如表3所示。

表3 預測指標精度評價

由表3的相對誤差可以發現,除農民恩格爾系數預測精度相對較低外,其他3項指標預測精度相對較高,能夠滿足分析,說明利用時間序列分析能夠滿足工程綜合效益評價指標的預測需求。

在后續分析中,對于能夠獲取統計真值的指標,用真值進行分析,而未能得到的評價指標,用時間序列分析的結果進行評價。

綜合1991—2015年各項評價指標進行變化趨勢分析,圖2為各個評價指標隨時間變化的趨勢分析?？梢园l現,C1及C6、C9的3個評價指標呈直線上升趨勢,但在2002年之前上升趨勢不明顯,2002年斜率增加,說明對應指標數值提高速度增大。

C3、C5及C11的3個評價指標總體上也呈現出上升趨勢,但在整個時間序列過程中,并不是穩步提升,在特定年份會有較大起伏?？梢园l現,在2002年工程實施開始時,林業總產值及涵養水源價值都達到一個較高水平。

C2、C4、C7和C8的4個評價指標趨向于近似正態分布形式,表示對應指標的增長達到最大值,但在2002年林業生態建設工程啟動以來,才出現急劇變化現象,并呈現出飽和,在2012年1期工程結束后,又趨于穩定,但較工程實施之前(“三北”防護林工程實施期間)有所提高；C10是唯一一個呈現震蕩的指標,說明林業生態工程不是影響綜合效益的唯一指標。

綜合11項評價指標,除農民恩格爾系數(C11)在整個過程中沒有出現增長外,其他10項指標較1991—1999年,在工程實施后均不同幅度的提升；但與林地面積相關的3項指標(C4、C7、C8)在一期工程結束后均大幅度降低,二期工程開始后保持平穩。

圖2 評價指標變化趨勢Fig.2 Variation tendency of evaluation indicators

3.2 綜合效益評價

利用變異系數法對各個指標賦權重,完成1991—1999及2000年林業生態建設工程啟動以來至今的各項數據進行分析統計。由表4各項評價指標對應的權重可以發現,在整個林業生態建設工程中,國民生產總值、造林面積、吸收二氧化硫年增加價值、削減粉塵年增加價值及農民人均純收入5項指標在綜合效益評價中權重比例較大,均達到10%以上。

表5為“三北”防護林工程、林業生態建設工程前期及近期工程階段的綜合評價效益指數。可以發現,在“三北”防護林工程實施的9年間,綜合指標在逐步上升,在1997年達到最高為1398.6401×105。而在一期工程治理開始后的第一階段,2007年綜合效益出現最大值,達到2151.7710×105,同時發現,2002年綜合效益與其極為接近(2151.5602×105)。在一期工程結束、二期工程開始后,綜合效益趨于穩定。由圖3可以更為直觀的發現,整個綜合效益呈現出一種近似正態分布的趨勢,在一期工程實施階段,變化浮動較大。但是,可以明顯發現,林業生態建設工程實施后,地區綜合效益較之前有所提高,且逐步趨于穩定。綜合各項指標變化趨勢,發現對于磴口縣的京津風沙治理工程綜合效益評價趨勢分析,其綜合效益受林業相關指標影響較大,隨著人均林業增加值及林業總產值的突發性增加,綜合效益呈現突發性變化。在2005年后,研究區綜合效益趨勢較最優階段有所下降,分析原因,可能集中在一期工程中,各項措施綜合使用,雖綜合效益呈大幅度提升,但并未找到適用于研究區的發展方式,故整個趨勢并不穩定,有大幅度震蕩。而此后,在逐步形成有效的發展模式后,主要方向明確,雖然綜合效益有所下降,但整體趨勢趨于穩定。

4 結論與討論

本文構建了內蒙古磴口縣林業生態建設工程綜合評價指標體系,并對其中各項指標進行分析及預測。綜合考慮各項指標權重,發現國內生產總值、造林面積、吸收二氧化硫年增加價值、削減粉塵年增加價值及農民人均純收入五項指標,對治理工程的綜合效益影響較大。

表4 評價指標權重

表5 不同年份綜合效益

圖3 林業生態建設工程綜合效益趨勢圖 Fig.3 Tendency chart of comprehensive benefits of forestry ecological construction projects

在1999年之前的“三北”防護林工程階段,磴口縣林業生態建設工程綜合效益呈現出明顯的上升趨勢,說明這一工程的實施給當地帶來的包括經濟及社會效益在內的穩步提升；從2000年開始,直至2012年,這一時間段內,磴口縣林業生態建設工程的綜合效益出現了最值,即通過多個林業生態工程的實施,綜合效益基本達到最優,但整個過程中綜合效益并不穩定,波動較大；2013年以來,綜合效益評價指標趨于平穩上升階段。同時發現,最終綜合效益評價指標的整個發展趨勢與造林面積在這一時間段內的發展趨勢非常一致,說明在研究區域生態建設工程中,林業發展對其影響較大。

工程前期,綜合指標變化浮動較大,說明針對生態治理過程中各項政策的調整,對當地經濟、生態及社會各方面效益的影響較大。整體綜合效益評價趨勢說明了在林業生態建設工程中,有針對性地、因地制宜地進行生態建設,更有利于整體效益的穩步提升?？傮w而言,內蒙古磴口縣林業生態建設工程在改善區域生態環境、遏制沙化土地擴展等方面的成效相對顯著,工程建設有效促進了地區經濟發展。

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TheevaluationofcomprehensivebenefitsofforestryecologicalconstructionprojectsofDengkouCounty,InnerMongolia,China

LIU Xusheng1,*, LI Xianwen2, SUN Tao1

1ChineseAcademyofForestInventoryandPlanning,StateForestryAdministration,Beijing100714,China2CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China

Forestry ecological construction projects have important economic, ecological, and social compound benefits. Dengkou County in Inner Mongolia is located at the northeast of the Ulan Buh Desert and is a typical ecologically fragile zone; it is also a key area for forestry ecological construction projects and has representative significance for evaluating the comprehensive benefits of the ecological construction area. Considering the principles of comprehensiveness, simplification, scientifically valid, representativeness, objectivity, feasibility, and comparability of the data, the evaluation indicator system was divided into economic, ecological, and social benefits. In this paper, we describe the development of a comprehensive indicator system for benefit evaluation based on these principles, published works, and the current situation. Firstly, 36 indicators were preliminarily selected from relevant literature. Secondly, 20 of these indicators were carefully chosen using experts′ opinions. Thirdly, 11 indicators were finally confirmed according to the local characteristics and data accessibility. The final evaluation indicator system was composed of 11 indicators, comprising Gross Domestic Product (GDP), per capita added value of forestry, total output value of forestry, planting area, water conservation value, stocking value, annual increase in sulfur dioxide absorption value, annual increase in dust abatement value, net income of rural households, Engel′s coefficient for farmers, and the social benefit of forest. Moreover, the comprehensive benefits of the forestry ecological construction engineering conducted between 1991 and 2015 were evaluated using Matlab 2015a software and time-series analysis method. The results show that the economic, ecological, and social benefits have different proportions in the comprehensive indicator system. The five indicators accounting for a large proportion in the evaluation system were the GDP, afforestation area, the annual increase value of sulfur dioxide absorption, the annual increase value of dust cutting, and the per capita net income of farmers. In addition, the current comprehensive benefits of forestry ecological construction project are better than those in the period of 1990—1999, but the degree of benefit varies greatly. The comprehensive benefits of forestry ecological construction engineering of Dengkou County were highest from 2000 to 2012 and were optimal following the implementation of several forestry ecological construction engineering projects. After 2013, the comprehensive benefits of the forestry ecological construction engineering have stabilized and increased slightly. The trend of the development of the comprehensive benefits in this area followed that of the planting area during this period, indicating that forestry considerably influences ecological construction and environmental protection. The results showed that policy adjustments had considerable influence on local economic, environmental, and social development. The trends in the change in the comprehensive benefits indicated that niche targeting and suitable ecological construction were helpful for steady improvement of the local comprehensive benefits. Forestry ecological construction facilitates the improvement of regional environment quality and preventing desertified land from expanding. Furthermore, it is also effective for promoting local economic development. The present study illustrates the changes in the comprehensive benefits of forestry ecological construction in Dengkou County over more than 20 years. The results can provide a scientific basis for local and regional ecological construction and environmental improvement.

forestry ecological construction; time-series analysis; economic benefits; ecological benefits; social benefits

國家林業局林業公益性行業項目(201204202)

2017- 05- 05;

2017- 08- 07

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liuxush@163.com

10.5846/stxb201705050830

劉旭升,李獻文,孫濤.內蒙古磴口縣林業生態建設工程綜合效益評價.生態學報,2017,37(18):6196- 6204.

Liu X S, Li X W, Sun T.The evaluation of comprehensive benefits of forestry ecological construction projects of Dengkou County, Inner Mongolia, China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(18):6196- 6204.