1998—2018年我國林業有害生物災情的時序分析*

孟 貴 劉葉菲 張旭峰 趙程樂 吳水榮

(1.中國林業科學研究院林業科技信息研究所 北京 100091； 2.中國科學院地理科學與資源研究所 中國科學院區域可持續發展分析與模擬重點實驗室 北京 100101；3. 北京工業大學經濟與管理學院 北京 100124)

21世紀以來，經濟快速發展的背后是生態資源的超強度開發與利用，社會發展對生態環境的干擾強度也大大增強，成為制約我國經濟可持續發展的重要因素(張文彬等， 2014)，加之氣候變化(丁文廣等， 2010； 蘇立娟等， 2015)、國際貿易(Valentaetal.， 2017)和國家林業生態建設工程的大規模實施，致使我國林業有害生物災害特別是林業病蟲害的發生強度與頻率明顯增加，這也導致我國林業災害形勢日漸復雜(曾菊平等， 2014)。林業病蟲害會降低木材材質，抑制林木的自然生長與更新，從而造成森林資源大量損失，對生態環境造成嚴重影響(亓興蘭， 2020)。此外，病蟲害還會增加受損林木處理、伐除及更新造林成本(Kentetal.， 2011； Changetal.， 2012)，帶來景觀價值、森林游憩和森林碳匯等方面的經濟損失(Sydnoretal.， 2007； Bigsbyetal.， 2012)。

盡管21世紀前10年，我國林業有害生物災害發生面積主要以輕度為主，但作為生態安全的重要影響因子(蔡秀亭等， 2019)，它直接導致的森林資源損失較為嚴重且發展前景不容樂觀(曾菊平等， 2014)。已有研究表明，林業病蟲害導致我國在1996—2001年年均損失約880億元(蘇宏鈞等， 2004)， 2006—2010年年均損失高達1101億元(宋玉雙等， 2011)。另一方面我國林業有害生物災害發生面積呈現逐年上升趨勢，對森林資源和生態環境安全構成嚴重威脅，在我國實際造成的損失已超過森林火災(赫傳杰， 2017)。然而，在我國林業有害生物危害較重的背景下，采取的措施卻不能有效滿足區域化的防治需求，不足以緩解國內較大的防治壓力(才琪等， 2020)。準確識別不同時期我國林業有害生物災害的強度變化及災情綜合等級的年際變化是制定行之有效的應對策略及實施差異化的財政補貼政策的前提，對防范林業災害風險具有重要意義。有關災情等級的界定與劃分，現有研究主要從林業病蟲害發生面積或造成的經濟損失等方面進行界定，如張穎等(2019)按照受災面積大小將我國林業病蟲害的劃為四類，受災面積越大的省份其災害類別也越高，反之則越小； 張旭等(2020)根據經濟損失程度得出華東、華南地區是我國松材線蟲病重災區。然而由于林業有害生物災情評估指標選取、計算方法和時間節點等因素的不一致性，造成林業生物災害損失評估結果缺乏可比性(劉萍等， 2016)。此外，當前對我國林業生物各類災害發生特征與趨勢以及林業生物災害綜合等級的年際變化猶未可知。

基于此，為準確識別我國林業有害生物災情的時間變化趨勢，明確各林業有害生物災害的差異及強度變化，本文綜合分析我國1998—2018年林業各類有害生物災情的發展變化趨勢，初步研判災情綜合等級，以期為林業管理部門精準施策、科學防控，制定合理有效的防范應對策略提供科學支撐。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

1998—2018年我國林業有害生物災害發生總面積及其病害、蟲害和鼠害的輕度、中度和重度發生面積數據均來源于各年度的《中國林業統計年鑒》。

1.2 研究方法

利用1998—2018年我國林業有害生物災害統計資料，采用數值分析方法對我國林業有害生物災害發生情況做一般性統計分析； 通過計算林業有害生物災害發生率變異值來分析研究期內林業各類有害生物災害的強度變化，進一步結合灰色關聯度法計算出的病害、蟲害和鼠害在林業有害生物災害中的比重來確定1998—2018年我國林業生物災害的災情綜合指數，從而識別研究期內每年林業有害生物災情的綜合等級。

1.2.1 災害發生率變異值 我國森林面積逐年增加，僅僅通過每年的林業有害生物災害發生面積尚無法準確揭示并比較不同年份林業生物災害發生程度及差異變化。災害發生率變異值可用于比較分析災害發生的相對損失量及災害強度，在農業氣象災害的災情等級及其造成損失的定量評估等方面得到廣泛運用(張星等， 2007； 杜會石等， 2016； 何學敏等， 2019)。根據1998—2018年林業生物災害中的病害、蟲害和鼠害發生率的變異值初步分析研究期內上述各類災害的災情強度變化。

定義當年我國林業生物災害中病害、蟲害和鼠害的發生面積與當年林業生物災害總面積的比值為對應災害的發生率，分別用A1i、A2i和A3i表示，在確定各類災害發生率的標準差后可計算出相應災害的發生率變異值(Bki)。計算公式及步驟如下：

Aki=Qki/Si；

(1)

(2)

Bki=(Aki-Ak)/δk

(k=1，2，3；i=1998，1999，…， 2018)。

(3)

式中，Aki為第i年第k類林業生物災害發生率，當k=1、2、3時，分別表示第i年林業病害、蟲害和鼠害發生率；Ak為第k類災害多年平均發生率，當k=1、2、3時，分別表示林業病、蟲和鼠害多年平均發生率；Qki為第i年第k類林業生物災害發生面積，當k=1、2、3時，分別表示第i年林業病害、蟲害和鼠害發生面積； Si為第i年我國林業生物災害發生總面積。δk為標準差，當k=1、2、3時，分別表示林業病、蟲和鼠害發生率的標準差。Bki為第i年第k類林業生物災害發生率變異值，當k=1、2、3時，分別表示第i年林業病害、蟲害和鼠害的發生率變異值。

1.2.2 灰色關聯度分析 由于林業生物災害種類的多樣性，各類生物災害的災情等級的差異性，不同災害對林業資源的影響程度也存在不同，綜合評價我國林業生物災害的災情變化，需要明確生物災害的構成并計算出各類災害的權重(張星等， 2007； 杜會石等， 2016)。灰色關聯度分析方法是根據系統內各因素間的發展趨勢的相似或差異程度來衡量因素間關系的緊密程度，依據因素間的幾何接近來判斷各因素對系統行為的影響程度(李洪心等， 2008)，作為一種被廣泛使用的評價方法，其常用于對受到多種要素影響的對象進行綜合評價(劉國棟等， 2021)，在災情分析和災害損失評價方面得到廣泛運用(張星等， 2007； 杜會石等， 2016； 于小兵等， 2019)。灰色關聯度取值范圍在0～1之間，關聯度越接近于1，則關聯程度越大。一般認為關聯度取值在0～0.4之間時，表示各因素間的關聯度較低； 在0.4～0.6之間時，則表示關聯度中等； 在0.6～0.8之間時，關聯度較強； 而在0.8～1之間時，則表示關聯度極強(張曉娜等， 2020)。

我國林業有害生物中病害、蟲害和鼠害對其總體災害水平的權重可以根據它們各自的災害發生率對有害生物災害總體發生率的關聯度來確定(張星等， 2007； 杜會石等， 2016)。設林業生物災害總發生率(X0)為系統特征序列，求其與病害(X1)、蟲害(X2)和鼠害(X3)發生率的灰色關聯度。

系統行為序列為：

X0={x0(i)，i=1998，1999，…， 2018}；

(4)

Xk={xk(i)，i=1，2，…，21(k=1，2，3)}。

(5)

兩級數列的絕對差為：

Δi(k)=|x0(k)-xi(k)|

(k=1,2,3;i=1998,1999，…，2018)。

(6)

關聯系數為：

(7)

(8)

圖1 1998—2018年我國林業有害生物各程度災害發生面積及發生率Fig.1 The occurence area and rate of forest pest disaster in China from 1998 to 2018

1.2.3 災情綜合評價 按照公式(3)、(8)可分別計算出病害、蟲害、鼠害在林業生物災害中的發生率變異值及其對應的權重，參考張星等(2007)對福建省1980—2004年農業氣象災害等級劃分和陳云峰等(2010)對我國1989—2008年氣象災害損失分析，提出我國林業生物災情綜合評價公式：

yi=ω1×B1i+ω2×B2i+ω3×B3i

(i=1998，1999，…， 2018)。

(9)

式中yi表示第i年我國林業生物災情綜合指數，ωi和Bki(k=1，2，3)分別代表前文中的災害權重和災害發生率變異值。為準確判明并比較1998—2018年內各年綜合指數值在總體中的位置及各年災情綜合等級差異，計算出yi后，按照對稱等分間隔法將我國林業有害生物災害劃分為輕、小、中、大和重5個等級。

2 結果與分析

2.1 我國林業有害生物災害年際變化

2.1.1 林業有害生物災害總體趨勢 1998年以來我國林業有害生物災害發生面積呈現波動上升趨勢(圖1)。2005—2007年林業有害生物災害發生面積年均增幅最大，隨后災害發生面積總體上趨于穩定，近幾年災害面積穩定在1 200萬hm2左右，但災害面積仍有不斷增長趨勢。從林業有害生物各程度災害的發生面積來看，我國林業有害生物災害發生面積一直以輕度災害為主，中度次之，重度最小。近幾年，輕度災害發生面積每年穩定在900萬hm2以上，中度、重度災害發生面積每年分別在200萬、70萬hm2左右。

就各程度災害發生面積增長情況來看，輕度災害面積總體呈逐年上升趨勢且遠遠高于中度和重度災害面積，在總面積中所占比重最大； 21世紀以來，中度和重度災害面積在2005—2007年出現明顯上升，其余年份二者總體上均保持下降態勢； 最近幾年，輕度災害發生面積約占總災害面積的76%，中度和重度災害發生面積分別約占總災害發生面積的17%和7%。總體而言，我國林業有害生物災害雖然以輕度為主，但災害發生面積總體呈逐年增加趨勢，中、重度災害發生面積和發生率不斷降低。

2.1.2 林業有害生物各類災害發生面積及變化趨勢 1998年以來，我國林業有害生物各類災害發生面積及其變化趨勢如圖2所示。林業有害生物各類災害發生面積中，蟲害發生面積遠遠高于病害和鼠害的發生面積，以2018年為例，蟲害的發生面積約為840萬hm2，而病害和鼠害的發生面積分別約為177萬、187萬hm2。比較各類災害每年發生面積的變化發現，1998—2003年林業病害和鼠害的發生面積不相上下，年均值約為85萬hm2； 2004—2017年，鼠害的發生面積要略高于病害。此外，各類災害發生面積的增長率中，林業鼠害發生面積的增長率要高于病害和蟲害。具體而言， 2018年林業鼠害、病害和蟲害發生面積增長率較1998年分別增長了156.36、83.09和57.72個百分點。因此，在注意到每年林業蟲害發生面積嚴重性的同時，也應看到林業鼠害發生面積快速增長的嚴峻態勢。

圖2 1998—2018年我國林業有害生物各類災害發生面積Fig.2 The occurence area of forest pest disaster in China from 1998 to 2018

根據圖3a我國林業病害發生面積變化趨勢發現，1998—2002年林業病害輕度、中度和重度發生面積均保持下降趨勢； 2003—2018年病害輕度發生面積總體保持波動上升趨勢； 林業病害中度發生面積和重度發生面積變化趨勢較為一致且多數年份中度病害發生面積要高于重度病害發生面積。此外，輕度病害發生面積占林業病害總面積的比重隨時間變化，較中度和重度病害發生面積的比重在不斷提高，具體而言，輕度、中度和重度病害占病害面積的比重分別從1998年的54.29%、30.18%和15.53%發展為2018年的69.05%、12.82%和18.13%， 2018年輕度和重度病害發生面積的比重較1998年分別增長14.76和2.6個百分點，中度病害發生面積的比重則下降了17.36個百分點。

根據圖3b我國林業蟲害發生面積的變化趨勢發現，研究期內我國林業蟲害輕度發生面積總體呈波動上升趨勢，中度和重度發生面積呈下降趨勢。隨著時間推移，蟲害輕度發生率的比重較中度和重度發生率的比重而言，增長幅度最大。具體表現為，1998年林業蟲害輕度、中度和重度發生面積占比分別為47.09%、31.31%和21.59%，而2018年上述比重分別為77.91%、16.83%和5.26%， 2018年輕度蟲害發生面積的比重較1998年提高了30.82個百分點，中度和重度發生面積的比重則分別下降了14.48和16.33個百分點。

圖3 1998—2018年我國林業病害與蟲害發生面積Fig.3 The occurence area of forest disaster and insect pests in China from 1998 to 2018

根據圖4我國林業鼠害發生面積變化趨勢發現，1998—2007年林業鼠害各程度災害發生面積呈波動上升趨勢，其中2005—2007年增長速度最快； 2008—2018年，鼠害輕度發生面積總體呈上升趨勢，而中度和重度發生面積則呈現下降趨勢。就林業鼠害各程度發生面積的比重而言，1998年輕度、中度和重度發生面積的比重分別為30.92%、52.07%和17.01%， 2018年上述比重分別為77.08%、20.17%和2.75%。2018年鼠害輕度發生面積的比重較1998年提高了46.16個百分點，中度和重度發生面積的比重則分別下降了31.9和14.26個百分點。

圖4 1998—2018年我國林業鼠害發生面積Fig.4 The occurence area of forest rodent damages in China from 1998 to 2018

綜上所述，1998—2018年我國林業有害生物各類災害的發生面積主要以輕度災害為主，中度和重度災害發生面積及發生率存在災害類別差異。具體來說，除2018年林業病害重度發生面積高于中度發生面積外，其余年份我國病害、蟲害和鼠害的輕度和中度發生面積均高于其災害的重度發生面積。2018年林業有害生物各類災害輕度發生面積的比重較1998年均有明顯提高，但蟲害、鼠害中度和重度發生面積的比重較1998年明顯降低； 2018年中度病害發生面積的比重較1998年出現明顯下降的同時，重度病害發生面積的比重卻有所提高。

2.2 林業有害生物災情綜合評價

2.2.1 林業有害生物災害發生率變異值 根據公式(1)—(3)，計算得出我國在1998—2018年林業有害生物災害中病害、蟲害和鼠害發生率的變異值，其各年數值及變化趨勢見圖5。以往根據經驗對小區域數據進行災情等級劃分的方法不利于重復性檢驗及與他人研究結果進行對比分析，加之不同災害程度的年際變化和差異性，因而本文參考杜會石等(2016)的做法，根據數值的離散程度，采用對稱等分間隔法將各類災害強度依據發生率變異值分成5級，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，級別越高，災害強度越大，變化趨勢體現了各類災害發生強度的年際差異，具體如表1所示。

圖5 1998—2018年我國林業有害生物各類災害發生率變異值Fig.5 The variable coefficient of the incidence of forest pests in China from 1998 to 2018

表1 林業生物各類災害等級劃分Tab.1 Categories and levels of forest biological disasters

根據圖5，可以發現1998—2018年我國林業病害發生率變異值呈現“W”形，體現了病害發生強度由高到低再到高再降低再升高的波動變化過程。具體體現為： 1998—2004年我國林業病害的發生強度呈下降趨勢，由1998年的Ⅳ級降低到2004年的Ⅰ級； 2005—2008年病害發生強度呈上升趨勢，由2005年的Ⅱ級上升到2008年的Ⅳ級； 2009年病害發生強度又降低至Ⅱ級； 最后2010—2018年整體呈波動上升趨勢，發生強度主要以Ⅳ級， 2018年發生強度明顯高于往年，達到最高的Ⅴ級，進一步反映了當前林業病害問題的嚴重性。

1998—2018年林業蟲害發生率變異值表現為幅度變化較大的波浪形。具體體現在： 1998—2003年蟲害發生強度波動上升，由1998年的Ⅰ級上升到2003年的Ⅲ級； 2003年以后又出現明顯下降，降低到2005年的Ⅱ級； 其后一直到2007年保持著明顯的上升態勢，達到了研究期內的峰值(Ⅴ級)； 2008—2014年，蟲害發生強度呈現波動下降趨勢，表現為強度從2008年的Ⅴ級下降到2014年的Ⅱ級； 然而在2015—2017年，發生強度又有所上升，于2017年達到了2000年以來的最大值，隨后在2018年出現了明顯的降低，災害發生強度降低至Ⅰ級，體現了當前林業蟲害問題的相對緩和性。

1998—2007年林業鼠害發生強度呈現波動上升趨勢，發生強度由1998年的Ⅰ級逐步上升至2007年的Ⅴ級并于2007年達到研究期內的峰值，反映了林業鼠害在這一時期強度的不斷加重； 其后鼠害發生強度總體呈下降態勢，到2018年降低至Ⅲ級，但較1998年而言鼠害強度仍較高。

2.2.2 林業有害生物災害權重和關聯度 根據灰色關聯度分析方法計算得出1998—2018年我國林業有害生物災害發生面積與病害、蟲害和鼠害發生面積的灰色關聯度分別為0.68、0.91和0.58。在此基礎上計算出病、蟲和鼠害在林業生物災害中的權重系數分別為0.31、0.42和0.27，如表2所示。

表2 各類林業有害生物災害權重Tab.2 Weight of various forest pest disasters

2.2.3 林業有害生物災情綜合等級劃分 基于我國1998—2018年林業病害、蟲害和鼠害權重占比及其發生率變異值，根據公式9得出對應年度災情綜合指數yi并依照對稱等分間隔法將我國各年林業有害生物災情綜合等級劃分為輕、小、中、大和重五個等級，具體分別為，輕(-1.16≤yi<-0.61)、 小( -0.61≤yi<-0.06)、中( -0.06≤yi<0.49)、大( 0.49≤yi<1.04)、 重(1.04≤yi<1.59)，如表3所示。

表3 1998—2018年我國林業生物災情綜合等級劃分Tab.3 Comprehensive categories and levels of forest biological disasters in China from 1998 to 2018

根據我國林業生物災情綜合等級劃分表，可以將1998—2018年我國林業有害生物按照災情的綜合等級劃分為3個階段： 1998—2005年為第一階段，這一時期各年林業有害生物災情綜合等級都是輕或小級，其中林業有害生物災情綜合等級又以1998、2000、2003和2005年相對較高，反映了在這幾年森林資源受林業病蟲害影響的嚴重程度； 2006—2008年為第二階段，這一時期為林業有害生物災害加重階段，林業有害生物災情綜合指數明顯變大，并在2007達到研究期內的峰值，表明這一時期我國林業生物災情綜合等級高，森林資源受林業生物災害影響損失嚴重； 2009—2018年為第三階段，這一時期林業有害生物災情綜合等級整體又明顯趨于下降，雖然這一時期綜合災情指數較第二階段偏小，但災情綜合指數在整體上明顯高于1998—2005年，在等級劃分上均為中級，反映出這一時期林業有害生物災害對我國森林資源的破壞程度依舊較為嚴重。

總之，在1998—2018年，我國林業生物災情綜合等級在1998—2005年最輕； 在2006—2008年林業有害生物災情綜合等級最高，以2007年最為嚴重； 2009年以后林業有害生物災情綜合等級雖有所下降，但總體損失水平仍較高。

3 結論與政策含義

3.1 主要結論

我國是世界上林業有害生物災害發生程度最為嚴重的國家之一，其主要的生物災害種類按發生面積大小排序分別為蟲害、病害和鼠害。以往研究鮮有關于我國林業災害特別是林業有害生物方面的綜合評估，對我國林業災害損失及趨勢的認識相對不足。本研究根據1998—2018年我國林業有害生物中病害、蟲害和鼠害發生面積，通過計算發生率變異值及其權重，明確了研究期內林業生物各類災害發生面積變化趨勢及其災害等級的變化，確定了研究期內各年的林業有害生物災害綜合等級。得出如下結論：

1)我國林業有害生物面積不斷增加，災害發生程度以輕度為主且輕度災害發生面積和發生率不斷上升。林業有害生物各類災害發生面積及其災害等級等特征因災害種類不同而存在差異。研究期內林業蟲害發生面積遠遠超過病害和鼠害、林業鼠害發生率的增長幅度最大。2018年，病害災害等級處在研究期內的相對較高位置，主要是因為其輕度和重度災害發生面積同比增長較大。2)2007年是我國林業生物災害綜合等級最高的年份，當前林業有害生物災情綜合等級雖較2006—2008年雖有所下降但仍處在較高水平，防控形勢較為嚴峻。因此，當前需要高度重視林業有害生物的災害防治，采取差異化的林業生物災害應對措施，重點遏制住林業鼠害快速增長的趨勢，控制住輕度蟲害發生面積并加大對輕度、重度病害的防治力度。

3.2 政策含義

合理有效地對我國每年森林資源遭受有害生物破壞的強度進行綜合評估，有利于提高林業生物災害防治政策的科學性、防治措施實施的連續性和財政補貼政策的針對性。根據1998—2018年林業有害生物災情綜合等級劃分結果，從側面反映出，我國近些年來在有害生物防治上雖取得了較為顯著的成果，但林業有害生物災害的防控形勢依然十分嚴峻。

2006—2008年是我國森林資源遭受有害生物災害損失最為嚴重的時期，其中以2007年災情程度最為突出，這一研究結果與宋玉雙等(2011)在對我國2006—2010年林業有害生物災害損失評估中得出2007年生態服務價值損失最高的結論相一致，可能與2007林業有害生物災害面積大、有害生物發生面積增長率高及鼠害發生面積迅猛增長有直接關聯。最近10年我國林業有害生物年均災害程度較2005年之前都有明顯的提高，表明當前我國病害、蟲害和鼠害所造成的生態資源破壞、經濟價值損失的問題仍然十分突出。

我國政府出臺實施的有關生物災害防治的行業標準對我國生物災害防治具有顯著的促進作用，但行業標準的出臺時間往往滯后于林業災害的發生。1998—2005年我國林業有害生物災害發生程度相對較輕，而在2000—2004年間政府未出臺任何有關林業生物災害的防治標準，僅在2005年公布1項行業標準； 2006—2008年我國林業資源受生物災害影響較大，這一時期政府對林業生物災害標準的制定與實施尤為重視，具體而言，僅在2006年就公布國家標準2項，行業標準3項； 2007年公布行業標準2項； 2008年公布國家標準3項，同時在2009年連續公布國家標準9項，行業標準5項(國家林業局森林病蟲害防治總站， 2010)。由于政府對林業生物災害防治的重視， 2009年以后我國林業資源因生物災害造成的損失趨于下降。而具體有關生物災害防治標準的數量和政策力度、措施與生物災害損失之間的關系有待進一步深入研究。此外在林業有害生物災害防治形式嚴峻的地區，不僅僅需要政府加大投入與防治力度，還需要積極調動社會力量參與災害防治上來，從而提高災害防治效率。