1998—2018年我国林业有害生物灾情的时序分析*

孟 贵 刘叶菲 张旭峰 赵程乐 吴水荣

(1.中国林业科学研究院林业科技信息研究所 北京 100091； 2.中国科学院地理科学与资源研究所 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室 北京 100101；3. 北京工业大学经济与管理学院 北京 100124)

21世纪以来，经济快速发展的背后是生态资源的超强度开发与利用，社会发展对生态环境的干扰强度也大大增强，成为制约我国经济可持续发展的重要因素(张文彬等， 2014)，加之气候变化(丁文广等， 2010； 苏立娟等， 2015)、国际贸易(Valentaetal.， 2017)和国家林业生态建设工程的大规模实施，致使我国林业有害生物灾害特别是林业病虫害的发生强度与频率明显增加，这也导致我国林业灾害形势日渐复杂(曾菊平等， 2014)。林业病虫害会降低木材材质，抑制林木的自然生长与更新，从而造成森林资源大量损失，对生态环境造成严重影响(亓兴兰， 2020)。此外，病虫害还会增加受损林木处理、伐除及更新造林成本(Kentetal.， 2011； Changetal.， 2012)，带来景观价值、森林游憩和森林碳汇等方面的经济损失(Sydnoretal.， 2007； Bigsbyetal.， 2012)。

尽管21世纪前10年，我国林业有害生物灾害发生面积主要以轻度为主，但作为生态安全的重要影响因子(蔡秀亭等， 2019)，它直接导致的森林资源损失较为严重且发展前景不容乐观(曾菊平等， 2014)。已有研究表明，林业病虫害导致我国在1996—2001年年均损失约880亿元(苏宏钧等， 2004)， 2006—2010年年均损失高达1101亿元(宋玉双等， 2011)。另一方面我国林业有害生物灾害发生面积呈现逐年上升趋势，对森林资源和生态环境安全构成严重威胁，在我国实际造成的损失已超过森林火灾(赫传杰， 2017)。然而，在我国林业有害生物危害较重的背景下，采取的措施却不能有效满足区域化的防治需求，不足以缓解国内较大的防治压力(才琪等， 2020)。准确识别不同时期我国林业有害生物灾害的强度变化及灾情综合等级的年际变化是制定行之有效的应对策略及实施差异化的财政补贴政策的前提，对防范林业灾害风险具有重要意义。有关灾情等级的界定与划分，现有研究主要从林业病虫害发生面积或造成的经济损失等方面进行界定，如张颖等(2019)按照受灾面积大小将我国林业病虫害的划为四类，受灾面积越大的省份其灾害类别也越高，反之则越小； 张旭等(2020)根据经济损失程度得出华东、华南地区是我国松材线虫病重灾区。然而由于林业有害生物灾情评估指标选取、计算方法和时间节点等因素的不一致性，造成林业生物灾害损失评估结果缺乏可比性(刘萍等， 2016)。此外，当前对我国林业生物各类灾害发生特征与趋势以及林业生物灾害综合等级的年际变化犹未可知。

基于此，为准确识别我国林业有害生物灾情的时间变化趋势，明确各林业有害生物灾害的差异及强度变化，本文综合分析我国1998—2018年林业各类有害生物灾情的发展变化趋势，初步研判灾情综合等级，以期为林业管理部门精准施策、科学防控，制定合理有效的防范应对策略提供科学支撑。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

1998—2018年我国林业有害生物灾害发生总面积及其病害、虫害和鼠害的轻度、中度和重度发生面积数据均来源于各年度的《中国林业统计年鉴》。

1.2 研究方法

利用1998—2018年我国林业有害生物灾害统计资料，采用数值分析方法对我国林业有害生物灾害发生情况做一般性统计分析； 通过计算林业有害生物灾害发生率变异值来分析研究期内林业各类有害生物灾害的强度变化，进一步结合灰色关联度法计算出的病害、虫害和鼠害在林业有害生物灾害中的比重来确定1998—2018年我国林业生物灾害的灾情综合指数，从而识别研究期内每年林业有害生物灾情的综合等级。

1.2.1 灾害发生率变异值 我国森林面积逐年增加，仅仅通过每年的林业有害生物灾害发生面积尚无法准确揭示并比较不同年份林业生物灾害发生程度及差异变化。灾害发生率变异值可用于比较分析灾害发生的相对损失量及灾害强度，在农业气象灾害的灾情等级及其造成损失的定量评估等方面得到广泛运用(张星等， 2007； 杜会石等， 2016； 何学敏等， 2019)。根据1998—2018年林业生物灾害中的病害、虫害和鼠害发生率的变异值初步分析研究期内上述各类灾害的灾情强度变化。

定义当年我国林业生物灾害中病害、虫害和鼠害的发生面积与当年林业生物灾害总面积的比值为对应灾害的发生率，分别用A1i、A2i和A3i表示，在确定各类灾害发生率的标准差后可计算出相应灾害的发生率变异值(Bki)。计算公式及步骤如下：

Aki=Qki/Si；

(1)

(2)

Bki=(Aki-Ak)/δk

(k=1，2，3；i=1998，1999，…， 2018)。

(3)

式中，Aki为第i年第k类林业生物灾害发生率，当k=1、2、3时，分别表示第i年林业病害、虫害和鼠害发生率；Ak为第k类灾害多年平均发生率，当k=1、2、3时，分别表示林业病、虫和鼠害多年平均发生率；Qki为第i年第k类林业生物灾害发生面积，当k=1、2、3时，分别表示第i年林业病害、虫害和鼠害发生面积； Si为第i年我国林业生物灾害发生总面积。δk为标准差，当k=1、2、3时，分别表示林业病、虫和鼠害发生率的标准差。Bki为第i年第k类林业生物灾害发生率变异值，当k=1、2、3时，分别表示第i年林业病害、虫害和鼠害的发生率变异值。

1.2.2 灰色关联度分析 由于林业生物灾害种类的多样性，各类生物灾害的灾情等级的差异性，不同灾害对林业资源的影响程度也存在不同，综合评价我国林业生物灾害的灾情变化，需要明确生物灾害的构成并计算出各类灾害的权重(张星等， 2007； 杜会石等， 2016)。灰色关联度分析方法是根据系统内各因素间的发展趋势的相似或差异程度来衡量因素间关系的紧密程度，依据因素间的几何接近来判断各因素对系统行为的影响程度(李洪心等， 2008)，作为一种被广泛使用的评价方法，其常用于对受到多种要素影响的对象进行综合评价(刘国栋等， 2021)，在灾情分析和灾害损失评价方面得到广泛运用(张星等， 2007； 杜会石等， 2016； 于小兵等， 2019)。灰色关联度取值范围在0～1之间，关联度越接近于1，则关联程度越大。一般认为关联度取值在0～0.4之间时，表示各因素间的关联度较低； 在0.4～0.6之间时，则表示关联度中等； 在0.6～0.8之间时，关联度较强； 而在0.8～1之间时，则表示关联度极强(张晓娜等， 2020)。

我国林业有害生物中病害、虫害和鼠害对其总体灾害水平的权重可以根据它们各自的灾害发生率对有害生物灾害总体发生率的关联度来确定(张星等， 2007； 杜会石等， 2016)。设林业生物灾害总发生率(X0)为系统特征序列，求其与病害(X1)、虫害(X2)和鼠害(X3)发生率的灰色关联度。

系统行为序列为：

X0={x0(i)，i=1998，1999，…， 2018}；

(4)

Xk={xk(i)，i=1，2，…，21(k=1，2，3)}。

(5)

两级数列的绝对差为：

Δi(k)=|x0(k)-xi(k)|

(k=1,2,3;i=1998,1999，…，2018)。

(6)

关联系数为：

(7)

(8)

图1 1998—2018年我国林业有害生物各程度灾害发生面积及发生率Fig.1 The occurence area and rate of forest pest disaster in China from 1998 to 2018

1.2.3 灾情综合评价 按照公式(3)、(8)可分别计算出病害、虫害、鼠害在林业生物灾害中的发生率变异值及其对应的权重，参考张星等(2007)对福建省1980—2004年农业气象灾害等级划分和陈云峰等(2010)对我国1989—2008年气象灾害损失分析，提出我国林业生物灾情综合评价公式：

yi=ω1×B1i+ω2×B2i+ω3×B3i

(i=1998，1999，…， 2018)。

(9)

式中yi表示第i年我国林业生物灾情综合指数，ωi和Bki(k=1，2，3)分别代表前文中的灾害权重和灾害发生率变异值。为准确判明并比较1998—2018年内各年综合指数值在总体中的位置及各年灾情综合等级差异，计算出yi后，按照对称等分间隔法将我国林业有害生物灾害划分为轻、小、中、大和重5个等级。

2 结果与分析

2.1 我国林业有害生物灾害年际变化

2.1.1 林业有害生物灾害总体趋势 1998年以来我国林业有害生物灾害发生面积呈现波动上升趋势(图1)。2005—2007年林业有害生物灾害发生面积年均增幅最大，随后灾害发生面积总体上趋于稳定，近几年灾害面积稳定在1 200万hm2左右，但灾害面积仍有不断增长趋势。从林业有害生物各程度灾害的发生面积来看，我国林业有害生物灾害发生面积一直以轻度灾害为主，中度次之，重度最小。近几年，轻度灾害发生面积每年稳定在900万hm2以上，中度、重度灾害发生面积每年分别在200万、70万hm2左右。

就各程度灾害发生面积增长情况来看，轻度灾害面积总体呈逐年上升趋势且远远高于中度和重度灾害面积，在总面积中所占比重最大； 21世纪以来，中度和重度灾害面积在2005—2007年出现明显上升，其余年份二者总体上均保持下降态势； 最近几年，轻度灾害发生面积约占总灾害面积的76%，中度和重度灾害发生面积分别约占总灾害发生面积的17%和7%。总体而言，我国林业有害生物灾害虽然以轻度为主，但灾害发生面积总体呈逐年增加趋势，中、重度灾害发生面积和发生率不断降低。

2.1.2 林业有害生物各类灾害发生面积及变化趋势 1998年以来，我国林业有害生物各类灾害发生面积及其变化趋势如图2所示。林业有害生物各类灾害发生面积中，虫害发生面积远远高于病害和鼠害的发生面积，以2018年为例，虫害的发生面积约为840万hm2，而病害和鼠害的发生面积分别约为177万、187万hm2。比较各类灾害每年发生面积的变化发现，1998—2003年林业病害和鼠害的发生面积不相上下，年均值约为85万hm2； 2004—2017年，鼠害的发生面积要略高于病害。此外，各类灾害发生面积的增长率中，林业鼠害发生面积的增长率要高于病害和虫害。具体而言， 2018年林业鼠害、病害和虫害发生面积增长率较1998年分别增长了156.36、83.09和57.72个百分点。因此，在注意到每年林业虫害发生面积严重性的同时，也应看到林业鼠害发生面积快速增长的严峻态势。

图2 1998—2018年我国林业有害生物各类灾害发生面积Fig.2 The occurence area of forest pest disaster in China from 1998 to 2018

根据图3a我国林业病害发生面积变化趋势发现，1998—2002年林业病害轻度、中度和重度发生面积均保持下降趋势； 2003—2018年病害轻度发生面积总体保持波动上升趋势； 林业病害中度发生面积和重度发生面积变化趋势较为一致且多数年份中度病害发生面积要高于重度病害发生面积。此外，轻度病害发生面积占林业病害总面积的比重随时间变化，较中度和重度病害发生面积的比重在不断提高，具体而言，轻度、中度和重度病害占病害面积的比重分别从1998年的54.29%、30.18%和15.53%发展为2018年的69.05%、12.82%和18.13%， 2018年轻度和重度病害发生面积的比重较1998年分别增长14.76和2.6个百分点，中度病害发生面积的比重则下降了17.36个百分点。

根据图3b我国林业虫害发生面积的变化趋势发现，研究期内我国林业虫害轻度发生面积总体呈波动上升趋势，中度和重度发生面积呈下降趋势。随着时间推移，虫害轻度发生率的比重较中度和重度发生率的比重而言，增长幅度最大。具体表现为，1998年林业虫害轻度、中度和重度发生面积占比分别为47.09%、31.31%和21.59%，而2018年上述比重分别为77.91%、16.83%和5.26%， 2018年轻度虫害发生面积的比重较1998年提高了30.82个百分点，中度和重度发生面积的比重则分别下降了14.48和16.33个百分点。

图3 1998—2018年我国林业病害与虫害发生面积Fig.3 The occurence area of forest disaster and insect pests in China from 1998 to 2018

根据图4我国林业鼠害发生面积变化趋势发现，1998—2007年林业鼠害各程度灾害发生面积呈波动上升趋势，其中2005—2007年增长速度最快； 2008—2018年，鼠害轻度发生面积总体呈上升趋势，而中度和重度发生面积则呈现下降趋势。就林业鼠害各程度发生面积的比重而言，1998年轻度、中度和重度发生面积的比重分别为30.92%、52.07%和17.01%， 2018年上述比重分别为77.08%、20.17%和2.75%。2018年鼠害轻度发生面积的比重较1998年提高了46.16个百分点，中度和重度发生面积的比重则分别下降了31.9和14.26个百分点。

图4 1998—2018年我国林业鼠害发生面积Fig.4 The occurence area of forest rodent damages in China from 1998 to 2018

综上所述，1998—2018年我国林业有害生物各类灾害的发生面积主要以轻度灾害为主，中度和重度灾害发生面积及发生率存在灾害类别差异。具体来说，除2018年林业病害重度发生面积高于中度发生面积外，其余年份我国病害、虫害和鼠害的轻度和中度发生面积均高于其灾害的重度发生面积。2018年林业有害生物各类灾害轻度发生面积的比重较1998年均有明显提高，但虫害、鼠害中度和重度发生面积的比重较1998年明显降低； 2018年中度病害发生面积的比重较1998年出现明显下降的同时，重度病害发生面积的比重却有所提高。

2.2 林业有害生物灾情综合评价

2.2.1 林业有害生物灾害发生率变异值 根据公式(1)—(3)，计算得出我国在1998—2018年林业有害生物灾害中病害、虫害和鼠害发生率的变异值，其各年数值及变化趋势见图5。以往根据经验对小区域数据进行灾情等级划分的方法不利于重复性检验及与他人研究结果进行对比分析，加之不同灾害程度的年际变化和差异性，因而本文参考杜会石等(2016)的做法，根据数值的离散程度，采用对称等分间隔法将各类灾害强度依据发生率变异值分成5级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，级别越高，灾害强度越大，变化趋势体现了各类灾害发生强度的年际差异，具体如表1所示。

图5 1998—2018年我国林业有害生物各类灾害发生率变异值Fig.5 The variable coefficient of the incidence of forest pests in China from 1998 to 2018

表1 林业生物各类灾害等级划分Tab.1 Categories and levels of forest biological disasters

根据图5，可以发现1998—2018年我国林业病害发生率变异值呈现“W”形，体现了病害发生强度由高到低再到高再降低再升高的波动变化过程。具体体现为： 1998—2004年我国林业病害的发生强度呈下降趋势，由1998年的Ⅳ级降低到2004年的Ⅰ级； 2005—2008年病害发生强度呈上升趋势，由2005年的Ⅱ级上升到2008年的Ⅳ级； 2009年病害发生强度又降低至Ⅱ级； 最后2010—2018年整体呈波动上升趋势，发生强度主要以Ⅳ级， 2018年发生强度明显高于往年，达到最高的Ⅴ级，进一步反映了当前林业病害问题的严重性。

1998—2018年林业虫害发生率变异值表现为幅度变化较大的波浪形。具体体现在： 1998—2003年虫害发生强度波动上升，由1998年的Ⅰ级上升到2003年的Ⅲ级； 2003年以后又出现明显下降，降低到2005年的Ⅱ级； 其后一直到2007年保持着明显的上升态势，达到了研究期内的峰值(Ⅴ级)； 2008—2014年，虫害发生强度呈现波动下降趋势，表现为强度从2008年的Ⅴ级下降到2014年的Ⅱ级； 然而在2015—2017年，发生强度又有所上升，于2017年达到了2000年以来的最大值，随后在2018年出现了明显的降低，灾害发生强度降低至Ⅰ级，体现了当前林业虫害问题的相对缓和性。

1998—2007年林业鼠害发生强度呈现波动上升趋势，发生强度由1998年的Ⅰ级逐步上升至2007年的Ⅴ级并于2007年达到研究期内的峰值，反映了林业鼠害在这一时期强度的不断加重； 其后鼠害发生强度总体呈下降态势，到2018年降低至Ⅲ级，但较1998年而言鼠害强度仍较高。

2.2.2 林业有害生物灾害权重和关联度 根据灰色关联度分析方法计算得出1998—2018年我国林业有害生物灾害发生面积与病害、虫害和鼠害发生面积的灰色关联度分别为0.68、0.91和0.58。在此基础上计算出病、虫和鼠害在林业生物灾害中的权重系数分别为0.31、0.42和0.27，如表2所示。

表2 各类林业有害生物灾害权重Tab.2 Weight of various forest pest disasters

2.2.3 林业有害生物灾情综合等级划分 基于我国1998—2018年林业病害、虫害和鼠害权重占比及其发生率变异值，根据公式9得出对应年度灾情综合指数yi并依照对称等分间隔法将我国各年林业有害生物灾情综合等级划分为轻、小、中、大和重五个等级，具体分别为，轻(-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年我国林业生物灾情综合等级划分Tab.3 Comprehensive categories and levels of forest biological disasters in China from 1998 to 2018

根据我国林业生物灾情综合等级划分表，可以将1998—2018年我国林业有害生物按照灾情的综合等级划分为3个阶段： 1998—2005年为第一阶段，这一时期各年林业有害生物灾情综合等级都是轻或小级，其中林业有害生物灾情综合等级又以1998、2000、2003和2005年相对较高，反映了在这几年森林资源受林业病虫害影响的严重程度； 2006—2008年为第二阶段，这一时期为林业有害生物灾害加重阶段，林业有害生物灾情综合指数明显变大，并在2007达到研究期内的峰值，表明这一时期我国林业生物灾情综合等级高，森林资源受林业生物灾害影响损失严重； 2009—2018年为第三阶段，这一时期林业有害生物灾情综合等级整体又明显趋于下降，虽然这一时期综合灾情指数较第二阶段偏小，但灾情综合指数在整体上明显高于1998—2005年，在等级划分上均为中级，反映出这一时期林业有害生物灾害对我国森林资源的破坏程度依旧较为严重。

总之，在1998—2018年，我国林业生物灾情综合等级在1998—2005年最轻； 在2006—2008年林业有害生物灾情综合等级最高，以2007年最为严重； 2009年以后林业有害生物灾情综合等级虽有所下降，但总体损失水平仍较高。

3 结论与政策含义

3.1 主要结论

我国是世界上林业有害生物灾害发生程度最为严重的国家之一，其主要的生物灾害种类按发生面积大小排序分别为虫害、病害和鼠害。以往研究鲜有关于我国林业灾害特别是林业有害生物方面的综合评估，对我国林业灾害损失及趋势的认识相对不足。本研究根据1998—2018年我国林业有害生物中病害、虫害和鼠害发生面积，通过计算发生率变异值及其权重，明确了研究期内林业生物各类灾害发生面积变化趋势及其灾害等级的变化，确定了研究期内各年的林业有害生物灾害综合等级。得出如下结论：

1)我国林业有害生物面积不断增加，灾害发生程度以轻度为主且轻度灾害发生面积和发生率不断上升。林业有害生物各类灾害发生面积及其灾害等级等特征因灾害种类不同而存在差异。研究期内林业虫害发生面积远远超过病害和鼠害、林业鼠害发生率的增长幅度最大。2018年，病害灾害等级处在研究期内的相对较高位置，主要是因为其轻度和重度灾害发生面积同比增长较大。2)2007年是我国林业生物灾害综合等级最高的年份，当前林业有害生物灾情综合等级虽较2006—2008年虽有所下降但仍处在较高水平，防控形势较为严峻。因此，当前需要高度重视林业有害生物的灾害防治，采取差异化的林业生物灾害应对措施，重点遏制住林业鼠害快速增长的趋势，控制住轻度虫害发生面积并加大对轻度、重度病害的防治力度。

3.2 政策含义

合理有效地对我国每年森林资源遭受有害生物破坏的强度进行综合评估，有利于提高林业生物灾害防治政策的科学性、防治措施实施的连续性和财政补贴政策的针对性。根据1998—2018年林业有害生物灾情综合等级划分结果，从侧面反映出，我国近些年来在有害生物防治上虽取得了较为显著的成果，但林业有害生物灾害的防控形势依然十分严峻。

2006—2008年是我国森林资源遭受有害生物灾害损失最为严重的时期，其中以2007年灾情程度最为突出，这一研究结果与宋玉双等(2011)在对我国2006—2010年林业有害生物灾害损失评估中得出2007年生态服务价值损失最高的结论相一致，可能与2007林业有害生物灾害面积大、有害生物发生面积增长率高及鼠害发生面积迅猛增长有直接关联。最近10年我国林业有害生物年均灾害程度较2005年之前都有明显的提高，表明当前我国病害、虫害和鼠害所造成的生态资源破坏、经济价值损失的问题仍然十分突出。

我国政府出台实施的有关生物灾害防治的行业标准对我国生物灾害防治具有显著的促进作用，但行业标准的出台时间往往滞后于林业灾害的发生。1998—2005年我国林业有害生物灾害发生程度相对较轻，而在2000—2004年间政府未出台任何有关林业生物灾害的防治标准，仅在2005年公布1项行业标准； 2006—2008年我国林业资源受生物灾害影响较大，这一时期政府对林业生物灾害标准的制定与实施尤为重视，具体而言，仅在2006年就公布国家标准2项，行业标准3项； 2007年公布行业标准2项； 2008年公布国家标准3项，同时在2009年连续公布国家标准9项，行业标准5项(国家林业局森林病虫害防治总站， 2010)。由于政府对林业生物灾害防治的重视， 2009年以后我国林业资源因生物灾害造成的损失趋于下降。而具体有关生物灾害防治标准的数量和政策力度、措施与生物灾害损失之间的关系有待进一步深入研究。此外在林业有害生物灾害防治形式严峻的地区，不仅仅需要政府加大投入与防治力度，还需要积极调动社会力量参与灾害防治上来，从而提高灾害防治效率。