收稿日期：2014-03-31

作者簡(jiǎn)介：張智光，博士，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)榱謽I(yè)與環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于生態(tài)－產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度研究”（編號(hào)：71173107）；教育部高等學(xué)校博士點(diǎn)基金博導(dǎo)類課題“生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生視角的林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度理論與方法研究”（編號(hào)：20113204110005）；國(guó)家林業(yè)局軟科學(xué)研究項(xiàng)目“我國(guó)林業(yè)實(shí)施綠色經(jīng)濟(jì)的多層次測(cè)度體系與管理機(jī)制研究”（編號(hào)：2013-R07）；江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目“江蘇省綠色發(fā)展理論與實(shí)踐研究”。

摘要基于生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生理論，推導(dǎo)和改進(jìn)林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度的模型、算法和判據(jù)，使之成為可操作的實(shí)用技術(shù)。為了既能保留林業(yè)生態(tài)安全特征指數(shù)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，又能通過(guò)其指標(biāo)體系追溯生態(tài)安全問(wèn)題的原因，構(gòu)建了森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的LotkaVolterra共生模型（林業(yè)LV共生模型），以實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系與特征指數(shù)的耦合。為此，首先采用包含林業(yè)生態(tài)安全的壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)結(jié)構(gòu)模型（FESPSIR模型）和結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）的結(jié)構(gòu)化和定量化方法，建立林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度指標(biāo)體系。同時(shí)，根據(jù)上述SEM方法，可以得出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，從而克服傳統(tǒng)權(quán)重確定方法的主觀性。然后，根據(jù)權(quán)重系數(shù)和林業(yè)LV共生模型，將指標(biāo)體系進(jìn)行逐層耦合，構(gòu)造出綜合特征指數(shù)：森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)的共生度指數(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)分析林業(yè)生態(tài)安全在共生空間的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，構(gòu)建包含共生度和生態(tài)受力系數(shù)兩個(gè)維度的林業(yè)生態(tài)安全級(jí)別動(dòng)態(tài)判斷矩陣。研究表明，本文提出的林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度方法能夠顯著提高林業(yè)生態(tài)安全測(cè)控技術(shù)的效能。第一，由于共生度指數(shù)是林業(yè)生態(tài)安全的前因，因此該測(cè)度方法能夠?qū)崿F(xiàn)林業(yè)生態(tài)安全的“前因性預(yù)警”，克服了“就生態(tài)論生態(tài)”的傳統(tǒng)方法的滯后性。第二，通過(guò)動(dòng)態(tài)判斷矩陣又可以預(yù)測(cè)林業(yè)生態(tài)安全的未來(lái)走勢(shì)，因此該測(cè)度方法在“前因性預(yù)警”的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了“后果性預(yù)測(cè)”。第三，對(duì)上述林業(yè)生態(tài)安全的共生耦合測(cè)度過(guò)程進(jìn)行回溯解耦，可以逐層分析出導(dǎo)致林業(yè)生態(tài)安全問(wèn)題的各種具體原因，從而為相關(guān)部門制定林業(yè)生態(tài)安全的有效管理措施提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞林業(yè)生態(tài)安全；共生關(guān)系；測(cè)度；指標(biāo)體系；特征指數(shù)；LotkaVolterra模型

中圖分類號(hào)F062.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104(2014)08-0090-10doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2014.08.012

生態(tài)安全是土地、森林、濕地、水、大氣和生物等多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的生態(tài)子系統(tǒng)健康狀況的總和。其中，森林子系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，它與其他生態(tài)子系統(tǒng)的交集最大。因此，近10年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者就森林生態(tài)安全（forest ecological security）或森林健康（forest health）的評(píng)價(jià)展開了深入研究［1-3］。但是這類研究屬于“就生態(tài)論生態(tài)”的事后評(píng)價(jià)，其預(yù)警作用較?。?］。實(shí)際上，所謂生態(tài)安全性不僅是指區(qū)域自然環(huán)境的生態(tài)健康狀態(tài)能否可持續(xù)地支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的性狀，同時(shí)也包括了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是否會(huì)對(duì)自然生態(tài)造成嚴(yán)重?fù)p害的性狀。因?yàn)槿绻祟惢顒?dòng)對(duì)自然生態(tài)造成了嚴(yán)重的破壞，生態(tài)系統(tǒng)必將無(wú)法繼續(xù)支撐人類的生存與發(fā)展。因此，生態(tài)安全性實(shí)際上是自然生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)共生關(guān)系性狀的一種反映。據(jù)此，筆者提出“林業(yè)生態(tài)安全”（forestry ecological security）的概念：林業(yè)生態(tài)安全是比森林生態(tài)安全更廣義的概念；它包括3個(gè)方面：森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的安全、森林生態(tài)安全、林業(yè)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)安全；三者構(gòu)成了一個(gè)因果順序：第一方面是后兩方面的安全動(dòng)因，第二方面又是為第三方面提供生態(tài)服務(wù)的安全保障［4］。因此，運(yùn)用共生理論對(duì)林業(yè)生態(tài)安全進(jìn)行測(cè)度，要比直接評(píng)價(jià)森林生態(tài)安全具有更好的預(yù)警和調(diào)控作用。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者率先開展了林業(yè)生態(tài)安全評(píng)價(jià)或測(cè)度的研究［4-6］。但是，目前考慮生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的測(cè)度方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重設(shè)定的結(jié)構(gòu)化方法、指標(biāo)體系和特征指數(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、林業(yè)生態(tài)安全性的客觀與動(dòng)態(tài)判據(jù)等問(wèn)題還沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的研究進(jìn)展。為此，筆者于2013年提出了基于生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度方法的新構(gòu)想，指出應(yīng)當(dāng)站在森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的角度，從兩個(gè)子系統(tǒng)共生關(guān)系的安全性出發(fā)，來(lái)審視森林生態(tài)安全和林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)安全的整體水平［4］。本文將在此基礎(chǔ)上對(duì)該方法的模型、算法和判據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo)、改進(jìn)和完善，使之成為一種可操作的實(shí)用技術(shù)。

1林業(yè)LV共生模型構(gòu)建

林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度的傳統(tǒng)方法可分為指標(biāo)體系法和特征指數(shù)法兩大類，兩者各有利弊。指標(biāo)體系法的優(yōu)點(diǎn)是它的各單項(xiàng)指標(biāo)具有明確的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，便于分析導(dǎo)致生態(tài)安全問(wèn)題的原因。其缺點(diǎn)是經(jīng)過(guò)無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理以及加權(quán)求和后，所得到的綜合指標(biāo)值將失去生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，不便于理解和運(yùn)用。而且，用專家調(diào)查和層次分析等方法確定指標(biāo)權(quán)重的主觀性較大。倘若用主成分分析或因子分析等方法確定權(quán)重，雖然可以克服主觀性，但是所得權(quán)重只表示底層各指標(biāo)關(guān)于降維后得到的主成分或因子的相對(duì)重要性，以及各主成分或因子之間的相對(duì)重要性，并不是某層指標(biāo)關(guān)于其上層指標(biāo)的相對(duì)重要性。因此所求得的綜合得分當(dāng)然也不是頂層指標(biāo)值，失去了指標(biāo)體系權(quán)重的本意。而特征指數(shù)法正好相反。其優(yōu)點(diǎn)是特征指數(shù)（如生態(tài)足跡或能值等）具有總體的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，所得到的評(píng)價(jià)值便于理解。其缺點(diǎn)是將原單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成特征指數(shù)時(shí)，誤差較大，且失去了原指標(biāo)本身的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，不便于原因分析。而且，現(xiàn)有的相關(guān)特征指數(shù)不能確切反映生態(tài)與產(chǎn)業(yè)的共生狀態(tài)，需要構(gòu)建新的特征指數(shù)。

為解決以上問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系與特征指數(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，我們?cè)噲D創(chuàng)建指標(biāo)體系和特征指數(shù)的耦合測(cè)度方法。為此，首先需要建立森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。

20世紀(jì)20年代，美國(guó)生態(tài)學(xué)家A. J. Lotka和意大利數(shù)學(xué)家V. Volterra對(duì)邏輯斯蒂模型（Logistic equation）進(jìn)行拓展，構(gòu)建了兩物種種群的種間共生關(guān)系的微分方程動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型（稱為L(zhǎng)otkaVolterra模型，以下簡(jiǎn)稱LV模型），該模型對(duì)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)理論與共生理論的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。LV模型的基本形式如下［7］：

dN1(t)dt=r1N1(t)K1-N1(t)-αN2(t)K1(1-1)

dN2(t)dt=r2N2(t)K2-N2(t)-βN1(t)K2(1-2)

式中，N1(t)、N2(t)分別為某區(qū)域內(nèi)物種S1和S2種群的個(gè)體數(shù)量；K1、K2分別為該區(qū)域內(nèi)物種S1和S2種群所依賴的環(huán)境容納量；r1、r2分別為物種S1和S2種群的增長(zhǎng)率；α為該區(qū)域內(nèi)物種S2對(duì)S1的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)；β為該區(qū)域內(nèi)物種S1對(duì)S2的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)；t為時(shí)間。

式（1-1）中的αN2(t)項(xiàng)表示，在物種S1的環(huán)境容納量K1中，每個(gè)物種S2個(gè)體所占的空間相當(dāng)于α個(gè)物種S1個(gè)體所占的空間。當(dāng)α>0時(shí)，物種S2個(gè)體數(shù)量的增加將造成物種S1種群的剩余環(huán)境容納量的減少，也就是說(shuō)物種S2的發(fā)展對(duì)物種S1是有害的；當(dāng)α<0時(shí)，物種S2個(gè)體數(shù)量的增加將促進(jìn)物種S1種群的剩余環(huán)境容納量的增加，也就是說(shuō)物種S2的發(fā)展對(duì)物種S1是有益的；當(dāng)α=0時(shí)，物種S2個(gè)體數(shù)量的增加對(duì)物種S1種群的剩余環(huán)境容納量無(wú)影響。同樣，式（1-2）中的βN1(t)項(xiàng)具有相似的含義?？梢?jiàn)，系數(shù)α和β反映了一個(gè)物種對(duì)另一物種的競(jìng)爭(zhēng)抑制效應(yīng)，故稱為競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)。

類似地，在森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中，產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)SI與生態(tài)子系統(tǒng)SE所依賴的生存條件都是森林資源，兩個(gè)子系統(tǒng)具有資源性競(jìng)爭(zhēng)特性，總體原理上符合式（1）的所描述的系統(tǒng)規(guī)律。但是，森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)兩個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和變化將導(dǎo)致森林資源的增加、減少或趨于穩(wěn)定，進(jìn)而影響兩者的共生狀況［8］。也就是說(shuō)，在該復(fù)合系統(tǒng)中，環(huán)境容納量是一個(gè)變量。而且在實(shí)際情況下，兩個(gè)子系統(tǒng)的增長(zhǎng)率和競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)也都是處于變動(dòng)狀態(tài)。為便于將LV模型應(yīng)用于森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)，可以將環(huán)境容納量、增長(zhǎng)率和競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)在第k年附近近似地看作為常數(shù)。于是，第k年附近的森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)共生模型（以下簡(jiǎn)稱林業(yè)LV共生模型）為：

dI(t)dt=rI(k)I(t)C(k)-I(t)-α(k)E(t)C(k)(2-1)

dE(t)dt=rE(k)E(t)C(k)-E(t)-β(k)I(t)C(k)(2-2)

式中，I(t)為某區(qū)域內(nèi)森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中林業(yè)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)；E(t)為該復(fù)合系統(tǒng)中森林生態(tài)子系統(tǒng)的生態(tài)水平指數(shù)；C(k)為該復(fù)合系統(tǒng)中森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)共同依賴的森林資源的第k年環(huán)境容量指數(shù)；rI(k)為第k年林業(yè)產(chǎn)業(yè)水平增長(zhǎng)率；rE(k)為第k年森林生態(tài)水平增長(zhǎng)率；α(k)為第k年森林生態(tài)對(duì)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)；β(k)為第k年林業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)森林生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)；t為第k年附近的時(shí)間變量。

式（2）中，產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I、生態(tài)水平指數(shù)E、環(huán)境容量指數(shù)C統(tǒng)稱為林業(yè)LV共生模型的基本指數(shù)。為了對(duì)林業(yè)生態(tài)安全進(jìn)行測(cè)度，下面我們將設(shè)法測(cè)算式（2）中的3個(gè)基本指數(shù)和2個(gè)競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)。

2林業(yè)LV共生模型的基本指數(shù)測(cè)算

2.1林業(yè)生態(tài)安全的FESPSIR結(jié)構(gòu)模型建立

為了測(cè)算林業(yè)LV共生模型中的3個(gè)基本指數(shù)，需要構(gòu)建測(cè)評(píng)森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)水平、生態(tài)水平和環(huán)境容量的指標(biāo)體系。而為了更加科學(xué)地構(gòu)建這一指標(biāo)體系，降低主觀隨意性，首先要分析該復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與機(jī)理。為此，我們根據(jù)林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度問(wèn)題的特性和要求，對(duì)現(xiàn)有的PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA等模型［4］進(jìn)行綜合與改進(jìn)。于是，構(gòu)建了如圖1所示的林業(yè)生態(tài)安全（forestry ecological security，F(xiàn)ES）的壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)（pressurestateimpactresponse，PSIR）結(jié)構(gòu)模型（簡(jiǎn)稱為FESPSIR結(jié)構(gòu)模型）。

圖1中的FESPSIR結(jié)構(gòu)模型由4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：（1）社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力子系統(tǒng)（FESP），反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)森林產(chǎn)品的需求，以及林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)森林資源與環(huán)境造成破壞的壓力；（2）資源與環(huán)境狀態(tài)子系統(tǒng)（FESS），反映在社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力子系統(tǒng)的作用下，森林資源與森林環(huán)境的狀態(tài)；（3）生態(tài)影響子系統(tǒng)（FESI），反映在社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力和資源環(huán)境狀態(tài)的作用下，森林生態(tài)系統(tǒng)受到的影響；（4）人類響應(yīng)子系統(tǒng)（FESR），反映人類為降低生態(tài)系統(tǒng)所受到的負(fù)面影響而作出的積極響應(yīng)。

在FESPSIR結(jié)構(gòu)模型中，根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力子系統(tǒng)FESP的各要素，可以構(gòu)建用來(lái)測(cè)算產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)生態(tài)影響子系統(tǒng)FESI的各要素，可以構(gòu)建用來(lái)測(cè)算生態(tài)水平指數(shù)E的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。另外，人類響應(yīng)的直接效果是改善資源與環(huán)境狀態(tài)，間接效果一方面可以減輕社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)與環(huán)境的壓力，另一方面可以提供良好的生態(tài)恢復(fù)條件?？梢?jiàn)，F(xiàn)ESS與FESR子系統(tǒng)都和環(huán)境容量指數(shù)C有關(guān)，可以合起來(lái)作為構(gòu)建相關(guān)指標(biāo)體系的依據(jù)。也就是說(shuō)，環(huán)境容量是協(xié)調(diào)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)水平的紐帶和橋梁，資源與環(huán)境狀態(tài)子系統(tǒng)和人類響應(yīng)子系統(tǒng)比較發(fā)達(dá)，環(huán)境容量就較大，生態(tài)與產(chǎn)業(yè)的共生關(guān)系就會(huì)朝著良性互動(dòng)的方向發(fā)展。這一過(guò)程正好符合林業(yè)LV共生模型的原理。

2.2基于FESPSIR結(jié)構(gòu)模型的SEM及其指標(biāo)體系建立

根據(jù)圖1的FESPSIR結(jié)構(gòu)模型，先通過(guò)文獻(xiàn)檢索收集和整理國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究FESP、FESS、FESI、FESR等子系統(tǒng)所采用的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)［5，7，9-12］。再將理論分析、實(shí)際調(diào)研和專家咨詢等方法相結(jié)合，進(jìn)行指標(biāo)篩選，進(jìn)而形成林業(yè)生態(tài)安全的初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

由于各子系統(tǒng)之間是相互關(guān)聯(lián)的，因此不能孤立地分析各基本指數(shù)所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)體系的合理性，并確定權(quán)重系數(shù)。對(duì)于這類問(wèn)題，結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation modeling，SEM）是一種比較科學(xué)的系統(tǒng)化和定量化分析手段。它能夠客觀驗(yàn)證各指標(biāo)對(duì)于所屬基本指數(shù)的有效性以及生態(tài)安全測(cè)度結(jié)果的可信度，并確定各指標(biāo)與基本指數(shù)之間的相關(guān)性。運(yùn)用SEM方法，我們對(duì)上述初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行整體建模、定量檢驗(yàn)和反復(fù)修正，最終得出如圖2所示的林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度的結(jié)構(gòu)方程模型。圖2圖1FESPSIR結(jié)構(gòu)模型

Fig.1FESPSIR structure model

給出了測(cè)量各基本指數(shù)（I, E, C）的指標(biāo)體系（Ii, Ei, Ci；i=1, 2, …）。圖中，λ為各指標(biāo)與基本指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，μ為內(nèi)生基本指數(shù)（E, C）之間的影響系數(shù)，γ為外生基本指數(shù)（I）與內(nèi)生基本指數(shù)（E, C）之間的影響系數(shù)，e為各指標(biāo)的測(cè)量誤差。

按照FESPSIR結(jié)構(gòu)模型的要求，對(duì)于產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I，應(yīng)當(dāng)選擇既能反映FESP子系統(tǒng)的發(fā)展程度，又能反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)森林資源及其產(chǎn)品的需求，以及林業(yè)產(chǎn)業(yè)尤其是林產(chǎn)工業(yè)對(duì)FESS和FESI子系統(tǒng)造成壓力的相關(guān)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)SEM建模，篩選出以下指標(biāo)：林業(yè)總產(chǎn)值I1，反映林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體水平；林業(yè)第二產(chǎn)業(yè)比重I2，反映林產(chǎn)工業(yè)對(duì)森林和水等資源的需求，以及污染物和二氧化碳等排放情況；人均GDP I3，反映一般社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及其對(duì)森林等環(huán)境的壓力；城市化水平I4（用區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋壤硎荆?，反映人類侵占和干預(yù)自然系統(tǒng)的程度。

對(duì)于生態(tài)水平指數(shù)E，得到以下指標(biāo)：生態(tài)林面積比重E1，反映森林生態(tài)效益的總體情況；人均綠地面積E2（城市建成區(qū)的公共綠地、生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地和各單位綠化用地之和，除以建成區(qū)的非農(nóng)業(yè)人口），反映被測(cè)區(qū)域內(nèi)的城市生態(tài)狀況；森林災(zāi)害面積比重E3，反映森林調(diào)節(jié)力和災(zāi)害發(fā)生率等森林生態(tài)狀況；空氣質(zhì)量指數(shù)（air quality index，AQI）E4，反映受到森林生態(tài)作用的大氣生態(tài)狀況。

對(duì)于環(huán)境容量指數(shù)C，包含來(lái)自資源與環(huán)境狀態(tài)子系統(tǒng)FESS和人類響應(yīng)子系統(tǒng)FESR的兩部分指標(biāo)。具體包含以下指標(biāo)：森林覆蓋率C1（被測(cè)區(qū)域內(nèi)森林面積占土地總面積的比例），反映森林資源的總體豐富程度；森林消長(zhǎng)比C2（森林蓄積消耗量與森林蓄積生長(zhǎng)量的比），反映森林資源蓄積量的動(dòng)態(tài)變化，而蓄積量與覆蓋率相比，能夠更好地反映森林結(jié)構(gòu)和木材供給量等狀況；人均有林地面積C3，反映森林資源的人均豐富程度，因而能夠間接地反映被測(cè)區(qū)域森林固碳制氧的能力；造林總面積C4，反映人工造林的力度和綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r；資源回收率C5（可以用某一種林產(chǎn)品的回收率，如廢紙回收率表示），反映林業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度［13］；污染治理率C6，反映人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)與應(yīng)對(duì)環(huán)境危機(jī)的舉措。

2.3基于林業(yè)生態(tài)安全指標(biāo)體系的基本指數(shù)計(jì)算

2.3.1指標(biāo)值的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理

圖2中，森林災(zāi)害面積比重E3、城市空氣質(zhì)量指數(shù)E4、森林消長(zhǎng)比C2為負(fù)向指標(biāo)，其余均為正向指標(biāo)。正向和負(fù)向指標(biāo)的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理方法分別如下：

Xi(t)=0

［xi(t)-Bi］/［Oi-Bi］,

1,xi(t)≤Bi

Bi＜xi(t)＜Oi

xi(t)≥Oi（3）

Xi(t)=0

［Bi-xi(t)］/［Bi-Oi］,

1,xi(t)≥Bi

Oi＜xi(t)＜Bi

xi(t)≤Oi（4）

式中，X代表產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I、生態(tài)水平指數(shù)E、環(huán)境容量圖2基于FESPSIR模型的SEM結(jié)構(gòu)

Fig.2SEM structure based on FESPSIR model指數(shù)C三個(gè)基本指數(shù)之一；Xi(t)為基本指數(shù)X的第i個(gè)指標(biāo)在t時(shí)間（對(duì)于環(huán)境容量指數(shù)C來(lái)說(shuō)，t=k）的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)值（0 ≤ Xi(t) ≤ 1）；xi(t)為指標(biāo)Xi在t時(shí)間的實(shí)際值；Oi為指標(biāo)Xi的優(yōu)限值（目標(biāo)值）；Bi為指標(biāo)Xi的劣限值。

2.3.2權(quán)重系數(shù)計(jì)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型的原理，某一基本指數(shù)與所屬指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)λ反映了這些指標(biāo)對(duì)于該基本指數(shù)的相對(duì)重要性。因此，我們可以據(jù)此計(jì)算出某一基本指數(shù)所屬各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)：

wXi=λXi/∑iλXi（5）

式中，wXi為基本指數(shù)X的第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；λXi是由SEM方法得到的基本指數(shù)X與第i個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)。

2.3.3基本指數(shù)計(jì)算

得到了各指標(biāo)的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化值以及權(quán)重系數(shù)后，便可以計(jì)算出各基本指數(shù)的測(cè)度值X(t)（對(duì)于環(huán)境容量指數(shù)C來(lái)說(shuō)，t=k）：

X(t)=∑iwXiXi(t),∑iwXi=1（6）

式（6）表示指標(biāo)體系通過(guò)權(quán)重耦合，得到了基本指數(shù)。下面還將研究如何對(duì)基本指數(shù)進(jìn)行耦合，構(gòu)造出具有生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義的林業(yè)生態(tài)安全綜合特征指數(shù)。為此，首先要通過(guò)已經(jīng)求得的3個(gè)基本指數(shù)值，計(jì)算出林業(yè)LV共生模型中的另外兩個(gè)重要參數(shù)——競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)α(k)和β(k)，它們也是林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度的兩個(gè)關(guān)鍵的特征指數(shù)。

3林業(yè)LV共生模型的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)估算

在傳統(tǒng)LV模型中，環(huán)境容納量、競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)和子系統(tǒng)增長(zhǎng)率均為常量，即模型參數(shù)。關(guān)于LV模型，多數(shù)學(xué)者都在研究對(duì)于不同的參數(shù)取值，系統(tǒng)的特性有何變化，例如系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平衡點(diǎn)等［14］。也有一些學(xué)者探討了如何通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)方法求取這些參數(shù)的估計(jì)值［15］。還有的學(xué)者試圖利用系統(tǒng)穩(wěn)定條件下的平衡點(diǎn)來(lái)求取競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)α和β值［7］。即假設(shè)當(dāng)t→∞時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，I(t)和E(t)達(dá)到平衡點(diǎn)I*和E*。于是，dI(t)/dt=0，dE(t)/dt=0，因此由式（2）可以解得：

α=(C-I*)/E*,β=(C-E*)/I*（7）

但是，平衡點(diǎn)I*和E*以及環(huán)境容納量C的數(shù)值是難以求取的，更何況這樣求得的α、β是常數(shù)。其實(shí)，式（7）用途通常是根據(jù)常量α、β和C值求取平衡點(diǎn)I*和E*。而對(duì)于森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)，生態(tài)與產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)以及環(huán)境容量指數(shù)等一般總處于變動(dòng)狀態(tài)，所以用系統(tǒng)辨識(shí)方法和式（7）來(lái)計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)α(t)和β(t)都是不可行的。如果將式（7）變更為［7］：

α(t)=［C(t)-I(t)］/E(t),β(t)=［C(t)-E(t)］/I(t)（8）

則理論上不合理，必然導(dǎo)致較大的估算誤差。

為解決這一問(wèn)題，我們對(duì)式（2）進(jìn)行離散化處理，離散化時(shí)間變量仍取年份k。于是有：

I(k+1)-I(k)=I(k)-I(k-1)I(k-1)I(k)

C(k)-I(k)-α(k)E(k)C(k)(9-1)

E(k+1)-E(k)=E(k)-E(k-1)E(k-1)E(k)

C(k)-E(k)-β(k)I(k)C(k)(9-2)

由此可以解得：

α(k)=［φI(k)C(k)-I(k)］/E(k),

β(k)=［φE(k)C(k)-E(k)］/I(k)（10）

其中，φI(k)和φE(k)分別為林業(yè)產(chǎn)業(yè)與森林生態(tài)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性系數(shù)，反映子系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的程度：

φI(k)=1-rI(k+1)/rI(k),

φE(k)=1-rE(k+1)/rE(k)（11）

對(duì)式（10）和式（11）進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)2種特殊情況。

第一種情況，如果當(dāng)t ≥ k后，森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即此后I和E的變化率為0，那么：

I（k+1）-I(k)=0,I(k)-I(k-1)≠0;

E（k+1）-E(k)=0,E(k)-E(k-1)≠0

代入式（11）可得，φI(k)=φE(k)=1。此時(shí)，式（10）可簡(jiǎn)化為式（8），可見(jiàn)式（8）只是式（10）在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的特例。

第二種情況，如果在t = k前后，生態(tài)與產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)的變化率維持不變，即在t = k和t = k＋1時(shí)林業(yè)產(chǎn)業(yè)水平增長(zhǎng)率rI和森林生態(tài)水平增長(zhǎng)率rE不變。代入式（11）可得：φI(k) =φE(k) = 0。于是，式（10）可簡(jiǎn)化為：

α(k)=-I(k)/E(k),β(k)=-E(k)/I(k)（12）

此時(shí)，α(k)<0，β(k)<0。說(shuō)明在t = k時(shí)，生態(tài)與產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)是互利共生的。

4林業(yè)生態(tài)安全綜合特征指數(shù)的構(gòu)造

4.1由競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)向共生受力系數(shù)轉(zhuǎn)換

根據(jù)前述LV模型中競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)的含義，以及筆者于2013年提出的生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生模式譜系［16］，可以建立森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)α(k)和β(k)與共生模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖3）。在圖3中，“(A, B)”表示生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生模式的相互作用性質(zhì)，第一個(gè)維度A表示產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)受到生態(tài)子系統(tǒng)共生作用的受力情況，第二個(gè)維度B表示生態(tài)子系統(tǒng)受到產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)共生作用的受力情況。A、B為“＋”、“－”或“0”三種情況之一，分別表示該子系統(tǒng)的受力為正、負(fù)和零。

由圖3可見(jiàn)，共生作用的受力方向與競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)的符號(hào)正好相反。由此，我們可以定義森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的共生受力系數(shù)：

SI(k)=-α(k)=-［φI(k)C(k)-I(k)］/E(k),

SE(k)=-β(k)=-［φE(k)C(k)-E(k)］/I(k)（13）

式中，SI(k)為林業(yè)產(chǎn)業(yè)受到森林生態(tài)共生作用的受力系數(shù)，簡(jiǎn)稱產(chǎn)業(yè)共生受力系數(shù)，或產(chǎn)業(yè)受力系數(shù)；SE(k)為森林生態(tài)受到林業(yè)產(chǎn)業(yè)共生作用的受力系數(shù)，簡(jiǎn)稱生態(tài)共生受力系數(shù)，或生態(tài)受力系數(shù)。

4.2由共生受力系數(shù)構(gòu)造共生度指數(shù)

由圖3可知，根據(jù)共生受力系數(shù)的正負(fù)號(hào)可以判斷出森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)共生關(guān)系的模式，但是還是無(wú)法從數(shù)量上判斷某種模式下共生關(guān)系的優(yōu)劣程度。為了便于定量測(cè)度林業(yè)生態(tài)安全，我們利用共生受力系數(shù)構(gòu)造出森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的共生度指數(shù)S(k)，作為林業(yè)生態(tài)安全的綜合特征指數(shù)：

S(k)=SI(k)+SE(k)S2I(k)+S2E（k）,SI(k)和SE(k)不同時(shí)為0（14）

根據(jù)算術(shù)平均值與幾何平均值不等式，

|SI(k)+SE(k)|/2≤S2I(k)+S2E（k）/2,等號(hào)只當(dāng)SI(k)=SE(k)時(shí)成立（15）

可知，|S(k)|=|SI(k)+SE(k)|S2I(k)+S2E（k）≤2;SI(k)和SE(k)不同時(shí)為0，等號(hào)只當(dāng)SI(k)=SE(k)時(shí)成立(16)

共生度指數(shù)S(k)具有明確的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，反映了森林生態(tài)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)的共生關(guān)系的優(yōu)劣程度。根據(jù)式（16），S(k)的值域?yàn)椋?2,2］，數(shù)值越大越共生狀態(tài)越好，趨于互利共生（又稱為綠色共生［17］）狀態(tài)；越小則越共生狀態(tài)越差，趨于互害（競(jìng)爭(zhēng)）狀態(tài)。

5基于共生空間的林業(yè)生態(tài)安全判據(jù)

5.1共生度指數(shù)與生態(tài)安全的關(guān)系分析

共生度指數(shù)S是影響林業(yè)生態(tài)安全性的重要因素，但兩者并不存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)共生度指數(shù)與林業(yè)生態(tài)安全性之間的相互關(guān)系，我們?cè)谟晒采芰ο禂?shù)SI和SE所構(gòu)成的二維坐標(biāo)系中，描繪圖3所示的共生關(guān)系圖譜以及共生度指數(shù)S的等值線（圖4）。根據(jù)筆者先前提出的林業(yè)生態(tài)安全的內(nèi)涵與特性［4］以及生態(tài)—產(chǎn)業(yè)共生空間的橢圓演化模型［16］，可以在二維共生空間中將林業(yè)生態(tài)安全性分為6個(gè)區(qū)域：亞健康區(qū)（生態(tài)強(qiáng)利）、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（生態(tài)弱利，即產(chǎn)業(yè)受限、受阻）、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（互害，即競(jìng)爭(zhēng)）、危險(xiǎn)區(qū)（生態(tài)強(qiáng)害，即產(chǎn)業(yè)寄生、捕食）、康復(fù)區(qū)（生態(tài)弱害）、健康區(qū)（互利共生）。圖4中，共生度指數(shù)S =0的等值線為生態(tài)安全底線，這條底線的左下方圖3森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)共生模式與競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)的關(guān)系

Fig.3Relationship between symbiosis modes and competition coefficients in

forest ecologyindustry compound system

圖4林業(yè)生態(tài)安全性的二維共生空間動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

Fig.4FES dynamic structure in twodimensional

symbiotic space

區(qū)域的共生度指數(shù)S<0，而在其右上方區(qū)域S>0。根據(jù)環(huán)境庫(kù)茲涅茨理論和人類文明的演進(jìn)規(guī)律，生態(tài)安全性的也具有漸進(jìn)變化的規(guī)律。在亞健康區(qū)，雖然生態(tài)受力為正，但這是由于產(chǎn)業(yè)受力為負(fù)而導(dǎo)致的生態(tài)安全的良好狀況，這是一種非穩(wěn)定的生態(tài)安全性。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生態(tài)安全性將下降至風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，然后從風(fēng)險(xiǎn)區(qū)下降至高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)。如果人類社會(huì)充分重視并積極推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，就可能從危險(xiǎn)區(qū)越過(guò)底線進(jìn)入康復(fù)區(qū)，生態(tài)安全狀況將出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。此后，隨著環(huán)境經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)安全有可能達(dá)到互利共生的穩(wěn)定健康狀態(tài)。其中，共生度指數(shù)S =1的等值線為生態(tài)安全閾值線，它是生態(tài)安全康復(fù)區(qū)進(jìn)入健康區(qū)的門檻。

5.2林業(yè)生態(tài)安全判斷矩陣構(gòu)建

由于林業(yè)生態(tài)安全所涉及森林生態(tài)—林業(yè)產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，我們無(wú)法在一個(gè)維度上用單一的特征指數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單表述生態(tài)安全的狀態(tài)和趨勢(shì)。由圖4可見(jiàn)，林業(yè)生態(tài)安全性可以且需要根據(jù)兩個(gè)特征指數(shù)進(jìn)行綜合判斷。第一個(gè)特征指數(shù)是生態(tài)受力系數(shù)SE。SE=0的直線（即橫坐標(biāo)）把圖4的共生空間分為2個(gè)區(qū)域：橫坐標(biāo)的上半部分（第一和第二象限）為生態(tài)獲利區(qū)域；橫坐標(biāo)的下半部分（第三和第四象限）為生態(tài)受害區(qū)域。第二個(gè)特征指數(shù)是共生度指數(shù)S。S=0的直線（即生態(tài)安全底線）也把共生空間分為2個(gè)區(qū)域：S=0直線右上方是生態(tài)安全的脫險(xiǎn)區(qū)；S=0直線左下方是生態(tài)安全的涉險(xiǎn)區(qū)。進(jìn)一步地，根據(jù)圖4中的信息，我們可以更加清晰地繪制出各生態(tài)安全性區(qū)域與這兩個(gè)特征指數(shù)的關(guān)系曲線（圖5）。由圖5可見(jiàn)，共生度指數(shù)S曲線在橫坐標(biāo)軸上超前于生態(tài)受力系數(shù)SE曲線，這是因?yàn)楣采仁菍?dǎo)致生態(tài)受力的原因。

根據(jù)以上分析，我們可以得到圖6所示的林業(yè)生態(tài)安

圖5共生度指數(shù)和生態(tài)受力系數(shù)曲線

Fig.5Curves of symbiotic degree index and force

coefficient on ecosystem

圖6林業(yè)生態(tài)安全級(jí)別的雙特征動(dòng)態(tài)判斷矩陣

Fig.6Bicharacteristic dynamic judgment

matrix for FES rating

全級(jí)別的雙特征動(dòng)態(tài)判斷矩陣。在圖6中，生態(tài)受力的正向區(qū)域是生態(tài)子系統(tǒng)獲利區(qū)，包括生態(tài)安全穩(wěn)定區(qū)（生態(tài)與產(chǎn)業(yè)互利共生）和非穩(wěn)定區(qū)（生態(tài)單利）。前者的生態(tài)安全級(jí)別為健康級(jí)，后者包含亞健康級(jí)（藍(lán)色預(yù)警）和風(fēng)險(xiǎn)級(jí)（黃色預(yù)警）。生態(tài)受力的負(fù)向區(qū)域是生態(tài)子系統(tǒng)受害區(qū)，包括生態(tài)安全下降區(qū)和生態(tài)安全轉(zhuǎn)折區(qū)。前者的生態(tài)安全級(jí)別包含高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)（橙色預(yù)警）和危險(xiǎn)級(jí)（紅色預(yù)警），后者為康復(fù)級(jí)。其中，生態(tài)安全康復(fù)級(jí)又可細(xì)分為3個(gè)級(jí)別：0 ≤S<1/3為低康復(fù)級(jí)（橙色預(yù)警），1/3 ≤S<2/3為中康復(fù)級(jí)（黃色預(yù)警），2/3≤S<1為高康復(fù)級(jí)（藍(lán)色預(yù)警）。至于相鄰生態(tài)安全性區(qū)域的交界處的歸屬，一律按圖4或圖6的逆時(shí)針?lè)较驓w入下一個(gè)級(jí)別。

綜上所述，林業(yè)生態(tài)安全性可以劃分為6個(gè)區(qū)域和8個(gè)安全級(jí)別：亞健康區(qū)/級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)/級(jí)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)/級(jí)、危險(xiǎn)區(qū)/級(jí)、康復(fù)區(qū)（含低康復(fù)級(jí)、中康復(fù)級(jí)、高康復(fù)級(jí)）、健康區(qū)/級(jí)。以及4個(gè)預(yù)警級(jí)別：藍(lán)色預(yù)警級(jí)（含亞健康級(jí)或高康復(fù)級(jí)）、黃色預(yù)警級(jí)（含風(fēng)險(xiǎn)級(jí)或中康復(fù)級(jí)）、橙色預(yù)警級(jí)（含高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)或低康復(fù)級(jí)）、紅色預(yù)警級(jí)（危險(xiǎn)級(jí)）。

6結(jié)語(yǔ)：本文方法的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

本文之所以采用“測(cè)度”一詞，是為了區(qū)別單純的“評(píng)價(jià)”。測(cè)度，顧名思義就是測(cè)而度之。這里“測(cè)”指測(cè)評(píng)，包含監(jiān)測(cè)、核算和評(píng)價(jià)等過(guò)程；“度”指確定程度，即對(duì)“測(cè)”的結(jié)果進(jìn)行分析、判斷和定性，并確定預(yù)警級(jí)別和未來(lái)趨勢(shì)等。在具體測(cè)度技術(shù)上，本文方法具有以下幾個(gè)突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

6.1指標(biāo)體系與特征指數(shù)的耦合與解耦：優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

本文推導(dǎo)出了從指標(biāo)體系到特征指數(shù)，直至林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度判據(jù)的完整耦合過(guò)程（見(jiàn)圖7）：根據(jù)SEM可以得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)從單項(xiàng)指標(biāo)到基本指數(shù)的權(quán)重耦合；根據(jù)林業(yè)LV共生模型，可以實(shí)現(xiàn)從基本指數(shù)到競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)，再?gòu)墓采芰ο禂?shù)到共生度綜合特征指數(shù)的共生耦合；根據(jù)林業(yè)生態(tài)安全性的共生空間演化規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)從綜合特征指數(shù)和生態(tài)受力系數(shù)到林業(yè)生態(tài)安全級(jí)別的雙特征動(dòng)態(tài)判斷矩陣的演化耦合。然后，根據(jù)圖7，又可以反過(guò)來(lái)進(jìn)行林業(yè)生態(tài)安全性的逆向回溯解耦，從而逐層分析影響生態(tài)安全的原因。通過(guò)上述耦合與解耦過(guò)程，一方面能夠得到具有明確生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義的特征指數(shù)，便于管理者和公眾理解和運(yùn)用林業(yè)生態(tài)安全的測(cè)度結(jié)果；另一方面又能夠追溯到各單項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)值，便于從產(chǎn)生生態(tài)安全問(wèn)題的主要原因入手，制定具體有效的管理措施。

6.2結(jié)構(gòu)化和定量化建模技術(shù)：降低主觀隨意性

本文方法為林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度提供了一種更加科學(xué)的結(jié)構(gòu)化和定量化手段。首先，F(xiàn)ESPSIR結(jié)構(gòu)模型為SEM及其指標(biāo)體系的構(gòu)建提供了理論依據(jù)和邏輯框架。其次，通過(guò)SEM方法，可以對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行檢驗(yàn)和完善，并客觀定量地確定指標(biāo)權(quán)重，最大限度地降低了主觀隨意性。再次，根據(jù)共生度指數(shù)，可以科學(xué)地確定林業(yè)生態(tài)安全的閾值和底線，并對(duì)林業(yè)生態(tài)安全轉(zhuǎn)折區(qū)進(jìn)行更加細(xì)化的級(jí)別劃分。

6.3雙特征動(dòng)態(tài)判斷矩陣：前因性預(yù)警＋后果性預(yù)測(cè)

圖6所示的林業(yè)生態(tài)安全判斷矩陣改進(jìn)了筆者先前提出的林業(yè)生態(tài)安全度的雙特征判斷矩陣［4］。與原方法圖7林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度指標(biāo)體系與特征指數(shù)的耦合路線

Fig.7Coupling routes between indicators system and characteristic indexes for FES measuring相比，本文的新方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）用已知的生態(tài)受力系數(shù)取代生態(tài)—產(chǎn)業(yè)成熟度，簡(jiǎn)化了林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度算法。

（2）原判斷方法認(rèn)為生態(tài)—產(chǎn)業(yè)成熟度高時(shí)，其生態(tài)安全性優(yōu)于成熟度低的情況，這只是一種主觀假設(shè)，缺乏科學(xué)依據(jù)。而新方法用共生度S對(duì)生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行定量，并用生態(tài)受力系數(shù)SE的正負(fù)號(hào)對(duì)同一共生度下的生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行定性，使得判定方法更加科學(xué)和簡(jiǎn)便。

（3）原方法通過(guò)對(duì)林業(yè)生態(tài)安全的前因——生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生度的測(cè)度，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)安全的“前因性預(yù)警”，避免了“就生態(tài)論生態(tài)”的傳統(tǒng)方法的滯后性。本文新方法在此基礎(chǔ)上，通過(guò)研究林業(yè)生態(tài)安全在共生空間的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，構(gòu)建了林業(yè)生態(tài)安全級(jí)別動(dòng)態(tài)判斷矩陣，從而能夠預(yù)測(cè)生態(tài)安全性的未來(lái)走勢(shì)。也就是說(shuō)，新測(cè)度方法在前因性預(yù)警的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了“后果性預(yù)測(cè)”。

6.4本文測(cè)度方法的應(yīng)用價(jià)值：提高測(cè)控有效性

本文方法的前因性預(yù)警和后果性預(yù)測(cè)作用使林業(yè)生態(tài)安全測(cè)控技術(shù)得到了實(shí)質(zhì)性提升，極大地提高了該方法的應(yīng)用價(jià)值。從圖4和圖6可見(jiàn)，對(duì)于同樣的生態(tài)健康狀態(tài)和預(yù)警級(jí)別，本文方法可以根據(jù)它們?cè)谏鷳B(tài)與產(chǎn)業(yè)的共生關(guān)系上的差異，區(qū)分出它們?cè)谏鷳B(tài)安全演化過(guò)程中的不同階段（如高風(fēng)險(xiǎn)和低康復(fù)），從而預(yù)測(cè)它們未來(lái)的不同演化趨勢(shì)，以便采取針對(duì)性更強(qiáng)的控制措施。例如，如果某地區(qū)生態(tài)安全級(jí)別屬于高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)，說(shuō)明生態(tài)和產(chǎn)業(yè)處于相互競(jìng)爭(zhēng)和互害的嚴(yán)重狀態(tài)，并朝著危險(xiǎn)級(jí)發(fā)展。因此，必須采取有力措施降低生態(tài)損害，盡量縮短或避免生態(tài)強(qiáng)害的危險(xiǎn)級(jí)過(guò)程，盡快進(jìn)入生態(tài)弱害的康復(fù)級(jí)。如果生態(tài)安全處于危險(xiǎn)級(jí)，說(shuō)明該地區(qū)林業(yè)生態(tài)安全很可能進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)峻狀態(tài)。這時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題是要盡一切努力終止生態(tài)安全的繼續(xù)惡化，并積極實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)折，使之盡快步入康復(fù)級(jí)，否則后果將不堪設(shè)想。如果生態(tài)安全處于低康復(fù)級(jí)，說(shuō)明該地區(qū)已進(jìn)入了生態(tài)安全的轉(zhuǎn)折區(qū)，此時(shí)需要大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)，使林業(yè)系統(tǒng)朝著生態(tài)與產(chǎn)業(yè)互利共生的方向發(fā)展?？梢?jiàn)，本文所提出的基于共生理論的林業(yè)生態(tài)安全動(dòng)態(tài)測(cè)度方法能夠提供更加全面的生態(tài)安全的狀態(tài)、預(yù)警和預(yù)測(cè)信息，因而對(duì)林業(yè)生態(tài)安全的監(jiān)測(cè)與控制具有更加顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而傳統(tǒng)的一維評(píng)價(jià)方法是無(wú)法做到這一點(diǎn)的。

本文給出的測(cè)度方法已在我國(guó)林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。限于篇幅，關(guān)于結(jié)構(gòu)方程模型的具體構(gòu)建、我國(guó)不同區(qū)域和不同時(shí)期林業(yè)生態(tài)安全測(cè)度等實(shí)證研究成果，我們將分期陸續(xù)發(fā)表。

（編輯：李琪）

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Measuring Model and Criterion of Forestry Ecological Security by

Symbiotic Coupling Method

ZHANG Zhiguang1,2

（1. College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China;

2. System Engineering Institute for Environment and Development, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China）

AbstractMeasuring model, algorithm and criterion of forestry ecological security (FES) are derived and improved based on ecologyindustry symbiosis theory, in order to develop an operable and practical technology of FES measuring. Not only for remaining the ecological economy significance of FES characteristic index, but also for tracing FES problem back to its reasons through indicators system, LotkaVolterra symbiosis model of forest ecologyindustry compound system (forestry LV symbiosis model) is established to couple indicators system to characteristic indexes. First of all for this purpose, the indicators system of FES measuring is set up by a structured and quantified method that includes FES pressurestateimpactresponse structure model (FESPSIR model) and structural equation modeling (SEM). At the same time，the weight coefficients of the indicators are calculated by the above SEM to overcome the subjectivity in traditional weighting ways. Then according to the weight coefficients and the forestry LV symbiosis model, a composite characteristic indexforest ecologyindustry symbiotic degree is constructed by coupling lowerhierarchy indicators to higherhierarchy characteristic indexes. On that basis, the dynamic judgment matrix for FES rating is built, which has two dimensions of symbiotic degree and force coefficient on ecosystem, by analyzing dynamic evolvement rule of FES in symbiotic space. The research shows that the efficiency of FES measuring and controlling technology can be enhanced greatly based on the method developed in this thesis. Firstly, the method has ‘causative prewarning function for FES, because the symbiotic degree index is the cause of FES, so that the hysteresis of traditional methods, in which FES cause factors arent considered, is overcome. Secondly, ‘causative prewarning and ‘consequent forecasting function are realized by this method, because the future trend of FES can be forecasted by the dynamic judgment matrix. Thirdly, possible detailed reasons of FES problem can be traced back through a decoupling process in the opposite direction of the above mentioned symbiotic coupling measuring, in order to provide scientific basis for relevant government departments to adopt effective measures on FES management.

Key wordsforestry ecological security; symbiosis; measure; indicators system; characteristic index; LotkaVolterra model

［10］張智光. 綠色中國(guó)(第一卷)：理論、戰(zhàn)略與應(yīng)用 ［M］. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010. ［Zhang Zhiguang. Green China (Vol.Ⅰ): Theory, Strategy and Application ［M］. Beijing: China Environmental Science Press, 2010.］

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［17］張智光. 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)與生態(tài)互利共生的林業(yè)綠色供應(yīng)鏈模式研究 ［J］. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，36(2)：3-10. ［Zhang Zhiguang. Research on the Mode of Forestry Green Supply Chain for Mutualism between Industry and Ecology. Journal of Nanjing Forestry University：Natural Sciences Edition, 2012, 6(2): 3-10.］

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Symbiotic Coupling Method

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（1. College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China;

2. System Engineering Institute for Environment and Development, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China）

AbstractMeasuring model, algorithm and criterion of forestry ecological security (FES) are derived and improved based on ecologyindustry symbiosis theory, in order to develop an operable and practical technology of FES measuring. Not only for remaining the ecological economy significance of FES characteristic index, but also for tracing FES problem back to its reasons through indicators system, LotkaVolterra symbiosis model of forest ecologyindustry compound system (forestry LV symbiosis model) is established to couple indicators system to characteristic indexes. First of all for this purpose, the indicators system of FES measuring is set up by a structured and quantified method that includes FES pressurestateimpactresponse structure model (FESPSIR model) and structural equation modeling (SEM). At the same time，the weight coefficients of the indicators are calculated by the above SEM to overcome the subjectivity in traditional weighting ways. Then according to the weight coefficients and the forestry LV symbiosis model, a composite characteristic indexforest ecologyindustry symbiotic degree is constructed by coupling lowerhierarchy indicators to higherhierarchy characteristic indexes. On that basis, the dynamic judgment matrix for FES rating is built, which has two dimensions of symbiotic degree and force coefficient on ecosystem, by analyzing dynamic evolvement rule of FES in symbiotic space. The research shows that the efficiency of FES measuring and controlling technology can be enhanced greatly based on the method developed in this thesis. Firstly, the method has ‘causative prewarning function for FES, because the symbiotic degree index is the cause of FES, so that the hysteresis of traditional methods, in which FES cause factors arent considered, is overcome. Secondly, ‘causative prewarning and ‘consequent forecasting function are realized by this method, because the future trend of FES can be forecasted by the dynamic judgment matrix. Thirdly, possible detailed reasons of FES problem can be traced back through a decoupling process in the opposite direction of the above mentioned symbiotic coupling measuring, in order to provide scientific basis for relevant government departments to adopt effective measures on FES management.

Key wordsforestry ecological security; symbiosis; measure; indicators system; characteristic index; LotkaVolterra model

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Measuring Model and Criterion of Forestry Ecological Security by

Symbiotic Coupling Method

ZHANG Zhiguang1,2

（1. College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China;

2. System Engineering Institute for Environment and Development, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China）

AbstractMeasuring model, algorithm and criterion of forestry ecological security (FES) are derived and improved based on ecologyindustry symbiosis theory, in order to develop an operable and practical technology of FES measuring. Not only for remaining the ecological economy significance of FES characteristic index, but also for tracing FES problem back to its reasons through indicators system, LotkaVolterra symbiosis model of forest ecologyindustry compound system (forestry LV symbiosis model) is established to couple indicators system to characteristic indexes. First of all for this purpose, the indicators system of FES measuring is set up by a structured and quantified method that includes FES pressurestateimpactresponse structure model (FESPSIR model) and structural equation modeling (SEM). At the same time，the weight coefficients of the indicators are calculated by the above SEM to overcome the subjectivity in traditional weighting ways. Then according to the weight coefficients and the forestry LV symbiosis model, a composite characteristic indexforest ecologyindustry symbiotic degree is constructed by coupling lowerhierarchy indicators to higherhierarchy characteristic indexes. On that basis, the dynamic judgment matrix for FES rating is built, which has two dimensions of symbiotic degree and force coefficient on ecosystem, by analyzing dynamic evolvement rule of FES in symbiotic space. The research shows that the efficiency of FES measuring and controlling technology can be enhanced greatly based on the method developed in this thesis. Firstly, the method has ‘causative prewarning function for FES, because the symbiotic degree index is the cause of FES, so that the hysteresis of traditional methods, in which FES cause factors arent considered, is overcome. Secondly, ‘causative prewarning and ‘consequent forecasting function are realized by this method, because the future trend of FES can be forecasted by the dynamic judgment matrix. Thirdly, possible detailed reasons of FES problem can be traced back through a decoupling process in the opposite direction of the above mentioned symbiotic coupling measuring, in order to provide scientific basis for relevant government departments to adopt effective measures on FES management.

Key wordsforestry ecological security; symbiosis; measure; indicators system; characteristic index; LotkaVolterra model