錢春花，趙邑晨，李明陽(yáng)，李 陶

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,江蘇 南京 210037；2.蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215008；3.沈陽(yáng)市勘察測(cè)繪研究院有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽(yáng) 110004)

森林生態(tài)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程所形成的有利于人類生存和發(fā)展的生態(tài)環(huán)境條件與效用，包含水源涵養(yǎng)功能、水土保持功能、氣候調(diào)節(jié)功能、環(huán)境凈化功能、生物多樣性保護(hù)功能等[1-2]。森林作為陸地最大的生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)功能的變化直接影響著人類生存環(huán)境的變化。國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)功能評(píng)價(jià)的研究始于20世紀(jì)50年代，90年代后迅速增多[3-4]。我國(guó)對(duì)森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)相關(guān)的研究多集中于森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)降水的分配與攔截效應(yīng)、凈化水質(zhì)功能、保持水土功能、森林生產(chǎn)力、生物多樣性保護(hù)等林分或生態(tài)系統(tǒng)尺度的單項(xiàng)生態(tài)功能方面[5-7]。國(guó)家、區(qū)域尺度的森林生態(tài)服務(wù)綜合功能評(píng)價(jià)，通常以森林資源統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)為主要信息源，研究?jī)?nèi)容缺少森林生態(tài)功能空間分析的內(nèi)容，并且側(cè)重于經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)[8]。自20 世紀(jì)70 年代建立了森林資源連續(xù)清查(簡(jiǎn)稱連清)體系以來(lái)，我國(guó)很多省份已經(jīng)進(jìn)行了8～9次森林資源清查。森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)具有調(diào)查因子多、調(diào)查精度高、連續(xù)動(dòng)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。為避免以單一或少數(shù)因子進(jìn)行生態(tài)功能評(píng)價(jià)帶來(lái)的缺點(diǎn)，增強(qiáng)評(píng)價(jià)的綜合性、權(quán)威性及可比性，2004年頒布的《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中提出了森林生態(tài)功能指數(shù)概念[9-10]。此后，這種基于連續(xù)數(shù)據(jù)的森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)研究開(kāi)始在區(qū)域生態(tài)功能評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用，但研究的時(shí)間跨度往往較小，同時(shí)在生態(tài)功能時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析方面較為薄弱。

根據(jù)第八次全國(guó)森林資源清查(2009—2013)結(jié)果，全國(guó)森林質(zhì)量指數(shù)為0.60，總體處于中等質(zhì)量水平，生產(chǎn)力低下、結(jié)構(gòu)不合理、生態(tài)功能脆弱、生態(tài)穩(wěn)定性差問(wèn)題突出。為了提升森林質(zhì)量、增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，2016年發(fā)布的《全國(guó)森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃》(2016—2050年)提出，森林經(jīng)營(yíng)的目的是建立健康穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高效的森林生態(tài)系統(tǒng)，森林經(jīng)營(yíng)應(yīng)該是在尋求生態(tài)合理性的基礎(chǔ)上來(lái)追求經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的合理性。由于森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響及森林經(jīng)營(yíng)成效的體現(xiàn)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，衡量森林經(jīng)營(yíng)是否可持續(xù)必須采用一個(gè)輪伐期以上的時(shí)間尺度。因此，長(zhǎng)期森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃的各種森林經(jīng)營(yíng)措施及林業(yè)方針政策的制定需要建立在對(duì)規(guī)劃區(qū)長(zhǎng)期、精準(zhǔn)的森林生態(tài)功能綜合評(píng)價(jià)基礎(chǔ)之上。

廣州地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江三角洲，近40年快速的城市化及工業(yè)化進(jìn)程、頻繁的國(guó)際貿(mào)易等引發(fā)的林地占用、林地退化、外來(lái)有害生物入侵導(dǎo)致區(qū)域森林生態(tài)服務(wù)功能明顯下降[11]。作為南方集體林區(qū)的一部分，林農(nóng)是森林經(jīng)營(yíng)的主體，廣州森林經(jīng)營(yíng)狀況受林業(yè)政策法規(guī)變動(dòng)的影響較大。在《廣東省森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃》(2016—2050年)中，廣州屬于珠三角平原丘陵生態(tài)風(fēng)景林與江河防護(hù)林經(jīng)營(yíng)亞區(qū)，從而明確了森林生態(tài)功能的區(qū)域森林主要經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。在珠江三角洲，杉木、馬尾松、常綠闊葉林等主要優(yōu)勢(shì)樹種的綜合輪伐期通常在30 a以上。因此，以廣州市為研究區(qū)域，利用8期固定樣地?cái)?shù)據(jù)、采用生態(tài)功能指數(shù)的方法，進(jìn)行1979—2012年長(zhǎng)期森林生態(tài)功能時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)因素研究，以期為珠三角森林長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)規(guī)劃、森林經(jīng)營(yíng)措施及林業(yè)方針政策的制定提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣州(109°46′～117°21′E，20°08′～25°30′N)土地總面積7 434.4 km2。2019年的廣州市常住人口為1 530.59萬(wàn)人，地區(qū)生產(chǎn)總值23 628.60億元。廣州市轄11區(qū)，本級(jí)統(tǒng)籌區(qū)7個(gè)，其中越秀、海珠、荔灣3區(qū)為老城區(qū)，番禺區(qū)、花都區(qū)、從化區(qū)、增城區(qū)為新4區(qū)。

廣州地處亞熱帶沿海，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)海洋性氣候，全年平均氣溫19.7～26.3 ℃，年降水量約為1 802.4 mm，平均相對(duì)濕度77%，具有溫差較小、光照充足、溫暖多雨及冬季短、夏季長(zhǎng)等顯著特征。廣州屬于丘陵地帶，地勢(shì)東北高、西南低，背山面海，北部是森林集中的丘陵山區(qū)，最高峰為北部從化市與龍門縣交界處的天堂頂，海拔為1 210 m；東北部為中低山地，中部是丘陵盆地，南部為沿海沖積平原，是珠江三角洲的組成部分。

廣州市2015年的林業(yè)用地面積29.2萬(wàn)hm2，其中有林地面積27.6萬(wàn)hm2，森林蓄積量達(dá)1 499.67萬(wàn)m3，森林覆蓋率為42.03%。主要優(yōu)勢(shì)樹種中常綠針葉樹種有杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、濕地松(Pinuselliottii)，常綠闊葉樹種有桉樹(Eucalyptusrobusta)、黎蒴(Castanopsisfissa)、馬占相思(Acaciamangium)、木荷(Schimareinw)。由于森林結(jié)構(gòu)、齡級(jí)結(jié)構(gòu)不合理，用材林單位面積蓄積量較低，沿江、沿河防護(hù)林質(zhì)量不高。廣州市生態(tài)效益低下的桉樹純林和馬占相思純林比例較大，單位面積喬木林蓄積量(55.68 m3) 低于全省平均水平(58.25 m3)。薇甘菊、松材線蟲、松突圓蚧等外來(lái)林業(yè)有害生物對(duì)區(qū)域森林生態(tài)安全構(gòu)成較大威脅。總體評(píng)價(jià)認(rèn)為區(qū)域森林生態(tài)功能、森林景觀質(zhì)量不高。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

底圖審圖號(hào)：粵審(2018)121號(hào)。下同。圖1 廣州市森林資源連續(xù)清查固定樣地空間分布Fig.1 Spatial distributions of fixed plots of continuous inventoryies of forest resources in Guangzhou

數(shù)據(jù)源主要有：①?gòu)V州市1979—2012年8期148塊森林資源連續(xù)清查固定樣地?cái)?shù)據(jù)，樣地大小為0.067 hm2(圖1)，樣地間距為6 km×8 km，樣地屬性表中的郁閉度、植被覆蓋度、自然度、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、林分蓄積和平均樹高等因子與森林生態(tài)功能密切相關(guān)；②來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)的研究區(qū)2012年均氣溫和年降水量空間插值數(shù)據(jù)、2010年人口分布(簡(jiǎn)稱人口密度，下同)與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(簡(jiǎn)稱人均GDP，下同)網(wǎng)格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的空間分辨率均為1 000 m；③源自美國(guó)國(guó)家海洋大氣局國(guó)家環(huán)境信息中心(https://www.ngdc.noaa.gov)提供的2012年全球輻射定標(biāo)夜間燈光數(shù)據(jù)(DMSP/OLS，簡(jiǎn)稱燈光亮度，下同)，數(shù)據(jù)的空間分辨率為1 000 m；④來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn)的2012年10月的Landsat ETM+遙感影像(軌道號(hào)122/44，云覆蓋2.0%)、空間分辨率為30 m的數(shù)字高程模型(DEM)。

由于森林生物量、森林生產(chǎn)力等森林生態(tài)功能的高低與植被生長(zhǎng)狀況、地形條件、氣候條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況密切相關(guān)[12]。預(yù)處理結(jié)束后，在ArcGIS平臺(tái)上，利用空間分析工具箱中的Extract工具，提取每個(gè)固定樣地的植被生長(zhǎng)(植被覆蓋度)、地形(海拔、坡度)、氣候(年降水量、年平均溫度)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)(人口密度、人均GDP、燈光亮度)合計(jì)8個(gè)環(huán)境因子。其中，植被覆蓋度是在計(jì)算出研究區(qū)歸一化植被指數(shù)(NDVI)基礎(chǔ)上，由二分法模型[13]生成。

1.3 生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建

根據(jù)2004年的《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》和GB/T 38590—2020《森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程》，采用生態(tài)功能指數(shù)對(duì)研究區(qū)各個(gè)樣地生態(tài)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。從固定樣地的60多個(gè)屬性中，選擇森林郁閉度、植被總蓋度、森林自然度、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、枯枝落葉層厚度、森林蓄積和林分平均樹高8個(gè)與森林生態(tài)功能密切相關(guān)的因子，按相對(duì)重要性通過(guò)加權(quán)平均構(gòu)建森林生態(tài)功能指數(shù)來(lái)綜合評(píng)定森林生態(tài)功能等級(jí)。各生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重見(jiàn)表1。

表1 森林生態(tài)功能評(píng)價(jià)因子及類型劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation factors and classification standards of forest ecological functions

在8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，森林蓄積量、郁閉度、平均樹高3個(gè)因子8期數(shù)據(jù)都有，并且屬于定量因子，可以根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)直接劃分等級(jí)。對(duì)于早期森林資源清查樣地屬性表中沒(méi)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如自然度、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)，根據(jù)樣地中其他調(diào)查因子，按照2004年的《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》和GB/T 38590—2020《森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行等級(jí)劃分，然后再根據(jù)表1劃分等級(jí)。如根據(jù)技術(shù)規(guī)定中的“森林自然度劃分與賦值標(biāo)準(zhǔn)”(表2)，可以根據(jù)樣地的地類、林種、樹種、起源、林齡等其他因子判斷出一個(gè)樣地的森林自然度等級(jí)。

為便于計(jì)算分析，將類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別賦值3、2、1。在進(jìn)行指標(biāo)綜合之前，按照參考文獻(xiàn)[14]的方法，分別大者為優(yōu)(指標(biāo)1、4、5、6、7)或小者為優(yōu)(指標(biāo)2、3、8)對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在此基礎(chǔ)上，按下式計(jì)算綜合得分：

(1)

式中：Y為森林生態(tài)功能指數(shù)，Xi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子類型的標(biāo)準(zhǔn)化得分值，Wi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。然后根據(jù)綜合得分值評(píng)定每個(gè)樣地的生態(tài)功能等級(jí)。

表2 森林自然度劃分標(biāo)準(zhǔn)與賦值Table 2 Forest natural degree division standards and assignments

1.4 時(shí)間增減和空間格局變化分析

利用一元線性回歸方程可以分析各個(gè)樣地的生態(tài)功能時(shí)間變化趨勢(shì)[15]，其計(jì)算公式為：

(2)

式中：θslope表示趨勢(shì)斜率；n為研究時(shí)間段的個(gè)數(shù)(n=8)，Ci為第i年生態(tài)功能指數(shù)。θslope若為正值，則說(shuō)明樣地的生態(tài)功能在研究期間呈增加的趨勢(shì)；θslope為0，表示研究期間樣地生態(tài)功能沒(méi)有發(fā)生變化；θslope為負(fù)值，則表示樣地的生態(tài)功能在研究期間呈降低的趨勢(shì)。

①分娩方式：統(tǒng)計(jì)兩組產(chǎn)婦自然分娩率、難產(chǎn)率和剖宮產(chǎn)率。②產(chǎn)程進(jìn)展：比較兩組產(chǎn)婦第一產(chǎn)程、第二產(chǎn)程時(shí)間。③分娩結(jié)局：比較兩組產(chǎn)后出血、新生兒窒息、早產(chǎn)、新生兒死亡發(fā)生率。其中，產(chǎn)后出血指胎兒娩出后2 h產(chǎn)婦陰道出血量>500 mL；新生兒窒息指新生兒出生后1 min Apgar評(píng)分<7分。

利用ArcGIS包含的空間統(tǒng)計(jì)(spatial analysis)工具，選擇莫蘭指數(shù)(Moran’sI，用于判斷樣地生態(tài)功能的空間自相關(guān)性)和高值點(diǎn)(熱點(diǎn))地理中心分析(central feature)來(lái)探討廣州市森林生態(tài)功能空間變化規(guī)律。采用ArcGIS 10.2空間統(tǒng)計(jì)工具箱中的聚集及特例分析工具(cluster and outlier analysis-anselin local moran’sI)，通過(guò)空間聚類，識(shí)別固定樣地中的森林生態(tài)功能高值點(diǎn)(空間熱點(diǎn))[16]?？臻g熱點(diǎn)地理中心分析的目的在于判斷森林生態(tài)功能高值點(diǎn)樣地的空間變化趨勢(shì)。通過(guò)空間聚類，識(shí)別出固定樣地中的森林生態(tài)功能高值點(diǎn)(空間熱點(diǎn))，采用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)工具箱中的Central Feature工具生成研究區(qū)1979—2012年的8期森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理中心，并與2012年研究區(qū)Landsat ETM假彩色合成疊加。莫蘭指數(shù)是一種最常用的自相關(guān)系數(shù)，計(jì)算公式如下：

(3)

1.5 地理加權(quán)回歸

地理加權(quán)回歸(geographically weighted regression,GWR)模型加入了觀測(cè)點(diǎn)的空間位置信息，即在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都進(jìn)行一次獨(dú)立的線性回歸[17]，因而可以解釋每個(gè)變量在各個(gè)區(qū)域影響的差異性，從而克服了傳統(tǒng)線性回歸的缺點(diǎn)。本研究采用GWR構(gòu)建廣州市森林生態(tài)功能空間差異驅(qū)動(dòng)因素回歸模型，計(jì)算公式為：

yi=β0(ui-vi)+∑βk(ui,vi)xik+εi。

(4)

式中：β為模型系數(shù),(ui，vi)是第i個(gè)固定樣地的空間位置坐標(biāo)，βk(ui，vi)是連續(xù)函數(shù)在固定樣地i的生態(tài)功能指數(shù)值，xik是變量xi在固定樣地i的值，εi代表隨機(jī)誤差。以2012年為例，選擇148塊固定樣地森林生態(tài)功能指數(shù)為被解釋變量，選取人口密度、人均GDP、燈光亮度、年降水量、植被覆蓋度、海拔、坡度共7項(xiàng)指標(biāo)作為解釋變量建立GWR模型進(jìn)行研究區(qū)生態(tài)功能空間差異性驅(qū)動(dòng)因素分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣州森林生態(tài)功能時(shí)間變化趨勢(shì)分析

在計(jì)算148塊樣地8期生態(tài)功能指數(shù)的基礎(chǔ)上，將生態(tài)功能指數(shù)值代入公式(2)，計(jì)算出每塊樣地1979—2012年的生態(tài)功能趨勢(shì)斜率，以及斜率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)。按照均值-2σ、均值-1σ、均值+1σ、均值+2σ的方法設(shè)定4個(gè)閾值，將1979—2012年研究區(qū)148塊固定樣地的生態(tài)功能時(shí)間變化趨勢(shì)分為5種類型：顯著變高(A)、輕微變高(B)、基本穩(wěn)定(C)、輕微變低(D)、顯著變低(E)，并計(jì)算5種類型樣地的占比(圖2A)。

圖2 1979—2012年廣州市不同森林生態(tài)功能變化的類型樣地比例及等級(jí)比例Fig.2 The proportion of different plots types of forest ecological function changes and function levels in Guangzhou from 1979 to 2012

從圖2A可以看出，1979—2012年廣州森林生態(tài)功能指數(shù)提高的樣地?cái)?shù)多于變低的樣地?cái)?shù)，森林生態(tài)功能整體向變好的方向發(fā)展。森林生態(tài)功能指數(shù)提高(輕微變高和顯著變高)的樣地?cái)?shù)是變低(輕微變低和顯著變低)樣地?cái)?shù)的1.82倍，顯著變高樣地?cái)?shù)占研究區(qū)樣地總數(shù)的19.59%，輕微變高樣地?cái)?shù)占比14.86%；輕微變低樣地?cái)?shù)占樣地總數(shù)的9.47%，顯著變低樣地?cái)?shù)僅占9.46%，森林生態(tài)功能指數(shù)基本穩(wěn)定的樣地?cái)?shù)占46.62%。

在計(jì)算出研究區(qū)1979—2012年148塊樣地8期森林生態(tài)功能指數(shù)前提下，按照低(<0.3)、中等(0.3～0.6)、高(>0.6)的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)各時(shí)段各個(gè)等級(jí)樣地的比例變化(圖2B)。從圖2B可以看出，研究區(qū)1979—2012年森林生態(tài)功能指數(shù)等級(jí)為高、中等的樣地?cái)?shù)整體呈現(xiàn)曲折上升、平穩(wěn)增加的趨勢(shì)，森林生態(tài)功能指數(shù)等級(jí)為“低”的樣地?cái)?shù)呈階梯狀下降且總體減少趨勢(shì)。

研究區(qū)森林生態(tài)功能呈現(xiàn)總體提升的良好態(tài)勢(shì)，與20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始實(shí)施的“造林滅荒、退耕還林、天然林保護(hù)、城鎮(zhèn)綠化”[11]等生態(tài)工程有著密不可分的關(guān)系。從圖2B可以看出，1988年，研究區(qū)生態(tài)功能高的樣地比例出現(xiàn)較大幅度下降，這與1983年山林分山到戶引發(fā)的過(guò)度砍伐造成森林資源質(zhì)量下降有關(guān)；1992年研究區(qū)生態(tài)功能中、高等樣地比例出現(xiàn)一定幅度上升，生態(tài)功能低的樣地比例出現(xiàn)大幅度下降，這種變化源自于1985—1991年的廣州市綠化達(dá)標(biāo)、造林滅荒的生態(tài)工程建設(shè)成果。

2.2 廣州森林生態(tài)功能空間變化分析

圖3 1979—2012年廣州市森林生態(tài)功能空間自相關(guān)性變化Fig.3 Changes in a spatial autocorrelation of forest ecological functions in Guangzhou from 1979to 2012

基于8期固定樣地生態(tài)功能指數(shù)Moran’sI的研究區(qū)生態(tài)功能空間自相關(guān)隨時(shí)間變化見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，148塊8期固定樣地森林生態(tài)功能指數(shù)的Moran’sI值均>0，說(shuō)明1979—2012年的研究區(qū)森林生態(tài)功能存在較為明顯的空間正相關(guān)。1979—2012年的森林生態(tài)功能指數(shù)Moran’sI值變化呈現(xiàn)先增大再迅速下降，后又逐漸增大的趨勢(shì)。森林生態(tài)功能指數(shù)Moran’sI的最大值為1988年的0.265，最小值為1992年的0.056。Moran’sI值的變化趨勢(shì)揭示了研究區(qū)森林生態(tài)功能空間聚集性增大后急劇下降、又緩慢增強(qiáng)的復(fù)雜變化歷程。這是由于1979年后，伴隨著“林業(yè)三定”政策的實(shí)施，雖然研究區(qū)低海拔地區(qū)森林資源受到了嚴(yán)重破壞，但是廣州市東北部高海拔、高坡度地區(qū)的森林由于交通不便得到了較好保護(hù)，表現(xiàn)為森林生態(tài)功能較高，故1979—1988年期間研究區(qū)森林生態(tài)功能指數(shù)空間自相關(guān)性呈明顯增強(qiáng)趨勢(shì)。1985年廣東省采取“五年種樹、十年綠化廣東”的舉措，使得研究區(qū)森林覆蓋率較低的平原、丘陵地區(qū)森林面積增加，森林質(zhì)量提高，平原、丘陵山區(qū)的森林生態(tài)功能差距持續(xù)減小，形成1988—1992年研究區(qū)森林生態(tài)功能的空間自相關(guān)性呈現(xiàn)較大幅度下降趨勢(shì)。1993—1997年以開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)、房地產(chǎn)投資、股票和金融為代表的經(jīng)濟(jì)過(guò)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致研究區(qū)低海拔地區(qū)的森林被采伐、林地被蠶食的面積較大，森林生態(tài)功能空間自相關(guān)性再次呈現(xiàn)明顯增強(qiáng)趨勢(shì)。1997—2002年，隨著經(jīng)濟(jì)治理整頓措施的落實(shí)，森林資源嚴(yán)重破壞的趨勢(shì)得到遏制。2003年《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快林業(yè)發(fā)展的決定》(www.moa.gov.cn/gk/zcfg/xzfg/200301/t20060123-541448.htm)確立了以生態(tài)建設(shè)為主的林業(yè)發(fā)展方向之后，研究區(qū)森林的干擾和破壞現(xiàn)象明顯減少，森林生態(tài)功能的空間聚集性逐漸趨于穩(wěn)定。

將1979—2012年的8期森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理中心與2012年研究區(qū)Landsat ETM假彩色合成疊加(圖4)可以看出，1979—2012年廣州市森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理分布中心主要集中在廣州市中部偏北地區(qū)，結(jié)合中心局部放大圖可以看出，研究區(qū)森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理分布中心呈現(xiàn)由南向北、由西向東逐漸偏移的變化趨勢(shì)。

圖4 1979—2012年廣州市森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理中心的變動(dòng)Fig.4 Changes in geographic centers of high-value points of forest ecological functions in Guang-zhou from 1979 to 2012

這種生態(tài)功能地理分布中心的變動(dòng)趨勢(shì)與研究區(qū)的地形條件差異、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的高低、林業(yè)方針政策的變化存在密切關(guān)系。1978年后，研究區(qū)開(kāi)始經(jīng)歷較為快速的城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程。研究區(qū)的北部海拔高、坡度陡、交通不便，受人為干擾少，森林覆蓋率高；中部、南部的丘陵盆地，森林覆蓋率低，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化引發(fā)的林地被占用、外來(lái)生物入侵較為嚴(yán)重。因此，1979—1997年，隨著時(shí)間的推移，研究區(qū)中部、南部的森林質(zhì)量呈下降趨勢(shì)，分布中心向北偏移；2000年后，隨著退耕還林、天然林保護(hù)、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的進(jìn)行，研究區(qū)東部少林地區(qū)的森林覆蓋率大幅度提高，森林質(zhì)量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；2000—2012年分布中心則呈現(xiàn)向東偏移的趨勢(shì)。

2.3 廣州生態(tài)功能空間差異性驅(qū)動(dòng)因素分析

1979—2012年間廣州市森林生態(tài)功能空間分布呈顯著的空間正相關(guān)特征，表明采用普通線性回歸最小二乘法對(duì)廣州市森林生態(tài)功能空間差異性進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因素分析，得到的結(jié)果有可能存在較大偏差。因此，采用地理加權(quán)回歸方法，進(jìn)行148塊固定樣地生態(tài)功能空間差異性驅(qū)動(dòng)因素分析。

首先利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 23.0對(duì)8個(gè)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行多重共線性分析，當(dāng)容差≤0.1或方差膨脹因子(VIF，是容差的倒數(shù))≥10時(shí)說(shuō)明自變量間存在嚴(yán)重的共線性情況。年均氣溫與年降水量?jī)梢蜃拥娜莶罹?.1且VIF均≥10，證明二者存在共線性。因此，地理加權(quán)回歸選取解釋變量時(shí)刪除年均氣溫因子，保留對(duì)森林生長(zhǎng)較為敏感的年降水量因子?；诙嘀毓簿€性分析、GWR模型計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在輸出的評(píng)價(jià)系數(shù)中，Cond最小值為16.675，最大為27.448，平均值為22.062，均小于30，表明模型模擬結(jié)果比較理想。模型的局部決定系數(shù)(R2)為0.649，說(shuō)明模型可以解釋64.9%的差異，擬合效果較好(表3)。由表3可知，海拔的局部平均回歸系數(shù)均值最大，其次是植被覆蓋度，第三是坡度，這3個(gè)環(huán)境變量與因變量均存在著較為顯著的正相關(guān)關(guān)系。排在第4位的人均GDP對(duì)森林生態(tài)功能指數(shù)有負(fù)向影響。燈光亮度、人口密度、年降水量與因變量弱正相關(guān)。按照相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值從大到小的順序排列，影響研究區(qū)森林生態(tài)功能空間差異的前4個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素為海拔>植被覆蓋度>坡度>人均GDP。將7個(gè)環(huán)境因子分為植被、地形、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)四大類，根據(jù)每類因子局部平均回歸系數(shù)絕對(duì)值的均值排序，影響研究區(qū)森林生態(tài)功能的驅(qū)動(dòng)因素按照重要性大小排序如下：植被生長(zhǎng)>地形影響>社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況>氣候條件。

植被覆蓋度的高低反映了林木生長(zhǎng)、森林經(jīng)營(yíng)水平的高低。林木生長(zhǎng)狀況越好、森林經(jīng)營(yíng)水平越高，森林質(zhì)量越高，森林生態(tài)服務(wù)功能越強(qiáng)。在區(qū)域尺度上，海拔越高、坡度越陡的地方，由于交通不便，過(guò)度砍伐、林地占用等人為不良干擾的頻率、強(qiáng)度均較小，森林生態(tài)功能可以得到較好的保護(hù)。

表3 2012年廣州市生態(tài)功能驅(qū)動(dòng)因素地理加權(quán)回歸系數(shù)表Table 3 Regression results of GWR for driving factors of ecological functions in 2012 in Gungzhou

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠三角地區(qū)，人均GDP的增加往往伴隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化引發(fā)的林地占用、林地退化及過(guò)度砍伐，因此該因子與森林生態(tài)功能負(fù)相關(guān)；廣州地處南亞熱帶，屬于南方集體林區(qū)，較為充足的降水量可以促進(jìn)林木生長(zhǎng)；一定的人口密度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，有利于森林集約經(jīng)營(yíng)及森林質(zhì)量提升。因此燈光亮度、人口密度、年降水量3個(gè)因子與森林生態(tài)功能存在比較弱的正相關(guān)關(guān)系。

3 討 論

1979—2012年，引發(fā)廣州森林生態(tài)功能時(shí)空變化的主要驅(qū)動(dòng)因素是林業(yè)方針政策的變化、城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程導(dǎo)致的人類干擾。1983年分山到戶引發(fā)的過(guò)度砍伐、1993年經(jīng)濟(jì)過(guò)熱引發(fā)的林地占用以及森林退化，是區(qū)域森林生態(tài)功能質(zhì)量下降、空間格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。1985年發(fā)起的造林滅荒工程、2000年后的退耕還林及天然林保護(hù)與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)等生態(tài)工程，則較大程度上提升了區(qū)域森林生態(tài)功能，引起了森林生態(tài)功能高值點(diǎn)地理分布中心發(fā)生變化?？傮w而言，1978—2012年，研究區(qū)森林生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，森林生態(tài)功能的空間聚集性逐漸趨于穩(wěn)定。研究結(jié)果與戴前石等[18]對(duì)湖南省森林生物量長(zhǎng)期變化案例研究結(jié)果相似。

森林生態(tài)功能空間差異性GWR分析表明，在影響區(qū)域森林生態(tài)功能異質(zhì)性的因素當(dāng)中，植被生長(zhǎng)>地形影響>社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況>氣候條件。由于地形因子難以改變，在短的時(shí)空尺度上，氣候因子人為控制的難度較大。增大人力、物力、科技投入進(jìn)行集約經(jīng)營(yíng)，通過(guò)精準(zhǔn)提高森林質(zhì)量，增強(qiáng)區(qū)域森林生態(tài)服務(wù)功能；與此同時(shí)，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，加強(qiáng)林地保護(hù)力度，防止林地占用、林地退化，是增強(qiáng)區(qū)域森林生態(tài)服務(wù)功能的必由之路。

本研究的重點(diǎn)是廣州市長(zhǎng)期森林生態(tài)功能時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素分析，因此生態(tài)功能指標(biāo)及權(quán)重直接采用了2014年的《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》和GB/T 38590—2020《森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程》。雖然這些指標(biāo)的選取及權(quán)重的確定經(jīng)過(guò)了國(guó)家林業(yè)部門權(quán)威專家的評(píng)審和論證，但是否完全適用于研究區(qū)還需要進(jìn)一步分析。此外，人均GDP、人口密度、燈光亮度、年均溫度、年均降水量這些社會(huì)經(jīng)濟(jì)、氣候因子空間分辨率較低，有的因子獲取時(shí)間與樣地調(diào)查時(shí)間不完全一致。由于固定樣地間距較大、研究區(qū)空間范圍較廣，一定程度上抵消了對(duì)研究結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，但具體影響尚需進(jìn)一步的量化分析。