1998–2019 年中國森林生物災害數據集

龐巖，任雪毓，王梅，李國宏，陳國發，王越，王鴻斌*

1.中國林業科學研究院森林生態環境與自然保護研究所 國家林業和草原局森林保護學重點實驗室，北京 100091

2.國家林業和草原局生物災害防控中心，沈陽 110034

引 言

森林生態系統保護決策的重要目標之一是保護生態系統免受森林生物的侵害[1]。至2020 年底，中國的森林覆蓋率已增至23.04%，其中人工林面積居全球第一[2-4]，各類森林生物災害面積達到1278.44 萬公頃[5]，對我國森林生態環境健康構成嚴重威脅。我國森林生物災害發生呈現種類多樣性與不均衡性[6-8]，學者們針對性地建立了不同類型的生物災害發生監測體系與災害評估方法[9-12]，繼而產生了一系列災害發生面積數據。但這些數據，由于空間和時間尺度的不一致，沒有考慮不同區域森林面積的規模、森林覆蓋率增加等因素的影響，難以對災害的不同時空尺度進行比較、評估和預測。而不同類型數據的不同評估方法產生的研究結果也有較大差異[13-15]。

近年來，學者們多基于森林生物災害發生面積進行研究，相繼提出了多種評估森林生物災害的指標[16-19]，但并未被廣泛應用。因此在理論與實踐都迫切需要一種方法，使其能定量評價森林生物災害的發生程度。所以本文利用森林生物災害發生面積統計歷史數據，結合不同區域和時間的森林資源面積變化，構建了以森林資源面積為分母的“整體森林災害指數”的發生指數（Forest Pest Outbreak index，FPOI）、災害發生率（Forest Pest Occurrence Area Rate，FPOAR）兩個系列指標集，為了驗證所構建指標的可靠性和合理性，特選《中國林業統計年鑒》和《中國林業和草原統計年鑒》[20-21]中森林生物災害發生面積與森林資源面積，評估森林病蟲鼠害的潛在發生程度。其中FPOI 考慮了生物災害的輕度、中度、重度發生的不同權重影響，FPOAR 則表示災害發生面積占森林資源面積的百分比。將面積指數化，可以比較不同區域、不同類型的森林生物災害。用FPOI、FPOAR 兩個指標來評價森林生物災害的發生情況。將FPOI、FPOAR 用于中國森林生物災害時空變化監測和評估，對了解中國森林生物災害時空格局形成及變化影響機制有著重要的意義。

本數據集是中國區域1998–2019 年的長時間序列逐年森林生物災害數據，可用于評估中國近20年來的森林生物災害的發生趨勢情況。目前還未見省級尺度的基于統計數據的森林生物災害指數數據集的整理與發布，本文從省級尺度上收集整理森林生物災害統計數據，將其規范化、標準化，以期達到評價中國森林生物災害的發生現狀及發展趨勢的目的，同時可為開展不同區域尺度上的環境變化對森林生物影響分析提供科學參考，也為森林保護學、生態學等相關學科研究提供支撐。

1 數據采集和處理方法

1.1 數據來源

中國森林生物災害數據集來源于《中國林業統計年鑒》（1998–2017）和《中國林業和草原統計年鑒》（2018–2019）[20-21]。主要收集各省區1998–2019 年森林生物災害發生面積和森林資源面積。其中災害發生面積包括輕度、中度、重度及總計面積。

1.2 處理方法

采用1998–2019 年森林生物災害面積統計數據，FPOI 公式參考景天忠老師的文獻[22]，本研究將公式中該樹種面積替換為森林資源面積。結合森林生物災害危害程度與發生面積，因此構建了森林生物災害FPOI、FPOAR 兩個系列指標集。并計算兩指標的距平數據，以FPOI 和FPOAR 反映中國森林生物災害在時間層面、空間格局上的發生及變化情況。由于鼠害比較特殊，除森林外還有草原危害，缺乏具體數據，以寄主面積發生率（Host Damage Rate）指數，將分母森林資源面積替換為寄主面積，在R 語言工具中計算兩指標時將缺失數據記為0 進行處理。

計算公式如下：

2 數據樣本描述

本數據集收集和整理了1998–2019 年中國森林生物災害發生面積和森林資源面積信息，數據集由災害發生面積包括輕度、中度、重度及總計面積和森林資源面積，以及森林生物災害發生指數、災害發生率、發生指數距平、災害發生率距平等構成。主要分為：（1）森林生物災害（病蟲鼠害）數據，698 條數據記錄；（2）森林病害數據，687 條數據記錄；（3）森林蟲害數據，697 條數據記錄；（4）森林鼠害數據，431 條數據記錄；（5）森林生物災害FPOI 和FPOAR 數據；（6）森林病害FPOI和FPOAR 數據；（7）森林蟲害FPOI 和FPOAR 數據；（8）森林鼠害FPOI 和FPOAR 數據。本文將森林生物災害FPOI 和FPOAR 統計數據按列標準化得到1998–2019 年中國森林生物災害FPOI 與FPOAR 波動情況，如圖1 所示?？梢钥闯?，全國尺度森林生物災害波動明顯低于省區尺度，森林生物災害、森林病害、森林蟲害FPOI、FPOAR 顯示天津、寧夏、新疆等地災害頻發，不穩定（圖1a–f），而森林鼠害1998–2003 年在青海、2007–2019 年在新疆、1998–2019 在寧夏災害發生較嚴重。本數據集不僅可以將森林生物災害發生面積指數化易于計算，還可以從整體上把握森林生物災害的嚴重程度（圖2），以及用于對不同類型的森林生物災害的評估（圖2-c）、不同地區間的橫向比較。由于統計年鑒數據中部分數據缺失，圖1 中缺失數據顯示為空白。森林生物災害發生面積和森林資源面積單位均統一為：公頃。

圖2 1998–2019 年中國森林生物災害發生面積時間序列Figure 2 Time series of the forest biological disaster occurrence areas in China from 1998 to 2019

3 數據質量控制和評估

（1）1998–2019 年森林生物災害發生面積和森林資源面積數據基于已發布的數據源《中國林業統計年鑒》和《中國林業和草原統計年鑒》。數據來源真實可靠，數據格式、內容規范。

（2）森林資源數據（森林資源面積）來源于第五至九次全國森林資源清查(1994–1998、1999–2003、2004–2008、2009–2013、2014–2018)結果。

（3）在森林生物災害的劃分上，根據《林業生物發生及成災標準 ( LY /T 1681—2006)》，將森林生物災害劃分為森林病蟲害輕度、中度、重度3 大類型[23]。

（4）連續性數據缺失情況：①在森林生物災害（病蟲鼠害）數據中，西藏缺失1998–2001、2003–2004 年數據；②在森林病害數據中，北京缺失2006 年數據；海南缺失2004 年數據；山西缺失1999和2000 年數據；寧夏缺失1998、1999、2000、2002、2009、2010 年數據；西藏缺失1998–2004 年數據；③在森林蟲害數據中，西藏缺失1998–2004 年數據；④在森林鼠害數據中，北京缺失2002–2019 年數據；安徽缺失1998–2001、2005–2006、2011–2019 年數據；廣西缺失1998–2003、2006、2008–2014 年數據；海南缺失1998–1999、2004–2019 年數據；河南缺失2003–2019 年數據；湖南缺失1998–2000、2002–2004、2011、2013–2014、2016、2019 年數據；西藏缺失1998–2004 年數據；浙江缺失1998–2001、2003–2006、2008–2009、2012–2019 年數據；重慶缺失1998–2000、2002 年數據；福建缺失1998–2013、2015–2019 年數據；江西缺失1998–2004、2006–2019 年數據；天津缺失1998–1999、2001–2019 年數據；⑤在2013–2019 年森林鼠害FPOI 和FPOAR 數據集中，福建缺失2013、2015–2019 年數據；廣西缺失2013–2014 年數據，湖南缺失2013、2014、2016、2019 年數據。

對于上述數據1998–2003 年四川森林資源面積數據中包含重慶，因此計算1998–2003 年四川、重慶森林生物災害、森林病害、森林蟲害FPOI 及FPOAR（%）時均除以四川省森林資源面積；2001–2002 年全國合計不包括龍江集團，2003–2005 年不包括龍江集團和新疆兵團。對于異常數據，進行了全面排查（人工查驗方式），在最終集成的數據集中刪除了異常和錯誤數據。

4 數據使用方法和建議

中國31 ?。ㄗ灾螀^、直轄市）（香港、澳門、臺灣除外）1998–2019 年森林生物災害數據集，時間跨度22 年，可以滿足林業統計量的基本要求，準確把握我國近年森林生物災害的發展趨勢、區域差異。本數據集中的數據為xlsx 文件，R 語言、Python、ArcGIS 等均能讀寫和調用相關函數，實現數據批量處理?？芍苯佑糜谖覈稚餅暮Ψ植嫉臅r空演化特征研究。同時，本數據集可進一步支持生態、地理等方面與森林生物災害演化相關的研究?；诒緮祿?，可進一步研究氣候變化[24-26]、林分狀況[27]、生物因素[28]、土壤因素[29]和人為活動等對森林生物災害動態的影響，為科研機構開展林業生物災害相關研究提供重要數據支持。

數據作者分工職責

龐巖（1996—），女，遼寧人，碩士研究生，研究方向為森林生物災害監測與預報。主要承擔工作：數據集制作，論文撰寫，樣本數據分析。

任雪毓（1995—），女，內蒙古人，碩士，研究方向為蛾類多樣性。主要承擔工作：數據集制作、數據處理。

王梅（1989—），女，北京市人，博士，副研究員，研究方向為昆蟲系統分類。主要承擔工作：數據集制作。

李國宏（1971—），男，北京市人，碩士，高級工程師，研究方向為昆蟲多樣性。主要承擔工作：數據集制作。

陳國發（1964—），男，遼寧省沈陽市人，碩士，正高級工程師，研究方向為害蟲監測與預測預報。主要承擔工作：數據集采集。

王越（1990—），男，遼寧省沈陽市，博士，工程師，研究方向林業生物監測預報管理與技術推廣。主要承擔工作：數據集采集。

王鴻斌（1967—），男，北京市人，博士，副研究員，研究方向為森林昆蟲生物多樣性及調查、森林害蟲監測與控制、森林昆蟲識別與編目。主要承擔工作：課題設計，數據集制作，論文撰寫，樣本數據分析。