1998–2019年中国森林生物灾害数据集 - 中国科学院计算机网络信息中心

其他数据论文 II 区论文（已发表） • 版本 ZH3 Vol 8 (4) 2023

1998–2019年中国森林生物灾害数据集

A dataset of forest biological disasters in China from 1998 to 2019

庞岩，任雪毓，王梅，李国宏，陈国发，王越，王鸿斌

PANG Yan, REN Xueyu, WANG Mei, LI Guohong, CHEN Guofa, WANG Yue, WANG Hongbin

DOI: 10.11922/11-6035.csd.2022.0014.zh
CSTR: 32001.14.11-6035.csd.2022.0014.zh
: 10.11922/sciencedb.j00001.00381

： 2022 - 02 - 11

： 2023 - 03 - 03

： 2022 - 05 - 27

： 2023 - 12 - 26

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摘要&关键词

摘要：中国森林生物灾害发生频繁，整理与制作相关灾害数据集对森林生物灾害系统监测布局、风险评估及防控决策具有重要的科学意义。本数据集在整合《中国林业统计年鉴》（1998–2017）和《中国林业和草原统计年鉴》（2018–2019）发布的年度森林生物灾害面积数据及森林资源面积数据基础上，构建并计算得到全国及各省区灾害总体及不同类型生物灾害的森林生物灾害发生指数（Forest Pest Outbreak index，FPOI）、灾害发生率（Forest Pest Occurrence Area Rate，FPOAR）两个系列指标集。验证表明，上述两个指标及距平数据集能够较好地反映出不同尺度中国森林生物灾害时空分布及变化特征，可为森林生物灾害格局与趋势分析及影响因素研究、精准地防控决策提供有效数据支撑。

关键词：森林生物灾害；发生指数；灾害发生率；时空格局

Abstract & Keywords

Abstract: Forest biological disasters occur frequently in China. It is of great scientific significance to sort out and make relevant disaster datasets for the monitoring layout of forest biohazard system monitoring, risk assessment as well as prevention and control policy making. Based on the open data of China Forestry Statistical Year Book and China Forestry and Grassland Statistical Year Book from 1998 to 2019, we produced a dataset of two series of indexes, namely Forest Pest Outbreak Index (FPOI) and Forest Pest Occurrence Area Rate (FPOAR) at different time and spatial scales. The test result shows that the two indexes and their anomaly datasets can better reflect the temporal and spatial distribution characteristics of forest biological disaster. This dataset can offer essential data support for analyzing the patterns and trends of forest biological disasters, studying influencing factors, and making precise decisions regarding prevention and control.

Keywords: Key words: forest biological disaster; forest pest outbreak index; forest pest occurrence area rate; spatial and temporal pattern

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	1998–2019年中国森林生物灾害数据集
数据作者	庞岩、任雪毓、王梅、李国宏、陈国发、王越、王鸿斌
数据通信作者	王鸿斌（wanghb@caf.ac.cn）
数据时间范围	1998–2019年
地理区域	中国（不包括香港、澳门、台湾），地理范围为3°51′N–53°33′N，73°33′E–135°05′E
空间分辨率	省级
数据量	380 KB
数据格式	*.xlsx
数据服务系统网址	http://doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00381
基金项目	中国林业科学研究院基本科研业务费专项（CAFYBB2020ZD001、CAFYBB2016SY014）
数据库（集）组成	数据集由8部分数据组成，为xlsx格式：第1部分为1998–2019年森林生物灾害（病虫鼠害）数据，数据量698条；第2部分是1998–2019年森林病害数据，数据量687条；第3部分是1998–2019年森林虫害数据，数据量697条；第4部分1998–2019年森林鼠害数据，数据量431条，其中森林生物灾害、森林病害、森林虫害数据集包括森林资源面积、总计发生面积、轻度发生面积、中度发生面积、重度发生面积、发生指数、灾害发生率、发生指数距平、灾害发生率距平，森林鼠害数据由寄主面积、总计发生面积、轻度发生面积、中度发生面积、重度发生面积、发生指数、灾害发生率、发生指数距平、灾害发生率距平构成。第5、6、7部分分别是1998–2019年中国森林生物灾害、森林病害、森林虫害发生指数和灾害发生率数据集；第8部分为2013–2019年森林鼠害发生指数和灾害发生率数据集。

Dataset Profile

Title	A dataset of forest biological disasters in China from 1998 to 2019
Data corresponding author	WANG Hongbin (wanghb@caf.ac.cn)
Data authors	PANG Yan, REN Xueyu, WANG Mei, LI Guohong, CHEN Guofa, WANG Yue, WANG Hongbin
Time range	1998 – 2019
Geographical scope	China (excluding Hong Kong, Macao and Taiwan) (3°51′N–53°33′N, 73°33′E–135°05′E)
Spatial resolution	Province-level
Data volume	380 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00381>
Source of funding	Special Fund for Basic Scientific Research Business of the Chinese Academy of Forestry (CAFYBB2020ZD001, CAFYBB2016SY014)
Dataset composition	The data set consists of eight parts of data in xlsx format: the first part is the data of forest biological disasters (diseases, insect pests and rodents) from 1998 to 2019, with a data volume of 698 entries; the second part is the forest diseases data from 1998 to 2019, with a data volume of 687 entries; the third part is the forest insect pests data from 1998 to 2019, with a data volume of 697 entries; the fourth part is the forest rodents data from 1998 to 2019 with a data volume of 431 entries. The forest pest disaster, forest disease and forest pest data sets include forest area, total occurrence area, light occurrence area, moderate occurrence area, severe occurrence area, Forest Pest Outbreak Index, Forest Pest Occurrence Area Rate, occurrence index anomaly, occurrence rate anomaly, and occurrence rate anomaly. The forest rodent pest data was composed of host area, total occurrence area, mild occurrence area, moderate occurrence area, severe occurrence area, occurrence index, occurrence rate, occurrence index anomaly and occurrence rate anomaly. The fifth, sixth and seventh parts are Forest Pest Outbreak Index and Forest Pest Occurrence Area Rate data sets of forest pest disasters, forest diseases and forest insect pests in China from 1998 to 2019, respectively. The eighth part is the dataset of Forest Pest Outbreak Index and Forest Pest Occurrence Area Rate of forest rodents from 2013 to 2019.

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引言

森林生态系统保护决策的重要目标之一是保护生态系统免受森林生物的侵害^[1]。至2020年底，中国的森林覆盖率已增至23.04%，其中人工林面积居全球第一^[2-4]，各类森林生物灾害面积达到1278.44万公顷^[5]，对我国森林生态环境健康构成严重威胁。我国森林生物灾害发生呈现种类多样性与不均衡性^[6-8]，学者们针对性地建立了不同类型的生物灾害发生监测体系与灾害评估方法^[9-12]，继而产生了一系列灾害发生面积数据。但这些数据，由于空间和时间尺度的不一致，没有考虑不同区域森林面积的规模、森林覆盖率增加等因素的影响，难以对灾害的不同时空尺度进行比较、评估和预测。而不同类型数据的不同评估方法产生的研究结果也有较大差异^[13-15]。

近年来，学者们多基于森林生物灾害发生面积进行研究，相继提出了多种评估森林生物灾害的指标^[16-19]，但并未被广泛应用。因此在理论与实践都迫切需要一种方法，使其能定量评价森林生物灾害的发生程度。所以本文利用森林生物灾害发生面积统计历史数据，结合不同区域和时间的森林资源面积变化，构建了以森林资源面积为分母的“整体森林灾害指数”的发生指数（Forest Pest Outbreak index，FPOI）、灾害发生率（Forest Pest Occurrence Area Rate，FPOAR）两个系列指标集，为了验证所构建指标的可靠性和合理性，特选《中国林业统计年鉴》和《中国林业和草原统计年鉴》^[20-21]中森林生物灾害发生面积与森林资源面积，评估森林病虫鼠害的潜在发生程度。其中FPOI考虑了生物灾害的轻度、中度、重度发生的不同权重影响，FPOAR则表示灾害发生面积占森林资源面积的百分比。将面积指数化，可以比较不同区域、不同类型的森林生物灾害。用FPOI、FPOAR两个指标来评价森林生物灾害的发生情况。将FPOI、FPOAR用于中国森林生物灾害时空变化监测和评估，对了解中国森林生物灾害时空格局形成及变化影响机制有着重要的意义。

本数据集是中国区域1998–2019年的长时间序列逐年森林生物灾害数据，可用于评估中国近20年来的森林生物灾害的发生趋势情况。目前还未见省级尺度的基于统计数据的森林生物灾害指数数据集的整理与发布，本文从省级尺度上收集整理森林生物灾害统计数据，将其规范化、标准化，以期达到评价中国森林生物灾害的发生现状及发展趋势的目的，同时可为开展不同区域尺度上的环境变化对森林生物影响分析提供科学参考，也为森林保护学、生态学等相关学科研究提供支撑。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据来源

中国森林生物灾害数据集来源于《中国林业统计年鉴》（1998–2017）和《中国林业和草原统计年鉴》（2018–2019）^[20-21]。主要收集各省区1998–2019年森林生物灾害发生面积和森林资源面积。其中灾害发生面积包括轻度、中度、重度及总计面积。

1.2 处理方法

采用1998–2019年森林生物灾害面积统计数据，FPOI公式参考景天忠老师的文献^[22]，本研究将公式中该树种面积替换为森林资源面积。结合森林生物灾害危害程度与发生面积，因此构建了森林生物灾害FPOI、FPOAR两个系列指标集。并计算两指标的距平数据，以FPOI和FPOAR反映中国森林生物灾害在时间层面、空间格局上的发生及变化情况。由于鼠害比较特殊，除森林外还有草原危害，缺乏具体数据，以寄主面积发生率（Host Damage Rate）指数，将分母森林资源面积替换为寄主面积，在R语言工具中计算两指标时将缺失数据记为0进行处理。

计算公式如下：

\[发生指数(FPOI)=\frac{1\times 轻度发生面积+2\times 中度发生面积+3\times 重度发生面积}{3\times 森林资源面积} \]

（1）

\[灾害发生率(FPOAR)=\frac{森林生物灾害发生总计面积}{森林资源面积}\times 100\% \]

（2）

2 数据样本描述

本数据集收集和整理了1998–2019年中国森林生物灾害发生面积和森林资源面积信息，数据集由灾害发生面积包括轻度、中度、重度及总计面积和森林资源面积，以及森林生物灾害发生指数、灾害发生率、发生指数距平、灾害发生率距平等构成。主要分为：（1）森林生物灾害（病虫鼠害）数据，698条数据记录；（2）森林病害数据，687条数据记录；（3）森林虫害数据，697条数据记录；（4）森林鼠害数据，431条数据记录；（5）森林生物灾害FPOI和FPOAR数据；（6）森林病害FPOI和FPOAR数据；（7）森林虫害FPOI和FPOAR数据；（8）森林鼠害FPOI和FPOAR数据。本文将森林生物灾害FPOI和FPOAR统计数据按列标准化得到1998–2019年中国森林生物灾害FPOI与FPOAR波动情况，如图1所示。可以看出，全国尺度森林生物灾害波动明显低于省区尺度，森林生物灾害、森林病害、森林虫害FPOI、FPOAR显示天津、宁夏、新疆等地灾害频发，不稳定（图1a–f），而森林鼠害1998–2003年在青海、2007–2019年在新疆、1998–2019在宁夏灾害发生较严重。本数据集不仅可以将森林生物灾害发生面积指数化易于计算，还可以从整体上把握森林生物灾害的严重程度（图2），以及用于对不同类型的森林生物灾害的评估（图2-c）、不同地区间的横向比较。由于统计年鉴数据中部分数据缺失，图1中缺失数据显示为空白。森林生物灾害发生面积和森林资源面积单位均统一为：公顷。

图1 1998–2019年中国森林生物灾害发生指数与灾害发生率

Figure 1 Forest Pest Outbreak Index and Forest Pest Occurrence Area Rate of forest biological disasters in China from 1998 to 2019

Total 全国合计; Beijing 北京; Tianjin 天津; Hebei 河北; Shanxi 山西, Neimenggu 内蒙古; Liaoning 辽宁; Jilin 吉林; Heilongjiang 黑龙江; Shanghai 上海; Jiangsu 江苏; Zhejiang 浙江; Anhui 安徽; Fujian 福建; Jiangxi 江西; Shandong 山东; Henan 河南; Hubei 湖北; Hunan 湖南; Guangdong 广东; Guangxi 广西; Hainan 海南; Chongqing 重庆; Sichuan 四川; Guizhou 贵州; Yunnan 云南; Xizang 西藏; Shaanxi 陕西; Gansu 甘肃; Qinghai 青海; Ningxia 宁夏; Xinjiang 新疆

FPOI: 发生指数 Forest Pest Outbreak Index; FPOAR: 灾害发生率 Forest Pest Occurrence Area Rate. (a) (b): 森林生物灾害 Forest biological disasters; (c) (d): 森林病害 Forest diseases; (e) (f): 森林虫害 Forest insect pests; (g) (h): 森林鼠害 Forest rodents

图2 1998–2019年中国森林生物灾害发生面积时间序列

Figure 2 Time series of the forest biological disaster occurrence areas in China from 1998 to 2019

a: 森林生物灾害面积及森林资源面积 Forest biological disasters area and forest resources area; b: 不同程度的森林生物灾害发生面积 Area of different levels of forest biological disasters; c: 不同类型的森林生物灾害发生面积 Area of different types of forest biological disasters

3 数据质量控制和评估

（1）1998–2019年森林生物灾害发生面积和森林资源面积数据基于已发布的数据源《中国林业统计年鉴》和《中国林业和草原统计年鉴》。数据来源真实可靠，数据格式、内容规范。

（2）森林资源数据（森林资源面积）来源于第五至九次全国森林资源清查(1994–1998、1999–2003、2004–2008、2009–2013、2014–2018)结果。

（3）在森林生物灾害的划分上，根据《林业生物发生及成灾标准 ( LY /T 1681—2006)》，将森林生物灾害划分为森林病虫害轻度、中度、重度3大类型^[23]。

（4）连续性数据缺失情况：①在森林生物灾害（病虫鼠害）数据中，西藏缺失1998–2001、2003–2004年数据；②在森林病害数据中，北京缺失2006年数据；海南缺失2004年数据；山西缺失1999和2000年数据；宁夏缺失1998、1999、2000、2002、2009、2010年数据；西藏缺失1998–2004年数据；③在森林虫害数据中，西藏缺失1998–2004年数据；④在森林鼠害数据中，北京缺失2002–2019年数据；安徽缺失1998–2001、2005–2006、2011–2019年数据；广西缺失1998–2003、2006、2008–2014年数据；海南缺失1998–1999、2004–2019年数据；河南缺失2003–2019年数据；湖南缺失1998–2000、2002–2004、2011、2013–2014、2016、2019年数据；西藏缺失1998–2004年数据；浙江缺失1998–2001、2003–2006、2008–2009、2012–2019年数据；重庆缺失1998–2000、2002年数据；福建缺失1998–2013、2015–2019年数据；江西缺失1998–2004、2006–2019年数据；天津缺失1998–1999、2001–2019年数据；⑤在2013–2019年森林鼠害FPOI和FPOAR数据集中，福建缺失2013、2015–2019年数据；广西缺失2013–2014年数据，湖南缺失2013、2014、2016、2019年数据。

对于上述数据1998–2003年四川森林资源面积数据中包含重庆，因此计算1998–2003年四川、重庆森林生物灾害、森林病害、森林虫害FPOI及FPOAR（%）时均除以四川省森林资源面积；2001–2002年全国合计不包括龙江集团，2003–2005年不包括龙江集团和新疆兵团。对于异常数据，进行了全面排查（人工查验方式），在最终集成的数据集中删除了异常和错误数据。

4 数据使用方法和建议

中国31省（自治区、直辖市）（香港、澳门、台湾除外）1998–2019年森林生物灾害数据集，时间跨度22年，可以满足林业统计量的基本要求，准确把握我国近年森林生物灾害的发展趋势、区域差异。本数据集中的数据为xlsx文件，R语言、Python、ArcGIS等均能读写和调用相关函数，实现数据批量处理。可直接用于我国森林生物灾害分布的时空演化特征研究。同时，本数据集可进一步支持生态、地理等方面与森林生物灾害演化相关的研究。基于本数据集，可进一步研究气候变化^[24-26]、林分状况^[27]、生物因素^[28]、土壤因素^[29]和人为活动等对森林生物灾害动态的影响，为科研机构开展林业生物灾害相关研究提供重要数据支持。

[1]

张真. 森林生态系统管理与森林有害生物灾害生态管理[J]. 世界林业研究, 2000, 13(5): 13–18. DOI:10.13348/j.cnki.sjlyyj.2000.05.003. [ZHANG Z. Forest ecosystem management and ecological forest pest management[J]. World Forestry Research, 2000, 13(5): 13–18. DOI:10.13348/j.cnki.sjlyyj.2000.05.003.]