生態(tài)安全及其評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展

應(yīng)凌霄,孔令橋,肖 燚,歐陽(yáng)志云

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

與人類及其共同家園緊密聯(lián)系的生態(tài)安全(Ecological security)問題自近代逐漸凸出。工業(yè)革命以后,尤其是20世紀(jì)中葉以來(lái),人類利用地球資源環(huán)境的能力飛速發(fā)展,人類活動(dòng)對(duì)地球系統(tǒng)功能造成影響也越來(lái)越大,地球歷史正處于“人類世”時(shí)代[1—3]。在這樣的背景下,全球生態(tài)安全相關(guān)的問題開始引起人類的關(guān)注,環(huán)境污染與資源短缺是其中最主要的威脅,且具有跨地域的特征[4—6]；在這以后,放射性物質(zhì)、化石能源、生物工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的不利后果也得到了相應(yīng)的認(rèn)識(shí)[7—9]；另外,國(guó)際上對(duì)相關(guān)問題的研究還與人類的糧食安全掛鉤[10—12]。近年來(lái),隨著全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降、水土流失和荒漠化趨勢(shì)增大等現(xiàn)象愈加明顯[13—15],生態(tài)系統(tǒng)及其功能和服務(wù)的重要性在生態(tài)安全中越來(lái)越受到重視[16]；國(guó)際上,國(guó)家安全對(duì)生態(tài)安全的依賴性也逐漸增強(qiáng)[17]。

在我國(guó),由于人口壓力巨大和生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期開發(fā)利用,環(huán)境污染、水土流失、石漠化和荒漠化加劇等一系列生態(tài)退化問題亦然存在,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成了嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng),同樣極大地威脅著我國(guó)的生態(tài)安全乃至國(guó)家安全[18—19]。黨的十八大以來(lái),我國(guó)提出大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),構(gòu)建國(guó)家生態(tài)安全格局和優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系,為全球生態(tài)安全做出貢獻(xiàn)；生態(tài)安全作為國(guó)家安全的重要支撐和組成部分,被明確提出并上升為國(guó)家戰(zhàn)略。同時(shí),生態(tài)安全成為我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)和重大科學(xué)問題之一,而生態(tài)脆弱區(qū)是生態(tài)安全問題的關(guān)鍵研究區(qū)域[20—21]。故對(duì)于生態(tài)安全而言,進(jìn)行典型區(qū)域的評(píng)價(jià)研究,評(píng)估其生態(tài)系統(tǒng)變化的基本趨勢(shì)及其支撐人類社會(huì)發(fā)展的相關(guān)特征,從而采取措施防治生態(tài)系統(tǒng)退化、保護(hù)恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐參考價(jià)值。

然而目前,不同學(xué)者和決策者對(duì)生態(tài)安全的概念內(nèi)涵有多種理解,相關(guān)研究和實(shí)踐領(lǐng)域?qū)ι鷳B(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)注點(diǎn)和方法體系尚不統(tǒng)一,甚至不易于抓住生態(tài)安全的本質(zhì)內(nèi)涵與特征。這極大地阻礙了生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的延續(xù)性和可比性,且顯然也不利于我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的國(guó)家戰(zhàn)略,不利于生態(tài)安全及人類生存共同家園的真正保障。因此,本文圍繞國(guó)內(nèi)外生態(tài)安全的概念及其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理,提出生態(tài)安全的內(nèi)涵特征；同時(shí)系統(tǒng)總結(jié)目前生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的一般途徑及其局限性,并結(jié)合與借鑒相關(guān)研究成果,形成生態(tài)安全評(píng)價(jià)的方法策略；最后提出相關(guān)研究展望建議,以期為生態(tài)安全評(píng)價(jià)、生態(tài)文明建設(shè)與國(guó)家安全的研究與實(shí)踐活動(dòng)提供科學(xué)參考。

1 生態(tài)安全的概念內(nèi)涵及其發(fā)展

近代歷史上,國(guó)家安全往往與軍事沖突和戰(zhàn)爭(zhēng)相關(guān),而從20世紀(jì)60年代開始,人們逐漸認(rèn)識(shí)到自然環(huán)境變化對(duì)國(guó)家乃至全球安全的重要影響；然而,直到80、90年代,生態(tài)環(huán)境問題對(duì)國(guó)家和全球安全的威脅才得到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注[22]?；诖?1987年第42屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)正式提出了“環(huán)境安全”(Environmental security)的概念；盡管沒有給出它的明確定義,但其要求必然是保護(hù)環(huán)境并提升其質(zhì)量,以創(chuàng)造適當(dāng)條件保障人類生活[23]。1992年的聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議,促成了各國(guó)開始意識(shí)到環(huán)境問題的不利政治后果,并且發(fā)起了一系列倡議明確將保護(hù)環(huán)境行動(dòng)與國(guó)家安全目標(biāo)聯(lián)系起來(lái)[22]。誠(chéng)然,森林退化、荒漠化、水污染等問題對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類福祉具有明顯的負(fù)面效應(yīng),嚴(yán)重威脅著各國(guó)和全球安全[5]；一般認(rèn)為,這些環(huán)境問題的核心,是氣候變化和人類活動(dòng)等干擾因素導(dǎo)致的資源數(shù)量、質(zhì)量下降,而造成的資源短缺[24]。因此,環(huán)境安全從一開始就具有資源環(huán)境穩(wěn)定不受破壞而能支撐人類生存與健康的內(nèi)涵[25],資源環(huán)境的功能穩(wěn)定或變化特征是相應(yīng)評(píng)價(jià)研究的主要關(guān)注內(nèi)容[4,26]。

在這樣的背景下,國(guó)際上的相關(guān)研究開始使用“環(huán)境安全”一詞,但也并沒有將“生態(tài)安全”與“環(huán)境安全”做明確區(qū)分[23]；研究者談到環(huán)境問題時(shí)也是要求保護(hù)和管理好生態(tài)系統(tǒng),實(shí)際上提出了生態(tài)安全[27]。到20世紀(jì)末,國(guó)際上有學(xué)者開始批判對(duì)環(huán)境安全及相關(guān)問題關(guān)注的自然化、物理化趨勢(shì),指出應(yīng)加強(qiáng)對(duì)完整的生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)-生態(tài)相互依賴關(guān)系的重視[28]。2005年,Pirages和Cousins[29]回顧了相關(guān)概念在20世紀(jì)后半葉的發(fā)展,顯示了從對(duì)資源稀缺上升到對(duì)更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)問題的擔(dān)憂；他們推動(dòng)了從環(huán)境安全到生態(tài)安全內(nèi)涵的發(fā)展,即要求保持人與自然資源及其提供的服務(wù)、人與微生物、人與動(dòng)植物以及人與人之間的平衡。近年來(lái),國(guó)際上的研究也明顯賦予了生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)、人類生計(jì)相聯(lián)系的含義[30—31]；最新的研究亦指出,在“人類世”,不應(yīng)將人類與“外部”自然環(huán)境相分離；較之環(huán)境要素,生態(tài)安全需要更受重視,其基礎(chǔ)是關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定和恢復(fù)適應(yīng)的能力[32]。由國(guó)際上的相關(guān)研究可見,聯(lián)系于人類社會(huì)發(fā)展與福祉,生態(tài)安全應(yīng)當(dāng)聚焦于生態(tài)系統(tǒng)整體性、系統(tǒng)性層面的特征；而生態(tài)系統(tǒng)的退化問題產(chǎn)生與否,及其影響的對(duì)人類的資源供給,以及與社會(huì)經(jīng)濟(jì)福祉相關(guān)的一系列調(diào)節(jié)和文化功能,它們的狀態(tài)與變化特征共同組成了對(duì)生態(tài)安全及更廣泛的人類福祉的重要反映[16]。

同樣在我國(guó),很早以前就認(rèn)識(shí)到將生態(tài)安全納入國(guó)家安全戰(zhàn)略的重要性；資源短缺、環(huán)境污染、水土流失和荒漠化等問題直接或間接地威脅了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生存[33—35]。盡管目前對(duì)生態(tài)安全尚無(wú)統(tǒng)一的定義,但通過基本的研究文獻(xiàn)梳理可以發(fā)現(xiàn),生態(tài)安全往往具有四層涵義,其中中間核心的兩層涵義為生態(tài)系統(tǒng)自身的完整穩(wěn)定和生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展可持續(xù)的支撐；這一邏輯繼續(xù)后延一層的涵義,則涉及生態(tài)安全避免引發(fā)社會(huì)混亂和國(guó)家動(dòng)蕩的內(nèi)容；而這一邏輯線的溯前一層,便是包括自然界各層級(jí)如物種、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀等結(jié)構(gòu)功能的安全[19,36—47](表1)。因此,取其核心涵義,一方面,生態(tài)安全的核心物質(zhì)基礎(chǔ)是具有整體性與系統(tǒng)性特征的生態(tài)系統(tǒng),需要關(guān)注因生態(tài)系統(tǒng)退化而產(chǎn)生的問題[19,44—46]；另一方面,生態(tài)安全的作用對(duì)象主體是人,以人為本、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是生態(tài)安全研究的重要考量[19,37,45,48],故還需要進(jìn)一步考慮支撐社會(huì)發(fā)展和聯(lián)系人類福祉的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[38,42,47,49]。同時(shí),生態(tài)安全具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn),應(yīng)當(dāng)考慮生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)特征的變化、對(duì)干擾的抵抗能力和適應(yīng)恢復(fù)能力等穩(wěn)定或脆弱性質(zhì)[19,39,43—44]。最后,鑒于生態(tài)退化問題的出現(xiàn)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)喪失可能直接引起貧困化、生態(tài)難民等社會(huì)動(dòng)蕩因素[36,40—41],以生態(tài)退化問題和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等為主要關(guān)注點(diǎn)的生態(tài)安全已經(jīng)具有國(guó)家安全戰(zhàn)略需求的高度[21,47—48]。從而,應(yīng)當(dāng)考慮以生態(tài)系統(tǒng)為核心基礎(chǔ)的生態(tài)安全,并且緊密聯(lián)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與人類福祉,故本文在此重點(diǎn)討論的生態(tài)安全一是(在物質(zhì)基礎(chǔ)層面上),各類生態(tài)退化問題如環(huán)境污染、水土流失、石漠化、荒漠化等,程度較低、趨勢(shì)好轉(zhuǎn)的狀態(tài)；二是(在人類社會(huì)發(fā)展層面上),以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對(duì)穩(wěn)定為關(guān)鍵、生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的狀況。

表1 國(guó)內(nèi)研究生態(tài)安全概念內(nèi)涵總結(jié)

2 生態(tài)安全評(píng)價(jià)當(dāng)前的一般途徑及其局限性

盡管上述研究從概念內(nèi)涵的角度對(duì)生態(tài)安全進(jìn)行了闡述,但對(duì)于實(shí)際可操作的生態(tài)安全評(píng)價(jià),往往缺乏實(shí)質(zhì)性的討論；生態(tài)安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和指標(biāo)綜合方法一直是生態(tài)安全研究的基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容[49],然而目前仍然沒有一個(gè)統(tǒng)一、合理的指標(biāo)體系和綜合方法。程漱蘭和陳焱[36]很早就提出基于生態(tài)系統(tǒng)特征的退化率和退化程度構(gòu)建生態(tài)安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,但并沒給出一個(gè)綜合多種關(guān)鍵特征的可操作方法,也沒有開展案例實(shí)證研究。王韓民等[50]首次明確將“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(Pressure-State-Response, PSR)框架引入生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其中以“狀態(tài)”維度為核心,其包含了生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)特征指標(biāo),而“壓力”維度反映了自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)諸要素的影響,措施、政策等人類活動(dòng)的相關(guān)指標(biāo)則組成了“響應(yīng)”維度；各維度內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)綜合,分別評(píng)價(jià)了我國(guó)生態(tài)安全。而對(duì)于PSR三個(gè)維度的指標(biāo)綜合,左偉等[38]和左偉等[51]借鑒了模糊數(shù)學(xué)和灰色關(guān)聯(lián)模型,在PSR體系的基礎(chǔ)上建立了生態(tài)安全的指標(biāo)綜合方法。

直到最近的大量研究顯示,當(dāng)前評(píng)價(jià)生態(tài)安全使用較為普遍的指標(biāo)體系仍然是基于PSR或類似的相關(guān)多維度體系[52—64]。例如,Wang等[55]利用PSR體系,考慮城市化相關(guān)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響因素,以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等生態(tài)環(huán)境指標(biāo),構(gòu)建綜合的景觀生態(tài)安全指數(shù),顯示了北京市1995—2015年的生態(tài)安全狀況；Ma等[56]利用經(jīng)濟(jì)社會(huì)和自然環(huán)境要素等29個(gè)因子建立相應(yīng)的指標(biāo)體系,評(píng)價(jià)了祁連山疏勒河流域近30年的生態(tài)安全特征,并證實(shí)其與景觀格局變化有一定的相關(guān)性；Chen和Wang[57]利用“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(Driver-Pressure-State-Impact-Response)框架體系,綜合氣候、景觀、地形地貌和經(jīng)濟(jì)社會(huì)等因素構(gòu)建指標(biāo)框架,揭示了云貴高原中部生態(tài)安全20年的變化,等等。另外,類似PSR而構(gòu)建多維度指標(biāo)體系來(lái)進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià),也有不少研究,這些維度一般包括氣候、自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的要素指標(biāo)[30,65—71]。如Ghosh等[30]構(gòu)建了土地利用變化、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件等三個(gè)維度的指標(biāo)體系,以探討加爾各答都市區(qū)21世紀(jì)的生態(tài)安全及其變化。

關(guān)于這些研究中相應(yīng)的指標(biāo)綜合方法(表2),少數(shù)利用了前述提到的模糊數(shù)學(xué)或灰色關(guān)聯(lián)分析[52—54],如左偉等[38]和左偉等[51]早年所述,相對(duì)較為合理；近年來(lái),還有研究使用了狀態(tài)空間向量法進(jìn)行指標(biāo)綜合[65—67],但往往對(duì)相關(guān)性較強(qiáng)的要素特征或維度指標(biāo)之間采用正交狀態(tài)空間的歐氏距離進(jìn)行分析,值得商榷。除此之外,大多數(shù)研究均將不同維度的所有指標(biāo)進(jìn)行歸一化并賦權(quán)重,然后直接加和得到一個(gè)綜合的生態(tài)安全指標(biāo)用以評(píng)價(jià),其中權(quán)重設(shè)置方法有熵權(quán)法[60—61,70]、變異系數(shù)法[56,58—59]、主成分分析法[64,68]、網(wǎng)絡(luò)分析法[30,69]、蒙特卡洛模擬法[62]、專家知識(shí)參與的層次分析法[55,57,63]等。另外,直接基于一些特定的要素指標(biāo)按一定的代數(shù)公式,計(jì)算生態(tài)足跡或其他綜合指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[72],同樣有不少的研究案例(表2)。生態(tài)足跡指標(biāo)一般也被用來(lái)反映生態(tài)承載力和生態(tài)安全程度[73—76],它主要是根據(jù)耕地、林地、化石燃料用地等不同種土地利用類型乘以相應(yīng)的當(dāng)量因子計(jì)算；其它反映生態(tài)安全的綜合指標(biāo),諸如可根據(jù)氣候條件、景觀格局、植被類型或者其功能特征方面的若干指標(biāo),利用特定的代數(shù)運(yùn)算公式來(lái)定義和綜合[77—80]；或者考慮實(shí)際情況,借助專家知識(shí)直接進(jìn)行打分評(píng)價(jià)生態(tài)安全[81],等等。

由此可見,在當(dāng)前的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中,指標(biāo)體系主要是基于自然環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面一系列相對(duì)靜態(tài)的要素組合。這樣的做法,往往不能突出生態(tài)系統(tǒng)整體性、系統(tǒng)性的特征,很少關(guān)注真正關(guān)系到生態(tài)安全的核心基礎(chǔ)問題,也沒能合理分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等反映生態(tài)系統(tǒng)支撐人類社會(huì)發(fā)展層面的狀態(tài)程度。同時(shí),這樣的研究不易于抓住生態(tài)系統(tǒng)層面上的動(dòng)態(tài)特征,也沒有明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化趨勢(shì),從而不利于真正保障生態(tài)安全。另一方面,關(guān)于研究中的指標(biāo)綜合方法,目前除了模糊數(shù)學(xué)或灰色關(guān)聯(lián)分析法之外,都存在明顯的局限性(表2)。尤其是當(dāng)前基于PSR指標(biāo)體系廣泛使用的賦權(quán)加和法,將不同性質(zhì)、多個(gè)維度的指標(biāo)直接加和,顯然偏離了壓力、狀態(tài)、響應(yīng)等維度特征的實(shí)際意義；而生態(tài)足跡指標(biāo)等方法又過度簡(jiǎn)化了支撐生態(tài)安全的生態(tài)系統(tǒng)層面的特征。傅伯杰等[21]認(rèn)為,生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出由結(jié)構(gòu)性破壞向功能性紊亂的方向發(fā)展,而導(dǎo)致的水土流失、荒漠化加劇等生態(tài)退化問題,以及引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的喪失,是生態(tài)安全的嚴(yán)重威脅與風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí),應(yīng)著眼于這類影響生態(tài)安全的系統(tǒng)特征,科學(xué)探討不同指標(biāo)的貢獻(xiàn)與進(jìn)行多重指標(biāo)的耦合,以評(píng)價(jià)和優(yōu)化生態(tài)安全格局[48]。因此,構(gòu)建真正體現(xiàn)生態(tài)安全內(nèi)涵與特征的指標(biāo)體系,并在此基礎(chǔ)上根據(jù)指標(biāo)的意義選擇合理的綜合方法,是生態(tài)安全評(píng)價(jià)中需要進(jìn)一步探討的關(guān)鍵問題。

表2 當(dāng)前生態(tài)安全評(píng)價(jià)案例研究指標(biāo)綜合的主要方法總結(jié)

3 體現(xiàn)生態(tài)安全內(nèi)涵和特征的評(píng)價(jià)方法策略初探

3.1 生態(tài)安全核心關(guān)注對(duì)象的基本評(píng)價(jià)方法

研究表明,在當(dāng)前氣候變化和人類活動(dòng)背景下,全球生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能已受到顯著影響[82—84]。生態(tài)系統(tǒng)的變化,如地表植被和物種分布遷移、適宜性生境減少而生物多樣性降低[85—87],以及生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力波動(dòng)增大甚至超過恢復(fù)閾值[88—90]等現(xiàn)象愈加明顯和頻繁。而值得注意的是,自然和社會(huì)等環(huán)境因素干擾下的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能變化,通過生態(tài)退化問題的出現(xiàn)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程,才能實(shí)質(zhì)性地與人類福祉產(chǎn)生聯(lián)系,生態(tài)退化問題、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等無(wú)疑也是一系列自然社會(huì)要素的集中反映[91—94]。因此,生態(tài)退化問題與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的狀態(tài)及其變化,作為體現(xiàn)生態(tài)安全核心內(nèi)涵的關(guān)注對(duì)象,基于其進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)具有重要意義[21]；控制生態(tài)退化問題、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),則是保障生態(tài)安全的重要措施[47]。

一方面,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem service)在20世紀(jì)末就被系統(tǒng)地提出而作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類福祉的重要考量[95—96],關(guān)于不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)方法得到了廣泛發(fā)展和應(yīng)用[15,97]；評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性,也逐漸被明確納入到生態(tài)安全格局的構(gòu)建之中[98—100]。2012年,聯(lián)合國(guó)正式發(fā)布了第一個(gè)國(guó)際環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算體系(System of environmental economic accounting)“SEEA-2012”,并建立了實(shí)驗(yàn)性生態(tài)系統(tǒng)核算(Experimental Ecosystem Accounting)框架[101],將生態(tài)系統(tǒng)提供給人類的收益和產(chǎn)生的成本內(nèi)部化到人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之中,基于此的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相關(guān)綜合評(píng)估最近已在不同地區(qū)得以開展,直接反映了生態(tài)系統(tǒng)支撐社會(huì)發(fā)展層面的安全內(nèi)涵[102—104]。當(dāng)前,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降是全球普遍關(guān)注的重點(diǎn)[15],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化狀態(tài)而不局限于靜態(tài)的量化指標(biāo)更需要進(jìn)一步的研究,但目前納入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化特征的生態(tài)安全評(píng)價(jià)尤為缺乏。

另一方面,考慮到生態(tài)退化問題對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人類福祉帶來(lái)的不安全威脅,對(duì)它們的關(guān)注,無(wú)論是對(duì)于構(gòu)建生態(tài)安全格局[98,105],還是開展生態(tài)安全及相應(yīng)的社會(huì)管理[106—108],都具有顯著意義。水土流失、荒漠化等是與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)減弱和人類福祉降低緊密相關(guān)的全球性生態(tài)退化問題[13—14]。長(zhǎng)期以來(lái),大尺度水土流失的量化主要基于通用土壤流失方程(Universal soil loss equation, USLE)及其修正方程(Revised USLE)系列經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?來(lái)計(jì)算土壤侵蝕量進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)[109—111]。而荒漠化的量化一般是通過氣象、地形、土壤和植被條件的風(fēng)蝕方程(Wind erosion equation)系列經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行,這些模型至今仍在廣泛使用[112—114]。關(guān)注這些集中體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)各要素狀況的關(guān)鍵生態(tài)退化問題,及其相對(duì)的、動(dòng)態(tài)的特征,也應(yīng)是生態(tài)安全物質(zhì)基礎(chǔ)層面上評(píng)價(jià)的重要組成部分。

3.2 構(gòu)建具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

生態(tài)安全所具有的相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性,要求對(duì)于其中生態(tài)退化問題或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等的評(píng)價(jià),不應(yīng)囿于其絕對(duì)數(shù)量和靜態(tài)特征。生態(tài)脆弱性或風(fēng)險(xiǎn),與生態(tài)安全具有相反的意義[42],有研究認(rèn)為能利用建立在生態(tài)脆弱性基礎(chǔ)上的暴露-響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)框架評(píng)價(jià)生態(tài)安全[44]。同時(shí)還有研究則指出,生態(tài)脆弱性是生態(tài)安全關(guān)注的核心；能通過生態(tài)脆弱性的分析評(píng)價(jià),以采取相應(yīng)策略降低生態(tài)脆弱性而保障生態(tài)安全[45—46]。更重要的是,脆弱性的概念內(nèi)涵正是具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC),脆弱性是系統(tǒng)因暴露于危險(xiǎn)或不利條件而可能受到傷害的傾向和程度,主要包括系統(tǒng)對(duì)于外界環(huán)境變化的響應(yīng)敏感性及缺乏恢復(fù)力,體現(xiàn)了系統(tǒng)的變化特征[115]。于是,生態(tài)脆弱性能表征生態(tài)系統(tǒng)特征在自然環(huán)境變化與人類活動(dòng)等因素干擾下的響應(yīng)狀態(tài)、變化趨勢(shì)與適應(yīng)能力；鑒于其與生態(tài)安全相反的意義,較高的生態(tài)脆弱性會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展與人類福祉造成威脅[19,115]。

因此,可以考慮利用脆弱性相關(guān)概念內(nèi)涵,構(gòu)建相應(yīng)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這樣的指標(biāo)體系,包含了生態(tài)退化問題及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等特征面對(duì)環(huán)境改變而的響應(yīng)程度和變化趨勢(shì),還能體現(xiàn)它們受到影響后的適應(yīng)或恢復(fù)過程,故基于此進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)能反映生態(tài)安全的相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性,具有重要的參考價(jià)值。但仍然需要強(qiáng)調(diào)的是,在以生態(tài)退化問題和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為關(guān)注對(duì)象的生態(tài)安全評(píng)價(jià)中,是借鑒脆弱性概念內(nèi)涵,來(lái)構(gòu)建具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的指標(biāo),而絕不是建議機(jī)械地套用已有的脆弱性評(píng)價(jià)體系[115—118]。否則,正如目前相關(guān)研究中所示的評(píng)價(jià)方法[119—123],往往存在類似于前述基于PSR體系等的研究的一系列局限,尤其是主要考慮自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等維度靜態(tài)的要素因子,并且也偏離了脆弱性的本質(zhì)涵義。因此,真正基于生態(tài)脆弱性的概念內(nèi)涵構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并選擇合適的指標(biāo)綜合方法進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià),需要進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論與展望

自人類開始認(rèn)識(shí)到生態(tài)退化問題及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響以來(lái),生態(tài)安全便成為國(guó)家安全的重要組成部分；以生態(tài)系統(tǒng)整體與系統(tǒng)特征為主要關(guān)注對(duì)象、并聯(lián)系人類社會(huì)福祉的生態(tài)安全核心內(nèi)涵越來(lái)越為人所接受[47]。然而,在生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究與實(shí)際操作中,卻常存在指標(biāo)體系泛化或?yàn)E用、指標(biāo)綜合方法不合理的現(xiàn)象,導(dǎo)致難以突出生態(tài)系統(tǒng)這一主要對(duì)象的問題與聯(lián)系人類福祉的服務(wù)特征,也不易于體現(xiàn)生態(tài)安全相對(duì)動(dòng)態(tài)等性質(zhì)。從而,本文提出了以生態(tài)退化問題與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為關(guān)注對(duì)象、利用生態(tài)脆弱性內(nèi)涵構(gòu)建具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的指標(biāo)體系等生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究方法策略,但其中仍有很多具體問題尚待解決；因此,本文最后擬擇要討論和展望以下四點(diǎn)生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的重要問題,以期進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)研究的持續(xù)發(fā)展及實(shí)踐的科學(xué)開展。

4.1 合理構(gòu)建與發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系及綜合方法

盡管生態(tài)系統(tǒng)過程的非線性和多樣性,使得開發(fā)普適的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可能難以實(shí)現(xiàn)[124],同時(shí)眾多指標(biāo)對(duì)于生態(tài)安全的貢獻(xiàn)不一而足,然而為了綜合反映生態(tài)安全,統(tǒng)籌和重點(diǎn)考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相關(guān)的多重目標(biāo)還是很有必要的[48]。鑒于生態(tài)安全是立足于一定基線標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估[37],“生態(tài)安全沒有絕對(duì)的安全,只有相對(duì)安全”[19]。因此,根據(jù)多種關(guān)鍵生態(tài)退化問題和主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)建立指標(biāo)體系無(wú)疑是未來(lái)相關(guān)評(píng)價(jià)研究的基礎(chǔ)；而如何利用好其長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),形成能體現(xiàn)相對(duì)性和動(dòng)態(tài)性的生態(tài)安全指標(biāo)維度,例如基于一定基線標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建基準(zhǔn)距離相關(guān)的指標(biāo)、基于相對(duì)變化狀態(tài)構(gòu)建變化趨勢(shì)相關(guān)的指標(biāo)、基于時(shí)間序列過程構(gòu)建適應(yīng)能力相關(guān)的指標(biāo)[125—126],等等,還需要進(jìn)一步梳理和研究。同時(shí),對(duì)于多種生態(tài)退化問題或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而言,其相應(yīng)指標(biāo)如何進(jìn)行合理的綜合以得到生態(tài)安全的總體評(píng)價(jià),仍然值得探討。這樣的多元指標(biāo)綜合方法應(yīng)當(dāng)具有以下性質(zhì):對(duì)于評(píng)價(jià)單元,各單項(xiàng)指標(biāo)值較大的、綜合之后的值也應(yīng)較大,各單項(xiàng)指標(biāo)值相近的、綜合之后的值也應(yīng)相近。一些代數(shù)運(yùn)算(如空間向量分析、模糊數(shù)學(xué)模型)和統(tǒng)計(jì)降維(如特征映射分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型)等不同類別的方法都具有多元指標(biāo)綜合方法的性質(zhì)；創(chuàng)新生態(tài)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)綜合方法,對(duì)加深我們對(duì)生態(tài)安全的理解、統(tǒng)籌開展相應(yīng)的決策實(shí)踐活動(dòng),具有重要意義。而在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)的完整技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與指標(biāo)綜合方法技術(shù)路線示意圖

4.2 深入探討生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉層面生態(tài)安全的聯(lián)系

鑒于人類活動(dòng)作用于生態(tài)系統(tǒng),導(dǎo)致生態(tài)退化問題與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化,而后者反過來(lái)又會(huì)影響人類福祉；經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)變化具有強(qiáng)烈的耦合關(guān)系,它們之間的相互作用過程也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與可持續(xù)發(fā)展相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容[127—128]。這也表明,聯(lián)系人類福祉的生態(tài)安全具有一定的時(shí)空過程特征。然而在當(dāng)前貨幣化的核算體系下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)往往只能被算為生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類社會(huì)的潛在絕對(duì)價(jià)值,這并不意味著實(shí)際經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能增加相應(yīng)的數(shù)值[129]。誠(chéng)然,Costanza等[96]從一開始就提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流(Ecosystem service flow)的概念,指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不只是存在原位的潛在貢獻(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)還會(huì)有方向地流向人類社會(huì)的需求；然而近年來(lái),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)方法中,量化自然對(duì)人類福祉的定向貢獻(xiàn)與聯(lián)系才逐漸被重新強(qiáng)調(diào)[94,130]。對(duì)于較小的研究尺度,生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的原位聯(lián)系已經(jīng)被揭示于城市空間內(nèi)綠色基礎(chǔ)設(shè)施的貢獻(xiàn)中[131—132]；在較大的尺度上,生態(tài)系統(tǒng)耦合人類需求存在明顯的空間過程,例如憑借人為主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓┙o服務(wù)流[133—134]、根據(jù)人類主動(dòng)感知的文化服務(wù)流[135—136]、基于生物物理過程定向或非定向傳遞的調(diào)節(jié)服務(wù)流[137—139],以及多種類型的同時(shí)存在[104,140—141]。研究表明,半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),全球18種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流中的絕大部分都呈減弱趨勢(shì),自然對(duì)人類的物質(zhì)、非物質(zhì)和調(diào)節(jié)作用關(guān)系不平衡甚至嚴(yán)重降低的現(xiàn)象愈加明顯[142—143]。因此,合理量化生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的服務(wù)支撐作用,以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征為基礎(chǔ),進(jìn)行聯(lián)系人類福祉的生態(tài)安全評(píng)價(jià),具有重要的科學(xué)價(jià)值與決策意義；然而這些時(shí)空尺度的耦合及其聯(lián)系機(jī)制仍不十分清楚,相關(guān)問題依然需要深入探討[104,144—145]。

4.3 重點(diǎn)關(guān)注典型生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)安全及其評(píng)價(jià)研究

生態(tài)脆弱區(qū)指的是其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較不完整、功能易受損害、整體穩(wěn)定性較差且恢復(fù)能力較弱的區(qū)域,這些區(qū)域脆弱的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力低下,進(jìn)一步會(huì)對(duì)人類福祉與可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅,以致產(chǎn)生一系列的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)安全問題[146—147]。因此在我國(guó),《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》明確規(guī)定,生態(tài)脆弱區(qū)是需要?jiǎng)澏ㄉ鷳B(tài)紅線、進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)或修復(fù)的優(yōu)先區(qū)域,以保障國(guó)家生態(tài)安全；同時(shí),在全球氣候變化的背景下,生態(tài)脆弱區(qū)因其地表過程的敏感性與響應(yīng)的復(fù)雜性,也成為生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)安全相關(guān)科學(xué)研究的典型區(qū)域[20]。研究表明,我國(guó)的生態(tài)脆弱區(qū)面積廣大,約占陸地國(guó)土面積的五分之一,主要分布在青藏高原、西南喀斯特地區(qū)、黃土高原、北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶、西北干旱荒漠地區(qū)等地,其面臨的問題復(fù)雜多樣,脆弱性嚴(yán)重[146,148]。盡管我國(guó)這些典型生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)等特征在氣候變化和人類活動(dòng)作用下的響應(yīng)及其機(jī)制研究業(yè)已廣泛開展,然而基于區(qū)域特異性的生態(tài)退化問題而進(jìn)行的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究較少,而其中同時(shí)納入支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究尤為缺乏。所以重點(diǎn)關(guān)注典型生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究,對(duì)這些區(qū)域相應(yīng)科學(xué)研究的延展、相關(guān)生態(tài)保護(hù)修復(fù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展調(diào)控等實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施,都具有重要的參考價(jià)值。

4.4 科學(xué)開展氣候變化情景下的生態(tài)安全相關(guān)預(yù)測(cè)

IPCC第6次評(píng)估報(bào)告(Assessment Report 6, AR6)認(rèn)為,全球持續(xù)變暖是普遍的事實(shí),已經(jīng)對(duì)當(dāng)今地表過程造成了重大影響,而且還會(huì)對(duì)未來(lái)生態(tài)系統(tǒng)甚至人類社會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的作用[149]。未來(lái)氣候變化情景評(píng)估的基礎(chǔ)是溫室氣體排放模式。當(dāng)前普遍應(yīng)用的關(guān)于溫室氣體排放的4種典型濃度路徑(Representative concentration pathway, RCP)情景模式,認(rèn)為在除最低端RCP之外的所有情景下,全球氣候變暖都將持續(xù)加強(qiáng),但降水的時(shí)空差異性會(huì)進(jìn)一步增大而越來(lái)越不均衡[149—150]。大多數(shù)研究表明,無(wú)論是基于水土流失、荒漠化等生態(tài)退化的趨勢(shì)[114,151—152],還是基于相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低的風(fēng)險(xiǎn)[153—155],均表現(xiàn)為較高RCP下生態(tài)脆弱性較大,生態(tài)安全會(huì)受到更大威脅。但一個(gè)最近的研究考慮了我國(guó)典型生態(tài)脆弱區(qū)——青藏高原的棲息地質(zhì)量、碳存儲(chǔ)和土壤保持等3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),并歸一化加和得到綜合的生態(tài)安全指標(biāo)；在未來(lái)氣候變化情景下的預(yù)測(cè)表明,在高端RCP情景下,青藏高原的生態(tài)安全保持穩(wěn)定,而低端RCP下的生態(tài)安全卻呈下降趨勢(shì)[156]。同時(shí),還有研究認(rèn)為,較之于未來(lái)氣候變化條件,相應(yīng)的人類活動(dòng)和管理對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的變化有更大的作用[152,157]。考慮未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)變化的共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(Shared socioeconomic pathway, SSP)情景[149,158—159],在RCP和SSP情景的不同組合下,進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能[160—161]、生態(tài)退化現(xiàn)象[14]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[130,162]的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè),是當(dāng)前新興的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上科學(xué)探討生態(tài)安全的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),從而采取適應(yīng)性的保障措施,對(duì)減緩氣候變化及其影響,努力達(dá)到碳中和的目標(biāo),無(wú)疑能做出顯著貢獻(xiàn)。