張智光

(1.南京林業(yè)大學(xué)環(huán)境與發(fā)展系統(tǒng)工程研究所，南京 210037;2.南京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，南京 210037)

生態(tài)安全是國家乃至人類安全的重要內(nèi)容，它是支持社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然發(fā)展的生態(tài)與環(huán)境的安全狀態(tài)，包括土地、森林、濕地、水、大氣和生物物種等方面的生態(tài)安全。當(dāng)一個(gè)國家或地區(qū)所處的自然生態(tài)環(huán)境狀況能夠支撐其經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展時(shí)，其生態(tài)就是安全的;反之，則是不安全的。在上述生態(tài)安全問題中，大部分都與森林生態(tài)有關(guān)。其原因在于，森林是陸地生態(tài)環(huán)境的主體，森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地上最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生物多樣性最豐富、功能最強(qiáng)大的自然生態(tài)系統(tǒng)，它具有固碳制氧、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、吸收有毒氣體、影響大氣環(huán)流、增加降水、提供國家重要戰(zhàn)略資源(木材是四大原材料中唯一的可再生資源)、維護(hù)生物多樣性、保護(hù)地球物種等多種功能。森林生態(tài)的特征決定了林業(yè)生態(tài)安全在維持國家或地區(qū)生態(tài)安全中處于首要的和基礎(chǔ)性的獨(dú)特地位。

對(duì)林業(yè)生態(tài)安全的研究，首當(dāng)其沖的、也是最為關(guān)鍵的問題是對(duì)其生態(tài)安全進(jìn)行測度(包括監(jiān)測、核算、評(píng)價(jià)、分析、判定和預(yù)警等)。在生態(tài)環(huán)境狀況不斷惡化的壓力下，包括我國在內(nèi)的許多國家都意識(shí)到生態(tài)安全測度的必要性和緊迫性［1］，其中林業(yè)生態(tài)安全測度研究已成為人們新的關(guān)注焦點(diǎn)［2］。目前，國內(nèi)外對(duì)森林生態(tài)安全的研究比較深入，而對(duì)林業(yè)生態(tài)安全，尤其是對(duì)林業(yè)生態(tài)安全測度問題的研究，還是一個(gè)新課題?，F(xiàn)有研究存在“就生態(tài)論生態(tài)”的預(yù)警滯后性、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重設(shè)定的主觀性、指標(biāo)體系和特征指數(shù)難以優(yōu)勢互補(bǔ)、生態(tài)安全性判據(jù)缺乏客觀依據(jù)等問題。為解決這些問題，本文基于生態(tài)與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的共生關(guān)系研究林業(yè)生態(tài)安全測度的新方法。

1 林業(yè)生態(tài)安全內(nèi)涵的構(gòu)成分析

生態(tài)安全的內(nèi)涵是對(duì)其進(jìn)行測度的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)安全內(nèi)涵的界定尚有分歧，歸納起來大體可分為狹義和廣義兩類。“狹義生態(tài)安全”是指自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)的安全，強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)自身的健康、完整和可持續(xù)性［3］。“廣義生態(tài)安全”進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類提供完善的生態(tài)服務(wù)或人類的生存安全，將自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生態(tài)安全看成一個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的整體安全問題加以研究［4］。森林生態(tài)安全屬于狹義的生態(tài)安全，而林業(yè)生態(tài)安全則屬于廣義的生態(tài)安全。

經(jīng)分析不難看出，在目前的生態(tài)安全界定中，即使是廣義生態(tài)安全，也只考慮了生態(tài)系統(tǒng)為人類提供生態(tài)服務(wù)的安全性，而沒有同時(shí)考慮人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅的反向安全性。實(shí)際上，生態(tài)系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)相互作用的共生關(guān)系模式［5］對(duì)于生態(tài)安全的測度和預(yù)警更為重要。因此，應(yīng)當(dāng)把林業(yè)系統(tǒng)看作林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(即森林生態(tài)系統(tǒng))和林業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的有機(jī)整體，稱為林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng);并從該復(fù)合系統(tǒng)中生態(tài)與產(chǎn)業(yè)的共生機(jī)理去考察林業(yè)生態(tài)安全。也就是說，林業(yè)生態(tài)安全的內(nèi)涵應(yīng)當(dāng)包括以下3個(gè)方面:①森林生態(tài)安全，是指森林生態(tài)系統(tǒng)自身的健康性、完整性和可持續(xù)性;②林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)安全，是站在林業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的角度來看森林生態(tài)系統(tǒng)的安全性對(duì)林業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的威脅或保障的安全程度;③林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系安全，是指森林生態(tài)系統(tǒng)與林業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)相互作用關(guān)系的安全性，若兩者是良性互動(dòng)關(guān)系則是安全的，若是惡性循環(huán)關(guān)系則是不安全的。由于森林生態(tài)安全的威脅除了純自然因素外，主要來自人類的林業(yè)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)，因此EIS安全是森林生態(tài)安全的動(dòng)因，進(jìn)而也是林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)安全的動(dòng)因。

根據(jù)以上分析，本文提出的林業(yè)生態(tài)安全是站在林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的角度，從林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的安全性出發(fā)，來審視森林生態(tài)安全和林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)安全的整體水平。其內(nèi)涵可以用圖1明確地表示出來。圖1中，括號(hào)內(nèi)的術(shù)語表示與括號(hào)前的林業(yè)系統(tǒng)中的概念(如森林生態(tài)系統(tǒng))對(duì)應(yīng)的一般系統(tǒng)中的概念(如自然生態(tài)系統(tǒng))。根據(jù)圖1的原理，本文將從EIS的視角來研究林業(yè)生態(tài)安全的測度方法。

圖1 林業(yè)生態(tài)安全的內(nèi)涵構(gòu)成Fig.1 The connotational constitution of forestry ecological security

2 林業(yè)生態(tài)安全測度現(xiàn)有方法的比較分析

2.1 林業(yè)生態(tài)安全測度的方法體系

從現(xiàn)有文獻(xiàn)上看，國外學(xué)者對(duì)林業(yè)或森林生態(tài)安全的研究主要局限于森林生態(tài)系統(tǒng)健康方面［6-10］。20世紀(jì)70年代末期，德國針對(duì)本國森林出現(xiàn)的活力缺失問題，率先提出了森林健康狀態(tài)的概念，并對(duì)其進(jìn)行測度研究，隨后迅速影響到其它國家。例如，澳大利亞［6］、加拿大［7］、美國［8］、新西蘭［9］和墨西哥［10］等國學(xué)者先后進(jìn)行了森林生態(tài)系統(tǒng)健康測度的研究。我國學(xué)者對(duì)林業(yè)和森林生態(tài)安全的研究起始于21世紀(jì)初［11］;而對(duì)林業(yè)和森林生態(tài)安全測度的研究只是近5年的事情［12］，不管是從成果數(shù)量(只有約10篇論文)還是從深度上看，都處于“初探”階段［1-2］。

根據(jù)以上文獻(xiàn)，林業(yè)生態(tài)安全測度研究的核心問題主要有兩個(gè)方面:生態(tài)安全測度指標(biāo)及其測度方法、生態(tài)安全測度標(biāo)準(zhǔn)(安全性判據(jù))。通過對(duì)這兩方面已有的相關(guān)成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和深入分析，總結(jié)出圖2所示的林業(yè)生態(tài)安全測度的方法體系。

2.2 指標(biāo)體系法和特征指數(shù)法的比較分析

生態(tài)安全測度的“指標(biāo)體系法”通過多層次指標(biāo)體系對(duì)林業(yè)生態(tài)安全問題進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。由于其中各單項(xiàng)指標(biāo)具有明確的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，因此便于分析導(dǎo)致生態(tài)安全問題的原因。但為了得到綜合評(píng)價(jià)值，該方法需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，因而導(dǎo)致其綜合指標(biāo)失去生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，不便于理解和運(yùn)用。而且，在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，通常主觀性較大。若采用主成分分析法或因子分析法，雖然可以客觀地求取綜合指標(biāo)，但是其綜合評(píng)價(jià)值同樣失去了生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，而且評(píng)價(jià)模型中的系數(shù)也偏離了指標(biāo)權(quán)重的本意。

“特征指數(shù)法”則相反，它具有總體的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義(如生態(tài)足跡和能值等)，其評(píng)價(jià)值便于理解。但是，在將單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成特征指數(shù)時(shí)，誤差較大，且失去了指標(biāo)本身的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，不便于原因分析。此外，目前提出的特征指數(shù)種類繁多(圖2)，每一種指數(shù)只能從某一個(gè)側(cè)面反映生態(tài)安全的狀態(tài)，缺乏綜合性，而且不能反映生態(tài)與產(chǎn)業(yè)相互作用的良性或惡性演變的趨勢。因此，需要重新構(gòu)建新的特征指數(shù)。

目前，還沒有找到一種能夠兼顧這兩類方法優(yōu)點(diǎn)并克服其缺陷的生態(tài)安全測度方法。

2.3 指標(biāo)體系法的比較分析

在指標(biāo)體系法中，用“直觀篩選法”構(gòu)建指標(biāo)體系簡便易行，能夠充分發(fā)揮研究者和專家的能力，在我國的應(yīng)用比較普遍［12］。但由于缺乏理論與實(shí)證支撐，因而其科學(xué)性和準(zhǔn)確性較差。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開始運(yùn)用“結(jié)構(gòu)模型法”構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這類結(jié)構(gòu)模型是用來描述生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)各要素之間作用機(jī)理的結(jié)構(gòu)化定性模型(又稱為框架模型、理論模型)。其中，具有代表性的結(jié)構(gòu)模型有:①聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署與經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織推出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)PSR結(jié)構(gòu)模型［13］;②聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)提出的驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-響應(yīng)DSR模型;③歐洲環(huán)境委員會(huì)將以上兩個(gè)模型結(jié)合并進(jìn)行改進(jìn)，提出了驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)DPSIR模型［14］;④Corvalan等人把DPSIR模型進(jìn)一步拓展，提出了驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴露-影響-響應(yīng)DPSEEA 模型［15］。

圖2 林業(yè)生態(tài)安全測度的方法體系Fig.2 The methods system of forestry ecological security measure

其中，PSR模型應(yīng)用最為廣泛，為一般生態(tài)安全［16］和林業(yè)生態(tài)安全［17］的測度提供了理論依據(jù)。但是，PSR模型過于簡單，一些對(duì)生態(tài)安全測度比較重要的因素(如生態(tài)影響因素)沒有考慮進(jìn)來。另外，DSR模型也是一種比較簡潔的結(jié)構(gòu)模型，但是其中的驅(qū)動(dòng)力因子與狀態(tài)因子是間接因果關(guān)系，缺少中間環(huán)節(jié)。而DPSIR模型和DPSEEA模型雖然彌補(bǔ)了PSR模型和DSR模型的缺陷，但又把系統(tǒng)的因果關(guān)系搞得過于復(fù)雜，有些因子偏離了生態(tài)安全測度研究的核心問題。因此，在進(jìn)行林業(yè)生態(tài)安全測度時(shí)，需要根據(jù)林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA等模型的長處，構(gòu)建或改進(jìn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。

2.4 特征指數(shù)法的比較分析

在特征指數(shù)法中，“生態(tài)承載力法”(如生態(tài)足跡和能值方法)與其他方法相比更適合生態(tài)安全的評(píng)價(jià)。其中，“生態(tài)足跡法”是將某區(qū)域的資源和能源消費(fèi)轉(zhuǎn)化為提供這些物質(zhì)流所需生物生產(chǎn)性土地面積(即生態(tài)足跡)，并同該區(qū)域能夠提供的生物生產(chǎn)性土地面積(即生態(tài)承載力)進(jìn)行比較，從而定量判斷區(qū)域生態(tài)狀況是否安全［18］。該方法主要存在以下缺陷:①未考慮土地生產(chǎn)力降低的變化;②土地功能的多重性造成了計(jì)算誤差;③土地利用類型難以劃分;④未包括生物多樣性指標(biāo);⑤不能全面反映區(qū)域環(huán)境壓力;⑥對(duì)管理決策的指導(dǎo)作用有限［19］?！澳苤捣治龇ā卑焉鷳B(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中不同種類和不可比較的能量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成以太陽能為基準(zhǔn)的能值，進(jìn)而定量分析系統(tǒng)的生態(tài)安全［20］。其主要缺陷有:①能值轉(zhuǎn)換率計(jì)算難度大、誤差大;②有些生態(tài)流難以評(píng)估，造成測度誤差［19］。一些學(xué)者將這兩種方法進(jìn)行結(jié)合，提出“能值生態(tài)足跡法”，通過能值間接計(jì)算生態(tài)足跡所需土地面積［21］。但是該方法增加了變量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，累積誤差更大。由于上述問題，目前生態(tài)承載力法還難以用于林業(yè)生態(tài)安全測度，國內(nèi)外尚未見正式發(fā)表的研究成果。

此外，也有學(xué)者將生態(tài)功能區(qū)劃分和生態(tài)規(guī)劃中的生態(tài)評(píng)價(jià)和分析方法用于區(qū)域生態(tài)安全的研究，例如區(qū)域景觀格局分析［22-24］、生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)、生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)等。但由于這類方法更適合測定森林生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量或選擇最優(yōu)生態(tài)規(guī)劃方案，并不能很好地回答林業(yè)或森林生態(tài)狀況是否安全的問題，因此還沒有取得令人滿意的研究結(jié)果。

2.5 測度標(biāo)準(zhǔn)確定方法的比較分析

關(guān)于生態(tài)安全測度標(biāo)準(zhǔn)的確定，目前還沒有普遍認(rèn)可的定量方法或判據(jù)。多數(shù)學(xué)者根據(jù)不同區(qū)域或不同時(shí)期生態(tài)安全測度結(jié)果的對(duì)比，主觀地確立一種“安全與否”的劃分標(biāo)準(zhǔn)，這種做法缺乏科學(xué)依據(jù)。有的學(xué)者提出了確立生態(tài)底線［25］或生態(tài)閾值［26］的思路，也有學(xué)者提出了更加細(xì)化的安全等級(jí)［27］。但是，就如何客觀和定量地確定這些測度標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有找到合適的解決方案。

3 基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的基本構(gòu)想

通過以上分析可見，無論從科學(xué)意義上還是從應(yīng)用前景上看，林業(yè)生態(tài)安全測度研究已顯現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢。與此相對(duì)應(yīng)，提出了基于生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系(EIS)的林業(yè)生態(tài)安全測度新方法的下述基本構(gòu)想。

3.1 針對(duì)理論基礎(chǔ)的薄弱性，研究林業(yè)生態(tài)安全的內(nèi)涵與機(jī)理

生態(tài)安全的內(nèi)涵和機(jī)理是生態(tài)安全測度的基礎(chǔ)，這方面的研究尚不成熟，尤其是林業(yè)生態(tài)安全內(nèi)涵和機(jī)理的研究更為缺乏。因此，需要根據(jù)圖1提出的林業(yè)生態(tài)安全的內(nèi)涵構(gòu)成，運(yùn)用共生理論和系統(tǒng)分析方法，在PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA等結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)林業(yè)生態(tài)安全的系統(tǒng)原理，尤其是對(duì)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)相互作用的機(jī)理進(jìn)行研究。

3.2 針對(duì)測度預(yù)警的滯后性，研究林業(yè)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)的共生關(guān)系

國內(nèi)外關(guān)于林業(yè)生態(tài)安全測度的研究主要側(cè)重于森林生態(tài)安全方面，這種直接對(duì)生態(tài)安全的“結(jié)果”進(jìn)行評(píng)價(jià)的做法是一種“就生態(tài)論生態(tài)”的靜態(tài)思維方式，具有較大的滯后性，難以對(duì)生態(tài)安全提出預(yù)警。為此，需要將造成生態(tài)安全問題的“原因”——林業(yè)產(chǎn)業(yè)納入生態(tài)安全測度體系中去，從森林生態(tài)安全拓展到林業(yè)生態(tài)安全，從單純自然生態(tài)系統(tǒng)問題拓展到生態(tài)與產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)共生發(fā)展的領(lǐng)域。

3.3 針對(duì)兩類方法的欠缺性，研究特征指數(shù)與指標(biāo)體系的銜接

生態(tài)安全測度的指標(biāo)體系法和特征指數(shù)法各有利弊，目前缺乏一種既能夠反映生態(tài)安全的生態(tài)經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵，又能夠?qū)訉诱归_出具體指標(biāo)項(xiàng)的綜合測度方法。為此，可以從以下3個(gè)方面來解決這一問題:①建立科學(xué)的林業(yè)生態(tài)安全測度指標(biāo)體系;②研究能夠反映生態(tài)經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵以及生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的綜合性特征指數(shù);③建立指標(biāo)體系與特征指數(shù)之間的銜接關(guān)系，通過兩類方法的綜合與集成，克服各自的欠缺性，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。這樣，使管理者既容易理解林業(yè)生態(tài)安全測度結(jié)果的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，又便于找出導(dǎo)致生態(tài)不安全的原因，進(jìn)而采取有效的生態(tài)監(jiān)管和控制措施。

3.4 針對(duì)測度結(jié)果的靈敏性，研究結(jié)構(gòu)化指標(biāo)體系及權(quán)重設(shè)定

目前生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建及指標(biāo)權(quán)重的確定主要以定性方法為主，缺乏客觀依據(jù)和科學(xué)方法，導(dǎo)致測度結(jié)果的隨意性較大和靈敏性較高(指標(biāo)及其權(quán)重的微小攝動(dòng)都可能導(dǎo)致測度結(jié)果的較大波動(dòng))。為此，需要在上述林業(yè)生態(tài)安全結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用結(jié)構(gòu)化數(shù)量分析方法(如結(jié)構(gòu)方程模型等方法)構(gòu)建與優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并定量計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重。

3.5 針對(duì)預(yù)警判定的主觀性，研究林業(yè)生態(tài)安全度的客觀標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有生態(tài)安全的測度方法，要么難以確定生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)(例如指標(biāo)體系法、區(qū)域景觀格局分析、生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)、生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)等)，要么測度誤差較大(例如用誤差較大的生態(tài)足跡、能值或能值生態(tài)足跡的測度值與生態(tài)承載力直接比較)。為此，需要找到一種有助于客觀地確定林業(yè)生態(tài)安全閾值和底線，并有助于判定安全度等級(jí)和預(yù)警級(jí)別的科學(xué)方法，以克服生態(tài)安全預(yù)警判定中的主觀性，使林業(yè)生態(tài)安全的實(shí)際監(jiān)控和預(yù)警成為可能。

4 基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的技術(shù)路線

為了實(shí)現(xiàn)上述基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的基本構(gòu)想，通過原理設(shè)計(jì)，找到了攻克該測度方法主要關(guān)鍵問題的具體技術(shù)。

4.1 林業(yè)生態(tài)安全的FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型的建立

運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，對(duì)林業(yè)生態(tài)安全所涉及的生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并與國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA模型的研究成果進(jìn)行對(duì)比分析。以上分析表明，針對(duì)林業(yè)生態(tài)安全(FES)問題，構(gòu)建壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(PSIR)結(jié)構(gòu)模型(簡稱FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型)比較合適。FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型中各子系統(tǒng)的構(gòu)成如下:①社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力(FES-P)子系統(tǒng)，包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)森林資源需求和對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞等壓力;②資源與環(huán)境狀態(tài)(FES-S)子系統(tǒng)，包含森林資源總量、質(zhì)量、覆蓋率、分布、類型結(jié)構(gòu)以及溫室氣體濃度等狀態(tài);③生態(tài)影響(FES-I)子系統(tǒng)，包含森林生態(tài)系統(tǒng)健康與活力、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、森林調(diào)節(jié)力、森林災(zāi)害發(fā)生率、生物多樣性、水土流失、空氣質(zhì)量、氣候變暖等影響;④人類響應(yīng)(FES-R)子系統(tǒng)，包含人類改善生態(tài)狀態(tài)的投入、人工造林、林工一體化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、科技支撐、法律政策保障、生態(tài)文明意識(shí)、應(yīng)對(duì)危機(jī)機(jī)制等響應(yīng)。

4.2 林業(yè)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

為避免評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的主觀性和隨意性，根據(jù)FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型等理論依據(jù)，結(jié)構(gòu)化指標(biāo)體系構(gòu)建方法的具體步驟和方法如下:①通過文獻(xiàn)檢索，收集和整理國內(nèi)外關(guān)于FES-P、FES-S、FES-I、FES-R各子系統(tǒng)所采用過的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過聚類分析等方法篩選出與林業(yè)生態(tài)安全測度問題關(guān)聯(lián)度較大的指標(biāo);②通過實(shí)際調(diào)研、理論分析和專家咨詢等方法，形成初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;③根據(jù)下述結(jié)構(gòu)方程模型方法(簡稱SEM方法)對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行定量檢驗(yàn)和修正。

4.3 林業(yè)生態(tài)安全測度的結(jié)構(gòu)方程模型的建立

收集我國林業(yè)生態(tài)安全相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)上述FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型和初步評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以建立林業(yè)生態(tài)安全測度的結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)。具體步驟和方法如下:①根據(jù)上述FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)生和外生隱變量的因果關(guān)系，以及這些隱變量與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的顯變量的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建林業(yè)生態(tài)安全的SEM理論模型;②建立描述顯變量與隱變量之間關(guān)系的SEM測量模型;③建立描述隱變量之間關(guān)系的SEM結(jié)構(gòu)模型;④收集數(shù)據(jù)，對(duì)SEM理論模型及其測量模型和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和模型檢驗(yàn);⑤通過修正SEM理論模型的路徑和指標(biāo)來達(dá)到最優(yōu)擬合，得到更加貼近現(xiàn)實(shí)的SEM;⑥根據(jù)SEM，反過來修正FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)SEM還將給出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

4.4 林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立

共生是兩個(gè)或多個(gè)不同種類的有機(jī)體存在緊密和長期相互作用和相互依存關(guān)系的共同生存現(xiàn)象。林業(yè)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成了典型的共生系統(tǒng)，它們之間的共生關(guān)系可以分為共生(互利共生和偏利共生)與非共生(弱單害、偏害、競爭、寄生、捕食)兩類［5］。這些關(guān)系不僅反映了林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)安全與否的現(xiàn)狀，還預(yù)示著未來的演變趨勢。也就是說，即使某區(qū)域林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀還沒有惡化，但如果生態(tài)與產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系屬于非共生的惡性循環(huán)關(guān)系，那么其生態(tài)系統(tǒng)也是不安全的。因此，考察林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的安全性不能僅看生態(tài)系統(tǒng)本身，而且更要關(guān)注林業(yè)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之間的共生關(guān)系。為此，首先要運(yùn)用共生理論建立林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。

20世紀(jì)40年代，Lotka和Volterra對(duì)邏輯斯蒂模型進(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Lotka-Volterra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。根據(jù)林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)和生態(tài)安全問題的特點(diǎn)，對(duì)一般Lotka-Volterra模型進(jìn)行改進(jìn)，可以構(gòu)建描述林業(yè)生態(tài)-產(chǎn)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)共生關(guān)系的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型(以下簡稱林業(yè)Lotka-Volterra模型)［28］:

式中，I(t)為產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)，對(duì)應(yīng)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展子系統(tǒng)(包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力子系統(tǒng)和人類響應(yīng)子系統(tǒng))，由FES-P壓力和FES-R響應(yīng)指標(biāo)體系通過模糊綜合評(píng)判方法計(jì)算得到，反映林業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平;C(t)為環(huán)境容量指數(shù)，對(duì)應(yīng)于資源環(huán)境狀態(tài)子系統(tǒng)，由FES-S狀態(tài)指標(biāo)體系計(jì)算得到，反映林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間和森林生態(tài)的改善基礎(chǔ);E(t)為生態(tài)水平指數(shù)，對(duì)應(yīng)于生態(tài)影響子系統(tǒng)，由FES-I影響指標(biāo)體系計(jì)算得到，反映森林生態(tài)系統(tǒng)受到影響的程度;α(t)為林業(yè)生態(tài)對(duì)產(chǎn)業(yè)競爭系數(shù);β(t)為林業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)競爭系數(shù);r1為林業(yè)產(chǎn)業(yè)水平增長率;r2為森林生態(tài)水平增長率;p為環(huán)境容量全部用于林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境貢獻(xiàn)系數(shù);q為環(huán)境容量全部用于森林生態(tài)發(fā)展的環(huán)境貢獻(xiàn)系數(shù)。

4.5 林業(yè)生態(tài)安全特征指數(shù)的計(jì)算

運(yùn)用控制理論求解林業(yè)Lotka-Volterra模型的穩(wěn)定性條件，可以得到生態(tài)對(duì)產(chǎn)業(yè)競爭系數(shù)a(t)，以及產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)競爭系數(shù)b(t)。由此，可以構(gòu)造生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生度指數(shù)S(t)［28］:

可見，共生度是能夠有效測度生態(tài)安全并具有明確生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義的特征指數(shù)，它通過生態(tài)與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的共生關(guān)系反映了生態(tài)安全演變趨勢的性質(zhì)。但是僅僅靠共生度一個(gè)特征指數(shù)是不夠的，因?yàn)樗荒芊从成鷳B(tài)與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展水平，即不能反映這種生態(tài)安全性處于較低的水平還是較高的水平。為此，根據(jù)產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I(t)和生態(tài)水平指數(shù)E(t)，運(yùn)用聚類分析方法可以得出另一個(gè)反映生態(tài)安全發(fā)展程度的輔助性特征指數(shù)——生態(tài)-產(chǎn)業(yè)成熟度M(t)，并將成熟度劃分為成熟和不成熟兩類。

4.6 林業(yè)生態(tài)安全度的劃分

根據(jù)以上2個(gè)特征指數(shù)，可以構(gòu)建圖3所示的林業(yè)生態(tài)安全度的雙特征判斷矩陣。圖3中，橫坐標(biāo)為共生度S，屬于生態(tài)安全的性質(zhì)指數(shù);縱坐標(biāo)為成熟度M，屬于生態(tài)安全的程度指數(shù)。在橫坐標(biāo)上，根據(jù)生態(tài)安全閾值和底線，可將生態(tài)安全度劃分為3個(gè)區(qū)間:安全區(qū)(互利共生狀態(tài)，生態(tài)安全趨于健康)、不安全區(qū)(競爭、偏害、寄生、捕食狀態(tài)，生態(tài)安全趨于惡化)和轉(zhuǎn)折區(qū)(弱單害狀態(tài)，生態(tài)安全存在風(fēng)險(xiǎn))。在縱坐標(biāo)上，可將上述3個(gè)生態(tài)安全區(qū)進(jìn)一步劃分成6個(gè)安全度等級(jí)(健康、亞健康、風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)、退化和惡化)和4個(gè)預(yù)警級(jí)別。

圖3 林業(yè)生態(tài)安全度的雙特征判斷矩陣Fig.3 The bicharacteristic judgment matrix of forestry ecological security degree

5 基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的整體框架

為使基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法成為可操作的實(shí)用測度方法，還需要在上述研究的基礎(chǔ)上構(gòu)建其整體的運(yùn)作框架，包括該方法整體的目標(biāo)-手段樹和技術(shù)路線。

5.1 目標(biāo)-手段樹

根據(jù)以上的基本構(gòu)想和關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用目標(biāo)-手段鏈工具得出圖4所示的目標(biāo)-手段樹。圖4的最高層是該測度方法的總體目標(biāo)，第二層是實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)的兩個(gè)方面的手段，第三層是將第二層的手段作為目標(biāo)而應(yīng)采取的進(jìn)一步的手段……如此下去，最后一層是實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)的可操作的具體手段。

圖4 基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的目標(biāo)-手段樹Fig.4 The means-ends tree of measure methodology for forestry ecological security based on ecology-industry symbiosis

5.2 技術(shù)路線

圖4從目標(biāo)與手段的層層遞進(jìn)關(guān)系上構(gòu)建了基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法完整的邏輯思路。在此基礎(chǔ)上，還需要描述各項(xiàng)手段之間的“操作流程”。根據(jù)該測度方法的基本原理，設(shè)計(jì)出圖5所示的技術(shù)路線。由圖5可見，林業(yè)生態(tài)安全測度研究的主要步驟如下:首先進(jìn)行林業(yè)生態(tài)安全測度的理論與模型研究;據(jù)此構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展子系統(tǒng)、資源環(huán)境狀態(tài)子系統(tǒng)和生態(tài)影響子系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)指標(biāo)體系;為實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系和特征指數(shù)的銜接，通過計(jì)算各子系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)、環(huán)境容量指數(shù)和生態(tài)水平指數(shù)，構(gòu)建林業(yè)Lotka-Volterra模型;通過生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生度和成熟度特征指數(shù)，建立林業(yè)生態(tài)安全度的雙特征判斷矩陣;對(duì)我國林業(yè)生態(tài)安全的時(shí)間演化和空間格局進(jìn)行實(shí)證測度研究，判定各種情況下的生態(tài)安全度和預(yù)警級(jí)別(若出現(xiàn)不合理結(jié)果，需反饋修正);分析我國林業(yè)生態(tài)安全的問題，并通過追溯單項(xiàng)指標(biāo)的方法，分析其原因;依此構(gòu)建多維林業(yè)生態(tài)安全戰(zhàn)略體系。

其中，多維林業(yè)生態(tài)安全戰(zhàn)略體系由以下幾個(gè)維度構(gòu)成:①林業(yè)生態(tài)安全的營建體系，包括生態(tài)公益林和防護(hù)林體系、綠色共生型林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系等;②林業(yè)生態(tài)安全的測度與決策體系，包括林業(yè)生態(tài)安全的監(jiān)測體系、評(píng)價(jià)與分析體系、預(yù)警與決策體系等;③林業(yè)生態(tài)安全的防控體系，包括林業(yè)生態(tài)安全的行政監(jiān)管體系、維護(hù)與控制體系、應(yīng)急處理體系等;④林業(yè)生態(tài)安全的支撐體系，包括林業(yè)生態(tài)安全的技術(shù)支持體系、信息系統(tǒng)、政策法律保障體系、林業(yè)生態(tài)文明支撐體系(包括公眾參與、媒體宣傳和監(jiān)督等)、林業(yè)生態(tài)補(bǔ)償體系等。

6 結(jié)語

(1)FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型、SEM和指標(biāo)體系的集成優(yōu)勢

林業(yè)生態(tài)安全測度的指標(biāo)體系法雖能克服特征指數(shù)法的一些缺點(diǎn)，但存在理論依據(jù)不足、指標(biāo)權(quán)重主觀性大等問題。在本文的測度方法中，通過對(duì)一般生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建林業(yè)生態(tài)安全的壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型，并與結(jié)構(gòu)方程模型SEM和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行綜合與集成，能夠取得以下成效:①FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型為指標(biāo)體系和SEM的構(gòu)建提供了理論依據(jù)和邏輯框架;②SEM反過來又為FES-PSIR結(jié)構(gòu)模型和指標(biāo)體系的檢驗(yàn)和完善，以及指標(biāo)權(quán)重的確定，提供客觀的定量分析方法;③以上方法再與聚類分析、理論分析、實(shí)際調(diào)研和專家咨詢等方法相結(jié)合，形成了結(jié)構(gòu)化的指標(biāo)體系構(gòu)建方法，最大限度地降低了主觀隨意性。

圖5 基于EIS的林業(yè)生態(tài)安全測度方法的技術(shù)路線Fig.5 The technology roadmap of measure methodology for forestry ecological security based on ecology-industry symbiosis

(2)結(jié)構(gòu)化指標(biāo)體系和特征指數(shù)的集成優(yōu)勢

特征指數(shù)法雖能克服指標(biāo)體系法的一些缺點(diǎn)，但是它以測度難度大、誤差大、喪失原始指標(biāo)涵義，來換取指標(biāo)值的可加性，可謂“得不償失”。為保留這兩類方法的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺陷，本文方法對(duì)指標(biāo)體系和特征指數(shù)進(jìn)行綜合與集成，能夠取得以下成效:①林業(yè)Lotka-Volterra模型的3個(gè)基本指數(shù)(產(chǎn)業(yè)水平指數(shù)I、環(huán)境容量指數(shù)C、生態(tài)水平指數(shù)E)能夠與結(jié)構(gòu)化指標(biāo)體系實(shí)現(xiàn)合理對(duì)接，從而為指標(biāo)體系與特征指數(shù)的銜接與集成，掃清了關(guān)鍵障礙;②測度數(shù)據(jù)直接來自各指標(biāo)實(shí)際值，無需換算成面積、貨幣或能量等量值，使測度結(jié)果比較準(zhǔn)確;③一方面共生度和成熟度特征指數(shù)的綜合性較強(qiáng)且具有明確的生態(tài)經(jīng)濟(jì)意義，另一方面又便于追溯到各單項(xiàng)指標(biāo)的原始值，有利于分析產(chǎn)生生態(tài)安全問題的原因，便于制定具體有效的管理措施。

(3)共生度和成熟度雙特征判斷矩陣的集成優(yōu)勢林業(yè)生態(tài)安全測度需要克服“就生態(tài)論生態(tài)”、特征指標(biāo)種類繁多而片面等缺陷。本文方法從林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系的視角，通過評(píng)價(jià)指標(biāo)體系得到生態(tài)-產(chǎn)業(yè)共生度和成熟度2個(gè)綜合性較強(qiáng)的特征指數(shù)，并由此構(gòu)建林業(yè)生態(tài)安全度的雙特征判斷矩陣，能夠取得以下成效:①共生度和成熟度2個(gè)特征指數(shù)分別通過生態(tài)-產(chǎn)業(yè)的共生關(guān)系和可持續(xù)發(fā)展水平，體現(xiàn)林業(yè)生態(tài)安全變化趨勢的性質(zhì)及其程度，便于管理者和公眾更加完整地理解和運(yùn)用林業(yè)生態(tài)安全的測度結(jié)果;②經(jīng)過成熟度細(xì)化的共生度指數(shù)能夠更好地反映林業(yè)生態(tài)安全狀態(tài)的動(dòng)因，有利于克服測度的滯后性，達(dá)到預(yù)警的目的;③根據(jù)林業(yè)生態(tài)安全動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的穩(wěn)定性條件和共生理論，可以科學(xué)地確定林業(yè)生態(tài)安全的閾值和底線;④再參照成熟度，可將林業(yè)生態(tài)安全度分為3個(gè)安全區(qū)間、6個(gè)安全等級(jí)和4個(gè)預(yù)警級(jí)別，便于林業(yè)生態(tài)安全的監(jiān)控和管理。

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