劉國華

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100085

西南生態(tài)安全格局形成機制及演變機理

劉國華*

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100085

我國西南地區(qū)地形地貌復雜,生態(tài)系統(tǒng)多樣,生物多樣性豐富,是研究地表復雜過程與生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的關鍵區(qū)域,也是我國重要的生態(tài)屏障區(qū)。但是同時該區(qū)域環(huán)境復雜、生態(tài)脆弱、災害嚴重,在全球氣候變化背景下,人類活動和經(jīng)濟發(fā)展導致該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題比較突出,同時區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展地域分異大。突出表現(xiàn)在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損,區(qū)域生態(tài)安全水平降低。如何維護區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。針對生態(tài)安全問題,我國已開展生態(tài)區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)劃和生態(tài)紅線等工作,但在生態(tài)安全格局的形成機制、與生態(tài)系統(tǒng)服務耦合關系、人類活動和氣候變化對生態(tài)安全格局影響及其適應、區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面需要加強深入研究,在我國西南地區(qū)的開展研究西南生態(tài)安全格局形成機制及演變機理具有典型性、代表性與緊迫性。

生態(tài)系統(tǒng)服務；生態(tài)安全；生態(tài)安全格局；西南地區(qū)

人類活動以前所未有的規(guī)模和速度改變著生存環(huán)境,全球性的氣候變化及生物多樣性的銳減等直接關系到人類本身安全的生態(tài)問題一次次向人類敲響警鐘,而經(jīng)濟的全球化使資源、環(huán)境和生態(tài)安全正快速滲入到社會、經(jīng)濟和國家安全等各個層面。

我國由于經(jīng)濟發(fā)展、人類活動強度增加所導致的各種生態(tài)問題日益嚴重,生態(tài)安全問題也日益受到中央政府和各部門以及學者的關注[1-2]。生態(tài)安全涉及到國土安全、環(huán)境安全、生物安全、水安全、食物安全、人類安全和社會安全等多方面[3]。從生態(tài)安全研究內(nèi)涵來說,它包含了狹義和廣義兩方面的定義,狹義的定義從自然本身的角度出發(fā),是指生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康以維持生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的狀態(tài)和能力。而廣義的定義是從人類的角度出發(fā),是指在生態(tài)環(huán)境條件與生態(tài)系統(tǒng)服務可以有效支撐經(jīng)濟發(fā)展和社會安定、保障人民生活和健康不受生態(tài)破壞損害的狀態(tài)與能力[4]。

西南地區(qū)是我國生態(tài)系統(tǒng)復雜多樣,生物多樣性和水資源等自然資源最為豐富的地區(qū)之一,也是我國長江流域、珠江流域以及西南諸河的源頭及上游區(qū),對于維系我國華東、華南乃至東南亞的生態(tài)及社會經(jīng)濟安全起著重要的作用,是我國重要的生態(tài)屏障區(qū)。然而該地區(qū)由于地處我國第一和第二階梯上,地貌類型復雜、分布著高原、高山峽谷、喀斯特地貌等,也是我國生態(tài)極為敏感和脆弱的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)是我國少數(shù)民族和貧困人口集中分布的區(qū)域,長期而強烈的人類活動對原生生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重,生態(tài)系統(tǒng)服務嚴重下降,引起了石漠化、水土流失等一系列生態(tài)問題的發(fā)生,導致其生態(tài)屏障作用不斷被削弱,從而對區(qū)域生態(tài)安全造成嚴重威脅。

目前,在氣候變化、人類活動和社會經(jīng)濟政策等因素的影響下,該區(qū)的生態(tài)安全問題受到廣泛關注,如何維持生態(tài)安全水平,提高生態(tài)系統(tǒng)服務效益,構建生態(tài)安全體系和推動區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面需要加強深入研究。這就需要深入闡明西南生態(tài)格局形成機制及演變機理等關鍵科學問題,探討生態(tài)安全格局判別和構建的技術,研究區(qū)域生態(tài)安全格局維護與社會經(jīng)濟發(fā)展的耦合機制。

1 研究進展和趨勢

1.1 研究的熱點和前沿

20世紀80年代以來,各國科學家逐步認識到大尺度上生態(tài)系統(tǒng)保護的重要性,并利用地理信息系統(tǒng)與遙感等手段開展格局變化與生態(tài)效應等研究,同時,生態(tài)安全的內(nèi)在機理和保護策略等收到逐步受到關注。一直以來,國際上對生態(tài)安全的研究以自然生態(tài)系統(tǒng)為主,并逐步向社會經(jīng)濟耦合方面發(fā)展,尤其重視對生態(tài)系統(tǒng)服務以及生態(tài)安全政策方面的研究。

國際上有關生態(tài)安全的研究主要集中在自然生態(tài)系統(tǒng)的研究方面,重點關注的是棲息地的安全、生物多樣性保護的安全等,并在該方面取得了一系列的成果,此外,也從生態(tài)區(qū)劃的角度入手,注重國家尺度上的生態(tài)整體規(guī)劃,尤其是關注國家或區(qū)域尺度上重要生態(tài)區(qū)的生態(tài)保護與管理[5],并從一些案例上加強對生物多樣性保護中生態(tài)安全格局構建的研究。在耦合人類社會經(jīng)濟方面,隨著對生態(tài)系統(tǒng)服務評估和研究的興起,逐漸關注生態(tài)系統(tǒng)為人類提供持續(xù)產(chǎn)品服務的能力和安全[6],將自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)服務關聯(lián),特別是近年來,更加注重在政策方面的研究,為決策者提供依據(jù)。

從研究尺度上,從小尺度向流域、區(qū)域乃至國家尺度上擴展。從研究方法上來看,區(qū)域針對生態(tài)系統(tǒng)服務的定量化、空間化方法模型開展生態(tài)系統(tǒng)服務的權衡和調(diào)控,分析人類活動等對生態(tài)安全的影響評價模型是目前研究的重點。從研究對象和內(nèi)容來看,人類活動和氣候變化導致的區(qū)域生態(tài)效應與生態(tài)安全研究以及社會經(jīng)濟耦合下的生態(tài)安全與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的機理、評價與管理的研究受到重視。

國內(nèi)在自然生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全方面,我國很多學者跟蹤國外的有關研究,在生物多樣性保護的生態(tài)安全方面開展了大量的研究[7-8],提出了區(qū)域生態(tài)安全格局設計原則與方法[4],而且針對典型人類活動,如重大工程建設干擾下的生態(tài)安全格局進行了研究[9]。在國家尺度上,結合我國的人類活動,從早期生態(tài)區(qū)劃角度入手,按照自然規(guī)律和人類活動提出對不同生態(tài)區(qū)的保護與發(fā)展[10],到后來從生態(tài)系統(tǒng)服務入手,在國家尺度上進行了生態(tài)功能區(qū)劃以及主體功能區(qū)劃[11],并開展了初步的國家尺度的國土生態(tài)安全研究[12]。并提出了我國“兩屏三帶”生態(tài)屏障建設的構想,目前也在著手開展全國生態(tài)紅線的劃分[1,13]。

1.2 生態(tài)安全研究的問題與趨勢

相比較而言,國內(nèi)研究仍多利用國外相關研究的模型方法,方法創(chuàng)新不足,尺度仍較單一,機理性研究內(nèi)容仍較少[14]。國內(nèi)仍缺乏對生態(tài)安全系統(tǒng)和全面的研究,尤其是對生態(tài)安全格局的研究方面,如在生態(tài)安全格局的形成機制、生態(tài)安全格局與生態(tài)系統(tǒng)服務之間的關系、區(qū)域和國家尺度上生態(tài)安全格局構建、人類活動和氣候變化對生態(tài)安全格局的影響及其適應,以及生態(tài)安全格局與區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面理論和技術方法的研究。

因此在生態(tài)安全方面的發(fā)展前景主要體現(xiàn)在以下四個方面：(1)在理論上,探討區(qū)域生態(tài)安全格局的形成機制；(2)在技術方法上,突破生態(tài)安全格局的評估技術,耦合生態(tài)系統(tǒng)服務演變,形成生態(tài)安全格局構建和關鍵區(qū)域判定技術；(3)在生態(tài)安全預警上,探討人類活動和氣候變化對生態(tài)安全格局的影響機理與預測技術；(4)在生態(tài)安全保障技術上,探討生態(tài)安全調(diào)控技術途徑及生態(tài)安全保障政策等。

2 需解決的關鍵科學問題和主要內(nèi)容

圍繞我國西南生態(tài)安全格局構建,需要從基礎理論、應用基礎和國家需求三個方面開展相關研究。總體的研究目標可以概括為三個方面：(1)在基礎理論方面：揭示區(qū)域生態(tài)格局形成機制,闡明區(qū)域氣候變化及人類活動對生態(tài)安全格局的影響機理及其適應機制；(2)在應用基礎方面：明確維護西南生態(tài)安全的關鍵區(qū)域,并提出區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局及生態(tài)安全格局維持的技術途徑；(3)在國家需求方面：闡明西南生態(tài)安全格局適應和調(diào)控措施,為區(qū)域生態(tài)安全保障和社會經(jīng)濟發(fā)展提供理論基礎和技術支撐。

因此,針對該區(qū)域的生態(tài)安全問題與可持續(xù)發(fā)展,需要解決以下關鍵科學問題：(1)西南生態(tài)格局形成的環(huán)境和生物學機制是什么？(2)如何判識生態(tài)安全關鍵區(qū)域？(3)如何量化氣候變化和人類活動對區(qū)域生態(tài)安全影響的程度及未來趨勢？(4)如何將生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局與區(qū)域發(fā)展融合到區(qū)域生態(tài)安全維持中？

圍繞研究目標和關鍵科學問題,項目擬開展以下主要研究內(nèi)容：

(1)西南地區(qū)生態(tài)安全格局形成和演變機制：通過對區(qū)域地質(zhì)歷史、古孢粉、古環(huán)境和生物等資料數(shù)據(jù)的收集,結合區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的分布現(xiàn)狀的調(diào)查,揭示西南地區(qū)區(qū)域生態(tài)格局的形成機制；探討區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)服務的組成、構建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務評估的指標體系和評估技術方法體系,研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務形成特征及變化；針對區(qū)域石漠化、水土流失、生物多樣性威脅等生態(tài)問題,結合野外樣帶調(diào)查和遙感影像資料,揭示區(qū)域生態(tài)問題的成因和驅(qū)動機制,闡明區(qū)域退化生態(tài)系統(tǒng)的空間分布；綜合上述研究,揭示生態(tài)安全格局演變規(guī)律,確定西南地區(qū)生態(tài)安全關鍵區(qū)域,并明確西南生態(tài)安全維護的關鍵因素。

(2)人類活動對西南生態(tài)安全格局影響規(guī)律和機理：以區(qū)域城市化發(fā)展、資源開發(fā)、重大工程建設以及自然保護區(qū)建設等方面的人類活動為重點,探討西南地區(qū)人類活動發(fā)展特點和強度的時空變化規(guī)律和區(qū)域人地遠程耦合關系,研究區(qū)域人類活動變化與區(qū)域生態(tài)格局間的關系和不同人類活動類型和活動強度對區(qū)域生態(tài)安全格局的影響規(guī)律和程度,揭示人類活動對區(qū)域生態(tài)安全格局的影響影響機理,預測未來區(qū)域生態(tài)安全格局維護對人類活動的承受程度,提出區(qū)域生態(tài)安全格局對人類活動的適應途徑。

(3)氣候變化對生態(tài)格局影響規(guī)律和適應機制：分析西南地區(qū)歷史氣候變化特征和規(guī)律,揭示區(qū)域內(nèi)主要關鍵生態(tài)安全區(qū)內(nèi)氣候變化的過程和程度；以橫斷山區(qū)為核心區(qū)域,從生態(tài)系統(tǒng)地下微生物變化與地上結構的耦合、生態(tài)系統(tǒng)過程以及生態(tài)系統(tǒng)功能等方面,研究氣候變化對區(qū)域典型生態(tài)系統(tǒng)的影響規(guī)律和影響程度；在區(qū)域上,從生態(tài)系統(tǒng)尺度和區(qū)域尺度模擬過去幾十年來氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域生態(tài)安全格局的影響規(guī)律,預測未來氣候情形下區(qū)域生態(tài)安全格局的變化；利用相關區(qū)域生態(tài)響應模型,開展區(qū)域生態(tài)格局對氣候變化的適應性評估,探討區(qū)域生態(tài)安全對氣候變化的適應技術途徑。

(4)西南生態(tài)安全維持的技術途徑和調(diào)控措施：開展區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)安全格局協(xié)調(diào)度分析,探討貧困區(qū)與生態(tài)安全格局的分布關系,研究在維護區(qū)域生態(tài)安全的情形下區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局,為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展和貧困問題的解決及生態(tài)安全的維護提供決策依據(jù)；分析區(qū)域民族文化的時空分布特點,研究區(qū)域民族傳統(tǒng)文化與生物多樣性保護之間的關系,探討區(qū)域生物多樣性安全維持的技術途徑和措施；綜合各方面的研究,構建西南生態(tài)安全格局維持的多目標、多因素耦合的決策支撐系統(tǒng),探討區(qū)域生態(tài)安全格局調(diào)控技術途徑和措施,提出區(qū)域生態(tài)安全格局設計和維持的決策建議。

區(qū)域生態(tài)安全格局研究間的耦合關系如圖1所示。

圖1 生態(tài)安全格局的耦合關系Fig.1 The relationship of ecological security pattern

3 研究展望

通過項目開展與研究,緊密圍繞當前國家需求和研究前沿,是面向區(qū)域生態(tài)安全維持理論和應用基礎相結合的任務。本項目針對我國西南地區(qū)生態(tài)退化嚴重、生物多樣性喪失、自然災害頻發(fā)、生態(tài)安全受到威脅等問題,重點研究區(qū)域生物多樣性維持、生態(tài)安全格局構建和保障及區(qū)域脫貧和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等關鍵科學問題,不僅可為該地區(qū)典型退化生態(tài)系統(tǒng)恢復重建和保護提供科學依據(jù),也可為區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和貧困問題解決以及生態(tài)安全保障提供決策依據(jù)。

其預期效益主要可以體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)基于生態(tài)安全格局形成、演變及影響的規(guī)律、機制、機理研究成果,研究構建的人類活動調(diào)控、生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局、氣候變化應對、生態(tài)安全格局維護等一系列技術方法,不僅對于西南地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、精準扶貧與生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、區(qū)域重大生態(tài)保護和建設規(guī)劃等具有重要的技術支撐作用,對于其他地區(qū)協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)安全格局和國家建設生態(tài)安全屏障均具有重要的借鑒意義和支撐作用。(2)依據(jù)區(qū)域生態(tài)安全格局形成機制、演變規(guī)律和影響機理以及生態(tài)安全格局構建技術,合理布局重大生態(tài)保護和建設工程,采取有效技術途徑,有序調(diào)控區(qū)域生態(tài)安全格局,具有重大生態(tài)效益。(3)研究提出人類活動干擾下生態(tài)安全格局的適應途徑,對保障西南地區(qū)城市化發(fā)展、重大工程建設、生態(tài)工程建設、生態(tài)安全關鍵區(qū)域維護等有顯著的社會經(jīng)濟效益。研究提出的經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)安全權衡等技術方法及決策咨詢報告,有助于協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)安全格局維護的關系,為區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

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Formation and evolution mechanism of ecological security pattern in Southwest China

LIU Guohua*

StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

Characterized by complex topography, diverse ecosystems and rich biodiversity, Southwest China is the key area of studying complex surface processes and ecosystem evolution, and China′s important ecological barrier zone. However, the region is also characterized by complex environment with fragile ecological conditions and serious disasters. In the context of global climate change, human activities and economic development will lead to more prominent ecological and environmental problems in the region. At the same time, the region′s social and economic development vary greatly spatially, mainly expressed by the damage of the regional ecosystem services and the reduction of the regional ecological security level. How to maintain regional ecological security is of great significance. To solve the problems of ecological security, China government has carried out ecological regionalization, ecological function zoning and ecological red line projects. But further researches are needed in the ecological security pattern formation mechanism, and ecosystem service coupling relationship, human activities and climate change impact on the ecological security pattern and adaptation, sustainable economic and social development in the region. The research of the ecological security pattern formation mechanism and evolution mechanism in Southwest China is typical, representative and urgency.

Southwest China; ecological security; ecosystem service; ecological security pattern

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0502100)

2016- 11- 21

10.5846/stxb201611212364

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ghliu@rcees.ac.cn

劉國華.西南生態(tài)安全格局形成機制及演變機理.生態(tài)學報,2016,36(22):7088- 7091.

Liu G H.Formation and evolution mechanism of ecological security pattern in Southwest China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7088- 7091.