蔡懿苒

（安徽省林業(yè)科學研究院，合肥 230031）

生態(tài)安全是指由自然、經(jīng)濟和社會等組成的復合生態(tài)系統(tǒng)在受到外界的壓力破壞或損害時，系統(tǒng)所具有的功能仍能滿足人類發(fā)展需求、維持社會可持續(xù)發(fā)展的一種狀態(tài)。生態(tài)安全評價方面的研究目前仍處于探索階段，由于生態(tài)系統(tǒng)類型不同、研究目的不同及學科背景存在差異等原因，評價過程中選用的指標體系、評價方法也不盡相同。本文通過梳理和探討國內外生態(tài)安全研究進展，初步了解和把握生態(tài)安全評價的研究情況，并提供全面的研究現(xiàn)狀，以找出目前生態(tài)安全評價研究存在的問題與不足之處。

1 國外生態(tài)安全評價研究進展

1989年，國際應用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）首次提出了“生態(tài)安全”的概念，揭開了生態(tài)安全研究的序幕。2000年，聯(lián)合國召開了生態(tài)變化、穩(wěn)定的社會秩序和文化會議，明確了生態(tài)安全是國家乃至國際安全的重要組成部分。這標志著生態(tài)安全在全世界范圍內得到重視。生態(tài)安全評價（ESA）是生態(tài)安全研究的核心問題，國外的生態(tài)安全評價研究由生態(tài)系統(tǒng)健康評價（ESHA）和生態(tài)風險評價（ERA）發(fā)展而來，研究內容主要集中在生態(tài)系統(tǒng)健康評價和生態(tài)風險評價，專門針對ESA的研究較少。國外關于生態(tài)安全的研究深度主要在全球和國家層面，研究內容也集中在生態(tài)安全和國家安全與可持續(xù)發(fā)展等宏觀問題的內在關系，對于特定區(qū)域或對象的研究較少。

1.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究

20世紀70年代，生態(tài)系統(tǒng)健康的概念被首次提出，隨后相關的研究也逐漸發(fā)展起來，不同類型生態(tài)系統(tǒng)的健康評價、評級方法以及指標體系成為研究的重點。生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)有無病患反應，是否穩(wěn)定且可持續(xù)發(fā)展。即生態(tài)系統(tǒng)隨著時間的進程或在外界脅迫下，是否能保持活力并且能維持其組織及自主性或恢復初始狀態(tài)的能力。

1985年，Rapport等提出以生態(tài)系統(tǒng)危險癥狀作為生態(tài)系統(tǒng)非健康狀態(tài)的指標[1]。1998年，Rapport等提出了包括生物多樣性、土壤生態(tài)健康等13個因素的評價指標體系，同時改進了評價公式并計算了生態(tài)系統(tǒng)的健康度[2]。1999年，Whitford等以美國德克薩斯州西部森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，指出抵抗力和恢復力可以作為生態(tài)系統(tǒng)健康評價的重要指標[3]。同年，Costanza等從生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，提出了包含系統(tǒng)活力、系統(tǒng)結構以及恢復力三大類指標的評價模型[4]；Aguilar構建了包括經(jīng)濟社會指標、化學物理性指標以及生態(tài)學指標三大類指標的評價指標體系[5]。2000年，美國國家環(huán)境保護局（EPA）聯(lián)合有關單位對美國華盛頓的生態(tài)系統(tǒng)健康進行了綜合評價，探討了各種外部干擾對城市生態(tài)系統(tǒng)的影響[6]。2004年，Howard等指出讓生態(tài)系統(tǒng)健康成為學校課程的重要組成部分，并提出生態(tài)系統(tǒng)健康進一步發(fā)展的模型，旨在為生態(tài)系統(tǒng)健康教育開發(fā)必要的技能，將生態(tài)系統(tǒng)健康擴展到學習的早期和后期階段，提高生態(tài)系統(tǒng)健康意識，形成跨學科且持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)健康的主流計劃[7]。2005年，Xu F.L.等使用生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)方法（EHIM）評價湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康水平，表明EHIM是一個可靠、結果直觀的相對簡單的方法，可以廣泛地用于定量評估和生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)比較[8]。2009年，Su M.R.等采用集對分析（SPA）評價了多個城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平[9]。2017年，Kaboré等通過群落分類學和功能組成探索生物評估潛力，以布基納法索境內半干旱溪流為研究對象進行生態(tài)系統(tǒng)健康評估[10]。

由研究發(fā)展歷程可見，生態(tài)系統(tǒng)健康方面的研究由最初的僅以單一因素——生態(tài)系統(tǒng)危險癥狀作為評價指標來評價生態(tài)系統(tǒng)健康與否，逐漸發(fā)展到以多個因素建立不同生態(tài)系統(tǒng)的評價指標體系，并逐漸探索出較為成熟的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)方法用以定量評價多種生態(tài)系統(tǒng)健康水平。目前生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標體系包括活力、恢復力、組織結構、維持生態(tài)系統(tǒng)服務、管理的選擇、減少投入、對相鄰系統(tǒng)的危害和人類健康影響8個方面，生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法EHIM得到廣泛應用，集中于對生態(tài)系統(tǒng)的活力、組織結構和恢復力的研究，分別以測量、網(wǎng)絡分析和模擬模型進行量化，研究指標和方法應用于自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟和人類健康等方面，進行生態(tài)系統(tǒng)健康評價。

1.2 生態(tài)風險評價研究

20世紀80年代末期，隨著環(huán)境管理和目標的改變，生態(tài)風險評價因能為環(huán)境風險管理提供技術支持和合理依據(jù)而成為研究的熱點。生態(tài)風險評價是指調查生態(tài)系統(tǒng)及其組分的風險源，預測風險出現(xiàn)的概率及其可能出現(xiàn)的負面效果，并據(jù)此提出相應的舒緩措施。

1988年，美國國家環(huán)境保護局（EPA）在“生態(tài)風險評價方法概述”中詳細綜述了當時較為成熟的評價方法，隨后于1992年提出了“生態(tài)風險評價大綱”，首次對風險暴露值、暴露——響應關系等概念進行了系統(tǒng)論述的同時提出了相應的研究方法，成為今后生態(tài)風險評價的基礎[11]。隨后美國國立研究院（NRC）、水環(huán)境研究基金會（WERF）等著名的環(huán)保機構也相繼提出了不同的評價指標體系。

1999年，Steven等采用綜合水生系統(tǒng)模型（CASM）選用恢復力、組織結構、管理水平和人類健康等參數(shù)，在加拿大溫哥華針對重金屬對河流、湖泊和水庫造成的生態(tài)風險進行了綜合評價[12]。2001年，Bertollo針對意大利加爾達湖流域的生態(tài)問題，通過風險識別確定評價標準及等級，構建了水生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)等不同系統(tǒng)的生態(tài)風險評價指標體系[13]。2002年，Villa等在梳理了有關生態(tài)風險評價概念、理論和方法研究成果的基礎上，借助南太平洋應用地學委員會（SOPAC）的生態(tài)風險評價計劃，建立了包含52個要素的評價指標體系，該體系可用于國家及地區(qū)間的對比研究[14]。2007年，Pollino等將貝葉斯網(wǎng)絡（BN）應用到流域的生態(tài)風險評估中，驗證了其適用性[15]。2018年，Nicholas等提出衛(wèi)星遙感適合監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)變化狀況，可以提供長期數(shù)據(jù)集，并提出應在概念性生態(tài)系統(tǒng)模型的幫助下使用衛(wèi)星遙感[16]。

在生態(tài)風險評價研究的發(fā)展歷程中，生態(tài)風險評價融合了多個方面的參數(shù)，同時形成了不同類型生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)風險評價指標體系，生態(tài)風險評價指標的獲取方式及監(jiān)測技術也在不斷更新。

1.3 生態(tài)安全評價研究

生態(tài)安全評價是在一定時間范圍內，根據(jù)自然生態(tài)因子與社會、經(jīng)濟因子的相互作用關系，按照一定的標準，對生態(tài)環(huán)境影響因子及生態(tài)系統(tǒng)整體進行的安全狀況評估。

1990年，國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）在生態(tài)環(huán)境指標研究項目中，創(chuàng)造性地提出了“壓力—狀態(tài)—響應”（PSR）框架模型，該模型被廣泛應用于生態(tài)安全評價研究[17]。1992年，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會（UNCSD）又提出了“驅動力—狀態(tài)—響應”（DSR）概念模型，更加重視驅動力（Driving force）的作用。隨后，歐洲環(huán)境局（EEA）在PSR模型的基礎上添加了驅動力和影響兩大類指標構成了“驅動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應”（DPSIR）框架模型。2001年，Quigley等從生態(tài)安全的角度建立了區(qū)域尺度上的安全評價指標體系對哥倫比亞河流域的生態(tài)安全性進行評估[18]。2007年，Huang Q等基于生態(tài)足跡的理論和方法，構建了生態(tài)足跡壓力指數(shù)（EFPI）以及區(qū)域生態(tài)安全的等級制度的概念和模型，以分析區(qū)域生態(tài)安全，并針對性的提出了維護區(qū)域生態(tài)安全的建議和措施[19]。2013年，Susan等通過澳大利亞河流生物評估系統(tǒng)（AUSRIVAS）的研究案例，對水生生物進行監(jiān)測，建立了生物評估和生態(tài)安全評價之間的聯(lián)系[20]。

由生態(tài)安全評價模型的研究歷程可見，大部分生態(tài)安全評價指標體系的構建都是基于PSR模型，這也是目前研究過程中普適性最高且應用最為廣泛的研究模型。但不可否認，衍生的DPSIR模型更加全面，目前DPSIR模型在實際應用中雖不及PSR模型應用范圍廣，但在區(qū)域生態(tài)安全評價等方面嶄露頭角，由該模型構建的不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全評價指標體系也需要深入研究。

2 國內生態(tài)安全評價研究進展

國內生態(tài)安全評價的研究以2000年為分水嶺，之前的研究主要是圍繞生態(tài)環(huán)境評價展開的。進入21世紀，隨著中科院“國家生態(tài)安全的監(jiān)測、評價與預警系統(tǒng)”重大研究項目的實施，我國生態(tài)安全評價研究取得了快速發(fā)展，研究成果主要表現(xiàn)在生態(tài)安全評價指標體系和評價方法兩個方面。

2.1 生態(tài)安全評價指標體系研究

目前，我國生態(tài)安全評價已呈現(xiàn)出以空間尺度為主，對象屬性為輔，城市區(qū)域為核心，湖泊、流域等全面展開的研究格局。應當指出，目前國家層次的研究起步較晚，已發(fā)表的文獻相對較少。

國家生態(tài)安全評價指標體系方面。2001年，王韓民等認為生態(tài)安全是國家安全的重要組成部分，采用PSR模型對我國的生態(tài)安全進行了比較分析并提出了對策措施，這是國內首次提出國家生態(tài)安全的概念[21]。2010年，任中起以生態(tài)安全是由指標模塊和地區(qū)模塊相耦合的思想為指導，在組合了國家生態(tài)安全評價指標體系的基礎上，計算出了國家和地區(qū)生態(tài)安全總指數(shù)[22]。在探索和研究國家生態(tài)安全評價研究的過程中，逐漸形成了囊括生態(tài)社會指標、生態(tài)經(jīng)濟指標和生態(tài)環(huán)境指標三個元素的國家生態(tài)安全評價指標體系。

區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系方面。2003年，左偉等利用PSR模型分目標層、準則層和指標層三個層次提出了包括27個指標的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全評價指標，為區(qū)域生態(tài)安全評價和管理提供了有力的技術支持[23]。2008年，邱微、熊鷹等對黑龍江省和湖南省的生態(tài)安全評價指標開展了研究[24-25]。在區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系構建過程中，需要結合區(qū)域環(huán)境特點及社會、經(jīng)濟發(fā)展狀況，涵蓋自然生態(tài)環(huán)境、生態(tài)災害、環(huán)境污染、經(jīng)濟社會條件四個內容。

城市生態(tài)安全評價指標體系方面。2009年，朱麗華等基于PSR模型從發(fā)展壓力、環(huán)境狀況和社會響應三個方面構建了城市生態(tài)安全評價指標體系，并對深圳市2002～2006年的生態(tài)安全進行了研究[26]。2017年，伍陽等根據(jù)“自然—經(jīng)濟—社會”三個子系統(tǒng)將34個城市生態(tài)安全評價指標劃分為9個二級指標，建立城市生態(tài)安全評價指標體系，并分析了京津滬渝4個直轄市及其各子系統(tǒng)的生態(tài)安全等級[27]。在城市生態(tài)安全評價指標體系構建過程中，主要以壓力、驅動力、狀態(tài)、響應為基礎，涵蓋自然、經(jīng)濟和社會三個系統(tǒng)。自然系統(tǒng)方面包括組織結構和恢復能力兩部分；經(jīng)濟系統(tǒng)除了組織結構和恢復能力，還包括了發(fā)展能力；社會系統(tǒng)除了經(jīng)濟系統(tǒng)囊括的三個部分，增加了人群健康方面的內容。

湖泊和流域生態(tài)安全評價指標體系方面。2012年，李玉照以金沙江流域為研究對象，基于改進的DPSIR模型提出包含5類指標的流域生態(tài)安全指標體系，涵蓋了包括人均GDP、污染物排放量、土壤侵蝕模數(shù)、林草覆蓋率等在內的59個指標，較為全面地反映了流域的生態(tài)安全現(xiàn)狀[28]。2016年，彭斌等以桂江流域水生態(tài)為例進行評價，初步建立了包含水生生物、水文情形、水質狀況及河流形態(tài)結構等四大評價要素的廣西河流水生態(tài)安全評價指標體系[29]。在湖泊和流域生態(tài)安全評價指標體系構建過程中，湖泊方面從湖泊富營養(yǎng)化（植物生長和湖泊狀態(tài)）、湖泊萎縮（流域人文及水文參數(shù)）及水污染（重金屬、有機物、廢水排放壓力）三方面進行構建。河流方面指標體系主要包含河流水文狀況、水質狀況、河流形態(tài)結構三大要素，其中河流水文狀況評價指標采用全年流量偏離率、汛期和非汛期的生態(tài)流量保證度進行評價；河流水質狀況評價指標采用全年水功能區(qū)水質達標率或水質綜合污染指數(shù)進行評價；河流形態(tài)結構評價指標采用河道蜿蜒度、河道渠化度、河流廊道連通性、防洪安全指數(shù)和河岸帶狀況進行評價。

近幾年國內關于生態(tài)安全評價指標體系的研究層出不窮，評價因子也從單一的生態(tài)因子評價發(fā)展為多因子綜合評價，指標體系大多基于PSR、AHP以及生態(tài)足跡模型進行構建，基于DPSIR模型的研究相對較少，到目前為止國內尚未建立權威的有關生態(tài)安全的指標體系。在實際應用中，應根據(jù)研究對象的特點，綜合考慮各指標體系的適用范圍和優(yōu)缺點，構建科學合理的評價指標體系。

2.2 生態(tài)安全評價方法研究

隨著科學技術的進步，生態(tài)安全評價方法也在借鑒數(shù)學、生態(tài)學、計算機學等相關學科研究成果的基礎上，取得了快速發(fā)展。

基于數(shù)學模型的評價方法，因其模型發(fā)展相對成熟，被首先引入到生態(tài)安全評價。2010年，黃輝玲等運用物元分析方法構建土地生態(tài)安全評價的綜合評判模型，并以河北省為例進行了實證研究，表明物元模型能夠揭示單個評價指標的分異信息，適用于土地生態(tài)安全評價[30]。2011年，鄭雯等運用突變模型計算各個指標的生態(tài)安全隸屬度具體值，可對各個層次上的不同指標進行定量對比[31]。2012年，孫奇奇等利用主成分分析法對哈爾濱市的生態(tài)安全評價進行了研究[32]。不少學者在綜合分析上述各單一數(shù)學模型優(yōu)缺點的基礎上對各方法進行優(yōu)化復合，建立了各種復雜的綜合評價模型。2011年，劉永強選用綜合指數(shù)法、生態(tài)足跡法、物元分析法，從多角度、選用多方法對無錫市土地生態(tài)安全進行評價[33]。2018年，王鵬等綜合運用熵權法、PSR模型、綜合指數(shù)法、地理探測器和GM(1，1)預測模型等方法對區(qū)域土地生態(tài)安全、安全等級以及影響土地生態(tài)安全的主要因子進行評價研究，并對寧夏自治區(qū)青銅峽市未來9年的土地生態(tài)安全狀況進行預測[34]。

隨著生態(tài)學研究的發(fā)展，生態(tài)足跡模型被逐漸應用到生態(tài)安全評價研究中，并顯示出其獨特的優(yōu)越性。2013年，黃海等利用生態(tài)足跡法進行土地生態(tài)安全評價研究，提出了土地生態(tài)壓力指數(shù)的概念，通過實例研究表明該方法是科學合理的[35]。2016年，楊青等采用能值—生態(tài)足跡模型，對遼寧省2003—2012年生態(tài)安全狀況進行時間序列的定量分析與評價，并采用灰色動力學模型預測其動態(tài)變化趨勢[36]，該模型克服了傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型存在的部分缺陷，計算結果能夠更真實地反映研究區(qū)域的生態(tài)安全狀況。2017年，許典舟等利用生態(tài)足跡理論從時間和空間維度對安徽省土地生態(tài)安全狀況開展了生態(tài)安全評價研究[37]。

此外，景觀生態(tài)學法因其可以將生態(tài)安全評價、預測和預警有機結合構成完整的評價體系而逐漸成為生態(tài)安全評價的有力手段。2012年，郝彩蓮等在承德市武烈河流域景觀格局分析的基礎上，采用破碎度、分離度、優(yōu)勢度等景觀格局指數(shù)和景觀類型脆弱度為評價指標研究流域景觀生態(tài)安全[38]。2017年，李健飛從景觀生態(tài)學角度出發(fā)，并借助于遙感、地理信息技術和全球定位等技術，對珠海市四期遙感影像進行解譯，計算景觀格局指數(shù)進而進行生態(tài)安全狀態(tài)評估[39]。

隨著計算機技術和空間科學技術的飛速發(fā)展，生態(tài)安全評價與其相結合衍生出了多種評價模型。2005年，賈艷紅將格網(wǎng)GIS技術引入生態(tài)安全評價領域進行了格網(wǎng)GIS理論研究的探索，并以內蒙古草原為例進行實證研究，表明該方法是可行的[40]。2008年，曲衍波等綜合利用DEM、TM以及各種調查數(shù)據(jù)，采用GIS柵格對山區(qū)的生態(tài)安全進行了綜合評價，評價結果直觀準確且具有較強的可比性[41]。2017年，歐定華等以成都市龍泉驛區(qū)為研究區(qū)，在GIS空間分析方法中嵌入綜合評價指數(shù)模型，評價研究區(qū)生態(tài)安全空間狀況，在此基礎上集成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡和克里格插值法，提出一種生態(tài)安全空間變化預測方法,對2015～2028年研究區(qū)生態(tài)安全空間變化進行預測[42]。

3 結論與展望

由于不同生態(tài)系統(tǒng)之間的差異性，生態(tài)安全評價研究目前存在的主要問題是無法建立通用的評價指標體系，不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全評價工作可能由于選用的模型、選取的指標、選擇的方法不同而造成評價結果存在差異。

表1 生態(tài)安全評價研究方法一覽表

在選用模型方面，每個準則層都代表了不同的階段和過程，包含不同的要素指標，準則層的選擇一定程度上影響生態(tài)安全總體水平，即總目標層的最終結果。在選用模型階段，不僅需要考慮評價模型的科學性，也要考慮其可操作性。

在構建生態(tài)安全評價指標體系方面，可從廣義生態(tài)安全的角度進行探索，采用普適的模型并探索更加全面的模型，利用文獻研究、頻度統(tǒng)計以及專家咨詢等多種方法，構建適合評價對象的生態(tài)安全評價指標體系，包括指標體系模型的選擇、指標的篩選以及評價等級的確定。從已有的文獻研究和國際權威機構的界定指標中篩選出具有科學性、綜合性、代表性、可比性以及可操作性的生態(tài)安全評價指標體系，以實現(xiàn)指標體系的定量化；在指標權重的確定方面可采用集中方法組合賦權的方式，以克服主客觀賦權法各自存在的缺點，既可充分考慮專家的知識和經(jīng)驗，消除信息熵的負面影響，又可減少賦權中的主觀隨意性影響，使評價結果更加客觀。

生態(tài)安全評價方法的研究已涉及到數(shù)學、生態(tài)學、計算機學以及GIS等多學科領域，研究思路較為清晰，研究成果層出不窮，但在具體的應用中存在許多不足，有些方法仍處于探索階段。因此，在今后的研究及應用中，應依據(jù)取長補短的原則并結合研究對象的特征有針對性地選用評價方法，如何合理地應用抽象的模型去評價復雜且多樣的生態(tài)系統(tǒng)已成為近年來生態(tài)安全評價研究的熱點。