王麗娜,李 爽,吳 迪,鄧紅兵,吳 鋼

1 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 1000852 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 1000493 中科院建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100086

景感生態(tài)學(xué)是指以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),基于生態(tài)學(xué)的基本原理,將自然要素、物理感知、心理感知、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、過(guò)程與風(fēng)險(xiǎn)等相關(guān)要素綜合考慮,來(lái)研究土地利用規(guī)劃、建設(shè)與管理的科學(xué)[1- 3]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步,以及土地開發(fā)利用所產(chǎn)生的各種環(huán)境問(wèn)題備受重視,景感生態(tài)學(xué)的誕生有其必然性。從技術(shù)層面而言,景感是將物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)綜合在一起的技術(shù)體系,這一體系能確保設(shè)計(jì)師的理念和其設(shè)計(jì)的規(guī)劃遵循自然法則[3],并有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)?？萍嫉陌l(fā)展使得環(huán)境信息感知與融合成為生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究的重要手段,基于個(gè)體感知或者公眾參與式的社會(huì)尺度傳感器網(wǎng)絡(luò)均可獲得所處環(huán)境的環(huán)境質(zhì)量信息及其發(fā)育演化過(guò)程[4-5]。景感生態(tài)學(xué)是將景觀生態(tài)學(xué)和人們的愿景、社會(huì)的需求相融合的科學(xué)體系,其思想主要來(lái)源于土地利用規(guī)劃與建設(shè)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、受損生態(tài)環(huán)境的景感營(yíng)造、生態(tài)服務(wù)的提升等實(shí)踐,也將指導(dǎo)和服務(wù)于這一實(shí)踐[1]。

由于人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速導(dǎo)致的一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已開始影響到人類的愿景,威脅到人類的生存和發(fā)展,甚至威脅到區(qū)域乃至國(guó)家的生態(tài)安全。這些生態(tài)安全問(wèn)題的出現(xiàn),從根本上是不合理的資源和土地開發(fā)利用活動(dòng)的結(jié)果[6]。而各種不合理資源和土地開發(fā)利用活動(dòng),往往是因?yàn)槿狈茖W(xué)的資源和土地利用規(guī)劃及科學(xué)合理的監(jiān)管[7- 9],景感生態(tài)學(xué)思想及其方法恰恰可為這些工作的研究和實(shí)踐提供有效途徑。

將景感生態(tài)學(xué)與生態(tài)安全研究相結(jié)合,需要回答“為什么”和“怎么辦”兩個(gè)問(wèn)題。首先,不合理的資源和土地開發(fā)利用活動(dòng)常常會(huì)帶來(lái)各種生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),從而導(dǎo)致生態(tài)安全方面的問(wèn)題;而景感生態(tài)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容涉及土地利用,其目標(biāo)是與可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的人類愿景和社會(huì)需求。所以在生態(tài)安全研究特別是生態(tài)安全格局構(gòu)建等關(guān)鍵問(wèn)題中納入景感生態(tài)學(xué)的思想和方法是可能的,這種結(jié)合既可以從景感的角度和途徑去理解和開展生態(tài)安全研究,也可以通過(guò)景感生態(tài)學(xué)在生態(tài)安全研究上的應(yīng)用來(lái)豐富和發(fā)展景感生態(tài)學(xué)的研究?jī)?nèi)容。而如何將景感生態(tài)學(xué)思想及主要方法應(yīng)用于生態(tài)安全研究,將是本文要探討的關(guān)鍵內(nèi)容。因此,本文在簡(jiǎn)要解析生態(tài)安全內(nèi)涵及其主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)當(dāng)前生態(tài)安全研究與實(shí)踐中存在的一些關(guān)鍵問(wèn)題,提出了利用景感生態(tài)學(xué)思想及景感營(yíng)造的技術(shù)方法來(lái)解決這些問(wèn)題的具體途徑,以期為景感生態(tài)學(xué)的發(fā)展及生態(tài)安全研究的完善提供思路。

1 生態(tài)安全的內(nèi)涵

生態(tài)安全是指人的生活、健康、安全、基本權(quán)利、生活保障來(lái)源、必要來(lái)源、社會(huì)次序、人類適應(yīng)環(huán)境的能力等方面不受威脅的狀態(tài),包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全、社會(huì)生態(tài)安全[7-8]。生態(tài)安全作為一個(gè)如今受到廣泛關(guān)注的概念,其內(nèi)涵豐富[8],不同研究者關(guān)注的重點(diǎn)也有所不同,無(wú)論如何,生態(tài)安全主要包括兩個(gè)方面含義：一是生態(tài)系統(tǒng)自身的安全,即其自身結(jié)構(gòu)和功能是否保持完整和正常;二是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于人類生產(chǎn)生活的支撐服務(wù)安全,即生態(tài)系統(tǒng)在不對(duì)人類生產(chǎn)生活構(gòu)成威脅的基礎(chǔ)上,其提供給人類生存所需的資源和服務(wù)是否持續(xù)且穩(wěn)定[9]。

生態(tài)安全的另一面是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);因此,不論是研究還是相關(guān)實(shí)踐,生態(tài)安全需要關(guān)注生態(tài)脆弱性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到生態(tài)安全的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,需要通過(guò)脆弱性的不斷改善,實(shí)現(xiàn)人與自然處于健康和有活力的和諧共生發(fā)展?fàn)顟B(tài)[10]。也就是說(shuō),生態(tài)安全的科學(xué)本質(zhì)是通過(guò)脆弱性分析與評(píng)價(jià),利用各種手段不斷改善脆弱性,降低風(fēng)險(xiǎn)[11]。

基于生態(tài)安全的內(nèi)涵及本質(zhì)[6- 12],可知：

(1)生態(tài)安全不僅是一種狀態(tài),也代表著一種過(guò)程,動(dòng)態(tài)性是其重要的特征;這也說(shuō)明生態(tài)安全是可以通過(guò)一定的科學(xué)手段進(jìn)行調(diào)控的。評(píng)價(jià)是生態(tài)安全研究與實(shí)踐的基礎(chǔ),但注意到并且針對(duì)生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)性來(lái)進(jìn)行合理調(diào)控才是目的。

(2)生態(tài)安全是一個(gè)相對(duì)的概念。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也許是經(jīng)常存在的,但沒(méi)有絕對(duì)的生態(tài)安全,這也與生態(tài)安全強(qiáng)調(diào)以人為本以及具有一定的空間地域性有關(guān)。不同的對(duì)象對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)可能有不同的感受、閾值或者對(duì)策,構(gòu)建生態(tài)安全格局或者調(diào)控過(guò)程中除了普適性的原則外,還有基于自身心理及所處環(huán)境的愿景。生態(tài)安全雖然是一宏觀概念,但其強(qiáng)調(diào)尺度,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)往往具有區(qū)域性和局部性。

(3)生態(tài)安全雖然是相對(duì)的,但其目標(biāo)的達(dá)成不是一蹴而就或一勞永逸,不同的環(huán)境和生態(tài)安全狀態(tài)下,人類對(duì)于生態(tài)安全的愿景也會(huì)有所不同。此外,由于生態(tài)安全的復(fù)雜性和難達(dá)性,構(gòu)建生態(tài)安全格局以及維護(hù)生態(tài)安全均需要成本。

(4)生態(tài)安全某種程度上可以理解為對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的防控,但有的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是難以甚至是不可防控的,此時(shí)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避是必要的,這需要完備的預(yù)測(cè)和預(yù)警手段。因此,對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)和預(yù)警也是生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容[12- 14]。

(5)生態(tài)安全研究更多是在生態(tài)系統(tǒng)、景觀及區(qū)域尺度上開展,生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、景觀格局分析以及區(qū)域生態(tài)學(xué)為生態(tài)安全研究提供了重要的支撐[15- 17]。景觀是生態(tài)安全研究中非常重要的尺度,景觀生態(tài)學(xué)的一些原理與方法是當(dāng)前生態(tài)安全研究的主要遵循[16, 18- 19],景觀生態(tài)學(xué)的一些重要問(wèn)題如景觀格局及其動(dòng)態(tài)、尺度變化以及景觀異質(zhì)性等也是生態(tài)安全研究中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

2 景感生態(tài)學(xué)在生態(tài)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

Zhao等提出景感生態(tài)學(xué)以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),遵循生態(tài)學(xué)的基本原理,且主要研究土地利用規(guī)劃、建設(shè)與管理[1],這很大程度上與生態(tài)安全的研究是契合的。生態(tài)安全既是可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)之一,又是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。生態(tài)安全研究遵循生態(tài)學(xué)的基本原理,且土地利用特別是相關(guān)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)、生態(tài)安全格局構(gòu)建與維護(hù)、以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)警是其主要內(nèi)容[20- 26];在此過(guò)程中,注重土地格局—生態(tài)過(guò)程—生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的聯(lián)系[27]。考慮到生態(tài)安全及景感均著眼于土地利用且均以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),在合適的尺度(比如區(qū)域或者城市)和相似的研究?jī)?nèi)容(土地利用)上,兩者的研究有很大重合,可以考慮把景感生態(tài)學(xué)的思想和方法作為生態(tài)安全研究的有效手段和補(bǔ)充。

當(dāng)前景感生態(tài)學(xué)頗具特色的研究手段和方法主要包括：趨善化模型(Melioration model)的建立,迷碼數(shù)據(jù)(Mix-Marching data)的獲取、存儲(chǔ)和處理,以及物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的應(yīng)用[1]。這些同樣可以在生態(tài)安全研究中得到應(yīng)用,且可能為當(dāng)前生態(tài)安全研究的難點(diǎn)或關(guān)鍵問(wèn)題提供解決途徑(圖1)。

趨善化模型[1- 28]的核心思想是“沒(méi)有最好的結(jié)果,只有更好的途徑”,體現(xiàn)了過(guò)程運(yùn)行中的調(diào)控和不斷趨善,其最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)不是單一或某一階段的優(yōu)化,而是強(qiáng)調(diào)目標(biāo)與約束條件的同步交叉、相互協(xié)同與調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合目標(biāo)的不斷完善[1]。動(dòng)態(tài)性和相對(duì)性是生態(tài)安全的重要特征,但在具體研究中卻因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)模型,定量描述它們存在困難,因此往往被無(wú)意或有意忽略。雖然模型方法在生態(tài)安全研究一直被強(qiáng)調(diào),比如多種模型用于生態(tài)安全評(píng)價(jià)[29-31],以及一些數(shù)量?jī)?yōu)化模型以及空間優(yōu)化模型在區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建上的應(yīng)用[32-34],但這些模型在解決特定問(wèn)題上同時(shí)具有優(yōu)勢(shì)和局限性[35]。考慮到生態(tài)安全問(wèn)題是涉及多學(xué)科、多尺度、多層次的綜合性問(wèn)題,且需強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)性和相對(duì)性,也許確定性的最優(yōu)化模型是不適合的,趨善化模型的思路有可能提供了一種解決方案。當(dāng)然,這需要針對(duì)生態(tài)安全去發(fā)展相應(yīng)的趨善化模型,同時(shí)將其與現(xiàn)有的模型結(jié)合起來(lái),可以在方法及結(jié)果上提供比較與參考,更好地促進(jìn)模型在生態(tài)安全研究領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。另外一種思路是利用現(xiàn)有的生態(tài)安全評(píng)價(jià)、預(yù)警、規(guī)劃及優(yōu)化模型,通過(guò)模型模擬得到新的“行進(jìn)”數(shù)據(jù)、目標(biāo)與約束條件,經(jīng)過(guò)評(píng)估,利用新的數(shù)據(jù)、目標(biāo)與約束條件進(jìn)行模擬,使得系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)更小的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與更強(qiáng)的可持續(xù)性,從而實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)的、動(dòng)態(tài)的生態(tài)安全(圖1)。

圖1 基于景感的生態(tài)安全研究框架圖Fig.1 Research framework of ecological security based on landsenses ecology

趨善化模型需要“混合”數(shù)據(jù)(mixing data)和“行進(jìn)”數(shù)據(jù)(marching data)的支持,這兩類數(shù)據(jù)合稱為迷碼數(shù)據(jù)[1]。在生態(tài)安全評(píng)價(jià)與格局構(gòu)建工作中,因其復(fù)雜性,經(jīng)常會(huì)用到多來(lái)源、多尺度、多類型的數(shù)據(jù)[2],這屬于“混合”數(shù)據(jù)的使用(圖2)。由于景感更注重于人與自然的協(xié)調(diào)性,這一方面需要更多的數(shù)據(jù)收集、分析與挖掘方法,另一方面要求充分利用居民的感覺數(shù)據(jù)[2]。研究表明,在有利益相關(guān)者知識(shí)的參與基礎(chǔ)上,通過(guò)共同思考與合作學(xué)習(xí)的規(guī)劃方式更有助于綜合規(guī)劃?！靶羞M(jìn)”數(shù)據(jù)則是事先不知道或者無(wú)法采集,在研究或者實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)?！靶羞M(jìn)”數(shù)據(jù)與趨善化模型密不可分,它有可能是模型運(yùn)行中原有數(shù)據(jù)的變化與更新,也可能是新產(chǎn)生的一類數(shù)據(jù)[1],比如趨善化模型模型得到的階段性結(jié)果。這些變化與更新的原有數(shù)據(jù)或者階段性結(jié)果又可作為新的數(shù)據(jù)集使用于趨善化模型,構(gòu)成一個(gè)“目標(biāo)逐漸趨善、數(shù)據(jù)不斷行進(jìn)”的反饋過(guò)程(圖1)。“行進(jìn)”數(shù)據(jù)是一個(gè)新的概念,其應(yīng)用在當(dāng)前是一個(gè)新的課題。考慮到生態(tài)的安全動(dòng)態(tài)性,一些復(fù)雜的研究需要“行進(jìn)”數(shù)據(jù)或者迷碼數(shù)據(jù)的支持才能有效地開展,因此迷碼數(shù)據(jù)的獲取是重要前提。

圖2 基于景感的迷碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of Mix-Marching data based on landsenses ecology

物聯(lián)網(wǎng)則是獲取迷碼數(shù)據(jù)的有效手段之一,它可保證對(duì)生態(tài)及相關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、原位的觀測(cè),從而為趨善化過(guò)程與模型的實(shí)現(xiàn)提供了可行的途徑[1, 36]。針對(duì)生態(tài)安全需要考慮的要素或指標(biāo),設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集器,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)手段可以為趨善化模型以及常規(guī)模型提供海量生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),這是客觀的“感”。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)還可以使得出現(xiàn)在研究區(qū)域及其附近的人成為數(shù)據(jù)提供者,其提供的數(shù)據(jù)除了生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外,還可以包括數(shù)據(jù)提供者對(duì)于這些數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)以及對(duì)周圍環(huán)境的主觀感知,這符合生態(tài)安全強(qiáng)調(diào)以人為本的理念。不同的對(duì)象對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)可能有不同的感受、閾值或者對(duì)策,這在以前的生態(tài)安全研究中是難以有效定量的,而物聯(lián)網(wǎng)手段則提供了一種可能。另外,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行綜合分析,可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警與規(guī)避,這在中國(guó)西南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的一些預(yù)警工作中已得到有效應(yīng)用,并且可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人人參與數(shù)據(jù)提供與災(zāi)情判斷[37]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)手段的豐富,以及對(duì)人及其感知的重視,景感生態(tài)學(xué)的誕生有其必然,這也是應(yīng)用生態(tài)學(xué)在相關(guān)方面的發(fā)展。景感生態(tài)學(xué)源于土地利用規(guī)劃與建設(shè),但應(yīng)該并不局限于土地利用規(guī)劃與建設(shè),還可以為其他一些學(xué)科和領(lǐng)域提供一種新的視角和途徑。當(dāng)然,景感生態(tài)學(xué)作為本身還需要得到足夠的發(fā)展,豐富其理論體系、分析方法和技術(shù)手段;值得指出的是,通過(guò)一些學(xué)者的努力,景感生態(tài)學(xué)的內(nèi)涵與外延通過(guò)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和可持續(xù)發(fā)展更有效的結(jié)合得到擴(kuò)展[38]。

在追求的目標(biāo)、遵循的原理、研究尺度及內(nèi)容上,景感生態(tài)學(xué)與生態(tài)安全有許多契合的地方。景感生態(tài)學(xué)的主要研究手段和方法可以在生態(tài)安全研究中得到應(yīng)用,且能夠?yàn)榻鉀Q當(dāng)前生態(tài)安全研究的難點(diǎn)或關(guān)鍵問(wèn)題提供思路。相信隨著景感生態(tài)學(xué)研究的深入,其關(guān)注的重點(diǎn)從土地利用擴(kuò)展到與國(guó)土生態(tài)安全格局構(gòu)建及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等內(nèi)容的相結(jié)合,更好地將人的感知和福利同土地利用、生境質(zhì)量和生態(tài)安全結(jié)合起來(lái),為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供其作為一個(gè)學(xué)科的貢獻(xiàn)。