屈志強(qiáng)，沈婷婷，徐勝利，劉 洋，韓國(guó)棟，*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/內(nèi)蒙古自治區(qū)草地管理與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；3.內(nèi)蒙古蒙樹(shù)生態(tài)環(huán)境有限公司，呼和浩特 011517)

引言

生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在全球變化背景下，生態(tài)環(huán)境惡化給人類(lèi)的生存和發(fā)展帶來(lái)了巨大的壓力,威脅著人類(lèi)的安全。生態(tài)脆弱性是特定生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間和空間尺度上對(duì)外部干擾的響應(yīng)，是自然因素和人類(lèi)短期經(jīng)濟(jì)行為共同作用的結(jié)果[1～2]。近幾十年來(lái)，由于生態(tài)環(huán)境等劇變引起的全球變化，國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)脆弱性的研究呈現(xiàn)出跨學(xué)科交叉融合的趨勢(shì)，這不僅可以為脆弱生態(tài)環(huán)境恢復(fù)重建工作提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也是制定區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的重要前提。本文綜述了生態(tài)脆弱性的內(nèi)涵、生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展以及未來(lái)的研究方向，以期為在全球變化下環(huán)境問(wèn)題的研究提供幫助。

1 生態(tài)脆弱性?xún)?nèi)涵

1.1 脆弱性定義

脆弱性(Vulnerability)是隨著生態(tài)環(huán)境退化問(wèn)題而逐漸被人們關(guān)注，脆弱性這一概念最早起源于自然災(zāi)害研究[3]。Timmerman首先提出了脆弱性一詞的概念，認(rèn)為脆弱性反映了一個(gè)系統(tǒng)可能對(duì)災(zāi)難性或危險(xiǎn)事件的發(fā)生作出不利反應(yīng)的程度[4]。Watts等認(rèn)為，對(duì)脆弱性的規(guī)范反應(yīng)是通過(guò)私人和公共手段減少暴露、提高應(yīng)對(duì)能力、加強(qiáng)恢復(fù)潛力和加強(qiáng)損害控制(即盡量減少破壞性后果)[5]。Chambers認(rèn)為，脆弱性有兩個(gè)方面：個(gè)人或家庭所遭受的外部風(fēng)險(xiǎn)、沖擊和壓力；以及內(nèi)部的一面，是防御，意味著缺乏手段來(lái)應(yīng)付沒(méi)有破壞性的損失。且這一定義提出了脆弱性的3個(gè)基本指標(biāo)：(1)暴露于危機(jī)、壓力和沖擊的風(fēng)險(xiǎn)；(2)應(yīng)對(duì)壓力、危機(jī)和沖擊能力不足的風(fēng)險(xiǎn)；(3)危機(jī)、風(fēng)險(xiǎn)和沖擊造成嚴(yán)重后果的風(fēng)險(xiǎn)，以及隨之而來(lái)的緩慢或有限的復(fù)原力風(fēng)險(xiǎn)[6]。

1.2 生態(tài)脆弱性?xún)?nèi)涵

關(guān)于生態(tài)脆弱性的概念，不同研究領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)其有著不同的定義。美國(guó)生態(tài)學(xué)家Clements于1905年提出“Ecotone”(生態(tài)過(guò)渡帶)[7]，在此之后，有關(guān)生態(tài)脆弱性的研究逐漸成為了熱點(diǎn)。Metzge等認(rèn)為，生態(tài)脆弱性是在氣候變化背景下的氣候影響與系統(tǒng)適應(yīng)力相關(guān)的函數(shù)[8]。Williams認(rèn)為，生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和空間壓力的一種潛力,它是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間和空間上承受壓力的能力的估計(jì)[9]。

生態(tài)脆弱性的理論研究在我國(guó)發(fā)展的比較緩慢，20世紀(jì)80年代后期至90年代中期，是生態(tài)脆弱性理論的蓬勃發(fā)展時(shí)期。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)與環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)者將過(guò)渡帶的概念引入各自的研究領(lǐng)域，形成了諸如脆弱的生態(tài)環(huán)境帶等相關(guān)概念。一般是將牛文元1989年對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱帶的實(shí)質(zhì)及其空間屬性做較全面的邏輯歸納作為開(kāi)始，他認(rèn)為生態(tài)脆弱性主要表現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境改變的速率、生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力和生態(tài)系統(tǒng)的敏感性與穩(wěn)定性[10]。國(guó)內(nèi)其他學(xué)者對(duì)生態(tài)脆弱性也進(jìn)行了大量研究，給出了不同的定義與看法。喬青等認(rèn)為，生態(tài)脆弱性是指生態(tài)環(huán)境的性質(zhì)，即生態(tài)環(huán)境對(duì)外界干擾的抵抗力弱，在被干擾后恢復(fù)能力低，易由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，且一經(jīng)改變很難恢復(fù)到初始的狀態(tài)[11]。王介勇等從易變性和可能性來(lái)解釋生態(tài)環(huán)境脆弱性，認(rèn)為生態(tài)環(huán)境的脆弱性?xún)?nèi)涵是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在人類(lèi)活動(dòng)干擾和外界環(huán)境脅迫作用下所表現(xiàn)出來(lái)的易變性以及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)所作出的可能性響應(yīng)[12]。相比較而言，IPCC給出了較為權(quán)威的定義，是指易損的系統(tǒng)受破壞或傷害的度，取決于其暴露程度(Exposure)、敏感性(Sensitivity)和適應(yīng)潛力(Adaptive capacity or resilience)[13]。盡管不同學(xué)者關(guān)于生態(tài)脆弱性的表述不同，但大致都包含了以下內(nèi)容：一是系統(tǒng)的敏感性或不穩(wěn)定性；二是系統(tǒng)受干擾后的恢復(fù)能力。

2 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初，我國(guó)學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的研究范圍比較廣泛，且這一時(shí)期的研究以理論探究和定性分析為主[14]。國(guó)內(nèi)脆弱性研究最早是在20世紀(jì)80年代從識(shí)別生態(tài)脆弱區(qū)域開(kāi)始[3]。1989年1月22至23日，中國(guó)科學(xué)院在北京召開(kāi)了全球變化預(yù)研究學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，8月份國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃中國(guó)委員會(huì)召開(kāi)了第二次委員會(huì)議，會(huì)上呼吁加強(qiáng)對(duì)生態(tài)脆弱帶的研究[15]。較早的一篇討論脆弱性的文章是“論喀斯特環(huán)境的脆弱性”[16]。朱震達(dá)最早針對(duì)中國(guó)荒漠化研究提出生態(tài)脆弱帶這一概念，即指自然與人為活動(dòng)相結(jié)合的而且能造成環(huán)境退化、景觀變化、土地生產(chǎn)力下降、土地資源喪失的地帶[17]。1990年8月在北京召開(kāi)的國(guó)際地理學(xué)亞太區(qū)域大會(huì)上，俄羅斯學(xué)者Kotlyakov提出了編制脆弱生態(tài)形勢(shì)圖的想法，此后美國(guó)和俄羅斯兩國(guó)地理學(xué)家進(jìn)一步深入開(kāi)展此項(xiàng)工作，并成立了國(guó)際指導(dǎo)委員會(huì)和研究工作組，自此以后關(guān)于脆弱性編圖工作得到長(zhǎng)足發(fā)展[18]。楊勤業(yè)等編制了1∶1000萬(wàn)中國(guó)環(huán)境形勢(shì)和危急區(qū)域圖，揭示了目前中國(guó)的環(huán)境脆弱形勢(shì)，包括受影響的生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)系統(tǒng)本身，以及系統(tǒng)變化的類(lèi)型、速率和尺度等屬性[19]。王靜愛(ài)從災(zāi)害角度探討了中國(guó)自然災(zāi)害與脆弱帶的關(guān)系，以縣域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元建立了全國(guó)自然致災(zāi)因子數(shù)據(jù)庫(kù)[20]。

在生態(tài)脆弱性研究進(jìn)展中，脆弱性實(shí)證評(píng)價(jià)研究相對(duì)發(fā)展迅速，我國(guó)學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的研究大多是以我國(guó)典型的生態(tài)脆弱帶為研究對(duì)象，其研究區(qū)域多在西南喀斯特地區(qū)[21～23]和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶。農(nóng)牧交錯(cuò)帶作為我國(guó)一條典型的生態(tài)脆弱帶和重要的生態(tài)屏障帶，其生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題受到了各界學(xué)者的關(guān)注。薛紀(jì)瑜等在“中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)環(huán)境脆弱性及其成因分析”一文中，概括了導(dǎo)致北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)環(huán)境脆弱的四大因素，對(duì)之后合理開(kāi)發(fā)利用脆弱生態(tài)環(huán)境具有重要意義[24]；張殿發(fā)等分析了北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)土地荒漠化的環(huán)境脆弱性機(jī)制[25]；李彬發(fā)表文章分析了造成南方巖溶區(qū)環(huán)境脆弱性的原因[26]；王經(jīng)民等提出了評(píng)價(jià)黃土高原生態(tài)環(huán)境脆弱性的數(shù)學(xué)方法，以脆弱度指標(biāo)為依據(jù)，對(duì)黃土高原105個(gè)縣生態(tài)脆弱性按其脆弱狀況劃分為強(qiáng)脆弱區(qū)、中脆弱區(qū)、輕脆弱區(qū)3個(gè)區(qū)，為黃土高原綜合治理提供了依據(jù)[27]；朱震達(dá)提出的荒漠化與生態(tài)脆弱帶的辯證關(guān)系后[17]，周勁松對(duì)處于農(nóng)林交錯(cuò)帶的山地系統(tǒng)荒漠化的運(yùn)行機(jī)制做了討論[28]。上述有關(guān)脆弱性的研究方法在評(píng)價(jià)初期使用較多，屬于一種定性方法,操作簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)精度較低。

進(jìn)入21世紀(jì)后，基于景觀生態(tài)學(xué)的土地利用變化與空間分異結(jié)構(gòu)的研究成為生態(tài)脆弱性定量研究的主要內(nèi)容，其中評(píng)價(jià)方法主要有層次分析法(AHP)、空間主成分分析法(SPCA)、綜合評(píng)價(jià)法、景觀生態(tài)學(xué)法、基于遙感(RS)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)的評(píng)價(jià)法、加權(quán)賦值法等，在進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)時(shí)這些方法多結(jié)合模型應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)共同提出PSR(Pressure-state-response)概念模型，即“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”,具有清晰的人與自然相互作用的因果關(guān)系，之后在評(píng)價(jià)生態(tài)脆弱性方面被廣泛的應(yīng)用[29,30]。Polsky[31]等發(fā)展了“暴露-敏感-適應(yīng)”的VSD(Vulnerability scoping diagram)評(píng)價(jià)整合模型。張啟等采用VSD模型,以延邊朝鮮族自治州為例，劃分了延邊地區(qū)生態(tài)脆弱性等級(jí)，有效地考慮了自然因素和人為因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[32]。吳春生等基于多元數(shù)據(jù),嘗試?yán)脤哟畏治龇?AHP)對(duì)黃河三角洲進(jìn)行了生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)，并利用模糊邏輯理論模型對(duì)指標(biāo)和評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了定量化分級(jí)[33]。馬駿等基于遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”評(píng)價(jià)模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性進(jìn)行綜合定量評(píng)價(jià)，將生態(tài)脆弱區(qū)劃分為5個(gè)等級(jí)[34]。郭澤呈等以石羊河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，運(yùn)用空間主成分分析法(SPCA)分析了該區(qū)2000年和2016年生態(tài)脆弱性時(shí)空演變及動(dòng)因[35]。吳瓊從斑塊和景觀兩個(gè)尺度上選取10個(gè)景觀特征指數(shù)，利用景觀生態(tài)學(xué)法對(duì)遼寧海岸帶生態(tài)脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，劃分了遼寧海岸帶6市的景觀格局[36]。呂昌河采用加權(quán)賦值法分析了青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)形成機(jī)制，系統(tǒng)評(píng)估了青藏高原生態(tài)脆弱性及其區(qū)域差異[37]。

國(guó)外對(duì)脆弱性的研究最早被作為生態(tài)學(xué)研究的一部分，20世紀(jì)60年代的國(guó)際生物學(xué)計(jì)劃(IBP)、70年代的人與生物圈計(jì)劃(MAB)和80年代開(kāi)始的地圈與生物圈計(jì)劃(IGBP)，使生態(tài)脆弱性成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域[38]。IBP關(guān)注自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)；MAB強(qiáng)調(diào)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和生物圈的作用；IGBP加深了人與自然界相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)，考慮到人類(lèi)活動(dòng)已經(jīng)影響到整個(gè)地球的表層[39]。國(guó)外學(xué)者更加偏重于對(duì)自然系統(tǒng)脆弱性的研究，早期由于石油泄露給海洋系統(tǒng)帶來(lái)危害，有關(guān)海洋系統(tǒng)脆弱性的評(píng)價(jià)引起了人們的廣泛關(guān)注。Arreguín-Sánchez通過(guò)基于營(yíng)養(yǎng)模型的模擬實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了墨西哥灣海洋生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)脆弱性[40]。Nguyen等提出了一個(gè)基于16個(gè)變量的脆弱生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)框架，利用層次分析法(AHP)和地理信息系統(tǒng)(GIS)對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行評(píng)價(jià)和空間映射，對(duì)越南中北部沿海地區(qū)進(jìn)行了生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)[41]。

3 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)展望

進(jìn)行生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的目的在于探究生態(tài)系統(tǒng)及其環(huán)境脆弱性特征，包括脆弱性的來(lái)源、現(xiàn)狀、驅(qū)動(dòng)力及演替過(guò)程等[42]，以便分析問(wèn)題找出原因,為尋求改善生態(tài)環(huán)境的方法以及為人口、環(huán)境、資源的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)的方法和理論依據(jù)。對(duì)脆弱性的不斷研究，體現(xiàn)出了人類(lèi)對(duì)資源環(huán)境系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，也加強(qiáng)了對(duì)人地關(guān)系、人類(lèi)活動(dòng)與可持續(xù)發(fā)展關(guān)系的理解。因此，為進(jìn)一步解決脆弱性評(píng)價(jià)研究所面臨的理論和實(shí)踐問(wèn)題，今后應(yīng)在以下幾個(gè)方向努力與加強(qiáng)：

3.1 完善脆弱性相關(guān)理論體系與評(píng)價(jià)方法

生態(tài)脆弱性的研究涉及領(lǐng)域和范圍較廣，包含了地學(xué)、生態(tài)、生物、經(jīng)濟(jì)等多領(lǐng)域的研究，綜合性較強(qiáng)，這些研究都需要大量理論研究作為參考和支撐。就目前已發(fā)表論文來(lái)看，多數(shù)學(xué)者對(duì)生態(tài)脆弱性的研究以實(shí)例研究為主，而有關(guān)其評(píng)價(jià)方法的原理以及對(duì)生態(tài)脆弱性形成機(jī)理進(jìn)行闡述說(shuō)明的學(xué)者偏少。由于在研究時(shí)的研究背景、操作環(huán)境、側(cè)重方向、專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及各自的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域不同，導(dǎo)致在其評(píng)價(jià)指標(biāo)、權(quán)重、模型的選取各有差異。有鑒于此，不斷完善相關(guān)的理論體系、建立一套科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是今后生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究中的重要方向。

3.2 “3S”技術(shù)與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法結(jié)合

在新的科學(xué)手段中，RS、GIS、GPS的發(fā)展為解決脆弱生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提供了良好的技術(shù)支持?！?S”技術(shù)的應(yīng)用具有更強(qiáng)的科學(xué)性，使脆弱性的數(shù)據(jù)結(jié)果更加準(zhǔn)確。21世紀(jì)以來(lái)，在生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究中，“3S”技術(shù)在資料處理和動(dòng)態(tài)分析方面得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)利用“3S”技術(shù)采集資料并與傳統(tǒng)的研究方法結(jié)合，適時(shí)更新各脆弱性指標(biāo)，結(jié)合相應(yīng)模型進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)脆弱生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。這種集動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、綜合評(píng)價(jià)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)于一體的生態(tài)脆弱性研究模式，已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前研究的重要方向。

3.3 構(gòu)建多元化脆弱性研究框架

生態(tài)脆弱性研究涉及內(nèi)容廣泛，有宏觀的全球和區(qū)域生態(tài)脆弱性問(wèn)題研究，也有微觀的個(gè)體和社區(qū)研究。隨著研究的深入，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性研究范圍在不斷擴(kuò)大，從自然生態(tài)要素的研究到人地系統(tǒng)的綜合研究，層次、區(qū)域、尺度等不斷延伸。因此，建立針對(duì)不同的研究尺度和不同敏感區(qū)域的脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，開(kāi)展多層次和多元化的綜合脆弱性評(píng)價(jià)研究框架是十分必要的。