張建民,付 曉,李全生,吳 鋼,郭俊廷,白 璐,張軼群

1 煤炭開采水資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209 2 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100085 3 國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100021 4 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求,圍繞聯(lián)合國《變革我們的世界：2030年可持續(xù)發(fā)展議程》中的17項(xiàng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和聚焦人類健康、生存環(huán)境、能源資源三大領(lǐng)域,人類如何在地球界限內(nèi)“安全生存”、有效地解決跨界空氣、水和土壤污染成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革需要迫切解決的基本問題。煤基能源集約化清潔生產(chǎn)是能源資源開發(fā)的重要形式,采用先進(jìn)的節(jié)能節(jié)水環(huán)保發(fā)電技術(shù)建設(shè)的千萬千瓦級清潔高效發(fā)電和規(guī)?；廨敿袇^(qū)[1]—大型煤電基地是國家能源開發(fā)布局的組成單元和能源安全戰(zhàn)略保障,如何有效降低大型煤電基地開發(fā)生態(tài)影響程度則是能源開發(fā)與區(qū)域生態(tài)安全協(xié)調(diào),協(xié)同推進(jìn)國家能源安全和區(qū)域人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟待解決的重大技術(shù)問題。

大型煤電基地開發(fā)生態(tài)累積效應(yīng)屬于21世紀(jì)生態(tài)領(lǐng)域跨學(xué)科和跨行業(yè)的重要科學(xué)問題,近年來引起能源與生態(tài)界廣泛關(guān)注。前人相關(guān)研究多聚焦在煤礦區(qū)、水電開發(fā)、鐵路及公路建設(shè)、綠洲開發(fā)、濕地開發(fā)和流域管理等方面展開[2—9],先后提出了關(guān)于自然生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)[10]、生態(tài)累積效應(yīng)[11]及生態(tài)閾值[12]、草地生態(tài)生產(chǎn)力[13]及其計(jì)算方法[14—16]等理論,建立了生態(tài)累積效應(yīng)的解釋結(jié)構(gòu)[17]、DPSIR[18]、源-路徑-效應(yīng)[19]、廣義線性累積效應(yīng)評價(jià)[20]、模糊多層次綜合評價(jià)[21]等模型與分析方法,涉及大氣、水、土壤和植被、驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)、景觀格局和土地利用變化、礦山地質(zhì)條件、開采強(qiáng)度和環(huán)境問題等方面指標(biāo)[22],提出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[23]、礦區(qū)土壤和水質(zhì)及粉塵等[24—27]、草原初級生產(chǎn)力[28]、植物生物量和生態(tài)生產(chǎn)力[29—30]等參數(shù)分析方法,為大型煤電基地生態(tài)累積效應(yīng)定性和定量分析提供了豐富的思路與方法。

圍繞大型煤電基地區(qū)域生態(tài)安全有關(guān)科學(xué)問題,亟待深入研究大型煤電基地開發(fā)行為與區(qū)域生態(tài)環(huán)境內(nèi)在關(guān)系、開發(fā)的生態(tài)影響及分析方法,辨識(shí)大型煤電基地生態(tài)安全關(guān)鍵問題,為區(qū)域生態(tài)調(diào)控提供支撐。本文則基于大型煤電基地開發(fā)與區(qū)域生態(tài)安全協(xié)同理念,通過科學(xué)界定大型煤電基地、融合構(gòu)架大型煤電基地生態(tài)系統(tǒng),探討開發(fā)行為的生態(tài)影響途徑、生態(tài)累積過程、生態(tài)累積效應(yīng)及閾值,建立生態(tài)累積狀態(tài)定量分析模型和生態(tài)效應(yīng)閾值確定方法,為實(shí)現(xiàn)大型煤電基地開發(fā)生態(tài)影響定量分析、區(qū)域生態(tài)安全科學(xué)評價(jià)和調(diào)控管理、“碳中和”協(xié)同發(fā)展提供理論與方法支撐。

1 大型煤電基地及其生態(tài)系統(tǒng)界定

1.1 大型煤電基地界定

1.1.1大型煤電基地定義及內(nèi)涵

大型煤電基地(Coal-fired Power Base/Coal-Electricity Base,CEBs)是在國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)中明確的國家能源戰(zhàn)略布局和能源安全保障的重要內(nèi)容。CEBs作為現(xiàn)代煤基能源開發(fā)的重要形式,可確定為“根據(jù)國家能源戰(zhàn)略布局,依托豐富煤炭資源產(chǎn)區(qū)和煤礦規(guī)?；a(chǎn)方式,按照煤電一體化生產(chǎn)模式,集中建設(shè)一批大型現(xiàn)代化煤礦和先進(jìn)高效環(huán)保機(jī)組,形成煤基電能集中持續(xù)生產(chǎn)和輸出能力的區(qū)域”。與傳統(tǒng)的煤炭—運(yùn)輸—電站的分布式煤-電開發(fā)模式相比,其特點(diǎn)和內(nèi)涵包括：

(1)地域性。CEBs是在一定地域內(nèi)(煤田區(qū)域控制范圍內(nèi))的煤基電能集中開發(fā)活動(dòng)區(qū)。該區(qū)以煤炭開采和電力生產(chǎn)為主,配置必要的土地資源、水資源和城鎮(zhèn)環(huán)境,具有較大規(guī)模煤炭開采(如大型煤炭基地)和發(fā)電能力聚集區(qū),也是采用煤電一體的集約化開發(fā)模式集中區(qū)。

(2)先進(jìn)性。CEBs是基于煤炭規(guī)模化開采—高效清潔發(fā)電的煤電集群化生產(chǎn)方式形成的規(guī)?；娏ιa(chǎn)和輸出區(qū)。相比煤炭產(chǎn)區(qū)具有高集中度、高效率、高資源配置率特點(diǎn),相比傳統(tǒng)煤-運(yùn)-電生產(chǎn)模式,顯著提升了生產(chǎn)集中度、產(chǎn)品清潔度和產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度,成為煤基能源開發(fā)的最佳效率區(qū)。

(3)功能性。CEBs作為規(guī)?；娔苌a(chǎn)和輸出區(qū),承擔(dān)著國家能源安全保障與促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要功能。目前,依托14個(gè)大型煤炭基地基礎(chǔ)建設(shè)的錫林郭勒等9個(gè)千萬千瓦級大型煤電基地,對提升我國能源區(qū)域供給能力和支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要支撐作用。

1.1.2CEBs的基本構(gòu)成

CEBs是以煤、電規(guī)模化開發(fā)為核心,集人類活動(dòng)、能源生產(chǎn)、自然資源與區(qū)域環(huán)境相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng),基本構(gòu)成包括自然與環(huán)境資源、能源開發(fā)活動(dòng)和其他人類活動(dòng)(圖1)。

圖1 CEBs系統(tǒng)基本構(gòu)成Fig.1 CEBs system structureCEBs:大型煤電基地 Coal-fired Power Base/Coal-Electricity Base

(1)自然與環(huán)境資源：包括煤炭資源、土地資源、水資源和生態(tài)資源等。其中,自然資源(煤炭、土地、地下水、地表水等)是煤電開發(fā)活動(dòng)中資源基本要素,生態(tài)資源(林、草、水、土壤等)是煤電開發(fā)和區(qū)域人類居住和活動(dòng)的生態(tài)保障要素。

(2)能源開發(fā)活動(dòng)：指與能源開發(fā)密切相關(guān)的采礦、發(fā)電及相關(guān)的煤基產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)(煤制氣、煤制油、煤制烯烴、煤基肥料等),是人類獲取能源維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生產(chǎn)行為。

(3)其他人類活動(dòng)：是指CEBs區(qū)域中人類基本生存和社會(huì)發(fā)展的生產(chǎn)活動(dòng),與能源開發(fā)存在交互作用的人類活動(dòng)(農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、交通、城建等)。其中,農(nóng)、牧屬于周期性生產(chǎn)活動(dòng)；城建開發(fā)用于人類居住,屬于能源和水資源消耗區(qū)；交通網(wǎng)絡(luò)是區(qū)域人類活動(dòng)配套設(shè)施。

1.1.3CEBs系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與內(nèi)在關(guān)系

CEBs是能源開發(fā)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展融合的復(fù)雜系統(tǒng),依據(jù)人類活動(dòng)行為可細(xì)分為區(qū)域經(jīng)濟(jì)開發(fā)和煤基能源開發(fā)和10類產(chǎn)業(yè)活動(dòng)或子系統(tǒng)(圖2)。CEBs開發(fā)行為與作用對象的互動(dòng)關(guān)系顯現(xiàn)為：

圖2 CEBs主要功能子系統(tǒng)Fig.2 Main function subsystems of CEBs

(1)行為-要素的影響關(guān)系：能源開發(fā)和其他人類活動(dòng)行為通過持續(xù)索取、占用、改造和替換等方式作用自然資源要素(如煤、水、土等),這種人工作用強(qiáng)度、范圍和方式?jīng)Q定了對CEBs區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響效果。如高強(qiáng)度開采、過度放牧、農(nóng)業(yè)種植、城鎮(zhèn)擴(kuò)張行為等顯示生態(tài)負(fù)作用,而綠色開采、禁草禁牧、良性種植等行為由生態(tài)正作用,自然降雨和干旱氣候等自然行為屬于生態(tài)環(huán)境脅迫行為。

(2)行為-功能互耦關(guān)系：CEBs能源開發(fā)與人類生活行為影響著內(nèi)部子系統(tǒng)的功能和作用。CEBs作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分,科學(xué)開發(fā)行為和綠色生產(chǎn)及生活方式不僅促進(jìn)CEBs子系統(tǒng)功能提升,亦能促進(jìn)和提升區(qū)域生態(tài)承載能力。

(3)行為—行為互動(dòng)關(guān)系：CEBs開發(fā)中各種人類活動(dòng)行為相互間影響關(guān)系。如,開發(fā)占用土地資源縮小草原可牧區(qū)域,城鎮(zhèn)擴(kuò)張加大污染輸出規(guī)模和強(qiáng)度等增加區(qū)域生態(tài)環(huán)境壓力,而綠色礦山和清潔城市建設(shè)、科學(xué)放牧等行為降低區(qū)域生態(tài)負(fù)荷,通過“互促”“互補(bǔ)”提升CEBs開發(fā)生態(tài)安全水平。

1.2 大型煤電基地生態(tài)系統(tǒng)

1.2.1CEBs生態(tài)系統(tǒng)界定

CEBs開發(fā)是依托區(qū)域自然資源和生態(tài)環(huán)境條件進(jìn)行的規(guī)?；茉瓷a(chǎn)行為,能源開發(fā)行為與自然生態(tài)系統(tǒng)的“耦合”作用,影響自然生態(tài)系統(tǒng)(Natural Ecosystems,NES)狀態(tài),引發(fā)生態(tài)要素、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能改變。從系統(tǒng)學(xué)視角構(gòu)建CEBs與NES的復(fù)合型系統(tǒng),即煤電基地生態(tài)系統(tǒng)(Coal and Electricity Base Ecosystems,CEBES),有助于分析CEBs區(qū)域生態(tài)變化規(guī)律即趨勢。CEBES實(shí)質(zhì)是：在大型煤電基地開發(fā)區(qū)域,將能源開發(fā)及相關(guān)人類活動(dòng)與自然生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合,融合自然生態(tài)要素與能源開發(fā)要素及相互作用和影響關(guān)系建立的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)?；贑EBs中各種產(chǎn)業(yè)活動(dòng)行為,CEBES也是CEBs開發(fā)影響區(qū)域內(nèi)多類型生態(tài)系統(tǒng)的集合(表1)。

表1 大型煤電基地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成及土地資源利用形式Table 1 The ecosystem composition of CEBES and its form of land resource utilization

1.2.2CEBES主要特征

CEBES是人類行為與NES相互作用且具有耗散結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)。如將人工驅(qū)動(dòng)力(能源開發(fā)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動(dòng)等)視為對NES的開發(fā)影響行為,將生態(tài)系統(tǒng)要素、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)變化視為響應(yīng),CEBES與NES相比有幾個(gè)顯著特征：

(1)“影響源”多態(tài)化?！坝绊懺础笔侵笇ι鷳B(tài)影響作用的各種行為的時(shí)-空狀態(tài)簡稱。與自然行為相比,開發(fā)行為影響呈現(xiàn)分散和集聚態(tài)等狀態(tài),如“點(diǎn)源”(電廠排放、城市排污)、“線源”(鐵、公路)、“面源”(采煤區(qū)、種植區(qū))和“體源”(井采面、含水層)等,都有不同源強(qiáng)度、影響空間和周期。

(2)“影響方式”多樣性?！坝绊懛绞健笔侵父鞣N開發(fā)行為與生態(tài)要素構(gòu)成的行為-要素的耦合關(guān)系。與自然驅(qū)動(dòng)力作用方式相比(如水-土、水-植物耦合等),影響行為多態(tài)化(耦合方式、傳導(dǎo)作用、輻射方式等)顯現(xiàn)開發(fā)行為影響NES路徑的多樣性。

(3)“影響效應(yīng)”多維度。各種開發(fā)行為的生態(tài)響應(yīng)體現(xiàn)在空間聚集效果、時(shí)間累積過程、生態(tài)要素耦合和不同尺度與方向等多維度。如,露天開采行為的生態(tài)響應(yīng)顯現(xiàn)在采區(qū)和礦區(qū),而自然行為顯現(xiàn)在區(qū)域尺度,各種行為的生態(tài)影響方向包括負(fù)向影響(生態(tài)損傷)和正向作用(生態(tài)修復(fù))。

(4)“響應(yīng)狀態(tài)”多時(shí)相。NES在開發(fā)行為影響下呈現(xiàn)的具體狀態(tài)因影響行為時(shí)間(起始和持續(xù)時(shí)間)差異性,導(dǎo)致“響應(yīng)”呈現(xiàn)“多時(shí)相”并存狀態(tài)。如,CEBES未受開發(fā)活動(dòng)影響區(qū)處于“原生態(tài)”,受影響區(qū)處于“擾動(dòng)態(tài)”,露天采區(qū)屬于“更替態(tài)”,不同“時(shí)相”的影響行為增加了生態(tài)影響比較難度。

2 大型煤電基地開發(fā)生態(tài)累積過程及狀態(tài)界定

2.1 CEBs開發(fā)生態(tài)損傷機(jī)制與生態(tài)累積過程特點(diǎn)

2.1.1生態(tài)損傷機(jī)制

CEBs開發(fā)區(qū)域中任意空間單元都存在著各種人類活動(dòng)行為與生態(tài)要素間(水、土壤、植被、氣)相互作用,基于各種行為與生態(tài)要素間耦合作用方式,開發(fā)生態(tài)損傷主要表現(xiàn)為以下幾種影響機(jī)制：

(1)融合耦合：兩種或多種生態(tài)要素間相互交融的影響作用方式。如,井工開采中地表裂縫,引發(fā)土壤含水性下降和植物根系損傷,地表植物生長的包氣帶水和土壤環(huán)境變差,導(dǎo)致地表植被退化。

(2)傳導(dǎo)耦合：受損生態(tài)要素通過接觸關(guān)系與相鄰空間生態(tài)要素相互影響作用方式。如,礦井涌水通過水力場傳導(dǎo)作用、采區(qū)污染物通過地面污水的河流排放傳遞開采對周圍生態(tài)要素的影響范圍。

(3)輻射耦合。受損生態(tài)要素通過人工輸運(yùn)或空間介質(zhì)轉(zhuǎn)移等方式相互作用。如,采礦粉塵漂移至鄰近區(qū)域?qū)е峦寥篮院宛B(yǎng)分及植物光合能力下降、電廠廢氣大氣排放影響大氣環(huán)境質(zhì)量等。

2.1.2生態(tài)累積過程及特點(diǎn)

CEBs開發(fā)各種行為共同對自然環(huán)境系統(tǒng)(水、土壤、植被、氣)持續(xù)施加作用,在時(shí)-空上始于開發(fā)空間單元體,經(jīng)過不同的影響行為-生態(tài)要素耦合(圖3)作用損傷大氣、水、土壤和生物等生態(tài)要素,有機(jī)疊加后形成CEBs區(qū)域生態(tài)狀態(tài)響應(yīng)。生態(tài)累積過程則是長期開發(fā)行為的生態(tài)狀態(tài)持續(xù)響應(yīng)和疊加作用,并在CEBES中生態(tài)要素、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)平衡等多層次(圖4)顯現(xiàn)。累積過程主要特點(diǎn)為：

圖3 CEBES系統(tǒng)行為-要素耦合關(guān)系Fig.3 Coupling relationship between behavior and factors of CEBESCEBES:煤電基地生態(tài)系統(tǒng) Coal and Electricity Base Ecosystems

圖4 CEBES系統(tǒng)演化Fig.4 Evolution of CEBES

(1)狀態(tài)多樣化。累積狀態(tài)通過大氣質(zhì)量變化、地表和地下水、土壤退化等環(huán)境變化和植物多樣性減少等顯現(xiàn)其復(fù)雜的生態(tài)要素耦合作用和累積狀態(tài)。如,植被綠度變化等單要素狀態(tài)、土壤綜合質(zhì)量變化等多要素復(fù)合累積狀態(tài)、地下水力場改變引發(fā)的地表植被變化關(guān)聯(lián)累積狀態(tài)。

(2)空間多尺度。指累積過程在空間上呈現(xiàn)出局域(點(diǎn)狀和帶狀)、礦區(qū)和區(qū)域多尺度特征。如,井工開采造成采區(qū)局域生態(tài)損傷,礦井廢水外排污染形成流域尺度生態(tài)影響,點(diǎn)源態(tài)電廠廢氣排放形成區(qū)域性生態(tài)影響等。

(3)過程多階段。指開發(fā)行為階段的生態(tài)影響差異致使累積狀態(tài)具有顯著的階段性。CEBs中因影響行為、生態(tài)要素屬性和兩者耦合時(shí)-空關(guān)系差異致使累積過程處于不同階段。如大型露天礦建設(shè)階段對土地的擴(kuò)張性挖損和開采階段的采-排-覆持續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)階段,兩個(gè)階段顯著差異為生態(tài)影響空間上持續(xù)擴(kuò)大與生態(tài)影響范圍穩(wěn)定且中心移動(dòng)。

2.2 生態(tài)累積狀態(tài)及累積效應(yīng)閾值

2.2.1生態(tài)累積狀態(tài)

生態(tài)累積狀態(tài)是CEBs各種開發(fā)行為驅(qū)動(dòng)下引發(fā)的CEBES的持續(xù)響應(yīng),反映了自然生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)累積程度及變化趨勢,且通過生態(tài)要素、結(jié)構(gòu)關(guān)系和系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)顯現(xiàn)。

1)要素累積狀態(tài)：表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)水、土、植被等生態(tài)要素的累積變化和相對損傷程度,是系統(tǒng)局部要素或獨(dú)立區(qū)域的開發(fā)生態(tài)累積結(jié)果顯現(xiàn)。如,土壤破壞及沙化現(xiàn)象、地下水系統(tǒng)持續(xù)失水狀態(tài)等。

2)結(jié)構(gòu)累積狀態(tài)：表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)原生結(jié)構(gòu)破損或功能缺失的累積變化,是系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)關(guān)系或不同類型區(qū)塊間關(guān)系的累積變化結(jié)果。如,城鎮(zhèn)區(qū)持續(xù)無序擴(kuò)張致使草原區(qū)面積下降,降低了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)力,CEBs開發(fā)占用部分水資源導(dǎo)致區(qū)域水資源分配結(jié)構(gòu)變化。

3)系統(tǒng)累積狀態(tài)：指CENES的生態(tài)累積狀態(tài)變化,是由生態(tài)要素?fù)p傷狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)構(gòu)成的系統(tǒng)整體變化。如,CEBs開發(fā)等人類行為產(chǎn)生的生態(tài)累積影響導(dǎo)致NES“健康”水平下降。

基于生態(tài)耦合機(jī)制與累積狀態(tài)特點(diǎn),如以B代表CEBs各種影響行為,C代表影響耦合方式,A代表影響作用對象,St代表任意時(shí)間t的生態(tài)累積狀態(tài),則CEBES中生態(tài)累積狀態(tài)可表達(dá)為函數(shù)形式

St=f(x,y,z,t,B,C,A)

(1)

式(1)表明生態(tài)累積狀態(tài)是B、A、C因子控制下影響行為—生態(tài)要素耦合作用的時(shí)-空狀態(tài)函數(shù)。當(dāng)無影響行為及耦合作用時(shí)(即B=0和C=0),S0代表NES狀態(tài)。故St1-S0代表絕對生態(tài)累積量,當(dāng)以t1為參考時(shí)間,研究t1-t2階段生態(tài)累積狀態(tài)相對變化時(shí),St2-St1代表了系統(tǒng)生態(tài)累積增量。

2.2.2生態(tài)損傷及區(qū)劃

為便于分析CEBES中開發(fā)行為的生態(tài)影響程度,鑒于生態(tài)累積過程本質(zhì)上反映了NES損傷過程,研究引入生態(tài)損傷系數(shù)[32]λt和生態(tài)累積速率VMD,在式(1)中以S(t0)代表生態(tài)累積過程初態(tài),則

(2)

式(2)表明,當(dāng)λt=0時(shí),系統(tǒng)相對無損傷,維持生態(tài)累積過程初態(tài)；當(dāng)0<λt<1時(shí),系數(shù)越大則累積作用越強(qiáng)；當(dāng)t0=0時(shí),λt代表NES損傷程度,t0>0時(shí)的λt代表了CEBES相對損傷程度。當(dāng)VMD<0時(shí)表明累積作用增加,系統(tǒng)走向退化方向,反之則向系統(tǒng)提升方向發(fā)展；VMD越大,則提升或退化速度越快。

按照CEBs開發(fā)相關(guān)各種人類影響行為-生態(tài)要素的耦合關(guān)系,CEBs可劃分為占用區(qū)和非占用區(qū)。占用區(qū)指改變了土地原有用途,用于能源開發(fā)(規(guī)劃區(qū))或其他特殊人類活動(dòng),通過生態(tài)要素融合或轉(zhuǎn)換等途徑形成的生態(tài)直接損傷區(qū)；非占用區(qū)還基本保持原有人類活動(dòng)方式(如草原牧業(yè)行為等),但受人類經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展(能源開發(fā)、城市發(fā)展、農(nóng)業(yè)種植等)活動(dòng)影響,通過輻射、傳導(dǎo)耦合等途徑,在大氣、水、土和生物域顯現(xiàn)出各種人類活動(dòng)行為的生態(tài)影響區(qū)域(圖5)。

圖5 CEBES系統(tǒng)狀態(tài)與開發(fā)驅(qū)動(dòng)損傷源-生態(tài)要素耦合關(guān)系Fig.5 CEBES′ state and coupling-relationship of development-driving damage source with eco-elements

2.2.3生態(tài)累積效應(yīng)及閾值

生態(tài)累積效應(yīng)是指人類行為對生態(tài)環(huán)境持續(xù)影響以至于引起NES出現(xiàn)的特殊生態(tài)現(xiàn)象,體現(xiàn)在生態(tài)要素、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能及系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。如,光化學(xué)煙霧生態(tài)效應(yīng)就是人類活動(dòng)中各種二氧化氮等有害氣體長期向大氣污染形成的累積效應(yīng)。CEBES中生態(tài)累積效應(yīng)則指開發(fā)行為對NES的累積影響超出其自修復(fù)限度時(shí)出現(xiàn)的生態(tài)要素過載、結(jié)構(gòu)破損、系統(tǒng)失衡等狀態(tài)(如草原植被退化、礦區(qū)土壤沙化、生態(tài)功能失調(diào)等)。生態(tài)效應(yīng)閾值代表出現(xiàn)生態(tài)累積效應(yīng)前狀態(tài)變化臨界點(diǎn)、拐點(diǎn)或區(qū)間(圖6)。依據(jù)CEBES結(jié)構(gòu)劃分及行為特點(diǎn),生態(tài)效應(yīng)閾值可分為以下四類。

圖6 CEBES系統(tǒng)狀態(tài)與開發(fā)驅(qū)動(dòng)損傷源-域關(guān)系Fig.6 CEBES′ state and relationship of development-driving damage source &its spatial domain

(1)生態(tài)要素閾值：因生態(tài)要素?fù)p傷致使突破要素或CEBES承載范圍的要素臨界值。如,大型煤電基地開發(fā)過多占用土地資源和消耗稀缺水資源、過渡放牧突破草原生態(tài)系統(tǒng)承載力、極度干旱導(dǎo)致草原嚴(yán)重退化和生態(tài)系統(tǒng)功能失調(diào)、高強(qiáng)度開采驅(qū)動(dòng)持續(xù)提高生態(tài)損傷強(qiáng)度和范圍等,都將導(dǎo)致CEBES系統(tǒng)的生態(tài)生產(chǎn)力快速下降和觸發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)顯著變化。

(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閾值：因多種生態(tài)要素復(fù)合損傷超出CEBES承載范圍致使生態(tài)系統(tǒng)失去原有結(jié)構(gòu)功能和自然關(guān)系的臨界值。如,CEBs區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)中過多占用林、草地和農(nóng)業(yè)地等土地資源造成煤電區(qū)與林草區(qū)面積嚴(yán)重失衡,煤電和煤基化工污染物超標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)排放超過NES承載力,導(dǎo)致開發(fā)局部植被蓋度降低和生態(tài)產(chǎn)出損失,自然初級生產(chǎn)力與人工生態(tài)回復(fù)力失去平衡,引發(fā)區(qū)域生態(tài)安全問題。

(3)系統(tǒng)狀態(tài)閾值：因開發(fā)行為影響導(dǎo)致生物生產(chǎn)能力持續(xù)下降,當(dāng)觸發(fā)NES主要功能改變致使系統(tǒng)健康狀態(tài)發(fā)生躍變的生物生產(chǎn)能力臨界值或系統(tǒng)承載區(qū)間。CEBES生態(tài)生產(chǎn)力產(chǎn)出平衡是系統(tǒng)健康的主要標(biāo)志,“青山綠水”代表了自然初級生產(chǎn)力與人工生態(tài)回復(fù)生產(chǎn)力平衡景觀,而草原區(qū)大面積沙化和生態(tài)裸地(占用區(qū)大面積囤積荒廢)都大幅降低生物生產(chǎn)力,致使存在較大區(qū)域生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)行為控制閾值：指基于科學(xué)發(fā)展要求、開發(fā)行為可控性、NES承載力及生態(tài)累積影響等因素科學(xué)設(shè)計(jì)的管控指標(biāo)。人工生態(tài)恢復(fù)力和控制力是CEBs開發(fā)過程中的可控因素,宏觀上科學(xué)設(shè)計(jì)CEBs開發(fā)布局、土地占用比、煤炭開采規(guī)模、發(fā)電規(guī)模和潔凈水平、生態(tài)生產(chǎn)力要求等,中觀上推行綠色礦山、清潔發(fā)電和環(huán)保城鎮(zhèn)模式等,細(xì)觀上限定排放污染物指標(biāo)和排放量、生態(tài)修復(fù)指標(biāo)等開發(fā)行為控制,有助于將開發(fā)行為生態(tài)影響損傷控制在生態(tài)承載力范圍,確保CEBES系統(tǒng)平衡和區(qū)域生態(tài)安全。

2.3 生態(tài)累積狀態(tài)主要表征參數(shù)

根據(jù)CEBs中不同開發(fā)行為的生態(tài)影響途徑,結(jié)合相關(guān)認(rèn)識(shí)[31—33],研究采用“初態(tài)”(NES原態(tài)或累積影響的初態(tài))與累積過程任意時(shí)間狀態(tài)比較法,按照科學(xué)、代表和可操作性原則,基于影響源和自然覆蓋區(qū)、人類行為活動(dòng)區(qū)與生態(tài)影響區(qū)中,初步篩選反映生態(tài)累積狀態(tài)的四類60項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)(表2)。將影響生態(tài)累積過程、狀態(tài)的行為分為以下三類：

(1)自然行為類(FN)：是CEBES系統(tǒng)中引起生態(tài)累積狀態(tài)變化的自然行為影響參數(shù),反映了區(qū)域自然環(huán)境背景條件和變化。如,草原區(qū)自然氣候條件變化影響著生態(tài)系統(tǒng)基本水平和變化方向,氣候變化中“干旱”情景增大了負(fù)向生態(tài)影響作用,而“風(fēng)調(diào)雨順”則增加了正向生態(tài)影響作用。

(2)能源開發(fā)行為類(FD)：是CEBES系統(tǒng)中引起生態(tài)累積狀態(tài)變化的能源開發(fā)行為影響參數(shù),反映其主要影響方式及作用區(qū)生態(tài)要素的相對狀態(tài)。占用區(qū)(如由草原用地變?yōu)槁短扉_采區(qū)和電廠區(qū)等)是生態(tài)影響“源”,包括生態(tài)損傷與修復(fù)作用。其中礦區(qū)內(nèi)的采區(qū)則以土地占用為主,復(fù)墾區(qū)則以生態(tài)修復(fù)為主、局域交通網(wǎng)絡(luò)屬于損傷持續(xù)影響區(qū)；非占用區(qū)則是受開發(fā)行為影響區(qū)域,如牧礦交錯(cuò)帶等受影響草原牧區(qū),其生態(tài)累積過程總體受自然調(diào)節(jié)和開發(fā)行為疊加影響。

(3)人類活動(dòng)行為類(FM)：是CEBES系統(tǒng)中引起生態(tài)累積狀態(tài)變化的非煤電開發(fā)行為影響參數(shù)。城鎮(zhèn)區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等占用區(qū)是累積狀態(tài)影響“源”,如城鎮(zhèn)擴(kuò)張和人口增長致使區(qū)域能源使用量、水資源消耗量和城市廢棄物排棄量等大幅增長；非占用區(qū)累積過程總體是以自然調(diào)整為主和人類活動(dòng)影響為輔,但受人類活動(dòng)行為影響降低了水資源和生態(tài)承載力,增加了區(qū)域生態(tài)脆弱性。

其中,V代表CEBES區(qū)域,VD代表能源開發(fā)占用區(qū)(改變土地原用途區(qū)),VM代表人類非能源開發(fā)占用區(qū),VR代表人類活動(dòng)生態(tài)影響區(qū)(土地原用途不變區(qū))；狀態(tài)變化比系數(shù)α表征評價(jià)年t1與參考年t0累積狀態(tài)相對變化比；楷體參數(shù)代表各區(qū)的生態(tài)生產(chǎn)能力狀態(tài)參數(shù)；年際值,代表計(jì)算年(生態(tài)累積過程研究截止年)的值；年均初值,代表生態(tài)累積過程周期起始時(shí)穩(wěn)定值(或初值)。

表2 CEBs生態(tài)累積狀態(tài)表征主要參數(shù)一覽表Table 2 Main parameters of CEBS ecological accumulation state characterization

續(xù)表驅(qū)動(dòng)力與作用域Driving force and scopeCEBES顯示主要狀態(tài)Main status of CEBES影響源屬性(A/W/T)Attribute of influence source狀態(tài)變化比系數(shù)Coefficient of State change ratio 年際參數(shù)值/累積年均初值Values of inter-annual parameter/Cumulative annual average as initial value水域 F2R[7]地表徑流影響程度[8]地表水資源影響程度[9]地下水資源影響程度局域/輻射/占用期α7r:地表徑流流量比:年際徑流量/年均徑流量α8r:地下水資源量比:年際水資源量/年均初值α9r:地下含水層厚度比:含水厚度/實(shí)際含水總厚度土壤域 F3R[10]土壤綜合肥力影響程度[11]土壤生態(tài)利用影響程度[12] 濕地區(qū)域影響程度[13] 包氣帶含水性影響程度局域/輻射/占用期α10r:土壤肥力比:年際土壤肥力//年均初值α11r:土壤生態(tài)利用比:年際生態(tài)利用面積//年均初值α12r:濕地區(qū)域比:年際濕地面積//年均初值α13r:土壤水分比:土壤水分值/背景值生物域 F4R[14]林區(qū)植被覆蓋度影響程度[15]林區(qū)生態(tài)生產(chǎn)力影響程度[16]牧草區(qū)植被蓋度影響程度[17]牧草區(qū)生態(tài)生產(chǎn)力影響程度局域/輻射/占用期α14r:林區(qū)蓋度比:年際指數(shù)值/年均指數(shù)值α15r:林區(qū)生物量比:年際生物量/年均生物量α16r:牧草區(qū)蓋度比:年際蓋度值/年均蓋度值α17r:牧草區(qū)生物量比:年際生物量/年均生物量[18]VR區(qū)植被覆蓋度影響程度[19]VR區(qū)植物多樣性影響程度[20]VR區(qū)生態(tài)生產(chǎn)力影響程度局域/輻射/占用期α18r:植被覆蓋度比:年際蓋度值/年初值α19r:植物多樣性比:年際植物量/年均植物量α20r:區(qū)域生物量比:年際生物量值/年初值

為便于分析不同區(qū)域生態(tài)累積狀態(tài)及變化趨勢,采用生態(tài)要素類(大氣、水、土、生物)狀態(tài)指數(shù)和不同作用域的生態(tài)綜合影響指數(shù)表征不同級次(要素水平及集合狀態(tài))的生態(tài)累積狀態(tài)相對變化水平,或生態(tài)損傷綜合水平。其數(shù)學(xué)表達(dá)為

(3)

生態(tài)綜合影響指數(shù)E中,ΕN是自然環(huán)境影響指數(shù),反映CEBES區(qū)域生態(tài)環(huán)境整體水平,當(dāng)ΕN>1時(shí)環(huán)境趨好,ΕN≈1表明相對穩(wěn)定；ΕD和ΕM是反映能源開發(fā)和人類活動(dòng)對生態(tài)影響水平的影響源強(qiáng)度指數(shù),大于1時(shí)意味著生態(tài)損傷力相對增加,反之表明生態(tài)恢復(fù)力增強(qiáng)；ΕR則是反映各種人類活動(dòng)行為對區(qū)域生態(tài)影響程度的生態(tài)響應(yīng)指數(shù),ΕR=1時(shí)表明影響區(qū)中生態(tài)損傷力與自然恢復(fù)力總體平衡,影響區(qū)生態(tài)累積過程處于穩(wěn)態(tài)；同理可求得CEBES的生態(tài)損傷指數(shù)E,當(dāng)E≥1表明各種人類活動(dòng)(生態(tài)損傷和恢復(fù))的生態(tài)影響總體達(dá)到平衡,意味著CEBs開發(fā)與區(qū)域生態(tài)環(huán)境處于協(xié)調(diào)狀態(tài)。

3 大型煤電基地開發(fā)生態(tài)累積效應(yīng)及閾值分析方法

3.1 煤電開發(fā)生態(tài)累積影響分析思路

CEBES是由空間若干基本單元體(或像素)組成的空間實(shí)體集合,人類活動(dòng)行為引發(fā)單元體的生態(tài)要素耦合作用,顯現(xiàn)出行為人類活動(dòng)影響下宏觀生態(tài)累積作用的響應(yīng)。模型構(gòu)建按照開發(fā)行為-生態(tài)損傷-影響累積-生態(tài)效應(yīng)的分析思路,以空間單元體為各種行為的影響受體或生態(tài)損傷基本單元、基于生態(tài)耦合機(jī)制建立單元體生態(tài)要素相互影響基本關(guān)系、以生態(tài)要素域響應(yīng)和空間區(qū)塊體描述生態(tài)損傷狀態(tài)。

生態(tài)累積影響分析思路是參照NES和基于CEBs開發(fā)中三類生態(tài)影響行為,在空間單元體(或單元面積)將各種生態(tài)響應(yīng)聚類到生態(tài)要素域(大氣、水、土、生物)后進(jìn)行點(diǎn)源合成,再按照土地利用屬性聚合線域、局域和區(qū)域進(jìn)行分區(qū)(類)損傷、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和區(qū)域生態(tài)安全分析,實(shí)現(xiàn)生態(tài)損傷專題制圖、生態(tài)累積狀態(tài)及趨勢分析和區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)(圖7)。

圖7 基于空間單元體(或像素)的CEBES生態(tài)累積影響分析思路Fig.7 Analysis process of ecological accumulation analysis based on spatial units (or pixels)

3.2 生態(tài)累積狀態(tài)和生態(tài)損傷數(shù)學(xué)模型

CEBES生態(tài)累積狀態(tài)是由影響源、耦合關(guān)系、受影響單元體屬性等共同決定。基于2.2中生態(tài)耦合累積過程和生態(tài)損傷研究,任意單元體的單位時(shí)間生態(tài)累積量SΔ可表示為

SΔ(x,y,z,t,B,A,C)=∑F(xi,yi,zi,t,Bi)?A(X,Y,Z,t)(i=1,2,…,N)

(4)

式中,X=x-xi,Y=y-yi,Z=z-zi,F(xi,yi,zi,Bi)為影響作用函數(shù),B代表影響源,N為源數(shù),Bi為第i個(gè)源行為函數(shù)(如,Bi=diwi(x,y,z,t)),di為源強(qiáng)度,wi(x,y,z,t)為影響傳播函數(shù),(xi,yi,zi)代表源等效位置；A(X,Y,Z,t)為影響對象函數(shù),C=?,代表影響行為-生態(tài)要素耦合方式。

式(4)表明,影響源F以影響行為B作用和耦合方式?作用于屬性為A的單位體積元Δ,形成生態(tài)累積作用和生態(tài)損傷。在CEBES確定的空間域V中,t0-t時(shí)段生態(tài)累積量則為

(5)

代入式(2)得單位體積元生態(tài)損傷系數(shù)為

(6)

當(dāng)CEBES由N類不同類型單元體組成的子區(qū)域空間,任意區(qū)Vj的生態(tài)累積量和生態(tài)損傷系數(shù)為

(7)

CEBES空間V,按區(qū)塊體歸一化分析方式獲得的生態(tài)累積量和損傷系數(shù)分別為

(8)

3.3 行為-要素耦合算法

生態(tài)要素是生態(tài)影響累積作用載體,影響行為與要素耦合方式?是定量分析生態(tài)損傷狀態(tài)的關(guān)鍵。依據(jù)影響行為特點(diǎn)和耦合機(jī)制分析,數(shù)學(xué)上可將任意單元體上影響作用簡化為三類關(guān)系和耦合規(guī)則：

1)自然行為影響關(guān)系：在自然驅(qū)動(dòng)力作用區(qū)V(CEBES∈V),自然驅(qū)動(dòng)力使水、土、植被等生態(tài)要素響應(yīng)呈系統(tǒng)性變化,當(dāng)?shù)乇碇脖蛔兓c大氣降雨量間顯現(xiàn)為線性同步關(guān)系時(shí),此時(shí)影響系數(shù)為a,則有“?≈a”(∈V)。

2)損傷行為-要素影響關(guān)系：在人類活動(dòng)行為(開發(fā)和人工行為)作用區(qū)VD+M和影響區(qū)VR,損傷行為直接或間接作用于自然生態(tài)要素致使其原有性質(zhì)變化,影響區(qū)域自然生態(tài)平衡。其中：

?轉(zhuǎn)換型直接損傷關(guān)系：指在人類活動(dòng)行為區(qū)VD+M以接觸損傷方式(如,露天礦采區(qū)、電廠、城鎮(zhèn)等占用區(qū)),致使原草原植被和土壤處于性質(zhì)轉(zhuǎn)換狀態(tài),喪失或改變其原有生態(tài)生產(chǎn)力能力,形成要素性質(zhì)轉(zhuǎn)換和直接生態(tài)損傷,其累積耦合關(guān)系可簡化為 “?=⊙或1”(VD+M∈V)。

?輻射型間接損傷關(guān)系：指人類活動(dòng)行為與要素以無接觸方式影響周圍生態(tài)要素原有自然性質(zhì)構(gòu)成的行為與要素耦合關(guān)系。如,露天采區(qū)粉塵輻射污染影響周邊土壤和植物光合作用致使植被退化,而污染氣體輻射傳播同時(shí)影響區(qū)域大氣環(huán)境,其累積耦合關(guān)系可簡化為 “?=+”(VR∈V)。

?互耦型疊加損傷關(guān)系：是人類活動(dòng)行為影響以要素融合方式影響其原有自然性質(zhì),形成要素間損傷傳導(dǎo)和間接生態(tài)損傷。如,開采破壞含水層將局域損傷狀態(tài)經(jīng)地下水力場傳導(dǎo)到區(qū)域；礦井水流域外排形成水-土耦合作用產(chǎn)生土壤鹽堿化等,其累積耦合關(guān)系可簡化為 “?=×”(VD+M+R∈V)。

3)調(diào)控行為-要素互促關(guān)系：是通過調(diào)整人類活動(dòng)行為影響生態(tài)要素、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的生態(tài)閾值指標(biāo),影響累積過程和損傷程度。如,提升大型煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)率和恢復(fù)質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境管控指標(biāo)、優(yōu)化植物結(jié)構(gòu)和調(diào)增生態(tài)利用面積等降低開采生態(tài)影響和增加CEBES生物生產(chǎn)能力,彌補(bǔ)人類活動(dòng)行為的生態(tài)累積影響程度。此時(shí),“?=1,×,+”。

將上述關(guān)系式引入式(5)可得單位體積元的生態(tài)累積量損傷系數(shù)為

(9)

同理,如以同類單位體積元的區(qū)域中單元體的總數(shù)為Li,則Vi區(qū)的生態(tài)損傷系數(shù)為

(10)

3.4 生態(tài)累積效應(yīng)分析模型

生態(tài)累積效應(yīng)分析是通過生態(tài)累積狀態(tài)研究獲得生態(tài)效應(yīng)的時(shí)-空閾值。2.2分析表明生態(tài)累積效應(yīng)是由SA狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镾B狀態(tài)的特殊生態(tài)響應(yīng),生態(tài)閾值則為狀態(tài)SA→SB轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)。如將SA作為變量函數(shù),引入累積函數(shù)狀態(tài)極值和累積變化速率求解方法,當(dāng)

(11)

時(shí),求解得SA的極值點(diǎn)和拐點(diǎn)位置,前者表示狀態(tài)變化的邊界,后者反映狀態(tài)開始“躍變”位置?？紤]到SA=f(x,y,z,t,B)為多源曲面函數(shù),代表任意的生態(tài)要素累積、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)或系統(tǒng)平衡狀態(tài)函數(shù),且有,SA=S0(t→0)和SA=S∞(t→∞)時(shí),則SA的狀態(tài)邊界和生態(tài)閾值滿足條件

(12)

式(12)表明,生態(tài)累積影響時(shí)-空狀態(tài)邊界和生態(tài)閾值是由影響源、受影響單元體屬性和影響時(shí)間等各種控制參數(shù)綜合制約,且與累積作用空間和持續(xù)時(shí)間相關(guān)。CEBs開發(fā)處于增長期時(shí)意味著影響源規(guī)模和強(qiáng)度不斷增加(B≠常數(shù)),生態(tài)影響累積量逐步增加。處于穩(wěn)定運(yùn)行期時(shí)(B=常數(shù))生態(tài)閾值滿足

(13)

(14)

(15)

式(15)則表明區(qū)域生態(tài)安全調(diào)控具有多層次,影響源調(diào)控重在提升源控制標(biāo)準(zhǔn)(如各種排放物和污染物的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)),降低生態(tài)影響范圍和生態(tài)損傷程度；生態(tài)子系統(tǒng)調(diào)控重在提升區(qū)塊生態(tài)生產(chǎn)力(如草原區(qū)科學(xué)放牧、礦區(qū)提高生態(tài)修復(fù)率和縮短修復(fù)周期等)和彌補(bǔ)生態(tài)損傷“虧欠”,提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理性；區(qū)域調(diào)控重在合理優(yōu)化各類區(qū)塊的生態(tài)功能布局,實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)生產(chǎn)力“盈虧”平衡。

上述分析表明,按照CEBES中要素和結(jié)構(gòu)關(guān)系分析、科學(xué)辨識(shí)煤電開發(fā)生態(tài)影響源、基于土地利用單元體精細(xì)建立影響源與要素的耦合關(guān)系、空間單元體—系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的生態(tài)累積狀態(tài)和生態(tài)效應(yīng)閾值分析,CEBs開發(fā)行為的生態(tài)損傷程度評價(jià)流程,可實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全水平評價(jià)和調(diào)控情景模擬分析。

4 結(jié)論

本研究基于大型煤電基地開發(fā)與區(qū)域生態(tài)安全協(xié)同理念,在前人研究的基礎(chǔ)上,針對大型煤電基地開發(fā)行為與區(qū)域生態(tài)環(huán)境內(nèi)在關(guān)系、開發(fā)的生態(tài)累積影響及分析方法,辨識(shí)大型煤電基地生態(tài)安全等關(guān)鍵問題,從大型煤電基地生態(tài)累積效應(yīng)的理論研究與量化分析方法方面進(jìn)行了深入的探索性研究。主要的理論研究結(jié)論如下：

(1)大型煤電基地(CEBs)是我國煤基能源和材料集中開發(fā)區(qū)域和國家能源戰(zhàn)略安全的重要支撐,作為煤基能源開發(fā)系統(tǒng)工程,涵蓋自然資源、能源開發(fā)行為和其他人類活動(dòng),涉及煤、電、化、農(nóng)、牧、城等經(jīng)濟(jì)單元,具有顯著地域性、先進(jìn)性和功能性。CEBs與區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)(NES)耦合構(gòu)成的大型煤電基地生態(tài)系統(tǒng)(CEBES)受自然力和能源開發(fā)及其他人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)和影響。

(2)CEBES生態(tài)累積過程受到三種行為驅(qū)動(dòng)(自然、能源開發(fā)行為和其他人類活動(dòng)),經(jīng)融合、傳導(dǎo)和輻射耦合作用影響生態(tài)累積過程,顯現(xiàn)為生態(tài)要素?fù)p傷、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化和系統(tǒng)狀態(tài)失衡,具有行為多態(tài)性、空間多尺度和過程漸變性損傷特點(diǎn)。生態(tài)效應(yīng)是累積狀態(tài)“躍變”或引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化的特殊生態(tài)現(xiàn)象,生態(tài)閾值則是狀態(tài)躍變臨界點(diǎn)。基于生態(tài)累積響應(yīng)域和響應(yīng)層次,生態(tài)閾值可劃分為生態(tài)要素、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)狀態(tài)和行為調(diào)控四類。

(3)本基于系統(tǒng)性和實(shí)用性篩選確定描述生態(tài)累積狀態(tài)的60項(xiàng)指標(biāo),針對三種控制力下4類狀態(tài)因子集(大氣、水、土、生物),構(gòu)建三類行為驅(qū)動(dòng)、要素耦合、分區(qū)(能源開發(fā)占用區(qū)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展占用區(qū)、人類活動(dòng)影響區(qū)和自然原態(tài)區(qū))和CEBES的生態(tài)累積狀態(tài)綜合指數(shù)體系。

(4)基于開發(fā)行為-要素耦合-影響累積-生態(tài)效應(yīng)的生態(tài)損傷過程,采用相對分析法構(gòu)建以空間單元體為影響行為受體、生態(tài)耦合機(jī)制為基本關(guān)系、生態(tài)損傷評價(jià)參數(shù)的生態(tài)累積影響物理模型和生態(tài)累積狀態(tài)分析數(shù)學(xué)模型,提出面向CEBs開發(fā)的生態(tài)累積影響程度和生態(tài)累積效應(yīng)閾值分析模型和方法。

本文探索提出的CEBs開發(fā)生態(tài)累積效應(yīng)及定量分析方法還有待完善,通過具體應(yīng)用實(shí)例的檢驗(yàn)可進(jìn)一步提升量化研究方法與模型的實(shí)用性,從而為更好地實(shí)現(xiàn)CEBs區(qū)域生態(tài)安全定量診斷、區(qū)域生態(tài)安全調(diào)控和CEBs “碳中和”發(fā)展提供理論支撐。