生态安全及其预警研究进展

石小亮，陈 珂，何 丹

（沈阳农业大学 经济管理学院，沈阳110866）

理论研究

生态安全及其预警研究进展

石小亮，陈 珂，何 丹

（沈阳农业大学 经济管理学院，沈阳110866）

对国内外有关生态安全及其预警的研究进展进行归纳总结，提高人们重视生态安全的意识并提出生态安全预警的解决思路。研究结果显示：目前生态安全已成为各学科领域的研究热点，但较其他领域，生态安全的相关理论方法和实际应用的案例研究还不完善，针对生态安全的评价与预警还有很大的创新空间。但对于生态安全的预警研究尚处于起步阶段，存在较成熟的理论与方法尤其是评价指标还未能形成体系化等问题，生态安全未来的研究重点主要包括：?同异质性理论、景观生态学理论、空间尺度理论相结合；?与现代科学技术（3S）相结合；?从对区域、国家的生态安全现状研究更多地转为生态安全的预警分析和预控对策研究。

生态安全；预警；森林生态系统；湿地生态系统

随着全球生态环境逆向演替的持续恶化，如森林锐减、水土流失、物种减少、臭氧层破坏等，生态安全已然成为人类亟需解决的核心问题。在国家层面上，我国政府对此表示高度重视，早在2000年为尽快能实现祖国的秀美山川并巩固生态建设成果，国家环保局特制订了《全国生态环境保护纲要》，这对社会、经济和资源环境的协调发展起了至关重要的作用。2012年，党的十八大基于国情提出了“大力推进生态文明建设”的提议并将“生态文明建设”写入党章。2013年，党的十八届三中全会提出划定第二条国策红线——生态保护红线，力求用制度保护生态环境。2017年，中央一号文件又明确提出“加强重大生态工程建设”，加快国家生态安全屏障的建设步伐，坚持“整体保护、系统修复与综合治理”的原则。可见我国在国家建设中非常重视生态安全。

生态安全是区域乃至国家安全的重要内容，是支持自然、社会经济共同发展的生态与环境安全状态，主要包括土地、森林、湿地、水等方面的生态安全[1-3]。而当前生态问题越来越多且发展态势不减且很严重，如土地沙漠化、极端气候变化、森林锐减、湿地萎缩等，这严重影响了人类社会的可持续发展，生态安全预警由此产生。生态安全预警的前提是对区域或国家的生态安全有个较为科学和系统的了解，即其往往以区域或国家的可持续发展为目标，针对环境变化与逆向演化开展的评价和预警，具体是在区域、国家的生态环境监测与统计分析后，从时空变域[4]两方面预测生态环境变化，并从社会、经济和资源环境等方面选取评价的相关指标，对临近甚至已存在的生态环境问题进行预警，以便相关部门和人员采取必要的调控措施。可见生态安全及其预警研究对区域甚至国家的社会、经济和环境发展意义重大。

1 国外研究进展

1.1 生态安全

生态安全涵盖了日常生活用水与粮食、大气环境等基本要素的安全，具体是指保障人类在自身健康、日常生产和生活中尽可能地降低因生态环境破坏而造成的损失程度[5]。早在20世纪40年代，国外就已经开展了关于生态安全方面的研究。美国生态学家Aldo Leopold早在1941年就提出了“土地健康”并将其应用到了土地功能的状况评价中，之后围绕生态安全问题的相关研究逐渐兴起[6]。如加拿大的生态学家William提出了“生态足迹”的概念，随后他的学生Wackermagel针对生态足迹，提出了具体的分析方法，即以“生态足迹分析法”予以衡量某个国家或区域在维持资源消费与废物吸收所需且尚未生产占有的土地面积[7]。

自20世纪80年代，国外许多学者就已从不同的角度来探究有关生态安全的问题，并取得了一系列成果。如Quigley等人从生态安全的角度出发，构建了区域尺度上的安全评价体系，对哥伦比亚河流域的生态安全进行了全面性评估[8]；Bartell等人采用综合水生系统模型（CASM），评估了加拿大魁北克省的有害化学品给当地河流、水库等生态安全造成的风险程度[9]；Rapport等人综合已有研究成果，将“生态系统健康”的评价分为八项指标：人类、减少投入、维持生态系统服务、活力、恢复力、对相邻系统的危害、组织结构和管理[10]。

20世纪90年代以来，国外针对生态安全问题的研究，主要是围绕“生态安全”的含义、生态安全与可持续发展、生态安全与国际化的关系、国家安全与区域安全、生态安全与军事化等主题展开。如经济合作与发展组织（OECD）于1990年就首创了“压力—状态—响应（PSR）”模型，并进行了概念界定与框架构建[11]，该PSR模型作为典型的生态安全评价结构，可用来衡量区域甚至国家的生态环境承载力，以及可以衡量压力对生态环境的影响程度与反之的社会响应度。另外，另有一部分学者在PSR模型的基础上进行了完善，如提出驱动力—压力—状态—暴露—影响—响应(DPSEEA)模型。

2000年后，国外学者针对生态安全问题的研究，逐渐扩展到如生物化学制品对农业生态安全系统的危害等农业相关领域，并对此开展了生态风险评价分析。如Charles Eason等通过毒物学中的生物标记分析了化学药品及有害物等对人类产生的影响[12]。此外，研究相对较多的领域主要是关于水资源的污染如Bishawjit等归纳总结了沿海区域生态安全的影响因素，并对孟加拉国的海岸地区开展了评价研究，此研究即是将生态安全的理论实际应用到海岸区域的生态安全评价研究中[13]；Henri Decamps等运用生态安全的理论研究了河流污染对人类的影响，以此通过实证研究来证明人类活动对河流的负面影响[14]。

1.2 生态安全预警

“预警”一词最早被用于军事领域，生态安全预警主要分为两部分：预警分析和预控对策。“预警分析”主要是对生态系统现状进行甄别诊断并针对性地发出警告；而“预控对策”是“预警分析”工作的进一步延续，即对生态系统的不协调现象予以及时调整，或针对生态安全危机所表现的征兆及时控制。国外大部分学者都是在生态风险评价和预报基础上，对生态安全预警开展的研究。欧美等多个国家的学者们分别从不同方面开展了生态安全的单项、综合预警体系研究，如美国针对国家西南部草原的沙漠化问题，结合GPS监测和地面观测站等方法，并以植被裸露区指数、牧草盖度等指标，预警了当地区域草场生态系统不同沙漠化阶段的阈值[15-16]。B HKmpOB将俄罗斯生态状况分布图作为国家生态安全预报基础，将整个俄罗斯的生态状况分为三级：灾难性、危机性和临界性[17-18]。

2 国内研究进展

2.1 生态安全

20世纪90年代，我国才开始关注生态安全研究但发展很快。近年来，生态安全研究已成为当前土地资源学、生态学与环境科学等研究的前沿和重要领域。

2.1.1 研究对象

生态安全研究的对象较广泛如土地、森林、湿地、河流、绿洲和草原等。如曲衍波等根据TM遥感数据和数字高程模型(DEM)，基于栅格下对栖霞市的土地开展了生态安全评价与分析研究，为山区土地的生态安全探索出了一种较精确的评价法[19]；杨晓玲和刘学录采用PSR模型构建了土地的生态安全动态评价指标体系，并以庄浪县为对象开展了评价研究[20]；魏冉、黄妮等以PSR模型为基本框架，对辽宁省辽河流域水生态安全进行了评价[21-22]；孟优等利用影像，结合气象、环境和社会统计数据，以新疆生产建设兵团为例，对干旱区绿洲生态安全进行了评价[23]；朱卫红等以3S技术为支撑，采用层次分析法对各时期的图们江流域湿地生态安全开展了评价研究[24]，劳燕玲基于遥感数据和非遥感数据，通过开展钦州湾滨海湿地生态安全评价研究，探讨滨海湿地这一特殊地区的生态安全评价的理论和方法[25]，杜巧玲等围绕水资源、土地资源，以及社会经济等方面的安全选取了17项指标，构建了绿洲生态安全评价指标体系，并针对黑河中下游的绿洲生态安全开展了评价研究[26]；高军靖采用PSR概念模型，从自然—社会—经济复合系统出发，构建了草原生态安全评价指标体系，并针对呼伦贝尔的草原生态安全开展了评价研究[27]。此外，还有学者针对旅游景区的生态安全问题开展了相关性研究[28-29]。

2.1.2 研究范围

生态安全的研究范围也较广泛，如全国水平和区域水平等，但全国范围的研究较区域的要少。如黄辉玲等针对我国的土地生态安全运用了物元分析法开展了评价研究[30]。以往学者多以PSR模型为基础构建生态安全评价指标体系，而刘心竹针对整个森林生态系统的安全评价研究，提出从森林有害干扰角度入手，在火灾、森林有害生物、人为有害生物、环境污染和气象灾害五大干扰方面来选取指标并构建评价指标体系，较为新颖[31]。在区域水平上，不论在理论上还是实证上，研究成果较全国水平上要丰富，如马克明等为适应生态系统保护与恢复的发展需求，提出了区域生态安全格局的概念[32]。张继权等基于DPSIR模型构建了生态安全评价指标体系，并针对长白山各县的生态安全开展了综合评价研究[33]。李玉平和蔡运龙借鉴以往的区域土地生态安全评价研究成果，构建了河北省土地生态安全一般性评价指标体系，并采用土地生态安全模型对此开展了综合评价研究[34]。同样，王清、邱微等也分别对山东省、黑龙江省的土地生态安全开展了评价研究[35-36]。

2.1.3 研究内容

生态安全的研究内容也较为宽泛，一般分为生态安全的评价指标体系研究、生态安全的预警研究等。其中，在构建生态安全评价指标体系上，学者们针对研究对象的不同[37-40]，尝试构建更加科学而又较为全面的生态指标评价体系，生态安全预警的研究也较多，如葛京凤以河北山区为例，对山区的生态安全开展了系统地评价、预警与调控研究[41]；朱宁通过对生态安全、生态阈值和生态安全预警理论的研究，构建了北京市森林生态安全评价指标体系并对此开展了生态安全预警实证研究[42]。

2.1.4 研究方法

根据对已有文献的归纳总结，研究方法多样，但大致可归纳为两方面：在构建评价指标体系方面，所采用的理论框架模型一般为：“压力—状态—响应（PSR）”、“压力—状态—影响—响应（PSIR）”、“驱动力—状态—影响（DSR）”、“驱动力—压力—状态—影响—响应”（DPSIR）、“驱动力—压力—状态—暴露—响应”（DPSER）模型，在选取指标时会因研究对象及区域等因素不同而有所变化。在评价方法上，选取的模型可归纳为四类：生态模型（主要为生态足迹法）、数字地面模型（主要以“3S技术”为基础）、数字模型（如专家分类法、主成分分析法、物元分析法等）、景观生态模型（主要为景观生态安全格局法）。

2.2 生态安全预警

我国关于生态安全预警的思想源远流长，如早期民间针对天气预报的谚语即是预警思想的具体表现。截至20世纪80年中期，我国才开始针对宏观经济开展相关的预警研究，并建立了一系列宏观经济监测系统。

生态安全预警研究是紧随着生态安全的不断深入研究而产生的，且逐渐受到学术界的关注。傅伯杰从自然资源、社会发展现状、经济发展水平等选取评价指标，以此对我国的生态环境质量开展了预警研究[43]；陈国阶和何锦峰提出了环境预警的数学模式如临界点预警、不良状态预警等，认为生态环境的预警应集中于环境质量的变化过程研究[44]；张大任提出了生态环境预警的思想，并以生态危机论为理论基础，定性阐述了洞庭湖的生态环境质量现状并开展了预警研究[45]；许学工提出“环境潜在指数”概念，并采用生态环境交错带的理论针对黄河三角洲的生态环境质量展开了预警研究[46]；刘邵权等提出了“农村聚落生态环境预警”的概念，综合采用加权平均模型对万州区茨竹乡放竹开展了生态环境预警研究[47]；陈望雄针对东洞庭湖区域的森林生态系统，分别从小班、景观和区域三方面展开了健康评价和预警研究[48]；邵东国等以河西走廊疏勒河流域为例，构建了神经网络生态安全预警模型并对该区域展开了预警研究[49]；吴延熊以可持续发展论为指导，采用综合集成法对区域森林资源开展了系统的预警研究，并初步形成了区域森林预警理论框架[50]，此后关于生态环境的预警研究，一般也是延续区域森林预警的理论框架理论和方法，如刘涛等以内陆河流域为例，采用神经网络模型对该区域的生态环境展开了预警研究[51]。从总体来看，与生态安全预警有关的研究成果及社会实践应用在持续增加，但生态安全预警的理论和方法有待进一步完善，目前尚处探索阶段。

3 结论与讨论

从国内外有关生态安全的研究现状及进展来看，目前生态安全在各个领域已成研究的前沿热点如地理学、生态学、系统工程学、林学、经济学和环境学等多学科，生态安全涉及多学科知识较为复杂，对其研究有着重大的理论和现实意义。但从现有研究概况看，相较于其他领域，生态安全的相关理论方法和实际应用的案例研究还不完善，针对生态安全的评价、预警与设计等各环节还留有很大的创新空间。研究预测未来生态安全研究的重点主要有：①与异质性理论、景观生态学理论和空间尺度理论等密切结合。主要是针对景观结构及其机制的研究，以此确定甚至控制生态过程的关键时空变域[4]格局，这对自然生态过程的安全层次设计，甚至整个生态安全格局的评价与设计大有裨益。②与现代科学技术（3S）相结合。随着GIS、RS和GPS等“3S”技术的快速发展，人们获取数据的手段越来越多，获取的数据也越来越全面，生态安全研究也受益于此。可借助卫星光谱资料等对研究区域的自然、社会经济等要素进行甄别判断、统计分析，这也实现了生态安全在更大尺度和更长周期的跟踪监测研究。③从对生态安全的现状研究更多地转为生态安全的预警分析和预控对策研究。生态安全评价研究的根本目的是解释清到底何种因素在起支配作用，进而找出关键因素并加以实施预防控制措施，以使生态能够维持真正的安全状态。对于生态安全评价不能仅限于短期研究，还要对生态的长期过程开展评价预测研究，以真正揭示系统内部各子系统间的关系。因此，针对生态安全研究而言，预警模型的设计将成为未来的研究重点。

而生态安全预警研究还存有很多问题，尚处初步发展阶段：①生态安全预警的相关理论和方法还未能形成体系，特别是预警的评价指标体系有待完善；②在宏观生态安全预警的过程中，难以控制预测误差且对其修正也较难，针对这方面的研究和分析也较少；③缺乏多种预警方法的综合研究。

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Research Advances of Ecological Security and Early Warning

SHI Xiaoliang，CHEN Ke，HE Dan
(College of Economics and Management，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China)

Ecological security is an important content of regional security and national security,and is a safe state of the ecological and environmental protection for social,economic and natural development.The ecological security early warning has important decision support value for the coordinated development of economic,social and resource environment.This paper summarizes the research progress of ecological safety and ecological safety early warning in China and abroad,and helps people to pay more attention to the issue of ecological safety,and puts forward the idea of ecological safety early warning.The results showed that the ecological security has become a hot research topic in the field of each course,but in other areas,the theory of ecological security method and the practical application case study is not perfect,in view of the ecological security evaluation and early warning also plenty of innovation space.The key development trends of future ecological security research include:combining with the theory of landscape ecology,space scale and heterogeneity.Combined with modern science and technology(3S).From the study of the current situation of the region,the study of early warning analysis and pre-control countermeasures is studied.In the preliminary study stage,the main problems are:failure to form a mature theory and method system,especially the evaluation index system is not sound.In the process of macro-ecological security early warning,it is difficult to control the prediction error and correct it,and the research and analysis of this aspect are also less.Comprehensive study of a variety of early warning methods is lacking.

ecological security；early warning；forest ecosystem；wetland ecosystem

X826

A

1673-5919（2017）05-0001-05

10.13691/j.cnki.cn23-1539/f.2017.05.001

2017-07-25

沈阳市科技局软科学基金（F16-233-5-15）；辽宁省教育厅人文社会科学研究项目（WSNYB201602）；中国环境科学研究院横向课题（201506013-01）

石小亮（1984-），男，内蒙赤峰人，博士，硕士生导师。研究方向：森林资源与环境经济、温地生态系统安全评价。

陈珂（1972-），女，山西临汾人，博士，教授，博士生导师。研究方向：林业经济理论与政策。

［责任编辑：郑德胜］