土地资源生态安全研究进展与展望_张虹波

第２５卷第５期
２００６年９月地理科学进展ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＧＥＯＧＲＡＰＨＹＶｏｌ．２５，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔ．，２００６
收稿日期：２００６－０５；修订日期：２００６－０８．
基金项目：国家自然科学基金项目（７０３７３０３４），９７３项目（２００２ＣＢ１１１５０７）．
作者简介：张虹波（１９７９－），女，博士生。

主要研究方向为区域生态安全、土地可持续利用。

Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｈｏｎｇｂｏｃａｕ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：刘黎明，男，博导。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｌｍ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
土地资源生态安全研究进展与展望
张虹波，刘黎明
（中国农业大学资源与环境学院土地资源管理系，北京１０００９４）
摘要：土地资源的生态安全问题日益突出，土地资源生态安全研究成为当前土地资源可持续利
用研究的前沿课题。

文章诠释了土地资源生态安全的概念，并且对当前土地资源生态安全研究的
主要研究内容及研究进展进行了综述，提出了将土地资源生态安全机理研究、土地资源生态安全
评价和土地资源生态安全设计研究整合起来进行综合研究的体系框架，即在系统分析土地资源
生态安全影响机理的基础上，构建土地资源生态安全评价指标体系，进行土地资源生态安全评
价，识别生态危机和生态安全的土地利用模式，设计生态安全条件下的土地利用结构优化方案和
土地利用安全格局，这种整合研究将成为区域土地资源可持续利用研究的趋势。

其中土地资源生态安全评价指标体系的构建、生态安全标准的判定以及土地资源生态安全格局构建仍是非常具
有探索性的工作，也是未来土地资源生态安全研究的主要研究方向。

关键词：土地资源；生态安全；可持续发展
中图分类号：Ｆ３０１
生态安全是２１世纪人类社会可持续发展所面临的一个新主题［１］。

生态安全包含两重含义，一方面是生态系统自身的安全，即在外界因素作用下生态系统是否处于不受或少受损害或威胁的状态，并保持功能健康和结构完整；另一方面是生态系统对于人类的安全，即生态系统提供的服务是否满足人类生存和发展的需要［２］。

生态安全已成为国家安全和区域安全的重要组成部分。

生态安全是由资源安全、生物安全、环境安全等多方面组成的安全体系［３］。

土地资源是人类赖以生存的最基本条件，国土资源的多少和优劣是决定一个国家安全程度的重要因素。

然而，随着人类活动的加剧和对土地资源的不合理开发利用，我国出现了一系列土地资源生态问题，目前，我国水土流失面积为３５６万ｋｍ２，约占国土总面积的３７％；我国荒漠化土地面积达２６２万ｋｍ２，是全国耕地面积的２倍多，并且还在以每年２４００ｋｍ２的速度扩展［４］；据专家估计，每年仅土地污染造成的经济损失就达１２５亿元，土地沙化损失５４０亿元［５］，这些日益突出的生态问题直接威胁着我国土地资源生态安全。

正是在这样的背景下，土地资源生态安全成为当前土地资源可持续利用研究的前沿课题，本文拟对土地资源生态安全概念进行界定，对土地资源生态安全主要研究内容的研究进展及其成果进行概括与总结，并对今后土地资源生态安全研究的主要方向进行展望。

地理科学进展２５卷１土地资源生态安全概念诠释
土地资源生态安全是一个较新的概念。

它源于近年来所兴起的“生态安全”
的研究。

资源安全是生态安全的重要内容，土地资源的生态安全是资源安全的重要方面。

土地生态系统是地球陆地表面上相互作用、相互依存的地貌、水文、植被、土壤、气候等自然要素之间以及与人类活动之间相互作用而形成的统一整体［６］。

土地生态系统内的生物与环境之间不断进行着物质循环、能量转换和信息流动，构成它们之间相互联系、相互制约、相互依存的关系，见图１。

近年来，日益突出的土地生态问题引起了人们的关注和重视，一些学者开始探讨土地资源的生态安全问题，并对其概念进行初步界定［７￣１２］，目前尚未达成统一，综合已有观点，笔者认为土地资源生态安全（ＬａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＳｅｃｕｒｉｔｙ，ＬＲＥＳ）是指一定时空范围内，土地生态系统能够保持其结构与功能不受威胁或少受威胁的健康、平衡的状态，并能够为保障人类社会经济与农业可持续发展提供稳定、均衡、充裕的自然资源，从而维持土地自然、社会、经济复合体长期协调发展。

土地资源只有在这种生态安全的状态下，才能维持土地资源与人类的协调发展，实现自然、
经济和社会的可持续发展目标。

图１土地生态系统结构图
Ｆｉｇ．１Ｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｔｕｒｅ
２土地资源生态安全研究的主要内容及研究进展
２．１土地资源生态安全与土地利用／覆盖变化的关系研究
土地利用／覆盖变化是区域土地资源生态安全状态改变的最主要的驱动因素，土地利用及其变化集中体现了人类改造地球表面的景观过程，深入研究并揭示土地利用与土地资源生态安全之间的相互作用机理，对于制定区域土地可持续利用政策，采取合理的土地管理方式以及建立可持续的土地利用模式都有着重要的科学意义。

随着ＩＧＢＰⅡ工作的展开，土地利用变化的环境效应与生态安全的响应机制研究得到了更大程度的关注［１３￣１６］，土地利用／覆盖变化通过改变植被、水文、土壤等因素而改变土地生态系统的生态安全状态。

土地利用覆盖变化对土壤侵蚀强度以及土壤有机质的变化有着重要影响［１７，１８］，开垦农田、耕作制度、农田管理和经营方式现代化，可以导致土壤中自然有机质含量降低；化肥使用７８
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量不断增加，不仅改变了生态系统的物质循环特征，而且常常导致土地退化［１９］。

森林的开采导致下游洪水泛滥的频率和强度增加，并使得降水的再分配不平均［２０］。

另外有研究表明，在一流域内部的各种土地利用与覆被类型的比例变化可以导致河流水质发生变化［２１］。

我国学者紧跟国际研究动态，对ＬＵＣＣ引起的土地生态系统变化也进行了广泛而较为深入的研究。

傅伯杰等［２２］通过对陕北黄土丘陵区持续１５年的４种典型土地利用结构对土壤养分的影响研究，发现坡耕地—草地—林地土地利用结构具有较好的土壤养分保持能力。

赵文武等［２３］通过黄土丘陵沟壑区集水区尺度土地利用格局变化的水土流失效应分析发现土地利用格局变化明显改变了降雨量－径流量、降雨侵蚀力－输沙率的关系。

可见土地利用／土地覆盖变化不仅改变了自然景观面貌，而且影响了物质循环和能量分配，它对区域土壤、水文的影响是极其深刻的。

自然界与社会的相互作用，正如土地覆盖与土地利用格局的变化，二者之间是反馈作用的关系，二者有机协调，有利于生态安全，二者不协调，则导致生态恶化［２４］。

正因如此，恢复退化的土地生态系统、实现区域土地资源可持续利用，必须在ＬＵＣＣ对生态安全影响机理的研究基础上，构建生态安全条件下的土地利用格局和土地利用模式。

２．２土地资源生态安全评价
土地资源生态安全评价是土地资源生态安全研究的重要内容，也是土地利用安全格局构建和土地利用模式优化的基础。

２．２．１土地资源生态安全评价指标体系研究
建立科学的指标体系与评价标准是土地资源生态安全评价的关键环节，现阶段国内外尚无统一标准的土地资源生态安全评价指标体系，但与此相关的土地质量评价指标体系研究已取得了一些成果，为土地资源生态安全评价指标体系的构建提供了基础和借鉴。

ＦＡＯ于１９９３年发表了《可持续土地管理评价大纲》［２５］，其中的生态可持续性（ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｓｔａｉｎ－ａｂｉｌｉｔｙ）也就意味着生态安全性（ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＳｅｃｕｒｉｔｙ）的要求。

为了更好地掌握土地质量变化及其驱动力，提供土地退化的早期预警和及时发现出现土地质量问题的地区，１９９５年６月，世界银行（ＷＢ）与联合国粮农组织（ＦＡＯ）、联合国开发计划署（ＵＮＤＰ）及联合国环境规划署（ＵＮＥＰ）共同发起，建立了土地质量指标体系项目研究的全球联盟基础，并发布了《土地质量指标》［２６］。

在此基础上，近年来，许多学者从不同角度、选择不同研究区域进行了土地质量指标体系及土地可持续评价指标体系的研究［２７￣２９］。

土地资源生态安全评价指标体系与土地质量指标体系和土地可持续评价指标体系既有联系又有区别，土地资源生态安全具有战略性、区域性、层次性、动态性与阶段性的特点，土地生态系统又是一个复杂的人地复合系统，涉及到自然、经济和社会等多个方面，因此土地资源生态安全评价指标体系的确定仍是一项探索性很强的工作，评价指标的选取不仅要满足科学性、系统性、可操作性和可比性的要求，更要能够客观反映区域土地资源生态安全的状态和问题。

目前土地资源生态安全评价指标体系研究尚属起步阶段，张建新［７］、汤洁［１０］基于Ｐ－Ｓ－Ｒ框架模型，从土地资源生态压力、土地资源生态状态和土地资源生态环境响应三方面进行指
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地理科学进展２５卷标筛选，构建了土地资源生态安全评价指标体系；刘勇［８］、高桂芹［９］则是从土地自然生态安全系统、土地经济生态安全系统和土地社会生态安全系统三个角度选取指标，构建了区域土地资源生态安全评价指标体系。

这些研究为区域土地资源生态安全评价指标体系的建立提供了一些思路和尝试。

值得注意的是，不同区域土地资源的自然条件和社会经济条件有所不同，其面临的生态威胁也不尽相同，例如山地丘陵地区土地资源最主要的生态威胁是水土流失，滨湖低洼地区土地资源最大生态威胁则是洪涝及土壤次生潜育化问题，而平原粮区土地资源最主要的生态安全问题是土壤污染等等，不同的生态安全问题对应的影响因素也不同，因此在建立区域土地资源生态安全评价指标体系时，应该针对区域特点，建立能够反映区域主要土地资源生态问题的指标体系。

２．２．２土地资源生态安全评价方法研究
定量测度土地资源生态安全状态和水平是土地资源生态安全研究的重要内容之一。

目前土地资源生态安全评价方法研究还处在实践和探索阶段，比较常用的方法有以下几种：（１）综合指数评价法。

综合指数评价法是目前应用较多的一种方法，首先筛选因子构建多指标的评价指标体系。

指标体系建立以后，应用层次分析法（ＡＨＰ）、专家打分法（Ｄｅｌｐｈｉ）等方法确定指标权重。

然后确定评价指标的标准值即判定安全阈值，设定评价等级准则。

通过数学计算得到区域土地资源生态安全的综合指数及安全等级。

其中指标安全阈值的确定是土地资源生态安全评价的一个关键问题，也是一个难点。

安全阈值的确定不仅影响着评价结果，还能起到预警控制的作用，一旦某些指标接近安全阈值的警戒线，即应及时采取相应的土地资源管理制度、法律、经济等措施改善这些指标的状态。

由于土地资源生态安全的评价标准具有相对性和发展性，不同时期或者不同国家和地区，其评价标准也会不同，这给土地资源生态安全评价指标安全阈值的确定带来困难。

（２）土地承载力分析法。

目前常用的是传统的土地资源承载力分析方法和近年来兴起的生态足迹法。

传统的土地资源承载力分析方法是将区域土地资源所能持续供养的人口数量，即土地资源人口承载量与现实人口数量相比较，如果承载量大于现实人口数量则判定土地资源处于安全状态，反之则不安全。

而近年来兴起的生态足迹分析法是把一定区域内的人口所消耗的所有资源和能源及吸收这些人口所生产的所有废弃物的量都相应地转化为一定的生物生产土地面积，比较土地生态系统所能提供的生态足迹即土地生态承载力和人类对生态足迹的需求，如果土地生态承载力大于人类对生态足迹的需求，则出现生态盈余，判定系统是安全的，如果土地生态承载力小于人类对生态足迹的需求，则出现生态赤字，判定系统是不安全的。

生态足迹的方法从一个新的角度阐释了人类及其发展与资源环境的关系，其定量化程度高，可用较少的因素定量测算生态承载力状况，但因无法考虑生态承载力复杂因素间的作用，同时单纯以人类对自然资源的占有与利用角度分析系统的承载力水平，因而难免有些缺憾［３０］。

（３）景观生态学方法。

景观生态学强调空间格局与生态过程以及生态功能之间的联系，景观结构、功能和变化是景观生态学关注的最基本的三个特征，景观生态学中的景观生态指数可以定量化描述这三方面特征，景观结构、功能与变化与土地资源利用的关系相当密切，土地资源的退化也必然会导致区域景观结构和功能的失调或退化，斑块－廊道－基质是景观
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的基本结构，土地利用单元也可以分为斑块、廊道和基质，其结构、功能、稳定性及抗干扰能力等直接影响到土地资源生态安全状态，因此，运用景观生态学中定量化的景观生态指数对土地资源生态安全状况进行评价也是一种值得探索的方法。

２．３土地资源生态安全设计
土地资源生态安全设计包括以生态安全为前提的土地利用结构优化和土地利用安全格局设计。

所谓土地利用结构是指各类型用地占本区总面积的百分比，而土地利用格局是指各类用地在空间上的分布与配置。

将生态安全作为土地利用规划以及土地资源配置的前提和目标是实现区域土地资源可持续利用的有效途径。

２．３．１面向生态的土地利用结构优化研究
以土地资源可持续利用为导向的区域土地利用结构优化研究中，生态因素已成为重要的约束条件和优化目标，生态安全的理念也开始在土地利用结构优化中得以体现。

ＤａｖｉｄＭａｋｏｗｓｋｉ［３１］以欧共体农用土地资源面临的最主要的污染问题为导向，以氮流失量最小为规划目标，建立了欧共体农业土地利用结构优化模型。

Ｓ．Ｈｅｒｒｍａｎｎ［３２］应用系统工程方法，以土壤肥力、地下水质量、地表水、群落生境和景观五方面选取指标作为生态约束条件，进行乡村土地利用结构优化设计。

结合土地资源可持续利用研究，我国学者也开始了面向生态的土地利用结构优化方法的探讨。

朱连奇［３３］应用线性规划模型，将林地面积达到７０％，农田绿化率面积达到８０％作为生态约束条件，建立了德化县农业用地结构优化模型。

姜炳三［３４］应用多目标规划模型，并以林地和草地不减少，植被覆盖率达到最大来作为生态约束条件，建立了浙南山区土地利用结构优化模式。

徐学选［３５］应用线性规划模型，以土壤侵蚀量作为生态约束条件，探讨了黄土丘陵区生态建设中农林牧土地结构优化模式。

林彰平［３６］针对生态脆弱的东北农牧交错带的主要生态问题，提出了生态安全条件下土地利用模式优化研究的概念框架，并采用灰色线性规划模型，以生态效益最佳为目标，探讨了以生态安全为目标的农牧交错带土地利用结构优化方法。

２．３．２土地利用安全格局研究
土地利用安全格局是近年来提出的新概念，是指能够满足和保障区域土地资源生态安全的土地利用格局。

不同的地区面临的主要生态问题不同，生态安全条件也不同，应该从区域实际生态问题角度出发，探讨土地利用安全格局的构建方法。

目前，国际上较多关注的是由化肥所造成的土地污染问题，并多以小流域为研究尺度，ＲａｌｆＳｅｐｐｅｌｔ［３７］以美国南部Ｈｕｎｔ－ｉｎｇＣｒｅｅｋ小流域为试区，以控制化肥引起的污染问题为目标，应用ＧＩＳ以及景观空间分异模型设计了土地利用空间配置方案和化肥施用量最大标准分布。

ＩａｎＡｌｌａｎ［３８］以保护区域水质为目标，应用ＧＩＳ和缓冲区设计方法，建立了小流域土地利用格局优化模型。

我国学者杨子生［３９］在针对山区土地资源面临水土流失严重的生态问题，设计了基于允许土壤流失量条件下的土地利用安全格局。

牛振国［４０］应用ＧＩＳ在对主要生态水文过程模拟的基础上，建立了土地利用最小耗费表面模型，为荒漠化地区土地利用安全格局设计提供新的思路。

张红旗［４１］针对红壤地区土壤侵蚀严重的问题，将ＧＩＳ技术与线性规划模型有效结合，通过限制某些可
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地理科学进展２５卷能加剧土壤侵蚀的农作物的空间配置来实现土地利用安全目标。

高清竹等［４２］针对黄河中游砒砂岩地区水土流失、干旱缺水等生态问题，运用多目标规划方法和ＧＩＳ手段，进行了丘陵沟壑区土地利用安全格局设计。

３总结与研究展望
综上所述，土地资源生态安全仍是一个较新的概念，土地资源生态安全研究目前还处于起步阶段，其研究方法和理论体系有待于进一步深入和完善。

笔者认为今后需要在以下几方面加强研究：
（１）将土地资源生态安全机理研究、土地资源生态安全评价和土地资源生态安全设计几部分研究内容整合起来进行综合研究，将成为区域土地资源生态安全研究的趋势。

笔者设计了土地资源生态安全综合研究的体系框架（如图２所示），即针对区域主要的土地生态问题，在系统分析土地利用／土地覆盖变化变化对土地资源生态安全影响机理研究基础上，构建土地资源生态安全评价指标体系，量化方法，构建区域土地资源生态安全数理评价模型和空间评价模型，确定安全等级标准，识别生态危机和生态安全的土地利用模式，对于低于安全标准的区域进行土地资源生态安全设计，得到生态安全条件下的土地利用结构优化方案和土地利用安全格局方案，并且输入评价模型进行检验，如果不符合标准则继续进行调整和优化，直到符合生态安全要求，即可实施方案，并综合运用行政、法律、经济等措施进行区域土
地资源生态安全维护与管理。

图２土地资源生态安全综合研究体系
Ｆｉｇ．２Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｏｆｌａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｅｃｏｓｅｃｕｒｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈ
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（２）土地资源生态安全评价研究尚处于起步阶段，评价指标体系的建立特别是评价指标生态安全阈值的确定仍是具有探索性的工作。

从评价方法上看，目前定量化的数理评价模型较多，空间评价模型较少，并且以静态评价为主，缺少动态评价方法。

因此，未来土地资源生态安全评价研究应加强探讨如何将数理模型与ＲＳ、ＧＩＳ技术相结合，构建土地资源生态安全空间评价模型，作为土地利用安全格局设计的基础和检验模型。

土地资源生态安全具有阶段性和动态性特点，区域土地资源生态安全不仅体现在某个时间点上的状态，还与其变化趋势密切相关，只有对其状态及趋势综合分析，才能对区域土地资源生态安全水平作出客观评价，因此在静态评价的基础上，还应深入探讨土地资源生态安全动态评价方法，对于及时了解区域土地资源生态安全状态及变化趋势，并及时发现土地资源生态安全问题有着重要的现实意义。

（３）土地资源生态安全设计是生态脆弱区土地生态恢复与重建，实现区域土地资源可持续利用的有效途径，由当前的研究进展来看，以生态安全为导向，进行土地利用结构优化和土地利用安全格局设计是当前的研究热点，利用系统工程方法进行土地利用结构优化，并与ＧＩＳ技术手段相结合构建土地利用安全格局，是土地资源生态安全设计的主要趋势。

但土地利用结构优化模型中生态安全标准的量化仍是一项具有探索性的工作，如何通过目标函数或约束条件的设定体现生态安全的目标仍是今后的研究重点。

生态安全研究的对象具有特定性和针对性，不同区域或者同一区域不同时代其标准也有不同。

因此整合土地资源生态安全影响机理及土地资源生态安全评价研究成果，量化土地资源生态安全指标标准，对于提高土地利用结构优化模型的科学性和合理性有着重要的意义，这也将是未来可持续土地利用研究的前沿。

另外，基于ＧＩＳ技术的土地利用安全格局的设计方法探讨是当前的又一前沿课题，其理论、方法及案例研究都有待于进一步深入和完善，景观生态学方法强调空间格局与生态过程，已被引入生物多样性保护的安全格局设计研究中［４３，４４］，针对土地资源生态安全问题，并借鉴景观生态学的研究方法，进行土地利用格局的优化设计，通过格局的优化对生态过程进行调控，控制水土流失、面源污染等生态问题，是区域土地利用安全格局设计的一个新方向。

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