城市(乡)生态安全格局评估

一．生态安全格局概念

20世纪80年代以来,生态安全成为环境研究的重要组成部分,日益受到国际组织和各国政府普遍关注(Ullman Richard H,1983; Westing A.H,1989;;Rapport D,1998; Junfang Huang,2007;Michael Trepel,2010),目前已成为生态研究的前沿和热点课题。从总体上说，近几年国内外在生态安全方面研究的广度和深度都有了很大提高,主要围绕生态安全的概念及生态安全与国家安全1(Westing A.H,1989)、民族问题、军事战略、可持续发展和全球化的相互关系而展开(崔胜辉,2005)。

（一）生态安全概念及研究进展

目前国际上尚无公认的关于生态安全的定义。生态安全(ecological security )，国外有的也称环境安全(environmental security),有广义和狭义的两种理解。前者以美国国际应用系统分析研究所(IASA ,1989 )提出的定义为代表:生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，通常认为，功能正常的生态系统可称为健康系统它是稳定的和可持续的，在时间上能够维持它的组织结构和自治，以及保持对胁迫的恢复力(肖笃宁,2002)。

生态安全的研究最早是从对“安全”定义的扩展开始，主要围绕着“环境变化”和“安全”之间的关系展开的，并分为四个阶段(崔胜辉,2005)：安全定义的扩展；环境变化与安全的经验性研究；环境变化与安全的综合性研究；环境变化与安全内在关系研究。

（二）生态安全格局概念及研究进展

从不同的理论角度出发，对生态安全格局( ecological security pattern,简称ESP)的定义存在不同的理解，例如从地理学理论角度出发的土地利用结构优化配置(张虹波,2006)，从景观生态学理论角度出发的景观格局优化(韩文权,2005)等，这些概念多以单一学科的理论和方法进行分析，而缺乏学科之间的交流和综合(刘洋,2010)。

马克明等研究者(2004)提出区域生态安全格局( the regional pattern for ecological security )的概念，弥补了以上不足，将其定义为针对区域生态环境问题，在干扰排除的基础上，能够保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性、实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善的区域性空间格局。

1International Human Dimension Program on Global Environmental Change Report No. 11:GECHS Science Plan. Bonn, Germany .June 1999

区域生态安全格局概念的提出是对景观安全格局研究的发展，适应了生物保护和生态恢复研究的发展需求。区域生态安全格局研究基于格局与过程相互作用的原理寻求解决区域生态环境问题的对策，但是，它更强调区域尺度生态环境问题的发生与作用机制(俞孔坚,1999)。二．城市（乡）生态安全格局评估

（一）评估尺度

对生态安全的研究可包括不同的尺度，包括时间尺度和空间尺度。目前中国生态安全评价已呈现出以空间尺度为主流，时间尺度为支流，区域生态安全评价为核心，流域、国家安全评价辅之的研究格局(蔡崇玺,2010)。

1.时间尺度

生态安全格局在时间尺度的研究主要集中在中短期(郭斌,2010;李宗尧,2007; 张军,2008)，覃玲玲(2007)等人对南宁生态安全的现状和发展趋势做出了评价根据计算结果，南宁近十年的生态安全水平总体呈上升趋势。李月辉等人分析了沈阳市1956-2004年6个时期(1956、1976、1987、1994、2001、2004)市区空间扩展规律及其原因，选择主要生态控制因子，将城市拓展区分为优先发展、适合发展、限制发展和严禁发展4个等级，最终形成生态安全格局，揭示了生态安全保障下城市空间扩展的趋势和方向(李月辉,2007)。较长时间上，有学者研究了近百年北京城市生态安全格局的变迁(方修琦，2002)。

2.空间尺度

生态安全的空间尺度概念，必须考虑空间尺度的边界。自然生态方面从个体、种群到生态系统，人类生态方面从社区、地方到国家。生态安全问题如洪涝灾害、沙尘暴、水土流失等大多数属于区域尺度，可按地理区(流域)、生态区或行政区进行研究(姚解生, 2007)。

一国生态安全包括一国范围内的环境安全、资源安全、生物安全、食物安全、人类健康乃至产业企业、人文生态系统的安全(王权典,2003)。自然体系的生态安全的空间大小是以自然生态系统为边界的。人类社会体系的生态安全的空间大小更多是以行政区域为边界的。从村一镇一县一市一国家一跨国一全球，形成不同的空间尺度范围(彭少麟,2004)。

国家尺度上的生态安全评估逐步受到重视，但由于研究起步较晚，相关文献、研究成果较少。吴迪等人(2003)重点对生态安全与国上安全、经济安全以及人群健康质量等之间的关系展开论述，同时指出了我国生态安全现存的主要问题及发展前景。

（二）评估方法与模型

科技的发展和人口的激增使人类以空前的规模影响着自然生态系统，使得现在的很多生态问题如人气污染、上地的沙漠化和盐碱化都带有区域性特征;随着研究尺度的增人，风险

源与环境之间的暴露-反应关系越来越难以确定;由于尺度的不可推绎性，不能轻易地将小尺度上的研究结论推至人尺度上;上述客观事实要求在研究生态安全过程中需要充分发挥模型的作用(肖笃宁，2002)。模型在生态安全研究中具有预测(Prediction)、解释(Explanation)和推断( Extrapolation)功能(Norton SB,1992)。

1. 临界指标综合评判法

在生态安全或生态健康定量评价中，运用较为广泛的简易方法就是临界指标综合评判法(Kwak S J,2002; 赵士洞,2001)。沈兴菊(2005)利用层次分析法对重庆市农业进行了生态安全综合评价。吴开亚等人(2004)将灰关联方法应用于生态安全评价，分别建立了生态安全评价的参考序列、比较序列和评判等级。以安徽省17个地级市为例，通过计算确定其生态安全等级，直观地得出各区域的生态安全状况。

2. 景观生态学方法

景观生态学方法是借助空间结构分析及功能与稳定性分析来进行。景观的功能和稳定性分析包括组成因子的生态适宜性分析，生物的恢复能力分析，系统的抗干扰或抗退化能力分析，种群源的持久性和可达性分析。刘世梁(2006)等对黄土高原过渡区土地生态安全的景观生态分析。

3. 生态承载力法

生态承载力法以状态空间法作为研究区域承载力的基本方法，在此基础上辅以评价指标体系和系统动力学模型等定量方法，进行区域生态安全承载力与状况的现状分析、动态模拟及趋势预测。目前以生态足迹法和能值分析方法最具代表性(Cuadra M,2005; 任志远,2003)。4系统动力学模型(SD)

系统动力学模型(system dynamic, SD)是建立在控制论、系统论和信息论基础上的一种动力学模型，其突出特点是能够反映复杂系统结构、功能与动态行为之间的相互作用关系，通过反馈机制，考察系统在不同情景下的变化行为和趋势。己有的研究工作表明，SD模型能够从宏观上反映土地利用系统的复杂行为，可用来模拟不同情景的土地利用(刘洋,2010)。涂小松(2009)运用SD原理探讨了在经济发展优先和生态保护优先两种情景下，江苏省无锡市的土地资源优化配置。杨莉(2009)建立了SD模型，对黔西县土地利用结构数量变化进行仿真模拟。

5. GM (1,1)预测模型

灰色数列预测中最常用的是GM (1,1)模型，该模型是微分回归分析的一个特例：以指数形式为基础，以一次累加数据作为原始数据，以初始观测值为准确定积分常数。该法将杂