張 琨，林乃峰，徐德琳，于丹丹，鄒長新

環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210042)

目前，中國正處于生態(tài)文明建設進程中，保障國家生態(tài)安全是推進生態(tài)文明建設的重要環(huán)節(jié)。學術(shù)界也以生態(tài)安全為核心開展了一系列研究，針對生態(tài)安全的概念內(nèi)涵、評估框架、管控途徑等方面進行了有益探索[1]。該研究綜合我國生態(tài)安全研究的最新進展，梳理近年來的生態(tài)安全保障政策與措施，在此基礎上對我國生態(tài)安全模型研究與管理情況進行評述，以期為未來生態(tài)環(huán)境的深入研究和有效管理提供參考。

1 生態(tài)安全的概念與內(nèi)涵

生態(tài)安全的概念總體分為狹義和廣義2類。狹義理解認為生態(tài)安全指自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)自身的安全，反映的是生態(tài)系統(tǒng)的完整程度和健康水平；廣義理解認為生態(tài)安全指人類的生活、健康、安樂、基本權(quán)利、生活保障來源、必要資源、社會秩序以及環(huán)境變化適應能力等方面不受威脅的狀態(tài)，包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟生態(tài)安全和社會生態(tài)安全3個方面[2]?？梢钥闯?，狹義概念是基于生態(tài)系統(tǒng)自身特性所提出；廣義概念則是從人類生存與發(fā)展的角度出發(fā)提出，將生態(tài)安全看作是社會、經(jīng)濟和環(huán)境三者耦合的結(jié)果。在生態(tài)環(huán)境規(guī)劃管理中，需要實現(xiàn)社會發(fā)展與環(huán)境保護的統(tǒng)籌兼顧，因此學術(shù)界和管理者對廣義概念的接受程度更高。

生態(tài)安全涉及多個因素的交互作用，具有以下內(nèi)涵：(1)綜合性。生態(tài)安全是一個高度綜合的概念，涵蓋社會、經(jīng)濟、生態(tài)等多個方面，單就生態(tài)方面而言又包含山水林田湖草等多個要素。維護生態(tài)安全需要統(tǒng)籌陸域和海域、開發(fā)與保護、政策制定者與利益相關(guān)方等復雜的關(guān)系。(2)異質(zhì)性。生態(tài)安全具有明顯的時空異質(zhì)性特征。在空間上，由于自然條件、發(fā)展程度等因素的差異，不同地區(qū)的生態(tài)安全面臨不同的干擾因素，如內(nèi)蒙古高原受到土地沙化的影響，京津冀地區(qū)則受到大氣污染的干擾。另一方面，生態(tài)安全在時間上也表現(xiàn)為復雜的動態(tài)過程。隨著時間的變化，生態(tài)安全水平可能因人類活動和自然災害而減弱，也可能因生態(tài)恢復而增強。(3)以人為本。生態(tài)安全是基于人類視角所提出的概念。保障生態(tài)安全并不是以社會經(jīng)濟發(fā)展的停滯為代價，而是以生態(tài)系統(tǒng)滿足人類生存發(fā)展的基本資源需求為前提。

2 生態(tài)安全評估模型

2.1 壓力-狀態(tài)-響應(pressure-state-response, PSR)模型

PSR模型是目前應用最廣泛的評估模型。模型中，壓力指影響生態(tài)安全的因素；狀態(tài)指生態(tài)環(huán)境在壓力影響下的表現(xiàn)；響應指對壓力和狀態(tài)所采取的應對措施(圖1)。PSR模型能夠較好地反映外部干擾與環(huán)境變化之間的因果關(guān)系，具有較高的拓展性。在省級尺度上，趙宏波等[3]將PSR模型與變權(quán)-物元分析模型相結(jié)合，對吉林省生態(tài)安全進行定量評估，發(fā)現(xiàn)1991—2011年吉林省生態(tài)安全逐漸增強，但仍需注意化肥施用、城鎮(zhèn)化、水資源消耗等對生態(tài)安全的潛在威脅。在市級尺度，SU等[4]將突變理論整合進PSR模型，降低了評估模型的主觀性和不確定性，在此基礎上開展1999—2008年上海市生態(tài)安全評估，揭示了上海市生態(tài)安全水平的降低趨勢。為了更精確地刻畫經(jīng)濟-社會-環(huán)境耦合系統(tǒng)，科學家對PSR模型進行了一系列改進，其中驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(DPSIR)模型最具代表性。DPSIR模型在PSR模型的基礎上增加了驅(qū)動力和影響2個部分，對模型的邏輯框架進行完善(圖1)。周彬等[5]基于DPSIR模型分析2000—2012年舟山群島生態(tài)安全演變，反映出舟山群島生態(tài)安全水平的提升。

PSR系列模型能夠較好地表現(xiàn)社會-經(jīng)濟-環(huán)境耦合關(guān)系，識別生態(tài)安全變化的主要驅(qū)動因素。但是該模型也存在一定的局限：一方面，在模型構(gòu)建過程中，指標選擇和權(quán)重確定等環(huán)節(jié)比較依賴研究者的個人經(jīng)驗，主觀性較強；另一方面，在空間大尺度研究中，不同區(qū)域自然稟賦和發(fā)展水平可能存在較大差異，一套靜態(tài)的評估體系難以有效匹配研究區(qū)實際情況。因此，有必要在未來的研究中探索基于PSR模型的生態(tài)安全動態(tài)評估體系構(gòu)建。

實線為PSR模型，虛線為DPSIR模型。

2.2 生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡模型能夠直接分析特定區(qū)域的生物生產(chǎn)力占用程度，判斷區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)承載力的關(guān)系，因此被引入生態(tài)安全評估領域(圖2)。CHU等[6]利用生態(tài)足跡方法開展1995—2010年京津冀地區(qū)生態(tài)安全評估，結(jié)果表明京津冀地區(qū)總體上存在較大的生態(tài)赤字，生態(tài)安全格局有待增強。魏黎靈等[7]采用基于凈初級生產(chǎn)力的生態(tài)足跡法開展了閩三角城市群生態(tài)安全評價，結(jié)果顯示2010年以來閩三角城市群生態(tài)足跡快速增長，區(qū)域生態(tài)安全有待加強。YANG等[8]從能值-生態(tài)足跡的角度對中國諸省2006—2015年生態(tài)安全水平進行研究，發(fā)現(xiàn)中國經(jīng)濟發(fā)達省份普遍存在生態(tài)赤字，西部地區(qū)的生態(tài)安全水平總體高于中東部地區(qū)，指出化石燃料消耗是影響生態(tài)安全的重要因素。生態(tài)足跡模型能夠從資源供需的角度出發(fā)，有效表征人類生存發(fā)展給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力，結(jié)果較為直觀。但是該模型僅能支持區(qū)域生態(tài)安全的總體評估，難以刻畫生態(tài)安全水平的空間異質(zhì)性特征。另一方面，該模型在計算過程中涉及糧食、木材、燃料等多種消費產(chǎn)品，對數(shù)據(jù)收集工作的要求較高。

圖2 生態(tài)足跡模型框架Fig.2 The framework of the ecological footprint model

2.3 景觀生態(tài)學模型

景觀生態(tài)學能夠為生態(tài)系統(tǒng)功能的多尺度研究提供等級性和集成性的生態(tài)學基礎，并為社會經(jīng)濟格局對區(qū)域可持續(xù)性的影響研究提供支持。近年來，科學家嘗試將景觀生態(tài)學的指標、模型及方法應用于生態(tài)安全評估(圖3)。YU等[9]以長春市城郊耕地為研究目標，從耕地景觀自身特征及其與周邊景觀的交互作用2個方面入手開展景觀生態(tài)安全評價，發(fā)現(xiàn)耕地景觀生態(tài)安全水平有降低趨勢,快速城市化進程對生態(tài)安全有顯著影響。XU等[10]基于景觀指標構(gòu)建景觀干擾指數(shù)和景觀脆弱性指數(shù)進行江蘇省濱岸帶生態(tài)安全評估，結(jié)果顯示當?shù)厣鷳B(tài)安全受到土地利用變化的顯著影響，至少需要34 a才能重新實現(xiàn)平衡。景觀生態(tài)學模型能夠較好地反映景觀格局的時空變化，適于在較大空間尺度上開展生態(tài)安全評估。但是該類模型在應用中側(cè)重于格局分析，對影響格局的生態(tài)學過程關(guān)注不足，難以有效追蹤主要影響因素。此外，還需要重視尺度效應對景觀指數(shù)的影響。

圖3 景觀生態(tài)學模型框架Fig.3 The framework of the landscape ecology model

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務模型

生態(tài)系統(tǒng)服務模型能夠基于人類福祉的視角將生態(tài)產(chǎn)品進行量化，可以滿足生態(tài)安全評估的需求。部分主要生態(tài)系統(tǒng)服務的計算模型如表1所示。

表1 主要生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型[11]Table 1 Assessment models of main types of ecosystem service

近年來，生態(tài)系統(tǒng)服務模型被引入生態(tài)安全評估。任志遠等[12]指出基于生態(tài)系統(tǒng)服務的計算方法能夠有效降低傳統(tǒng)評估模型中權(quán)重賦值環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不確定性，結(jié)果現(xiàn)勢性更強，時空分辨率更高。吳健生等[13]基于研究區(qū)(重慶)實際分析主要生態(tài)系統(tǒng)服務的空間聚集特征，在柵格尺度完成了生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間重構(gòu)，將其作為區(qū)域生態(tài)安全優(yōu)化的基礎。黃智洵等[14]分析了閩三角城市群的生態(tài)系統(tǒng)服務供求關(guān)系，為區(qū)域生態(tài)安全格局的差異化管理提供參考。生態(tài)系統(tǒng)服務模型易于開展生態(tài)安全的空間分析及制圖，能夠刻畫生態(tài)安全分布格局的精細特征，表現(xiàn)生態(tài)安全水平的空間異質(zhì)性。但是，該模型生態(tài)產(chǎn)品價值化過程的經(jīng)濟學依據(jù)不足，對生態(tài)安全變化的作用機理及主導因素的分析也有待進一步提高。

2.5 生態(tài)安全預警

生態(tài)安全預警指對區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護的失調(diào)程度、資源開發(fā)強度超過生態(tài)承載力的程度、生態(tài)環(huán)境的惡化趨勢等進行預測和警告[15]。生態(tài)安全預警是基于生態(tài)承載力和區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，采用恰當?shù)哪Ｐ蛯ξ磥戆l(fā)展進行合理推測。我國學者對生態(tài)安全預警的關(guān)鍵作用有著充分的認識。在理論探索的同時，我國學者也在多個領域開展了生態(tài)安全預警實踐。胡寶清等[16]從發(fā)生條件和破壞程度兩方面入手，針對喀斯特石漠化災害構(gòu)建了多層次評估預警指標體系。宋豫秦等[17]對我國荒漠化預警方法進行梳理，分析整合荒漠化過程中的各種反饋機制以及人為壓力，構(gòu)建可操作性較強的荒漠化預警體系。汪紅軍等[18]對水環(huán)境安全預警系統(tǒng)進行分析，建議整合水質(zhì)預警體系和生物預警體系，構(gòu)建高精度的水環(huán)境安全預警系統(tǒng)。但當前生態(tài)安全預警研究主要集中于專題預警。建議未來統(tǒng)籌考慮各方面因素，圍繞區(qū)域生態(tài)安全綜合預警體系的構(gòu)建開展相關(guān)研究(圖4)。

3 生態(tài)安全管理措施

3.1 生態(tài)安全保障政策

20世紀90年代以來，中國政府將生態(tài)安全列為重點關(guān)注問題，發(fā)布了一系列政策保障國家生態(tài)安全。2000年12月發(fā)布的《全國生態(tài)環(huán)境保護綱要》將維護國家生態(tài)環(huán)境安全明確列為全國生態(tài)環(huán)境保護的目標[19]。2003年發(fā)布的《中國21世紀初可持續(xù)發(fā)展行動綱要》再一次重申了中國政府確保國土生態(tài)安全的決心。2008年7月發(fā)布的《全國生態(tài)功能區(qū)劃》劃分了50個國家重要生態(tài)功能區(qū)(2015年經(jīng)修編增至63個)，標志著生態(tài)保護由經(jīng)驗性管理向科學性管理轉(zhuǎn)型。同年9月《全國生態(tài)脆弱區(qū)保護規(guī)劃綱要》明確了全國8個生態(tài)脆弱區(qū)的空間范圍及各自相應的保護措施。2011年發(fā)布的《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》對我國以“兩屏三帶”為主體的生態(tài)安全戰(zhàn)略格局進行了系統(tǒng)性闡述。2014年，生態(tài)安全被納入總體國家安全觀體系，上升到事關(guān)國家安全大局的重要地位。2016年公布的《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》以及2017年公布的《全國國土規(guī)劃綱要(2016—2030年)》均強調(diào)了國家生態(tài)安全屏障建設，體現(xiàn)了生態(tài)安全保障政策的延續(xù)性和一致性。

圖4 區(qū)域生態(tài)安全綜合預警模型框架Fig.4 The framework of the comprehensive early-warning model of regional ecological security

3.2 生態(tài)環(huán)境治理措施

近年來，中國采取了一系列措施加強生態(tài)環(huán)境治理，推動受損生態(tài)系統(tǒng)恢復，改善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，以期增強生態(tài)安全的基礎。

3.2.1生態(tài)恢復工程

三北防護林工程：1978年，三北防護林工程啟動，規(guī)劃實施年限為1978—2050年，分為三個階段、八期工程實施，計劃造林約3 560萬hm2。經(jīng)過30余年的建設，工程區(qū)森林覆蓋率總體提高4.46%，水土流失和土地沙化得到明顯控制。2011年起，三北防護林建設進入第二階段五期工程，范圍覆蓋我國13個省(市、區(qū))的600個縣，面積395.25萬km2。

天然林資源保護工程：2000年，天然林資源保護工程啟動實施。一期工程實施時段為2000—2010年，總投資1 186億元，工程區(qū)森林面積凈增約1 000萬hm2，森林覆蓋率顯著增加，森林生態(tài)系統(tǒng)功能明顯增強，水土流失強度和面積大幅降低。2011年起，天然林資源保護二期工程(2011—2020年)啟動，工程范圍和投資規(guī)模均有所提升。

退耕還林工程：退耕還林工程是發(fā)展中國家規(guī)模最大的生態(tài)恢復項目[20]。工程涉及陜西省、山西省等25個省(市、區(qū))1 897個縣(市、區(qū)、旗)。工程目標是對水土流失嚴重、產(chǎn)量低而不穩(wěn)的丘陵區(qū)坡耕地和平原區(qū)沙化耕地進行生態(tài)恢復，宜林則林，宜草則草，因地制宜進行綜合治理。至2012年，退耕還林工程實現(xiàn)造林約2 940萬hm2，其中退耕造林926萬hm2，使得工程區(qū)的植被覆蓋度和生態(tài)系統(tǒng)服務得到了顯著提升[21-22]。新一輪造林已于2014年啟動，重點落實25°以上陡坡耕地、重點地區(qū)的嚴重沙化耕地、重要水源地坡耕地以及西部地區(qū)實施生態(tài)移民的騰退耕地等目標的生態(tài)恢復情況。

除上述國家尺度的大規(guī)模生態(tài)恢復工程之外，中國還在部分生態(tài)環(huán)境脆弱性高、土地退化風險大的地區(qū)，基于當?shù)刂饕鷳B(tài)問題設立地區(qū)性生態(tài)恢復項目，如長江流域防護林體系工程、京津風沙源治理工程等，作為國家層面大規(guī)模生態(tài)恢復工程的輔助和補充(表2)。目前，我國已基本構(gòu)建起一套內(nèi)容豐富、保障有力的生態(tài)恢復體系?？傮w規(guī)劃、綜合治理、全面推進、國家主導的生態(tài)恢復模式已經(jīng)成為中國生態(tài)恢復的主要特征[23]。

表2 中國主要地區(qū)性生態(tài)恢復工程[23]Table 2 The main regional ecological restoration programs in China

3.2.2生態(tài)保護紅線

生態(tài)保護紅線指在生態(tài)空間范圍內(nèi)具有特殊重要生態(tài)功能、必須強制性嚴格保護的區(qū)域，通常包括具有重要水源涵養(yǎng)、生物多樣性維護、水土保持、防風固沙、海岸生態(tài)穩(wěn)定等功能的生態(tài)功能重要區(qū)域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、鹽漬化等生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域。生態(tài)保護紅線是國土空間“三條控制線”(生態(tài)保護紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界)之一，是國家層面構(gòu)建生態(tài)安全保障體系的重大舉措，也是提升生態(tài)保護管理成效的制度創(chuàng)新，體現(xiàn)了在環(huán)境管理領域以國家意志推進生態(tài)保護的導向[24-26]。劃定生態(tài)保護紅線，旨在實現(xiàn)以下幾方面的目標：保護生態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)生區(qū)域和輸送途徑，保障優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品供給；約束人類活動對水土流失區(qū)、土地沙化區(qū)、石漠化區(qū)等生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域的擾動，保障人居環(huán)境安全；擴展動植物保護范圍，提高棲息地連通性，加強生物多樣性保護。生態(tài)保護紅線于2011年正式提出，2013年被列入生態(tài)文明建設重要內(nèi)容，2017年劃定工作在全國范圍內(nèi)全面展開。目前，京津冀3省(市)、長江經(jīng)濟帶11省(市)和寧夏共15個省(市、區(qū))已經(jīng)完成生態(tài)保護紅線劃定，總面積約為61萬km2，其余省份的劃定工作預計在2020年底前完成。生態(tài)保護紅線在國土空間中所占比例預計不低于25%。

3.2.3保護區(qū)巡查

自然保護區(qū)是我國保護珍稀物種資源的重要措施，也是國家生態(tài)安全保障體系中不可或缺的組成部分。但是，近年來自然保護區(qū)卻面臨人類開發(fā)建設活動的侵占和干擾?；诖耍?017年7—12月我國政府開展“綠盾2017”行動，對全國446處國家級自然保護區(qū)的違法違規(guī)問題進行排查整頓。行動的內(nèi)容可以大致概括為3個方面：排查并整治影響自然保護區(qū)的違法違規(guī)問題；監(jiān)督檢查已發(fā)現(xiàn)問題的整改進度；清理不符合要求的涉自然保護區(qū)地方法規(guī)政策?！熬G盾2017”是中國首次實現(xiàn)全國尺度全覆蓋性的保護區(qū)巡查，也是中國建立自然保護區(qū)以來，檢查范圍最廣、查處問題最多、整改力度最大、追責問責最嚴的一次行動。此次行動共關(guān)停取締企業(yè)2 460多家，強制拆除違法違規(guī)建筑設施590多萬m2，有效遏制了資源開采、水電開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)等活動對保護區(qū)的破壞，促進了保護區(qū)監(jiān)管水平的提升，鞏固了我國生態(tài)安全的基礎。

2018年8—9月，“綠盾2018”行動在全國范圍內(nèi)啟動實施?！熬G盾2018”行動在繼續(xù)覆蓋全部國家級自然保護區(qū)的同時，將847個省級自然保護區(qū)也納入整治范疇。此次行動進一步突出問題導向，一方面檢查“綠盾2017”行動所發(fā)現(xiàn)問題的整改情況，另一方面繼續(xù)排查自然保護區(qū)存在的問題和管理短板，體現(xiàn)了中國在提升自然保護區(qū)管理、加強生態(tài)安全保障方面的堅決性和延續(xù)性。

4 未來發(fā)展展望

我國的生態(tài)安全評估模型研究取得了豐碩成果，生態(tài)管理也取得了明顯成效。但是，相關(guān)領域的理論和實踐仍存在進一步提升的空間。

對生態(tài)安全評估模型而言，目前得到應用的模型存在一定的共性局限，僅能對生態(tài)安全進行整體評估，為生態(tài)管理提供宏觀、意向性的建議，對生態(tài)安全變化的驅(qū)動機制和演變過程分析仍顯不足。未來的研究可以重點關(guān)注以下方面：(1)評估單元的空間匹配。生態(tài)安全評估涉及生態(tài)演替和社會經(jīng)濟變化2個方面，但兩者在空間上往往并不一致?？臻g插值是處理此問題的常用方法，但其不確定性會影響評估結(jié)果。因此，需要構(gòu)建恰當?shù)脑u估模型，實現(xiàn)生態(tài)演替與社會經(jīng)濟變化在空間上的有機整合。(2)基于動態(tài)視角構(gòu)建生態(tài)安全評估模型，明確生態(tài)安全的演變過程并識別主要影響因素。在未來的研究中，可以考慮基于“格局-過程-功能”的思路開展生態(tài)安全評估，通過格局分析識別生態(tài)安全的變化區(qū)域和重點區(qū)域，基于過程解析篩選影響生態(tài)安全的限制性因素，圍繞生態(tài)功能提升設計生態(tài)管理與保護措施。

對生態(tài)管理而言，未來對于生態(tài)安全的維護可以著重加強以下幾方面：(1)防控潛在風險。一方面，大規(guī)模引入的外來物種(如黃土高原退耕還林引入的刺槐)與恢復地自然條件不匹配，繼而威脅區(qū)域生態(tài)安全；另一方面，生態(tài)保護與恢復可能與利益相關(guān)方產(chǎn)生沖突，成為潛在風險的又一來源。因此，需要加強生態(tài)保護與管理的科學規(guī)劃以及物資保障。(2)融合新興技術(shù)。在生態(tài)管理過程中引入大數(shù)據(jù)、無人機遙感等新興技術(shù)和設備，提高生態(tài)監(jiān)測精度。(3)以生態(tài)功能為導向?qū)嵤┚C合管理。推動生態(tài)管理由專項管理向綜合管理轉(zhuǎn)型，以提升生態(tài)功能為核心對生態(tài)管理措施進行頂層設計和系統(tǒng)推進，促進區(qū)域生態(tài)安全的全面穩(wěn)定提升。