劉國(guó)華
中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085
西南生態(tài)安全格局形成機(jī)制及演變機(jī)理
劉國(guó)華*
中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085
我國(guó)西南地區(qū)地形地貌復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)多樣,生物多樣性豐富,是研究地表復(fù)雜過(guò)程與生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的關(guān)鍵區(qū)域,也是我國(guó)重要的生態(tài)屏障區(qū)。但是同時(shí)該區(qū)域環(huán)境復(fù)雜、生態(tài)脆弱、災(zāi)害嚴(yán)重,在全球氣候變化背景下,人類(lèi)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題比較突出,同時(shí)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展地域分異大。突出表現(xiàn)在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損,區(qū)域生態(tài)安全水平降低。如何維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。針對(duì)生態(tài)安全問(wèn)題,我國(guó)已開(kāi)展生態(tài)區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)劃和生態(tài)紅線(xiàn)等工作,但在生態(tài)安全格局的形成機(jī)制、與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合關(guān)系、人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)生態(tài)安全格局影響及其適應(yīng)、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面需要加強(qiáng)深入研究,在我國(guó)西南地區(qū)的開(kāi)展研究西南生態(tài)安全格局形成機(jī)制及演變機(jī)理具有典型性、代表性與緊迫性。
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);生態(tài)安全;生態(tài)安全格局;西南地區(qū)
人類(lèi)活動(dòng)以前所未有的規(guī)模和速度改變著生存環(huán)境,全球性的氣候變化及生物多樣性的銳減等直接關(guān)系到人類(lèi)本身安全的生態(tài)問(wèn)題一次次向人類(lèi)敲響警鐘,而經(jīng)濟(jì)的全球化使資源、環(huán)境和生態(tài)安全正快速滲入到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全等各個(gè)層面。
我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度增加所導(dǎo)致的各種生態(tài)問(wèn)題日益嚴(yán)重,生態(tài)安全問(wèn)題也日益受到中央政府和各部門(mén)以及學(xué)者的關(guān)注[1-2]。生態(tài)安全涉及到國(guó)土安全、環(huán)境安全、生物安全、水安全、食物安全、人類(lèi)安全和社會(huì)安全等多方面[3]。從生態(tài)安全研究?jī)?nèi)涵來(lái)說(shuō),它包含了狹義和廣義兩方面的定義,狹義的定義從自然本身的角度出發(fā),是指生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康以維持生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的狀態(tài)和能力。而廣義的定義是從人類(lèi)的角度出發(fā),是指在生態(tài)環(huán)境條件與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以有效支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安定、保障人民生活和健康不受生態(tài)破壞損害的狀態(tài)與能力[4]。
西南地區(qū)是我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,生物多樣性和水資源等自然資源最為豐富的地區(qū)之一,也是我國(guó)長(zhǎng)江流域、珠江流域以及西南諸河的源頭及上游區(qū),對(duì)于維系我國(guó)華東、華南乃至東南亞的生態(tài)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全起著重要的作用,是我國(guó)重要的生態(tài)屏障區(qū)。然而該地區(qū)由于地處我國(guó)第一和第二階梯上,地貌類(lèi)型復(fù)雜、分布著高原、高山峽谷、喀斯特地貌等,也是我國(guó)生態(tài)極為敏感和脆弱的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)是我國(guó)少數(shù)民族和貧困人口集中分布的區(qū)域,長(zhǎng)期而強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)對(duì)原生生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)嚴(yán)重下降,引起了石漠化、水土流失等一系列生態(tài)問(wèn)題的發(fā)生,導(dǎo)致其生態(tài)屏障作用不斷被削弱,從而對(duì)區(qū)域生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。
目前,在氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)政策等因素的影響下,該區(qū)的生態(tài)安全問(wèn)題受到廣泛關(guān)注,如何維持生態(tài)安全水平,提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益,構(gòu)建生態(tài)安全體系和推動(dòng)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面需要加強(qiáng)深入研究。這就需要深入闡明西南生態(tài)格局形成機(jī)制及演變機(jī)理等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,探討生態(tài)安全格局判別和構(gòu)建的技術(shù),研究區(qū)域生態(tài)安全格局維護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的耦合機(jī)制。
1.1 研究的熱點(diǎn)和前沿
20世紀(jì)80年代以來(lái),各國(guó)科學(xué)家逐步認(rèn)識(shí)到大尺度上生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的重要性,并利用地理信息系統(tǒng)與遙感等手段開(kāi)展格局變化與生態(tài)效應(yīng)等研究,同時(shí),生態(tài)安全的內(nèi)在機(jī)理和保護(hù)策略等收到逐步受到關(guān)注。一直以來(lái),國(guó)際上對(duì)生態(tài)安全的研究以自然生態(tài)系統(tǒng)為主,并逐步向社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合方面發(fā)展,尤其重視對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及生態(tài)安全政策方面的研究。
國(guó)際上有關(guān)生態(tài)安全的研究主要集中在自然生態(tài)系統(tǒng)的研究方面,重點(diǎn)關(guān)注的是棲息地的安全、生物多樣性保護(hù)的安全等,并在該方面取得了一系列的成果,此外,也從生態(tài)區(qū)劃的角度入手,注重國(guó)家尺度上的生態(tài)整體規(guī)劃,尤其是關(guān)注國(guó)家或區(qū)域尺度上重要生態(tài)區(qū)的生態(tài)保護(hù)與管理[5],并從一些案例上加強(qiáng)對(duì)生物多樣性保護(hù)中生態(tài)安全格局構(gòu)建的研究。在耦合人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面,隨著對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估和研究的興起,逐漸關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供持續(xù)產(chǎn)品服務(wù)的能力和安全[6],將自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)聯(lián),特別是近年來(lái),更加注重在政策方面的研究,為決策者提供依據(jù)。
從研究尺度上,從小尺度向流域、區(qū)域乃至國(guó)家尺度上擴(kuò)展。從研究方法上來(lái)看,區(qū)域針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定量化、空間化方法模型開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡和調(diào)控,分析人類(lèi)活動(dòng)等對(duì)生態(tài)安全的影響評(píng)價(jià)模型是目前研究的重點(diǎn)。從研究對(duì)象和內(nèi)容來(lái)看,人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)安全研究以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合下的生態(tài)安全與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的機(jī)理、評(píng)價(jià)與管理的研究受到重視。
國(guó)內(nèi)在自然生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全方面,我國(guó)很多學(xué)者跟蹤國(guó)外的有關(guān)研究,在生物多樣性保護(hù)的生態(tài)安全方面開(kāi)展了大量的研究[7-8],提出了區(qū)域生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)原則與方法[4],而且針對(duì)典型人類(lèi)活動(dòng),如重大工程建設(shè)干擾下的生態(tài)安全格局進(jìn)行了研究[9]。在國(guó)家尺度上,結(jié)合我國(guó)的人類(lèi)活動(dòng),從早期生態(tài)區(qū)劃角度入手,按照自然規(guī)律和人類(lèi)活動(dòng)提出對(duì)不同生態(tài)區(qū)的保護(hù)與發(fā)展[10],到后來(lái)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)入手,在國(guó)家尺度上進(jìn)行了生態(tài)功能區(qū)劃以及主體功能區(qū)劃[11],并開(kāi)展了初步的國(guó)家尺度的國(guó)土生態(tài)安全研究[12]。并提出了我國(guó)“兩屏三帶”生態(tài)屏障建設(shè)的構(gòu)想,目前也在著手開(kāi)展全國(guó)生態(tài)紅線(xiàn)的劃分[1,13]。
1.2 生態(tài)安全研究的問(wèn)題與趨勢(shì)
相比較而言,國(guó)內(nèi)研究仍多利用國(guó)外相關(guān)研究的模型方法,方法創(chuàng)新不足,尺度仍較單一,機(jī)理性研究?jī)?nèi)容仍較少[14]。國(guó)內(nèi)仍缺乏對(duì)生態(tài)安全系統(tǒng)和全面的研究,尤其是對(duì)生態(tài)安全格局的研究方面,如在生態(tài)安全格局的形成機(jī)制、生態(tài)安全格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系、區(qū)域和國(guó)家尺度上生態(tài)安全格局構(gòu)建、人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)生態(tài)安全格局的影響及其適應(yīng),以及生態(tài)安全格局與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面理論和技術(shù)方法的研究。
因此在生態(tài)安全方面的發(fā)展前景主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:(1)在理論上,探討區(qū)域生態(tài)安全格局的形成機(jī)制;(2)在技術(shù)方法上,突破生態(tài)安全格局的評(píng)估技術(shù),耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變,形成生態(tài)安全格局構(gòu)建和關(guān)鍵區(qū)域判定技術(shù);(3)在生態(tài)安全預(yù)警上,探討人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)生態(tài)安全格局的影響機(jī)理與預(yù)測(cè)技術(shù);(4)在生態(tài)安全保障技術(shù)上,探討生態(tài)安全調(diào)控技術(shù)途徑及生態(tài)安全保障政策等。
圍繞我國(guó)西南生態(tài)安全格局構(gòu)建,需要從基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)和國(guó)家需求三個(gè)方面開(kāi)展相關(guān)研究??傮w的研究目標(biāo)可以概括為三個(gè)方面:(1)在基礎(chǔ)理論方面:揭示區(qū)域生態(tài)格局形成機(jī)制,闡明區(qū)域氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)安全格局的影響機(jī)理及其適應(yīng)機(jī)制;(2)在應(yīng)用基礎(chǔ)方面:明確維護(hù)西南生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域,并提出區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局及生態(tài)安全格局維持的技術(shù)途徑;(3)在國(guó)家需求方面:闡明西南生態(tài)安全格局適應(yīng)和調(diào)控措施,為區(qū)域生態(tài)安全保障和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
因此,針對(duì)該區(qū)域的生態(tài)安全問(wèn)題與可持續(xù)發(fā)展,需要解決以下關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題:(1)西南生態(tài)格局形成的環(huán)境和生物學(xué)機(jī)制是什么?(2)如何判識(shí)生態(tài)安全關(guān)鍵區(qū)域?(3)如何量化氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)安全影響的程度及未來(lái)趨勢(shì)?(4)如何將生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局與區(qū)域發(fā)展融合到區(qū)域生態(tài)安全維持中?
圍繞研究目標(biāo)和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,項(xiàng)目擬開(kāi)展以下主要研究?jī)?nèi)容:
(1)西南地區(qū)生態(tài)安全格局形成和演變機(jī)制:通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)歷史、古孢粉、古環(huán)境和生物等資料數(shù)據(jù)的收集,結(jié)合區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的分布現(xiàn)狀的調(diào)查,揭示西南地區(qū)區(qū)域生態(tài)格局的形成機(jī)制;探討區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的組成、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的指標(biāo)體系和評(píng)估技術(shù)方法體系,研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成特征及變化;針對(duì)區(qū)域石漠化、水土流失、生物多樣性威脅等生態(tài)問(wèn)題,結(jié)合野外樣帶調(diào)查和遙感影像資料,揭示區(qū)域生態(tài)問(wèn)題的成因和驅(qū)動(dòng)機(jī)制,闡明區(qū)域退化生態(tài)系統(tǒng)的空間分布;綜合上述研究,揭示生態(tài)安全格局演變規(guī)律,確定西南地區(qū)生態(tài)安全關(guān)鍵區(qū)域,并明確西南生態(tài)安全維護(hù)的關(guān)鍵因素。
(2)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)西南生態(tài)安全格局影響規(guī)律和機(jī)理:以區(qū)域城市化發(fā)展、資源開(kāi)發(fā)、重大工程建設(shè)以及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等方面的人類(lèi)活動(dòng)為重點(diǎn),探討西南地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)發(fā)展特點(diǎn)和強(qiáng)度的時(shí)空變化規(guī)律和區(qū)域人地遠(yuǎn)程耦合關(guān)系,研究區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)變化與區(qū)域生態(tài)格局間的關(guān)系和不同人類(lèi)活動(dòng)類(lèi)型和活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)區(qū)域生態(tài)安全格局的影響規(guī)律和程度,揭示人類(lèi)活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)安全格局的影響影響機(jī)理,預(yù)測(cè)未來(lái)區(qū)域生態(tài)安全格局維護(hù)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的承受程度,提出區(qū)域生態(tài)安全格局對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的適應(yīng)途徑。
(3)氣候變化對(duì)生態(tài)格局影響規(guī)律和適應(yīng)機(jī)制:分析西南地區(qū)歷史氣候變化特征和規(guī)律,揭示區(qū)域內(nèi)主要關(guān)鍵生態(tài)安全區(qū)內(nèi)氣候變化的過(guò)程和程度;以橫斷山區(qū)為核心區(qū)域,從生態(tài)系統(tǒng)地下微生物變化與地上結(jié)構(gòu)的耦合、生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程以及生態(tài)系統(tǒng)功能等方面,研究氣候變化對(duì)區(qū)域典型生態(tài)系統(tǒng)的影響規(guī)律和影響程度;在區(qū)域上,從生態(tài)系統(tǒng)尺度和區(qū)域尺度模擬過(guò)去幾十年來(lái)氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域生態(tài)安全格局的影響規(guī)律,預(yù)測(cè)未來(lái)氣候情形下區(qū)域生態(tài)安全格局的變化;利用相關(guān)區(qū)域生態(tài)響應(yīng)模型,開(kāi)展區(qū)域生態(tài)格局對(duì)氣候變化的適應(yīng)性評(píng)估,探討區(qū)域生態(tài)安全對(duì)氣候變化的適應(yīng)技術(shù)途徑。
(4)西南生態(tài)安全維持的技術(shù)途徑和調(diào)控措施:開(kāi)展區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)安全格局協(xié)調(diào)度分析,探討貧困區(qū)與生態(tài)安全格局的分布關(guān)系,研究在維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的情形下區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局,為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和貧困問(wèn)題的解決及生態(tài)安全的維護(hù)提供決策依據(jù);分析區(qū)域民族文化的時(shí)空分布特點(diǎn),研究區(qū)域民族傳統(tǒng)文化與生物多樣性保護(hù)之間的關(guān)系,探討區(qū)域生物多樣性安全維持的技術(shù)途徑和措施;綜合各方面的研究,構(gòu)建西南生態(tài)安全格局維持的多目標(biāo)、多因素耦合的決策支撐系統(tǒng),探討區(qū)域生態(tài)安全格局調(diào)控技術(shù)途徑和措施,提出區(qū)域生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)和維持的決策建議。
區(qū)域生態(tài)安全格局研究間的耦合關(guān)系如圖1所示。
圖1 生態(tài)安全格局的耦合關(guān)系Fig.1 The relationship of ecological security pattern
通過(guò)項(xiàng)目開(kāi)展與研究,緊密?chē)@當(dāng)前國(guó)家需求和研究前沿,是面向區(qū)域生態(tài)安全維持理論和應(yīng)用基礎(chǔ)相結(jié)合的任務(wù)。本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)西南地區(qū)生態(tài)退化嚴(yán)重、生物多樣性喪失、自然災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)安全受到威脅等問(wèn)題,重點(diǎn)研究區(qū)域生物多樣性維持、生態(tài)安全格局構(gòu)建和保障及區(qū)域脫貧和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,不僅可為該地區(qū)典型退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù),也可為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和貧困問(wèn)題解決以及生態(tài)安全保障提供決策依據(jù)。
其預(yù)期效益主要可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)基于生態(tài)安全格局形成、演變及影響的規(guī)律、機(jī)制、機(jī)理研究成果,研究構(gòu)建的人類(lèi)活動(dòng)調(diào)控、生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局、氣候變化應(yīng)對(duì)、生態(tài)安全格局維護(hù)等一系列技術(shù)方法,不僅對(duì)于西南地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、精準(zhǔn)扶貧與生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、區(qū)域重大生態(tài)保護(hù)和建設(shè)規(guī)劃等具有重要的技術(shù)支撐作用,對(duì)于其他地區(qū)協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)安全格局和國(guó)家建設(shè)生態(tài)安全屏障均具有重要的借鑒意義和支撐作用。(2)依據(jù)區(qū)域生態(tài)安全格局形成機(jī)制、演變規(guī)律和影響機(jī)理以及生態(tài)安全格局構(gòu)建技術(shù),合理布局重大生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程,采取有效技術(shù)途徑,有序調(diào)控區(qū)域生態(tài)安全格局,具有重大生態(tài)效益。(3)研究提出人類(lèi)活動(dòng)干擾下生態(tài)安全格局的適應(yīng)途徑,對(duì)保障西南地區(qū)城市化發(fā)展、重大工程建設(shè)、生態(tài)工程建設(shè)、生態(tài)安全關(guān)鍵區(qū)域維護(hù)等有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。研究提出的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)安全權(quán)衡等技術(shù)方法及決策咨詢(xún)報(bào)告,有助于協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)安全格局維護(hù)的關(guān)系,為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。
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Formation and evolution mechanism of ecological security pattern in Southwest China
LIU Guohua*
StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China
Characterized by complex topography, diverse ecosystems and rich biodiversity, Southwest China is the key area of studying complex surface processes and ecosystem evolution, and China′s important ecological barrier zone. However, the region is also characterized by complex environment with fragile ecological conditions and serious disasters. In the context of global climate change, human activities and economic development will lead to more prominent ecological and environmental problems in the region. At the same time, the region′s social and economic development vary greatly spatially, mainly expressed by the damage of the regional ecosystem services and the reduction of the regional ecological security level. How to maintain regional ecological security is of great significance. To solve the problems of ecological security, China government has carried out ecological regionalization, ecological function zoning and ecological red line projects. But further researches are needed in the ecological security pattern formation mechanism, and ecosystem service coupling relationship, human activities and climate change impact on the ecological security pattern and adaptation, sustainable economic and social development in the region. The research of the ecological security pattern formation mechanism and evolution mechanism in Southwest China is typical, representative and urgency.
Southwest China; ecological security; ecosystem service; ecological security pattern
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0502100)
2016- 11- 21
10.5846/stxb201611212364
*通訊作者Corresponding author.E-mail: ghliu@rcees.ac.cn
劉國(guó)華.西南生態(tài)安全格局形成機(jī)制及演變機(jī)理.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7088- 7091.
Liu G H.Formation and evolution mechanism of ecological security pattern in Southwest China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7088- 7091.