產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全影響的預(yù)警技術(shù)研究框架初探

牟雪潔，饒勝，張簫，王夏暉，黃金

（生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012）

生態(tài)安全問題的提出與全球生態(tài)環(huán)境危機(jī)發(fā)生密不可分[1]，最早源于20世紀(jì)80年代的切爾諾貝利核電站事故引發(fā)的環(huán)境災(zāi)害，其次是90年代后日益凸顯的跨越國界全球性環(huán)境公害[2]，這促使聯(lián)合國及世界主要發(fā)達(dá)國家開始關(guān)注環(huán)境問題對全球人類生存發(fā)展構(gòu)成的威脅，將環(huán)境問題列入安全范圍加以考慮[3-4]，并提升到與傳統(tǒng)安全相同的優(yōu)先地位[5]?？梢哉f，當(dāng)前“生態(tài)安全”不僅僅是傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)安全問題，早已成為國家安全的重要組成部分[6]，是一個(gè)國家與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)和支撐。在生態(tài)安全評價(jià)或生態(tài)承載力評價(jià)基礎(chǔ)上開展生態(tài)安全預(yù)警分析，對各類環(huán)境退化、生態(tài)破壞、資源損耗等問題進(jìn)行早期預(yù)警和政策制定，對維護(hù)和保障區(qū)域生態(tài)安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義[7]。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展既是人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必要條件和重要驅(qū)動(dòng)力[8]，同時(shí)也是人類社會(huì)對自然生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力和負(fù)面影響的最直觀表征。我國生態(tài)環(huán)境脆弱，近年來部分地區(qū)資源環(huán)境約束日益趨緊[9]、生態(tài)赤字高[10]、環(huán)境污染與生態(tài)退化等問題日益嚴(yán)重，生態(tài)安全面臨巨大威脅[6]， 這從根本上看都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展與區(qū)域生態(tài)承載能力的“錯(cuò)位”即不協(xié)調(diào)、不一致導(dǎo)致的[11]。如何科學(xué)評價(jià)和及時(shí)預(yù)警這些“錯(cuò)位”問題，并提出相應(yīng)的解決策略和優(yōu)化方案，成為當(dāng)前生態(tài)承載力、生態(tài)安全預(yù)警研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。筆者在《產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)承載力一致性評價(jià)的理論與技術(shù)框架構(gòu)建》[11]一文中探索回答了如何科學(xué)評價(jià)這些“錯(cuò)位”問題，本次研究則重點(diǎn)聚焦未來預(yù)警分析，即從優(yōu)化生產(chǎn)空間、維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的角度出發(fā)，在深入梳理總結(jié)現(xiàn)有的生態(tài)安全預(yù)警理論與方法基礎(chǔ)上，研究提出產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全影響預(yù)警的初步技術(shù)思路與框架，以期為國家和區(qū)域生態(tài)安全預(yù)警研究提供參考依據(jù)。

1 基本概念及關(guān)系辨析

1.1 生態(tài)安全

生態(tài)安全（ecological security）一詞從有明確定義提出至今，大約有30多年的歷史，但目前尚缺乏一個(gè)公認(rèn)的概念定義。有的從自然生態(tài)系統(tǒng)對人類生存發(fā)展、生活與健康保障程度方面進(jìn)行定義，屬于對生態(tài)安全的廣義理解。例如國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IASA）將生態(tài)安全定義為：在人的生活健康安樂基本權(quán)利、生活保障來源、必要的資源、社會(huì)秩序和人類適應(yīng)環(huán)境變化的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(jì)生態(tài)安全和社會(huì)生態(tài)安全[12]。肖篤寧等[12]將其定義為：人類在生產(chǎn)、生活和健康等方面不受生態(tài)破壞與環(huán)境污染等影響的保障程度，包括飲用水與食物安全、空氣質(zhì)量與綠色環(huán)境等基本要素。歐陽志云和鄭華[13]將其定義為：生態(tài)環(huán)境條件與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以有效支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安定、保障人民生活和健康不受環(huán)境污染與生態(tài)破壞損害的狀態(tài)與能力。

有的從生態(tài)系統(tǒng)自身健康的角度進(jìn)行定義，屬于對生態(tài)安全的狹義理解。一般指自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)的安全，即生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是否受到破壞、生態(tài)功能是否受到損害[14]，是一個(gè)國家生存和發(fā)展所需的生態(tài)環(huán)境處于不受或少受迫害與威脅的狀態(tài)[15]，也是生態(tài)系統(tǒng)完整性和健康的整體水平反映。

也有研究關(guān)注了自然生態(tài)系統(tǒng)對經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐能力和人類社會(huì)對生態(tài)環(huán)境的需求，如曲格平先生[16]在《關(guān)注中國生態(tài)安全》一書中從兩個(gè)方面對生態(tài)安全進(jìn)行解釋：一是防止生態(tài)環(huán)境退化對經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)構(gòu)成威脅，主要指環(huán)境質(zhì)量狀況和自然資源減少、退化削弱了經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的支撐能力；二是防止環(huán)境破壞和自然資源短缺等問題引發(fā)人民群眾的不滿，特別是環(huán)境難民的大量產(chǎn)生，影響社會(huì)穩(wěn)定。

綜上所述，生態(tài)安全的本質(zhì)仍是人的安全[6]，生態(tài)安全研究的最終目的是在維持自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，有效保障人類生存與健康發(fā)展。因此“生態(tài)安全”包含兩重含義：一是從供體角度看，指生態(tài)系統(tǒng)自身是否安全，即自身結(jié)構(gòu)與功能是否受到破壞；二是從受體角度看，指生態(tài)系統(tǒng)對于人類生存發(fā)展是否安全，即生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品與服務(wù)是否滿足人類的生存發(fā)展需要[17]。

1.2 生態(tài)安全預(yù)警

“預(yù)警”一詞多是指在災(zāi)害或?yàn)?zāi)難、危險(xiǎn)發(fā)生前，根據(jù)以往總結(jié)規(guī)律或觀測到的可能前兆，發(fā)出緊急信號、報(bào)告危險(xiǎn)情況，從而最大程度減輕危害及損失的行為[18]，可以理解為對危機(jī)或危險(xiǎn)狀態(tài)的一種預(yù)前警報(bào)或警告。狹義的預(yù)警僅指對自然資源或生態(tài)安全可能出現(xiàn)的衰竭或危機(jī)而建立的報(bào)警，而廣義的預(yù)警則涵蓋了對生態(tài)安全維護(hù)、防止危機(jī)發(fā)生的過程，從發(fā)現(xiàn)警情、分析警兆、尋找警源、判斷警度以及采取正確的預(yù)警方法將警情排除的全過程預(yù)警[19]。

陳國階和何錦峰[20]將生態(tài)環(huán)境預(yù)警定義為對人類活動(dòng)造成的生態(tài)環(huán)境退化甚至惡化進(jìn)行及時(shí)預(yù)報(bào)和警告。沈渭壽等[21]認(rèn)為區(qū)域生態(tài)安全預(yù)警要以生態(tài)安全評價(jià)為基礎(chǔ)，對某一特定時(shí)期（或時(shí)段）內(nèi)的區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)出現(xiàn)的惡化情況進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)測。張琨等[22]結(jié)合已有研究，從生態(tài)、資源、環(huán)境三個(gè)方面定義生態(tài)安全預(yù)警，指對區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的失調(diào)程度、資源開發(fā)強(qiáng)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(jìn)行預(yù)測和警告。樊杰等[18]的定義強(qiáng)調(diào)了資源環(huán)境超載狀況的監(jiān)測評價(jià)，認(rèn)為預(yù)警應(yīng)是對承載力各構(gòu)成要素及其組合變化規(guī)律的預(yù)言預(yù)判，對未來可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行報(bào)告，以避免或縮小因承載力臨界超載或超載帶來的損失。

綜上所述，生態(tài)安全預(yù)警具有較強(qiáng)的前瞻性和警示性，是基于生態(tài)承載力和生態(tài)安全評價(jià)，對未來某一區(qū)域因人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等影響導(dǎo)致的資源能源消耗、生態(tài)系統(tǒng)退化、環(huán)境質(zhì)量惡化等變化趨勢的科學(xué)預(yù)測或預(yù)判，尤其是要確定資源、環(huán)境、生態(tài)等要素達(dá)到關(guān)鍵超載閾值的時(shí)間點(diǎn)與空間范圍，以便盡早制定應(yīng)對策略，有效遏制生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，維護(hù)國家和區(qū)域生態(tài)安全，保障人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

1.3 生態(tài)安全與生態(tài)承載力的關(guān)系

由于生態(tài)安全研究通常與生態(tài)承載力評價(jià)聯(lián)系密切，因此有必要對二者的關(guān)系做進(jìn)一步闡述。其中，生態(tài)承載力的概念在前期研究中做了梳理總結(jié)[11]，在此不再贅述。

首先，生態(tài)安全與生態(tài)承載力略有區(qū)別。從廣義的概念定義來看，二者都是針對自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)間的相互作用開展研究，但研究的側(cè)重點(diǎn)略有不同，實(shí)際上是對同一事物的不同表達(dá)。生態(tài)承載力更多是站在自然的角度考慮問題，強(qiáng)調(diào)一種能力，即自然生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力及對人類社會(huì)發(fā)展的承受能力[23]，或者說生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)功能、預(yù)防生態(tài)問題、保障區(qū)域生態(tài)安全的能力[24]，且這種承載能力具有客觀性和有限性；而生態(tài)安全更多是站在人類的角度考慮問題，強(qiáng)調(diào)一種狀態(tài)，即自然生態(tài)系統(tǒng)保持結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定且保障人類生存與健康發(fā)展的狀態(tài)，尤其是更加強(qiáng)調(diào)人類生存與發(fā)展的安全狀態(tài)。因此，可以說生態(tài)承載力反映了自然對人類社會(huì)發(fā)展的支撐或保障能力，生態(tài)安全則反映了自然對人類社會(huì)發(fā)展的支撐或保障狀態(tài)。

其次，生態(tài)安全與生態(tài)承載力緊密關(guān)聯(lián)，二者根本目標(biāo)一致，即都是為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。通過生態(tài)承載力評價(jià)可以初步判斷區(qū)域生態(tài)承載狀況（超載/臨界/盈余），當(dāng)某一區(qū)域生態(tài)承載力超載時(shí)，可能就會(huì)威脅區(qū)域生態(tài)安全，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展也將不可持續(xù)。因此，可以說生態(tài)承載力評價(jià)是開展生態(tài)安全預(yù)警的重要基礎(chǔ)和依據(jù)，生態(tài)安全預(yù)警就是基于生態(tài)承載力和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，采用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯ξ磥戆l(fā)展進(jìn)行合理推測[22]。

2 現(xiàn)有預(yù)警思路與方法

目前來看，國外的生態(tài)安全預(yù)警研究主要集中在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[25]、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價(jià)[26]等方面；國內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚，始于20世紀(jì)90年代后期，并在區(qū)域尺度、生態(tài)系統(tǒng)尺度探索開展了大量實(shí)證研究[7]。生態(tài)安全預(yù)警的模型方法較多，歸納起來主要以綜合指標(biāo)評價(jià)法為主，也有研究提出基于生態(tài)承載力評價(jià)、景觀生態(tài)格局法、指示物種法等進(jìn)行預(yù)警。生態(tài)安全預(yù)警的關(guān)鍵是確定生態(tài)閾值，近年來隨著生態(tài)閾值理論研究的不斷深化，基于生態(tài)閾值研究開展預(yù)警分析也得到廣泛關(guān)注，是未來生態(tài)安全預(yù)警的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文主要對上述研究思路與方法進(jìn)行總結(jié)分析，并探討其適用性。

2.1 綜合指標(biāo)評價(jià)法

該方法應(yīng)是目前應(yīng)用最廣泛的預(yù)警方法之一，通常采用綜合指標(biāo)體系構(gòu)建和數(shù)學(xué)模型模擬預(yù)測相結(jié)合的方式進(jìn)行；從研究對象來看，主要涉及林業(yè)[27-28]、農(nóng)牧 業(yè)[29-30]、漁業(yè)[31]、工業(yè)[32]和城市[33-34]等各類發(fā)展區(qū)域，以及具有重要生態(tài)功能的區(qū)域[35-37]。其基本思路大致為：（1）基于“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)（PSR）”“自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”“狀態(tài)—脅迫—免疫（SDI）”等概念模型構(gòu)建綜合預(yù)警評價(jià)指標(biāo)體系[7]；（2）采用層次分析法、熵權(quán)法、特爾斐法、變權(quán)法等確定指標(biāo)權(quán)重[32]；（3）按照一定原則確定各項(xiàng)指標(biāo)的閾值、標(biāo)準(zhǔn)值或參照值，這是預(yù)警最為關(guān)鍵的一步，確定原則通常包括國際公認(rèn)或國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)、背景和本底標(biāo)準(zhǔn)、類比標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)研究 等[21,33]；（4）最后進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià)及預(yù)警分析，通常采用層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)法[34]、模糊綜合評價(jià)法、物元分析[32]、可拓分析[35]等各類數(shù)學(xué)模型[7]進(jìn)行綜合指數(shù)計(jì)算，采用灰色預(yù)測模型[32]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[7,33]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[27,36]等進(jìn)行未來預(yù)測預(yù)警分析，通常將預(yù)警等級劃分為無警（綠色）、輕警（藍(lán)色）、中警（黃色）、重警（橙色）、巨警（紅色）[7,18,32]。此外，也有研究在構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系、確定指標(biāo)閾值后，未進(jìn)行指數(shù)綜合，而是采取單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警[38]。

該方法較適用于對區(qū)域生態(tài)安全狀況的整體預(yù)警分析，并可結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，選取不同的指標(biāo)體系和數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行靈活運(yùn)用，具有較強(qiáng)的可操作性。但其主要缺點(diǎn)是，評價(jià)及預(yù)警結(jié)果通常過于綜合、概括，針對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提出的政策建議也過于宏觀，實(shí)踐指導(dǎo)意義不強(qiáng)；此外，預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即指標(biāo)閾值的確定過程較為簡單、主觀，未充分考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的過程與演變機(jī)理。

2.2 景觀生態(tài)格局法

景觀生態(tài)格局法主要基于景觀生態(tài)學(xué)原理，從生態(tài)系統(tǒng)格局與結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià)及預(yù)警分析。通過建立反映物種空間運(yùn)動(dòng)趨勢阻力面來判斷生物物種的空間安全格局[21]，這一阻力面可用最小累積阻力模型構(gòu)建，即：

式中：MCR是最小累積阻力值；f為最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系，Dij是物種從源j出發(fā)到達(dá)景觀單元i的空間距離；Ri是景觀i對某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)。

該方法的基本思路是，選取生態(tài)功能較強(qiáng)的景觀類型作為生態(tài)安全格局的核心“源地”，結(jié)合區(qū)域本底特征和已有文獻(xiàn)資料賦予不同景觀要素阻力系數(shù)，利用GIS的空間分析工具計(jì)算景觀生態(tài)阻力面和綜合最小累積（費(fèi)用）阻力面，最后采用一定的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生態(tài)預(yù)警。例如，王讓虎等[29]基于最小累積阻力模型構(gòu)建了東北農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀生態(tài)安全格局，并結(jié)合已有研究成果，對超過“底線安全格局”的生態(tài)核心區(qū)緩沖帶、生態(tài)嚴(yán)重退化區(qū)和阻力極高區(qū)分別進(jìn)行預(yù)警。

從景觀生態(tài)格局法的基本原理看，該方法將生態(tài)結(jié)構(gòu)作為生態(tài)安全研究的切入點(diǎn)，突出生態(tài)系統(tǒng)格局、結(jié)構(gòu)對生物物種的影響，因此比較適用于人類活動(dòng)對生物多樣性影響預(yù)警分析，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)的研究較少。其難點(diǎn)之處是不同物種在不同景觀單元中穿越時(shí)的實(shí)際阻力值確定；不足之處是對不同景觀阻力系數(shù)的分級賦值仍存在較強(qiáng)的主觀性，且預(yù)警結(jié)果通常與景觀類型高度相關(guān)，不能對真實(shí)、突出的生態(tài)問題做出預(yù)警。

2.3 指示物種法

指示物種法常用于水生態(tài)安全預(yù)警，主要是在長期生態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)上，篩選對生態(tài)環(huán)境退化較為敏感的指示物種作為預(yù)警候選物種；建立包括指示物種數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)、個(gè)體生理指標(biāo)等描述水生態(tài)系統(tǒng)健康的綜合評價(jià)指標(biāo)，通過敏感指示物種綜合評價(jià)結(jié)果，參照國際公認(rèn)的清潔水體底棲動(dòng)物指示生物即EPT物種及其耐污值，確定各斷面的生態(tài)預(yù)警指示物種；最后按照警情的緊急程度、發(fā)展勢態(tài)和可能造成的危害程度劃分預(yù)警等級，一般指示生物預(yù)警以物種連續(xù)消失兩年為警報(bào)（閾值）[40]。 例如，李中宇等[39]通過分析物種的種類、出現(xiàn)的頻次、物種污染敏感性（耐污值），嘗試提出了松花江干流以底棲動(dòng)物為指示生物的水生態(tài)預(yù)警模式。

該方法是從水生態(tài)系統(tǒng)健康角度出發(fā)，在對水生生物進(jìn)行長期監(jiān)測的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，能夠較好地反映出環(huán)境污染對生物產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，尤其是可以反映劑量小、長期作用產(chǎn)生的慢性毒性效應(yīng)，目前已在國際國內(nèi)水生態(tài)預(yù)警中得到廣泛應(yīng)用，但缺少與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的直接關(guān)聯(lián)性分析。其預(yù)警的最基礎(chǔ)工作是開展長期生態(tài)本底調(diào)查和監(jiān)測，建立特定區(qū)域、流域水生生物多樣性本底數(shù)據(jù)庫，同時(shí)要研究污染物對水生生物的毒理效應(yīng)，進(jìn)而為預(yù)警奠定數(shù)據(jù)與理論基礎(chǔ)。

2.4 生態(tài)承載力評價(jià)

由于生態(tài)承載力評價(jià)與生態(tài)安全研究具有密切聯(lián)系，因此目前也有在區(qū)域生態(tài)承載力評價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)警的理論與案例研究[18,24]，即將生態(tài)承載力預(yù)警等同于生態(tài)安全預(yù)警。例如，樊杰等[18]提出在資源環(huán)境承載能力監(jiān)測評價(jià)基礎(chǔ)上，結(jié)合各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的超載狀況進(jìn)行預(yù)警的技術(shù)思路。其中，評價(jià)指標(biāo)閾值主要對標(biāo)于理論值、國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值、國家管理控制量、歷史時(shí)期變化幅度或速率等的偏離程度確定，各項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果分為3級，分別對應(yīng)超載、臨界超載和不超載；采取“短板效應(yīng)”原理，將評價(jià)結(jié)果中任意一個(gè)指標(biāo)超載、兩個(gè)及以上指標(biāo)臨界超載的組合確定為超載類型，將任意一個(gè)指標(biāo)臨界超載的確定為臨界超載類型，其余為不超載；針對超載類型開展過程評價(jià)，根據(jù)資源環(huán)境耗損加劇與趨緩程度，將超載區(qū)分為紅色和橙色兩個(gè)預(yù)警等級，將臨界超載區(qū)分為黃色和藍(lán)色兩個(gè)預(yù)警等級。

徐衛(wèi)華等[24]重點(diǎn)從生態(tài)系統(tǒng)承載力角度出發(fā)，提出了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、生態(tài)退化的預(yù)警技術(shù)方法，并在京津冀地區(qū)開展了案例研究。其中，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的預(yù)警指標(biāo)包括水土流失指數(shù)、土地沙化指數(shù)、水源涵養(yǎng)功能指數(shù)、自然棲息地質(zhì)量指數(shù)，指數(shù)閾值參照國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或未退化生態(tài)系統(tǒng)指數(shù)值等確定?；谏鷳B(tài)退化的預(yù)警主要采用已產(chǎn)生生態(tài)損害的土地面積比例作為預(yù)警指標(biāo)，如水土流失、土地沙化、石漠化等，指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)參照部門調(diào)查結(jié)果、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題特征等綜合確定。最后進(jìn)行指數(shù)評價(jià)分級預(yù)警。

上述預(yù)警思路與方法通常較適用于區(qū)域整體生態(tài)安全預(yù)警，由于有效銜接了已有的生態(tài)承載力評價(jià)理論與模型方法，可以避免生態(tài)承載力評價(jià)與生態(tài)安全評價(jià)相互“割裂”的局面。不足之處是，部分指標(biāo)閾值及預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的確定仍難以跳出主觀性的弊端，不能很好地體現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)過程與機(jī)理。

2.5 生態(tài)閾值分析

預(yù)警的理論基礎(chǔ)是可持續(xù)發(fā)展的增長極限理論，其中“極限”可以認(rèn)為是承載能力的超載閾值[18]。生態(tài)安全預(yù)警的關(guān)鍵就是確定生態(tài)（安全）閾值，不管采取何種模型方法，只要明確各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵閾值或上限，就可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)警。

生態(tài)閾值來源于Holling[40]提出的生態(tài)系統(tǒng)多個(gè)穩(wěn)態(tài)理論，最初定義為生態(tài)系統(tǒng)不同穩(wěn)態(tài)之間變化的邊 界[41-43]，隨后研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的非線性變化會(huì)對驅(qū)動(dòng)力的微小變化做出劇烈響應(yīng)，生態(tài)閾值所指對象從穩(wěn)態(tài)的邊界擴(kuò)展到任何造成系統(tǒng)突變的驅(qū)動(dòng)因素[43]。通常，按脅迫因子類型可將生態(tài)閾值分為生態(tài)系統(tǒng)自身要素閾值、氣候變化脅迫閾值、人類活動(dòng)脅迫閾值、生源要素脅迫閾值及多源要素脅迫閾值等[44]。這里重點(diǎn)對城市化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等人類活動(dòng)脅迫閾值研究進(jìn)行梳理總結(jié)，按照跨越閾值后產(chǎn)生的主要生態(tài)環(huán)境問題，分為生態(tài)退化閾值和環(huán)境污染閾值兩大類。產(chǎn)業(yè)發(fā)展是人類活動(dòng)的典型代表因子，因此也重點(diǎn)對農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展的脅迫閾值研究進(jìn)行了總結(jié)，如表1所示。

表1 與產(chǎn)業(yè)發(fā)展等人類活動(dòng)相關(guān)的生態(tài)安全閾值研究案例

針對城市化、人類活動(dòng)影響的閾值分析則具有一定的宏觀性、間接性，如污染物閾值、斑塊距離閾值、人口密度閾值、植被覆蓋度閾值等。由于農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)等第一產(chǎn)業(yè)為直接占有自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，因此針對上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)閾值研究較多，其中農(nóng)業(yè)影響閾值主要涉及環(huán)境污染問題，如重金屬污染、化肥施用量等；牧業(yè)主要涉及生態(tài)退化問題，如載畜量、鼠害等；漁業(yè)則主要關(guān)注可承載的最大養(yǎng)殖面積。

3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全影響預(yù)警技術(shù)框架

產(chǎn)業(yè)發(fā)展對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響已毋庸置疑，通常直接占用型產(chǎn)業(yè)例如農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、采掘業(yè)、材料工業(yè)等，在實(shí)際發(fā)展過程中容易造成環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)退化等各類生態(tài)環(huán)境問題[11]。從概念定義來看，生態(tài)安全預(yù)警本質(zhì)上仍是解決各類生態(tài)環(huán)境問題、減少這些問題對人類生存發(fā)展造成的威脅。因此，本文嘗試從不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成的各類生態(tài)環(huán)境問題出發(fā)，尋找預(yù)警的關(guān)鍵性指標(biāo)，并結(jié)合已有預(yù)警思路和方法，提出產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全影響的預(yù)警技術(shù)框架。其基本思路如圖1所示。

圖1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全影響預(yù)警技術(shù)框架

首先，針對區(qū)域整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)安全影響預(yù)警，應(yīng)與承載力評價(jià)結(jié)果進(jìn)行有機(jī)銜接，同時(shí)結(jié)合不同區(qū)域發(fā)展定位、突出生態(tài)環(huán)境問題，選擇適當(dāng)?shù)某休d力評價(jià)及預(yù)測方法。針對資源消耗型（資源開發(fā)區(qū)）、環(huán)境污染型（城鎮(zhèn)地區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)）區(qū)域，參考樊杰等[18]的資源環(huán)境承載力預(yù)警思路，重點(diǎn)在資源環(huán)境承載力評價(jià)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域現(xiàn)狀超載狀況和未來動(dòng)態(tài)預(yù)測，針對超載區(qū)域進(jìn)行分級預(yù)警，將超載且惡化加劇區(qū)定義為極重警，將超載且惡化趨緩區(qū)定義為重警，將臨界超載且惡化加劇的區(qū)域定義為中警，將臨界超載且惡化趨緩的區(qū)域定義為輕警。針對生態(tài)破壞型（重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)）區(qū)域，重點(diǎn)在生態(tài)系統(tǒng)承載力評價(jià)或生態(tài)閾值分析基礎(chǔ)上，建立適宜的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警，如維持自然恢復(fù)能力、水土保持功能、防風(fēng)固沙功能、生物多樣性維護(hù)功能等不退化的關(guān)鍵生態(tài)閾值，包括一定的植被覆蓋度、棲息地面積、干擾距離，以及指示生物健康閾值等。

其次，針對直接占用型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)安全影響預(yù)警，可重點(diǎn)開展生態(tài)閾值研究，找到產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成各類生態(tài)破壞、環(huán)境污染等的關(guān)鍵閾值范圍，進(jìn)而采用這些閾值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警。例如農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的土壤污染閾值、化肥施用量閾值，畜牧業(yè)發(fā)展過程中的載畜量閾值，漁業(yè)發(fā)展過程中的養(yǎng)殖量閾值等。

受現(xiàn)有技術(shù)水平所限，目前的預(yù)警主要是針對各類生態(tài)環(huán)境問題開展，從概念定義角度出發(fā)，預(yù)警的主要目的實(shí)際上是減少生態(tài)環(huán)境問題對人類生存與健康發(fā)展造成的威脅，因此未來還需深入開展產(chǎn)業(yè)發(fā)展—生態(tài)環(huán)境問題—人體健康之間的影響與響應(yīng)機(jī)制分析，提出基于人體健康角度的生態(tài)安全預(yù)警技術(shù)方法。

4 討論

通常預(yù)警之前，首先要明確事件發(fā)生將對人類產(chǎn)生哪些以及多大程度的負(fù)面影響，進(jìn)而結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)布預(yù)警信號和防御指南，例如氣象災(zāi)害預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、洪水災(zāi)害預(yù)警等。但受自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性等特征影響，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全預(yù)警的閾值標(biāo)準(zhǔn)仍較難明確，大多數(shù)研究或采用國際、國家或地方公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，或通過已有文獻(xiàn)研究、橫向?qū)Ρ鹊确椒ù_定，未充分考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的過程與演變機(jī)理，尤其是引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變的閾值，導(dǎo)致預(yù)警結(jié)果通常較為宏觀綜合，難以為生態(tài)系統(tǒng)管理提供精準(zhǔn)的決策支撐。

初步總結(jié)，生態(tài)安全預(yù)警的閾值標(biāo)準(zhǔn)較難明確主要有三方面原因：

一是自然生態(tài)系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)自身具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性。無論自然生態(tài)系統(tǒng)還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)，都是由多個(gè)子系統(tǒng)相互作用構(gòu)成的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，是長期動(dòng)態(tài)發(fā)展變化的。產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)受自然、經(jīng)濟(jì)、政治、文化等多種因素共同影響，在科技創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步等因素作用下，資源能源消耗、環(huán)境污染排放將大幅度下降；自然生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自組織性和自我恢復(fù)能力，通過降低人為干擾、輔以人工修復(fù)措施，能夠促進(jìn)其承載能力的提高。

二是產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)安全之間的相互影響響應(yīng)機(jī)制十分復(fù)雜。產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全的影響通常是基于生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)進(jìn)行量化，但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展端到生態(tài)環(huán)境端具有十分復(fù)雜的相互作用鏈條和互動(dòng)反饋機(jī)制，僅通過一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展類、生態(tài)環(huán)境狀況類指標(biāo)只能明晰表象結(jié)果，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)安全兩個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)組成要素之間的影響與響應(yīng)過程機(jī)制缺乏深入探析，對不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成生態(tài)安全影響的疊加效應(yīng)、累積效應(yīng)及程度也難以準(zhǔn)確量化。

三是生態(tài)環(huán)境退化對人體健康的影響程度定量化較難。當(dāng)前生態(tài)安全預(yù)警研究主要是針對生態(tài)環(huán)境惡化的狀況及趨勢進(jìn)行預(yù)警，但從生態(tài)安全的概念定義來看，生態(tài)安全研究的核心問題是人類生存與健康發(fā)展問題，因而生態(tài)安全預(yù)警的關(guān)鍵也應(yīng)是人類生存與健康發(fā)展的受威脅程度，從短期看是聚焦人類生命和財(cái)產(chǎn)安全的受威脅程度，如氣象災(zāi)害預(yù)警也可以理解為廣義的生態(tài)安全預(yù)警；從長期看是聚焦生態(tài)環(huán)境對人類生存與健康發(fā)展的支撐保障程度。而環(huán)境污染、生態(tài)退化等問題對人體健康的影響通常具有累積和滯后效應(yīng)，因而存在較大不確定性，仍需要進(jìn)行長期的科學(xué)研究和論證。此外，人類對一些生態(tài)環(huán)境問題仍缺少直觀體會(huì)和深刻認(rèn)識，例如生物多樣性喪失問題，原因是生物多樣性的很多潛在利用價(jià)值通常尚未被充分認(rèn)識和挖掘，某一物種的滅絕對人類社會(huì)系統(tǒng)的直接影響也不如環(huán)境污染明顯。

綜上所述，建議未來應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)閾值理論與案例研究，明確不同人類脅迫因子對區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)影響的關(guān)鍵閾值或關(guān)鍵閾值確定方法；深入開展產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)安全之間互動(dòng)響應(yīng)機(jī)制研究，科學(xué)量化不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全的影響程度；從人類生存與健康發(fā)展角度出發(fā)，深入開展生態(tài)環(huán)境退化對人體健康的影響研究，提出基于人體健康的生態(tài)安全預(yù)警技術(shù)方法體系，進(jìn)一步深化生態(tài)安全預(yù)警理論體系，以便進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)警、提出定量化對策。