中國生態安全研究進展： 評估模型與管理措施

張 琨，林乃峰，徐德琳，于丹丹，鄒長新

環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042)

目前，中國正處于生態文明建設進程中，保障國家生態安全是推進生態文明建設的重要環節。學術界也以生態安全為核心開展了一系列研究，針對生態安全的概念內涵、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安全研究的最新進展，梳理近年來的生態安全保障政策與措施，在此基礎上對我國生態安全模型研究與管理情況進行評述，以期為未來生態環境的深入研究和有效管理提供參考。

1 生態安全的概念與內涵

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

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

2 生態安全評估模型

2.1 壓力-狀態-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，壓力指影響生態安全的因素；狀態指生態環境在壓力影響下的表現；響應指對壓力和狀態所采取的應對措施(圖1)。PSR模型能夠較好地反映外部干擾與環境變化之間的因果關系，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-物元分析模型相結合，對吉林省生態安全進行定量評估，發現1991—2011年吉林省生態安全逐漸增強，但仍需注意化肥施用、城鎮化、水資源消耗等對生態安全的潛在威脅。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年上海市生態安全評估，揭示了上海市生態安全水平的降低趨勢。為了更精確地刻畫經濟-社會-環境耦合系統，科學家對PSR模型進行了一系列改進，其中驅動力-壓力-狀態-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年舟山群島生態安全演變，反映出舟山群島生態安全水平的提升。

PSR系列模型能夠較好地表現社會-經濟-環境耦合關系，識別生態安全變化的主要驅動因素。但是該模型也存在一定的局限：一方面，在模型構建過程中，指標選擇和權重確定等環節比較依賴研究者的個人經驗，主觀性較強；另一方面，在空間大尺度研究中，不同區域自然稟賦和發展水平可能存在較大差異，一套靜態的評估體系難以有效匹配研究區實際情況。因此，有必要在未來的研究中探索基于PSR模型的生態安全動態評估體系構建。

實線為PSR模型，虛線為DPSIR模型。

2.2 生態足跡模型

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

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

2.3 景觀生態學模型

景觀生態學能夠為生態系統功能的多尺度研究提供等級性和集成性的生態學基礎，并為社會經濟格局對區域可持續性的影響研究提供支持。近年來，科學家嘗試將景觀生態學的指標、模型及方法應用于生態安全評估(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安全評價，發現耕地景觀生態安全水平有降低趨勢,快速城市化進程對生態安全有顯著影響。XU等[10]基于景觀指標構建景觀干擾指數和景觀脆弱性指數進行江蘇省濱岸帶生態安全評估，結果顯示當地生態安全受到土地利用變化的顯著影響，至少需要34 a才能重新實現平衡。景觀生態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安全評估。但是該類模型在應用中側重于格局分析，對影響格局的生態學過程關注不足，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的影響。

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

2.4 生態系統服務模型

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

表1 主要生態系統服務評估模型[11]Table 1 Assessment models of main types of ecosystem service

近年來，生態系統服務模型被引入生態安全評估。任志遠等[12]指出基于生態系統服務的計算方法能夠有效降低傳統評估模型中權重賦值環節產生的不確定性，結果現勢性更強，時空分辨率更高。吳健生等[13]基于研究區(重慶)實際分析主要生態系統服務的空間聚集特征，在柵格尺度完成了生態系統服務價值的空間重構，將其作為區域生態安全優化的基礎。黃智洵等[14]分析了閩三角城市群的生態系統服務供求關系，為區域生態安全格局的差異化管理提供參考。生態系統服務模型易于開展生態安全的空間分析及制圖，能夠刻畫生態安全分布格局的精細特征，表現生態安全水平的空間異質性。但是，該模型生態產品價值化過程的經濟學依據不足，對生態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 生態安全預警

生態安全預警指對區域社會經濟發展與生態保護的失調程度、資源開發強度超過生態承載力的程度、生態環境的惡化趨勢等進行預測和警告[15]。生態安全預警是基于生態承載力和區域社會經濟發展現狀，采用恰當的模型對未來發展進行合理推測。我國學者對生態安全預警的關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安全預警實踐。胡寶清等[16]從發生條件和破壞程度兩方面入手，針對喀斯特石漠化災害構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，構建可操作性較強的荒漠化預警體系。汪紅軍等[18]對水環境安全預警系統進行分析，建議整合水質預警體系和生物預警體系，構建高精度的水環境安全預警系統。但當前生態安全預警研究主要集中于專題預警。建議未來統籌考慮各方面因素，圍繞區域生態安全綜合預警體系的構建開展相關研究(圖4)。

3 生態安全管理措施

3.1 生態安全保障政策

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

圖4 區域生態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 生態環境治理措施

近年來，中國采取了一系列措施加強生態環境治理，推動受損生態系統恢復，改善生態系統結構與功能，以期增強生態安全的基礎。

3.2.1生態恢復工程

三北防護林工程：1978年，三北防護林工程啟動，規劃實施年限為1978—2050年，分為三個階段、八期工程實施，計劃造林約3 560萬hm2。經過30余年的建設，工程區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)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，工程區森林面積凈增約1 000萬hm2，森林覆蓋率顯著增加，森林生態系統功能明顯增強，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，工程范圍和投資規模均有所提升。

退耕還林工程：退耕還林工程是發展中國家規模最大的生態恢復項目[20]。工程涉及陜西省、山西省等25個省(市、區)1 897個縣(市、區、旗)。工程目標是對水土流失嚴重、產量低而不穩的丘陵區坡耕地和平原區沙化耕地進行生態恢復，宜林則林，宜草則草，因地制宜進行綜合治理。至2012年，退耕還林工程實現造林約2 940萬hm2，其中退耕造林926萬hm2，使得工程區的植被覆蓋度和生態系統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、重點地區的嚴重沙化耕地、重要水源地坡耕地以及西部地區實施生態移民的騰退耕地等目標的生態恢復情況。

除上述國家尺度的大規模生態恢復工程之外，中國還在部分生態環境脆弱性高、土地退化風險大的地區，基于當地主要生態問題設立地區性生態恢復項目，如長江流域防護林體系工程、京津風沙源治理工程等，作為國家層面大規模生態恢復工程的輔助和補充(表2)。目前，我國已基本構建起一套內容豐富、保障有力的生態恢復體系。總體規劃、綜合治理、全面推進、國家主導的生態恢復模式已經成為中國生態恢復的主要特征[23]。

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

3.2.2生態保護紅線

生態保護紅線指在生態空間范圍內具有特殊重要生態功能、必須強制性嚴格保護的區域，通常包括具有重要水源涵養、生物多樣性維護、水土保持、防風固沙、海岸生態穩定等功能的生態功能重要區域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、鹽漬化等生態環境敏感脆弱區域。生態保護紅線是國土空間“三條控制線”(生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界)之一，是國家層面構建生態安全保障體系的重大舉措，也是提升生態保護管理成效的制度創新，體現了在環境管理領域以國家意志推進生態保護的導向[24-26]。劃定生態保護紅線，旨在實現以下幾方面的目標：保護生態產品的產生區域和輸送途徑，保障優質生態產品供給；約束人類活動對水土流失區、土地沙化區、石漠化區等生態環境敏感脆弱區域的擾動，保障人居環境安全；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。生態保護紅線于2011年正式提出，2013年被列入生態文明建設重要內容，2017年劃定工作在全國范圍內全面展開。目前，京津冀3省(市)、長江經濟帶11省(市)和寧夏共15個省(市、區)已經完成生態保護紅線劃定，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保護區巡查

自然保護區是我國保護珍稀物種資源的重要措施，也是國家生態安全保障體系中不可或缺的組成部分。但是，近年來自然保護區卻面臨人類開發建設活動的侵占和干擾。基于此，2017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的違法違規問題進行排查整頓。行動的內容可以大致概括為3個方面：排查并整治影響自然保護區的違法違規問題；監督檢查已發現問題的整改進度；清理不符合要求的涉自然保護區地方法規政策。“綠盾2017”是中國首次實現全國尺度全覆蓋性的保護區巡查，也是中國建立自然保護區以來，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。此次行動共關停取締企業2 460多家，強制拆除違法違規建筑設施590多萬m2，有效遏制了資源開采、水電開發、工業生產等活動對保護區的破壞，促進了保護區監管水平的提升，鞏固了我國生態安全的基礎。

2018年8—9月，“綠盾2018”行動在全國范圍內啟動實施。“綠盾2018”行動在繼續覆蓋全部國家級自然保護區的同時，將847個省級自然保護區也納入整治范疇。此次行動進一步突出問題導向，一方面檢查“綠盾2017”行動所發現問題的整改情況，另一方面繼續排查自然保護區存在的問題和管理短板，體現了中國在提升自然保護區管理、加強生態安全保障方面的堅決性和延續性。

4 未來發展展望

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

對生態安全評估模型而言，目前得到應用的模型存在一定的共性局限，僅能對生態安全進行整體評估，為生態管理提供宏觀、意向性的建議，對生態安全變化的驅動機制和演變過程分析仍顯不足。未來的研究可以重點關注以下方面：(1)評估單元的空間匹配。生態安全評估涉及生態演替和社會經濟變化2個方面，但兩者在空間上往往并不一致。空間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果。因此，需要構建恰當的評估模型，實現生態演替與社會經濟變化在空間上的有機整合。(2)基于動態視角構建生態安全評估模型，明確生態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”的思路開展生態安全評估，通過格局分析識別生態安全的變化區域和重點區域，基于過程解析篩選影響生態安全的限制性因素，圍繞生態功能提升設計生態管理與保護措施。

對生態管理而言，未來對于生態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，繼而威脅區域生態安全；另一方面，生態保護與恢復可能與利益相關方產生沖突，成為潛在風險的又一來源。因此，需要加強生態保護與管理的科學規劃以及物資保障。(2)融合新興技術。在生態管理過程中引入大數據、無人機遙感等新興技術和設備，提高生態監測精度。(3)以生態功能為導向實施綜合管理。推動生態管理由專項管理向綜合管理轉型，以提升生態功能為核心對生態管理措施進行頂層設計和系統推進，促進區域生態安全的全面穩定提升。