区域生态安全格局研究进展_刘洋

区域生态安全格局研究进展

刘　洋

1,2

,蒙吉军

1,2

,朱利凯

2

(1.北京大学深圳研究生院,深圳　518055;2.教育部地表过程分析与模拟重点实验室;北京大学城市与环境学院,北京　100871)

摘要:如何构建一个安全的区域生态格局,对土地可持续利用和区域生态安全有重要意义。区域生态安全格局的构建需要多学科的综合、多角度的分析和多种实现手段的结合,一般从景观格局优化、土地资源优化配置和景观恢复等途径入手,构建结构合理、功能高效、关系协调的区域生态安全模式。在分析国内外相关研究进展的基础上,对区域生态安全格局构建在数量优化、空间优化和综合优化等方法进行了总结,在此基础上提出了构建区域生态安全格局的思路:区域生态现状评价、情景预案与目标设定、区域生态安全格局设计、方案实施及其效果评价、方案调整与管理。未来区域生态安全格局研究的趋势表现为:空间优化模型的进一步改进;区域生态安全标准量化的探索;注重公众参与机制和不同组织水平利益相关者的协调。关键词:区域生态安全格局;土地利用;景观格局优化;空间模型

Progressintheresearchonregionalecologicalsecuritypattern

LIUYang,MENGJijun,ZHULikai

1ShenzhenGraduateSchool,PekingUniversity,Shenzhen518055,China

2LaboratoryforEarthSurfaceProcesses,CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China

1,2

1,2

2

Abstract:Howtodesignasafeecologicalpatternissignificantforsustainablelanduseandregionalecologicalsecurity,andithasbecomeaninternationalhotissue.Theconstructionoftheecologicalsecuritypatternneedstheintegrationofmultipledisciplines,perspectivesandapproaches.Thetheoreticalfoundationoftheconstructioninvolveslandscapeecology,disturbanceecology,conservationecology,restorationecology,ecologicaleconomics,ecologicalethicsandintegratedecosystemtheory,andsoon.Generally,variousmethodsareappliedtobuildanecologicalsecuritypatternwithareasonablestructure,anefficientfunctionandaharmoniousrelationship,e.g.landscapepatternoptimization,optimalallocationoflandresources,landscaperestoration,andsoon.Inthispaper,throughreviewingthepreviousstudiesinthisfield,theapproachesofbuildingecologicalsecuritypatternaresummedupasthreecategories:quantitativeoptimization,spatiallyexplicitoptimization,andintegrativeoptimization,andthentheapplicability,advantagesanddisadvantages,andimprovementofdifferentapproacharediscussed.Quantitativeoptimizationmodelsincludesystemdynamicsandoptimizationtechniquessuchaslinearprogramming,nonlinearprogramming,multi-objectiveoptimization,dynamicprogramming,andsoon.Generallyspeaking,quantitativeoptimizationmodelscouldoptimizetheallocationofquantitativestructureoflanduse,butcouldnotmakeanoptimalallocationspatially.Spatiallyexplicitoptimizationmodelsmainlycovercellularautomataandlandscapepatternoptimizationmodelssuchasminimumcumulativeresistance,Gapanalysis,landscapeecologicalrestorationandreconstruction,andsoon.IntegrativeoptimizationmainlycontainsCLUE-Smodelandintegratedmodel.Thesynthesisofvariousmethods,suchasthecombinationofmulti-objectiveoptimization,GIS,BPnetwork,andCAmodel,isamoredesirableapproachtobuildtheregionalecologicalsecuritypatternconsideringthelackofafull-fledgedtheory.Takingintoconsiderationthedrawbacksandlimitsofeachapproach,thegeneralproceduresoftheconstructionoftheecologicalsecuritypatternareproposed:(1)toanalyzeandevaluatetheregionaleco-environment

基金项目:国家自然科学基金项目(40871048);国家科技支撑计划课题(2006BAD20B07);科技部基础性工作专项课题(2007FY140800-1)联合资助

收稿日期:2009-10-23;　　修订日期:2010-03-11

＊通讯作者Correspondingauthor.E-mail:jijunm@pku.edu.cn.

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conditions,includingtheaspectsofland-usedynamics,landsuitabilityassessment,andregionalecologicalsecurityassessment;(2)todeterminetheoverallobjectivesthroughmakingthepredictionandcomparisonofdifferentscenarios;(3)todesigntheregionalecologicalsecuritypatternbychoosingappropriatemodels;(4)tocalibratetheaforementionedregionalecologicalsecuritypatternbyimplementingthedesignedscheme,monitoringitseffect,andcollectingthefeedbacks;and(5)toimplementtheplanningprogram.Theultimateplanningprogramiscarriedout,andthecorrespondingmanagementmeasuresshouldbetakentoguaranteetheeffectiveimplementationandfurthertoamelioratetheregionalenvironment.Inthefuture,prioritiesshouldbegiventothefollowingaspects:(1)tofurtherimprovethespatiallyexplicitoptimizationmodelsoastobetterbuildregionalecologicalsecuritypatternbothquantitativelyandspatially;(2)togaugethelevelofregionalecologicalsecurityandtoensurethequantificationofthestandardofregionalecologicalsecuritynotonlytoreflecttheaimofecologicalsecurity,butalsotokeeppacewithsocio-economicdevelopmentandecologicalenvironmentimprovement;and(3)topaymoreattentiontothewillingnessandinterestsofthemassesandthecoordinationofthebenefitsofstakeholdersatdifferentlevelstoensurethattheplanningprogramismorepracticalandeffective.KeyWords:ecologicalsecuritypattern;landuse;landscapepatternoptimization;spatiallyexplicitmodel

近几十年,随着全球人地矛盾的日趋尖锐,生态恶化的趋势总体上还未得到有效遏制,主要表现为土地退化加剧、水生态平衡失调、林草植被破坏以及生物多样性锐减等优化配置

[2-3]

[1]

。人们越来越重视土地资源的生态效益,

利用构建区域生态安全格局来改善区域生态安全状况,是目前国内外研究的热点。欧美学者主要从土地利用

和景观生态规划

[6]

[4-5]

两种途径进行相关研究,研究领域从森林管理和木材采伐等农业问题转变

[7]

为土地利用变化、栖息地适宜性及流域水质等问题。我国对区域生态安全格局的研究始于20世纪90年代,许多学者以景观格局优化力地

[10][14]

、土地利用结构优化

[11]

、生态系统敏感性

[8]

、生态系统服务价值

[12]

[9]

、生态系统承载

[13]

、土地资源可持续利用及其他敏感地区

[17]

[15-16]

等为切入点作了大量研究,并在河西走廊、城市区域

[8]

、农牧交错带、湿

等进行了大量实证研究。近年来,一些学者提出了区域生态安全格局的概念与理

[18]

论基础、设计原则与方法,将研究尺度扩展到区域上,力求在宏观层面上谋求社会经济需求与生态安全

的平衡。我国的西北干旱区、西南喀斯特地区、黄土高原地区以及农牧交错带,由于干旱缺水、水土流失和强烈的人类活动,生态环境非常脆弱。2008年的南方雪灾和汶川地震引发的生态安全问题更加引起了社会各界对其的广泛关注,如何在灾后地区和生态脆弱区构建安全的生态格局,成为目前研究的热点思路,并讨论了未来的发展趋势。1　区域生态安全与生态安全格局

根据美国国际应用系统分析研究所(IASA)的定义,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

[19]

[13-14]

。本文在

总结以往研究工作的基础上,对区域生态安全格局的构建方法进行了梳理,提出了构建区域生态安全格局的

。生态安全评价是对特定时空范围内生态

[20]

安全状况的定性或定量的描述,是主体对客体需要之间价值关系的反映。一般情况下,生态安全评价流程

包括评价指标体系的构建,评价标准的确定,生态安全评价模型的构建,以及生态安全表征。

从不同的理论角度出发,对生态安全格局(ecologicalsecuritypatterns,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

[21]

,从景观生态学理论角度出发的景观格局优化

[22]

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。区域生态安全格局的提出弥补了这些不足,其理论基础涉及景观生态学、干扰生态学、保护生态学、恢复生态学、生态经济学、生态伦理学和复合生态系统理论等。它是指针对特定的生态环境问题,以生态、经济、社会效益最优为目标,依靠一定的技术手段,对区域内的各种自然和人文要素进行安排、设计、组合与布局,得到由点、线、面、网组成的多目标、多层次和多类别的空间配置方案,用以维持生态系统结构和过程的完整性,实现土地资源可持续利用,生

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态环境问题得到持续改善的区域性空间格局。

生态安全、生态安全评价和区域生态安全格局三者之间有着密切的联系。生态安全评价是对生态安全状况的反映,也为区域生态安全格局提供依据。区域生态安全格局构建则通过发挥人的主观能动作用来主动干预,促进人类———环境耦合系统各要素的优化配置,保证系统健康、稳定和持续的发展,最终实现区域生态安全状况的改善。

2　区域生态安全格局的构建方法综述2.1　数量优化方法2.1.1　最优化技术法

最优化方法是从所有可能的方案中搜索出最合理的、达到事先预定的最优目标方案的方法,主要包括了线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划以及图论与网络流等。土地利用数量结构优化属于较典型的多目标规划问题,它是在全面认识区域土地资源现状构成及存在问题的前提下,对土地资源数量结构进行调整,使其达到经济、生态和社会效益的最大化。1984年,加拿大的一个评估小组最早将多目标规划应用到土地利用配置中。随后,多目标规划作为土地利用结构优化强有力的工具得到广泛应用,其主要步骤包括目标函数和约束条件的建立以及多目标优化模型的求解和方案择优。DavidMakowski以欧共体农用土地资源面临的最主要的污染问题为导向,以氮流失量最小为规划目标,建立了农业土地利用结构优化模型。Gabriel等以马里兰州蒙哥马利郡为例,采用多目标优化模型来优化土地利用结构。Sadeghi等以最小的土壤侵蚀、最大的经济效益为目的,利用多目标线性规划技术,对伊朗克尔曼沙汗省Brimvand流域土地利用方式进行优化配置。

最优化技术法在应用时仍有需要改进的地方。首先,对生态效益考量的指标和标准体系还不完善。目前,在数量结构优化中多以经济效益为主导目标,而生态效益尚缺乏系统的量化标准,因此常以森林覆盖率

[26]

[25]

[24]

[23]

等作为生态约束条件,以规定或地方经验值作为生态指标的量化标准,近几年也有学者提出“碳平、“生态绿当量”

[28]

衡”

[27]

等约束条件,但对于水土流失、土地退化、水资源安全等这类典型的区域生态问题,

仍缺乏有效的约束指标,直接制约着土地利用生态安全格局的科学性和合理性。其次,基于数学规划的格局优化多停留在数量结构的优化上,难以进行格局的空间优化,也使其使用受到一定的。空间明晰化的优化模型考虑到空间格局的形成机制能够对各种土地类型需求进行空间分配,提高了优化方案的可操作性,成为土地利用生态安全格局构建的主要趋势之一。2.1.2　系统动力模型

系统动力学模型(systemdynamics,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,通过规划目标与规划因素之间的因果关系建立信息反馈机制,考察系统在不同情景下的变化行为和趋势。已有的研究工作表明,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。涂小松黔西县土地利用结构数量变化进行仿真模拟。

SD模型考虑了土地系统复杂的因果反馈机制,在模拟土地系统数量结构变化方面具有一定的可靠性,但是这种模型仍存在缺陷和局限性。首先,目前的SD模型仅能够模拟简单的、理想状况的土地利用结构。而土地利用系统是相互、相互作用的要素通过物质、能量和信息联系在一起的复杂系统。系统各要素之间具有强烈的非线性相互作用,复杂的反馈机制和显著的时空滞后性、不连续性和阈值。受到系统自身复杂性和研究者认识水平的差异和,构建模型时对系统各种要素、过程、因果反馈关系做了很多主观的、理想化的假设,造成模拟的结果往往脱离实际。其次,SD模型缺乏模拟结果的空间表达,它通过建立各要素之间的因果反馈机制对土地利用数量结构进行模拟,而在空间可视化表达方面存在不足。

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[29]

运用SD原理探讨了在

[30]

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。杨莉建立了SD模型,对

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2.2　空间优化方法

2.2.1　基于生态学理论的景观格局优化模型

　　景观格局优化模型主要运用生态学理论来设计一些关键的点、线、面或其空间组合,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的有效控制和持续改善

[31]

[17]

。以景观格局整体优

[32]

化为核心,Haber建立了土地利用分异战略DLU(differentiatedlanduse)战略,Forman提出了“不可替代格局”和“集聚间有离析”的景观整体模式。国内学者也有针对性地进行了研究。Wei构建最小阻力模型MCR对甘肃省石羊河流域景观格局进行优化配置。关文彬局构建的关键途径。孙立理念。刘吉平

[14]

[35]

[34]

[33]

认为景观生态恢复与重建是区域生态安全格

[36]

在景观格局分析的基础上形成北京市自然保护区分布格局“三区二带”的规划

基于GAP分析提出扩大保护区面积、建立廊道和设立微型保护地块的规划措施。王伟霞

构建了生态源区和生态廊道组成的生态空间安全格局。

景观格局优化从定性到定量、由静态到动态、由单一模型到多种模型综合,但这种模型仍需要进一步完善。首先,景观格局构建的理论基础相对薄弱。由于景观格局优化是在景观格局与过程相互作用方式深入理解的基础上进行的,景观格局与过程相互作用是复杂的过程,造成对景观各组分、不同景观类型、斑块及廊道相互作用方式理解比较困难。目前的认识水平还不足以满足对景观格局优化的理论指导要求。其次,景观格局的生态目标和评价标准难以确定,而这是景观格局优化设计的前提条件。景观安全格局的构建需要确定自然生态过程的一系列阈值和安全层次,提出维护与控制生态过程的关键性时空格局。最后,景观格局优化常在较小尺度上进行,如景观层次、自然保护区等,而在区域尺度上对景观组分的调整存在一定困难。2.2.2　元胞自动机

元胞自动机(cellularautomata,CA)是时间、空间和状态都离散的,空间相互作用及因果关系皆局部的网格动力学模型。CA模型没有明确的方程形式,而是包含了一系列模型构造规则。CA模型中的所有元胞是相互离散的,在某一时刻一个元胞只有一个状态,下一时刻状态是上一时刻其领域状态的函数。近年来许多学者尝试运用CA模型探讨土地利用格局优化问题。Mathey等目标,探索了一种协同演化的CA模型。刘小平GIS进行土地可持续利用规划。杨小雄

[41]

[40]

[37-39]

在CA的进化算法中整合了时间和空间

利用元胞的“生态位”适宜度来制定概率转换规则,并结合

[42]

则在CA模型中加入约束、适宜性约束、继承性约束等一系列

提出基于多

约束条件来控制模拟过程,并以广西东兴市为例进行土地利用规划布局的仿真研究。王汉花目标线性规划与CA模型的土地利用优化配置模型MOP-CA。

CA模型自身固有的特点决定了它适合用于时空动态过程的模拟。然而,CA模型仍有很多不足之处。首先,作为一种自下而上的建模方式,CA模型主要取决于自身和领域状态的组合,因素过于单一,难以反映影响区域生态安全格局的社会、经济等宏观因素。区域生态安全格局不仅取决于系统本身局部规则的作用,而是各种尺度的多种因素综合作用的结果。微观自组织与宏观影响因素的有效结合,应该在CA模型中得到充分重视。其次,定义转化规则的理论基础薄弱。合理的转化规则是CA模型成功应用的关键。目前常用CA模型与其他方法结合起来定义转化规则,提高模拟性能,如利用神经网络来获得参数和转换规则,利用蒙特卡罗法引入随机干扰因素增加模拟真实性等。最后,空间尺度的选择问题。不同的空间尺度下,由于模型的表现效果以及影响模型的各种外在因素作用程度的差异,系统单元表现的规律也不相同。因此根据研究需要,确定合适的空间分辨率也是一个需要解决的问题。2.3　综合优化法

综合优化法是将不同的优化模型有机结合起来,寻求解决问题的最优方法,这种模型往往综合了各种模型的优点,又能满足数量结构上的优化,又考虑到空间格局的优化。目前,具有代表性的有CLUE-S模型和集成模型。

2.3.1　CLUE-S模型

CLUE-S模型是荷兰瓦赫宁根大学Verburg等在CLUE模型基础上发展起来的,更适于区域尺度的土地利

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用变化研究。其基本原理是在综合分析土地利用的空间分布概率适宜图、土地利用变化规则和研究初期土地利用分布现状图的基础上,根据总概率大小对土地利用需求进行空间分配的过程。该模块包括非空间模块(土地利用数量需求预测)和空间模块(土地利用空间分配)。它能够模拟不同情境下的土地利用空间格局,在土地利用规划方面应用颇为广泛。Verburg集成宏观经济模型GTAP、综合评估模型IMAGE与CLUE-S模型对欧洲土地利用进行多尺度的优化配置。陆汝成种情景对比下对土地利用格局进行时空优化。

尽管CLUE-S模型能够从时间

[45]

[44]

[43]

应用CLUE-S、Markov复合模型及GIS技术分别在两

和空间

[46]

上对土地利用变化进行多尺度模拟,但是在模拟过程中仍有

许多需要改进的地方。首先,模型模拟的情景设定存在困难。CLUE-S模型中所需要的土地利用数量需求作为外设参数应用到模型中,其客观性和准确性受到。其次,该模型忽略了土地利用类型间的相互作用。土地利用变化是由自发性过程、自组织过程和土地利用类型之间的综合竞争作用的结果,CLUE-S模型未将邻域效应作为影响土地利用格局的驱动力,因而在自组织性过程明显的土地利用变化模拟中显得不足。再次,CLUE-S模型属于经验模型,预测的准确性受到驱动因子选择的影响。很多难以量化和预见的驱动因子,如、产权等人文驱动因子难以包含到模型中,从而对模拟结果的准确性产生影响。2.3.2　集成模型

不同模型在格局优化方面均存在自身的局限性,综合运用多种模型可以弥补单一模型在某些环节上的不足。何春阳

[47]

等人结合SD模型与CA模型,建立了土地利用情景变化动力学模型LUSD,模拟中国北方13

[48]

省未来20a土地利用变化的情景。邱炳文结合宏观用地总体需求与微观土地利用适宜性,集成灰色预测

[49-52]

模型、多目标决策模型、CA模型、GIS技术,建立了土地利用变化预测模型GCMG。此外,还有一些学者结合GIS和水文模型、非点源污染模型等,通过模拟来构建流域生态安全格局。Voinov

利用模块化的建模方

[53]

[54]

法,开发了基于过程的Patuxent景观生态模型(PLM)和Everglades景观生态模型(ELM)。Allan以保护区域水质为目标,应用GIS和缓冲区设计方法,建立了小流域土地利用格局优化模型。Seppelt以控制化肥引起的污染问题为目标,应用GIS以及景观空间分异模型在美国南部HuntingCreek小流域内设计了土地利用空间配置方案。

不同模型在解决特定问题上的优势使得多种模型的有机综合为土地利用生态安全格局构建提供一条有效实用的研究途径,尤其是计算机技术、GIS技术、现代数学方法(遗传算法、神经网络、模拟退火等)的快速发展,已经成为格局优化强有力的工具。Aerts和Heuvelink利用模拟退火算法来解决高维的土地利用空间优化问题。Holzkämper利用C/C语言和GA遗传算法库GAlib,开发了一个土地利用格局优化软件LUPOlib。徐昔保励雅

[58]

[57]

[56]

++

[55]

耦合GIS、CA模型和GA遗传算法,构建了两种情景下的土地利用优化模型ULOM。杨

融合遗传算法、模拟退火算法和动态惩罚函数法,建立了在土地及人口约束下的土地利用形态和交通

结构的组合优化模型。

综上所述,由于不同模型在解决特定问题上同时具有优势和局限性,同时,区域生态安全格局构建要综合考虑经济、社会、生态系统的协调发展,是涉及多学科、多尺度、多层次的综合性问题。因而在目前缺乏成熟完善的理论指导情况下,多种模型的有机综合为区域生态安全格局构建提供了一条有效的研究途径。3　区域生态安全格局构建的基本思路

目前,国内已有许多学者对区域生态安全格局设计方法进行了研究和探索构建方法整合为如下几个步骤(图1)。

(1)区域生态现状分析

从土地利用变化特征、土地适宜性以及区域生态安全状况等3个方面对区域生态现状进行分析。根据地图代数方法,建立土地利用转移矩阵,在此基础上分析该区域的土地利用变化特征。按照FAO土地适宜性评价方法,根据区域气候、地形以及土壤有机质等因子作为参评因子,将该区域分为3个适宜类(宜耕地、

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[59-61]

,本文在适宜性分析与生

态安全评价的基础上,通过数量结构与空间结构的双重优化,以及情景预案比较的研究,将区域生态安全格局

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图1　区域生态安全格局的构建流程

Fig.1　Frameworkofregionalecologicalsecuritypatternconstruction

宜林地和宜草地)和4个适宜等级(高度适宜、中度适宜、临界适宜和不适宜)。基于“压力-状态-相应”模型,针对区域生态问题,构建区域生态安全评价指标体系、量化方法、评价模型,确定安全阈值,对研究区进行生态安全评价。在区域生态现状分析的基础上,识别生态系统中的脆弱敏感区和存在的主要功能问题,辨识区域尺度上影响生态安全格局的关键组分,分析自然或人为干扰的来源、频率、强度等特征,得到土地利用适宜性评价图、生态安全评价等级图、生态环境敏感性分析图或生态风险空间分布图等,为构建生态安全空间格局提供数据支持和目标导向。

(2)情景预案与目标设定

结合区域未来发展目标,从区域尺度上提出生态恢复和安全格局设计的初步方案,如保护重要生态功能区、恢复与重建生态敏感和脆弱区、控制干扰源等;设计多种情景预案,对未来干扰变化下的区域生态安全水平进行预测,对各预案可能导致的生态安全状况进行比较,在此基础上确定规划目标,如经济效益目标、生态安全目标、生态系统服务功能目标、土壤侵蚀控制目标等,平衡生态保护与社会经济发展的各种矛盾。

(3)区域生态安全格局设计

根据研究区数据类型、质量,在技术允许的条件下,采用综合集成优化法设计区域生态安全格局。首先,基于上一步设定的区域生态安全目标,采用多目标规划等最优化技术对土地利用数量结构进行优化调整;其次,采用CA模型、MCR模型等空间直观模型,以及神经网络、遗传算法等仿生学优化算法,结合GIS的空间分析和制图功能,对土地利用进行空间优化配置。这样在数量和空间的双重优化下,构建生态安全下的区域土地利用格局。此外,在方案设计过程中,应主动控制自然与人为干扰的影响,顺应一些原有景观格局,防止格局中一些关键部位被破坏,同时恢复和改善受不利干扰造成生态系统受损的关键部位。

(4)方案实施及其效果评价

对设计的方案进行实施,动态监测方案的实施效果,并对监测结果进行评价,包括生态安全评价、景观生态评价等,找出实施结果与最初目标之间的差异,将获取的信息反馈到最初的设计中,作为方案调整的依据。

(5)方案调整与管理

对区域生态安全格局方案进行调整,直到达到预定的安全目标。从管理、制定与公众参与的角度,提出区域生态安全格局管理方案,根据社会经济的发展和区域生态安全的新问题,动态调整生态安全层次、建模技术和设计方案,不断优化区域生态安全格局。

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4　结语

总的来说,区域生态安全格局的构建经历了定性到定量、静态到动态、刚性条件约束到弹性条件最优、数量配置到空间演变的过程。从研究方法来看,主要集中在土地利用优化配置和景观生态规划上,现已逐渐走向交叉融合。景观生态规划侧重于诊断干扰来源与胁迫因子,从景观尺度上进行关键控制因子的规划,如自然保护区廊道的设计等,或在小尺度上为特定目标(如物种保护)进行景观格局优化。而土地利用优化配置侧重在区域或流域尺度上,在土地适宜性分析和土地利用条件分析的基础上,从宏观线性规划着手进行土地利用结构优化配置。从研究重点来看,以往多关注数量结构的生态优化,如林地覆盖率、坡耕地比例、农林牧用地比例等,现在逐渐转移到土地利用空间格局对生态过程的影响,如地表径流、水土流失、生物迁移、干扰传播等。从研究目的来看,区域生态安全格局逐渐从物种保护、土地利用配置转移到灾后重建、脆弱性地区以及整个区域的生态可持续发展上。未来研究的重点可以从以下几个方面着手:

(1)区域生态安全格局构建的模型有待进一步改进

区域土地利用优化配置,不仅要求土地利用数量结构的优化,也要保证土地利用结构空间布局趋于优化。而空间格局的优化是以往土地利用优化配置中的薄弱环节。目前的空间格局优化模型或多或少都有需要改进的地方,如在应用CA模型时如何制定合适的转换规则,如何体现微观自组织与宏观影响因素的结合;应用CLUE-S模型时如何保证情景设定的合理性,如何将难以量化的人文、社会、生态因子纳入到模型中;应用最小阻力模型MCR时如何界定阻力值等。另外,区域生态安全格局涉及的因素多难度大,既有小尺度生态过程研究,又有区域内多系统的综合性研究,既有生态学研究,也涉及社会经济研究,如何将多个模型有机集成起来,使之既解决理论和方法问题,又切实可行,是未来研究的重点。

(2)区域生态安全标准的量化仍需继续探索

区域生态安全格局的生态安全标准量化问题仍是一项具有探索性的工作。对于土地利用优化配置来说,如何通过目标函数或约束条件的设定体现生态安全的目标仍是今后的研究重点。对于景观格局优化来说,如何在深入理解景观格局、过程与功能相互关系的基础上,确定自然生态过程的一系列阈值和安全层次也有待进一步讨论。区域生态安全研究的对象具有特定性和针对性,不同区域或者同一区域不同时代其标准也有不同,需要对区域生态安全现状进行综合定位,有针对性地提出生态安全目标。同时,随着社会经济的发展,区域生态安全也会出现新的问题,生态安全标准也需要重新确定,以修改原来的目标或设计方案。

(3)加强公众参与的力度,协调各利益相关者的矛盾

区域生态安全格局设计的实施将遇到很多现实困难,不同组织水平利益相关者之间会出现利益冲突。一些公众忽视长期生态环境效益,只注重短期社会经济效益,其观念的落后会阻碍方案的实施。另外,从决策制定与执行的角度来说,可能存在单纯地追求政绩,而忽视公众生态居住环境的现象。因此,应当建立一个信息共享、知识传递和知识交流的平台,如社会调查、专家咨询会、座谈会、论坛会、听证会等,通过参与监督、参与管理与参与反馈,把利益相关者纳入协同竞争的范畴之内,使区域生态安全格局构建更加人性化、操作性更强。

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