国内生态脆弱性研讨

国内生态脆弱性研讨

 

全球气候变化和人类对环境的不断开发利用,以及人口的急剧增加和资源的不合理利用,使生态系统自身的调节能力不断下降,人类生存的环境呈现出越来越脆弱的趋势。脆弱生态环境研究因而成为资源环境学科研究的热点,因而生态环境的脆弱性评估、驱动机制研究及生态恢复重建工作成为该领域研究的核心课题。本文在分析国际国内生态脆弱性研究的基础上,从重要文献主导原则、数量、区域、内容和研究方法上对我国生态脆弱性研究现状进行了分析,对加强环境脆弱性的评价研究,促进地区可持续发展有着重要意义。   一国际生态脆弱性研究动态   随着全球变化影响的深入,特别是对人类活动及人地关系影响的深入,“生态脆弱性”、“脆弱生态区”、“脆弱性评估”等问题已受到越来越多的关注[1-3]。脆弱生态环境是由群落交错带演变而来。1905年,Elements将Ecotone这一术语引入生态学研究[4]。1987年1月,M.M.Holland对Ecotone提出生态环境过渡带的概念,并将其定义为相邻生态系统之间的过渡带,且具有一组为空间和时间尺度以及相邻生态系统之间相互作用力所确定的特征,即抗干扰能力弱、界面变化速度快、可被代替的概率大、恢复原状的机会小等。在地学领域,Timmerman于1981年首先提出脆弱性的概念。脆弱性可分为人文系统的脆弱性和自然系统的脆弱性[5]1-125。脆弱性最早是由脆弱带而引出的,但罗承平指出生态过渡带并非都是脆弱生态环境,它仅是敏感性环境的一个类型,只有具有退化趋势的敏感环境才称为脆弱生态环境。也就是说,脆弱性是敏感性和环境退化趋势的统一[6]。敏感性反映扰动,环境退化趋势反映脆弱生态环境受到外界扰动后变化的方向和可能性大小。脆弱性的研究内容是自然生态系统、社会系统或者其子系统在面对压力或冲击时的潜在损失和敏感状态[7]。   国外对脆弱生态环境的研究,最早作为生态学研究的一个内容,可以追溯到20世纪60年代。之后,随着对全球脆弱生态区范围的明显扩大和程度的明显加重,生态环境的脆弱性问题开始引起了普遍关注。随着对全球环境变化影响研究的深入,特别是对人类活动以及人地关系研究的深入,有关生态脆弱性及其脆弱性评估等研究日趋成为全球性研究热点[8]。20世纪60年代的国际生物学计划(IBP)、70年代的人与生物圈计划(MAB)以及80年代开始的地圈、生物圈计划(IGBP)都把生态脆弱性作为重要的研究领域[9]。1992年,美国生态学会指出:脆弱生态环境的可持续性管理、已受损害的生态环境的恢复重建等应是生态学研究优先考虑的重点领域[10]。除了有关脆弱性概念等基础理论研究不断深化之外,目前国外脆弱性评估开始由单一的全球气候变化背景下生态环境系统和人类社会系统的脆弱性和适应性评估及区域内简单关系的研究逐渐趋向于跨区域的脆弱性评估和多变量多数据的系统研究。同时,随着研究的进展,脆弱性评估的方法不断改进,脆弱性评估的模型化和GIS等技术在脆弱性评估中的运用日趋广泛。至今,国外的生态脆弱性研究已较为成熟,不仅借助遥感、GIS、GPS技术进行生态脆弱性评估研究,而且出现了与景观学相结合或针对特殊条件的生态脆弱性评价体系,其相关研究朝着更具针对性的方向发展。美国环保署正在实施的基于GIS的各种数据库和管理决策系统,其宗旨是通过对中大西洋地区生态脆弱性综合评估,为政府决策提供依据。作为国际区域脆弱性评估项目,它反映了国际脆弱性评估研究的趋势。   二我国生态脆弱性研究现状   (一)文献来源与研究方法   我国对脆弱生态环境的研究起步较晚,中科院在“八五”期间开展的生态环境综合整治和恢复技术研究拉开了大规模研究脆弱生态环境及其整治的序幕,取得了一系列有关理论与方法上的初步研究成果。随着研究的进展,有关脆弱性的研究开始朝多元化的方向发展,以脆弱生态环境概念、特征及区域评价体系及脆弱性评价方法和内容为研究对象,展开了一系列生态脆弱性评估及其人地关系实证研究。本文以中国知识资源总库电子版为基础,通过www.cnki.net检索,在中国期刊全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库、中国博士学位论文全文数据库中以生态脆弱性为题名进行初次检索,在此结果中再以GIS为题名进行二次检索,从重要文献主导原则分析、数量、区域、内容、方法五个方面对我国生态脆弱性进行研究,检索期间限定为1980~2010年。   以生态脆弱性为题最早的一篇核心期刊论文是1994年苏维词发表的《贵州岩溶区生态环境脆弱性类型的初步划分》,2003年以后发表在核心期刊上的论文数量开始增加,当年发表7篇,2007年发表18篇,2010年达到25篇。核心期刊总共有114篇,期刊总论文有259篇,核心期刊论文占总论文数的44%。   (二)从数量上分析研究   以生态脆弱性为题名,检索国内的期刊,有关生态脆弱性的论文有309篇,初期研究评价单元常局限于县市单元或其他行政单元。最早发表的有关生态脆弱性的论文是1993年苏维词写的《喀斯特地区生态环境脆弱性现状区划初探》,该文以县市为单元对贵州省乌江流域生态脆弱性进行了评价。之后,罗承平对北方农牧交错带进行的生态环境脆弱性成因分析,民对太湖生态脆弱性的研究都集中在指标体系概念方面。1996年出现了第二篇生态脆弱性实证研究的论文,对黄土高原生态脆弱度进行了评价,1998年中国科学院新疆分院生态与地理研究所对塔里木河流域进行了生态脆弱性评价研究,1999年吉林西部也开展了生态脆弱性的实证研究。以GIS和生态脆弱性为题名,检索到基于GIS的生态脆弱性的论文有26篇,张佳华发表的《景观信息流及GIS对脆弱生态异质性制图的分析》是第一篇利用GIS技术进行分析的论文,主要是利用GIS进行制图。2004年,胡宝清发表的《基于GIS技术的广西喀斯特生态环境脆弱性综合评价》是首篇利用GIS强大的输入、空间分析及制图功能进行生态脆弱性评价的论文,以县市为单元进行评价。2005年陈焕珍的《GIS支持下的山东大汶河流域生态脆弱性评价及对策》和覃小群的《基于GIS的广西岩溶生态环境脆弱性评价》是国内首次以影像为基础利用GIS技术进行评价的论文,突破了以往以行政单元进行评价的界限。之后,福州市、南极无冰区、江西省、青海湖环湖区也利用GIS技术进行了生态脆弱性评价。生态脆弱性方面的博士论文有7篇,2004年1篇、2007年2篇、2010年4篇,集中在岷江上游、北方农牧交错带、新疆艾比湖湖泊湿地等。#p#分页标题#e#   由图1得知,我国从1993年开始生态脆弱性的研究,期刊论文和硕博论文总体上呈逐渐上升趋势。期刊论文总共有259篇,硕博论文总共有38篇。2000年以前期刊论文比较少,2005年急剧上升,2009年为45篇。2003年以前没有硕博论文,从2004年开始有硕博论文,总体呈上升趋势,2010年达到顶峰,为8篇。   (三)从区域上分析研究   贵州是我国进行脆弱性评价最早的地域,之后,福建、塔里木、闽江、太湖、吉林西部、黄土高原、江汉平原、广州市、江西省、大别山、衡阳市、汶川、黄河流域也开展了脆弱性的实证研究,研究较多的实证区域主要是我国北方的黄土高原和农牧交错地带以及南方的西南岩溶地区等典型脆弱地区。近年来,我国脆弱度评估研究发展较快,实证研究的区域范围扩大,并且将区域脆弱性评估与区域生态安全调控对策相结合,取得了一系列的研究成果,表明基于GIS的各种数据库和管理决策系统能直接为区域生态恢复建设提供政府决策服务。由图2得知,南方丘陵生态脆弱区最多,为84篇;西南石灰岩山地生态脆弱区次之,为65篇;再次是华北平原生态脆弱区,为53篇;北方半干旱-干旱生态脆弱区和西北半干旱生态脆弱区第四,分别为39篇、40篇;青藏高原生态脆弱区最少,只有11篇。由图3得知,北方总共143篇,南方总共151篇,1998年以前南方和北方数量相当,1999年后南方研究数量超过北方,2005年后南北方研究数量急剧增加。   (四)从内容上分析研究   在研究初期,有关生态脆弱性的研究,概念模型和定性分析仍占很大比例。随着“3S”技术的广泛应用,以及地理信息系统软件的不断开发,我国有关脆弱性评估的研究从定性和定量研究向基于GIS技术和模型化方法的脆弱度评估方法发展。概念方面的研究有《塔里木内陆河流域生态环境脆弱性分析》、《黑河流域生态环境脆弱性研究》、《山地生态系统的脆弱性与荒漠化》、《生态系统的脆弱性与退化生态系统》、《太湖生态脆弱性特征及评价指标体系研究》、《太湖生态脆弱性特征与消除对策的初步探讨》、《塔里木内陆河流域生态环境脆弱性分析》、《贵州喀斯特山区农业生态环境的脆弱性及可持续发展对策》、《西南岩溶山地生态脆弱性研究》、《祁连山生态系统脆弱性与恢复重建措施初探》、《贵州省喀斯特山区生态环境脆弱性研究》、《福建山地生态系统的脆弱性及其生态重建探讨》、《中国北方农牧交错带生态环境脆弱性及其成因分析》。实证方面的研究有《干旱区内陆河流域生态脆弱性评价》、《塔里木河流域生态脆弱性评价研究》、《基于RS/GIS的生态脆弱区土地利用适宜性评价》、《基于GIS技术的广西喀斯特生态环境脆弱性综合评价》。从内容上分析,实证研究多于理论研究:理论研究有109篇,实证研究有184篇。2003年以前,理论研究多于实证研究;2004年理论研究和实证研究相等,2005年后,实证研究多于理论研究。如图4所示。   (五)从方法上分析研究   目前国内外生态环境评价单元主要分为两类:一是基于面状的矢量评价单元,包括行政单元、流域和景观单元等;二是基于点状的栅格评价单元。评价单元的选择主要根据所需要达到的目标来确定。由图5得知,以县为研究单元的有135篇,以栅格为研究单元的有49篇。2000年没有以栅格作为研究单元的,从2005年起数量渐渐增多。2010年以县为单元和以栅格为单元的几乎相等,分别是19篇和18篇。   遥感可以为矢量面状评价方法提供丰富的数据源,GIS起到数据的管理和制图的作用。以下是以矢量面状单元进行研究的文献:《主成分分析及MAPINFO在生态环境脆弱性评价中的应用》、《重庆市岩溶地区生态环境脆弱性评价研究》、《洞庭湖湿地生态脆弱性评价及其恢复与重建研究》、《长江黄河源区生态环境脆弱性评价初探》、《呼和浩特市生态环境脆弱性评价》、《干旱区资源与环境》。遥感、GIS技术可以为生态环境脆弱性提供丰富的数据源、建模基础和技术支持,实现数据的分析和表达。对比分析国内的文献,生态脆弱性的评估差异主要在于指标体系、单元选取和评价方法。生态环境脆弱性评价是对生态环境各因子系统内部的不稳定性以及人类活动和外界环境胁迫对生态环境的可能影响及其敏感程度的评价。生态系统本身是一个多元的复杂体系,影响生态脆弱性评价的诸多因素具有很多不确定性和模糊性,评价因子与脆弱性等级间存在着复杂的非线性关系,因此至今仍然没有统一的生态脆弱性评价模型。   基于栅格的有《中国北方农牧交错带生态脆弱性评价》、《汶川地震灾区生态脆弱性评价研究》、《3S技术支持下的扎龙湿地生态脆弱性评价研究》、《多源数据支持下的生态环境脆弱性定量遥感研究》、《黄河三角洲生态环境脆弱性及其土地利用效应》、《遥感与GIS技术在区域生态环境脆弱性监测与评价中的应用研究》、《喀斯特地区生态环境脆弱性现状区划初探》、《基于GIS的广西岩溶生态环境脆弱性评价》、《GIS支持下的山东大汶河流域生态脆弱性评价及对策》。   三结论与讨论   遥感与GIS技术能满足生态环境脆弱性评价的众多需求,可在模型建立、技术支持、数据源提供和展示平台构建等方面为生态环境脆弱性评价提供技术支撑。在遥感和GIS技术日益广泛应用到生态学领域的情况下,如何发挥遥感、GIS的技术优势,将其方法融入到生态环境脆弱性评价中,开发区域尺度上兼备评价、预测与预警功能的生态环境脆弱性评价模型,将是生态环境脆弱性评价的重要发展方向之一。对1980~2010年的学术论文进行检索与统计分析,得出如下结论:   1.从景观的角度探讨生态脆弱性的论文比较少,还没有实现脆弱性的三维可视化表达。   2.从重要文献主导原则上分析,核心期刊论文总共有114篇,期刊总论文有259篇,核心期刊论文占44%。   3.从数量上分析,我国从1993年开始生态脆弱性的研究,期刊论文和硕博论文总体上呈逐渐上升趋势,2000年之后,我国生态脆弱性研究成为研究热点,2003年以前没有硕博论文,从2004年开始有硕博论文,总体呈上升趋势,2010年达到顶峰。#p#分页标题#e#   4.从区域上分析,早期西南石灰岩山地生态脆弱区和华北平原生态脆弱区,北方半干旱-干旱生态脆弱区和西北半干旱生态脆弱区研究较多,后期南方丘陵生态脆弱区研究发展较快;1998年以前南方和北方研究数量相当,1999年后南方研究数量多于北方,2005年后南北方研究数量急剧增加。   5.从内容上分析,实证研究多于理论研究,理论研究论文数量有109篇,实证研究有184篇。2003年以前,理论研究多于实证研究,2004年理论研究数量和实证研究相等,2005后实证研究多于理论研究。   6.从方法上分析,在基于GIS技术的定量研究方法上,早期多以县为数据单元,2000年之后开始出现栅格法地理信息系统技术的运用,2005年起数量逐年增多。