（大地测量学与测量工程专业论文）基于gis的农用地生态安全评价研究.pdf

摘要 捅要 在已有的相关研究成果基础上，本文从生态安全的角度对农用地进行了基于 g i s 的农用地生态安全评价研究。着重进行了农用地生态安全评价的指标体系、评 价标准、评价方法的研究，以及如何利用g 1 s 进行实证评价。基于生态安全评价 是为区域农业可持续发展提供决策依据的理论指引下，本文对农用地生态安全评 价的原则、指标体系和评价标准的构建思路、方法等进行了系统论述，提出了一 套以河南省为例的省域尺度的农用地生态安全评价的指标体系及评价标准，并且 在已有的评价方法基础上结合g i s 技术和农用地生态安全评价的特点提出了一种 评价方法；最后，利用m a p g i s 软件以河南省为例进行了实证研究并提出了解决 农用地生态安全问题的对策和措施。本文有如下特色：一、指出生态安全是指人 类赖以生存的生态条件是否安全以及生态系统提供的服务是否安全，包括生态系 统自身安全、服务质量和数量是否异常以及对于人口数量日益增长和需求不断变 化的人类来说是否可持续。在前人研究的基础上强调了面临人口数量和需求变化 时安全的可持续，而不仅仅是现状的安全。二、较系统的论述农用地生态安全评 价指标体系和评价标准构建思路、确定方法等，并且结合河南省实际提出了一套 河南省省域尺度农用地生态安全评价指标体系和评价标准。三、提出的“多因素 系统聚类指数法”，将各评价单元进行聚类与根据评价单元不安全分值的折线图变 化趋势互相调整划分级别的综合，使得级别划分既体现各级别差异，同时体现同 一级别内各评价单元良好的相关性，这样得出的评价结果更加客观、准确。四、 在前述研究的基础上指出，在全球变化研究广泛开展的背景下，生态安全评价不 仅要为区域农业可持续发展提供决策依据，更应该为改善整个生态环境提供理论 基础和决策依据，从而拓展了生态安全评价的内涵，为生态安全评价的进一步研 究指明方向。 关键字：农用地；生态安全评价；g i s 一塑堕望三奎堂堡圭兰垡连壅 r e s e a r c ho ne c o l o g i c a ls e c u n t ye v a l u a t i o no f a g r i c u l t u n l l a n db a 息e do ng i s b a s e do nt l l ee x i s t e dr e l e v a n tr e s e 盯c h t l l i sp a p e r 咖d i e st h ee c o l o g i c a ls e c u r i t y e 砌u a t i o no na 班c m n h _ a l i a n d ，w l l i c hi sb a s e d0 ng i s ，舭mt h ee c o l o 西c a ls a f e 蛆g l e t h i sp a p e rm a k e s 血ei n d e xs y s t 锄o f e c o l o g i c a 王s e 呻e v a l u a t i o no f a 鲥c u l n 珊l1 8 n d e v a l u a t i o n 翻t e f i o na i l de v a l 嘶o nm e t h o dak e yp o n ：a l l dh o wt 0c a n yo np o s i n v c e v a l u a t i o nw i 也g i s g u i d 崦b y 也et h e o r yo fo 髓咖gd e c i s i o nb 8 s i sf o ra r e a a g r i c 山t u r a ls l j s t a i n a b l ed e v e l o p i n e n t 也砒e c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o nd o e s ，t h i sp 印e r c 枷e so ns y s t c 釉a t i c a ld e s c r i b eo n 也ep r i n c i p l e ，n l e 蛐g 柚dm e m o do fb l l i l d i n g i 1 1 d e xs y s t e ma i l de v a i u a t i o nc r i t e r i o nf o re c 0 i o 西c 址s e c u r i t ye v a i l l 习岖o no fa g r i c l l l t i l r a i l a i l d ，泌n gh e n a i lp m v i n c e a se x 锄p l e ，p r o p o s e si n d e xs 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n ，i c eq u a l i t ) ra n dq u a l l t i 妒i su i l u s u a l ，a n dw h e t b e ri tj ss u 蹦n a m et om 如心n d 劬。辩 p o p u l a t i o ni n c r e a s e sd a yb yd a y s e c o n d l y t l l i sp a p 盱g i v e ss y s t e n l a t i ca r g 啪e 曲出o n o n i n d e xs y s t 锄a 1 1 de v a l u a d o n 谢蜊o ng 咖c n 胖t h i n l d n g ，s e t n e dm 锄o do fe c o l o g i c a l s e c u r i 姆e v a l u a d o no fa g r i c u l t u r a ll a n d ，a n dh 船p r o p o s e das e to fa 蜊c u k u r a ll 脚1 d e 洲o g i 跚s e c 埘t ye v a l u 撕o ni n d e xs y s t e m si nh e n a np r o v i n c ca n de v a l u a t i o n 喇t e r i a ， a c c o r d i r l gt oh e n a np r o v i n c ea c t u a l l y n 砌ly ，”m u l t i f 缸t o rs y s t e m a t i cc l u s t e r i si n d e x m 甜1 0 d ”，u t i l i z em em u i t i f h c t o rs 血e t i c a le v a i u a t i o nm e m o da n dt h es y s t e m a t i c c l u s t e rm e m o dt oe v a l u a _ t ec o m p r e h e n s i v e l y ，d i v i d et 1 1 e s a f er a n ko fm ee c o l o g y m u m f a c t o rs y n 也e t i c a l l y ，t h u s1 l a v ea v o i d e ds h o r t c o m 协gt l i a ti sa p p r a i s e d 谢mt l l e 摘要 s i n g l em e m o d ，w h 主c hm a l c e st h ee v a 】_ u a t o nr e s u l tm o r ea c c l 】r a t e f o l l r l 王l ly ，o nt h e a _ b a v e m 酬o n e df o u n d a t i o no fs 饥d y i n g ，n 坨p a p 船p o i n t so u t 也a tu n d e it h e b a c k g r o u n do ft l l e 酉o b a lc h 锄g eg t i l d i e sl a 咖c h i n ge ) ( t e n s i v e l y e c o l o g i c a ls e c 谢t y e v a l 嘁i o ns h o u l dn o tm e r e l yo f f h 也ed e c i s 妣b a s i sf o rr e g i o n a la 掣i c u 蛔m l s u s t a i n a b l ed e v c l o p m e m ，s h o l 】1 do 往hm e 也e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n dd e c i s i o nb a s i sf o r i m 戳o v 恤gt h ew h o l ee c o l o g i c a le n v i r o r l m e n t “e nm o r e ，也i 工se 趣k a n d e dt h e 洫钯n s i o no f e c 0 1 0 9 i c a ls e c 面t ye v a l u a t i o l l ，h a sp o i n t e do u tn l ed i r e c t i o nf o rt l l ef i l m l e rr e a f c ho n e c o l o g 沁a l8 e c u m ye v a i i l a t i o n t k e yw o r d ：a g r i c u l t u r a ll a n d ；e c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o n ；g i s 河南理工大学 学位论文原创性声明 学位论文作者签名：j 刁戈堆 甜年；月日。 河南理工大学 学位论文知识产权声明书 读学位期间论文工作的知识产权单位属于河南理工大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论 文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 荔警轵弩鬈：浆 第1 章引言 1 引言 土地是人类的“衣食之源、财富之本”，是人类生存和社会生产活动的物质载 体。土地资源本身是一种重要的自然资源，是一切资源之首，而其中农用地对人 类的作用显得尤为重要。农用地不仅为人类提供粮食以及其他农产品的生产基地， 而且对环境净化等有极其重要的作用。 然而，2 0 世纪以来，随着我国人口的急剧增长，城市化的快速推进，农用地 面临越来越大的压力。人口的不断增长导致人均耕地减少，城市化的快速推进导 致非法占用农用地的现象时有发生，给农用地在数量上带来了前所未有的压力； 与此同时，工业的发展给农用地的生态环境也带来了恶劣的影响，酸雨、灌溉污 染等事件逐年增多；而为了保障国家的粮食安全，耕地中施用的化肥、农药、地 膜的使用量也在逐年增加，这些因素导致了农用地特别是耕地土壤板结、土壤污 染，生产力下降和农产品品质下降等，进而影响国家的粮食安全和稳定。 如何对农用地进行严格的管理和评价已是迫切所需，我国的土地管理目前仍 处于数量管理阶段，质量管理刚刚起步 可持续利用，需要对土地实行生态管理。 而要真正管理好土地，实现土地资源的 国土资源部从2 0 0 2 年开始在全国范围内 开展农用地分等定级估价工作。然而，从评价过程和评价所选因子来看，这次的 农用地分等定级估价工作主要是用于解决耕地占补平衡、农用地征用补偿、基本 农田保护等问题，而未能真正实现对土地的生态评价和生态管理。其中的主要原 因是由于目前土地的生态评价研究的理论、技术和方法等尚未成熟，更缺乏完善 的土地生态评价的指标体系和标准。 1 1 生态安全研究的兴起 随着人口的增长和社会经济的高速发展，全球性和区域性的环境问题，如环 境污染、森林植被退化、水土流失、土地荒漠化、酸雨以及生物多样性减少等不 断加剧，严重威胁着人类生存环境和经济社会的可持续发展。虽然在2 0 世纪4 0 年代，这些问题就已经受到国际社会的广泛关注，但当时并未直接进行生态安全 方面的研究，只是到了1 9 9 2 年联合国才在召开的环境与发展高峰会议上，专题商 讨了危害全球生态安全的环境问题，并通过了会议宣言和相关的公约。联合国环 境署执行主任托普费尔2 0 0 0 年2 月2 1 日在“环境安全、稳定的社会秩序和文化” 会议上指出：“环境保护是国家或国际安全的重要组成部分，生态退化则对当今 国际和国家安全构成严重威胁。”他还指出：有清晰的迹象表明，环境资源短缺 河南理工大学硕士学位论文 在世界上许多地方可能促成暴力冲突m 。在未来几十年，日益加剧的环境压力，可 能改变全球政治体系的基础。为此，在2 0 0 2 年9 月，世界许多国家的首脑聚会南 非约翰内斯堡，参加由联合国组织的全球环境与发展首脑峰会，共商世界的可持 续发展大计。这次会议的重点集中在人类与自然资源之间的关系上，并在9 月4 日晚上的闭幕式上通过了两份主要文件执行计划和题为约翰内斯堡可 持续发展承诺的政治宣言。各国领导人再次郑重表达了实施可持续发展的承诺。 他们在政治宣言中表示，将联合采取行动以“拯救我们的星球，促进人类发展， 并实现共同的繁荣与和平”。领导们还承诺，将加速实现本次会议上达成的、有 时间限度的社会经济和环境目标。 从生态环境恶化的现实和由此引起全世界对此的关心程度可以看出，生态安 全问题正在导致国家安全的重心悄悄转移。普遍认为，生态安全已构成国家安全、 区域安全的重要内容，与国防安全、经济安全、金融安全等有同等重要的战略地 位“1 。 一个国家的安全和人类社会发展需要建立可持续的安全的生态系统，因此生 态安全问题研究成为了备受关注的领域。 1 2 生态安全 生态安全( e c o l o g i c a ls e c u r i t y ) 从根本上说，是安全的一种。所谓安全， 是指个体或系统不受侵害和破坏的状态m 。生态安全的概念，目前形成有广义和狭 义的两种理解。前者以1 9 8 9 年国际应用系统分析研究所提出的定义为：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、必要的资源、社会秩序和人 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惫安全系统“3 。狭义的生态安全是指自 然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反映。通常认 为，功能正常的生态系统可称为健康系统，它是稳定的和可持续的，时间上能够 维持它的组织结构和自治，以及保持对胁迫的恢复力。反之功能不完全或不正常 的生态系统，即不健康的生态系统，其安全状况则处于受威胁之中。这种定义的 生态安全研究对象主要发生在生态脆弱区。 2 0 0 0 年1 1 月2 6 日我国国务院发布了全国生态环境保护纲要， 纲要 指出生态安全是国家安全和社会稳定的一个重要组成部分。所谓国家生态安全， 是指一个国家生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态。 第1 章引言 生态安全应归属于国家安全。国家环境保护总局生态司崔书红博士认为m ，同 国防安全、经济安全一样，生态安全是国家安全的重要组成部分，而且是非常基 础性的部分。由水、土、大气、森林、草地、海洋、生物组成的自然生态系统是 人类赖以生存、发展的物质基础。当一个国家或地区所处的自然生态环境状况能 够维系其经济社会可持续发展时，其生态经济系统是安全的：反之，则不安全。 曲格平先生从两个方面解释生态安全：一是防止生态环境的退化对经济基础构 成威胁，主要指环境质量状况和自然资源的减少、退化，削弱了经济可持续发展 的支撑能力；二是防止环境问题引发公众的不满，特别是导致环境难民的大量产 生，影响社会稳定m 。 郭中伟从生态系统的角度定义生态安全。他认为m 生态安全是指一个生态系统 的结构是否受到破坏，其生态功能是否受到损害。“生态安全”的显性特征是生 态系统所提供的服务的质量或( 和) 数量的状态。当一个生态系统所提供的服务 的质量或数量出现异常时，则表明该系统的生态安全受到了威胁，即处于“生态 不安全”状态。因此，“生态安全”包含两熏含义：一是生态系统自身是否安全， 即自身结构是否受到破坏；二是生态系统对于人类是否安全，即生态系统所提供 的服务是否满足人类的生存需要。 周国富m 从以下几个方面阐述生态安全，他认为：生态安全指一种资源环境 状态，这种状态一方面要生态环境自身处于良性循环之中，环境不出现恶化，另 一方面是资源、环境状态要能满足社会经济发展需要。生态安全指一种关系， 即资源环境与社会经济之间的关系，这种关系必须保持相互协调，社会经济的发 展不能受资源环境的制约和限制。生态安全反映资源环境对社会经济发展的重 要性。生态安全强调持续性和长期性。与生态安全相反，生态不安全是指生态 环境出现恶化现象，进而不能持续满足社会经济发展需要，社会经济发展受到来 自于资源和生态环境的制约与威胁的状态。 前面论述从不同方向定义和理解生态安全。国际应用系统分析研究所从人类正 常生活所需资源及其状态理解：曲格平先生从生态退化与经济发展可持续和社会 稳定之闻的关系理解，郭中伟先生主要从生态系统自身及其所提供服务状态理解 生态安全，而周国富先生则主要从生态安全与社会经济发展之间的关系理解生态 安全。他们的论述已很全面，但未有考虑人口增长及人类需求变化状态下的可持 续。 因此，我们认为，生态安全指人类生态系统的安全，即以人类赖以生存的生态 阔南理工大学硕士学位论文 条件的安全为思考的主体，同时考虑生态系统提供的服务是否安全。其中生态系 统提供的服务是否安全包括服务质量和数量是否异常以及对于人口数量日益增长 及需求不断变化的人类来说是否可持续。 按我们的这种理解，生态安全是指人类赖以生存的生态与环境，包括聚落、聚 区、区域、国家乃至全球，不受生态条件、状态及其变化的胁迫、威胁、危害、 损害乃至毁灭，能处于正常的生存和发展以及能满足人类社会可持续的状态。换 句话说，生态安全是人类生存环境和人类社会发展处于健康可持续的状态。 按照这样的理解，我们可以进一步分析，得出生态安全具有丰富的内涵： ( 1 ) 生态安全是人类生存环境或人类生态条件的一种状态。或者更恰切地说，是 一种必备的生态条件和生态状态。也就是说，生态安全是人与环境关系过程中， 生态系统满足人类生存与发展的必备条件。 ( 2 ) 生态安全是一个相对的概念。没有绝对的安全，只有相对安全。生态安全由 众多因素构成，其对人类生存和发展的满足程度各不相同，生态安全的满足也不 相同。若用生态安全系数来表征生态安全满足程度，则各地生态安全的保证程度 可以不同。因此，生态安全可以通过建立起反映生态因子及其综合体系质量的评 价指标，来定量地评价某一区域或国家的安全状况。 ( 3 ) 生态安全是一个动态概念。一个要素、区域和国家的生态安全不是一劳永逸 的，它可以随环境变化而变化，即生态因子变化，反馈给人类生活、生存和发展 条件，导致安全程度的变化，甚至由安全变为不安全。 ( 4 ) 生态安全强调以人为本。其标准是以人类所要求的生态园子的质量来衡量 的，影响生态安全的因素很多，但只要其中一个或几个困予不能满足人类正常生 存与发展的需求，生态安全就是不及格的。也就是说，生态安全具有生态因子一 票否决的性质。 ( 5 ) 生态安全具有一定的空间地域性质。真f 导致全球、全人类生态灾难不是普 遍的，生态安全的威胁往往具有区域性、局部性；这个地区不安全，并不意味着 另一个地区也不安全。 生态安全可以调控。不安全的状态、区域，人类可以通过整治，采取措施， 加以减轻，解除环境灾难，变不安全因素为安全因素。 f 7 1 维护生态安全需要成本。也就是说，生态安全的威胁往往来自于人类的活动， 人类活动引起对自身环境的破坏，导致生态系统对自身的威胁，解除这种威胁， 人类需要付出代价，需要投入。这应计入人类开发和发展的成本。 4 第1 章引言 - _ 一_ d 一 1 3 我国生态安全面临的挑战 我国地形西高东低，由世界屋脊的青藏高原向东南倾斜，形成三大地形阶梯， 构成我国自然环境的基本构架，高大山体和干旱内陆占据大部分国土，加上青藏 高原的不断隆升，自然环境背景相对脆弱。我国历史上就是一个自然灾害灾种多、 灾情严重、灾害频繁的国家。随着几十年来的更加剧烈的人类括动和不合理的开 发，我国已累积大量的生态隐患和环境欠债，构成对我国现在和未来发展的威胁。 也就是说，我国生态安全系数已太大降低，生态安全的威胁正在加大。我国生态 安全面临的挑战是多方面的： 1 3 1 国土资源安全 国土资源是一个国家人民生存的最基本条件，是人类栖居的基地和衣食的基 本来源，就是在人类科学技术高度发展的今天，国土资源的多寡和优劣仍然是决 定一个国家安全度的重要方面，特别是对于像中国这样一个人口众多的发展中国 家来说，更是一个先决性条件。当前中国国土资源面临着诸多问题，构成了对生 态安全的严重威胁。其主要表现在以下几个方面： 1 _ 3 11 水土流失严重 据全国第二次水土流失遥感调查，目前我国水土流失面积为3 5 6 万k m “， 占国土面税的3 7 4 2 ，每年流失表层土在5 0 亿t 阻上，丧失的肥力高出全国化肥 的产量。这不仅造成巨大经济损失，而且使土壤肥力不断下降，导致化肥用量的 逐年升高，土壤肥力却又愈来愈瘦从而形成恶性循环。耕地的肥力主要存储于 表层土。表层的流失导致了土壤肥力的不断衰退和生产力的不断下降。从5 0 年 代以来。由于水土流失而失去的耕地2 6 7 万多公顷，平均每年6 7 万公顷以上。同 时，严重的水土流失又淤积了江河湖库，是许多地区洪水灾害的重要原因。位 外国专家在考察了黄河流域后感慨地说：黄河流淌的不是沙土，而是中华民族的 血液。这句话应该引起我们的警觉和反思。可毗说，水土流失是中国面临的头号 环境问冠，这个生态环境问题得不到控制，生态环境特别是农业生态就不可能得 到根本改善。 l3 1 2 土地荒漠化加剧 我国天然草原近4 亿公 员，约占国土面积的4 0 ，是我国陆地面积最大的天 然系统，也是环绕东北、华北、西部最大的绿色屏障。但是，苴原在严重退化和 沙化。目前我国沙化土地1 6 8 9 万k m 2 ，约占国土总面积的1 7 6 。其中有1 1 6 万 沙化。目前我国沙化土地1 6 8 9 万k m 2 ，约占国土总面积的1 76 n 其中有1 1 6 万 第l 章引言 1 3 我国生态安全面临的挑战 我国地形西高东低，由世界屋脊的青藏高原向东南倾斜，形成三大地形阶梯， 构成我国自然环境的基本构架，高大山体和干旱内陆占据大部分国土，加上青藏 高原的不断隆升，自然环境背景相对脆弱。我国历史上就是一个自然灾害灾种多、 灾情严重、灾害频繁的国家。随着几十年来的更加剧烈的人类活动和不合理的开 发，我国已累积大量的生态隐患和环境欠债，构成对我国现在和未来发展的威胁。 也就是说，我国生态安全系数已大大降低，生态安全的威胁正在加大。我国生态 安全面临的挑战是多方面的： 1 3 1 国资源安全 国土资源是一个国家人民生存的最基本条件，是人类栖居的基地和衣食的基 本来源，就是在人类科学技术高度发展的今天，国土资源的多寡和优劣仍然是决 定个国家安全度的重要方面，特别是对于像中国这样一个人口众多的发展中国 家来说，更是一个先决性条件。当前中国国土资源面临着诸多问题，构成了对生 态安全的严重威胁。其主要表现在以下几个方面： 1 3 1 1 水土流失严重 据全国第二次水土流失遥感调查，目前我国水土流失西积为3 5 6 万k m 2n t ， 占国土面积的3 7 4 2 ，每年流失表层士在5 0 亿t 以上，丧失的肥力高出全国化肥 的产量。这不仅造成巨大经济损失，薅且使土壤匏力不断下降，导致他肥月重的 逐年升高。土壤肥力却又愈来愈瘦从而形成恶性循环。耕地的肥力主要存储于 表屡土。表层的流失导致了土壤月巴力的不断衰退稠生产力的不断下降。从5 0 年 代以来，由于水土流失而失去的耕地2 6 7 万多公顷，平均每年6 7 万公顷以上。同 时，严重的水土流失又淤积了江海潮库，是谗多遗区洪水灾害的重要原因。一位 外国专家在考察了黄河流域后感慨地说：黄河流淌的不是沙土，而是中华民族的 盘液。这句话应该弓f 起我们的警觉车鼙反愚。可豁说，水土流失是中国面临的头号 环境问题，这个生态环境问题得不到控制，生态环境特别是农业生态就不可能得 到根本改善。 1 3 1 2 土地荒漠化加剧 我国天然草原近4 亿公顷。约占国土面积的4 0 ，是我国陆地面积最大的天 然系统，也是环绕东北、华北、西部最大的绿色屏障。但是，草原在严重退化和 沙化。目前我国沙化士地1 6 s 9 万k m 2 ，约占国土总面积的1 7 6 。其中有1 1 6 万 河南理工大学硕士学位论文 k m 2 的沙漠是在目前技术和财力条件下难以治理的：有5 2 9 万k m 2 的沙化土地经 过努力是有可能恢复其原有的草地和耕地面貌的。另外，还有9 0 多万k m 2 的土地 处于明显沙化的过程中，如果不采取有力措施，也会逐步变成荒漠的。据初步测 算。5 0 年来我国土地沙漠化面积已经有l o 万多k m 2 ，而目前仍以每年3 0 0 0k 奇 的速度扩展。由于沙漠化的发展，给沙区经济和人民生活都造成了很大困难。据 专家估计，每年土地沙化造成的直接经济损失达5 4 0 亿元。一些地区还形成了生 态难民。 1 3 1 3 耕地营养不足、退化、盐渍化和酸雨的发展突出 从总体上，我国现有耕地中，氮、磷、钾营养元素含量普遍偏低，再加上盐 碱化、耕层浅薄、渍涝、干旱缺水等原因，高产稳产田面积很少，中低产田却占 到三分之二。同时，由于工业与城市“三废”的排放、农业中农药、化肥、农膜的过 量使用，我国已有o 1 亿公顷耕地受到不同程度的污染。 雨在干旱和半干旱地区，有4 0 的耕地存在不同程度的退化。土壤盐淡化发 展突出，现已形成的盐渍化土地近3 7 万k m 2 ，加上原生的盐渍化土地，面积已达 8 0 多万k m 2 。耕地一经盐渍化，农作物产量急剧下降，甚至弃耕。盐渍化土地的 形成是由不合理的耕作方式特别是不适当的用水方式造成的。 从8 0 年代在西南部分地区出现酸雨，到9 0 年代整个南方地区都出现酸雨； 北方城市地区出现酸雨的比率也超过了5 0 ；酸雨面积已占到国土面积的3 0 ， 频繁的酸雨降落到土地上，使得土壤受到污染，土地质量退化。 1 3 1 4 非农业建设用地大幅度增加，耕地资源在不断减少 据统计，从1 9 9 6 至2 0 0 3 年间，净减少耕地约6 6 7 万公顷。近年间，修改了 土地管理法，加强了对耕地资源的管理，形势有所好转，但每年被占用的耕地 仍在2 0 3 0 万公顷之间。全国有4 6 3 个县人均耕地已不足o 0 3 3 公顷。这对中巨【庞 大人口的吃饭问题不能不说是一个威胁。 1 3 2 水资源安全 水是生命之源，一切生物都离不开水，没有水就没有生命。人类在农牧时代， 水源是生产的决定因素之一，就是在进入信息社会的今天，水源仍然是国民经济 的决定因素，没有水源一切发展都无从谈起。当前我国水形势严峻，构成了对国 家生态安全的严重威胁。全国每年降水总量6 2 万亿m 3 。但人均量很低，受气候 和地形影响，降水分布极不均衡，形成南涝北旱的局面。长江流域以南地区水资 6 第l 章引言 源占全国的8 0 以上，耕地面积只占全国总数的l 3 ；而北方地区千早少雨，水资 源占有量很少，耕地却占全国耕地的6 0 以上，旱灾已成为农牧业的主要灾害。 同时，水资源短缺也严重影响了城市人民生活和工业生产。全国6 0 0 多座城市中 有4 0 0 多座供水不足。在北方地区，河流萎缩断流、干旱加剧是带有普通性的问 题。 1 3 2 1 湖泊退化是水环境恶化的重要表现 我国湖泊普遍萎缩和退化。以长江流域湖泊为例：5 0 年代有1 0 6 6 个，到9 0 年代初减至1 8 2 个。因围垦和淤积，华北平原的白洋淀水面缩小了4 2 ，洞庭湖 水面减少了4 6 ，湖底平均升高了i m ，蓄水能力大为降低。青海湖在1 9 5 9 1 9 8 8 年的3 0 年间，湖面下降近3 m ，现在还在继续萎缩。 1 3 2 2 水资源的另一威胁来自污染 据国家环境保护总局的统计，每年污水排放量4 1 0 亿t ( 水利部的统计为6 0 0 亿t ) ，其中8 0 未经适当处理就排入江河湖海，全国有7 5 的湖泊明显受到污染。 在调查评价的1 0 万妇l 河段中，4 7 的河段受到不同程度的污染，其中l o 的河 段污染严重，已丧失使用价值。在北方的辽、海、淮等流域，污水与地表水的比 例高达l ：乱1 ：4 。对我国l l8 座城市的饮用水调查显示：6 4 的城市地下水受到严 重污染；3 3 的城市地下水受到轻度污染；只有3 的城市水质处于清洁状态。据 我国有关专家多项研究结果显示，水污染造成的经济损失占g d p 的1 4 6 一2 8 4 。 水污染加剧了水源紧张局势。 1 3 2 3 水资源紧缺的主要原因是低效率使用 水资源的严重短缺，对经济发展、人民生活和生态环境带来了灾难性的后果， 大半个中国都处在水危机中。中国水资源的紧缺很大程度上是人为造成的，其主 要原因是低效率使用，重点是农业的太水漫灌和工业生产中的低重复使用。万元 g d p 用水量，发达国家一般在5 0 m 3 。而我国万元g d p 用水量则为7 3 0 m 3 ，我国 工业万元用水量不仅高于发达国家，也高于一些低收入发展中国家，农业用水也 是如此。还有产业结构不舍理。在水资源紧缺地区不适当的种植耗水最大的农作 物，开办耗水量大的工业企业；对水资源开发管理不当，一条水系上游不顾中游， 中游不顾下游，各自为政，各取所需；许多地区超量开采地下水，地面下沉，土 地生态急剧恶化。水价过低也是造成水浪费的一个重要原因。另外，水污染进一 步加剧了水资源的紧缺。 1 3 3 环境安全 河南理工大学硕士学位论文 人类的生命是适宜环境的产物，当环境质量发生不良变化时，人类的健康也 就相应受至影响，甚至难以生存，历史上一些古老文明的衰亡就与环境的遮纯有 密切关系。 我国嗣前向环境排放的各种疲物数量很大，远选超过环境的承载髓力。目前 我国每年的废水排放量约3 6 5 亿吨，年处理量仅1 0 0 亿吨。处理率不足l 3 ，许多 废水未经任何处理便排入江河湖海。2 0 0 3 年，中园经济快速增长，离能耗、离污 染行业的快速发展，对环境造成重大压力。各主要污染物排放量改近几年逐年 下降的趋势，呈现较大幅度的反弹。当年全国废水排教总量为4 6 0 亿吨，比上年 增加4 7 。同年全国工业二氧化硫排放量为1 7 9 1 4 万吨，占二氧化硫排放总量的 8 3 o ，比上年增加1 4 7 ；工业烟尘排放羹8 4 6 2 万吨，占烟尘排放总量8 0 7 比上年增加5 2 ；工业粉尘排放量1 0 2 1 o 万吨。比上年增加8 5 ；工业固体废物 产生置1 0 o 亿吨，比上年增加6 2 。工业固体废物排放量1 9 4 0 9 万吨。比上年减 少2 6 3 ；全国危险废弃物产生量1 1 7 1 o 万吨，比上年增加1 7 1 ；危险废物排放 量为0 2 万吨，比上年减少8 3 5 。我国平均每天产生城市垃圾1 5 1 0 4 t ，每年 要吞噬掉2 5 1 0 4 m 2 的土地资源来处理这些垃圾。还有一些难降解、有毒有害化学 品污染将在一个较长的时期内引发环境危害。 上述数据表明，我国环境污染严重，环境质量低下，对人民群众的健康造成 了一定危害，是我国生态安全中的一个重大问题。 1 。3 ，4 生物物种安全 保持生物多样性是人类生存和发展的基本条件之一，也是生态安全的重要方 面。据估计地球上有5 0 0 0 0 0 0 万种生物，包括了动物、植物和微生物，人类只 是这群生物中的一员而已，当然是一个智慧最高和影响力最大的成员。地球上的 生物，相互制约、相互依存，构成了一个有机共生体，人类也是靠自然界的生物 群落而生存和发展起来的。 我国是世界上生物物种最丰富的国家之一，但现在已经有4 0 0 0 5 0 0 0 种高 等植物濒危或接近濒危，占我国高等植物总数的1 5 一2 0 ，经过确认的我国珍 稀濒危重点动植物分别达2 5 8 种和3 5 4 种。在“濒危野生植物物种和国际贸易公 约”所列的6 4 0 个物种中，我国占1 5 6 个。同时，外来物种不断侵入我国，威胁 到我国生物物种的安全。 生物多样性是物质资源的巨大宝库，入类食物主要来源于多种动檀物。而唇 是 第1 章引言 前生物种类不断减少，已经严重影响人类的食物来源。虽然目前人类的食品可以 依靠转基因技术获得，但是这种技术极具危险性。 1 3 5 生态环境有加速恶化的趋势 从整体上看，我国生态环境有加速恶化的趋势。如近年来人人皆知的沙尘暴， 比较大的暴发上世纪5 0 年代有5 次、6 0 年代8 次，7 0 年代1 3 次，8 0 年代1 4 次， 9 0 年代多达2 3 次；还有海洋赤潮暴发，上世纪6 0 年代以前十分罕见，从7 0 年代 开始赤潮平均每两年发生1 次，8 0 年代增加到每年平均发生4 次，到9 0 年代，有 的年份竞达3 0 多次：而土地沙化也在加速。上世纪5 0 一7 0 年代中期，平均每年沙 化土地1 5 6 0k n l 2 ，7 0 年代中期到8 0 年代中期，平均每年沙化土地2 1 0 0k m 2 ，进 入9 0 年代，则每年2 4 0 0k m 2 。这些都是我国整体生态环境恶化的表现，而且正在 加速恶化。 1 4 国内外生态安全评价研究现状及存在问题 1 4 1 国外生态安全评价研究概况 国外学者早在2 0 世纪8 0 年代就在生态安全评价方面作了一些研究，尤其是在 农作物生态系统方面。在这方面，以前苏联及其独立后的各国做的工作多，主要 是针对杀虫剂对生态系统的生态安全影响方面的评价。早在1 9 8 8 年，前苏联的 v h k h n i l 就研究了杀虫剂，杀螨剂，除草剂，落叶剂和杀真菌剂在老鼠和鱼体内的 富集情况，并讨论了各种评价杀虫剂的生态安全的方法。白俄罗斯的s a m e r s o vv f 和1 b p a s l l k ol i 在发展了评价杀虫剂在保护农作物系统的作用模型的基础上，运用 计算机评价农作物系统在施用杀虫剂后，对其环境和生态安全的影响。美国的 k 丑p u s t l ( al a 等也在种群和群落的水平上对杀虫剂的生态安全进行了分析，通过风 险预测来评价生态安全的极限。另外，白俄罗斯的s 锄e r s o vv 和t r e p a s h k ol i 提出 可以运用农作物生态系统保护系统内农作物免受非币常的能薰消耗的能力用来评 价不受有害物，疾病和野萆的危害的完整的农作物生态系统的生态安全。即把农 作物生态系统保护系统内农作物能罴免受非正常的消耗的能力作为评价农作物生 态系统生态安全的标准。 总的来说，在生态安全评价指标方面，很多学者从反映生态安全程度的生态 风险与生态健康两方面提出了大量的针对不同尺度的度量指标m “1 “5 1 。u se p a 在 其发起的综合风险评价研究项目中有关风险评价研究和风险管理与修复技术研究 壁 河南理工大学硕士学位论文 两个次一级课题实施5 年来，在地区、流域以及国家等不同空间尺度上建立了相应 的评价框架，提出了十分复杂和庞大的指标系统m 】6 】。欧共体统计部门也提出了面 向欧洲国家的环境压力指标清单，以便在欧洲不同国家间的比较 一，。在生态风险 评价中，国际上其他一些著名的机构相继提出了不同的指标体系1 3 】，但有一个共 同点，就是包含风险因素识别、暴露分析指标以及影响( 或响应分析指标) 三部 分，这三方面所具有的指标项目则根据评价的区域、对象不同而不同。关于区域 生态健康的评价指标，可以归纳为生物学和环境学两大类：一”n 。在生物学指标 中，一般以生态系统类型如水生态系统、陆地生态系统等，有不同的指标要素。 对于生物物理学指标，尽管不同学者有不同观点，但总体上以制约生态健康的自 然物理要素和人为活动要素为主要构成成分，对于不同区域或生态系统，其健康 评价的指标不同。b e r t o l l o 【2 2 1 等针对意大利东北海岸地区生态风险问题，建立了水 生态系统和陆地生态系统等不同系统的生态风险评价指标，是由风险，压力因素识 别和评判标准两方面所组成；l l a 年口m c l e o d 等旧针对区域风险评价的生态脆弱性问 题，在综合全球范围内有关环境风险，生态脆弱性以及生态系统或环境要素质量状 况评价的现状基础上，通过s o p a c 的环境评价计划研究，建立了可以在国家间进 行对比评价的生态脆弱性指标体系，该指标体系共有5 4 个指标要素，分属于e d i 、 r e i 和i r l 3 个类别，其中属于e d i 的指标有1 9 个，属于r e i 的指标有2 7 个，i r j 类型 有8 个。由于这一体系吸收了i ) n e p ( 联合国环境计划署) 的地区发展指标、 e u r o s 似r ( 欧盟统计署) 的人类对环境的压力指标体系以及u se p a 的生态风险评 价指标。因此在较大空间尺度上，该指标体系是目前评价区域生态，环境脆弱性中 比较完善的一种指标系统。但是，s o p a c 指标体系明显具有沿海地区特色，在运 用到内陆地区时，需要根据内陆地区的自然环境特点和风险因素进行调整；同时 还应注意到，该指标系统是针对生态风险的脆弱性评价而建立的，虽然r e i 中大部 分指标要素可看作是系统的压力或风险因素，而e d i 中的部分要素可视作系统的响 应，但对系统风险暴露的考虑较少，不便于准确识别系统的风险或压力因素。因 此，将两方面有效结合并依据研究区域或系统的特点建立相应的指标体系是实际 生态风险评价中所应该选择的途径。另一种具有代表性的生态安全评价指标体系 是环境、生物与生态系统分类系统旧。该系统将生态安全评价的指标划分为环境安 全指标、生物安全指标和生态系统安全指标三类，并建立各自的评价指标，如环 境安全指标分为污染源、环境受体以及资源状况等方面，而生物安全则主要以生 物多样性体现。该指标系统的主要缺陷在于它所揭示的更接近于一定时期的生态 l a 第l 章引言 质量，既不能完全反映生态健康状况，更不能说明生态系统或区域环境的可持续 维护能力。 在生态安全评价方法方面，目前提出的有暴露一响应分析模式9 一l 、综合指数 评价方法、生态承载力分析法、生态模型方法。暴露一响应分析模式源于2 0 世纪 8 0 年代，多用于生态风险和生态健康的评价中，该模式是目前国内外区域生态安 全评价研究最为常用的概念性框架模式，以生态风险为主线，兼顾生态系统健康 评价( 生态系统内部恢复力和压力响应特征) ，不仅可以直观获得区域生态安全状 况，还可以输出相应的生态风险管理对策与安全维护策略。综合指数评价方法m t ：“”堤运用较为广泛的简易方法，该方法的最大优点就在于评价过程的完全定量化 和评价指标的优化归类，在不损失任何指标信息的基础上简化指标要素，从而使 评价过程简易，结果定量和相对客观可信。生态承载力分析方法定量化程度较高， 可用较少的因素定量测算生态承载力状况，但因无法考虑影响生态承载力复杂因 素间的作用，且单纯以人类对自然资源的占有与利用角度分析复杂生态系统的承 载力水平，显然有失偏颇。数学模型逐渐成为生态安全评价和管理的有效工具。 在风险评价中，生态模型可用于设计或预测未来潜在风险( 如气候变化等) ，同时风 险评价与管理者可借助生态模型重建过去的生态影响；在生态健康评价中，生态 模型可模拟健康突变的毒害界限和某一环境下系统健康要素的变化过程。 1 4 2