（环境工程专业论文）洞庭湖生态健康与安全评价研究.pdf

本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 储魏够导师 期：2 生年上月生日 1 i 1 llli 9 21 中南大学硕士论文摘要 摘要 洞庭湖是我国第二大淡水湖，地处湖南省北部、长江南岸。具有 调蓄滞洪、繁衍生物多样性以及长江干流净化池或生态前置库等生态 功能。然而，在自然和人类活动的双重作用下，湖泊萎缩严重，水资 源量减少，生物多样性遭到破坏，生态环境日益恶化，制约湖区社会 经济发展。 本文在充分调查的基础上，采用单因子评价法、综合污染指数法、 和综合营养指数法对洞庭湖水质状况进行评价。采用熵权法建立了由 物理化学指标体系和生态指标体系组成的水生态健康评估体系，用 1 3 项指标来评价洞庭湖水生态健康状况。单因子法结果表明，在总 氮、总磷不参与评价的情况下，近5 年来洞庭湖湖体水质整体为优； 湖水中总氮、总磷污染比较严重；监测断面总磷浓度均劣于i i i 类水质 要求，总氮浓度达n i i i 类水质要求的断面仅占8 。综合营养指数评 价结果表明，洞庭湖水质处于中营养和轻度富营养水平；综合污染指 数评价进一步表明，洞庭湖湖体水质劣于入湖口水质，入湖口水质劣 于出湖口水质的分布特征。湖区规模化畜禽养殖、水产养殖和城镇生 活污染源是导致洞庭湖水质污染的主要原因。 熵权法结果表明，2 0 0 4 年至2 0 0 8 年间，洞庭湖生态系统综合健 康指数总体上呈现递减趋势，2 0 0 8 年生态系统综合健康指数仅为 0 2 8 81 ，水生态系统健康状况下降。 其次，对洞庭湖生态安全综合评价方法进行探索。采用“驱动力 压力一状态影响风险”模型，选取1 4 项指标，构建洞庭湖生态安全评 价指标体系。利用层次分析法确定各指标的权重，运用生态安全度计 算模型，对洞庭湖生态安全状况进行分级评价。结果表明：与2 0 世 纪8 0 年代相比，2 0 0 0 年洞庭湖区评价级别处于安全状态；2 0 0 8 年处 于一般状态，生态安全状态水平下降。2 0 0 8 年状态得分值仅为基准 年的4 3 2 。对状态做进一步分析，总氮和总磷是造成洞庭湖水生态 状况恶化的主要原因。 最后，针对洞庭湖生态安全状况提出保障生态安全的对策：加强 湿地保护与恢复；开展湖区污染综合防治；加强流域生态安全管理。 关键词洞庭湖，生态安全，生态健康，指标体系，层次分析法，保 障措施 中南大学硕士论文 a b s t r a c t d o n g t i n gl a k e ，t h es e c o n d - l a r g e s tf r e s h w a t e rl a k ei nc h i n a ，i s l o c a t e di nt h en o r t ho fh u n a np r o v i n c ea n do nt h es o u t hb a n ko fy a n g t z e r i v e r i t se c o l o g i c a lf u n c t i o n si n c l u d ea d j u s t i n gt h ea c c u m u l a t i o no f w a t e ra sw e l la saf l o o db a r r i e r , b r e e d i n gt h eb i o l o g i c a ld i v e r s i t y , a n d s e r v i n ga sap o o lo fp u r i f i c a t i o ni nt h em a j o rs t r e a mo fy a n g t z er i v e ro r a sa ne c o l o g i c a l f o r e g o i n g r e s e r v o i r ，a n ds oo n h o w e v e r , u n d e rt h e d o u b l ef u n c t i o n so fn a t u r ea n dh u m a n a c t i v i t y , d o n g t i n gl a k ec a m ef o r t h m a n ye c o e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m ss u c ha ss e v e r ea t r o p h y , s h r i n ko ft h e w a t e r b o d y , d e s t r u c t i o n o f b i o l o g i c a ld i v e r s i t y , a n di n c r e a s i n g d e t e r i o r a t i o no fe c o - e n v i r o n m e n t i th a sb e c o m et h el i m i t i n gf a c t o rt ot h e d e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y b a s e do nt h es u f f i c i e n ti n v e s t i g a t i o n ，t h i st h e s i se v a l u a t e dt h ew a t e r q u a l i t y o ft h e d o n g t i n g l a k e u s i n g a s i n g l e - f a c t o ra p p r a i s a l ， c o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xa n dc o m p r e h e n s i v en u t r i t i o ni n d e x t h e n a na p p r a i s a ls y s t e mt oe s t i m a t et h ea q u a t i ch e a l t ho ft h el a k ew a s e s t a b l i s h e db yu s i n ge n t r o p yw e i g h tc o m p r e h e n s i v eh e a l t hi n d e xm e t h o d c o m b i n e dw i t hi n d e xs y s t e m so fp h y s i c s ，c h e m i s t r ya n de c o l o g y t h e r e s u l t so fs i n g l e f a c t o ra p p r a i s a ls h o w e dt h a tt h ew h o l ew a t e rq u a l i t yw a s e x c e l l e n ti nc a s et h a tt h ea p p r a i s a lo ft na n dt pw a se x c l u d e di nt h e r e c e n t5y e a r s h o w e v e r , t h ep o l l u t i o n so ft na n dt pw e r er e l a t i v e l y s e r i o u s t h ec o n c e n t r a t i o n so ft pf r o ma l lt h em o n i t o r i n gs e c t i o nw e r e i n f e r i o rt ot h ew a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n t so fi i ic l a s sa n dt h e r ew e r eo n l y 8 s e c t i o n si nw h i c ht h et nc o n c e n t r a t i o nr e a c h e dt h ew a t e rq u a l i t y r e q u i r e m e n t so fi i ic l a s s t h ea p p r a i s a lo fc o m p r e h e n s i v en u t r i t i o ni n d e x s h o w e dt h a tt h eq u a l i t yo ft h el a k ew a si nt h el e v e lo f m o d e r a t en u t r i t i o n a n dl i g h te u t r o p h i c a t i o n t h ea p p r a i s a lo fc o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e x f u r t h e rs h o w e dt h ew a t e rq u a l i t yi nt h el a k eb o d yw a si n f e r i o rt ot h ew a t e r i nt h ee n t r y , w h i c hw a sa l s oi n f e r i o rt ot h ew a t e ri nt h eo u t l e t t h e p o l l u t i o no ft h ew a t e rq u a l i t yo ft h el a k ew e r em a i n l yc o n t r i b u t e dt o f a r m i n go fl a r g e s c a l el i v e s t o c k ，a q u a c u l t u r e ，a n dr e s i d e n t i a lp o l l u t i o n s a c c o r d i n gt ot h ei n v e s t i g a t i o n u 中南大学硕士论文 a b s t r a ( 可 t h er e s u l t so fe n t r o p yw e i g h t c o m p r e h e n s i v e h e a l t hi n d e x d e m o n s t r a t e dt h a td u r i n gt h ep e r i o do f2 0 0 4t o2 0 0 8t h ec o m p r e h e n s i v e h e a l t hi n d e xo ft h ee c o l o g i c a ls y s t e mo fd o n g t i n gl a k er e v e a l e da d e c l i n e dt r e n d ，a n di n d e xw a so n l y0 2 8 81i n2 0 0 8 g e n e r a l l y , t h eh e a l t h y s i t u a t i o no ft h ee c o l o g i c a ls y s t e mi nd o n g t i n gl a k ed e c l i n e d t h ec o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lm e t h o do fe c o l o g i c a ls e c u r i t ya b o u t t h ed o n n i n gl a k ew a sf u r t h e ri n v e s t i g a t e d 14i n d i c e sw e r ec h o s e nf o r e s t a b l i s h m e n to ft h ee c o l o g i c a ls e c u r i t yi n d e x ( e s i ) s y s t e m ，a c c o r d i n gt o t h ed r i v i n gf o r c e - p r e s s u r e - s t a t e - i m p a c t r i s km o d e l t h ew e i g h t so ft h e i n d i c e sw e r ed e t e r m i n e db ya n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ，a n dt h e e c o l o g i c a ls e c u r i t ys t a t u sc l a s s i f i c a t i o nw a se v a l u a t e db yt h ee s im o d e l t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee c o l o g i c a ls e c u r i t yr a n k e dt h es a f eg r a d ei n 2 0 0 0a n dt h eg e n e r a lg r a d ei n2 0 0 8 ，i n d i c a t i n gt h ed e c r e a s eo fe c o l o g i c a l s e c u r i t y i n2 0 0 8 ，t h es t a t u ss c o r ew a so n l y4 3 2 o ft h eb e n c h m a r k t h e t o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u sw e r et h em a i nc o n t r i b u t o r sf o rt h e w a t e rd e t e r i o r a t i o no ft h el a k e d o n g t i n g t h es t r a t e g i e st og u a r a n t e et h ee c o l o g i c a ls e c u r i t yw e r ep r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no fe c o l o g i c a ls e c u r i t yo ft h ed o n g t i n gl a k e f o ri n s t a n c e ，t h es t r a t e g i e si n c l u d e dr e i n f o r c i n gp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n o ft h em a r s h ，d e v e l o p i n gc o m p r e h e n s i v ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n t r e f e r r i n gt ot h ep o l l u t i o no ft h el a k ea n di n t e n s i f y i n gt h ee c o l o g i c a ls e c u r e m a n a g e m e n to fd r a i n a g ea r e a k e yw o r d s d o n g t i n gl a k e ；e c o l o g i c a ls e c u r i t y ；e c o l o g i c a lh e a l t h ； i n d e x s y s t e m ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ； g u a r a n t e e dm e a s u r e i i i 2 2 洞庭湖生态安全问题1 7 2 2 1 泥沙淤积，湖泊日益萎缩1 7 2 2 2 水资源量减少，威胁饮用水安全1 8 2 2 3 水质污染加重，局部湖区富营养化1 9 2 2 4 滥捕滥捞，鱼类资源衰退严重2 0 2 2 5 生物多样性减少2 1 2 2 6 血吸虫病流行，危害湖区人民健康一2 l 第三章洞庭湖水生态健康评价2 3 3 1 洞庭湖水质状况评价2 3 3 1 1 数据来源及评价因子2 3 3 1 2 水质评价标准2 4 3 1 3 评价方法及评价结果2 5 3 2 洞庭湖富营养状态评价3 1 3 2 1 湖泊富营养化评价方法一3 l 3 2 2 洞庭湖富营养化评价结果3 2 3 2 3 洞庭湖水质污染与富营养化的原因分析3 4 中南大学硕士论文 目录 3 - 3 洞庭湖生物多样性评价3 6 3 3 1 生物多样性指数计算方法3 6 3 3 2 生物多样性评价结果3 7 3 4 基于熵权法的洞庭湖水生态健康评价3 9 3 4 1 熵权综合健康指数法3 9 3 4 2 洞庭湖水生态健康评价结果4 2 第四章洞庭湖生态安全综合评价4 7 4 1 评估方法构建思路与基本原理4 7 4 1 1 生态安全定义4 7 4 1 2 概念模型4 8 4 1 3 评估方法选择4 9 4 2 指标体系与评估方法4 9 4 2 1 指标优选与指标体系建立4 9 4 2 2 数据处理5 5 4 2 3 生态安全分级5 6 4 3 洞庭湖生态安全综合评价5 9 4 3 1 洞庭湖生态安全指标体系一5 9 4 3 2 层次分析法确定指标体系权重6 1 4 3 3 洞庭湖生态安全评估结果“ 第五章洞庭湖生态安全保障对策6 6 5 1 加强湿地保护与恢复6 6 5 1 1 恢复湿地生态环境一6 6 5 1 2 保护原生林湖洲和湿地野生植物资源6 7 5 1 3 实施“渔民上岸，集中安置”，确保“洄游畅通，增殖放流”6 7 5 1 4 维持“堵、疏、打、养”长效保障机制6 7 5 1 5 加强洞庭湖生态系统系统研究一6 8 5 2 开展水污染综合防治一6 8 5 2 1 强化工业污染防治，加快城镇污水处理6 8 5 2 2 加强水产养殖和畜禽养殖污染防治6 9 5 2 3 发展生态农业，加强农业面源综合整治。6 9 5 3 加强流域生态安全管理7 0 5 3 1 建立流域综合管理体制7 0 5 3 2 完善相关法律法规修订，建立完备的流域管理法律法规体系7 0 5 3 3 建立洞庭湖长效保护与建设机制7 0 目录 7 2 。7 2 7 3 7 4 。8 0 8 1 中南大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 生态安全是人类赖以生存和发展的生态环境处于健康和可持续发展状态【l 】。 随着社会经济的发展、人类施加于环境的压力不断增大，以致生态承载能力失衡， 并对社会经济发展构成严重威胁【2 】。人类如何适应全球环境变化、对自身的行为 进行调控以维护自身的安全，成为人们关注的焦点。生态安全的研究也应时而生。 国内外许多学者从不同角度对生态安全开展了研究【3 卅。国内对生态安全的 研究始于2 0 世纪9 0 年代，至u 1 9 9 0 年代后期才逐渐为人们所重视。研究内容主要集 中在生态安全概念的界定【刀、区域城市生态安全的评价【8 ，9 1 、水环境的安全评价【1 0 】 在莹 号fo 我国湖泊众多，面积大于l k m 2 的湖泊有2 8 4 8 个，约占国土面积的o 8 ， 其中淡水湖泊面积占4 5 t 1 1 】。但是，近年来由于湖泊流域社会经济快速发展， 污染治理设备滞后，氮、磷污染负荷削减未能得到足够的重视，致使我国众多湖 泊富营养化程度普遍较高，水污染和藻类水华爆发事件频发，严重影响了湖区人 民的生产、生活及饮用水安全，并制约着流域的可持续发展。湖泊生态安全是指 在人类活动影响下维持湖泊生态系统的完整性和生态健康，为人类稳定提供生态 服务功能和免于生态灾变的持续状态。在湖泊生态系统中，湖泊是主体，其水生 态健康状况是系统安全的基础。目前，对于湖泊生态安全评价的研究尚不多见， 尤其是定量化评价目前仅仅处于起步阶段。关于湖泊生态安全的研究主要集中在 湖泊水质及富营养化评价、湖泊生态系统健康评价以及湖泊生态服务功能研究等 方面。在这些研究中，社会经济环境对生态环境发展的影响考虑较少，而是将湖 泊湿地孤立起来，将其作为一个孤立的生态系统进行研究。没有将人类活动对湖 泊生态安全的影响及湖泊生态灾变的风险考虑在内，而这两部分内容却是湖泊生 态安全的重要方面。因此，以往研究仅集中于微观方面讨论湖泊的自然生态问题， 较难深层次的探讨所发现生态问题的原因。对湖泊进行生态安全综合评价研究， 建立湖泊生态安全评价体系，可以为湖泊管理以及污染治理提供决策依据，协调 环境、社会、经济利益，对湖泊生态系统的可持续性管理以及资源的合理利用具 有十分积极的意义 1 2 - 1 5 】。 洞庭湖是我国第二大淡水湖，地处湖南省北部、长江南岸。北有松滋、太平、 藕池三口引江水来汇，南面和西面有湘、资、沅、澧四水注入，湖水经城陵矶排 入长江。具有调蓄滞洪、繁衍生物多样性以及长江干流净化池或生态前置库等生 中南大学硕士论文第一章绪论 态功能。然而，在自然和人类活动的双重作用下，湖泊萎缩严重，水资源量减少， 生物多样性遭到破坏，生态环境日益恶化，制约湖区社会经济发展。湖泊水面面 积由6 0 0 0 k m 2 减少到2 6 2 5 k m 2 ；水产和鱼类资源下降，鱼群结构呈现低龄化、小 型化，湿地生物多样性不断下降【i s ；其特定的生态系统结构、功能和目标已 经遭到破坏。选择洞庭湖作为研究对象，开展湖泊生态安全状况研究，不但具有 十分重要的理论意义，而且也具有广泛的实际应用价值。 1 2 生态安全研究现状 生态安全研究是近几十年发展起来研究领域，是当前可持续发展研究的热点 问题。目前，生态安全概念存在着广义和狭义两种理解。广义的理解包括三个方 面：自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，由i a s a 于1 9 8 9 年提出；狭 义的理解即指自然和半自然生态系统的安全【2 1 。 生态安全概念最早是以“环境安全”出现的。冷战结束以后，现代工业文明 给人类带来巨大财富，同时环境污染也日趋严重，人类开始反思经济增长负效应 对人类命运的影响，由此也很大程度上改变了对自身安全威胁的认识。1 9 9 6 年， 约有二百多万人在面对全球生态安全的市民公约中签字，表示生态安全概念 已经得到国际社会较为广泛的接受，该公约建立在生态安全、可持续发展的基础 之上，要求各参与组织相互之间协调利益，并履行责任和义务。1 9 9 8 年发表的 生态安全与联合国体系中，各国专家和学者就生态安全的概念、影响生态安 全的因素、生态不安全的原因及其发展趋势展开了讨论【1 9 1 。由此，生态安全作 为一个前沿问题，被越来越多的专家和学者乃至平民百姓所重视。 目前，国外对于生态安全的研究主要是微观研究，集中在生态风险以及环境 安全、化学物质使用对环境安全的影响两个方面。国内的研究主要集中在理论研 究和区域生态安全的评价和分析两个方面。包括生态安全定义、概念模型、区域 生态安全指标体系构建以及评价方法等。 1 2 1 生态安全概念及内涵 1 9 9 9 年以来，国内许多学者对生态安全的概念定义方面做了许多有积极的 探讨。 陈国阶【l 】提出生态安全是一个动态概念，具有时空地域性，专指人类生态系 统的安全，还提出生态安全关系到国家安全。也有研究从生态系统是否受到损害 方面定义生态安全，认为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。彭少麟等【7 】指出生态安全包括资源环境安全、生物与生态 系统安全和社会与自然生态安全，涉及到自然和社会两个方面。有学者研究了生 2 中南大学硕士论文 第一章绪论 态安全对国家安全的影响，结论表明，生态安全已经在我国国土资源、水环境、 人群健康和生物四个方面突显出来，将生态安全和经济安全、政治安全提高到同 一层面，指出生态安全也影响到国家安全，是国家安全的一个重要影响因素。 生态安全是指自然生态体系、人类社会经济体系两个方面的生态安全，每个 方面都包含时间尺度、空间尺度、生物尺度等，是多重尺度体系。各层次以及尺 度间的生态安全相互影响，低尺度的生态安全是高尺度生态安全的基础，而往往 是低尺度的生态不安全则会影响到高尺度的生态不安全。肖笃宁等【2 】通过分析生 态系统功能，监测生态系统演化状况，分析主要胁迫因子，设定生态平衡期望值， 判定重要阈值，预测系统演化趋势和开展预警研究，提出调控对策等步骤分析区 域生态安全。主要研究关键生态系统的完整性和稳定性，生态系统健康与服务功 能的可持续性，主要生态过程的连续性等。多数研究认为，无论是从广义还是狭 义来理解生态安全，其本质都是实现自然生态和人类社会的可持续发展，达到经 济、社会和生态三方面的协调统一。2 0 0 0 年我国国务院发布的全国生态环境保 护纲要中首次明确提出了“维护国家生态环境安全的目标，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，要包括两方面的内容：一是确保经济 可持续发展，即防止由于生态环境的退化威胁经济基础；二是维护社会稳定，避 免环境污染事故引发群众的不满情绪，特别是要杜绝环境难民的大量产生。 虽然目前对生态安全概念并没有固定的解释，存在着不少争论。但是不论争 论与否，其内涵主要包括两个方面的含义还是被广泛接受。这两方面是：一是生 态系统自身是否安全，即其自身结构和功能是否保持完整和正常；二是生态系统 对于人类是否安全，即生态系统对人类生存的服务功能是否持续、稳定，这两个 方面相互联系，相互影响并且不可分割。生态系统自身的健康是其为人类提供持 续、稳定服务的前提；而人类所需的资源和服务本身也能反映生态系统结构和功 能状态。其具体内容可由以下几个方面来描述： ( 1 ) 生态安全的基础性。生态安全是人类生存环境或生态条件的基础，生态 系统不安全，则在人与环境相互关系的过程中，不能满足人类生存与发展的要求， 是人类生存和发展的一种必备的生态条件和生态状态。 ( 2 ) 生态安全具有相对性。生态安全不是绝对的，没有绝对的生态安全，只 有相对的生态安全。生态安全的不同组成因素，对人类生存和发展的满足程度也 不相同。因此，可以通过建立生态安全评价指标体系，来定量地评价某一区域的 生态安全状况。该体系中指标应能反映生态因子及其综合体系质量。 ( 3 ) 生态安全状况是变化的。一个要素、区域的生态安全可以随环境变化而 变化，不是固定不变的，同时，人类影响可改变其状态，即生态因子的变化，可 以导致安全程度的变化，甚至由安全变为不安全，人类实现可持续发展的基础也 3 中南大学硕士论文第一章绪论 因此遭到破坏。 ( 4 ) 生态安全具有空间地域性和外溢性。生态灾难不是全球性的，生态威胁 以及不安全往往具有区域性、局部性；这个地区不安全，并不意味着另一地区也 不安全。但是某一区域生态安全状况会影响邻近区域的生态安全，生态安全效应 的外溢性即体现出来。 ( 5 ) 生态安全具有可调控性。对于不安全的区域，人类可以通过采取各种手 段和措施，加强生态建设和环境保护以减轻、解除不安全因素，从而使其恢复到 安全状态。 生态安全的本质可以认为是围绕人类社会的可持续发展的目的，促进经济、 社会和生态三者之间和谐统一。 1 2 2 生态安全评价方法研究进展 ( 1 ) 指标体系建立的概念框架 在生态安全评价指标体系构建过程中，依据不同工作目的和任务需求而其指 标选择的方法和侧重点应有所不同，如基于生态压力的指标选择、基于环境暴露 的指标选择，以及基于压力状态反应的指标选择方案等。 目前在区域生态安全评价中应用较多的模型有：p s r 模型【2 0 ，2 1 1 、d s r 模型 【捌；d p s i r 模型【2 3 1 ；d p s e r 模型【2 4 1 。在开展区域可持续发展评价和其指标体系 研究中，压力一状态一响应( p r e s s u r e - s t a t e r e s p o n s e ，p s r ) 指标框架模型( 图 1 1 ) 被广泛承认和使用。该框架模型具有：综合性，同时面对人类活动和自 然环境；灵活性，可以适用于大范围的环境现象；因果关系，它强调了经 济运作及其对环境的影响之间的联系。该指标框架体系的建构思路可供湖泊生态 安全评估借鉴。回 圈固 部门的响应 图1 1 压力状态响应( p s r ) 框架模型 f i g 卜1p ( p r e s s u r e ) 一s ( s t a t u s ) 一r ( r e s p o n s e ) f f a m e w o 血m o d e 4 中南大学硕士论文 第一章绪论 左伟等2 5 1 在广泛分析国内外生态评价指标体系研究案例的基础上，对p s r 框架模型进行了扩展，制定了区域生态安全评价指标体系概念框架，即驱动力一 p s r 概念框架模型( 图1 2 ) 。该模型扩展了原模型的压力模型块的概念内涵， 其含义更加广泛，并且更加中性化，指标选择范围既涵盖了自然环境方面也包含 了人文社会方面。 生态环境系统驱动力 图1 - 2 驱动力p s r 框架模型 f i g 1 - 2d ( d r i v i n gf o r c e ) - p ( p r e s s u r e ) - s ( s t a t u s ) - r ( r e s p o n s e ) f r a m e w o r km o d e 此外，欧洲环境署在p s r 框架中添加了两类指标：“驱动力”指标( d r i v i n g f o r c e ) 和“影响”指标( i m p a c t ) ，建立了驱动力一压力一状态一影响一响应 ( d p s m ) 指标体系。“驱动力 指标，是指推动环境压力变化的社会经济或社 会文化因子；“影响”指标( i m p a c t ) 系由环境状况导致的结果，通常代表可观 测的结果( 包括正面或反面的) ，例如陈洋波等利用此模型建立深圳水资源的评 价指标体系【2 6 1 。 结合以上模型的优点，左伟【2 7 1 建立了d p s e r 模型，评价重庆市忠县的生 态安全状态，即由社会经济驱动力产生压力，造成污染，破坏生态环境状态，而 人类对此作出的响应反过来调节压力。该模型引入了暴露一响应模型，将生态环 境污染的压力着重体现，将污染暴露作为单个的一部分列出。 结合生态系统健康的特点，c o r v a l a n 等提出了包括驱动力( d r i v i n gf o r c e ) 、 压力( p r e s s u r e ) 、状态( s t a t e ) 、暴露( e x p o s u r e ) 、影响( e f f e c t ) 和响应措施( a c t i o n ) 的d p s e e a 概念模型。 中南大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 指标体系研究进展 评价指标是开展评价工作的基础。评价指标研究主要包括指标选择原则、跟 据和构成，相应的指标数据获得、量化和权重的确定等也应包括在内。评价指标 体系直接影响到评价的精度和结果，是评价研究内容的基础和关键，指标体系应 该要反映区域生态安全的主要特征和基本状况。目前，生态安全评价方面还没有 很完善并且被广泛采用的指标系统，这是由于生态系统以及评价尺度的不同决定 了其生态安全分析需要符合其特征的指标要素，指标体系的建立涉及到各个不同 的学科，要求评价者对评价系统有充分的认识。这也是指标体系的建立显得十分 复杂的原因。 目前，对生态安全的研究越来越多，研究内容也越来越深入和细化，区域生 态系统指标体系的建立经历了从简单到复杂、综合的过程，主要表现为最初的由 单因子评价指标逐渐发展到到多因子小综合评价指标再到后来的多因子大综合 评价指标。其中，单因子指标多数是单一的生态因子或环境因子，能够表征系统 生态安全状态，最初是从风险评价以及健康评价中衍生出来，用来衡量环境“污 染和毒理”危害和微观生态系统的质量。有研究曾应用生物完整性指数作为水体 生态系统安全指标，该指标能分析鱼类种群的组成与分布、物种多样性以及固有 种、耐受种、敏感种等多个方面变化。 多因子小综合评价指标体系对象主要是自然或半自然生态系统，其生态安全 指标体系的建立侧重于生物以及资源环境方面的含义。美国环保署( u s e p a ) 建立的河流生态系统综合评价指标体系，包括物理化学环境、水文变化条件及生 物学状态多个方面，具有非常好的代表性。 多因子大综合指标则在多因子小综合评价指标体系的基础上，同时考虑了不 同范畴的评价指标，将生命支持系统对社会经济及人类健康作用的指标也考虑在 内。指标体系的建立，需要一系列概念框架模型，如左伟【2 7 】在p s r 基础上，构 建了由生态环境状态指标、人文社会压力指标及环境污染压力指标组成的区域生 态安全评价指标体系，以其来表征生态环境系统服务功能；有研究提出由水资源 水环境、社会、经济三个子系统构成的d p s i r 综合指标体系，评价流域水资源 可持续发展；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【9 】。该系统利用不同的要素来划分生态安全评价的指标，如环境安全 指标、生物安全指标和生态系统安全指标，并在各个要素下建立其各自的评价指 标，如将污染源、环境受体以及资源状况等方面作为环境安全指标，生物多样性 来体现生物安全。但是该指标系统也存在着问题，突出表现在它不能完全反应生 态系统的健康状态，也不能说明区域环境的可持续发展的能力，其评价结果更接 近于评价时期的生态质量。 6 中南大学硕士论文第一章绪论 从国外的指标体系研究来看，美国国家环保局根据不同的空间尺度，如地区、 流域以及国家等，建立与其相应的评价框架，构建了特别复杂和庞大的指标体系。 以其来作为生态风险评价和风险管理及修复指标，最终作为综合风险评价指标体 系。南太平洋“应用地球科学委员会 ( s o p a c ) 创建了由地质、气象、人类 学、生物和国家的内生特征等5 个方面组成的指标衡量环境对人类和自然灾害的 脆弱性，确立了包括环境危险程度、环境外在恢复能力以及环境的内生脆弱性三 种环境脆弱性，并以澳大利亚等5 个国家作为研究对象，将其应用于实际，初步 验证其合理性。欧洲共同体统计部门也建立了环境压力指标体系，用在欧洲不同 国家，用来比较各个国家之间的环境压力。生态风险评价中，一般都包括风险因 子识别、暴露分析指标以及影响分析指标三部分。这在n r c 、w e r f 以及c c i j e 等国际上的一些环境机构建立的指标体系中也有体现，虽然其指标体系不完全相 同，但是这三类指标都包括在内。 近年来，国内研究者在生态安全评及其指标体系的建立两方面也进行了大量 的研究。王琳掣2 8 】针对河流生态系统，建立了由水质特征、生物指标、形态结 构、水文特征、河滨带状况以及社会功能六个方面的2 0 个指标；谢花林等f 8 】采 用物元评判模型，衡量城市生态安全水平，并将其应用于国内十大城市的生态安 全评价。尽管综合评价指标体系的建立体现了评价者力求全面反映评价对象本质 的愿望，但由于生态安全评价作为一门交叉学科的评价，综合评价指标体系的建 立十分复杂，指标建立难免会有失偏颇。如有些指标的构建所揭示的更接近于一 定时期的生态环境质量，对生态系统或区域环境的可持续维护能力缺乏较强的说 服力，而有些则过于强调人类社会经济活动所带来压力而忽略了自然或生态灾害 或者只考虑后者而忽略前者。但无论如何，诸多生态安全评价的实践对于完善丰 富湖泊生态安全的评价指标体系均具有一定的借鉴意义。 ( 3 ) 评价标准 通常，事物优劣量化评价方法包括相对评价法和绝对评价法。生态安全相对 评价仅是指标间相对优劣排序，而绝对评价要以评价标准为依据，确定评价对象 绝对优劣次序。s i w is e m i n a r 认为要研究生态底线( e c o l o g i c a lb o t t o m l i n e s ) ，以 探索在人类与生态环境协调发展条件下人类活动取得平衡的方法和策略。 s c h a e f f e r 和c o x 提出了生态系统功能阈值，认为人类对环境资源开发利用和社 会经济发展不能超过这一阈值。 当前，受到相关学科发展和实证研究限制，生态安全评价专项标准还很少见， 由于评价方案具有多指标，应采用多种方法相结合，不能以单一方式来确定等级 标准： 以国家、国际相关标准确定。国家已发布的环境质量标准，如地表水 7 中南大学硕士论文 第一章绪论 环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，农田灌溉水质标准( g 5 8 0 4 9 2 ) 、渔业水 质标准( g b l1 6 0 7 8 9 ) 等。地表水水质、人均g d p 和农民人均收入等指标可根 据此方式确定。 背景值或本底值。可以用研究区域生态环境的背景值或本底值作为评价 标准，如植被覆盖率、水土流失本底值、生物多样性等。 类比标准。可以以未受人类严重干扰的相似生态环境下的原生自然生态 系统作为类比标准【2 引。如类似生境的生物多样性、植被覆盖率、蓄水功能、防 风固沙能力等，但是选取类比标准须根据评价内容和要求科学地选取。 科学研究中已判定的生态效应。通过当地或相似条件下科学研究已判定 的保障生态安全的指标，如人口密度、绿化率要求、污染物在生物体内的最高允 许量、特别敏感生物的环境质量要求等，也可作为生态安全评价中的参考标准。 ( 4 ) 评价方法研究进展 目前，国内外生态安全评价方法很多，可归结为数学模型法、生态模型法、 景观模型法和数字地面模型法等4 种方法。 其中数学模型法包括综合指数法、层次分析法、灰色关联度法、物元评判法、 主成分投影法、模糊综合法、b p 网络法、熵权法、模糊模式识别法等【2 9 3 们。 各种方法各有优点，但也有着其明显的缺陷。综合指数法层次性较好，能体 现生态安全评价的综合性、整体性和层次性，需要建立评价等级标准，但是受指 标权重确定的影响，易将问题简单化，很难反映系统的本质；层次分析法将评价 指标优化归类，需要定量化数据较少，目前普遍用于生态安全指标体系的构建过 程，但该方法指标间权重的确定主要依赖专家的打分，存在主观性，随意性较大， 不能准确反映评价领域的实际情况；灰色关联度法以不确定性为指导，对评价主 体进行定性和定量分析。该方法对系统参数要求不高，比较适应尚未统一的生态 安全系统，但分辨系数的确定带有一定主观性，从而影响评价结果的精确性；物 元评判法直观性好，从变化的角度，能够识别变化中的因子，但关联函数形式确 定不规范，难以通用；主成分投影法是在无量纲化指标和适当加权处理指标值的 基础上，将指标转化成综合指标，综合指标相互正交，克服指标间信息重叠；但 由于没有考虑指标的实际意义，往往有指标权重与实际重要程度相悖情况；模糊 综合法核心是考虑生态安全系统内部关系的错综复杂及模糊性，在理论上具有优 势，因为其隐含了生态系统的模糊性，但模糊隶属函数的处理及指标参数的模糊 化会掺杂人为因素并丢失有用信息，而造成与事实相违背的情况：b p 网络法指 标权值自动适应调整并可根据不同需要选取随意多个评价参数建模，具有很强的 适应性，是评价过程中一种较为合适的方法，但其不具备显式动力学机理，收敛 速度慢、易陷入局部极小值，不适合用于预测研究；熵权法不需要评价指标具有 8 中南大学硕士论文 第一章绪论 统一的标准，用熵权法来确定评价指标权重，可减少人为因素对评价过程及结果 的影响。 基于数学模型的各种数理统计方法，在实际评价中还是存在着一些问题。因 此，不少学者综合各方法优点，建立了多方法结合的复合评价模型，如： ( 1 ) f d a ( 模糊综合评价层次分析一主成分分析) 模