（环境科学专业论文）城市生态安全评价方法研究——以北京市为例.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h ee c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a lq u e s t i o n sh a v eb e c o m eat h r e a tt o w a r de c o n o m i c d e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i e t yi nr e c e n ty e a r s n o w a d a y s ，u r b a ne c o l o g i c a ls e c u r i t y b e c o m e sac h a l l e n g i n gi s s u et oh u m a ns u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t c i t yi sa c o n c e n t r a t i o no fh u m a na c t i v i t i e sf o rd e v e l o p m e n ta n di n t e r a c t i o n f o l l o w i n g u r b a n i z a t i o n n a t u r a le c o s y s t e mi sf a c i n gg r e a ts t r e s s s ot h ec o n s t r u c t i o no fu r b a n e c o l o g i c a ls e c u r i t yi sm u c hm o r ec o n c e m e dw i t ht h ec o n t i n u o u su r b a n i z a t i o np r o c e s s b u ta tp r e s e n t ，t h e r ea r es t i l ln os t r e e ts t a n d a r da p p l i e de x t e n s i v e l yt oi u d g ew h e t h e r t h ee c o l o g yi ss e c u r i t yo rn o t b a s e do nt h i sc o n s i d e r a t i o n u s i n gt w ok i n d o f 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 nm e t h o dw h i c ha r ep r e v a i l i n gi nt h ew o r l da tp r e s e n t , t h e p a p e rs t u d i e dw h e t h e rt h er e g i o n a ld e v e l o p m e n ti ss u s t a i n a b l ea n dt h ee c o l o g yi s s e c u n 饥a tl a s t t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e s et w od i f f e r e n tm e t h o d s w e r ec o m p a r e d i nt h i sp a p e r ，b e i j i n gw a sc h o s e na sa ne x a m p l e ，a n dt h es i t u a t i o no fi t se c o l o g i c a l s e c u r i t yd u r i n g12y e a r sw a se v a l u a t e d f i r s t l y t h et r a d i t i o n a lm o d e lo fe c o l o g i c a l f o o t p r i n tw a su s i n gt oa n a l y s i st h es i t u a t i o no fb e i ji n g se c o l o g i c a ls e c u r i t yd u r i n g 19 9 6 2 0 0 5 t h ee c o l o g i c a lf o o t p r i n tp e rc a p i t a , t h ee c o l o g i c a lc a p a c i t yp e rc a p i t a , a n d t h ee c o l o g i c a ld e f i c i tw a sc a l c u l a t e d ，a n db e i ji n g s s i t u a t i o no fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tw a se v a l u a t e db a s e do nt h er e s u l t so ft h i sc a l c u l a t i o n t h e n ，t h e e c o l o g i c a lf o o t p t i n t s o ft h r e em a jo ri n d u s t r i e s s u p p o r t i n gb e i ji n g s e c o n o m i c d e v e l o p m e n tw e r ec a l c u l a t e da n da n a l y z e db yi n p u t o u t p u ta p p r o a c h a f t e rt h a t ，t h i s p a p e rh a se s t a b l i s h e da nu r b a ne c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o ns y s t e mb yu s i n gp s r ( p r e s s u r e s t a t u s r e s p o n s e ) m e t h o d w i t ho u ra h p ( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ) r e s e a r c hm e t h o d ，w eh a v eg i v e nt h ew e i g h to fe a c hi n d e xa n dh a v ed o n eo u r e v a l u a t i o no v e rt h ee c o l o g i c a ls e c u r i t ys i t u a t i o ni nb e i j i n gf r o m2 0 0 1t o2 0 0 7 t h er e s u l ts h o w st h a td u r i n g19 9 6 2 0 0 5 ，t h ea v e r a g ev a l u eo fb e i j i n g se c o l o g i c a l d e f i c i tp e rc a p i t ar e a c h e d1 9 0 2 h m z a n dt h ev a l u eo fe c o l o g i c a lf o o t p r i n ti n2 0 0 5h a d b e c o m em o r et h a n2t i m e st ot h ee c o l o g i c a lc a p a c i t y t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft h e e c o l o g i c a lf o o t p r i n t so ft h r e em a j o ri n d u s t r i e sa r ea sf o l l o w s ：i n d u s t r i a le c o l o g i c a l f o o t p t i n t sw e r ec o m p o s e do f0 3 9 9 h m z c a p o ft h ep r i m a r yi n d u s t r y 1 8 0 2 h m l c a p 。1 o ft h es e c o n d a r yi n d u s t r ya n d0 2 9 3 h m e c a p o ft h et e r t i a r yi n d u s t r y a sf o rt h ew a y o fl a n di m p r o p r i a t e d ，t h ed i r e c te c o l o g i c a lf o o t p r i n t si s0 3 6 2 h m zc a p ，w h i l et h e i n d i r e c te c o l o g i c a lf o o t p r i n t si s2 17h m z c a p 一i nt h ea r e ao fd e t a i l e de v a l u a t i o no f u r b a ne c o l o g i c a ls e c u r i t y t h er e s u l ts h o w st h a tt h et o t a ls i t u a t i o no fe c o l o g i c a l s e c u r i t yi nb e i j i n gd u r i n g2 0 0 1 - 2 0 0 7k e e p so ni m p r o v i n g n e v e r t h e l e s s ，f r o mt h e p o i n to fv i e wo ft h ee c o l o g i c a ls e c u r i t yo ft h ew h o l eu r b a na r e ai nb e i ji n gd u r i n g t h e s es e v e ny e a r s ，t h es i t u a t i o ni si nm a n yw a y s “n o ts e c u r e ”，f o rt h em a i n c o n t r i b u t i v ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ee c o l o g i c a ls e c u r i t ya r eg r e a ts h o r t a g eo fw a t e r r e s o u r c e sa n du n s a t i s f a c t o r ya i rq u a l i t y k e y w o r d su r b a ne 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 lf o o t p r i n t ；p s rm e t h o d i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：l 塑立l 导师签名：社日期：盟 第1 荤绪论 曼曼鼍曼鼍舅曼曼蔓皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼鼍曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼皇! ! 皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼。mm _ i 曼皇 第1 章绪论 1 1 研究背景与研究意义 随着现代工业和高科技的迅速发展，人类的物质和精神财富都得到了前所未 有的丰富，人类和社会发展的进程也随之加快，但随之而来的还有系列生态以 及环境问题的出现。人类对自然长期的不合理利用所累积的大量生态隐患和环境 欠债不仅使我们饱尝了生态环境破坏造成的恶果，而且严重地制约了经济的发 展，对人类现在和未来的发展构成威胁。现在，生态环境问题已经比以往任何时 候都更加尖锐的摆在了人们面前。在这种情况下，人们开始关注生态安全，也逐 渐认识到生态安全已经上升为与经济安全、政治安全、国防安全等同一层次的安 全概念。 安全是生物体有序存在的基础，其最基本的涵义是指主体的一种不受威胁、 没有危险的存在状态，也是人类生存的前提条件。生态安全是属于国家安全的一 种，传统国家安全的概念一般被认为是一系列用来保证国家有能力去保护其版图 范围内的公民社团以及国家利益免遭任何破坏和威胁的条件，而传统上的威胁主 要来自于战争，因此在过去预防战争是传统国家安全的主要内容。而在当今社会， 生态环境问题作为一个日益凸显的问题，在威胁国家安全的因素中已经越来越成 为一个突出的方面。环境污染，生态难民，资源战争，环境健康等问题严重威胁 着国家的利益，各国在外交、政府政策和经济发展中也越来越重视生态环境问题。 因此，生态安全已成为国家安全中的一个重要的内容。它正是将环境退化比拟为 一种威胁社会和国家安全的“入侵者”，而这种“入侵者 不同于其它安全的入 侵者，它是我们自身创造的，但我们应象应对其它入侵者一样积极采取措施进行 防御，保障我们良好安定的生存状态。 城市化是人类社会经济和文化发展的产物，是社会发展的趋势和文明的标 志。中国近几年随着经济的发展，城市化发展迅速，预计2 0 2 5 年世界城市化率将 达至1 j 6 2 5 ，中国将达到6 0 左右。在相当长的时期里，人类城市化进程为人类 提供了丰富的物质和舒适便利的生活条件，但是随之而来的是城市化进程对自然 生态系统的胁迫随着粗放型经济的发展而日趋严重。从生态学的观点而言，城市 是以人为主体的生态系统，是一个由社会、经济和自然三个子系统构成的复合生 态系统。一个符合生态规律的生态城市应该是结构合理、功能高效、关系协调的 城市生态系统。目前我国已经进入了城市化快速发展阶段，但随着城市化进程出 现了各种城市生态环境问题。如环境污染、人口拥挤、住房紧张、城市病的出现 等严重影响着人类的生存与健康。森林非法交易，占用耕地，大气以及水环境污 染等使自然生态系统遭到了严重的破坏，人类生存受到严重的威胁。为了解决这 问题，实现城市的可持续发展，“城市生态安全”这一概念应运而生。专家和 北京1 = 业大学t 学硕士学位论文 学者们将“生态安全”引入到城市规划与管理中去，这一概念一经出现就立刻引 起了全球范围的广泛关注，并且得到了越来越多的研究和应用。 生态安全是维护某一地区或某一国家乃至全球的生态环境不受威胁的状态， 能为整个生态经济系统的安全和持续发展提供生态保障。其具体含义可以扩展为 保持生态子系统中的各种自然资源和生态系统服务的合理使用和积极补偿，避免 因自然资源衰竭、资源生产能力下降、生态环境污染和退化给社会生活和生产造 成的短期和长期不利影响，甚至危及区域或国家的政治、经济和军事安全。 城市是地区或国家社会经济发展的中心，作为人口高度集聚的生态系统，城 市生态系统的安全性更加具有脆弱性。城市生态系统作为一个人工化的系统，是 集中人类社会的工业、商业生产与生活活动的主要区域，形成了巨大的不同于农 田、农业生态系统的物流、能流与信息流。在城市生态系统中，生产与生活中产 生的废弃物往往需要异地分解与消化，工业生产中产生的各种固体、液体、气体 废弃物等远远超过生态系统自身的自然净化能力，对城市的生态与环境安全造成 威胁。因此，探讨城市生态安全问题己成为环境学、生态学、城市规划等学科的 关注热点。 近年来，北京市随着经济的高速发展所带来的生态环境问题则愈来愈严重。 最集中的表现为环境污染严重，尤其是大气环境，沙尘天气肆虐，t s p 浓度居高 不下；水资源短缺问题日益严重，地表水受到严重污染，地下水水位不断下降； 生态环境恶化。这些问题不仅仅是因为局部问题造成的，实际上也是整个城市生 态系统出现不健康状态，城市生态安全受到威胁的表现。要改善生态环境现状， 保持城市发展在生态安全警戒线内，对北京城市生态安全的研究就显得尤为必 要。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 自2 0 世纪8 0 年代以来，在联合国的倡导下，关于可持续发展指标体系与评 价方法的研究探讨从未间断过，1 9 9 2 年联合国环境与发展大会后又形成新的高 潮，各国际组织、各国政府和科研机构都加强了对可持续发展指标体系的研究。 在宏观上，国外研究主要围绕生态安全的概念及生态安全与国家安全、民族 问题、军事战略、可持续发展和全球化的相互关系而展开。1 9 8 8 年，联合国环 境规划署针对造成严重危害的环境污染事故提出了地区级紧急事故的意识和准 备，即“阿佩尔( a p e l l ) 计划 ，此计划首次正式提出环境安全的概念。1 9 9 0 年， 经济合作与发展组织( o e c d ) 遵照1 9 8 9 年七国首脑会议的要求，启动了生态环境 指标研究的项目，首创了“压力一状态一响应”模型的概念框架。该模型是衡量 生态环境承受的压力、这种压力给生态环境带来的影响及社会对这些影响所做出 第1 苹绪论 曼_ _i i ii i iii, i i i 舅曼曼! 曼曼曼曼曼鼍曼曼量曼 的响应等。随后人们对该模型进行了推广，建立了针对不同的p s r 的模型。1 9 9 2 年联合国在巴西首都里约热内卢召开环境与发展会议，1 8 3 个国家参加了会议， 1 0 2 位国家元首或政府首脑到会讲话。会议专题研讨了危及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。1 9 9 6 年地球公约的面对全球生 态安全的市民条约中，约有1 0 0 多个国家的2 0 0 多万人签字。该条约建立在生 态安全、可持续发展和生态责任的基础之上，要求各成员国和各团体组织互相协 调利益，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，各国专家就生态安全的概念、 不安全的成因、影响和发展趋势发表了不同看法。总之，生态安全作为一个热点 已被越来越多的专家学者和行政长官乃至平民百姓所重视。k i m 认为生态安全的 定义是由生态威胁、生态风险等概念演变而来，人类则是造成生态威胁的主要责 任者。生态安全是维持人类、社会、政权和全球共同体的一个必要条件，是国家 安全和公共安全的一部分。w a e k e m a g e l 等【lj 认为，生态安全是一种对于区域的 发展而生存环境不会被破坏或者受到挑战的状态。 进入1 9 9 0 年代后期，围绕环境变化与安全的相互关系，美国、英国、德 国和加拿大等国以及北约、欧洲安全与合作组织、欧盟、联合国等国际组织和研 究机构开展了大量研究和讨论，出现了一批代表性研究报告和著述【2 l 。 进入2 0 0 1 年后，人们已经发现“环境变化”和“安全”是两个相差极大的 概念，将它们结合到一起，就使得“生态安全”具有很大的模糊性、复杂性和争 议性。认识到环境退化、贫穷和不安全之间的联系，并将其作为进入2 1 世纪的 3 个关键问题，国际全球环境变化人文因素计戈l j ( i n t e r n a t i o n a lh u m a nd i m e n s i o n p r o g r a mo fg l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g ei h d p ) 的全球环境变化和人类安全 ( g l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g ea n dh u m a ns e c u r i t yg e c h s ) 研究项目制定了一个 科学计划来更好的理解这些联系，并提出一个与原先研究不同的新视角，尤其是 通过多学科交叉和综合的观点来研究这些问题，指出影响人类安全的环境变化的 类型有：自然灾害、累积性变化或缓慢发作的变化、突发事故或工业事故、发展 项目和冲突与战纠3 1 。随着研究的不断深入，科学家们越来越关注环境变化与安 全之间的内在关系，如美国哈佛大学肯尼迪管理学院贝尔弗科学与国际事务中心 w i l l i a mc c l a r k 等人所做的评价全球环境风险的脆弱性【4 j 、美国环保局的 环境监测和评价计划( e m a p ) 1 5 1 以及瑞典斯德哥尔摩环境研究所( s e i ) 的风险和脆 弱性研究计划【6 】。这些研究认为，过去的对全球变化风险的科学评价大都集中在 剖析发生的全球环境变化上，而很少关注这些变化可能对生态系统和社会带来的 危险。最近有关社会和生态系统脆弱性的问题已成为研究的中心。w i l l i a m 等人 的研究提出了脆弱性评价的综合框架并对制定改善和减缓脆弱性的战略提出建 议。s e i 研究则是上述研究的深化，它提出脆弱性评价的有关指标、指数和关键 北京工业大学工学硕士学位论文 点，建立了脆弱性研究的通用概念性方法。这一阶段的研究已从以往对环境变化 与安全关系的广泛讨论进入到其内在关系的探讨，并且深入到影响环境安全的具 体因素，如全球环境变化的风险【7 】、脆弱性、全球化【8 】、人口 9 - 1 1 j 、传染病【1 2 】和 资源【1 3 】等，而且基于各种案例的经验性研究仍在继续1 1 4 ，1 5 o 2 0 0 1 年3 月，英国外交部在伦敦召开了“环境安全与冲突预防 ( e n v i r o n m e n t a l s e c u r i t ya n dc o n f l i c tp r e v e n t i o n ) i 亘际研讨会。7 8 名与会代表主要来自欧美、非洲、 亚洲国家，以及北约、欧盟、欧洲安全与合作组织等政府间组织和世界自然保护 同盟等非政府组织和研究机构，我国也应邀派代表参加了会议。伦敦研讨会的议 题主要包括：环境与安全的相互关系；环境和暴力冲突的联系；环境压力的根源； 环境与冲突预防；防务系统对促进环境安全的作用；种族问题和环境安全挑战等。 英国外交国务部长巴特尔在研讨会上提出我们需要严肃地对待环境问题，不论它 是目前正在影响国家安全，还是将来可能影响国家安全。这种努力是值得的，也 是符合成本效益原则的。因为投资于负责任的环境管理，不仅有助于预防可能产 生的环境冲突，也有助于避免代价高昂的军事介入。 通过2 0 多年的研究，国际上对生态安全取得的共识主要有以下几点：( 1 ) 与 日俱增的环境压力资源数量的减少和质量的降低、不公平的加剧及不公正地 自然资源获得可能引发冲突并增加对灾害的脆弱性，影响到社会、经济和政治。 这种冲突趋向于发生在国内而不是国家之间。( 2 ) 由于人口的持续增长、消费量 和污染的增多及土地利用的改变，环境压力在冲突和灾害中起着越来越重要的作 用。这种效应主要体现在发展中国家和处于贫困和边缘化的国家。( 3 ) 冲突和灾 害破坏了环境保护和发展的成就。对生态安全适应性的策略牵涉到经济活动、社 会结构、机构机制和组织规章，以便减少受环境变化的影响。( 4 ) 生态安全不能 仅停留在国家的层面上，它应在不同层面上加以考虑，大至全球，小至地方。 生态安全研究已成为当前持续性科学研究的一个重要内容，并趋于融合。尽 管当前的研究已取得了不少成果，但是这些研究过多地关注全球环境变化带来的 威胁，探讨的多是在全球或是国家层面上的问题，而对地方或区域( 如海岸带) 层 面上的生态安全研究尚显薄弱，因此对一些地方或区域特别的环境压力与安全的 关系有所忽略。 1 2 2 国内研究现状 国内对生态安全的研究是从2 0 世纪9 0 年代起步，到1 9 9 0 年代后期才逐渐 为人们所重视，尤其是近年来己成为科学界和公众讨论的热点问题。国内生态安 全研究大致以1 9 9 9 年为界，分为两个阶段：1 9 9 9 年以前，研究范围较小，成果 较少，主要局限为工程、植物保护等方面的研究，且多依赖于发达国家的科研成 果。1 9 9 9 年至今，国内关于生态安全的研究显著增多，成果主要包括生态安全 4 第1 罩绪论 曼曼曼曼曼曼曼i 一一i 一i _ i 曼! 蔓皇曼皇曼! 曼曼曼! 曼! ! 鬯曼! 曼曼曼鼍舅曼曼曼量! 曼曼曼曼曼曼! ! 曼量曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼 的重要性、紧迫性、概念、特点以及与相关理论的关系等方面内容。研究区域以 长江流域和西部地区较为集中，这也反映了我国近几年来经济发展的特点。2 0 0 0 年1 2 月2 9 日国务院发布了全国生态环境保护纲要，我国首次明确提出了“维 护国家生态环境安全”的目标，认为保障国家生态安全，是生态保护的首要任务。 全国生态环境保护纲要指出，生态安全是国家安全和社会稳定的一个重要组 成部分。主要包括两方面的内容：防止由于生态环境的退化对经济基础构成威 胁，主要指环境质量善和自然资源的减少和退化削弱了经济可持续发展的支撑能 力；防止环境问题引发人民群众的不满特别是导致环境难民的大量产生，从而 影响社会稳定。在某种意义上，这可能是目前对生态安全涵义的一个共识基础。 2 0 0 1 年3 月在全国人大、全国政协两会期间，环境保护、生态建设成为代表 和委员们的热门论题。代表、委员们谈到，在新中国成立后制定的所有五年计划 中，“十五”计划将生态建设和环境保护摆在了突出的位置。在“十五”计划中， 发展的目标有两个：一个是经济的发展，一个是生态的建设，二者相辅相成，都 是提高人民生活质量的重要内容。 2 0 0 1 年4 月，中央电视台焦点访谈栏目播出中国生态安全报告，从我国生态 灾难、沙漠化、森林及湿地功能减退等方面，连续5 天分五集介绍我国生态安全 的严峻形式，增强公众的生态安全忧患意识。 2 0 0 2 年，数十位中国科学院和中国工程院院士发出加大对自然保护区资金投 入的呼吁，提出重视自然保护区的生态安全，努力避免重蹈经济发展过程中出现 的“先破坏，后治理 的覆辙。建议将保护区经费投入纳入国家预算计划，保障 保护区建设与运行的基本费用。 2 0 0 4 年4 月，由全国政协人口资源环境委员会和中国发展研究院决定共同举 办“保护长江万里行 活动，行万里路，听万人言，收集情况，建言献策，并以 此活动为载体，形成强大的宜传声势，唤起全民族的生态安全意识。 伴随民众生态安全意识的增强，我国学者在学习和引进国外生态安全评价研 究方法的同时，对国内生态安全研究进行了一些探索，并在自然保护区生态安全 设计研究方面做出了实验性的研究。 国内学者开展的生态安全研究主要集中在以下几方面： ( 1 ) 对生态安全的概念及基本内容的研究。如周文华等i l6 】认为，生态安全可定 义为一个社会的物理环境能够在满足居住者需要的同时，又不削弱其自然 储量的状态。肖笃宁【l7 】认为，生态安全研究的主要内容包括生态系统健康 诊断、区域生态风险分析、景观安全格局、生态安全监测与预警以及生态 安全管理、保障等方面。邹长新【l8 】在调研已有生态安全研究成果基础上， 从生态安全的概念、特性、国内外研究现状、研究意义和研究方法方面， 对生态安全研究进行了评述。 北京1 = 业大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 生态安全评价指标体系的研究。学者们普遍采用压力一状态一响应模型制 定评价指标体系。如左伟等【1 9 】采用它制定了区域生态安全的评价指标体系 框架，并分析确定了评价指标体系和评价标准。谢花林，李波【2 0 】从城市生 态安全的内涵出发，据压力一状态一响应模型，从资源环境压力、资源环 境状况、人文环境响应3 个方面构建了一个4 层次的城市生态安全评价指 标体系。 ( 3 ) 区域和城市的生态安全评价研究。黄青等【2 l j 将生态足迹模型应用于生态 安全的评价研究中，并且对于陕西省的生态安全状态进行了评价。吕洪德， 胡海清口2 1 探讨了城市生态安全的系统分析方法与对策。张百平等【2 3 】从传 统地理学出发，分析了区域生态安全研究的科学基础与初步框架。左伟【2 4 1 研究并构建了区域生态安全的评价模型。施晓清， 赵景柱， 欧阳志云等 【2 5 】提出了城市生态安全状态评价的指标体系、评价模型和趋势分析模型， 以及基于状态评价与趋势分析的城市生态安全动态评价方法。任佳等【2 6 】 对黑龙江省1 2 个城市的生态安全进行了评价研究。 ( 4 ) 生态环境的预警研究。如陈国阶等【2 7 】从生态预警的含义、特点和数学模 型几方面探讨了生态环境预警的理论和方法。洪燕峰等【2 8 】从环境风险与人 体健康的角度论述了在有毒有害物质作业场所的预警技术问题；刘树枫等 2 9 1 探讨了环境预警系统的层次分析模型；郭怀成等f 3 0 j 综合考虑水文、水 质和生态系统以及污染物扩散等因素，设计了武汉汉阳地区湖泊生态系统 的预警技术体系。梅宝玲和陈舜华【3 i 】选用层次分析法构建了生态环境的预 警指标体系。刘振波等【3 2 】对绿洲生态预警信息系统进行了初步设计研究。 总的来看，我国现在正处于生态安全研究的起步阶段，研究主要集中在区域 水平上，如西部地区、长江流域、区域农业和自然景观保护区上，并对生态安全 的监控、预警、评价和保障体系作了初步探讨，对生态安全的理论与实践的研究 在不断深入。由于国家对生态安全的重视，以及国家“十五”、“十一五 提出的 生态省、生态市的建设，城市生态安全的研究趋向已经越来越得到相关人士的注 意。 1 2 3 国内外研究趋势 生态安全是可持续发展追求的目标之。可持续发展的基本目标是要持续地 满足人类的需求，而安全却是人类最基本的需求之，生态安全是可持续发展的 目标，同时它又是实现可持续发展的保障，没有生态安全就没有可持续发展。生 态安全评价的方法是随生态安全的研究发展起来的，运用各种抽象的、反映本质 的模型去刻画、解释具体且复杂的生态安全系统。其今后发展趋势有以下几个方 面： ( 1 ) 基于生态系统变化趋于更加复杂，尤其是对生态安全预测的要求不断加 第1 章绪论 强，生态模型方法将成为生态安全研究的主流，在g i s 技术和遥感技术 日益广泛应用于生态学领域的情况下，研究并开发趋于尺度上兼备评价、 预测与预警功能的生态安全模型是将来有望取得重大进展的领域。 ( 2 ) 由于生态安全的尺度性，其不同尺度有各自的内涵，如自然生态方面从 个体、种群到生态系统，人类生态方面从个人、社区、地方到国家生态 安全的内容都有不同。我国生态安全研究今后要注意先从国家层面上来 构建平台，再选取有代表性的区域进行案例研究，进而总结出适合我国 的生态安全保障体系。重点研究区域应特别重视对生态脆弱带和重点流 域的研究，如海岸带地区、农牧交错带地区等。 ( 3 ) 当前各种人类活动引起的全球环境变化和自然灾害威胁着人类的安全， 为了维护生态安全，必须采取一些战略行动。而采取什么样的战略或行 动能有效的调控人类活动及减少生态安全的威胁因素，这是科学家和科 研机构要提供给决策者和政府的项重要内容。具体到每个国家、地区 和地方，其采取的战略或行动的内容都会有不同，因而如何设计出适合 不同尺度的人类活动调控方式，是生态安全研究要解决的一个重要问 题。 ( 4 ) 与景观生态理论结合。景观生态学是现代生态学内容最丰富、发展最迅 速、影响最广泛分支。景观生态学以景观作研究对象，强调空间异质性和 空间尺度。景观是重大生态环境问题研究最佳尺度，景观生态恢复与重 建是区域生态安全格局构建关键途径。将生态安全评价与景观生态理论 结合，利用景观生态研究重视格局与过程关系，加强生态安全格局与过 程分析，对区域生态安全格局设计及生态安全建设保障等有重要意义。 1 3 本文主要研究内容 ( 1 ) 在分析影响城市生态安全的关键要素基础上，确定北京城市生态安全的 评价内容，建立评价框架 本文在认真查阅和比较国内外生态安全评价研究方法的基础上，通过对影响 城市生态安全的关键要素进行分析，确定北京城市生态安全的评价内容，并建立 相应的评价框架。 ( 2 ) 基于生态足迹模型的城市生态安全评价方法研究 采用生态足迹的传统模型对北京市的人均生态足迹进行了研究计算，然后利 用生态足迹的投入产出模型，通过测算北京市三大产业的生态足迹情况，比较城 市发展所需求和城市所能供应的生态足迹，并对北京市生态安全等级进行划分。 ( 3 ) 基于p s r 模型的城市生态安全评价方法研究 采用p s r ( p r e s s u r e s t a t e r e s p o n s e ) 概念模型，针对城市生态安全的特点， 区分出压力、状态和响应指标，建立起城市生态安全评价的指标体系，利用综合 7 北京工业大学t 学硕十学位论文 指数评价法对北京城市生态安全状况进行详细评价。 ( 4 ) 北京市生态安全现状评价研究 根据北京市生态安全等级的划分情况以及不安全指数的走势，了解城市的总 体生态承受能力和生态压力状态，对北京城市生态安全进行总体评价。 第2 荦城市生态安拿评价理论 第2 章城市生态安全评价理论 2 1 生态安全的概念和内涵 安全是危害或灾害的反义词，它与危害( 或灾害) 的风险紧密联系。危害( 或灾 害) 的风险越小，安全度就越高，反之亦然。安全通常是主体存在的一种不受威 胁、没有危险的状态，它是人类基本需要中最根本的一种1 3 引。“生态安全 问题 是一个诠释古老问题的新概念，由于它提出的时间还不长，虽然国内许多学者都 对生态安全的内涵和外延做了探讨，但目前关于生态安全尚无统一的定义。本质 来讲，生态安全以人类社会的可持续发展为目的，促进经济、社会和生态三者之 间的统一。生物安全和环境安全构成了生态安全的基石，生态系统安全构成了生 态安全的核心。没有生态系统安全，人类社会就不可能实现可持续发展。 生态安全评价是生态安全研究的主要内容，对于一个国家或地区的经济发 展、资源合理利用和生态环境建设起着至关重要的作用。它也是环境影响评价的 新领域，包括回顾性评价、现状评价和预测评价三类，具有高层次性、系统性、 综合性、区域性等特征。 1 9 8 9 年国际应用系统分析研究所提出了广义和狭义两种生态安全的概念， 广义的概念：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。 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 整体水平的反映【3 4 】。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【3 5 1 。学者施晓清认为，生态安全主要包 括两层含义，一是指自然生态系统的自身的结构和功能处于正常的状态，二是 指自然生态系统的服务功能对人类活动的满意支持程度。它包括了环境安全，生 物安全和生态系统安全。并且由此给出如下定义：生态安全是指支持人类社会和 经济发展，以及人类生活的自然生态环境条件处于人类期望值之内的一种生态 系统状况【2 5 1 。李辉、魏德洲从环境影响评价的角度出发，先引出了生态安全的概 念，即“防止由于生态环境的退化对经济、社会以及人类自身构成威胁”，接着 提出生态安全评价的概念，即“指生态环境或自然资源受到一个或多个威胁因素 影响后，对其生态安全性及由此产生的不利的生态安全后果出现可能性进行评 估，以实现在维持生态安全的基础上为国家的经济、社会发展战略提供科学依据， 包括根据评价结果提供书面报告及把评价结果应用于战略决策中”【3 6 | 。 北京t 业大学工学硕士学位论文 生态安全具有非常丰富的内涵p 7 j ： ( 1 ) 生态安全是人类生存环境或人类生态条件的一种状态，或者更确切 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，只有相对的安全。 生态安全由众多因素构成，其对人类生存与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、区域或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。安不安全的标准是以人类所要求的生态因 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因子 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。真正导致全球、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。 ( 6 ) 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。 ( 7 ) 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 类活活动，人类活动引起对自身环境的破坏，导致自己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。 生态安全具有以下属性f 3 8 。2 】： ( 1 ) 综合性 生态安全涉及范围广泛，它涵盖了地理学、生态学、环境学、管理学、 社会学、经济学等重要学科，涉及植被破坏、草原退化、水土流失、物种灭 绝、自然灾害、水源枯蝎、资源短缺、气候异常等与人类生存和发展密切相 关的生态系统和整体环境空间变化的问题。生态安全直接影响着社会安全、 经济发展，当代的人类社会经济活动，无一例外地受到环境和生态问题的制 约。 ( 2 ) 动态性 第2 章城市生态安全评价理论 量鼍皇曼皇曼曼鼍i i i 一一一； ； 一 i ii i i 曼曼! 曼曼曼 生态安全由众多生态因子构成，区域和国家的生态安全不是一劳永逸的， 它随环境变化而变化，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。 ( 3 ) 战略性 由于生态退化引发的自然灾害对区域和国家安全的威胁，其危害的严重 性不亚于战争的威胁或金融危机、经济危机的威胁。当代的人类社会经济活 动正不断受到环境和生态问题的约束，社会、经济的安全健康发展与生态环 境质量、状态的发展、演化趋势紧密相关，生态与环境质量己成为人类发展 的重要资源。 ( 4 ) 整体性 虽然生态安全具有一定的空间地域性质，全球性的生态灾难并不普遍。 但区域性是全球性的初级阶段，随着生态与环境问题在空间上的扩大化，环 境污染与生态破坏己不只是局部问题、个别事例的问题，或某个厂、矿、企 业、居民点的问题，而是带有区域性、国家性、跨国性、乃至全球性的问题。 因此，生态安全更具有整体性，局部环境的破坏可能引发全局的环境问题。 影响生态安全的因素很多，但只要其中一个或几个因子不能满足人类正常生 存与发展的需求，生态安全就不及格。也就是说，生态安全具有生态因子一 票否决的性质。 ( 5 ) 相对性 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。 ( 6 ) 不可逆性 虽然生态安全在一定程度上可以调控。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。 但一旦破坏，就具有不可逆性。因为生态环境的支撑能力有其一定限度，生 态破坏一旦超过其环境自身修复的“阀值”，往往造成不可逆转的后果。 ( 7 ) 长期性 国防安全、经济安全、金融安全所受到的威胁，时间往往是较短暂的。 但一次生态危机，其危害的时间却往往持续许多年。例如，两次世界大战持 续的时间5 6 年，亚洲金融危机也只有几年。但一次生态危机的危害时间却 往往持续许多年，前苏联的切尔诺贝利核事故，已经二十多年了，至今依然 存在危害。 北京t 业大学工学硕士掌位论文 ( 8 ) 区域性 生态安全问题不能泛泛而谈，应该有针对性。选取的地域不同，对象不同， 则生态安全的表现形式也会不同，各区域研究的侧重点也应不同，而随之得出的 结果以及采取的措施同样会不同。 2 2 生态安全与可持续发展的关系 早在世界环境与发展委员会1 9 8 7 年的报告我们共同的未来中，生态安全 问题就已经进入了可持续发展的讨论范围。该报告的第1 1 章“和平、安全、发展 和环境”专门阐述了安全与环境的相互关系。该报告指出：“和平和安全问题的 某些方面与持续发展的概念是直接有关的。实际上，它们是持续发展的核心。 生态安全与可持续发展的关系表现在以下几个方面【3 j ： ( 1 ) 生态安全是可持续发展的基石，它是可持续发展追求的目标之一。可持 续发展的基本目标是要满足人类的自身的发展又不对子孙后代的生存带来影响， 可持续发展在实现发展的同时又加强了生态安全保障的能力。生态安全是可持续 发展的目标，同时也是实现可持续发展的保障，没有生态安全就没有可持续发展。 ( 2 ) 生态安全与可持续发展内涵的一致性。可持续发展的内涵包括持续性、 发展和公平，这些都与生态安全的内涵一致。生态安全要求维护自然生态系统的 健康和完整，这与不超出生态系统的承载力相一致；生态安全也不否定经济增长， 它也要维护人类的生计安全，只是需要在统一的人类安全与生态安全之间维持均 衡，既满足人类的