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Methodology for measuring forestry ecological security based on ecology-industry symbiosis: a research framework

基于生态-产业共生关系的林业生态安全测度方法构想



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 4 期摇 摇 2013 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法 王晓学,沈会涛,李叙勇,等 (1019)………………………
植物叶片水稳定同位素研究进展 罗摇 伦,余武生,万诗敏,等 (1031)……………………………………………
城市景观格局演变的生态环境效应研究进展 陈利顶,孙然好,刘海莲 (1042)…………………………………
城市生物多样性分布格局研究进展 毛齐正,马克明,邬建国,等 (1051)…………………………………………
基于福祉视角的生态补偿研究 李惠梅,张安录 (1065)……………………………………………………………
个体与基础生态
土著菌根真菌和混生植物对羊草生长和磷营养的影响 雷摇 垚,郝志鹏,陈保冬 (1071)………………………
干旱条件下 AM真菌对植物生长和土壤水稳定性团聚体的影响 叶佳舒,李摇 涛,胡亚军,等 (1080)…………
转 mapk双链 RNA干扰表达载体黄瓜对根际土壤细菌多样性的影响 陈国华,弭宝彬,李摇 莹,等 (1091)…
北京远郊区臭氧污染及其对敏感植物叶片的伤害 万五星,夏亚军,张红星,等 (1098)…………………………
茅苍术叶片可培养内生细菌多样性及其促生潜力 周佳宇,贾摇 永,王宏伟,等 (1106)…………………………
低温对蝶蛹金小蜂卵成熟及其数量动态的影响 夏诗洋,孟玲,李保平 (1118)…………………………………
六星黑点豹蠹蛾求偶行为与性信息素产生和释放的时辰节律 刘金龙,荆小院,杨美红,等 (1126)……………
氟化物对家蚕血液羧酸酯酶及全酯酶活性的影响 米摇 智,阮成龙,李姣蓉,等 (1134)…………………………
不同温度对脊尾白虾胚胎发育与幼体变态存活的影响 梁俊平,李摇 健,李吉涛,等 (1142)……………………
种群、群落和生态系统
生态系统服务多样性与景观多功能性———从科学理念到综合评估 吕一河,马志敏,傅伯杰,等 (1153)………
不同端元模型下湿地植被覆盖度的提取方法———以北京市野鸭湖湿地自然保护区为例
崔天翔,宫兆宁,赵文吉,等 (1160)
………………………
……………………………………………………………………………
基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法———以北京野鸭湖湿地为例
林摇 川,宫兆宁,赵文吉,等 (1172)
……………………………
……………………………………………………………………………
浮游植物群落对海南小水电建设的响应 林彰文,林摇 生,顾继光,等 (1186)……………………………………
菹草种群内外水质日变化 王锦旗,郑有飞,王国祥 (1195)………………………………………………………
南方红壤区 3 种典型森林恢复方式对植物群落多样性的影响 王摇 芸,欧阳志云,郑摇 华,等 (1204)…………
人工油松林恢复过程中土壤理化性质及有机碳含量的变化特征 胡会峰,刘国华 (1212)………………………
不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型 李晓炜,赵摇 刚,于秀波,等 (1219)………………………
景观、区域和全球生态
快速城市化地区景观生态安全时空演化过程分析———以东莞市为例 杨青生,乔纪纲,艾摇 彬 (1230)………
海岸带生态系统健康评价中能质和生物多样性的差异———以江苏海岸带为例
唐得昊,邹欣庆,刘兴健 (1240)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
干湿交替频率对不同土壤 CO2 和 N2O释放的影响 欧阳扬,李叙勇 (1251)……………………………………
西部地区低碳竞争力评价 金小琴,杜受祜 (1260)…………………………………………………………………
基于 HEC鄄HMS模型的八一水库流域洪水重现期研究 郑摇 鹏,林摇 韵,潘文斌,等 (1268)……………………
基于修正的 Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程 柴汝杉,蔡体久,满秀玲,等 (1276)…………
长白山北坡不同林型内红松年表特征及其与气候因子的关系 陈摇 列,高露双,张摇 赟,等 (1285)……………
资源与产业生态
河西走廊绿洲灌区循环模式“农田鄄食用菌冶生产系统氮素流动特征 李瑞琴,于安芬,赵有彪,等 (1292)……
施肥对旱地花生主要土壤肥力指标及产量的影响 王才斌,郑亚萍,梁晓艳,等 (1300)…………………………
耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响 庞摇 绪,何文清,严昌荣,等 (1308)………………………
基于改进 SPA法的耕地占补平衡生态安全评价 施开放,刁承泰,孙秀锋,等 (1317)…………………………
学术争鸣
基于生态鄄产业共生关系的林业生态安全测度方法构想 张智光 (1326)…………………………………………
中国生态学学会 2013 年学术年会征稿须知 (玉)…………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*318*zh*P* ¥ 90郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄02
封面图说: 石羊河———石羊河流域属大陆性温带干旱气候,气候特点是:日照充足、温差大、降水少、蒸发强、空气干燥。 石羊河
源出祁连山东段,河系以雨水补给为主,兼有冰雪融水成分。 上游的祁连山区降水丰富,有雪山冰川和残留林木,是
河流的水源补给地。 中游流经河西走廊平地,形成武威和永昌等绿洲,下游是民勤,石羊河最后消失在腾格里沙漠
中。 随着石羊河流域人水矛盾的不断加剧,水资源开发利用严重过度,荒漠化日趋严重,民勤县的生态环境已经相
当恶化,继续下去将有可能变成第二个“罗布泊冶。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 4 期
2013 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 4
Feb. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(71173107);教育部高等学校博士学科点专项科研基金博导类课题(20113204110005)
收稿日期:2012鄄08鄄13; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄10
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zzg@ njfu. com. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201208131137
张智光.基于生态鄄产业共生关系的林业生态安全测度方法构想.生态学报,2013,33(4):1326鄄1336.
Zhang Z G. Methodology for measuring forestry ecological security based on ecology鄄industry symbiosis: a research framework. Acta Ecologica Sinica,2013,
33(4):1326鄄1336.
基于生态鄄产业共生关系的林业生态安全测度方法构想
张智光1,2, *
(1. 南京林业大学环境与发展系统工程研究所,南京摇 210037; 2. 南京林业大学经济管理学院,南京摇 210037 )
摘要:通过对林业生态安全内涵构成的研究和对现有测度方法的比较分析,发现国内外林业生态安全测度研究中存在“就生态
论生态冶的预警滞后性、评价指标体系及权重设定的主观性、指标体系和特征指数难以优势互补、生态安全性判据缺乏客观依
据等问题。 为解决这些问题,需要基于生态与产业系统的共生关系研究林业生态安全测度的新方法。 首先,研究林业生态安全
的压力鄄状态鄄影响鄄响应结构模型和结构方程模型(SEM)的构建方法,从而为评价指标体系的构建和权重的确定提供了理论依
据和结构化、定量化方法。 然后,通过寻求指标体系和特征指数的有机结合,得出描述林业生态安全演变趋势的性质和程度的
特征指数———生态鄄产业共生度和成熟度。 由此提出确定林业生态安全阈值和底线的定量化方法,并建立林业生态安全双特征
判断矩阵,从而将林业生态安全度分为 3 个安全区间、6 个安全等级和 4 个预警级别。 最后,综合以上成果,构建了基于生态鄄产
业共生关系的林业生态安全测度方法的整体框架:目标鄄手段树和技术路线。 根据新方法的构建机理,所得出的林业生态安全
测度和预警信息具有主观性弱、预测性强、特征指数值的生态经济意义明确、便于追溯问题的原因等技术优势,有利于林业生态
安全的监控和管理。
关键词:林业生态安全;共生关系;测度;预警;研究框架
Methodology for measuring forestry ecological security based on ecology鄄industry
symbiosis: a research framework
ZHANG Zhiguang1,2,*
1 System Engineering Institute for Environment and Development, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China
2 College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
Abstract: Some weaknesses of researches on measuring forestry ecological security ( FES) are found both in China and
abroad, such as pre鄄warning lag owing to confining the visual field to ecology only, subjectivity in establishing evaluation
indicators system and in weighting, difficulty in complementing each other忆 s advantages between indicators system and
characteristic indexes, lack of objective criterion for FES, and so on, by studying the connotational constitution of FES and
comparing the existing measuring methods. To overcome these weaknesses, a new methodology for measuring FES need to
be researched based on ecology鄄industry symbiosis. Firstly, methods for building FES pressure鄄state鄄impact鄄response
structural model and structural equation model ( SEM) are researched, in order to provide theoretical basis as well as
structured and quantificational methods for establishing evaluation indicators system and for weighting. Then, the two
characteristic indexes that are ecology鄄industry symbiotic degree and mature level which indicate respectively the nature and
extent of FES changing trend are derived from exploring the organic link between indicators system and characteristic
indexes. Thereby the quantificational methods for ascertaining FES threshold and bottom鄄line are presented, so that FES
degree can be divided into 3 security intervals, 6 security levels and 4 pre鄄warning levels in accordance with the
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bicharacteristic judgment matrix. Finally, the overall framework of the methodology for measuring FES based on ecology鄄
industry symbiosis is established according to the above researches, which includes means鄄ends tree and technology
roadmap. There are following technological advantages of FES measure and pre鄄warning information provided through the
methodology according to its building鄄up mechanism: weak subjectivity, good predictability, explicit eco鄄economy meaning
of characteristic indexes, convenient cause tracing, etc, which are helpful to FES supervisory control.
Key Words: forestry ecological security; symbiosis; measure; pre鄄warning; research framework
生态安全是国家乃至人类安全的重要内容,它是支持社会、经济、自然发展的生态与环境的安全状态,包
括土地、森林、湿地、水、大气和生物物种等方面的生态安全。 当一个国家或地区所处的自然生态环境状况能
够支撑其经济与社会的可持续发展时,其生态就是安全的;反之,则是不安全的。 在上述生态安全问题中,大
部分都与森林生态有关。 其原因在于,森林是陆地生态环境的主体,森林生态系统是陆地上最大、结构最复
杂、生物多样性最丰富、功能最强大的自然生态系统,它具有固碳制氧、防风固沙、涵养水源、调节气候、净化空
气、吸收有毒气体、影响大气环流、增加降水、提供国家重要战略资源(木材是四大原材料中唯一的可再生资
源)、维护生物多样性、保护地球物种等多种功能。 森林生态的特征决定了林业生态安全在维持国家或地区
生态安全中处于首要的和基础性的独特地位。
对林业生态安全的研究,首当其冲的、也是最为关键的问题是对其生态安全进行测度(包括监测、核算、
评价、分析、判定和预警等)。 在生态环境状况不断恶化的压力下,包括我国在内的许多国家都意识到生态安
全测度的必要性和紧迫性[1],其中林业生态安全测度研究已成为人们新的关注焦点[2]。 目前,国内外对森林
生态安全的研究比较深入,而对林业生态安全,尤其是对林业生态安全测度问题的研究,还是一个新课题。 现
有研究存在“就生态论生态冶的预警滞后性、评价指标体系及权重设定的主观性、指标体系和特征指数难以优
势互补、生态安全性判据缺乏客观依据等问题。 为解决这些问题,本文基于生态与产业系统的共生关系研究
林业生态安全测度的新方法。
1摇 林业生态安全内涵的构成分析
生态安全的内涵是对其进行测度的基础。 目前,国内外学者对生态安全内涵的界定尚有分歧,归纳起来
大体可分为狭义和广义两类。 “狭义生态安全冶是指自然和半自然生态系统的安全,强调生态系统自身的健
康、完整和可持续性[3]。 “广义生态安全冶进一步强调生态系统对人类提供完善的生态服务或人类的生存安
全,将自然、经济和社会生态安全看成一个复合生态系统的整体安全问题加以研究[4]。 森林生态安全属于狭
义的生态安全,而林业生态安全则属于广义的生态安全。
经分析不难看出,在目前的生态安全界定中,即使是广义生态安全,也只考虑了生态系统为人类提供生态
服务的安全性,而没有同时考虑人类经济活动对生态系统构成威胁的反向安全性。 实际上,生态系统与产业
系统相互作用的共生关系模式[5]对于生态安全的测度和预警更为重要。 因此,应当把林业系统看作林业生
态系统(即森林生态系统)和林业产业系统的有机整体,称为林业生态鄄产业复合系统;并从该复合系统中生态
与产业的共生机理去考察林业生态安全。 也就是说,林业生态安全的内涵应当包括以下 3 个方面:淤森林生
态安全,是指森林生态系统自身的健康性、完整性和可持续性;于林业产业生态安全,是站在林业产业系统的
角度来看森林生态系统的安全性对林业产业系统的威胁或保障的安全程度;盂林业生态鄄产业共生关系安全,
是指森林生态系统与林业产业系统相互作用关系的安全性,若两者是良性互动关系则是安全的,若是恶性循
环关系则是不安全的。 由于森林生态安全的威胁除了纯自然因素外,主要来自人类的林业产业活动,因此
EIS安全是森林生态安全的动因,进而也是林业产业生态安全的动因。
根据以上分析,本文提出的林业生态安全是站在林业生态鄄产业复合系统的角度,从林业生态鄄产业共生
关系的安全性出发,来审视森林生态安全和林业产业生态安全的整体水平。 其内涵可以用图 1 明确地表示出
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来。 图 1 中,括号内的术语表示与括号前的林业系统中的概念(如森林生态系统)对应的一般系统中的概念
(如自然生态系统)。 根据图 1 的原理,本文将从 EIS的视角来研究林业生态安全的测度方法。
-
图 1摇 林业生态安全的内涵构成
Fig. 1摇 The connotational constitution of forestry ecological security
2摇 林业生态安全测度现有方法的比较分析
2. 1摇 林业生态安全测度的方法体系
从现有文献上看,国外学者对林业或森林生态安全的研究主要局限于森林生态系统健康方面[6鄄10]。 20
世纪 70 年代末期,德国针对本国森林出现的活力缺失问题,率先提出了森林健康状态的概念,并对其进行测
度研究,随后迅速影响到其它国家。 例如,澳大利亚[6]、加拿大[7]、美国[8]、新西兰[9]和墨西哥[10]等国学者先
后进行了森林生态系统健康测度的研究。 我国学者对林业和森林生态安全的研究起始于 21 世纪初[11];而对
林业和森林生态安全测度的研究只是近 5 年的事情[12],不管是从成果数量(只有约 10 篇论文)还是从深度上
看,都处于“初探冶阶段[1鄄2]。
根据以上文献,林业生态安全测度研究的核心问题主要有两个方面:生态安全测度指标及其测度方法、生
态安全测度标准(安全性判据)。 通过对这两方面已有的相关成果进行系统梳理和深入分析,总结出图 2 所
示的林业生态安全测度的方法体系。
2. 2摇 指标体系法和特征指数法的比较分析
生态安全测度的“指标体系法冶通过多层次指标体系对林业生态安全问题进行全面评价。 由于其中各单
项指标具有明确的生态经济意义,因此便于分析导致生态安全问题的原因。 但为了得到综合评价值,该方法
需要对各指标进行无量纲化处理,因而导致其综合指标失去生态经济意义,不便于理解和运用。 而且,在确定
指标权重时,通常主观性较大。 若采用主成分分析法或因子分析法,虽然可以客观地求取综合指标,但是其综
合评价值同样失去了生态经济意义,而且评价模型中的系数也偏离了指标权重的本意。
“特征指数法冶则相反,它具有总体的生态经济意义(如生态足迹和能值等),其评价值便于理解。 但是,
在将单项指标转化成特征指数时,误差较大,且失去了指标本身的生态经济意义,不便于原因分析。 此外,目
前提出的特征指数种类繁多(图 2),每一种指数只能从某一个侧面反映生态安全的状态,缺乏综合性,而且不
能反映生态与产业相互作用的良性或恶性演变的趋势。 因此,需要重新构建新的特征指数。
目前,还没有找到一种能够兼顾这两类方法优点并克服其缺陷的生态安全测度方法。
2. 3摇 指标体系法的比较分析
在指标体系法中,用“直观筛选法冶构建指标体系简便易行,能够充分发挥研究者和专家的能力,在我国
的应用比较普遍[12]。 但由于缺乏理论与实证支撑,因而其科学性和准确性较差。 近年来,国内外学者开始运
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图 2摇 林业生态安全测度的方法体系
Fig. 2摇 The methods system of forestry ecological security measure
用“结构模型法冶构建生态安全评价指标体系。 这类结构模型是用来描述生态鄄产业复合系统各要素之间作用
机理的结构化定性模型(又称为框架模型、理论模型)。 其中,具有代表性的结构模型有:淤联合国经济合作
开发署与经济合作发展组织推出的压力鄄状态鄄响应 PSR 结构模型[13];于联合国可持续发展委员会提出的驱
动力鄄状态鄄响应 DSR模型;盂欧洲环境委员会将以上两个模型结合并进行改进,提出了驱动力鄄压力鄄状态鄄影
响鄄响应 DPSIR模型[14];榆Corvalan等人把 DPSIR 模型进一步拓展,提出了驱动力鄄压力鄄状态鄄暴露鄄影响鄄响应
DPSEEA模型[15]。
其中,PSR模型应用最为广泛,为一般生态安全[16]和林业生态安全[17]的测度提供了理论依据。 但是,
PSR模型过于简单,一些对生态安全测度比较重要的因素(如生态影响因素)没有考虑进来。 另外,DSR模型
也是一种比较简洁的结构模型,但是其中的驱动力因子与状态因子是间接因果关系,缺少中间环节。 而
DPSIR模型和 DPSEEA模型虽然弥补了 PSR模型和 DSR模型的缺陷,但又把系统的因果关系搞得过于复杂,
有些因子偏离了生态安全测度研究的核心问题。 因此,在进行林业生态安全测度时,需要根据林业生态鄄产业
复合系统的特点,结合 PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA等模型的长处,构建或改进相应的结构模型。
2. 4摇 特征指数法的比较分析
在特征指数法中,“生态承载力法冶 (如生态足迹和能值方法)与其他方法相比更适合生态安全的评价。
其中,“生态足迹法冶是将某区域的资源和能源消费转化为提供这些物质流所需生物生产性土地面积(即生态
足迹),并同该区域能够提供的生物生产性土地面积(即生态承载力)进行比较,从而定量判断区域生态状况
是否安全[18]。 该方法主要存在以下缺陷:淤未考虑土地生产力降低的变化;于土地功能的多重性造成了计算
误差;盂土地利用类型难以划分;榆未包括生物多样性指标;虞不能全面反映区域环境压力;愚对管理决策的
指导作用有限[19]。 “能值分析法冶把生态鄄产业复合系统中不同种类和不可比较的能量统一转换成以太阳能
为基准的能值,进而定量分析系统的生态安全[20]。 其主要缺陷有:淤能值转换率计算难度大、误差大;于有些
生态流难以评估,造成测度误差[19]。 一些学者将这两种方法进行结合,提出“能值生态足迹法冶,通过能值间
接计算生态足迹所需土地面积[21]。 但是该方法增加了变量转换环节,累积误差更大。 由于上述问题,目前生
态承载力法还难以用于林业生态安全测度,国内外尚未见正式发表的研究成果。
此外,也有学者将生态功能区划分和生态规划中的生态评价和分析方法用于区域生态安全的研究,例如
区域景观格局分析[22鄄24]、生态敏感性评价、生态服务功能评价等。 但由于这类方法更适合测定森林生态环境
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的质量或选择最优生态规划方案,并不能很好地回答林业或森林生态状况是否安全的问题,因此还没有取得
令人满意的研究结果。
2. 5摇 测度标准确定方法的比较分析
关于生态安全测度标准的确定,目前还没有普遍认可的定量方法或判据。 多数学者根据不同区域或不同
时期生态安全测度结果的对比,主观地确立一种“安全与否冶的划分标准,这种做法缺乏科学依据。 有的学者
提出了确立生态底线[25]或生态阈值[26]的思路,也有学者提出了更加细化的安全等级[27]。 但是,就如何客观
和定量地确定这些测度标准,目前还没有找到合适的解决方案。
3摇 基于 EIS的林业生态安全测度方法的基本构想
通过以上分析可见,无论从科学意义上还是从应用前景上看,林业生态安全测度研究已显现出以下发展
趋势。 与此相对应,提出了基于生态鄄产业共生关系(EIS)的林业生态安全测度新方法的下述基本构想。
3. 1摇 针对理论基础的薄弱性,研究林业生态安全的内涵与机理
生态安全的内涵和机理是生态安全测度的基础,这方面的研究尚不成熟,尤其是林业生态安全内涵和机
理的研究更为缺乏。 因此,需要根据图 1 提出的林业生态安全的内涵构成,运用共生理论和系统分析方法,在
PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA等结构模型的基础上,对林业生态安全的系统原理,尤其是对生态与产业相互作
用的机理进行研究。
3. 2摇 针对测度预警的滞后性,研究林业生态和产业的共生关系
国内外关于林业生态安全测度的研究主要侧重于森林生态安全方面,这种直接对生态安全的“结果冶进
行评价的做法是一种“就生态论生态冶的静态思维方式,具有较大的滞后性,难以对生态安全提出预警。 为
此,需要将造成生态安全问题的“原因冶———林业产业纳入生态安全测度体系中去,从森林生态安全拓展到林
业生态安全,从单纯自然生态系统问题拓展到生态与产业复合系统共生发展的领域。
3. 3摇 针对两类方法的欠缺性,研究特征指数与指标体系的衔接
生态安全测度的指标体系法和特征指数法各有利弊,目前缺乏一种既能够反映生态安全的生态经济内
涵,又能够层层展开出具体指标项的综合测度方法。 为此,可以从以下 3 个方面来解决这一问题:淤建立科学
的林业生态安全测度指标体系;于研究能够反映生态经济内涵以及生态鄄产业共生关系的综合性特征指数;盂
建立指标体系与特征指数之间的衔接关系,通过两类方法的综合与集成,克服各自的欠缺性,并实现优势互
补。 这样,使管理者既容易理解林业生态安全测度结果的生态经济意义,又便于找出导致生态不安全的原因,
进而采取有效的生态监管和控制措施。
3. 4摇 针对测度结果的灵敏性,研究结构化指标体系及权重设定
目前生态安全评价指标体系的构建及指标权重的确定主要以定性方法为主,缺乏客观依据和科学方法,
导致测度结果的随意性较大和灵敏性较高(指标及其权重的微小摄动都可能导致测度结果的较大波动)。 为
此,需要在上述林业生态安全结构模型和系统机理研究的基础上,运用结构化数量分析方法(如结构方程模
型等方法)构建与优化评价指标体系,并定量计算出指标权重。
3. 5摇 针对预警判定的主观性,研究林业生态安全度的客观标准
现有生态安全的测度方法,要么难以确定生态安全标准(例如指标体系法、区域景观格局分析、生态敏感
性评价、生态服务功能评价等),要么测度误差较大(例如用误差较大的生态足迹、能值或能值生态足迹的测
度值与生态承载力直接比较)。 为此,需要找到一种有助于客观地确定林业生态安全阈值和底线,并有助于
判定安全度等级和预警级别的科学方法,以克服生态安全预警判定中的主观性,使林业生态安全的实际监控
和预警成为可能。
4摇 基于 EIS的林业生态安全测度方法的技术路线
为了实现上述基于 EIS的林业生态安全测度方法的基本构想,通过原理设计,找到了攻克该测度方法主
要关键问题的具体技术。
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4. 1摇 林业生态安全的 FES鄄PSIR结构模型的建立
运用系统分析方法,对林业生态安全所涉及的生态鄄产业复合系统进行结构分析,并与国内外学者关于
PSR、DSR、DPSIR、DPSEEA模型的研究成果进行对比分析。 以上分析表明,针对林业生态安全(FES)问题,构
建压力鄄状态鄄影响鄄响应(PSIR)结构模型(简称 FES鄄PSIR结构模型)比较合适。 FES鄄PSIR结构模型中各子系
统的构成如下:淤 社会经济压力(FES鄄P)子系统,包含社会经济和林业产业发展对森林资源需求和对生态环
境破坏等压力;于 资源与环境状态(FES鄄S)子系统,包含森林资源总量、质量、覆盖率、分布、类型结构以及温
室气体浓度等状态;盂 生态影响(FES鄄I)子系统,包含森林生态系统健康与活力、生态系统生产力、森林调节
力、森林灾害发生率、生物多样性、水土流失、空气质量、气候变暖等影响;榆 人类响应(FES鄄R)子系统,包含
人类改善生态状态的投入、人工造林、林工一体化、循环经济、科技支撑、法律政策保障、生态文明意识、应对危
机机制等响应。
4. 2摇 林业生态安全评价指标体系的建立
为避免评价指标体系构建的主观性和随意性,根据 FES鄄PSIR结构模型等理论依据,结构化指标体系构建
方法的具体步骤和方法如下:淤 通过文献检索,收集和整理国内外关于 FES鄄P、FES鄄S、FES鄄I、FES鄄R各子系统
所采用过的评价指标,通过聚类分析等方法筛选出与林业生态安全测度问题关联度较大的指标;于 通过实际
调研、理论分析和专家咨询等方法,形成初步评价指标体系;盂 根据下述结构方程模型方法(简称 SEM方法)
对指标体系进行定量检验和修正。
4. 3摇 林业生态安全测度的结构方程模型的建立
收集我国林业生态安全相关数据,依据上述 FES鄄PSIR结构模型和初步评价指标体系,可以建立林业生态
安全测度的结构方程模型(SEM)。 具体步骤和方法如下:淤 根据上述 FES鄄PSIR结构模型的内生和外生隐变
量的因果关系,以及这些隐变量与评价指标体系中的显变量的关联,构建林业生态安全的 SEM 理论模型;于
建立描述显变量与隐变量之间关系的 SEM测量模型;盂 建立描述隐变量之间关系的 SEM结构模型;榆 收集
数据,对 SEM理论模型及其测量模型和结构模型进行参数估计和模型检验;虞 通过修正 SEM理论模型的路
径和指标来达到最优拟合,得到更加贴近现实的 SEM;愚 根据 SEM,反过来修正 FES鄄PSIR结构模型和评价指
标体系,同时 SEM还将给出各指标的权重系数。
4. 4摇 林业生态鄄产业共生关系的动态系统模型的建立
共生是两个或多个不同种类的有机体存在紧密和长期相互作用和相互依存关系的共同生存现象。 林业
生态和产业构成了典型的共生系统,它们之间的共生关系可以分为共生(互利共生和偏利共生)与非共生(弱
单害、偏害、竞争、寄生、捕食)两类[5]。 这些关系不仅反映了林业生态系统安全与否的现状,还预示着未来的
演变趋势。 也就是说,即使某区域林业生态系统的现状还没有恶化,但如果生态与产业之间的关系属于非共
生的恶性循环关系,那么其生态系统也是不安全的。 因此,考察林业生态系统的安全性不能仅看生态系统本
身,而且更要关注林业生态和产业系统之间的共生关系。 为此,首先要运用共生理论建立林业生态鄄产业共生
关系的动态系统模型。
20 世纪 40 年代,Lotka 和 Volterra 对逻辑斯蒂模型进行拓展,构建了两物种种群的种间共生关系的微分
方程动态系统模型(称为 Lotka鄄Volterra模型),该模型对现代生态学理论与共生理论的发展产生了重大的影
响。 根据林业生态鄄产业复合系统和生态安全问题的特点,对一般 Lotka鄄Volterra模型进行改进,可以构建描述
林业生态鄄产业复合系统共生关系的动态系统模型(以下简称林业 Lotka鄄Volterra模型) [28]:
dI( t)
dt
= r1 I( t)
pC( t) - I( t) - 琢( t)E( t)
pC( t)
; 摇 摇 dE( t)
dt
= r2E( t)
qC( t) - E( t) - 茁( t) I( t)
qC( t)
(1)
式中,I( t)为产业水平指数,对应于社会经济可持续发展子系统(包含社会经济压力子系统和人类响应子系
统),由 FES鄄P 压力和 FES鄄R响应指标体系通过模糊综合评判方法计算得到,反映林业产业的可持续发展水
平;C( t)为环境容量指数,对应于资源环境状态子系统,由 FES鄄S 状态指标体系计算得到,反映林业产业的发
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展空间和森林生态的改善基础;E( t)为生态水平指数,对应于生态影响子系统,由 FES鄄I影响指标体系计算得
到,反映森林生态系统受到影响的程度;琢( t)为林业生态对产业竞争系数;茁( t)为林业产业对生态竞争系数;
r1 为林业产业水平增长率;r2 为森林生态水平增长率;p为环境容量全部用于林业产业发展的环境贡献系数;
q为环境容量全部用于森林生态发展的环境贡献系数。
4. 5摇 林业生态安全特征指数的计算
运用控制理论求解林业 Lotka鄄Volterra模型的稳定性条件,可以得到生态对产业竞争系数 a( t),以及产业
对生态竞争系数 b( t)。 由此,可以构造生态鄄产业共生度指数 S( t) [28]:
S( t) = - 琢( t) + 茁( t)
琢2( t) + 茁2( t)
摇 摇 琢 ( t)和 茁 ( t)不同时为 0 (2)
共生度 S( t)的值域为 [ - 2 , 2 ] ,数值越大越共生状态越好,趋于互利共生(又称为绿色共生[5]);越小
越共生状态越差,趋于互害(竞争)。 基于文献[28],生态安全状态总体上可分为 2 个区间:当 S( t)在 (1, 2 ]
内,为互利共生状态,林业生态鄄产业复合系统进入生态安全区;当 S( t)在 [ - 2 ,1) 内,为非生态安全区。 两
个区间的交界处为 S( t)= 1,属于偏利共生状态,即进入生态安全区的门槛,称为生态安全阈值。 非生态安全
区 [ - 2 ,1) 又可进一步分为 2 个区间: [ - 2 ,0) 为竞争、偏害、寄生和捕食状态,即生态不安全区; (0,1)
为弱单害状态,即生态安全转折区。 两个区间的交界处为 S( t)= 0,即进入生态不安全区的门槛,称为生态安
全底线。 由此,可以科学地确定林业生态安全阈值和底线的测度标准。
可见,共生度是能够有效测度生态安全并具有明确生态经济意义的特征指数,它通过生态与产业系统的
共生关系反映了生态安全演变趋势的性质。 但是仅仅靠共生度一个特征指数是不够的,因为它不能反映生态
与产业系统的发展水平,即不能反映这种生态安全性处于较低的水平还是较高的水平。 为此,根据产业水平
指数 I( t)和生态水平指数 E( t),运用聚类分析方法可以得出另一个反映生态安全发展程度的辅助性特征指
数———生态鄄产业成熟度 M( t),并将成熟度划分为成熟和不成熟两类。
4. 6摇 林业生态安全度的划分
根据以上 2 个特征指数,可以构建图 3 所示的林业生态安全度的双特征判断矩阵。 图 3 中,横坐标为共
生度 S,属于生态安全的性质指数;纵坐标为成熟度 M,属于生态安全的程度指数。 在横坐标上,根据生态安
全阈值和底线,可将生态安全度划分为 3 个区间:安全区(互利共生状态,生态安全趋于健康)、不安全区(竞
争、偏害、寄生、捕食状态,生态安全趋于恶化)和转折区(弱单害状态,生态安全存在风险)。 在纵坐标上,可
将上述 3 个生态安全区进一步划分成 6 个安全度等级(健康、亚健康、风险、高风险、退化和恶化)和 4 个预警
级别。
图 3摇 林业生态安全度的双特征判断矩阵
Fig. 3摇 The bicharacteristic judgment matrix of forestry ecological security degree
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5摇 基于 EIS的林业生态安全测度方法的整体框架
为使基于 EIS的林业生态安全测度方法成为可操作的实用测度方法,还需要在上述研究的基础上构建其
整体的运作框架,包括该方法整体的目标鄄手段树和技术路线。
5. 1摇 目标鄄手段树
根据以上的基本构想和关键技术,运用目标鄄手段链工具得出图 4 所示的目标鄄手段树。 图 4 的最高层是
该测度方法的总体目标,第二层是实现总体目标的两个方面的手段,第三层是将第二层的手段作为目标而应
采取的进一步的手段…… 如此下去,最后一层是实现总体目标的可操作的具体手段。
图 4摇 基于 EIS的林业生态安全测度方法的目标鄄手段树
Fig. 4摇 The means鄄ends tree of measure methodology for forestry ecological security based on ecology鄄industry symbiosis
5. 2摇 技术路线
图 4 从目标与手段的层层递进关系上构建了基于 EIS 的林业生态安全测度方法完整的逻辑思路。 在此
基础上,还需要描述各项手段之间的“操作流程冶。 根据该测度方法的基本原理,设计出图 5 所示的技术路
线。 由图 5 可见,林业生态安全测度研究的主要步骤如下:首先进行林业生态安全测度的理论与模型研究;据
此构建社会经济可持续发展子系统、资源环境状态子系统和生态影响子系统的压力、状态、影响、响应指标体
系;为实现指标体系和特征指数的衔接,通过计算各子系统所对应的产业水平指数、环境容量指数和生态水平
指数,构建林业 Lotka鄄Volterra模型;通过生态鄄产业共生度和成熟度特征指数,建立林业生态安全度的双特征
判断矩阵;对我国林业生态安全的时间演化和空间格局进行实证测度研究,判定各种情况下的生态安全度和
预警级别(若出现不合理结果,需反馈修正);分析我国林业生态安全的问题,并通过追溯单项指标的方法,分
析其原因;依此构建多维林业生态安全战略体系。
其中,多维林业生态安全战略体系由以下几个维度构成:淤林业生态安全的营建体系,包括生态公益林和
防护林体系、绿色共生型林业产业体系等;于林业生态安全的测度与决策体系,包括林业生态安全的监测体
系、评价与分析体系、预警与决策体系等;盂林业生态安全的防控体系,包括林业生态安全的行政监管体系、维
护与控制体系、应急处理体系等;榆林业生态安全的支撑体系,包括林业生态安全的技术支持体系、信息系统、
政策法律保障体系、林业生态文明支撑体系(包括公众参与、媒体宣传和监督等)、林业生态补偿体系等。
6摇 结语
(1)FES鄄PSIR结构模型、SEM和指标体系的集成优势
林业生态安全测度的指标体系法虽能克服特征指数法的一些缺点,但存在理论依据不足、指标权重主观
性大等问题。 在本文的测度方法中,通过对一般生态经济系统的结构模型进行改进,构建林业生态安全的压
力鄄状态鄄影响鄄响应 FES鄄PSIR结构模型,并与结构方程模型 SEM 和评价指标体系进行综合与集成,能够取得
以下成效:淤FES鄄PSIR结构模型为指标体系和 SEM 的构建提供了理论依据和逻辑框架;于SEM 反过来又为
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图 5摇 基于 EIS的林业生态安全测度方法的技术路线
Fig. 5摇 The technology roadmap of measure methodology for forestry ecological security based on ecology鄄industry symbiosis
FES鄄PSIR结构模型和指标体系的检验和完善,以及指标权重的确定,提供客观的定量分析方法;盂以上方法
再与聚类分析、理论分析、实际调研和专家咨询等方法相结合,形成了结构化的指标体系构建方法,最大限度
地降低了主观随意性。
(2)结构化指标体系和特征指数的集成优势
特征指数法虽能克服指标体系法的一些缺点,但是它以测度难度大、误差大、丧失原始指标涵义,来换取
指标值的可加性,可谓“得不偿失冶。 为保留这两类方法的优点,克服其缺陷,本文方法对指标体系和特征指
数进行综合与集成,能够取得以下成效:淤林业 Lotka鄄Volterra 模型的 3 个基本指数(产业水平指数 I、环境容
量指数 C、生态水平指数 E)能够与结构化指标体系实现合理对接,从而为指标体系与特征指数的衔接与集
成,扫清了关键障碍;于测度数据直接来自各指标实际值,无需换算成面积、货币或能量等量值,使测度结果比
较准确;盂一方面共生度和成熟度特征指数的综合性较强且具有明确的生态经济意义,另一方面又便于追溯
到各单项指标的原始值,有利于分析产生生态安全问题的原因,便于制定具体有效的管理措施。
(3)共生度和成熟度双特征判断矩阵的集成优势
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林业生态安全测度需要克服“就生态论生态冶、特征指标种类繁多而片面等缺陷。 本文方法从林业生态
与产业共生关系的视角,通过评价指标体系得到生态鄄产业共生度和成熟度 2 个综合性较强的特征指数,并由
此构建林业生态安全度的双特征判断矩阵,能够取得以下成效:淤共生度和成熟度 2 个特征指数分别通过生
态鄄产业的共生关系和可持续发展水平,体现林业生态安全变化趋势的性质及其程度,便于管理者和公众更加
完整地理解和运用林业生态安全的测度结果;于经过成熟度细化的共生度指数能够更好地反映林业生态安全
状态的动因,有利于克服测度的滞后性,达到预警的目的;盂根据林业生态安全动态系统模型的稳定性条件和
共生理论,可以科学地确定林业生态安全的阈值和底线;榆再参照成熟度,可将林业生态安全度分为 3 个安全
区间、6 个安全等级和 4 个预警级别,便于林业生态安全的监控和管理。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 4 February,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Concepts, processes and quantification methods of the forest water conservation at the multiple scales
WANG Xiaoxue, SHEN Huitao, LI Xuyong, et al (1019)
………………………………
…………………………………………………………………………
Advances in the study of stable isotope composition of leaf water in plants LUO Lun, YU Wusheng, WAN Shimin, et al (1031)……
Eco鄄environmental effects of urban landscape pattern changes: progresses, problems, and perspectives
CHEN Liding, SUN Ranhao, LIU Hailian (1042)
………………………………
…………………………………………………………………………………
An overview of advances in distributional pattern of urban biodiversity MAO Qizheng, MA Keming, WU Jianguo,et al (1051)………
Ecological compensation boosted ecological protection and human well鄄being improvement LI Huimei,ZHANG Anlu (1065)…………
Autecology & Fundamentals
Effects of indigenous AM fungi and neighboring plants on the growth and phosphorus nutrition of Leymus chinensis
LEI Yao, HAO Zhipeng, CHEN Baodong (1071)
……………………
…………………………………………………………………………………
Influences of AM fungi on plant growth and water鄄stable soil aggregates under drought stresses
YE Jiashu, LI Tao, HU Yajun, et al (1080)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
The effect of transgenic cucumber with double strands RNA of mapk on diversity of rhizosphere bacteria
CHEN Guohua, MI Baobin, LI Ying, et al (1091)
………………………………
…………………………………………………………………………………
The ambient ozone pollution and foliar injury of the sensitive woody plants in Beijing exurban region
WAN Wuxing, XIA Yajun, ZHANG Hongxing, et al (1098)
…………………………………
………………………………………………………………………
Diversity and plant growth鄄promoting potential of culturable endophytic bacteria isolated from the leaves of Atractylodes lancea
ZHOU Jiayu, JIA Yong, WANG Hongwei, et al (1106)
………
……………………………………………………………………………
Effects of the low temperature treatment on egg maturation and its numerical dynamics in the parasitoid Pteromalus puparum
(Hymenoptera: Pteromalidae) XIA Shiyang,MENG Ling,LI Baoping (1118)……………………………………………………
Circadian rhythm of calling behavior and sexual pheromone production and release of the female Zeuzera leuconotum Butler
(Lepidoptera: Cossidae) LIU Jinlong, JING Xiaoyuan, YANG Meihong, et al (1126)…………………………………………
Influence of fluoride on activity of carboxylesterase and esterase in hemolymph of Bombyx mori
MI Zhi, RUAN Chenglong, LI Jiaorong, et al (1134)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of water temperature on the embryonic development, survival and development period of larvae of ridgetail white prawn
(Exopalaemon carinicauda) reared in the laboratory LIANG Junping, LI Jian, LI Jitao,et al (1142)……………………………
Population, Community and Ecosystem
Diversity of ecosystem services and landscape multi鄄functionality: from scientific concepts to integrative assessment
L譈 Yihe, MA Zhimin, FU Bojie, et al (1153)
…………………
……………………………………………………………………………………
Research on estimating wetland vegetation abundance based on spectral mixture analysis with different endmember model: a case
study in Wild Duck Lake wetland, Beijing CUI Tianxiang, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji,et al (1160)………………………
Identifying typical plant ecological types based on spectral characteristic variables: a case study in Wild Duck Lake wetland,
Beijing LIN Chuan, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji,et al (1172)…………………………………………………………………
Responses of phytoplankton community to the construction of small hydropower stations in Hainan Province
LIN Zhangwen,LIN Sheng,GU Jiguang,et al (1186)
…………………………
………………………………………………………………………………
Diurnal variation of water quality around Potamogeton crispus population WANG Jinqi,ZHENG Youfei,WANG Guoxiang (1195)……
Effects of three forest restoration approaches on plant diversity in red soil region, southern China
WANG Yun, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (1204)
……………………………………
………………………………………………………………………
Dynamics of soil physical鄄chemical properties and organic carbon content along a restoration chronosequence in Pinus tabulaeformis
plantations HU Huifeng, LIU Guohua (1212)………………………………………………………………………………………
Probability models of forest fire risk based on ecology factors in different vegetation regions over China
LI Xiaowei, ZHAO Gang, YU Xiubo,et al (1219)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Landscape ecological security dynamics in a fast growing urban district: the case of Dongguan City
YANG Qingsheng, QIAO Jigang, AI Bin (1230)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
The difference between exergy and biodiversity in ecosystem health assessment: a case study of Jiangsu coastal zone
TANG Dehao, ZOU Xinqing, LIU Xingjian (1240)
…………………
…………………………………………………………………………………
Impacts of drying鄄wetting cycles on CO2 and N2O emissions from soils in different ecosystems
OUYANG Yang, LI Xuyong (1251)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Evaluation of low鄄carbon competitiveness in Western China JIN Xiaoqin, DU Shouhu (1260)…………………………………………
Flood return period analysis of the Bayi Reservoir Watershed based on HEC鄄HMS Model
ZHENG Peng, LIN Yun, PAN Wenbin,et al (1268)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Simulation of rainfall interception process of primary korean pine forest in Xiaoxing忆an Mountains by using the modified Gash
model CHAI Rushan, CAI Tijiu, MAN Xiuling, et al (1276)……………………………………………………………………
Characteristics of tree鄄ring chronology of Pinus koraiensis and its relationship with climate factors on the northern slope of
Changbai Mountain CHEN Lie, GAO Lushuang, ZHANG Yun, et al (1285)……………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Nitrogen flows in“crop 鄄edible mushroom冶production systems in Hexi Corridor Oasis Irrigation Area
LI Ruiqin,YU Anfen, ZHAO Youbiao,et al (1292)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of fertilization on soil fertility indices and yield of dry鄄land peanut
WANG Caibin, ZHENG Yaping, LIANG Xiaoyan, et al (1300)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effect of tillage and residue management on dynamic of soil microbial biomass carbon
PANG Xu,HE Wenqing,YAN Changrong,et al (1308)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Evaluation of eco鄄security of cultivated land requisition鄄compensation balance based on improved set pair analysis
SHI Kaifang,DIAO Chengtai,SUN Xiufeng, et al (1317)
……………………
…………………………………………………………………………
Opinions
Methodology for measuring forestry ecological security based on ecology鄄industry symbiosis: a research framework
ZHANG Zhiguang (1326)
……………………
……………………………………………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索自然奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,促
进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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第 33 卷摇 第 4 期摇 (2013 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 33摇 No郾 4 (February, 2013)
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