生态系统脆弱性研究，本文主要内容关键词为：生态系统论文,脆弱性论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
生态环境是人类生存、发展的基础。近年来，随着全球气候变暖、人口增加以及人类发展对资源的不断开发和利用，使得许多生态系统出现退化，各种问题日益突出。出现了诸如全球气温上升、冰川融化、干旱、洪涝、水污染、供水危机、生物物种减少等一系列生态危机，并确实影响到各区域生态、社会和经济的可持续发展。国家环保总局在2006年6月5日，既第35个世界环境日上，首次对外发布了《中国生态保护》白皮书，其中指出我国生态环境脆弱区占国土面积的60％以上，这严重阻碍了我国实现可持续发展的进程。
生态环境的恶化不仅降低了资源的可利用性，而且也是导致地区经济贫困和社会落后的根源。生态系统脆弱性分析和评价是适应和减缓环境恶化的基础，是解决地区生态问题，实现区域协调发展的关键，可以指导区域生态保护，为脆弱生态环境整治和资源的合理利用提供科学依据，对于促进地区的可持续发展和防灾减灾有着重要意义。
本文对国内外有关生态系统脆弱性的相关研究情况以及主要的结论予以综述，以期促进我国生态系统脆弱性研究深入展开。
2 生态系统脆弱性的概念与内涵
2.1 生态系统脆弱性的研究历史及众多学者对其概念的界定
国外学者关于脆弱性的研究，在20世纪六七十年代就得以彰显，但进展缓慢。直到1981年，P.Timmerman[1]首先提出了脆弱性的概念。1988年在布达佩斯召开的第七届SCOPE大会上，全体成员明确认定1987年1月巴黎工作组提出的ecotone新概念，并通过决议，呼吁国际生态学界开展对于ecotone的研究，认为它把生态系统界面理论以及非稳定的脆弱特征结合起来，可以作为辨识全球变化的基本指标。
在国内，牛文元[2]首先引入了ecotone概念，并将其定义为：在生态系统中，凡处于两种或两种以上的物质体系、能量体系、结构体系、功能体系之间所形成的“界面”，以及围绕该界面向外延伸的“过渡带”的空间域，即称为生态环境脆弱带(ecotone)。在其论文中，ecotone被译为“生态环境脆弱带”。但罗承平[3]认为，ecotone是指“生态环境过渡带”。二者对ecotone的译法不同，但均认为环境脆弱带或者环境过渡带，并不等同于生态环境质量最差的地区，也不等同于自然生产力水平最低的地区。
ecotone概念传入中国后，生态系统脆弱性的研究逐步展开，国内学者先后对黄土高原、塔里木河流域等地开展了脆弱性研究，这一时段的研究多以定性描述和脆弱性分区为主。近10年来，生态系统脆弱性的研究增长迅速，逐步由最初的定性研究转变为定量评价，GIS和遥感手段也逐步被应用以提高评价的准确性。研究领域涉及农业生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及湿地生态系统等众多领域[4～7]，尤其是近年来随着全球气候变化研究的加强，生态系统响应气候变化的研究呈明显增多的趋势[8～9]。
由于不同学科领域间研究对象和学科视角的不同，对“生态系统脆弱性”这一概念的界定角度和方式有很大差异。赵桂久[10]认为，生态脆弱性是景观或生态系统在特定时空尺度上相对于干扰而具有的敏感反应和恢复状态，它是生态系统的固有属性在干扰作用下的表现。周劲松[11]认为，生态系统脆弱性是生态系统在一定机制作用下，容易由一种状态演变成另一种状态，遭变后又缺乏恢复到初使状态的能力。Downing[12]认为，脆弱性应包括三个方面：首先，脆弱性是作为一个结果，而不是一种原因来研究；其次，针对其他不敏感因子而言，所关注的影响因素的作用是负面的；最后，脆弱性是一个针对某系统和地区的相对概念，而不是一个绝对的损害程度的度量单位。IPCC第三次评估报告[13]将气候变化研究中生态系统的脆弱性定义为：系统容易遭受或没有能力对付气候变化(包括气候变率和极端气候事件)不利影响的程度，是某一系统气候的变率特征、幅度、变化速率及其敏感性和适应能力的函数。
从以上学者对生态系统脆弱性的定义中可以看出，不同界定争议的焦点是施加在系统上的外界扰动是否是构成脆弱性的要素之一，即脆弱性是扰动前就具有的状态，还是扰动后生态系统产生的结果。
2.2 本文对生态系统脆弱性概念的理解
本文从以下方面对生态系统脆弱性的概念进行阐述：
第一，生态系统脆弱性是系统自身具有敏感性或者不稳定性，即系统在外界干扰或胁迫的影响下容易发生变化。同时，生态系统抵抗干扰能力以及干扰后的自我恢复能力较弱，同样程度的干扰对于脆弱性较低的生态系统来说也许是在其承受范围内，但对于脆弱性程度较高的系统来说，就超出了生态系统抵抗干扰的阀值范围，从而使生态系统发生不可逆转的变化。
第二，生态系统脆弱性是多个方面的综合表现。首先，生态系统脆弱性与系统本身的组成结构和系统所处的自然环境背景的状况密切相关。与稳定性相似，脆弱性与物种的丰富度、群落类型、组成及其变化有关，它反映了生境、群落和物种对环境变化的敏感程度。其次，生态系统结构特征和自然条件的不利只是决定了系统脆弱存在的潜在性，而将这潜在性激化为现实的生态脆弱的则是外界的扰动。
第三，施加在生态系统上的扰动具有多尺度性。系统通常暴露于多重扰动，这些扰动既有来自于系统内部的，也有来自于系统外部的，并且不同尺度的扰动之间还存在复杂的相互作用。同时，脆弱系统本身具有多层次性。
第四，生态系统脆弱性是一个相对的概念。脆弱性总是针对特定的扰动而言。系统并不是针对任何一种扰动都是脆弱的，面对不同的扰动会表现出不同的脆弱性，因此，脆弱性总是与施加在系统上的特定扰动密切相关。同时，在稳定的生态系统和脆弱的生态系统之间没有不可逾越的鸿沟，随着人类改造自然的活动规模和强度持续增大，往往造成一些相对稳定的生态系统功能失调并发生退化而过渡为脆弱的生态系统；与此同时，也有一些原本脆弱的生态系统经过自然恢复或者人类有意识的生态建设，也会由脆弱、退化的状态趋于生态改善和稳定。
2.3 生态系统脆弱性的命名
国内相关文献中关于生态系统脆弱性的命名各异，如“生态脆弱性”、“生态环境脆弱性”、“环境脆弱性”、“灾害脆弱性”等，从不同研究对象而言，这是难以避免的，但有的命名严格来说是不正确的。从生态系统的定义可知，生态系统是在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。而环境是指某一生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。环境是有大小之别的，大到整个宇宙，小至基本粒子，既是具体的，又是相对的。讨论环境时要包含着特定的主体，离开了主体的环境是没有内容的，同时也是毫无意义的，因此不存在环境是否脆弱的问题，脆弱的只是处于一定环境条件下的主体——生态系统。
因此，在具体研究中为规范脆弱性的命名，应采用统一的命名方式，Thomas[14]就曾提出过脆弱性的命名方法，其规则为：
其中，V表示脆弱性；T表示扰动的类型，即某一特定的扰动；s表示脆弱性客体的尺度；g表示脆弱性客体；c表示事件的最终结果。根据此命名规则就可以定义哪种尺度上的哪一客体针对哪种扰动的脆弱性，扰动的最终结果是什么。这一命名方法有效推动脆弱性概念在不同研究领域间的交流和沟通。
3 生态系统脆弱性评价方法
生态系统脆弱性评价是指在区域层次上，对系统自身的结构、功能进行探讨，预测和评价外部胁迫对系统可能造成的影响，并评估系统自身对外部胁迫的抵抗力以及从不利影响中恢复的能力，对生态系统的脆弱程度作出定量或者半定量的分析、描绘和鉴定。脆弱性评价关注的主要问题是：研究对象面对的主要扰动是什么；不同脆弱等级的单于具有什么典型特征；研究区域内脆弱性时空分布格局如何；影响脆弱性格局的因素有哪些；如何降低系统的脆弱性等几方面的问题。评价目的是为了研究生态环境脆弱性的成因机制及其变化规律，维护系统的可持续发展，减轻外部胁迫对系统的不利影响，从而提出合理的资源利用方式和生态保护与生态恢复的措施，以实现资源环境与社会经济的协调发展。
与生态系统脆弱性的概念相同，不同领域的学者对脆弱性评价工作的理解也不尽相同[15]，有学者认为脆弱性评价是评价工作的“起点”，也有学者则认为是“终点”。Deressa[16]认为，脆弱性评价方法大体上可以分为三类，即自然生态学方法、社会经济学方法和综合方法。自然生态学的方法关注的侧重点是灾害事件或外界扰动对系统影响的最终结果，评价的角度是试图找出灾害或扰动造成的经济损失、人口的死亡率或健康的损害程度、作物产量的损失程度等，即“终点”理论，最终的结果是得出了损失的程度；社会经济学方法关注的是灾害或扰动发生前系统自身的状态，试图从系统的内部特征来评价脆弱性，即“起点”理论，事件发生前系统自身的状态；综合方法就是将两个视角相结合，从自然和社会两个层面解释脆弱性。Deressa提出的评价方法是从宏观的角度提出的，即考虑从哪个角度去评价生态系统的脆弱性，与脆弱性内涵的理解密不可分。只有对研究对象的脆弱性的内涵把握正确才能进行具体的评价工作。
生态系统脆弱性的具体评价方法，美国环境保护署的Smith[17]等学者详细阐述了11种评价方法，包括各种方法的步骤及优缺点。国外学者主要侧重于生态系统脆弱性分析和评价模型的概念框架研究。国内也有学者综述过该领域的评价方法，如赵慧霞等[18]探讨了自然生态系统响应气候变化的脆弱性评价，认为全球气候变化下，自然生态系统脆弱性的定量评价方法主要有情景分析、模拟模型法和综合指数法；李鹤等[19]综述了脆弱性的五种评价方法，分别是综合指数法、图层叠加法、函数模型法、模糊物元法和危险度分析。其中，不同学者归纳的方法中有些是重复的，研究者可以根据研究的目的，研究对象的性质选择适宜的方法进行恰当的评价。
国内研究多以开展具体的评价为主，但由于生态系统的脆弱性是很难预见的现象，加之脆弱系统的复杂性，生态系统脆弱性评价的进展相对较缓慢。从20世纪90年代初开始进行脆弱性研究，相当长的一段时间内均采用的是综合指数法，所不同的就是选择的评价指标、指标权重的确定不同以及在求综合指数时采用的统计方法略有差别。直到2003年前后，GIS和遥感等高新技术手段才得以应用，也才出现了不同于综合指数法的生态系统脆弱性评价方法。很长一段时间都在做重复工作，因此，积极探讨适合研究区域的更准确、更方便的评价方法在国内生态系统脆弱性研究中很有必要。
4 生态系统脆弱性研究面临的挑战
生态系统的脆弱性具有定量和定性两方面的特征，并且是一个复杂的持续变化的过程，对多重扰动都具有敏感性，且针对不同的扰动其脆弱性的阀值也不一样，因此建立综合社会因素和自然生态影响因子的定性和定量相结合的脆弱性评价框架是很重要的。每一个因子并非都直接参与脆弱性的评价，这时就需要找到主要影子和次要影响因子以及他们之间的关系。因此，研究面对多重扰动的脆弱性的评价、不同扰动下系统的阀值、不同扰动对系统整体脆弱性之间的关系的仍然是当前脆弱性评价面临的挑战之一。
生态系统脆弱性研究面临的第二个挑战是脆弱性的“客观性”和“感知性”之间的差异。在评价脆弱性时学者们都找出一些客观的衡量指标来对脆弱性进行评价，然后得出不同脆弱性程度的结果。但是脆弱系统本身所感知的脆弱性或许和评价的结果相差甚远。而感知脆弱性又是很难被测量的[20]。客观评价指标的微弱变化就可使脆弱个体或群落的状态产生很大的改变，同时系统内部又有很多的不确定性，容易导致决策的制定和系统本身实际状态存在一定程度的不吻合。
脆弱研究面临的第三个挑战存在于评价结果和政策的制定之间。实例研究表明脆弱的个体或区域往往存在权利与资源的匮乏[21～23]。一些政策的制定和措施的采取并没有把系统的脆弱性考虑进去，制定的政策往往是降低了对管理机构有益的区域的脆弱性，而忽略了社会生态系统中处在“边缘效应”的地区或利用价值较低的地区[24]。因此，政策干预减小脆弱性时需要正确鉴定脆弱性的客体，明确脆弱性产生的机制，减少“边缘效应”或“弱势效应”造成脆弱性的机会。平等和正确的鉴定脆弱群体是决策过程中两个不可或缺的因素。