景感生態(tài)學:生態(tài)安全研究與實踐的重要途徑

王麗娜,李 爽,吳 迪,鄧紅兵,吳 鋼

1 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 1000852 中國科學院大學,北京 1000493 中科院建筑設(shè)計研究院有限公司, 北京 100086

景感生態(tài)學是指以可持續(xù)發(fā)展為目標,基于生態(tài)學的基本原理,將自然要素、物理感知、心理感知、社會經(jīng)濟、過程與風險等相關(guān)要素綜合考慮,來研究土地利用規(guī)劃、建設(shè)與管理的科學[1- 3]。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的快速進步,以及土地開發(fā)利用所產(chǎn)生的各種環(huán)境問題備受重視,景感生態(tài)學的誕生有其必然性。從技術(shù)層面而言,景感是將物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)綜合在一起的技術(shù)體系,這一體系能確保設(shè)計師的理念和其設(shè)計的規(guī)劃遵循自然法則[3],并有利于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標?？萍嫉陌l(fā)展使得環(huán)境信息感知與融合成為生態(tài)環(huán)境科學研究的重要手段,基于個體感知或者公眾參與式的社會尺度傳感器網(wǎng)絡(luò)均可獲得所處環(huán)境的環(huán)境質(zhì)量信息及其發(fā)育演化過程[4-5]。景感生態(tài)學是將景觀生態(tài)學和人們的愿景、社會的需求相融合的科學體系,其思想主要來源于土地利用規(guī)劃與建設(shè)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、受損生態(tài)環(huán)境的景感營造、生態(tài)服務(wù)的提升等實踐,也將指導(dǎo)和服務(wù)于這一實踐[1]。

由于人口增長、經(jīng)濟發(fā)展以及快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速導(dǎo)致的一系列生態(tài)環(huán)境問題已開始影響到人類的愿景,威脅到人類的生存和發(fā)展,甚至威脅到區(qū)域乃至國家的生態(tài)安全。這些生態(tài)安全問題的出現(xiàn),從根本上是不合理的資源和土地開發(fā)利用活動的結(jié)果[6]。而各種不合理資源和土地開發(fā)利用活動,往往是因為缺乏科學的資源和土地利用規(guī)劃及科學合理的監(jiān)管[7- 9],景感生態(tài)學思想及其方法恰恰可為這些工作的研究和實踐提供有效途徑。

將景感生態(tài)學與生態(tài)安全研究相結(jié)合,需要回答“為什么”和“怎么辦”兩個問題。首先,不合理的資源和土地開發(fā)利用活動常常會帶來各種生態(tài)風險,從而導(dǎo)致生態(tài)安全方面的問題;而景感生態(tài)學的主要研究內(nèi)容涉及土地利用,其目標是與可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的人類愿景和社會需求。所以在生態(tài)安全研究特別是生態(tài)安全格局構(gòu)建等關(guān)鍵問題中納入景感生態(tài)學的思想和方法是可能的,這種結(jié)合既可以從景感的角度和途徑去理解和開展生態(tài)安全研究,也可以通過景感生態(tài)學在生態(tài)安全研究上的應(yīng)用來豐富和發(fā)展景感生態(tài)學的研究內(nèi)容。而如何將景感生態(tài)學思想及主要方法應(yīng)用于生態(tài)安全研究,將是本文要探討的關(guān)鍵內(nèi)容。因此,本文在簡要解析生態(tài)安全內(nèi)涵及其主要特點的基礎(chǔ)上,針對當前生態(tài)安全研究與實踐中存在的一些關(guān)鍵問題,提出了利用景感生態(tài)學思想及景感營造的技術(shù)方法來解決這些問題的具體途徑,以期為景感生態(tài)學的發(fā)展及生態(tài)安全研究的完善提供思路。

1 生態(tài)安全的內(nèi)涵

生態(tài)安全是指人的生活、健康、安全、基本權(quán)利、生活保障來源、必要來源、社會次序、人類適應(yīng)環(huán)境的能力等方面不受威脅的狀態(tài),包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟生態(tài)安全、社會生態(tài)安全[7-8]。生態(tài)安全作為一個如今受到廣泛關(guān)注的概念,其內(nèi)涵豐富[8],不同研究者關(guān)注的重點也有所不同,無論如何,生態(tài)安全主要包括兩個方面含義：一是生態(tài)系統(tǒng)自身的安全,即其自身結(jié)構(gòu)和功能是否保持完整和正常;二是生態(tài)系統(tǒng)對于人類生產(chǎn)生活的支撐服務(wù)安全,即生態(tài)系統(tǒng)在不對人類生產(chǎn)生活構(gòu)成威脅的基礎(chǔ)上,其提供給人類生存所需的資源和服務(wù)是否持續(xù)且穩(wěn)定[9]。

生態(tài)安全的另一面是生態(tài)風險;因此,不論是研究還是相關(guān)實踐,生態(tài)安全需要關(guān)注生態(tài)脆弱性和生態(tài)風險,同時還應(yīng)該認識到生態(tài)安全的實現(xiàn)是一個動態(tài)過程,需要通過脆弱性的不斷改善,實現(xiàn)人與自然處于健康和有活力的和諧共生發(fā)展狀態(tài)[10]。也就是說,生態(tài)安全的科學本質(zhì)是通過脆弱性分析與評價,利用各種手段不斷改善脆弱性,降低風險[11]。

基于生態(tài)安全的內(nèi)涵及本質(zhì)[6- 12],可知：

(1)生態(tài)安全不僅是一種狀態(tài),也代表著一種過程,動態(tài)性是其重要的特征;這也說明生態(tài)安全是可以通過一定的科學手段進行調(diào)控的。評價是生態(tài)安全研究與實踐的基礎(chǔ),但注意到并且針對生態(tài)安全的動態(tài)性來進行合理調(diào)控才是目的。

(2)生態(tài)安全是一個相對的概念。生態(tài)風險也許是經(jīng)常存在的,但沒有絕對的生態(tài)安全,這也與生態(tài)安全強調(diào)以人為本以及具有一定的空間地域性有關(guān)。不同的對象對于風險可能有不同的感受、閾值或者對策,構(gòu)建生態(tài)安全格局或者調(diào)控過程中除了普適性的原則外,還有基于自身心理及所處環(huán)境的愿景。生態(tài)安全雖然是一宏觀概念,但其強調(diào)尺度,生態(tài)風險往往具有區(qū)域性和局部性。

(3)生態(tài)安全雖然是相對的,但其目標的達成不是一蹴而就或一勞永逸,不同的環(huán)境和生態(tài)安全狀態(tài)下,人類對于生態(tài)安全的愿景也會有所不同。此外,由于生態(tài)安全的復(fù)雜性和難達性,構(gòu)建生態(tài)安全格局以及維護生態(tài)安全均需要成本。

(4)生態(tài)安全某種程度上可以理解為對生態(tài)風險的防控,但有的生態(tài)風險是難以甚至是不可防控的,此時對于風險的規(guī)避是必要的,這需要完備的預(yù)測和預(yù)警手段。因此,對于風險的預(yù)測和預(yù)警也是生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容[12- 14]。

(5)生態(tài)安全研究更多是在生態(tài)系統(tǒng)、景觀及區(qū)域尺度上開展,生態(tài)系統(tǒng)評價、景觀格局分析以及區(qū)域生態(tài)學為生態(tài)安全研究提供了重要的支撐[15- 17]。景觀是生態(tài)安全研究中非常重要的尺度,景觀生態(tài)學的一些原理與方法是當前生態(tài)安全研究的主要遵循[16, 18- 19],景觀生態(tài)學的一些重要問題如景觀格局及其動態(tài)、尺度變化以及景觀異質(zhì)性等也是生態(tài)安全研究中需要重點關(guān)注的問題。

2 景感生態(tài)學在生態(tài)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

Zhao等提出景感生態(tài)學以可持續(xù)發(fā)展為目標,遵循生態(tài)學的基本原理,且主要研究土地利用規(guī)劃、建設(shè)與管理[1],這很大程度上與生態(tài)安全的研究是契合的。生態(tài)安全既是可持續(xù)發(fā)展的目標之一,又是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。生態(tài)安全研究遵循生態(tài)學的基本原理,且土地利用特別是相關(guān)的生態(tài)安全評價、生態(tài)安全格局構(gòu)建與維護、以及生態(tài)風險的預(yù)測預(yù)警是其主要內(nèi)容[20- 26];在此過程中,注重土地格局—生態(tài)過程—生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的聯(lián)系[27]?？紤]到生態(tài)安全及景感均著眼于土地利用且均以可持續(xù)發(fā)展為目標,在合適的尺度(比如區(qū)域或者城市)和相似的研究內(nèi)容(土地利用)上,兩者的研究有很大重合,可以考慮把景感生態(tài)學的思想和方法作為生態(tài)安全研究的有效手段和補充。

當前景感生態(tài)學頗具特色的研究手段和方法主要包括：趨善化模型(Melioration model)的建立,迷碼數(shù)據(jù)(Mix-Marching data)的獲取、存儲和處理,以及物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的應(yīng)用[1]。這些同樣可以在生態(tài)安全研究中得到應(yīng)用,且可能為當前生態(tài)安全研究的難點或關(guān)鍵問題提供解決途徑(圖1)。

趨善化模型[1- 28]的核心思想是“沒有最好的結(jié)果,只有更好的途徑”,體現(xiàn)了過程運行中的調(diào)控和不斷趨善,其最終實現(xiàn)的目標不是單一或某一階段的優(yōu)化,而是強調(diào)目標與約束條件的同步交叉、相互協(xié)同與調(diào)控,進而實現(xiàn)綜合目標的不斷完善[1]。動態(tài)性和相對性是生態(tài)安全的重要特征,但在具體研究中卻因為缺乏相關(guān)模型,定量描述它們存在困難,因此往往被無意或有意忽略。雖然模型方法在生態(tài)安全研究一直被強調(diào),比如多種模型用于生態(tài)安全評價[29-31],以及一些數(shù)量優(yōu)化模型以及空間優(yōu)化模型在區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建上的應(yīng)用[32-34],但這些模型在解決特定問題上同時具有優(yōu)勢和局限性[35]?？紤]到生態(tài)安全問題是涉及多學科、多尺度、多層次的綜合性問題,且需強調(diào)動態(tài)性和相對性,也許確定性的最優(yōu)化模型是不適合的,趨善化模型的思路有可能提供了一種解決方案。當然,這需要針對生態(tài)安全去發(fā)展相應(yīng)的趨善化模型,同時將其與現(xiàn)有的模型結(jié)合起來,可以在方法及結(jié)果上提供比較與參考,更好地促進模型在生態(tài)安全研究領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。另外一種思路是利用現(xiàn)有的生態(tài)安全評價、預(yù)警、規(guī)劃及優(yōu)化模型,通過模型模擬得到新的“行進”數(shù)據(jù)、目標與約束條件,經(jīng)過評估,利用新的數(shù)據(jù)、目標與約束條件進行模擬,使得系統(tǒng)逐步實現(xiàn)更小的生態(tài)風險與更強的可持續(xù)性,從而實現(xiàn)良性循環(huán)的、動態(tài)的生態(tài)安全(圖1)。

圖1 基于景感的生態(tài)安全研究框架圖Fig.1 Research framework of ecological security based on landsenses ecology

趨善化模型需要“混合”數(shù)據(jù)(mixing data)和“行進”數(shù)據(jù)(marching data)的支持,這兩類數(shù)據(jù)合稱為迷碼數(shù)據(jù)[1]。在生態(tài)安全評價與格局構(gòu)建工作中,因其復(fù)雜性,經(jīng)常會用到多來源、多尺度、多類型的數(shù)據(jù)[2],這屬于“混合”數(shù)據(jù)的使用(圖2)。由于景感更注重于人與自然的協(xié)調(diào)性,這一方面需要更多的數(shù)據(jù)收集、分析與挖掘方法,另一方面要求充分利用居民的感覺數(shù)據(jù)[2]。研究表明,在有利益相關(guān)者知識的參與基礎(chǔ)上,通過共同思考與合作學習的規(guī)劃方式更有助于綜合規(guī)劃?！靶羞M”數(shù)據(jù)則是事先不知道或者無法采集,在研究或者實施過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)?！靶羞M”數(shù)據(jù)與趨善化模型密不可分,它有可能是模型運行中原有數(shù)據(jù)的變化與更新,也可能是新產(chǎn)生的一類數(shù)據(jù)[1],比如趨善化模型模型得到的階段性結(jié)果。這些變化與更新的原有數(shù)據(jù)或者階段性結(jié)果又可作為新的數(shù)據(jù)集使用于趨善化模型,構(gòu)成一個“目標逐漸趨善、數(shù)據(jù)不斷行進”的反饋過程(圖1)?！靶羞M”數(shù)據(jù)是一個新的概念,其應(yīng)用在當前是一個新的課題?？紤]到生態(tài)的安全動態(tài)性,一些復(fù)雜的研究需要“行進”數(shù)據(jù)或者迷碼數(shù)據(jù)的支持才能有效地開展,因此迷碼數(shù)據(jù)的獲取是重要前提。

圖2 基于景感的迷碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of Mix-Marching data based on landsenses ecology

物聯(lián)網(wǎng)則是獲取迷碼數(shù)據(jù)的有效手段之一,它可保證對生態(tài)及相關(guān)動態(tài)過程進行長期、實時、原位的觀測,從而為趨善化過程與模型的實現(xiàn)提供了可行的途徑[1, 36]。針對生態(tài)安全需要考慮的要素或指標,設(shè)計數(shù)據(jù)采集器,通過物聯(lián)網(wǎng)手段可以為趨善化模型以及常規(guī)模型提供海量生態(tài)環(huán)境實時數(shù)據(jù),這是客觀的“感”。同時物聯(lián)網(wǎng)還可以使得出現(xiàn)在研究區(qū)域及其附近的人成為數(shù)據(jù)提供者,其提供的數(shù)據(jù)除了生態(tài)環(huán)境實時數(shù)據(jù)外,還可以包括數(shù)據(jù)提供者對于這些數(shù)據(jù)的評價以及對周圍環(huán)境的主觀感知,這符合生態(tài)安全強調(diào)以人為本的理念。不同的對象對于風險可能有不同的感受、閾值或者對策,這在以前的生態(tài)安全研究中是難以有效定量的,而物聯(lián)網(wǎng)手段則提供了一種可能。另外,通過物聯(lián)網(wǎng)進行實時監(jiān)測并傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺進行綜合分析,可以更好地實現(xiàn)對于生態(tài)風險的預(yù)警與規(guī)避,這在中國西南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的一些預(yù)警工作中已得到有效應(yīng)用,并且可以通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人人參與數(shù)據(jù)提供與災(zāi)情判斷[37]。

3 結(jié)語

隨著科學的發(fā)展和技術(shù)手段的豐富,以及對人及其感知的重視,景感生態(tài)學的誕生有其必然,這也是應(yīng)用生態(tài)學在相關(guān)方面的發(fā)展。景感生態(tài)學源于土地利用規(guī)劃與建設(shè),但應(yīng)該并不局限于土地利用規(guī)劃與建設(shè),還可以為其他一些學科和領(lǐng)域提供一種新的視角和途徑。當然,景感生態(tài)學作為本身還需要得到足夠的發(fā)展,豐富其理論體系、分析方法和技術(shù)手段;值得指出的是,通過一些學者的努力,景感生態(tài)學的內(nèi)涵與外延通過與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和可持續(xù)發(fā)展更有效的結(jié)合得到擴展[38]。

在追求的目標、遵循的原理、研究尺度及內(nèi)容上,景感生態(tài)學與生態(tài)安全有許多契合的地方。景感生態(tài)學的主要研究手段和方法可以在生態(tài)安全研究中得到應(yīng)用,且能夠為解決當前生態(tài)安全研究的難點或關(guān)鍵問題提供思路。相信隨著景感生態(tài)學研究的深入,其關(guān)注的重點從土地利用擴展到與國土生態(tài)安全格局構(gòu)建及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等內(nèi)容的相結(jié)合,更好地將人的感知和福利同土地利用、生境質(zhì)量和生態(tài)安全結(jié)合起來,為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供其作為一個學科的貢獻。