基于不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建
——以祁連山國(guó)家公園為例

馬娟娟，李曉兵，2*，齊鵬

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2.國(guó)家林草局駐西安專員辦（祁連山國(guó)家公園管理局），蘭州 730000）

0 引言

為深入貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院生態(tài)文明建設(shè)的決策部署，于2017 年實(shí)施祁連山國(guó)家公園體制試點(diǎn)。由于全球氣候變暖和劇烈的人類活動(dòng)，試點(diǎn)區(qū)內(nèi)冰川消融、植被退化、水土侵蝕加劇、水源涵養(yǎng)能力下降等問題日益嚴(yán)重，祁連山國(guó)家公園生態(tài)安全受到威脅，引起各界人士的高度重視。因此對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)，對(duì)維持區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)平衡、生態(tài)系統(tǒng)健康、生物多樣性以及典型生態(tài)系統(tǒng)的完整性有重大意義。生態(tài)安全評(píng)價(jià)是指摸清區(qū)域生態(tài)現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境壓力，通過已知的相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的區(qū)域生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)[1-2]。因此，一套科學(xué)的指標(biāo)體系是進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)的重要工具[3]，迄今為止，沒有統(tǒng)一的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

對(duì)祁連山生態(tài)安全的研究有景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)[4]和基于“安全狀態(tài)-脆性作用-脆性控制”指標(biāo)體系的生態(tài)安全預(yù)警評(píng)價(jià)[5]，該體系也被用于祁連山冰川與水源功能涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)[6]，指標(biāo)體系構(gòu)建模型中的PSR[7-8]模型是目前最常用的模型，本研究基于前人研究的基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)梳理結(jié)合祁連山國(guó)家公園實(shí)際現(xiàn)狀，基于PSR 模型構(gòu)建祁連山國(guó)家公園生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

祁連山國(guó)家公園橫跨青海、甘肅兩省，涉及14 個(gè)行政區(qū)縣（圖1）。海拔西北高，東南低，絕大部分海拔在3 500～5 000米，共502 萬平方公頃，具有復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)，主要以林草地為主，其中草地面積283.66萬公頃、林地面積63.18 萬公頃、濕地面積12.75 萬公頃、冰川2 683條，15.98 萬公頃。生物多樣性豐富，棲息著陸生野生脊椎動(dòng)物28 目63 科294種，其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物有雪豹、白唇鹿、馬麝等15 種；有野生維管植物95 科451 屬1311種，其中列入《瀕危野生動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約》的蘭科植物16 種。

圖1 祁連山國(guó)家公園示意圖

1.2 研究方法

通過查閱不同生態(tài)系統(tǒng)（森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)）生態(tài)安全評(píng)價(jià)的相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)各研究者對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)所選取的指標(biāo)，基于PSR 模型統(tǒng)計(jì)壓力體系、狀態(tài)體系和響應(yīng)體系方面的指標(biāo)出現(xiàn)頻率，用“*”個(gè)數(shù)表示該指標(biāo)出現(xiàn)次數(shù)，通過“*”分布密度判斷研究者們對(duì)某一生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的趨同性，并對(duì)頻率求和歸一化：SN=X/Sum(x)，運(yùn)用Origin 制圖。

2 文獻(xiàn)梳理及結(jié)果分析

2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)篩選

“中國(guó)知網(wǎng)”以“森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)”為主題，從2003—2021 年共檢索到51 篇學(xué)術(shù)期刊，其中27 篇核心期刊、10 篇CSSCI 和2 篇EI，每年該主題的發(fā)文量如圖2 所示，隨著時(shí)間的推移，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的發(fā)文量逐漸增加。由于文獻(xiàn)量偏多，選取近十年綜合影響因子大于1 的期刊文獻(xiàn)17 篇。

圖2 森林生態(tài)安全評(píng)價(jià)年發(fā)文量

對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，從表1和圖3 可看出對(duì)森林系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)的共性指標(biāo)較多，集中性較好。壓力（P）指標(biāo)主要集中于人口密度、森林火災(zāi)受災(zāi)率和森林病蟲鼠害發(fā)生率，出現(xiàn)頻率為88%、100%和94%；狀態(tài)（S）體系中主要選擇的指標(biāo)有森林覆蓋率、林分結(jié)構(gòu)、活立木單位面積蓄積量，被選頻率為100%、82%和88%；新增造林比例和生態(tài)建設(shè)與保護(hù)投入強(qiáng)度是響應(yīng)（R）體系中出現(xiàn)頻率最高的指標(biāo)，頻率分別為76%和65%。

表1 森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖3 森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)出現(xiàn)頻率歸一化

2.2 草原生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)篩選

用高級(jí)檢索工具以“草原生態(tài)安全評(píng)價(jià)OR 草地生態(tài)安全評(píng)價(jià)”主題公式，從2003—2021 年間共檢索到19 篇期刊文獻(xiàn)，該主題的年發(fā)文量如圖4 所示，從圖4 可見對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域的研究整體較少，且從2003—2021 年間發(fā)文量呈“W”型發(fā)展趨勢(shì)。

圖4 草地生態(tài)安全評(píng)價(jià)年發(fā)文量圖

從19 篇文獻(xiàn)中篩選出可用核心期刊文獻(xiàn)14 篇。通過對(duì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)（表2 和圖5 所示）發(fā)現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)被篩選的聚集性較森林生態(tài)系統(tǒng)的低，尤其是狀態(tài)（S）體系和響應(yīng)（R）體系，指標(biāo)被選分散程度大；壓力（P）體系指標(biāo)集中于人口壓力、草場(chǎng)退化率、超載率、病蟲鼠害和自然災(zāi)害的研究，出現(xiàn)頻率均值為60%；狀態(tài)（S）體系中草地覆蓋率和理論載畜量研究較多，出現(xiàn)頻率為50%和64%，響應(yīng)體系偏向于管理政策及資金投入方面的指標(biāo)，出現(xiàn)頻率均低于50%。

圖5 草原生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)出現(xiàn)頻率歸一化

表2 草原生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2.3 濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)篩選

“濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)”為主題，檢索到51 篇期刊文獻(xiàn)，其年發(fā)文量如圖6 所示，在2002—2012 年間對(duì)濕地生態(tài)安全的研究逐漸成為熱點(diǎn)話題，從2013 年開始，發(fā)文量開始減少，近幾年對(duì)該領(lǐng)域的研究偏少。在21 篇核心期刊中篩選出近十年綜合因子大于1 的文獻(xiàn)13 篇。

圖6 濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)年發(fā)文量

通過對(duì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合表3 和圖7 發(fā)現(xiàn)，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)的共性指標(biāo)較少且不夠集中。壓力體系對(duì)人口密度、區(qū)域開發(fā)指數(shù)和濕地退化率選擇較多，狀態(tài)體系中降雨量、植被覆蓋率和物種豐富度出現(xiàn)頻率最大，均值為64%，響應(yīng)體系中出現(xiàn)頻率最大的是環(huán)保資金投資占比和相關(guān)政策法規(guī)實(shí)施力度，歸一化頻率均為5%。

表3 濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖7 濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)出現(xiàn)頻率歸一化

通過對(duì)近十年草地、森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系文獻(xiàn)的整理，發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)趨同性：森林生態(tài)系統(tǒng)＞草地生態(tài)系統(tǒng)＞濕地生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于不同生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系的壓力指標(biāo)選擇均集中于人口壓力和自然壓力，出現(xiàn)最多的是人口密度和人口自然增長(zhǎng)率，自然壓力除了直接自然災(zāi)害外，自然氣候也是造成生態(tài)惡化的主要原因之一；狀態(tài)體系包括環(huán)境條件狀態(tài)、自然資源狀態(tài)和生態(tài)狀態(tài)，環(huán)境狀態(tài)即地理?xiàng)l件和水熱狀況，自然狀態(tài)是對(duì)自然資源“量”的研究，生態(tài)狀態(tài)指標(biāo)描述“質(zhì)”的好壞，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指標(biāo)列入生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究匱乏；響應(yīng)體系多為近年來生態(tài)環(huán)保的經(jīng)濟(jì)投入和相關(guān)政策及法規(guī)的實(shí)施。

3 指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 祁連山國(guó)家公園生態(tài)安全現(xiàn)狀

3.1.1 生態(tài)系統(tǒng)脆弱性程度高，退化嚴(yán)重。研究區(qū)處于高寒地帶，自然環(huán)境惡劣，未利用地多且不利于植被生長(zhǎng)，草地、森林、濕地、冰川及永久性積雪退化嚴(yán)重，野生動(dòng)物棲息地不斷減少導(dǎo)致生物多樣性受到威脅。

3.1.2 生態(tài)治理欠賬，遺留問題亟待解決。由于長(zhǎng)期以來人們對(duì)其掠奪式的開發(fā)利用，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞，但又介于地形地勢(shì)及氣候影響，修復(fù)難度大，遺留問題沒有得到及時(shí)解決，導(dǎo)致當(dāng)下生態(tài)恢復(fù)工程難上加難。

3.1.3 生態(tài)服務(wù)功能下降。區(qū)內(nèi)植被空間分布差異大、斑塊破碎化程度高，生態(tài)系統(tǒng)間連通性差，嚴(yán)重影響了生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定和平衡。

3.1.4 管理機(jī)制混亂，效能碎片化。祁連山國(guó)家公園橫跨青海、甘肅兩省，涉及多個(gè)市縣鎮(zhèn)，統(tǒng)一管理難度高，區(qū)內(nèi)自然資源權(quán)屬混亂，盡管管理部門多，實(shí)際上相互獨(dú)立互不相干，管理效率低下。

3.1.5 生態(tài)建設(shè)資金投入不足，保護(hù)意識(shí)薄弱。生態(tài)恢復(fù)工程是一項(xiàng)長(zhǎng)期而又艱難的任務(wù)，耗資大，但由于投入資金缺乏，嚴(yán)重影響恢復(fù)進(jìn)程，且周邊居民及游客生態(tài)保護(hù)意識(shí)仍有待提高，對(duì)生態(tài)環(huán)境安全造成隱患。

3.2 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

基于上述歸納結(jié)果，選擇出現(xiàn)頻率高于50%（含50%）的指標(biāo)，結(jié)合祁連山國(guó)家公園實(shí)際情況、咨詢相關(guān)專家，通過PSR 模型構(gòu)建指標(biāo)體系（表4）。由于祁連山位于西北干旱半干旱地區(qū)，年降雨量小，太陽輻射強(qiáng)，自然條件差，故將環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)列入壓力體系中，并在自然資源狀態(tài)系列中補(bǔ)全礦產(chǎn)、冰川、水資源狀態(tài)，將生態(tài)服務(wù)功能指標(biāo)列入生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系。

表4 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 指標(biāo)獲取可行性驗(yàn)證

人口密度、單位面積從業(yè)人員數(shù)、冰川退化、水資源類型及儲(chǔ)量、礦產(chǎn)資源面積占比、人類工程用地強(qiáng)度、濕地面積占比、物種豐度指數(shù)、生態(tài)建設(shè)與保護(hù)投入強(qiáng)度數(shù)據(jù)可在《甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察報(bào)告》《祁連山國(guó)家公園體制試點(diǎn)甘肅省片區(qū)自評(píng)報(bào)告》《祁連山甘肅省片區(qū)總體規(guī)劃（2017-2035 年）》以及各地區(qū)年鑒統(tǒng)計(jì)中獲取，年平均氣溫和年降雨量可從國(guó)家氣象數(shù)據(jù)中心下載站點(diǎn)數(shù)據(jù)；NDVI 數(shù)據(jù)從USGS平臺(tái)下載并用ENVI 處理后運(yùn)用公式計(jì)算出植被覆蓋度；水源涵養(yǎng)強(qiáng)度、氣候調(diào)節(jié)能力和水土保持強(qiáng)度可參考INVEST 說明文件并下載所需數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS 初步處理并導(dǎo)入INVEST 模型即可獲取，也可以從中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估與生態(tài)系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)庫下載（需申請(qǐng)）；病蟲鼠害發(fā)生率、自然災(zāi)害指數(shù)、草地退化率、林分結(jié)構(gòu)、單位林地面積蓄積量、單位面積理論載畜量、生態(tài)退化比、生態(tài)綜合修復(fù)率需實(shí)地監(jiān)測(cè)調(diào)查、調(diào)研，耗費(fèi)一定的人力物力，數(shù)據(jù)獲取有一定難度；生物多樣性指數(shù)和相關(guān)政策法規(guī)實(shí)施力度需通過專家打分完成。