生态系统服务与生态安全＊

王晓峰 吕一河 傅伯杰

①副教授，中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085；长安大学资源学院，西安710054；②副研究员，③中国科学院院士，中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085

＊国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2009CB421104）；国家自然科学基金项目（41040011）

生态系统服务与生态安全＊

王晓峰①吕一河②傅伯杰③

①副教授，中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085；长安大学资源学院，西安710054；②副研究员，③中国科学院院士，中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085

＊国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2009CB421104）；国家自然科学基金项目（41040011）

生态系统服务 生态安全 可持续发展 人类福祉 人类干扰

生态安全是可持续发展的保障，而生态系统服务是生态安全的表征。生态安全是在保持生态系统功能正常发展的基础上保证人类福祉的状态。随着人口的迅速增长和社会经济的快速发展，对生态系统服务的需求急剧增加，生态系统服务出现退化趋势。目前，生态系统服务的退化已成为严重制约中国社会经济可持续发展的重要因素。探讨生态系统服务与生态安全的关系是当前一项十分迫切的研究任务。笔者系统地分析了生态安全的内涵，探讨了生态系统服务与生态安全的关系及生态安全评价的核心问题。

1 引言

近年来，中国加大了生态建设的投入，通过退耕还林（草）和荒漠化治理等生态工程，使生态环境得到一定的改善，但生态环境的总体形势依然严峻。同1999年第六次全国森林资源清查相比［1］，森林面积净增2 054.30万hm2，全国森林覆盖率由18.21%提高到20.36%。2000—2004年荒漠化、沙化土地年均净减少分别为7 585 km2和1 283 km2，2005—2009年年均净减少分别为2 491 km2和1 717 km2。但是中国森林龄组结构不尽合理，中幼龄林在森林生态系统中占主导地位，其中人工造林面积占全球人工造林面积的73%，天然林和次生林面临的退化压力和威胁依然存在，并且营造林难度越来越大。现有宜林地质量好的仅占11%。草地生态系统退化，单位面积产肉量为世界平均水平的30%［2－3］。1978—2008年，沼泽湿地减少5 700 km2［4］，湿地面积在萎缩，功能持续 退 化［4－5］。 监 测 表 明［6］，2009 年 中 国 还 有 31 万km2具有明显沙化趋势的土地，其中川西北、塔里木河下游等局部地区沙化土地仍在扩展。虽然中国北方荒漠化地区植被总体上处于初步恢复阶段，但是自我调节能力仍较弱，稳定性较差，难以在短期内形成稳定的生态系统。脆弱的生态环境、有限的自然资源、低下的生态系统服务能力与不断增长的经济社会需求是中国生态环境与社会经济之间的主要矛盾［7］。在水资源短缺、水土流失、荒漠化、生物多样性减少等生态环境问题基础上，由于巨大的人口压力和资源开发扰动，生态系统服务已成为严重制约中国社会经济可持续发展的重要因素［8］，其状况与变化趋势威胁着我们未来的生态安全和人类福祉。面对全球生态环境退化带来的生态危机，一场寻求可持续发展的生态革命正在兴起，旨在倡导一种和谐的人地关系，安全和持续的社会发展模式，而生态安全已成为国家安全的重要组成部分［9－10］。因此，加强生态系统管理，提升生态系统服务能力，构建国家生态屏障，以保障中国生态安全是当务之急。探讨生态系统服务与人类福祉及生态安全的关系对促进社会经济和生态可持续发展具有重要的现实意义。

2 生态安全的概念及内涵

中国生态环境脆弱，随着经济建设和发展步伐的加快，不合理的开发建设项目等经济活动造成新的生态环境破坏，结果出现老问题尚未根治，新问题又接踵而至的局面［11］。究其根源，则是更多地强调人类需求而忽视自然保育，使外界扰动大于系统自组织能力的结果。生态安全已成为影响国家安全的重要因素，事关社会经济的持续健康发展。重新审视人与自然的关系，构筑生态屏障，提高生态系统服务能力，就需要明确生态安全的理念、特点，以及生态安全与生态系统服务的关系。

2.1 生态安全概念

生态安全是一个宏观的概念，国内外学者对其有不同的定义［9－16］。可以从不同的角度去理解，生态安全是指人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力不受威胁［17］。一个区域的生态安全可由自然环境的稳定性、生态系统的健康、生态系统的持续性和人类社会的安全性构成。从国家角度，生态安全是国家安全的有机组成，是指一个国家生存和发展需要的生态环境处于不受或少受破坏和威胁的状态［9］。可见，生态安全概念还处在发展之中，尚无统一的认识。笔者认为，生态安全是指一个区域人类生存和发展所需的生态系统服务能力处于不受或少受破坏与威胁的状态，使生态环境保持既能满足人类和生物群落持续生存与发展的需要，又能使生态环境自身的能力不受损害，并使其与经济社会处于可持续发展的良好状态。

2.2 生态安全内涵及特点

生态安全与自然生态系统和人类社会系统有着紧密关联。自然系统的复杂性不仅决定着生态服务的多样性，而且使以土地利用为标志的人类活动趋于多样化，更为突出的表现是以各种生态和环境安全水平为特征的地表过程显现出多样化，这就从另一角度反映了自然生态系统对人类活动具有约束性，即人类活动沿着生态系统的时空尺度转移，导致生态系统条件恶化或改善的空间范围的扩大化［18］。科学理解生态安全就需要对自然单元的生态服务与社会单元的人类需求及人类活动影响进行综合系统地探讨。

生态安全的主体是人，目标是在保持生态系统功能正常发展的基础上保证人类福祉，范围是一定尺度内的自然与人文生态环境关系，生态安全是可持续发展概念的延伸和扩展。生态安全的科学内涵［12］：一是生态系统结构、功能和过程对外界干扰的稳定程度（刚性）；二是生境受破坏后恢复平衡的能力（弹性）；三是生态系统与外部环境协同进化的能力（进化性）；四是生态系统内部的自调节自组织能力（自组织性）。

生态安全是一种相对的安全，具有多尺度／层次性。生态安全可由不同尺度、不同层次的系统组成，并且不同尺度／层次的生态安全也是相互影响的，更多的是低层次的生态不安全导致高层次生态不安全。人类活动对生态安全是一把双刃剑，积极的人类活动能够保育生态系统，促进区域生态安全，反之人类活动将对生态安全构成威胁。生态破坏往往具有不可逆性，生态一旦遭到破坏，是很难恢复的，即使恢复也需要付出巨大代价，如土地荒漠化。贫困、生态环境问题及强烈的人类活动是胁迫生态安全的主要因素。消除贫困、治理生态环境问题、调整人类活动方式是维护生态安全的重要举措。

3 生态系统服务与生态安全的关系

怎样对生态安全测度是生态安全评价的难点和重点。目前大多是基于生态风险、生态脆弱性、贫穷、生态问题等方面进行生态安全评价，但这些评价指标多是负向指标。生态安全虽与这些方面有着紧密的关系，但并不等同上述概念，因为从生态安全定义可以看出生态安全与生态系统服务功能有着紧密的关联，即生态系统服务是生态安全的正向测标。生态环境良好的地区生态系统服务越强，生态安全程度越高，反之则存在生态安全隐患。

3.1 生态安全是人与自然和谐及社会稳定的基础

生态环境对人类发展具有一定的限制作用，这种限制作用不可忽视。基于这种理论观点，生态安全一开始就将人类福祉和自然生态安全放在同等重要的位置上，要求在两者之间找到均衡点，生态安全的最终目的是为了更好地实现人类福祉和自然环境的可持续发展。

人类福祉是一个多维的概念，包括维持高质量生活所需的基本物质条件、健康、良好的社会关系、安全以及选择和行动的自由等要素［17］。生态系统服务是由生态系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所产生的物质和维持良好生存环境对人类提供的直接福利［19］。生态系统不仅为人类提供各种产品，如水、原材料、能源、药品和其他动植物以及微生物产品，而且通过气候调节、维护气候稳定、调节洪水、水土保持、涵养水源及其固碳释氧等功能保证生态环境满足人类需求。同时，生态系统具有使人愉悦生活、给人以灵感、娱乐休闲和心灵健康等方面的服务。由此可见，生态系统服务与人类福祉有着紧密的联系，生态系统服务的变化可以直接或间接地影响人类福祉的所有组成要素，某些生态系统服务的变化可以提高人类福祉水平，而另一些生态系统服务的变化则对人类福祉造成严重损害；同时，人类福祉的变化直接或间接影响生态系统的变化［20］，进而影响生态安全的水平。

3.2 生态系统服务是生态安全的前提和保障

生物圈2号实验证明，科学技术无法全部代替生态系统服务，生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础［21－22］。当生态系统服务出现异常时，表明该系统的生态安全受到了威胁，处于“生态不安全”状态。生态系统服务与生态安全是密切相关的，生态安全的显性特征之一是生态系统服务的状态。因此，“生态安全”包含着两重含义［23］：其一是生态系统自身是否安全，即其自身结构是否受到破坏；其二是生态系统对于人类是否安全，即生态系统服务是否能提供足以维持人类生存和发展的可靠生态保障。由此可见，生态安全的前提是保证生态系统服务正常发挥，或者在一定的弹性范围内正常发挥。生态安全评价的核心正是对生态系统与人类福祉之间的胁迫、响应、服务、建设关系的评价［12］，包括人为生态胁迫和自然生态响应的负面威胁，以及自然生态服务和人为生态建设的正面发展。

3.3 人类干扰是生态系统服务退化的主要因素

作为一个独立运转的开放系统，生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，并且具有一定的服务功能，该功能对人类社会具有重要作用。但由于人类干扰对生态系统产生前所未有的破坏，人类活动深刻影响生态系统的运转。据千年生态系统评估报告，目前地球上24个生态系统中的15个正在持续恶化。大约60%的人类赖以生存的生态系统服务持续下降，并且这种退化趋势在21世纪上半叶可能会更加严重［24］。另一方面，高强度的资源利用与持续增加的食物、纤维、能量、材料需求正在导致对地球表层有限自然资源的消耗强度日益增长。当前人类对生态系统的利用强度是50年前的3.5倍，超过承载能力的20%［25］。就中国而言，人口众多，到2008年底人口总数13.25亿［26］，自然环境复杂，自然资源相对缺乏。在全球变化的背景下，快速的经济社会发展和巨大的资源消费需求使得中国主要生态系统已经不堪重负，表现出结构失衡、功能退化的趋势［27］，见图1。

图1 中国人均食物消费结构、食物消费水、能量摄入和水资源产能变化［27］

4 生态安全研究的关键环节

基于生态系统服务理念，实现生态安全将涉及到生态系统服务的分类、生态安全评价指标体系和标准等环节。

4.1 生态系统服务分类

生态系统服务的分类是生态系统服务定量评估的基础［28］，因此，如何合理地对其功能进行分类受到了科学家的广泛关注。生态系统服务功能可以划分为两类：一类是以生态系统为起点的，依据生态系统的组分、结构以及生态过程的生态属性分类［19，29］，目前比较公认的有千年生态系统评估的生态系统服务分类，包括支持服务、调解服务、文化服务和供给服务［24］；另一类是以人类需求为代表的生态系统服务分类［30］，认为生态系统服务应该包括丰富充足的物质产品、健康安全的生态环境和独特别致的景观文化。虽然前者分类体系较全面地概括了生态系统提供的生态产品或功能，为生态系统服务及其价值评估建立了框架，有助于开展针对不同生态系统服务的专项研究；但通常情况下一种生态组分或过程对应多种生态系统服务，或者一种生态系统服务对应多个生态组分或过程，因此划分起来相当复杂，容易造成某些生态系统服务的重复计算［30］。后者虽然将生态系统服务与人类需求有效结合起来，但更多地是以人为中心，同时该分类指标的全面性、准确性以及实际应用中的可操作性等方面存在一定问题。由于生态系统的复杂性和我们有限的理解，任何分类都可能存在或多或少的不合理性［31］，生态系统服务需要重组和微调［32］，仍在不断地讨论和深化发展之中。

4.2 基于生态系统服务的生态安全评价指标体系

生态安全评价是生态安全研究的重点，目前关于生态安全评价指标体系已有大量的研究，例如，针对环境污染和毒理危害为内容的风险评价和微观生态系统质量与健康的评价，基于单因子建立起表征系统安全水平的关键生物因子或环境因子［33］评价等。生态安全研究的对象“地球系统”是一个多层次的动态开放系统，具有复杂和非线性特征，面向社会 经济和自然复合生态系统的生态安全评价指标体系也应运而生［33－34］。基于生态系统服务的生态安全评价要考虑生态系统功能的正常发挥和可持续发展的需要，该研究尚处于探索阶段。可从水源涵养、防风固沙、水土保持、食物生产、原材料供给、生物多样性维持，以及休闲和文化等方面构建生态安全评价指标，在确保生态功能的基础上保障生产功能、生活功能和文化功能的完整性。生态安全评价是一种空间生态过程和格局关系的研究，是生态系统服务多样性之间的权衡，以保证生态安全的多层次目标。

4.3 生态安全评价标准与阈值

生态是否安全，需要一定的判断准则。生态安全的标准是什么，是学术界广泛争论的一个主要问题［18］，目前生态安全尚无统一的级别划分标准。生态安全状况是借助相关生态环境评价来判断的，如高寒生态系统、荒漠生态系统和森林生态系统的安全性，从对外界的抗干扰能力来看，前者的抗干扰能力较弱，即脆弱度和生态安全有某种关联，这种评价有很大的偏差，因为在一定程度上，它们之间不存在可比性。因此，生态环境的系统阈值和生态安全的评价标准有待于进一步研究。生态安全可根据生态系统服务的持续性、多样性等方面来判断。同时，由于人类活动是生态安全的最大扰动因素，确定人类活动强度和方式与生态安全的关系是未来研究的重点。需要注意的是，生态安全是一个相对的概念，在数量上生态安全的阈值是一个范围，而不是一个常数。在不同的阶段有着不同的要求，即使在同一时段，不同生态系统和地域的判断准则也不一致。

5 结语

近几十年来，随着全球人地矛盾的日趋尖锐，生态状况总体上呈恶化趋势，人们对生态环境保护的意识日益增强，对生态安全的关注程度倍增，国际上已把生态安全纳入国家安全体系。中国改革开放以来，制定了9部环境保护法律、15部自然资源法律、50多项环保行政法规［11］，实施了多项生态建设措施和工程来改善环境、保护生态；但由于生态环境复杂，人类活动强烈，生态安全态势依然严峻。重新审视人与自然关系，重视自然约束性，提升生态系统服务能力，降低人类干扰，提高生态保护和恢复的有效性是保障中国生态安全的主要举措。

（2012年8月28日收到）

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（编辑：温文）

Ecosystem Services and Ecological Security

WANG Xiao－feng①，LÜYi－he②，FU Bo－jie③
①Associate Professor，State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology，Research Center for Eco－Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China；The College of Earth and Resources，Changan University，Xi’an710054，China；②Associate Professor，③CAS member，State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology，Research Center for Eco－Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China

Ecological security means not only the survival stability but also development sustainability，not only the safety of environmental structure but also the harmony of ecological relationship.Ecosystem services are the conditions and processing through which natural ecosystems，and the species that make them up，sustain and fulfill human life.They not only supply to human with the production of ecosystem goods，such as food，forage，timber，biomass fuels，natural fiber，and pharmaceuticals.Ecosystems also perform fundamental life－support services，which include the purification of air and water，detoxification and decomposition of wastes，regulation of climate，regeneration of soil fertility，and production and maintenance of biodiversity，mitigation of floods，droughts，the erosive forces of wind and rain.Ecological security is the extension and expansion of sustainable development.Ecological security is the method of protection of ecosystem services and ecosystem services is the index of ecological security.The purpose of ecological security is maintaining the normal development of the ecosystem functions to ensure human well－being.With the rapid growth of global population and rapid social and economic development，the sharp increase in demand for ecosystem services，ecosystem services are degraded.It becomes an important factor of the serious constraints of sustainable socioeconomic development.Explore the ecosystem services and ecological security becomes a very urgent task.This paper analyzed ecological security，and explored the core issues of ecosystem services and human well－being and ecological security.

ecological security，ecosystem service，sustainable development，human well－being，human disturbance

10.3969／j.issn.0253－9608.2012.05.004