生态脆弱性评价概述

屈志强，沈婷婷，徐胜利，刘 洋，韩国栋，*

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室/农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室/内蒙古自治区草地管理与利用重点实验室，呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区水利科学研究院，呼和浩特 010020；3.内蒙古蒙树生态环境有限公司，呼和浩特 011517)

引言

生态环境是人类赖以生存的物质基础。在全球变化背景下，生态环境恶化给人类的生存和发展带来了巨大的压力,威胁着人类的安全。生态脆弱性是特定生态系统在时间和空间尺度上对外部干扰的响应，是自然因素和人类短期经济行为共同作用的结果[1～2]。近几十年来，由于生态环境等剧变引起的全球变化，国内外对生态脆弱性的研究呈现出跨学科交叉融合的趋势，这不仅可以为脆弱生态环境恢复重建工作提供科学依据，同时也是制定区域可持续发展规划的重要前提。本文综述了生态脆弱性的内涵、生态脆弱性评价研究进展以及未来的研究方向，以期为在全球变化下环境问题的研究提供帮助。

1 生态脆弱性内涵

1.1 脆弱性定义

脆弱性(Vulnerability)是随着生态环境退化问题而逐渐被人们关注，脆弱性这一概念最早起源于自然灾害研究[3]。Timmerman首先提出了脆弱性一词的概念，认为脆弱性反映了一个系统可能对灾难性或危险事件的发生作出不利反应的程度[4]。Watts等认为，对脆弱性的规范反应是通过私人和公共手段减少暴露、提高应对能力、加强恢复潜力和加强损害控制(即尽量减少破坏性后果)[5]。Chambers认为，脆弱性有两个方面：个人或家庭所遭受的外部风险、冲击和压力；以及内部的一面，是防御，意味着缺乏手段来应付没有破坏性的损失。且这一定义提出了脆弱性的3个基本指标：(1)暴露于危机、压力和冲击的风险；(2)应对压力、危机和冲击能力不足的风险；(3)危机、风险和冲击造成严重后果的风险，以及随之而来的缓慢或有限的复原力风险[6]。

1.2 生态脆弱性内涵

关于生态脆弱性的概念，不同研究领域的学者对其有着不同的定义。美国生态学家Clements于1905年提出“Ecotone”(生态过渡带)[7]，在此之后，有关生态脆弱性的研究逐渐成为了热点。Metzge等认为，生态脆弱性是在气候变化背景下的气候影响与系统适应力相关的函数[8]。Williams认为，生态脆弱性是生态系统响应时间和空间压力的一种潜力,它是对生态系统在时间和空间上承受压力的能力的估计[9]。

生态脆弱性的理论研究在我国发展的比较缓慢，20世纪80年代后期至90年代中期，是生态脆弱性理论的蓬勃发展时期。中国地质科学与环境领域的学者将过渡带的概念引入各自的研究领域，形成了诸如脆弱的生态环境带等相关概念。一般是将牛文元1989年对生态环境脆弱带的实质及其空间属性做较全面的逻辑归纳作为开始，他认为生态脆弱性主要表现为生态环境改变的速率、生态系统抵抗外界干扰的能力和生态系统的敏感性与稳定性[10]。国内其他学者对生态脆弱性也进行了大量研究，给出了不同的定义与看法。乔青等认为，生态脆弱性是指生态环境的性质，即生态环境对外界干扰的抵抗力弱，在被干扰后恢复能力低，易由一种状态转变为另一种状态，且一经改变很难恢复到初始的状态[11]。王介勇等从易变性和可能性来解释生态环境脆弱性，认为生态环境的脆弱性内涵是生态环境系统在人类活动干扰和外界环境胁迫作用下所表现出来的易变性以及生态环境系统所作出的可能性响应[12]。相比较而言，IPCC给出了较为权威的定义，是指易损的系统受破坏或伤害的度，取决于其暴露程度(Exposure)、敏感性(Sensitivity)和适应潜力(Adaptive capacity or resilience)[13]。尽管不同学者关于生态脆弱性的表述不同，但大致都包含了以下内容：一是系统的敏感性或不稳定性；二是系统受干扰后的恢复能力。

2 生态脆弱性评价研究进展

20世纪80年代至21世纪初，我国学者对生态系统脆弱性的研究范围比较广泛，且这一时期的研究以理论探究和定性分析为主[14]。国内脆弱性研究最早是在20世纪80年代从识别生态脆弱区域开始[3]。1989年1月22至23日，中国科学院在北京召开了全球变化预研究学术报告会，8月份国际地圈-生物圈计划中国委员会召开了第二次委员会议，会上呼吁加强对生态脆弱带的研究[15]。较早的一篇讨论脆弱性的文章是“论喀斯特环境的脆弱性”[16]。朱震达最早针对中国荒漠化研究提出生态脆弱带这一概念，即指自然与人为活动相结合的而且能造成环境退化、景观变化、土地生产力下降、土地资源丧失的地带[17]。1990年8月在北京召开的国际地理学亚太区域大会上，俄罗斯学者Kotlyakov提出了编制脆弱生态形势图的想法，此后美国和俄罗斯两国地理学家进一步深入开展此项工作，并成立了国际指导委员会和研究工作组，自此以后关于脆弱性编图工作得到长足发展[18]。杨勤业等编制了1∶1000万中国环境形势和危急区域图，揭示了目前中国的环境脆弱形势，包括受影响的生态系统和人类系统本身，以及系统变化的类型、速率和尺度等属性[19]。王静爱从灾害角度探讨了中国自然灾害与脆弱带的关系，以县域为统计单元建立了全国自然致灾因子数据库[20]。

在生态脆弱性研究进展中，脆弱性实证评价研究相对发展迅速，我国学者对生态系统脆弱性的研究大多是以我国典型的生态脆弱带为研究对象，其研究区域多在西南喀斯特地区[21～23]和北方农牧交错带。农牧交错带作为我国一条典型的生态脆弱带和重要的生态屏障带，其生态环境恶化问题受到了各界学者的关注。薛纪瑜等在“中国北方农牧交错带生态环境脆弱性及其成因分析”一文中，概括了导致北方农牧交错带生态环境脆弱的四大因素，对之后合理开发利用脆弱生态环境具有重要意义[24]；张殿发等分析了北方农牧交错区土地荒漠化的环境脆弱性机制[25]；李彬发表文章分析了造成南方岩溶区环境脆弱性的原因[26]；王经民等提出了评价黄土高原生态环境脆弱性的数学方法，以脆弱度指标为依据，对黄土高原105个县生态脆弱性按其脆弱状况划分为强脆弱区、中脆弱区、轻脆弱区3个区，为黄土高原综合治理提供了依据[27]；朱震达提出的荒漠化与生态脆弱带的辩证关系后[17]，周劲松对处于农林交错带的山地系统荒漠化的运行机制做了讨论[28]。上述有关脆弱性的研究方法在评价初期使用较多，属于一种定性方法,操作简单，评价精度较低。

进入21世纪后，基于景观生态学的土地利用变化与空间分异结构的研究成为生态脆弱性定量研究的主要内容，其中评价方法主要有层次分析法(AHP)、空间主成分分析法(SPCA)、综合评价法、景观生态学法、基于遥感(RS)与地理信息系统技术(GIS)的评价法、加权赋值法等，在进行脆弱性评价时这些方法多结合模型应用。20世纪80年代，联合国环境规划署(UNEP)和经济合作发展组织(OECD)共同提出PSR(Pressure-state-response)概念模型，即“压力-状态-响应”,具有清晰的人与自然相互作用的因果关系，之后在评价生态脆弱性方面被广泛的应用[29,30]。Polsky[31]等发展了“暴露-敏感-适应”的VSD(Vulnerability scoping diagram)评价整合模型。张启等采用VSD模型,以延边朝鲜族自治州为例，划分了延边地区生态脆弱性等级，有效地考虑了自然因素和人为因素对生态环境的影响[32]。吴春生等基于多元数据,尝试利用层次分析法(AHP)对黄河三角洲进行了生态脆弱性评价，并利用模糊逻辑理论模型对指标和评价结果进行了定量化分级[33]。马骏等基于遥感和地理信息系统技术，采用“压力-状态-响应”评价模型对三峡库区(重庆段)生态脆弱性进行综合定量评价，将生态脆弱区划分为5个等级[34]。郭泽呈等以石羊河流域为研究区，运用空间主成分分析法(SPCA)分析了该区2000年和2016年生态脆弱性时空演变及动因[35]。吴琼从斑块和景观两个尺度上选取10个景观特征指数，利用景观生态学法对辽宁海岸带生态脆弱性进行了评价，划分了辽宁海岸带6市的景观格局[36]。吕昌河采用加权赋值法分析了青藏高原高寒生态系统形成机制，系统评估了青藏高原生态脆弱性及其区域差异[37]。

国外对脆弱性的研究最早被作为生态学研究的一部分，20世纪60年代的国际生物学计划(IBP)、70年代的人与生物圈计划(MAB)和80年代开始的地圈与生物圈计划(IGBP)，使生态脆弱性成为一个重要的研究领域[38]。IBP关注自然生态系统的物质循环和能量流动；MAB强调人类活动对自然生态系统和生物圈的作用；IGBP加深了人与自然界相互关系的认识，考虑到人类活动已经影响到整个地球的表层[39]。国外学者更加偏重于对自然系统脆弱性的研究，早期由于石油泄露给海洋系统带来危害，有关海洋系统脆弱性的评价引起了人们的广泛关注。Arreguín-Sánchez通过基于营养模型的模拟实验，评价了墨西哥湾海洋生态系统的相对脆弱性[40]。Nguyen等提出了一个基于16个变量的脆弱生态环境评价框架，利用层次分析法(AHP)和地理信息系统(GIS)对每个变量进行评价和空间映射，对越南中北部沿海地区进行了生态脆弱性评价[41]。

3 生态脆弱性评价展望

进行生态脆弱性评价的目的在于探究生态系统及其环境脆弱性特征，包括脆弱性的来源、现状、驱动力及演替过程等[42]，以便分析问题找出原因,为寻求改善生态环境的方法以及为人口、环境、资源的协调发展提供科学的方法和理论依据。对脆弱性的不断研究，体现出了人类对资源环境系统的认识和理解，也加强了对人地关系、人类活动与可持续发展关系的理解。因此，为进一步解决脆弱性评价研究所面临的理论和实践问题，今后应在以下几个方向努力与加强：

3.1 完善脆弱性相关理论体系与评价方法

生态脆弱性的研究涉及领域和范围较广，包含了地学、生态、生物、经济等多领域的研究，综合性较强，这些研究都需要大量理论研究作为参考和支撑。就目前已发表论文来看，多数学者对生态脆弱性的研究以实例研究为主，而有关其评价方法的原理以及对生态脆弱性形成机理进行阐述说明的学者偏少。由于在研究时的研究背景、操作环境、侧重方向、专业知识以及各自的专业领域不同，导致在其评价指标、权重、模型的选取各有差异。有鉴于此，不断完善相关的理论体系、建立一套科学的评价标准应是今后生态脆弱性评价研究中的重要方向。

3.2 “3S”技术与传统评价方法结合

在新的科学手段中，RS、GIS、GPS的发展为解决脆弱生态环境问题提供了良好的技术支持。“3S”技术的应用具有更强的科学性，使脆弱性的数据结果更加准确。21世纪以来，在生态脆弱性评价研究中，“3S”技术在资料处理和动态分析方面得到了广泛的应用，通过利用“3S”技术采集资料并与传统的研究方法结合，适时更新各脆弱性指标，结合相应模型进行分析，从而实现对脆弱生态系统的实时监测和动态评价与预测。这种集动态监测、综合评价、趋势预测于一体的生态脆弱性研究模式，已经逐渐成为当前研究的重要方向。

3.3 构建多元化脆弱性研究框架

生态脆弱性研究涉及内容广泛，有宏观的全球和区域生态脆弱性问题研究，也有微观的个体和社区研究。随着研究的深入，生态系统脆弱性研究范围在不断扩大，从自然生态要素的研究到人地系统的综合研究，层次、区域、尺度等不断延伸。因此，建立针对不同的研究尺度和不同敏感区域的脆弱性评价指标体系，开展多层次和多元化的综合脆弱性评价研究框架是十分必要的。