人文因素影响下沿海河岸地区生态安全时空测度与调控研究

    本书从人海互动关系视角分析了沿海河岸地区生态安全的时空测度与调控，并以辽宁沿海河岸地区为典型区进行了实证分析。本书首先简要概述了人海相互作用和人文因素对沿海河岸地区的作用机制，并介绍了多种生态安全时空测度方法。基于OWA-GIS进行辽宁黄海沿岸地区生态安全评价：采用CA-Markov模型模拟大连旅顺口区和普兰店区生态安全时空演变，借鉴P-S-R模型和定量评价方法分析了2005~2015年辽河流域人文因素对生态环境的影响；基于人海关系的P-R-E-SE模型，通过计算得出2001~2014年辽宁沿海各地级市ESI的演变趋势；很后利用系统动力学仿真模型模拟出2011~2030年辽宁沿海各市的生态环境状况及生态安全协调度。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2 生态安全研究进展 2
1.2.1 国外研究进展 2
1.2.2 国内研究进展 4
1.3 小结 5
第2章 沿海生态安全机理与方法 6
2.1 人海关系概念及其作用机理 6
2.1.1 人海关系的基本内涵 6
2.1.2 人海关系地域系统特征 7
2.1.3 人海地域系统空间相互作用机理 7
2.2 人文因素及其对沿海地区的影响机制 8
2.2.1 人文因素的基本内涵 8
2.2.2 人类与自然的关系 8
2.2.3 人类活动对海洋环境的影响 9
2.3 沿海河岸生态安全时空测度方法 10
2.3.1 综合指数法 10
2.3.2 生态模型法 10
2.3.3 景观生态学法 18
2.4 小结 18
第3章 基于OWA-GIS的辽宁黄海沿岸生态安全评价 19
3.1 基于OWA-GIS的生态安全评价 19
3.1.1 生态安全评价方法 19
3.1.2 基于 OWA-GIS的生态安全空间多准则评价原理 21
3.2 辽宁黄海沿岸生态安全实证评价研究 24
3.2.1 研究区概况 24
3.2.2 沿海地区生态安全数据处理 27
3.2.3 生态安全实证评价研究 49
3.3 小结 58
第4章基于CA-Markov模型的土地生态安全评价 59
4.1 基于CA-Markov模型的大连市旅顺口区土地生态安全评价 59
4.1.1 土地生态安全时空演变模型的建立 59
4.1.2 大连市旅顺口区土地生态安全实证评价 68
4.2 基于CA-Markov模型的大连市普兰店区土地生态安全评价 80
4.2.1 土地生态安全时空演变模型及影响因子分析 80
4.2.2 大连市普兰店区土地生态安全实证评价 90
4.3 小结 107
第5章 人文因素对沿海河岸地区的影响及实证分析 108
5.1 我国沿海地区人文因素对生态安全的影响 108
5.1.1 基于面板数据人文因素对生态安全影响分析 108
5.1.2 我国沿海地区人文因素对生态安全影响分析 110
5.2 基于定量评价方法的人文因素对流域生态环境影响 115
5.2.1 人文因素对流域生态环境影响的定量评价方法 115
5.2.2 辽河流域人文因素对生态环境影响分析 118
5.3 小结 138
第6章 辽宁沿海生态安全系统动力学仿真与协调度评价 139
6.1 基于人海关系的辽宁海岸带生态安全时空差异 139
6.1.1 辽宁海岸带生态安全实证评价研究 139
6.1.2 辽宁海岸带生态安全影响因素分析 169
6.2 辽宁沿海生态安全系统动力学模型 171
6.2.1 辽宁沿海生态安全动态仿真原理 171
6.2.2 基于P-R-E-SE的生态安全SD模型 172
6.2.3 辽宁沿海生态安全动态仿真与模拟优化 177
6.3 沿海生态安全协调度评价 196
6.4 沿海生态安全保障措施 202
6.4.1 生态安全战略实施 202
6.4.2 人海关系调控体系建立 202
6.5 小结 203
参考文献 204
附录A 辽宁沿海生态安全系统模型主要参数表 208
附录B 大连市模型模拟主要方程式 209

    章绪论
    1.1研究背景与意义
    1.1.1研究背景
    20世纪中叶以来，随着工业化与城市化进程日益加快，社会经济迅速发展，人民生活水平大幅提升。人类以靠前的强度与规模改造自然以满足自身需求的同时也对自然生态系统造成严重的干扰，环境污染、资源短缺、土地退化、物种减少等问题凸显，改变了生物地球化学循环、水循环等系统，致使生态系统的结构和功能受损、系统的生态服务功能下降、生态系统健康水平降低 日益严重的优选生态环境问题已经成为经济社会发展的瓶颈，也威胁人类自身的健康生存，这迫使人们达成“可持续发展”的共识，生态安全问题也成为靠前社会关注的焦点问题。资源短缺与环境质量退化可能会引发地区冲突，形成新的国家安全隐患。生态安全也是国家安全的重要组成部分，被视为非传统安全的威胁之一。美国在 1997年就将生态安全上升到国家战略的高度（Pirages，1997）；2000年，国务院颁布的《全国生态环境保护纲要》也明确将“国家生态环境安全”提到了战略的高度，党的十八大报告中也明确指出要“大力推进生态文明建设”，生态安全问题也将继续成为我国未来迫切需要解决的战略问题。
    人类的活动对整个地球产生了深远而深刻的影响，如优选用双对氯苯基三氯乙烷（Dichlorodiphenyltrichloroethane，DDT）数十年后，在南极生存的企鹅体内仍可检测出过量的 DDT。而大自然也以其特有的方式对人类的行为作出响应。近年来，地质灾害频发，暴雪、暖冬、沙尘暴等特别天气频现，优选气候反常现象已发人深思。而 2011年日本地震之后的福岛核泄漏及 2010年 7 16大连新港石油爆炸带来近乎毁灭性的灾难，更令人胆寒。特别是 2013年年底，北京、河北等地区出现了长时间的雾霾天气，而后波及全国七分之一国土，我们呼吸着刺鼻的空气感叹“还我一片蓝天”的同时也深思：这究竟是天灾还是人祸？在自然灾害面前，人类感受到自己的渺小与无力，这也迫使人类重新审视自己的行为以保护生态环境、促进人地关系和谐、实现可持续发展。因此，在优选气候变化、环境污染、生态失衡的大背景下，区域生态安全研究已经成为生态学、环境科学等相关学科研究的重点课题。
    1.1.2 研究意义
    在世界范围内竞相开发海洋的热潮下，随着人口日益向沿海地区集中，沿海地区经济的迅速扩张对生态环境造成的威胁愈演愈烈，沿海地区享受经济先行地位的同时也遭受着“高处不胜寒”的危机，和谐海洋建设面临着诸多安全问题与挑战。沿海地区是经济发展很迅速及很有发展潜力的地区，是对外开放的重要口岸，也是重要的滨海湿地、自然保护区的富集区。沿海经济带的建设及实施加速了区域城市化进程，城市化也是社会经济发展的必然结果，而城市化建设改变了区域本底景观面貌，沿海地区的景观格局发生了显著的变化，这必然导致整个生态系统结构与功能发生变化，从而影响地区生态平衡。中央城镇化工作会议中提出：城镇化要让城市融入自然，让居民看得见山、看得见水。在城市化发展中必须妥善处理人地（海）之间日益尖锐的矛盾，确保在社会经济发展的同时也能够很大限度地修缮生态环境。生态系统是自然-经济-社会复合的复杂系统，它受诸多因素的影响，各因子对整个系统的作用强度也不同。如缓发性的因素会使生态安全水平在一定范围内波动，而突发性的因素（如灾害）会使整个系统安全状态在顷刻间发生突变。因此，开展沿海地区生态安全的研究对区域未来发展具有重要的现实意义。
    1.2生态安全研究进展
    1.2.1国外研究进展
    在国外，20世纪末发达国家进行环境管理的目标和观念发生了转变，生态安全的概念也应运而生（范谦等， 2004）。生态安全的概念一经提出，便受到靠前政界和学术界的少见关注，特别是美国将环境问题视作其外交政策的核心部分之一，俄罗斯将生态安全看作其国家安全的重要部分。对于生态安全的具体定义，国外学术机构、专家学者从不同层面来进行阐述。其中， 1989年靠前应用系统分析研究所（ International Institute for Applied Systems Analysis，IIASA）从人类开展社会活动的基本需求的视角，如健康、社会秩序及适应环境能力等不被损害方面，将生态安全定义为一个涉及自然、社会和经济各方面的复杂人工系统（肖笃宁等， 2002；方创琳等，2001）；Myers（1994）强调生态安全是牵涉地区性资源争夺和世界性生态恶化及其对经济社会影响的重要命题；Rogers（1997）将生态安全视为寻求一种在满足社会经济发展对自然环境需求的同时能保证自然资源不被削减的可持续的发展途径；Pirages（1997）将生态安全看作一种基于人类社会与自身、人类社会外部环境要素如其他物种、微生物及环境可持续容量与承载力等协调基础之上的概念。
    在20世纪40年代，国外就初步开展了对生态安全的研究（王彦双，2013）。 1941年学者 Aldo Leopold提出了土地健康的概念并对土地健康进行了评价（刘秋波，2014）。“二战”后资本主义国家认识到战争对生态环境的破坏，开始大力恢复生态环境。1977年，莱斯特 R. 布朗抢先发售提出将环境变化的含义引入安全概念，并在 1981年出版的著作《建立一个持续发展的社会》中提出了人与自然间的关系变化所引起的安全威胁大于国与国之间的关系变化引起的安全威胁的相关观点（莱斯特 R. 布朗，1984）。20世纪 80年代初期，影响国家的非军事意义上的安全问题开始引起相关专家学者的重视。关于新的安全概念的研究增多，相关专家学者主张将安全概念引入环境研究中（Harvey，1988；Mathews et al.，1989）。 1990 年，经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）抢先发售提出“压力-状态-响应”的模型，针对生态环境各指标开展了研究（王耕，2012）。2000年，美国召开优选化与生态安全会议，将优选生态安全作为会议中心议题（王耕，2012）。2009年，中国靠前问题研究基金会和靠前生态安全合作组织共同主办优选靠前生态安全合作年启动仪式，展开了靠前生态安全合作研究（王耕，2012）。2010年，靠前生态安全合作组织与亚洲政党靠前议会、柬埔寨王国皇家政府共同主办首届世界生态安全大会， 60多个国家围绕“和平发展与生态安全”这一大会主题展开了深入讨论（王耕， 2012）。从国外研究发展的先后顺序，可分为四个阶段：①安全概念的扩展（20世纪 70年代末）；②环境变化与安全的经验性研究（20世纪 90年代初）；③环境变化与安全的综合性研究（20世纪 90年代后期）；④环境变化与安全内在关系的研究（21世纪初），这一阶段的研究已进入环境变化与安全内在关系的探讨，并且深入影响环境安全的具体因素（劳燕玲， 2013）。从研究内容来看，国外研究主要集中在土地生态健康及工程生物的生态安全、优选气候变化、灾害、海岸带开发与管理等方面（姚佳等， 2014）。通过长期的靠前合作研究，国外对生态安全普遍达成共识：生态安全问题主要集中在人口持续快速增长的发展中国家和贫困边缘化的国家；资源能源质量和数量不断减少的过程正是灾害和冲突爆发不断增多的过程；生态安全没有地域、不分国家，任何一个地区的生态安全都有可能引发优选性生态危机，生态安全有“蝴蝶效应”；环境压力与生态安全不是因果关系，而是“共振”关系（欧维新等， 2014）。国外已经针对沿海地区生态环境问题展开了广泛的研究，主要集中在优选气候变化、海平面上升等对海洋资源开发、渔业发展、海洋灾害等的影响及人类开发利用对沿海生态安全造成的威胁、海岸带开发与管理方面。如 Virginia（2011）分析了优选气候变化对沿海及近岸地区的石油和天然气资源开发的影响；Cinner等（2012）与 David等（2010）从不同的角度探索沿海地区气候变化对珊瑚礁的影响；Ahmed等（2013）从社会经济与生态的视角研究了孟加拉国气候变化对沿海以及虾和渔业养殖的影响；而学者 Griffin等分析 2004年印度洋海啸对沿海资源、生境的影响（Ahmed et al.，2013）。同时从土地利用方式及景观格局转变的角度来探讨生态环境变化的研究也有涉及，如 Iago等（2013）以加泰罗尼亚地区为例分析地中海地区优选变化背景下生态遗产及景观多样性的保护。
    1.2.2 靠前研究进展
    我国有关生态安全的研究起步较晚，生态安全问题的提出基本上始于 20世纪 90年代后期，主要背景有三：一是靠前生态环境恶化，生态赤字膨胀，自然灾害加剧。如 20世纪末连续出现的特大洪灾和急剧扩大的荒漠化，以及我国成立中国靠前减灾十年委员会等机构。二是我国西部大开发的生态环境保护和建设问题。作为我国江河水源保护区的西部，脆弱的生态环境引起人们对西部大开发的普遍关注。三是俄罗斯和一些西方国家关于生态环境安全的理论与实践在我国产生的反响。生态安全从 21世纪以来得到关注，成为相关科学研究中关注的焦点， 2000年国务院发布了《全国生态环境保护纲要》（国家环保总局，2000），纲要中抢先发售明确提出“维护国家生态环境安全”的目标，将生态安全上升至国家安全的大范围中。自此，生态安全得到越来越多的专家学者的关注，尤其是生态脆弱、人类活动频繁的海岸带（沿海地区）生态安全研究领域。
    与国外相比，我国的生态安全评价研究起步虽然较晚，但发展迅速。从地域上看，我国生态安全评价研究大体集中于两类地区：一类是生态脆弱区，包括青藏地区南部、黄土高原地区及新疆、内蒙古等西北干旱区的荒漠与绿洲交错地带。如冯永忠（2006）对三江源地区的生态环境演变进行分析，并利用生态系统能量守恒定律将影响生态环境演变的自然因素与人文因素相分离；王丽霞和任志远（2005）以山西大同市为研究对象，分析了黄土高原边缘地区的生态安全状况；张青青等（2012）分析了玛纳斯河流域山地-绿洲-荒漠不同生态系统存在的生态问题，并且对各系统的生态安全状况作出评价；朱晓丽等（2012）从生态安全的视角对甘南藏族自治州高寒牧区的生态承载力进行评价。另一类是人类干扰强度与开发力度大的地区，包括小尺度以城市为研究单元的生态安全评价、中尺度以区域、流域等为空间尺度的生态环境分析，如沿海地区特别是海岸带、海岛地区、湿地等。如杨青生等（2013）以广东东莞市为例探索快速城市化背景下城市景观生态安全格局时空演变过程及规律；黄宁等（2012）从景观生态学的角度出发研究 1987～2011年厦门市海岸带景观生态格局演变，并分析了由景观格局变化引起的生态系统结构、过程变化对生态安全的影响；王耕等（2010，2012）从灾害的视角基于隐患因素对辽河流域生态安全演变机理进行分析，并应用系统动力学方法对其生态安全状况作出评价，同时还探讨了辽宁双台河口湿地生态安全时空演变规律。近年来沿海地区人海矛盾日益尖锐，也有学者对海岛、海岸带等沿海地区的生态状况进行了评价研究，主要方向包括海岸线变迁的生态效应研究（张景奇，2007；樊建勇， 2005），沿海地区土地利用变化及景观格局动态演变（高宾等， 2011；左丽君等， 2011；刘锬等， 2013），城市化扩展对沿海生态安全的威胁及生态风险评价研究等（马金卫等， 2012）。从评价指标体系来看，目前靠前生态安全评价中广泛使用的指标体系还是由经济合作与发展组织（OECD）提出的压力-状态-响应（P-S-R）模型，随后左伟对 P-S-R模型体系进行了扩展，形成驱动力-压力-状态-响应模型（左伟等， 2003）。而王耕（2013）在深入剖析影响生态安全演变因素的基础上，分析大气圈、水圈、岩石圈、生物圈及人类圈五大圈层的隐患因素与结构，提出了“隐患-状态-响应”模型。从评价方法的角度来看，目前生态安全评价的方法主要包括综合指数法、模糊数学法、景观生态学方法、生态足迹法及系统动力学方法等，特别是遥感与 GIS的