王讓會(huì) 張衛(wèi)東 周麗敏 劉春偉 彭擎 田暢 丁立國(guó)

0 引言

氣候變化及人類活動(dòng)極大地干擾了自然生態(tài)系統(tǒng)的演替過(guò)程,也對(duì)人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了明顯影響,直接或間接地影響著區(qū)域生態(tài)安全．目前,不同類型的生態(tài)系統(tǒng)所面臨的一系列重大問(wèn)題,很大程度上與氣候變暖以及不合理的景觀布局,造成各要素之間的不協(xié)調(diào),導(dǎo)致生態(tài)安全受損密切相關(guān)．

生態(tài)系統(tǒng)是生物與環(huán)境要素組成的復(fù)雜系統(tǒng),綠色景觀空間及碳循環(huán)在減緩氣候變化中具有重要作用[1-2],評(píng)估植被變化是探索氣候變化對(duì)生態(tài)安全影響的重要切入點(diǎn)[3]．人們對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)在景觀格局與氣候變化背景下的變化機(jī)制已開(kāi)展了一系列研究,但要科學(xué)認(rèn)識(shí)及評(píng)價(jià)生態(tài)安全受景觀格局與氣候變化影響的機(jī)制,無(wú)疑因人為因素的存在,增加了諸多難度．針對(duì)快速城市化背景下,景觀格局與氣候變化所產(chǎn)生的資源配置、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)人居、低碳發(fā)展等重大問(wèn)題,應(yīng)用多學(xué)科的原理與方法,借助信息化技術(shù),綜合考慮多種產(chǎn)業(yè)、多種過(guò)程之間的內(nèi)在聯(lián)系,改善生態(tài)系統(tǒng)功能,保障生態(tài)安全,就顯得十分緊迫．

目前,探索氣候變化與景觀格局背景下生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)及信息傳遞的特征,估算森林、草地、農(nóng)田、濕地、城鎮(zhèn)生態(tài)子系統(tǒng)的生產(chǎn)力、碳儲(chǔ)量或者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV),既是地理科學(xué)、生態(tài)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、管理科學(xué)與信息技術(shù)關(guān)注的重要方向,又是應(yīng)對(duì)氣候變化與碳減排進(jìn)程中的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)該問(wèn)題的探索可為推動(dòng)生態(tài)安全問(wèn)題的深入研究以及低碳綠色高質(zhì)量發(fā)展,提供思路與模式．

1 生態(tài)安全的內(nèi)涵特征及其研究熱點(diǎn)

1.1 生態(tài)安全主要內(nèi)涵

生態(tài)安全是國(guó)家安全的基石,隨著地球資源環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,人們愈加關(guān)注生態(tài)安全問(wèn)題．雖然關(guān)于生態(tài)安全的概念及其內(nèi)涵還沒(méi)有統(tǒng)一的界定,但自20世紀(jì)70年代以來(lái),人們逐漸地形成了對(duì)生態(tài)安全的初步認(rèn)識(shí)．一般而言,生態(tài)安全是指生態(tài)系統(tǒng)的健康和完整狀況,是人類在生產(chǎn)、生活和健康等方面不受生態(tài)破壞與環(huán)境污染等影響的保障程度,包括水體與生物安全、空氣質(zhì)量與綠色環(huán)境等基本要素,形成了水、土、生物為核心的不同方面的內(nèi)涵特征．生態(tài)安全的本質(zhì)主要體現(xiàn)在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)脆弱性等方面．健康的生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的和可持續(xù)的開(kāi)放系統(tǒng),并能夠維持它的組織結(jié)構(gòu)以及保持對(duì)脅迫的忍耐性與恢復(fù)力．生態(tài)安全從空間尺度大小角度可分成全球生態(tài)系統(tǒng)安全、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全和微觀生態(tài)系統(tǒng)安全等若干層次．生態(tài)安全具有整體性、不可逆性、長(zhǎng)期性的特點(diǎn),而生態(tài)安全的復(fù)雜性及學(xué)科交叉性,使其內(nèi)涵更加豐富多樣．在基于結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài),尺度、過(guò)程與格局的景觀生態(tài)學(xué)理念背景下,從生態(tài)安全相關(guān)問(wèn)題的耦合關(guān)系及其機(jī)理方面展開(kāi)研究,對(duì)于科學(xué)認(rèn)識(shí)與評(píng)估生態(tài)安全狀況,解析特定背景下生態(tài)安全程度具有重要理論價(jià)值．

不同自然地理背景、生態(tài)環(huán)境狀況與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下,特定生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜多樣的生態(tài)安全特征．生態(tài)安全具有一定的地域特征與動(dòng)態(tài)變化特征,反映了人類生存環(huán)境或人類生態(tài)條件的一種狀態(tài),又呈現(xiàn)出相對(duì)性特征．通過(guò)大量研究分析,人們更多地從生態(tài)安全理論等方面凝練出了生態(tài)安全的一系列特征與規(guī)律,并探索了若干生態(tài)安全研究的思路與理念[4-5]．生態(tài)倫理和生態(tài)文明的觀點(diǎn)是生態(tài)安全的核心,人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的理念是生態(tài)安全的本質(zhì),資源承載力是生態(tài)容量與安全閾值研究的基礎(chǔ),環(huán)境容量是衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參數(shù),生物多樣性的豐富程度與物質(zhì)轉(zhuǎn)換程度是生態(tài)安全的重要指征,能量轉(zhuǎn)換程度及效率是衡量生態(tài)安全的輔助因素,信息傳遞的方式與效率是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)安全的重要依據(jù),生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與運(yùn)行狀況是生態(tài)安全程度的重要指標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)的功能發(fā)揮程度是界定生態(tài)系統(tǒng)安全程度的重要標(biāo)準(zhǔn),社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)安全的重要背景條件,生態(tài)系統(tǒng)的管理狀況和水平是確定生態(tài)安全的人為因子,數(shù)理生態(tài)及模型模擬方法是定量研究生態(tài)安全的方法論．基于上述理論與方法,在分析特定生態(tài)系統(tǒng)的安全特征時(shí)進(jìn)一步具體化,必將幫助人們深刻地了解研究對(duì)象的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與脆弱性等問(wèn)題,綜合性地把握生態(tài)安全特征．

1.2 生態(tài)安全研究的重要問(wèn)題

在不同的生態(tài)安全研究領(lǐng)域,有一系列問(wèn)題需要研究與探索．近年來(lái),學(xué)者們對(duì)于生態(tài)安全的研究重點(diǎn)逐漸地轉(zhuǎn)向了區(qū)域生態(tài)安全、生態(tài)安全評(píng)價(jià)和模型方法以及生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警等方面[6],同時(shí),關(guān)于不同生態(tài)安全的驅(qū)動(dòng)要素、變化機(jī)理、調(diào)控機(jī)制與管理模式研究成為研究的重大科學(xué)問(wèn)題,也成為構(gòu)建山水林田湖草沙生命系統(tǒng)的重要理論支撐．圍繞著主要陸地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程與服務(wù)、土地利用變化與生態(tài)安全、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)與權(quán)衡和流域生態(tài)補(bǔ)償與生態(tài)安全等的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究也備受關(guān)注[7].而關(guān)于不同時(shí)空尺度的生態(tài)安全評(píng)估、基于生態(tài)過(guò)程的生態(tài)安全格局[8]、以生態(tài)紅線為基礎(chǔ)的生態(tài)格局構(gòu)建模式、生態(tài)安全評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)、生態(tài)安全狀況與生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的耦合關(guān)系,以及未來(lái)氣候變化情景下的生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律與動(dòng)態(tài)變化研究更是生態(tài)安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)及難點(diǎn)．

生態(tài)安全的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其演變規(guī)律,受到多種要素的制約,單一學(xué)科的原理與方法難以解決其機(jī)理問(wèn)題,揭示生態(tài)安全機(jī)制需要多學(xué)科的理論支撐．近年來(lái),相關(guān)學(xué)者開(kāi)展的基于分形理論的景觀空間異質(zhì)性研究、生態(tài)系統(tǒng)的能值特征與變化規(guī)律、基于信息圖譜分析的CO2減排特征、土壤水碳耦合關(guān)系及景觀地球化學(xué)特征、土地利用與覆蓋變化(LUCC)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氣象環(huán)境影響的數(shù)值研究、生態(tài)系統(tǒng)碳收支與影響因素研究、植被變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)等,為認(rèn)識(shí)生態(tài)安全動(dòng)態(tài)變化及其機(jī)制提供了重要理念與方法,而認(rèn)識(shí)生態(tài)過(guò)程與環(huán)境演變規(guī)律,需要在特定時(shí)空格局下,基于地理、生態(tài)、水文、氣象等專業(yè)基礎(chǔ),借助景觀異質(zhì)性原理、地理要素耦合原理、信息圖譜技術(shù)、模型模擬技術(shù),把多元信息融合起來(lái),綜合性地剖析生態(tài)系統(tǒng)的安全機(jī)制．

生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化至關(guān)重要[9].生態(tài)安全可以通過(guò)時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段兩個(gè)時(shí)間尺度進(jìn)行指標(biāo)分析,從而快速認(rèn)識(shí)評(píng)價(jià)對(duì)象的現(xiàn)狀和特征,并總結(jié)出其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律[10]．隨著景觀生態(tài)學(xué)理論和3S技術(shù)的拓展,生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法也得到了不斷的發(fā)展.生態(tài)安全研究與評(píng)價(jià)方法可以歸納為數(shù)學(xué)模型法、生態(tài)模型法、景觀模型法和數(shù)字地面模型法等,不同方法研究生態(tài)安全的側(cè)重點(diǎn)有所不同．近年來(lái),模糊綜合評(píng)價(jià)-層次分析法(AHP)-主成分分析(PCA)模型在生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用備受關(guān)注.如何客觀、定量地評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng),使其能夠持續(xù)健康發(fā)展是當(dāng)前生態(tài)安全研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一[11]．在相關(guān)原理指導(dǎo)下,壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR)方法、灰度分析法、生態(tài)足跡法等在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)或城市群的生態(tài)安全研究中亦得到廣泛應(yīng)用[12]．為了更精確地刻畫(huà)人類與環(huán)境相互作用的關(guān)系,歐洲環(huán)境署在PSR模型的基礎(chǔ)上對(duì)模型框架進(jìn)行了改進(jìn),增加了驅(qū)動(dòng)力和影響兩個(gè)維度[13],力圖提升生態(tài)安全評(píng)價(jià)的可靠性程度．一般而言,運(yùn)用多學(xué)科交叉與融合的原理與方法,結(jié)合多元數(shù)據(jù)建立不同生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,設(shè)定生態(tài)指標(biāo)安全閾值,構(gòu)建生態(tài)安全指數(shù)(或生態(tài)安全度),制定生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),分析界定特定生態(tài)系統(tǒng)安全特征,并提出保障生態(tài)安全的模式與策略,是生態(tài)安全監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及預(yù)警的關(guān)鍵與核心．目前,從景觀尺度上構(gòu)建景觀生態(tài)安全指標(biāo)體系,或者從生態(tài)系統(tǒng)尺度上構(gòu)建多要素生態(tài)安全指標(biāo)體系,借鑒“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)理念與生態(tài)大數(shù)據(jù)信息獲取手段,模擬生物地球化學(xué)循環(huán)為核心的生態(tài)過(guò)程及其變化規(guī)律,預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)的未來(lái)變化,分析生態(tài)安全的狀態(tài)水平,是生態(tài)安全理論與方法研究的重要趨勢(shì)．

2 氣候變化對(duì)生態(tài)安全的一般影響

氣候變化可能是自然的內(nèi)部進(jìn)程或外部強(qiáng)迫,以及人為地持續(xù)對(duì)大氣組成成分和土地利用的改變所導(dǎo)致的結(jié)果,并表現(xiàn)在生態(tài)安全特征方面．全面地研究氣候變化背景下生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)特征,對(duì)于認(rèn)識(shí)氣候變化的規(guī)律,揭示生態(tài)安全機(jī)制,具有十分重要的作用．

氣候變化影響人居環(huán)境及人類健康．氣候變化影響主要包括氣候變化后的資源生產(chǎn)、商品及服務(wù)市場(chǎng)的需求產(chǎn)生變化,使支持居住的經(jīng)濟(jì)條件受到影響.氣候變化對(duì)能源輸送系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施及旅游業(yè)等特定產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生影響進(jìn)而影響人居環(huán)境,可以從空間監(jiān)測(cè)的角度認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的氣候效應(yīng)[14].氣候變化后因極端天氣條件增加以及對(duì)人體健康的影響使得居住人口遷移．氣候變化及人為活動(dòng)造成的城市熱島(UHI)效應(yīng),對(duì)于城市環(huán)境質(zhì)量、人體健康等造成諸多負(fù)面影響;UHI效應(yīng)對(duì)人們生活能源消耗也具有重要影響[15]．應(yīng)用GIS技術(shù),集成疫情和其他環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù),有助于建立氣候變化對(duì)人類健康影響評(píng)價(jià)體系,同時(shí),大力開(kāi)展氣候風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和氣候區(qū)域研究,建立相應(yīng)的極端天氣災(zāi)害及災(zāi)害應(yīng)急機(jī)制,均對(duì)于科學(xué)認(rèn)識(shí)及評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)生態(tài)安全的影響具有不可替代的作用．

氣候變化影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展．氣候變化對(duì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生影響,直接制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,而能源政策對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要影響[16]．例如,低溫、高溫天氣對(duì)采暖和空調(diào)能源需求的影響、降水變化對(duì)水利發(fā)電的影響、干旱與洪澇頻率及強(qiáng)度改變對(duì)灌溉和排灌的能源需求的影響,以及極端天氣事件造成的能源供應(yīng)中斷的影響等．另外,節(jié)能策略、溫室氣體減排方式以及目前關(guān)注的碳達(dá)峰與碳中和技術(shù),對(duì)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的影響具有復(fù)雜性,同時(shí)還具有一定的滯后性．交通運(yùn)輸與自然環(huán)境有著密切的關(guān)系,極易受到氣候因子特別是極端天氣的影響．

氣候變化影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能．在生態(tài)系統(tǒng)的生命支持系統(tǒng)中,凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候、減低噪聲污染、降雨與徑流的調(diào)節(jié)、廢水處理和文化娛樂(lè)價(jià)值等ESV至關(guān)重要．氣候變化影響生態(tài)系統(tǒng)的地表過(guò)程,直接影響凈第一性生產(chǎn)力(NPP)與ESV[17-18]．

生態(tài)系統(tǒng)是由自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)所組成的復(fù)合系統(tǒng),它需要從其他系統(tǒng)中輸入大量的物質(zhì)和能量,同時(shí)又將大量廢物排放到其他系統(tǒng)中去,這就必然會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)的安全狀況造成干擾．由于氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)要素相互作用的長(zhǎng)期性與復(fù)雜性,生態(tài)安全時(shí)空變化研究仍是目前生態(tài)學(xué)及地理學(xué)等學(xué)科研究的重要方向．目前,無(wú)論是氣候變化問(wèn)題,還是氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、穩(wěn)定性、ESV等影響研究,都離不開(kāi)信息技術(shù)手段的應(yīng)用．氣候變化背景下的生態(tài)安全問(wèn)題,作為當(dāng)代人們關(guān)注的重要熱點(diǎn),將是一個(gè)長(zhǎng)期的研究課題．在生態(tài)安全研究方法方面,定量化與綜合性趨勢(shì)集中體現(xiàn)在生態(tài)安全問(wèn)題精確化與模擬化研究的不斷深入．基于GIS技術(shù)的城市森林與熱島效應(yīng),減少UHI和溫室氣體排放以及城市形態(tài)與熱島強(qiáng)度沿城市發(fā)展梯度的關(guān)系[19],是城市化背景下生態(tài)安全研究的重要議題．馬世駿等[20]提出了社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的概念、原理與特征；于貴瑞等[21]研究了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)空間化信息,基于GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)字模擬技術(shù),構(gòu)建了國(guó)家尺度各種氣候要素的數(shù)值圖像,為多學(xué)科研究提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研發(fā)平臺(tái)；王如松[22]從高效和諧的角度分析了生態(tài)調(diào)控原則與方法．從20世紀(jì)90年代末期,地學(xué)信息圖譜概念被提出以來(lái),地學(xué)信息圖譜的方法被逐漸地應(yīng)用于生態(tài)安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域．利用生態(tài)信息技術(shù)模擬分析生態(tài)系統(tǒng)及各生態(tài)要素的時(shí)間與空間特征,明確其結(jié)構(gòu)、功能和影響范圍,可為生態(tài)系統(tǒng)未來(lái)的氣候適應(yīng)及可持續(xù)發(fā)展確定一個(gè)科學(xué)合理的框架[23],最終促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展．

隨著人們對(duì)氣候變化模式研究的不斷進(jìn)展,特別是IPCC AR6(WG1)應(yīng)用共享的社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(Shared Socioeconomic Pathways,SSP)等模式對(duì)氣候變化嚴(yán)峻性的預(yù)測(cè),也為人們對(duì)未來(lái)不同情景下生態(tài)安全的演變規(guī)律研究敲響了警鐘．景觀格局、資源利用、能源消費(fèi)、人居狀況、產(chǎn)業(yè)布局,特別是人們的生活方式、日常行為所內(nèi)涵的生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)要素及作用方式,由此而伴隨的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳輸方式,與周?chē)h(huán)境系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起,這種復(fù)雜過(guò)程正是生態(tài)安全及其機(jī)制不確定性的重要誘因．如何科學(xué)反映氣候變化背景下生態(tài)安全特征及提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)生態(tài)協(xié)調(diào)與環(huán)境優(yōu)美的綜合目標(biāo),成為探索生態(tài)安全機(jī)制的重要途徑．

3 氣候變化對(duì)生態(tài)安全的影響機(jī)制

3.1 氣候要素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與生產(chǎn)力的影響

氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有一定的影響,而碳循環(huán)及其相關(guān)問(wèn)題是目前生態(tài)安全機(jī)制研究的熱點(diǎn)．大量研究認(rèn)為CO2是氣候變暖的主要原因,大氣CO2濃度升高主要是由于人類大量使用化石燃料將陸地及海洋碳庫(kù)中大量碳轉(zhuǎn)移到大氣中造成的．研究還表明,森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧是緩解氣候變化與減少碳排放的重要途徑．氣候變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)變化,直接影響生態(tài)系統(tǒng)的功能．

由于氣候變化存在一系列不確定性,碳循環(huán)過(guò)程及其模型模擬的復(fù)雜性,相關(guān)氣候要素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響存在一系列的復(fù)雜性．區(qū)域碳預(yù)算中城市生物碳通量不可忽視[24],城市綜合空間調(diào)整監(jiān)控直接影響碳儲(chǔ)量[25],城市環(huán)境下植被信息的遙感方法對(duì)于地上碳儲(chǔ)量的建模以及碳儲(chǔ)量的變化至關(guān)重要[26]．利用SLEUTH模型和InVEST模型耦合模擬城市擴(kuò)張對(duì)區(qū)域碳儲(chǔ)量的影響[27],探索城市化背景下的碳儲(chǔ)量時(shí)空變化[28],均對(duì)人為影響下的生態(tài)安全機(jī)制研究與綜合效應(yīng)分析具有重要價(jià)值．土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一,土壤呼吸對(duì)溫度升高的適應(yīng)可以視為碳循環(huán)對(duì)全球變暖的負(fù)反饋效應(yīng),它在一定程度上可能緩和陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候系統(tǒng)之間的耦合作用,并且導(dǎo)致土壤呼吸對(duì)全球溫度升高響應(yīng)的時(shí)空差異[29]．張文菊等[30]以植物生理生態(tài)特性和有機(jī)碳循環(huán)的動(dòng)力學(xué)原理為基礎(chǔ),利用室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果,率定溫度、積水強(qiáng)度、凍融交替對(duì)濕地有機(jī)碳分解礦化的影響參數(shù),建立典型濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模擬模型．在生態(tài)系統(tǒng)中,特殊的生物與環(huán)境要素,使得生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量、碳收支及碳循環(huán)等問(wèn)題表現(xiàn)出獨(dú)特性,也成為研究氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程及其安全特征的重要途徑．

在氣候要素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力研究方面,許多專家開(kāi)展了具有創(chuàng)新性的研究工作．基于近60 a氣候變化規(guī)律及其對(duì)常綠闊葉林NPP的影響,研究結(jié)果表明,年降雨量、月參考蒸散量年均值和年平均氣溫是影響NPP變化的主要因子[31]．模型模擬方法在研究氣候變化過(guò)程及效應(yīng)方面具有重要作用,基于生態(tài)過(guò)程的Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型,利用遙感數(shù)據(jù)和同期的溫度、降水、太陽(yáng)輻射資料以及植被和土壤信息,對(duì)長(zhǎng)江流域的植被NPP及其時(shí)空分布格局進(jìn)行了分析[32]．通過(guò)構(gòu)建各樹(shù)種地理分布的生態(tài)氣候信息庫(kù),應(yīng)用GIS軟件及森林生產(chǎn)力與氣候環(huán)境變量的相關(guān)模型,采用全球大氣環(huán)流平衡模式構(gòu)想法,研究了氣候變化對(duì)中國(guó)主要造林樹(shù)種和森林生產(chǎn)力的影響規(guī)律[33]．上述研究對(duì)于探索生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)子系統(tǒng)的生產(chǎn)力變化及其生態(tài)安全機(jī)制具有重要啟示及借鑒價(jià)值．

3.2 景觀格局與生態(tài)安全變化規(guī)律

景觀格局指景觀的組分構(gòu)成及其空間分布、組合的特征,與生態(tài)系統(tǒng)的安全特征亦具有直接關(guān)系．對(duì)景觀格局進(jìn)行研究,有助于了解生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),為生態(tài)安全綜合監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)警管理提供科學(xué)依據(jù)．

國(guó)內(nèi)外對(duì)景觀格局的研究主要表現(xiàn)在應(yīng)用遙感信息技術(shù)、地理信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行景觀格局分類,利用景觀指數(shù)分析景觀要素的變化,運(yùn)用模型模擬景觀格局的動(dòng)態(tài)變化以及人類對(duì)景觀的影響等方面,而對(duì)于景觀格局與生態(tài)安全關(guān)系研究還有待深化．目前,利用遙感信息,在GIS支持下,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行景觀分類,定量估算形狀指數(shù)、斑塊密度、聚集度、多樣性指數(shù)等景觀格局指數(shù),獲得對(duì)景觀要素及類型的定量參量,并基于景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)內(nèi)涵,分析其時(shí)空特征及其變化規(guī)律,成為認(rèn)識(shí)生態(tài)安全的重要出發(fā)點(diǎn)．LUCC影響生態(tài)過(guò)程及其碳平衡[34],基于生態(tài)過(guò)程的植被生長(zhǎng)及ESV模擬[35],把景觀格局及生態(tài)過(guò)程有機(jī)地聯(lián)系了起來(lái)[36]．利用形狀指數(shù)以及分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù),對(duì)景觀要素的穩(wěn)定性分析可知,地形因子與人類活動(dòng)是景觀穩(wěn)定性的主要影響因素,人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)安全具有至關(guān)重要的作用．隨著景觀地理學(xué)、地理信息學(xué)、生態(tài)規(guī)劃學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,人們已經(jīng)不滿足于利用景觀指數(shù)來(lái)單純地刻畫(huà)景觀格局的數(shù)量變化,希望可以將景觀指數(shù)融合到生態(tài)過(guò)程,以進(jìn)一步探索景觀尺度上生態(tài)安全特征及機(jī)制．特別是通過(guò)同一生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)要素的動(dòng)態(tài)變化、不同生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)流動(dòng)以及生物之間的相互作用等方面研究,拓展不同尺度背景下格局與過(guò)程的耦合關(guān)系,進(jìn)而分析景觀格局對(duì)生態(tài)安全的影響過(guò)程及其機(jī)制．

4 主要結(jié)論

生態(tài)安全在一定程度上可以說(shuō)是人與自然統(tǒng)一體免受不利因素危害的存在狀態(tài)及其保障條件[37]．目前提及的山水林田湖草沙生命系統(tǒng),是地球系統(tǒng)的重要組成部分,也是人類社會(huì)發(fā)展的重要依托,維護(hù)并使得系統(tǒng)的脆弱性不斷得到改善,是現(xiàn)階段應(yīng)對(duì)氣候變化,優(yōu)化景觀格局,維護(hù)生態(tài)安全的歷史性選擇．如前所述,在全球變化及快速城市化背景下,資源、環(huán)境、生態(tài)、能源等問(wèn)題備受關(guān)注．IPCC研究報(bào)告強(qiáng)調(diào)人類必須通過(guò)共同努力,應(yīng)對(duì)日益明顯的氣候變化所造成的負(fù)面效應(yīng)．特定景觀格局背景下,生態(tài)要素影響并制約著區(qū)域氣候特征,特定區(qū)域氣候不同程度地反饋于生態(tài)過(guò)程,產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng),這些問(wèn)題的本質(zhì)就是生態(tài)氣象耦合關(guān)系問(wèn)題,也是生態(tài)安全問(wèn)題．該問(wèn)題涉及地理空間分異規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)耦合關(guān)系規(guī)律、區(qū)域氣候特征規(guī)律以及遙感信息與地理信息的交叉與融合,需要運(yùn)用多學(xué)科的原理與方法,探求合理的解決方案．

4.1 氣候變化與景觀格局對(duì)生態(tài)安全的影響極其復(fù)雜

氣候變化與景觀格局無(wú)論是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、穩(wěn)定性,還是對(duì)碳循環(huán)、ESV等,均具有多樣化與復(fù)雜性的表現(xiàn)特征．科學(xué)評(píng)價(jià)這種影響的范圍與程度,把握影響過(guò)程及特點(diǎn),存在著一系列急需解決的難題．特定自然背景下的資源消耗、能源消費(fèi)、人為活動(dòng)都直接或間接地造成生態(tài)系統(tǒng)的變化．監(jiān)測(cè)和分析氣候變化背景下的這種變化,合理地規(guī)劃生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),保障生態(tài)系統(tǒng)功能,探索減緩氣候變化關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)于維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有不可替代的作用．基于氣候變化與景觀格局對(duì)生態(tài)安全影響的認(rèn)識(shí),運(yùn)用多學(xué)科原理與方法,通過(guò)開(kāi)展綠色植物固碳釋氧的生物減排機(jī)制,氣候變化背景下的清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)等問(wèn)題的研究,以利于增強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化的科學(xué)基礎(chǔ);同時(shí),通過(guò)基于生態(tài)文明理念的應(yīng)對(duì)氣候變化策略,基于低碳規(guī)劃的生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等研究,制定與實(shí)施應(yīng)對(duì)氣候變化政策與法規(guī),可望能夠?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化的策略提供理論與技術(shù)支撐,并長(zhǎng)久地維護(hù)生態(tài)安全．

4.2 氣候要素影響生態(tài)安全的表現(xiàn)特征及其變化

大量的研究表明,自然因素和人為活動(dòng)共同造成了生態(tài)系統(tǒng)的變化,并影響到生態(tài)系統(tǒng)的安全特征．要全面地了解氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的環(huán)境效應(yīng),就必須開(kāi)展氣候變化的生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)估．氣候要素對(duì)生態(tài)安全的影響不僅表現(xiàn)在對(duì)自然生物與環(huán)境要素的影響方面,還體現(xiàn)在對(duì)人類健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和ESV等方面．生態(tài)安全的表現(xiàn)特征及其動(dòng)態(tài)變化,受到溫度、降水等氣象要素的直接影響,也受到其長(zhǎng)期變化所形成的區(qū)域氣候特征的制約．生態(tài)安全在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及脆弱性等方面所表現(xiàn)出的一系列特征,體現(xiàn)了其生物地球化學(xué)循環(huán)特征的變化過(guò)程,也是生態(tài)安全機(jī)制的主要體現(xiàn)．無(wú)論是水文要素、氣象要素,都不同程度地影響著生態(tài)安全的狀態(tài)．

4.3 景觀格局是制約區(qū)域生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)

無(wú)論是景觀結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài),還是景觀尺度、過(guò)程與格局,都與景觀尺度上的生態(tài)安全密切相關(guān),而把握景觀格局則是認(rèn)識(shí)生態(tài)安全的基礎(chǔ)．基于生態(tài)景觀格局,結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)要素及其時(shí)空變化特征,對(duì)于探索生態(tài)安全變化的驅(qū)動(dòng)要素與變化規(guī)律具有基礎(chǔ)性意義．人為活動(dòng)造成的土地利用變化,直接引起生態(tài)景觀格局的變化,而特定景觀格局背景下,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的綜合效應(yīng)及變化規(guī)律等問(wèn)題,成為生態(tài)安全研究的熱點(diǎn)方向,并具有多元驅(qū)動(dòng)要素及復(fù)雜作用過(guò)程的特點(diǎn)．