周文華??王如松
(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085)
1?引?言
?????安全通常是指一個國家或地區(qū)的社會和政局穩(wěn)定，沒有戰(zhàn)爭，個體或系統(tǒng)不受侵害和破壞的狀態(tài)近些年來一些學(xué)者倡導(dǎo)并延伸了安全的涵義．使其從政治和軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)向了生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域。1989年，國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所提出了建立優(yōu)化的全球生態(tài)安全檢測系統(tǒng)的設(shè)想，并從保障人類安康狀態(tài)的角度指出生態(tài)安全(ecological?security)的涵義，是指在人的生活、健康、安樂、基本權(quán)利、生活保障來源、必要資源、社會秩序和人類適應(yīng)環(huán)境變化的能力等方面不受威脅的狀態(tài)。而Katrina?S．Rogers從人類和自然兩個角度闡述了生態(tài)安全的涵義，他認(rèn)為生態(tài)安全是指一個社會的物理環(huán)境能夠在滿足居住者需要的同時，又不削弱其自然儲量的狀態(tài)?！吧鷳B(tài)安全”概念的提出正是將環(huán)境退化比擬為一種威脅社會和國家安全的“入侵者”，而這種“入侵者”不同于其它安全的入侵者，它是我們自身創(chuàng)造的，但我們應(yīng)象應(yīng)對其它入侵者一樣積極采取措施進(jìn)行防御，保障我們良好安定的生存狀態(tài)。目前生態(tài)安全的研究主要集中在國家和區(qū)域尺度上，且集中于單一或橫向比較(各地區(qū)之間生態(tài)安全現(xiàn)狀的比較)，對城市生態(tài)安全的研究較少?，而城市生態(tài)安全卻是一個國家或區(qū)域生態(tài)安全的基礎(chǔ)和核心。一般而言，城市生態(tài)系統(tǒng)相對于自然生態(tài)系統(tǒng)具有高能耗物耗、高環(huán)境污染、低自然資源儲備的特點(diǎn)，具有一定的脆弱性和不穩(wěn)定性。因此，如何加強(qiáng)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)及其自身全方位的基礎(chǔ)能力建設(shè)，維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境安全，對于城市、區(qū)域和國家的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。本文分析并借鑒了區(qū)域生態(tài)安全的評價方法，以北京市為例，探求維護(hù)城市生態(tài)安全的關(guān)鍵性生態(tài)環(huán)境要素，并通過對城市生態(tài)安全診斷指標(biāo)的綜合分析，從時間尺度上評價城市生態(tài)安全的現(xiàn)狀和趨勢，為城市生態(tài)安全的
管理提供科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。
2?城市生態(tài)安全評價方法與步驟
2．1?城市生態(tài)安全評價的模型框架
????目前國內(nèi)外生態(tài)評價的模型框架通常有經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(Organization?for?Economic?Co-operationand?Development)提出的PSR模型(Pressure—State—Resloonse；壓力一狀態(tài)一響應(yīng)，1994)和DSR模型(Driv—ing?forceState．Response；驅(qū)動力一狀態(tài)一響應(yīng)，1996)、Corvalan和他的同事提出的DPSEEA模型(Drivingforce-Pressure．State—Exposure—Effect—Action；驅(qū)動力一壓力?狀態(tài)一暴露一影響一響應(yīng)，1996)L?J、EEA(Euro—pean?Environment?Agency，歐洲環(huán)境署，1998)提出的DPSIR模型(Driving?force—Pressure—State—Impact—Response；驅(qū)動力一壓力一狀態(tài)一影響一響應(yīng))等。這些模型均不同程度的考慮了人類活動對環(huán)境的壓力，自然資源的質(zhì)和量的變化，以及人們對這些變化的響應(yīng)，即采取的減少、預(yù)防和緩解自然環(huán)境不理想變化的措施。現(xiàn)以PSR模型為例構(gòu)建城市生態(tài)安全的評價模型框架(圖1)。
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????其中，壓力定義為①?由人類引起的結(jié)果；②人類對自然界不恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)；③不采取行動。在城市生態(tài)安全的評價中主要指標(biāo)有人口、能源和交通等。狀態(tài)定義為①?壓力的表現(xiàn)；②?響應(yīng)的有效性。主要指標(biāo)有大氣、水、土壤和生物多樣性等。響應(yīng)定義為①?目標(biāo)為壓力和狀態(tài)；②?適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)減少壓力。主要指標(biāo)有新技術(shù)和投資等。
2．2?北京城市生態(tài)安全的關(guān)鍵性生態(tài)環(huán)境要素分析
影響城市生態(tài)安全的主要因素有大氣、水、土壤和生物多樣性，對于北京而言主要集中于前兩個因子。①?大氣。世界衛(wèi)生組織1998年對53個國家272個大城市的大氣總懸浮顆粒物、SO2、氮氧化物等3種污染物濃度進(jìn)行測定，北京被列為全球十大污染城市，排位第3位。北京的大氣污染屬于典型煤煙型污染和汽車尾氣污染結(jié)合的復(fù)合型污染，主要原因有北京的地理環(huán)境三面環(huán)山，污染空氣難以擴(kuò)散；經(jīng)常出現(xiàn)逆溫和靜風(fēng)天氣；煤炭消費(fèi)量大，煤煙污染重；機(jī)動車保有量增加過快，尾氣污染日益嚴(yán)重；氣候干燥、建筑施工量大面廣，粉塵污染嚴(yán)重。②水。水量方面，北京市附近沒有大的河流和湖泊人均僅為世界人均的1／30和全國人均的1／7。40年來水資源形勢不斷惡化，70年代以來大量開采地下水，2000年較1960年，地下水位下降12．17?m，儲量累計減少6．231×10?m?。水質(zhì)方面，全市污水處理率45％(2002年)，加之農(nóng)藥、化肥過量施用，使地下水、河流、湖泊和水庫嚴(yán)重污染，下游河道多為超五類水體。基本沒有生物存活。1997年官廳水庫因上游污染嚴(yán)重已經(jīng)被迫退出飲用供水系統(tǒng)。水自然災(zāi)害方面：1949年北京先后出現(xiàn)3次水危機(jī)，20世紀(jì)60年代中期依靠開挖京密引水渠緩解，70年代中期依靠大量打井超采地下水勉強(qiáng)度過，80年代初期連續(xù)5年干旱，依靠壓縮1．333×10?hm?灌溉面積和把密云水庫作為北京市地專用水源而度過。90年代北京地區(qū)地相對多雨期過后，已進(jìn)入又一相對干旱期，水資源緊缺更加嚴(yán)峻。
2．3?北京城市生態(tài)安全評價的指標(biāo)體系
?????根據(jù)上述的PSR模型框架和北京城市生態(tài)安全的關(guān)鍵性生態(tài)環(huán)境要素分析，提出北京城市生態(tài)安全評價的指標(biāo)體系(表1)，共30個指標(biāo)，其中壓力指標(biāo)8個，狀態(tài)指標(biāo)13個，響應(yīng)指標(biāo)9個。
2．4?城市生態(tài)安全評價方法
????盡管生態(tài)安全提出的時間只有十余年的時間，但是已經(jīng)有許多學(xué)者對生態(tài)安全評價方法進(jìn)行了研究，主要的方法有綜合指數(shù)法、景觀分析法It01、模型模擬法(如BACHMAP模型、ECOLECON模型以及基于GIS的DISPATCH模型)等。其中綜合指數(shù)法是應(yīng)用最多的方法，本文以此方法為例對北京城市生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行分析。賦權(quán)方法采用客觀賦值法一熵值法，熵值法求得的指標(biāo)權(quán)重代表了該指標(biāo)在指標(biāo)體系中變化的相對速率，城市生態(tài)安全綜指數(shù)用來表述評價對象現(xiàn)狀與目標(biāo)的符合程度和向目標(biāo)接近的速度，指數(shù)越接近1，就越安全，越接近0，就越不安全。
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2．4．1?數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化一線性插值法(Interval?stan—dardization)?評價某城市m?年的城市生態(tài)安全狀況，評價指標(biāo)體系包括?個指標(biāo)。
效益型指標(biāo)(數(shù)值越大越好的指標(biāo)，如城市污水處理率％)標(biāo)準(zhǔn)化方法：
y=(x-xmin)/(xmax-xmin)
????式中xmax為該項指標(biāo)的最大值，xmin?為該項指標(biāo)的最小值。
成本型指標(biāo)(數(shù)值越小越好的指標(biāo)，如Iv類以上水井占監(jiān)測井總數(shù)％)標(biāo)準(zhǔn)化方法：
Y?=?1-y
標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)矩陣為Y?=?{y?}mXn
2．4．2?指標(biāo)權(quán)重對于某項指標(biāo)，指標(biāo)值間的差距越大，表明該指標(biāo)在綜合評價中所起的作用越大，如果差異為零，表明該指標(biāo)在綜合評價中不起作用。據(jù)此原理，根據(jù)信息熵計算各指標(biāo)的權(quán)重。
2．4．3?綜合評價指標(biāo)的確定?城市生態(tài)安全綜合評價指數(shù)si為：
s?=Σwjyij
2．4．4?城市生態(tài)安全判定
?????由于采用線性插值的標(biāo)準(zhǔn)化方法，使評價指標(biāo)值分散在0～1，而非集中在某閾值內(nèi)，為綜合指數(shù)的量化分級提供了條件，但是由于某些參評因子沒有科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)值，如人口數(shù)量和密度等，因此很難計算出城市生態(tài)安全的標(biāo)準(zhǔn)值，而人為設(shè)定安全標(biāo)準(zhǔn)不免偏頗，所以本文采用趨勢法對北京城市生態(tài)安全的現(xiàn)狀加以評價。
3?北京城市生態(tài)安全評價
?????從評價結(jié)果看(圖2)，1996～2002年城市生態(tài)安全綜合指數(shù)依次為0．47、0．40、0．49、0．57、0．56、0．59和0．51，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)，7年的平均值為0．51。其中1997年值比1996年降低了0．07，主要原因為1996年為偏豐水年(28％保證率)，水資源總量為7．099×10?m3，而1997年為偏枯水年(80％保證率)。降水量僅為3．075×10?m3，使水量安全受到很大影響。2002年城市生態(tài)安全指數(shù)下降的原因主要是空氣污染