（地图学与地理信息系统专业论文）人为干扰对汉江流域生态安全的影响.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st l l e s i s 摘要 生态环境是人类生存和发展的基本条件，是人类社会经济，生活环境发展的基 础。随着人类活动的不断延展，已经将自然生态系统良性循环的结构打破，扰动了 生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的固有渠道和耦合关系，致使生态系统 中的各种环境问题层出不穷，日渐恶化。在我国生态环境问题主要有水土流失、土 地荒漠化、土壤污染、耕地质量退化等，农用地生态环境已经不断恶化，直接导致了 土地生产力和农产品品质下降。因此，开展农用地生态安全评价已经具有非常现实 的意义。 本文在分析国内外生态安全评价研究现状的基础上，本文通过对国内外生态安 全方面的理论和实践的分析研究，总结了生态安全的理论和人为干扰的理论，并结 合汉江流域的土地利用现状提出了对农用地生态安全评价的重要性，构建了农用地 生态安全的评价指标体系，并运用指标体系对农用地生态安全状况进行了评价，为 人为干扰下的生态安全的评价提供案例研究和参考方法。全文共分五部分，其主要 研究内容如下： 第一部分为绪论，主要阐述了论文的研究背景、国内外的研究现状、研究目的、 研究意义、研究内容、研究思路和研究方法。 第二部分为生态安全及人为干扰的理论，通过总结国内外生态安全评价的研究 进展和存在的问题，提出了农田生态安全的概念、农田生态系统的性质和农田生态 现状，阐述了几种常见的人为干扰类型。 第三部分为案例研究，本文以湖北省武汉市、天门市、仙桃市、应城市、汉川 市1 9 9 5 年及2 0 0 0 年的土地利用状况为例，首先分析了研究区的基本概况，确定农 田生态安全评价指标并计算得出研究区的生态安全度。 第四部分为结论，是对论文的总结，说明了本研究的主要创新点，研究中存在 的问题，指出了需要改进的地方及进一步研究的方向。 关键词：人为干扰生态安全评价指标生态环境评价体系 硕士学位论文 m a s t e r st i l e s i s a b s t r a c t e n v i r o n m e n ti sn o to n l yt h eb a s i cc o n d i t i o nf o rh u m a n sl i v i n ga n dd e v e l o p m e n t ， b u tt h ef o u n d a t i o nf o ra ne c o n o m i cs o c i e t yt od e v e l o p w i t ht h ei n c r e a s i n go fh u m a n a c t i v i t y , h u m a na c t i v i t i e sh a v eb r o k e nt h en a t u r a le c o s y s t e m so ft h ev i r t u o u sc i r c l e s t r u c t u r e t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em a t e r i a lc y c l e ，e n e r g yf l o wa n dm e s s a g ed e l i v e r y o fe c o s y s t e mh a v eb e e nd i s t u r b e d ，c a u s e dt h ee c o s y s t e mr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t g r o w i n gt oab i gp r o b l e m d e g r a d a t i o no fs o i le r o s i o n ，l a n dd e s e r t i f i c a t i o n ，s o i lp o l l u t i o n ， t h eq u a l i t yo fd e g r a d a t i o no fa r a b l el a n dw h i c hh a sm a d et h eq u a l i t yo fa g r i c u l t u r a l p r o d u c t s a n dl a n d p r o d u c t i v i t yd e c l i n i n g i t i s s i g n i f i c a n c e f o r e v a l u a t i n g a g r o e c o l o g i c a lh e a l t h o nt h eb a s i so fk n o w i n gt h ed o m e s t i ca n df o r e i g ns t u d yo nt h ee v a l u a t i o no fe c o l o g i c a l h e a l t h ，t h i sa r t i c l ea n a l y z e da n ds u m m a r i z e dt h es u c c e s s f u le x p e r i e n c ea n de x i s t e d p r o b l e m ，p r o p o s e dt h ec o n c e p to fe c o l o g i c a lh e a l t h ，a n dp o i n t e dt h ei m p o r t a n to ft h e a g r o - e c o l o g i c a lh e a l t he v a l u a t i o no fh a n j i a n gb a s i n c o n s t r u c t i n ga g r i c u l t u r a le c o l o g i c a l h e a l t he v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mw h i c hb eu s e df o re v a l u a t ee c o l o g i c a lh e a l t ho fl a n du s e o fa g r i c u l t u r a l ar e f e r e n c eo ft h ee c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o ni sg i v e nb yt h i sc a s e t h e r ea r ef i v ec o m p o n e n t so ft h ep a p e r ；t h em a i nc o n t e n t so fe a c hd e p a r t m e n ta r ea s f o l l o w s ： t h ef i r s tp a r td e a l sw i t he x o r d i u m i te x p l a i n st h ep a p e rr e s e a r c hb a c k g r o u n d ；t h e p r e s e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h ；t h er e s e a r c ho b j e c t ；t h er e s e a r c h s i g n i f i c a n c e ；t h er e s e a r c hc o n t e n t ；t h er e s e a r c hm e n t a l i t ya n dt h er e s e a r c hm e t h o d t h es e c o n dp a r td e a l sw i t ht h ee c o l o g i c a lh e a l t ha n dh u m a nd i s t u r b a n c et h e o r y b y s u m m i n gu pt h er e s e a r c he v o l v e m e n ta n de x i s t e dp r o b l e mo fe c o l o g i c a lh e a l t h ，i tb r i n g s f o r w a r dt h ec o n c e p to fa g r o e c o l o g i c a lh e a l t h ，t h en a t u r eo fa g r o - e c o s y s t e ma n dt h es t a t e o fa g r o e c o l o g i c a l ，i n c l u d i n gs e v e r a lk i n d so fc o m m o nj a m m i n g t y p e s t h et h i r dp a r ti sac a s es t u d y t h i sa r t i c l et a k e st h el a n du s es i t u a t i o na tt h ey e a r o f l 9 9 9a n d2 0 0 5o ft h ec i t ys u c ha sw u h a n ，t i a n m e n ，x i a n t a o ，a n dy i n g c h e n gh a n c h u a n f i r s t l y , i ta n a l y z e st h eg e n e r a ls i t u a t i o no ft h e s ea r e a s ，d e t e r m i n et h ef i e l do fe c o l o g i c a l s e c u r i t ye v a l u a t i o ni n d e x ，c a l c u l a t e dt h ee c o l o g i c a lh e a l t hi ns t u d ya r e a s t h ef o r t hp a r ti sc o n c l u s i o n ，t h ei n n o v a t i o np o i n te x i s t e dp r o b l e m ；t h ef u r t h e r s t u d i e sd i r e c t i o n k e yw o r d s ：h u m a nd i s t u r b a n c e ；e c o l o g i c a lh e a l t h ；e v a l u a t i o ni n d e x ；e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ；i n d i c a t o rs y s t e m i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 日 论文作者签名：动、晾秀 日期： ) 钾听年歹月；f 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解华中师范大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文在解密后遵守此规定。 0n 论文作者签名：剔、哦驾导师签名：v 钐矽i 、- 一 日期：r 呷 歹月f 日日期2 ，班叩年广_ 月7 7 日 。- ： 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中 规定享受相关权益。 论文作者签名： 日期：刎年g - 月 硕士学位论丈 m a s t e r st l i e s i s 1 绪论 1 1 研究背景 生态系统是一个由多种元素组成的系统，包括植物、动物和微生物群落，以及 无机环境，是它们之间的相互作用才形成了我们的生态系统。人类更是生态系统中 不断发挥着各种作用的重要组成体。生态系统不仅仅指辽阔的平原，宽广的山地， 这样大的自然结构，因为生态系统具有大的空间尺度，所以农田中的一个小坑塘都 可以被称为一个生态系统n ，。 但正是由于人类社会的不断发展，我们对原有自然界的占有和改变不断加深， 人类活动已经打破了自然界原有的自身形成的稳定良好的系统结构，扰动了自然生 态系统中物质、能量、信息，传递流动的固有渠道和耦合关系，导致生态系统中不 稳定的甚至是危害性的状况不断发生。 人类干扰行为正在并且已经改变了各个生物群落，气候植被带的生态系统乜1 ， 人为干扰已经是一种推动了生物群落演替的动力口1 。这种演替产生的影响有好有 坏，好的我们称之为正向演替，坏的我们则称之为逆向演替。就目前的研究状况来 看，我们应该也值得关注的正是人类干扰行为对生态环境所造成的逆向演替，也就 是生态系统的退化。逆向演替的产生的原因就是人类在发展自身的过程中，因为各 种需要而占用自然界原有资源，使其转变成农业耕作养殖用地，生活居所，工业生 产园区，道路类交通用地，使原有的自然景观逐渐成为半人工或人工景观。导致林 地被砍伐，草地退化成荒地沙漠，大量废弃的矿地，耕地产生，这些退化了的生态 系统，对各种生物及非生物造成了严重影响，进一步也危害到了人类自身，这些问 题的产生正是由于人类在改造和利用自然界的时候，没有遵循自然界原有的规律和 法则，扰乱的自然界应有的稳定结构。有学者的研究表明，我国国土面积的4 5 左 右已经被退化的生态系统所占据，退化的根本驱动力就是日益增强的人为干扰h 1 。人 类活动对自然环境的影响已成为现代生态学研究的热点嘲。 2 0 0 5 年第一份关于世界上主要生态系统的全面评估报告，即联合国千年生态 系统评估报告正式发布，它说明了人类生产和生活活动对自然生态系统产生的作 用。报告也说明了生态系统正是人类赖以生存的基础，揭示了人类生活生产所依赖 的自然资源正在已难以想象的速度减少地球上近三分之二的自然资源已经想 好殆尽，百分之六十的生态系统也在人类生存的作用下不断退化，由于过度捕捞， 世界渔业目前正在衰退，此外，人类的活动还对生态系统造成了一些其他方面的影 响，包括对氮循环、磷循环、硫循环和碳循环的改变，结果导致了酸雨和藻类水华 的发生，以及河流和沿海水域的鱼类死亡等，同时也对气候变化产生了巨大作用。 硕士学位论文 m a s t e r st l i e s i s 人类正在不断恶化与我们生存息息相关的自然界。这份评估报告的主要目的就是为 人类和自然界的可持续发展提供决策意见，是人类重视人与自然和谐发展的重要 性。千年生态系统评估的理论框架基于这样一个观点哺1 ，人是生态系统的组成体 和改变体，人类在发展的过程中，不断与生态系统的其他组成部分相互作用着，因 为这种作用的影响，人类改变了自然界的固有状态，在逆向演替的过程中，人类也 影响到了自然界本可以带给人类的正向的福祉。 生态安全关系着人类生存各个方面的安全稳定，它影响着一个国家的稳定，经 济的持续发展蓬勃，甚至是一个国家的国防安全，它是其他安全的基本条件，直接 作用于社会的繁荣与可持续发展h 1 。尽管世界上有些地方，人们有与自然和谐相处 和发展的知识和经验，但是在世界上的许多地方，由于对自然环境应有状态的漠视， 和可持续发展的知识经验的丧失，结果导致生态系统服务的这一已经退化的状态进 一步的恶化。生态系统提供的服务能力在逐渐退化，但人类社会的不断发展壮大， 使其对生态系统的需求却在持续增加，在这种矛盾的不断作用下，过去的5 0 年中， 由于侵蚀、盐碱化、板结、养分耗损、污染和城市化等原因，导致世界范围大约百 分之四十的农业用地已经退化。因此，开展农用地生态安全评价，已迫在眉睫。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 三大国际计划包括国际生物学计划( i b p ) 、人与生物圈计划( m b a ) 、国际地圈 一生物圈( i g b p ) 分别在上世纪六十年代到八十年代开始展开实施。 国际生物圈计划，主要是研究的对象是自然生态系统的结构，它具有的功能及 它所发挥的作用。在这一阶段，i b p 为生态系统生产力的研究工作做了大量的基础 工作，积累了众多研究资料。那个时期美国海洋生物学家r c a r s o n ( 1 9 6 2 ) 的名 著寂静的春天首次提到并阐明了污染对生态系统的影响，说明了污染的作用方 式，在生态系统中是如何迁移流动的。更是已农药污染为例，是人们认识到人类与 自然界各个圈层，各个系统包括气候，植被，土壤，水环境都是密切相关的。最重 要的贡献就是人们从此时开始关注人类对自然生态系统所产生的影响。 七十年代人与生物圈计划( m b a ) 由联合国教科文组织通过产生，主要研究人 类对自然生态系统的作用，作用产生的影响力。这个计划是对国际生物圈计划的扩 展和延续，那段时期内w b a r b a r a 和r e n ed u b o s 等出版了只有一个地球，从 整个地球的未来和发展出发，展现了人类正在面对着严重的环境的问题，呼吁人类 应该通过改变自己的行为方式保护和发展我们赖以生存的地球环境。后期， c a i r s 主编出版了( ( r e c o v e r ya n dr e s t o r a t i o no fd a m a g e e c o s y s t e m 则提到了人为干 2 硕士学位论丈 m a s t e r st l i e s i s 扰行为，分析了人为干扰产生的原因，及它是如何作用与自然界的，并分析了解决 人与自然矛盾的方法。 八十年代后期产生了国际地圈一生物圈( i g b p ) ，目的在于了解物理、化学和生 物学作用过程，它们对地球的作用力，人类在这一变化过程中产生的作用力和影响。 这以后，人为干扰作用在生态环境中产生的作用，以及这种作用带来的影响和如何 解决这一影响的负面作用的方法途径成为这一阶段学者们研究的重点。8 0 年代的 中心议题，就是运用生态学的方法，研究人类活动对生态系统的影响。恢复生态学 在这一时期成为主要研究内容，以人类是如何参与管理，恢复生态系统的。国际地 圈生物圈计划( i g b p ) 、全球变化的人类因素研究计划( i h d p ) 、全球环境监测系统 ( g e m s ) 等国际大型计划的研究内容也都包含干扰和恢复生态学的内容。1 9 8 3 年， 在美国召开的题为“干扰与生态系统 学术会议，主要探讨了人类的干扰行为对生 物种群，生物圈，自然景观，生态系统的影响力。 到了二十世纪九十年代，随着各种环境研究的进步和深入发展，各国科学家对 人类活动产生的环境影响都给予了极大的关注并伴随各种研究共同产生一种观点， 即人类的生产和发展对土地开发利用以及引起土地覆盖变化是全球环境变化的重 要组成部分哺 1 羽。土地利用和覆盖变化计划( l u c c ) 成为主导，这一计划受到国际 地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化人文计划( h d p ) 两大国际重点科研计 划的积极推动，使该研究逐渐成为全球环境变化研究的一个前沿和热点领域。联合 国粮农组织( f a o ) 、国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 、联合国环境署都先后启动 了各自的l u c c 研究项目，美国和日本等国家也相继启动了有关的区域性研究项目 n 3 川。该项目在国际社会上受到的普遍的关注和相应。 1 2 2 国内研究进展 近年来，l u c c 的研究在国际上受到越来越多的重视，我国的生态系统安全及人 为干扰方面的的研究也从以往跟随国际三大生态计划的发展，从对土地利用和覆盖 研究、区划分类等方面n 钉的研究，转向将人为干扰造成的土地利用覆盖变化而导致 的全球性的环境变化三者之间的关系及相互作用的综合性研究。随着全球l u c c 研 究逐渐成为热点，研究还主要包括土地利用和覆盖变化数据库构建、土地利用和覆 盖变化的驱动力，驱动力模型的构建，及土地利用覆盖变化对农业生态系统，全球 生态系统的影响作用。 目前国内生态学研究已经越来越重视干扰生态学在生态学中的作用，干扰生态 学活跃于生态学的各个领域的研究n9 1 ，可运用于对生物多样性的研究、生态环境监 管，预测方面、生态灾害防范整治方面n 引，已经成为一种可以广泛应用的研究学科。 3 硕士学位论丈 m a s t e r + st h e s i s 许多植物群体和物种与干扰对植物群落和物种更新方面有着不可替代的作用具 它们之前有密切联系和作用关系，我国学者彭少麟表示过这样的观点乜，“干扰作 为生命系统的结构、动态和景观格局的基本塑造力，它不但影响了生命系统的本身， 也改变了生命系统所处的环境系统”。生态学者邬建国也给出了生态学干扰的概念 z 2 1 ：生态学干扰是指发生在一定地理位置上，对生态系统结构造成直接损伤的、非 连续性的物理作用或事件。周道玮和祝廷成，在实验基础上提出了“0 - 1 ”干扰生 态理论，阐述总结了干扰因子是如何发挥作用，分析了作用的规律，并提出了划分 环境因子的方案，总结了干扰因子之所以存在发生的最佳三原则n 7 1 。 1 3 研究目的和意义 1 3 1 研究内容 本文的主要研究内容是包括以下几个方面： ( 1 ) 探讨流域内人为干扰与土地利用覆盖变化的相互关系： ( 2 ) 研究流域内土地利用覆盖变化与生态环境演变的相互关系； ( 3 ) 分析流域内人为干扰活动产生对生态环境造成的影响。 ( 4 ) 实际对汉江流域农田生态系统的研究。 1 3 2 研究意义 随着人类活动的日益加剧，我国生态方面的问题，如过度砍伐造成的水土流失、 过度放牧造成的草体退化，土地荒漠化、农药的不当使用造成的土壤污染、耕地质 量不断退化，从而导致农用地生态系统不断恶化，直接造成了土地生产力和农产品 品质下降，对社会经济，人民生活发展都产生了及其不利的影响。因此，开展农用 地生态安全评价已经具有非常现实的意义。然而就目前众多研究来看，通常对农用 地的评价是以农田生产力为标准进行的，从生态学角度，以农用地的生态安全为标 准进行的评价还比较少。文章通过对农用地生态安全评价进行探讨，对揭示生态系 统在人类干扰下的退化过程及其机制、探讨如何进行退化生态系统的恢复和重建具 有重要的理论和实践意义，可以以正确的方法对人为干扰对农业地产生的不良影响 进行有效的防治。 1 4 研究的技术路线和方法 1 4 1 研究的技术路线 本文拟采取以下技术路线来阐述文章的思路。( 图1 - 1 ) 4 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 遥感影像土地利用数据库统计数据野外调查 l 1r 数据融合、数据处理分析 r 。人为十扰理论j7 【l u c c厂i 生态安全理论 r l u c c 的生态效应 图卜1研究的技术路线 1 4 2 研究方法 本文采用的研究方法主要有文献资料法、实地考察法、数理计算统计法和对比 研究法。 ( 1 ) 文献资料法：通过对国内外近年来的文献资料和科研成果的学习参考，了 解目前国内国际的研究现状，确定文章研究的目的，并找寻可靠的理论依据。为本 文的研究提供可参考的例证和方法。 ( 2 ) 实地考察：对研究区生态系统中的生态现状进行实地地考察观测、记录； 收集关于研究区的自然，生态，历史上及现状的相关资料。 ( 3 ) 数理统计法：在结合相关的理论资料基础上，通过合理的数理计算方法， 对要进行的研究以实际的数据结果加以统计说明。 ( 4 ) 对比研究法：对研究区1 9 9 5 年和2 0 0 0 年的各种指标的变化情况而导致的 相应的生态安全变化结果进行分析。 5 硕士学位论文 m a s t e r st i i e s i s 2 理论与方法 2 1 生态安全理论 健康的生态系统是拥有良好功能的系统，在受到部分影响和破坏的情况下，通 过自身稳定的结构功能，能够有效地缓解这种影响带来的破坏，维持其原有的稳定 性和状况。同时健康的生态系统应当是有益于人类的，为人类提供健康的环境，干 净的空气，无危害的食物和饮水。在生态环境遭到污染破坏时，依然能够保证人类 生产生活的安全和正常进行。而当人的生活生产、饮食起居都受到生态环境带来的 压力和威胁时，那么这种生态系统就是不安全的了。 从生态学的观点来看，一个生态系统，不仅仅是大自然中的生态系统，也包括 因人类参与而产生的人工生态系统等，上到全球性的，下及在很小范围内的一个微 生物群落，都可以成为一个生态系统。安全的生态系统不仅仅是指它在一定的时间 范围内，面对威胁压力能够维持自身功能稳定有秩序的能力，也指这个生态系统所 能惠及人类的能力。因此，安全的生态系统应当是一个能够满足人类生存、社会发 展、自然稳定三者和谐有序发展的统一体。 随着时代的发展，人口的增长速度加快和社会经济的高速膨胀，人类活动对环 境造成的压力越来越大，人地矛盾正在逐步加剧。虽然早在上世纪中叶，环境问题 就已经引起了国际上许多学者的关注，在生态环境的维护和保持工作工作上，也收 到了很多成效，但是各种各样的环境问题还是层出不穷，洪涝灾害、全球变暖、极 地冰川融化导致海平面上升、生物物种逐渐减少。这些环境问题，在很大程度上已 经威胁到了人类生存安全。整个世界的环境生态还是不可逆转的朝着一个差的方向 前进，全球环境正处在一个持续恶化的过程中。 因此，从个人到社区到辖区到国家，息息相关的安全问题都面临着生态环境恶 化带来的危害。生态安全关系着人类生存各个方面的安全稳定，它影响着一个国家 的稳定，经济的持续发展蓬勃，甚至是一个国家的国防安全，它是其他安全的基本 条件，直接作用于社会的繁荣与可持续发展，因此保持生态安全、环境安全以此维 系促进人类社会以及经济的可持续发展等已成为全球人类的普遍共识。 2 1 1 生态安全的定义 生态安全的定义从上世纪七十年代以来就被提及，并且受到讨论。但是一直没 有形成一个统一的定论，什么是生态安全? 迄今为止，因为它深远的内涵和整体的 复杂性，人们对这一概念依旧在讨论研究中。 通常，我们把生态安全的定义分为广义的生态安全和狭义的生态安全。 狭义的生态安全通常是指一个健康稳定的生态系统是稳定的，在受到威胁时能 6 硕士学位论丈 m a s t e r st i i e s i s 维持自己的组成状态并保持正常的状态。是指自然的生态系统的健康状况及这个生 态系统对人类生产生活造成了怎样的影响。它是对人类生存状况的一种保障程度的 反映。 广义的生态安全是指一个由自然，社会，经济等多方面组成的，由人类活动与 自然生态状况相互作用的一个复合体。指人类在生活所需，即食物，空气，水，生 长环境及人类生产活动所需的物质来源，运输条件等，这些与人类息息相关的部分， 不受到生态环境带来的改变，不因环境污染造成危害，能有效调节资源短缺与人类 需求之间的矛盾，能保证经济的可持续发展，能保证一个国家的正常运转，能维护 一个国家的国防安全。 2 0 0 0 年我国国务院发布的全国生态环境保护纲要指出；“生态安全是国 家安全和社会稳定的一个重要组成部分。 主要包括的内容有防止因为环境生态状 况恶化造成的人民正常生活的困难，防止因资源短缺造成的产业产值下降而导致的 社会经济退化，防止因生产，居住环境退化以及经济问题导致的人民矛盾及这种矛 盾造成的社会动荡。 2 1 2 生态安全定义的局限 生态安全定义存在着以下的局限，一方面，通常情况下所说的生态安全是指在 某一区域及某一环境状态下的生态健康状况及它所惠及人类的反馈是否是安全可 靠的。，但这一情况通常只适应于特定的那种生态环境，而研究并没有重视生态安全 的地域性和动态性。生态安全应当是随着时间的推移，随着环境的改变而不断地发 生着动态变化的一个过程，而不仅仅是一种状态。另一方面，生态系统的恢复能力 在研究中受到广泛的重视，这也成为衡量一个生态系统是否安全的一个因素。但人 们往往忽略了，在某些特定的环境下，生态系统自身所具有无法适应这一环境的脆 弱性和针对这种环境产生的极其容易改变的敏感性。 2 1 3 生态安全的内涵 生态安全具有针对性、整体性、地域性等特点，其内涵十分丰富。 ( 1 ) 生态安全是以满足人类生活生存需要的能力为衡量标准的。它由众多的因 素构成，这些因素共同影响生态安全的状况，但是一个不安全的生态系统只需要其 中一个因子对人类的生存发展造成威胁。只有人类所需要的这些环境因子都拥有很 高的质量，那么这个生态系统才是安全的。同时，人类的生存生活环境离不开一个 健康的生态环境，在人与自然相处的过程中，人类作用与自然生态，同时也离不开 自然生态。它是人类发展不可缺少的一个重要条件和基础。 ( 2 ) 生态安全也是一个相对的动态的概念。没有一个生态系统是绝对安全的。 硕士学位论文 m a s t e r st 1 1 e s i s 在不同的环境下，生态系统的评价标准都不同。在环境发生变化的情况下，生态系 统带给人类的反馈则会发生改变。对人类的安全程度也会随之改变。生态安全的众 多因素在特定的环境下可以通过定量的方式进行评价。 ( 3 ) 生态安全是一个动态概念。一个要素、区域和国家的生态安全不是一劳永 逸的，它可以随环境变化而变化，反馈给人类生活、生存和发展条件，导致安全程 度的变化，甚至由安全变为不安全。 ( 4 ) 生态安全在一个地区带来的生态灾难并不一定会对另一地区造成威胁。这 种状况不是普遍存在的。这说明生态安全是具有地域性的，针对不同的地区，生态 系统是否安全都是要进行具体对应评价的。 ( 5 ) 生态系统的威胁主要来自于人类生存发展过程中的活动，人类对生态环境 造成破坏，反过来，生态环境也把这种破坏带来的影响反馈给人类。但是被破坏的 生态系统并不是不能改变的，通过一定的关注和投入，生态系统通过人类的调控、 整治措施，可以转化为安全的生态系统。 2 2 人为干扰理论 一般意义上的干扰被认为是对平静的打破，使得正常的秩序或者进程中断或者 不稳定。在自然界中，对于平静的打破无处不在，干扰时刻地在影响着自然界物质 和能量的交流和转换，左右着生态系统的演变和发展。在普通生态学中，干扰被理 解为因为人类的生产生活，或者自然界突发事件，如火山、地震形成的干扰体对自 然环境所造成的各种影响。历史上许多学者对于干扰的定义不尽相同，例如t u r n e r 认为干扰是在时间序列上不连续时间对于生物群落、种群或者生态系统的破坏，并 改变其内部的物质能量交换、结构单元的适宜性晗钔。而p i c k e t t 对于干扰存在的范 围理解比较开放，他认为干扰是一个偶然发生的不可预知的突发事件，其作用范围 不仅仅是在生态系统，而是存在于不同时间和空间尺度上的自然现象口引。生物学家 m o o n e y 对于干扰的提出了一个更为精准的量化标准，他不仅提出了干扰作用的对 象，而且对其存在的大小确定了一个参照的量值。他认为干扰事件的发生作用于一 个生态系统，并导致生态系统内部的种类多样性、物质能量流动、生物量、垂直和 水平结构等性状特征产生波动，且该波动超出系统本身的承受能力，各个生物因子 超出了其变化的正常范围，同时我们也可以对该干扰事件的类型、强度大小、频率 和作用时间进行量化来衡量乜副。综合以上各家观点我们不难看出，干扰所作用的对 象是生态系统，它改变了系统的组分、结构和功能，使之处于一种过渡的状态。正 是这种来自自然或者人类的外力作用，打破了生态系统的稳定性，造成其景观格局 的变化，最终的结果是造成生态系统的发展，演替口引。 8 硕士学位论丈 m a s t l 三r st f i e s i s 从干扰所产生的动力来讲，可分为人为干扰和自然干扰。 首先，从当今社会来讲，人为干扰是作用最广泛，持续时间最长，累积作用效 果明显的。人为干扰的方式多种多样，其作用的时空尺度可大可小，它主要包括人 类的生产生活等行为对自然环境所造成的各种影响，此种影响会对生态系统产生有 利或者有害的影响，前者造成了生态系统的顺行演替，后者则为逆行演替。例如在 一片森林上进行毁林开荒，此种干扰行为就从根本上毁灭了原有的生态系统，其物 种群落则彻底被农田生态群落所代替，物质和能量的迁移方式发生彻底改变。同时， 此种行为还有可能对当地的造成水土流失，气温升高，并诱发泥石流、山体滑坡等 一系列环境变化，所以人为干扰有一定的潜在危害和不确定性。因此，系统的研究 人类干扰所产生的方式、机理、强度以及其变化规律有很强的现实意义。 自然干扰是指直接来自于自然界的外力作用，具有突发性和不可抗拒的特点。 突发性的剧烈天气变化，例如暴雨会导致山洪暴发，洪水泛滥；突发的严寒冰雪天 气会使部分生物资源冰冻致死。来自地球内部营力的火山地震会是山河改变，当地 乃至更大范围生态系统、人类社会产生毁灭性的打击。当然并非所有的自然干扰都 是突发性的，长期缓慢的干扰作用依然会产生巨大的环境变化。例如周期性的气候 变化会对生态系统分布，结构功能产生明显的影响。历史上冰期和间冰期的交替出 现，使地球上的森林、草地、沙漠等生物资源的分布，数量以及内部组分产生了明 显的变化。自新生代以来的青藏高原的隆起经历的7 0 0 0 多万年的时间，这种缓慢的 地质变化对于中亚大陆的干燥和青藏高原南侧的湿润、以及高原内部的高寒气候具 有巨大的贡献。 人类干扰更多的体现在其长期性和累积性；而自然干扰表现更为突出的是其不 可抗性。但是两者作用的最终意义是一致的，最终导致的生态系统的革命性改变。 从干扰产生的原因来说可以分为内源干扰和外源干扰。 从干扰的作用力可以分为物理干扰化学干扰和生物干扰。 从干扰造成的影响来说，可以分为增益性干扰和破坏性干扰。 人为干扰及自然干扰在大多数的情况下都是会对自然生态系统造成危害性的 影响的，所不同的是，人为干扰通常是人类对自然环境的不合理利用，对自然规律 的忽视所造成的，这种干扰在人的控制和重视下，通过合理的调节和治理手段是可 以控制并恢复原有状态的。而自然干扰，在大多数情况下是无法恢复自然生态系统 原有状态的，如地震，森林大火带来的影响和变化都是不可逆转的。 然而，干扰在某些情况下，又是有益于生态系统的，如合理科学的农田土地整 理，可以使原有的农田生态系统得到合理配置利用，有利于增强土壤肥力，有利于 9 硕士学位论文 m a s t e r st i i e s i s 粮食增产，在某些程度上，也增加了物种的多样性。 作为作用在生态系统上的一种来自人或自然的外力，生态系统时必然会发生 转变的，但这种转变究竟是有益于生态环境还是给生态环境造成危害，这取决于这 种干扰的强度和方式啪1 。若是因为人为干扰对生态环境造成了破坏，那么就应该通 过合理科学的手段，对生态环境进行补偿，恢复其原有的机制，使其造福人类。 2 3 农田生态安全 2 3 1 农用地概念的界定 农用地啪1 是指直接用于农业生产的土地，包括耕地、养殖用地、经济林地、灌 溉水域等。它是由自然生态系统众多要素包括气候、土壤、植被、动物、微生物等 组成的整体。是以人类生产农产品为主的，促进人类生产与自然环境相一致的和谐 统一体。 2 3 2 农用地生态系统的性质 ( 1 ) 复杂性。 农用地既要用作与农业生产，又要与外部大环境生态系统保持一致，内部包含 了一种复杂的物质能量传递交换过程，农用地生态系统要保证其良好的农产品生产 经济效应，又要保证其符合自然生态系统的和谐状态。因此是一个复杂的生态系统。 ( 2 ) 整体性。 农用地生态系统是由多种因素构成的统一体，它的整体性表现在任何一种因素 都对整个生态系统有其功用，正是多种因素相互作用，才产生了整个生态系统。但 同时，其中任何一种因素的缺失，并不会改变生态系统的整体性，不会因为少了哪 一个而产生巨变。但是如果改变的因子逐渐增多，生态系统的整体性就会受到影响。 ( 3 ) 稳定性。 稳定性表现为农田生态系统在一定得时间内，区域内，所拥有的生产力是稳定 的，不易改变的。但是这是在一定时间范围内的稳定，并不是恒久不变的，随着时 间和区域性的变化，这种稳定并不是永恒的。 ( 4 ) 适应性。 农田生态系统拥有自身对环境改变而产生的调节和适应能力。当生态系统某一 环节遭到破坏时，只要在调节的范围内，生态系统都会维持其原有的状态和形式， 并不会因为这种破坏产生很大的变化。 ( 5 ) 历时性。 农田生态系统是人地关系的反应，它的历史性表现在随着人类活动的不断加 剧，农田垦殖不断加重，农药污染、土地盐碱化类似事件随时间的推移不断增多， 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st i i e s i s 农田生态系统的稳定性是会遭到破坏的，农田生产力会随时间的推移，而逐渐降低 恶化。 2 3 3 农用地生态现状 我国人口众多，土地利用率高，随着城市化进程不断加剧，农用地逐步被占据， 农用地在各种用地中所占比重较低。因为庞大的人口数量，人均占有耕地则更少。 而农用地中的耕地质量较差，因农药等产生的污染导致农田生产力下降，中低产田 比重高达7 3 啪3 。由于大面积的水土流失，造成土壤表层肥沃的部分不断随之流 失，土壤肥力正在严重的下降。因为土壤肥力的下降，化肥又被大量的使用，这直 接导致农用地土壤的污染，土壤肥力再次下降。正是这种因一方面的缺失而产生的 另一种极不科学的不久方式，导致了这种状况严重的恶性循环。土壤肥力和农田生 产力一直处在下降的状态中。 就目前的研究调查来看，我国国土面积近百分之二十的土地已经是沙漠化的土 地，其中有部分沙化的土地已经处在无法挽回的边缘。也有部分的土地，如果加以 重视和努力，还是可以逐渐恢复成为原有的可利用地的模样。更大一部分的土地， 处于正在沙漠化的过程中，导致土地沙漠化的原因主要是对土地的利用不当，在我 过西北地区，由于知识和经验的缺失，近一半以上的农用地出现了退化的迹象，有 些甚至已经严重退化，在人们的忽视下，已逐步成为荒漠。另外土壤盐渍化也成为 农用地退化中一个较明显的问题。土地盐渍化主要是由于在农耕个，采用了及其不 合理的方式，例如大水漫灌。盐渍化的土地，是无法有高量的产出的，甚至所产出 的农作物，质量也会有一定程度的降低。严重的情况下，土地就会失去它原有的生 产力，无法产出作物。 另外，由于工业与城市的发展，大量的废水废气废物被排出，这些污染源直接 或间接的通过河流，空气等被运送到农业区，而在农耕地区，农药化肥等也都一定 程度的对农用地造成了污染汹1 。农用地一方面面对目前严重的水土流失，土地肥力 下降，土地盐渍化，土壤污染这些重大的问题，另一方面我国众多的人口又对农用 地的产出有这极高的需求。为了解决这严重的矛盾，改变恶化的生态状况，对农用 的生态安全问题的评价受到十分迫切的需要。 硕士学位论丈 m a s t e r st l l e s i s 3 汉江流域人为干扰对生态环境的影响 3 1 研究区概况 汉江发源于秦岭南麓，流经陕西湖北两省，是长江最长的支流，与武汉汇入长 江，全长共1 5 5 7 公里，流域面积为1 5 9x1 0 4 平方公里，丹江口以上为上游，丹江 口至钟祥之间为中游，钟祥以下为下游。汉江流域地处中纬度亚热带气候区，地势 上处于我国二三级阶梯的交界处1 。区内气候温暖湿润，夏无酷暑，冬无严寒，是 较为典型的北亚热带气候区。 本文研究区汉江流域下游地区位于湖北省境内，属于土地利用中农用地面 积宽广，耕地面积广阔的地区( 图3 1 、图3 2 、图3 3 、图3 4 ) 。研究区包括武汉 市、天门市、荆门市、潜江市、仙桃市、应城市、汉川市。 武汉地形以平原为主，兼有少量低山丘陵以及岗地，是棉花和蔬菜产区， 因其丰富的水资源环境，盛产水稻和鱼。 天门市地处鄂中腹地江汉平原，地理位置优越，素有棉花之乡的美誉。 荆f - j 市地处荆山向江汉平原过渡地带，农林牧渔矿产资源都十分丰富。 潜江，地上盛产粮棉油，地下富藏油气盐，素称“鱼米之乡。 仙桃市以耕地水域为主要土地类型，以种植粮食经济作物和水产养殖为 主，辅以园林生产。 应城境内地势平坦，河湖密布，物产丰饶是全国优质米生产基地、商品粮 大市，也是国家重点农业综合开发区之一。 汉川农业基础雄厚，产业化特色鲜明，已建成四十万亩优质粮油、二十五 万亩双百棉、四十万亩蔬菜、三十万亩水产养殖基地，是全国农业示范区。 研究区内农业自然资源丰富，类型多样，是我国发展综合生态农业和农业多种 经营的基地和全国重要的粮、棉、油基地口射。鉴于到资料收集的原因，本文研究区 以汉江下游农用地利用范围较大的城市为生态安全的评价对象，对生态环境安全状 况的确定，农用地的可持续利用发展，汉江下游农村、城市经济发展有着很重要的 促进作用。 图32 研究区2 0 0 0 年土地利用格局现状图 图33 研究区1 9 9 5 年土地利用强度指数等级分级图 国34 研究区2 0 0 0 年土地利用强度指数等级分级图 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 2 数据来源与处理 3 2 1 数据来源 ( 1 ) 基础数据其中包括地图各个边界，行政界限，地形图等，均取自于长江 流域地图册，比例尺为l ：1 0 0 万。 ( 2 ) 统计数据均取自湖北省统计年鉴( 1 9 9 6 年) 和湖北省统计年鉴( 2 0 0 1 年) 。 ( 3 ) 遥感影像数据取得不同时间多幅影像中辐射效果最佳的影像，来源是中国 科学院测量与地球物理研究所作为一个专题解译的影像，分别是1 9 9 5 年，2 0 0 0 年按 标准地图分幅的l a n d s a tt m 影像 3 2 2 数据处理 常规数据处理常规地图处理：