周文華??王如松
(中國科學院生態(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)近些年來一些學者倡導并延伸了安全的涵義．使其從政治和軍事領域轉向了生態(tài)環(huán)境領域。1989年，國際應用系統(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、基本權利、生活保障來源、必要資源、社會秩序和人類適應環(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，但我們應象應對其它入侵者一樣積極采取措施進行防御，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，具有一定的脆弱性和不穩(wěn)定性。因此，如何加強城市生態(tài)環(huán)境建設及其自身全方位的基礎能力建設，維護城市生態(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，探求維護城市生態(tài)安全的關鍵性生態(tài)環(huán)境要素，并通過對城市生態(tài)安全診斷指標的綜合分析，從時間尺度上評價城市生態(tài)安全的現狀和趨勢，為城市生態(tài)安全的
管理提供科學的依據和指導。
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
????目前國內外生態(tài)評價的模型框架通常有經濟合作發(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，1994)和DSR模型(Driv—ing?forceState．Response；驅動力一狀態(tài)一響應，1996)、Corvalan和他的同事提出的DPSEEA模型(Drivingforce-Pressure．State—Exposure—Effect—Action；驅動力一壓力?狀態(tài)一暴露一影響一響應，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；驅動力一壓力一狀態(tài)一影響一響應)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，自然資源的質和量的變化，以及人們對這些變化的響應，即采取的減少、預防和緩解自然環(huán)境不理想變化的措施?，F以PSR模型為例構建城市生態(tài)安全的評價模型框架(圖1)。
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????其中，壓力定義為①?由人類引起的結果；②人類對自然界不恰當的響應；③不采取行動。在城市生態(tài)安全的評價中主要指標有人口、能源和交通等。狀態(tài)定義為①?壓力的表現；②?響應的有效性。主要指標有大氣、水、土壤和生物多樣性等。響應定義為①?目標為壓力和狀態(tài)；②?適當的響應減少壓力。主要指標有新技術和投資等。
2．2?北京城市生態(tài)安全的關鍵性生態(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合的復合型污染，主要原因有北京的地理環(huán)境三面環(huán)山，污染空氣難以擴散；經常出現逆溫和靜風天氣；煤炭消費量大，煤煙污染重；機動車保有量增加過快，尾氣污染日益嚴重；氣候干燥、建筑施工量大面廣，粉塵污染嚴重。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?。水質方面，全市污水處理率45％(2002年)，加之農藥、化肥過量施用，使地下水、河流、湖泊和水庫嚴重污染，下游河道多為超五類水體?；緵]有生物存活。1997年官廳水庫因上游污染嚴重已經被迫退出飲用供水系統(tǒng)。水自然災害方面：1949年北京先后出現3次水危機，20世紀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，已進入又一相對干旱期，水資源緊缺更加嚴峻。
2．3?北京城市生態(tài)安全評價的指標體系
?????根據上述的PSR模型框架和北京城市生態(tài)安全的關鍵性生態(tài)環(huán)境要素分析，提出北京城市生態(tài)安全評價的指標體系(表1)，共30個指標，其中壓力指標8個，狀態(tài)指標13個，響應指標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，但是已經有許多學者對生態(tài)安全評價方法進行了研究，主要的方法有綜合指數法、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。其中綜合指數法是應用最多的方法，本文以此方法為例對北京城市生態(tài)安全狀態(tài)進行分析。賦權方法采用客觀賦值法一熵值法，熵值法求得的指標權重代表了該指標在指標體系中變化的相對速率，城市生態(tài)安全綜指數用來表述評價對象現狀與目標的符合程度和向目標接近的速度，指數越接近1，就越安全，越接近0，就越不安全。
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2．4．1?數據標準化一線性插值法(Interval?stan—dardization)?評價某城市m?年的城市生態(tài)安全狀況，評價指標體系包括?個指標。
效益型指標(數值越大越好的指標，如城市污水處理率％)標準化方法：
y=(x-xmin)/(xmax-xmin)
????式中xmax為該項指標的最大值，xmin?為該項指標的最小值。
成本型指標(數值越小越好的指標，如Iv類以上水井占監(jiān)測井總數％)標準化方法：
Y?=?1-y
標準化后的數據矩陣為Y?=?{y?}mXn
2．4．2?指標權重對于某項指標，指標值間的差距越大，表明該指標在綜合評價中所起的作用越大，如果差異為零，表明該指標在綜合評價中不起作用。據此原理，根據信息熵計算各指標的權重。
2．4．3?綜合評價指標的確定?城市生態(tài)安全綜合評價指數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準化方法，使評價指標值分散在0～1，而非集中在某閾值內，為綜合指數的量化分級提供了條件，但是由于某些參評因子沒有科學的標準值，如人口數量和密度等，因此很難計算出城市生態(tài)安全的標準值，而人為設定安全標準不免偏頗，所以本文采用趨勢法對北京城市生態(tài)安全的現狀加以評價。
3?北京城市生態(tài)安全評價
?????從評價結果看(圖2)，1996～2002年城市生態(tài)安全綜合指數依次為0．47、0．40、0．49、0．57、0．56、0．59和0．51，呈現出穩(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)安全指數下降的原因主要是空氣污染