基于PSR模型的城市生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)——以福建省三明市為例

郭　閩, 黃　鵬, 何天友, 陳凌艷, 鄭郁善

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002)

基于PSR模型的城市生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)——以福建省三明市為例

郭閩1, 黃鵬2, 何天友1, 陳凌艷1, 鄭郁善1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002)

摘要:運(yùn)用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”概念模型分析福建省三明市生態(tài)安全程度以及空間分布規(guī)律.通過(guò)構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇出20個(gè)指標(biāo)，采用熵值法和層次分析法計(jì)算權(quán)重.研究主導(dǎo)城市生態(tài)安全的關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境要素，評(píng)價(jià)2004年至2013年城市生態(tài)安全現(xiàn)狀及趨勢(shì).結(jié)果表明，三明市的城市生態(tài)安全基本處于穩(wěn)定、上升趨勢(shì)，安全等級(jí)較高.

關(guān)鍵詞:生態(tài)安全; PSR; 熵權(quán)法; 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

收稿日期：2014-02-26修回日期：2014-09-12

作者簡(jiǎn)介:郭閩(1989-)，女，碩士研究生.研究方向:園林規(guī)劃.Email:578928862@qq.com.通訊作者鄭郁善(1960-)，男，教授，博士生導(dǎo)師.研究方向:園林規(guī)劃.Email:zys1960@163.com.

中圖分類(lèi)號(hào):X171.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-5470(2015)01-0090-06

Abstract:The ecological security level and spatial distribution rules of Sanming City of Fujian Province were analyzed by the concept model of “press-state-response”. 20 indexes were selected by constructing the evaluation system of ecological safety, and the weight was calculated by the methods of entropy weight and hierarchy analysis. The critical indexes dominating urban ecological security were studied, and the urban ecological security of Sanming City from 2004 to 2013 was evaluated. The result showed that Sanming′s ecological security was increasingly improving, and the security level was high.

Urban ecological safety dynamic evaluation based on PSR model——

taking Sanming City of Fujian Province as an example

GUO Min1, HUANG Peng2, HE Tian-you1, CHEN Ling-yan1, ZHENG Yu-shan1

(1.College of Landscape Architecture; 2.College of Forestry, Fujian Agriculture

and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Key words: ecological security; PSR; entropy weight method; dynamic evaluation

生態(tài)系統(tǒng)健康的整體水平和完整性不受威脅，稱(chēng)為生態(tài)安全[1].城市生態(tài)系統(tǒng)是在自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人為干擾而建立起來(lái)的人工生態(tài)系統(tǒng)，它相比于其他生態(tài)系統(tǒng)，具有明顯的脆弱性和對(duì)人為干預(yù)的高度依賴(lài)性等特點(diǎn).同時(shí)，城市生態(tài)安全是國(guó)家生態(tài)安全的關(guān)鍵，存在較高人口壓力、環(huán)境壓力、能源消耗壓力等問(wèn)題[2]，因而維護(hù)城市生態(tài)安全對(duì)于國(guó)家生態(tài)安全有著不可替代的作用[3-4].目前，對(duì)于生態(tài)安全的研究是以區(qū)域性的生態(tài)描述和生態(tài)評(píng)價(jià)為主,對(duì)于特定某個(gè)城市生態(tài)安全研究還不夠完善，存在評(píng)價(jià)方式較為單一、過(guò)于主觀等問(wèn)題[5-7]，且不能反映出城市生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化.

為了評(píng)價(jià)城市生態(tài)安全的水平，本文采用聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)合作署提出的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(PSR)概念模型[5]，構(gòu)建城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系.根據(jù)PSR模型，壓力層是人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的不當(dāng)響應(yīng)或結(jié)果，包括人類(lèi)的生產(chǎn)生活行為、建筑、交通等因素.狀態(tài)層是生態(tài)環(huán)境對(duì)于壓力的表現(xiàn)形式和反應(yīng)，具體表現(xiàn)為大氣質(zhì)量、生態(tài)多樣性等.響應(yīng)層是對(duì)壓力的反應(yīng)以及減小壓力所帶來(lái)的負(fù)面效果.本研究以福建省三明市為例進(jìn)行城市生態(tài)安全狀態(tài)的分析，建立能夠客觀反映地區(qū)生態(tài)狀況的評(píng)價(jià)體系.

1研究區(qū)概況

三明市位于福建省中部，地處北緯25°30′-27°07′，東經(jīng)116°22′-118°39′.地形以中低山及丘陵為主，北西部為武夷山脈，中部為玳瑁山脈，東南角依傍戴云山脈.溫暖濕潤(rùn)，四季分明，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，動(dòng)植物資源豐富.由于海西建設(shè)的快速推進(jìn)，三明市的交通區(qū)位得到極大提升，并逐步成為福建省連接中部地區(qū)的重要通道樞紐.

2研究方法

2.1　評(píng)價(jià)體系的建立及數(shù)據(jù)來(lái)源

城市生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)主要基于以下兩方面數(shù)據(jù)：一、評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要是基于其目的性、整體性和代表性，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[5-10]，選擇20個(gè)能夠代表三明市特色的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1)；二、2004-2013年三明市經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)氣象數(shù)據(jù)[11-13]，個(gè)別缺失的數(shù)據(jù)通過(guò)均值法取得.

圖1　三明市生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系

2.2　單項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算

2.2.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化熵是度量不確定性的指標(biāo)，根據(jù)不確定性大小的變化而變化，因此可以用熵值來(lái)判定指標(biāo)的離散程度.對(duì)于某些不能單純用數(shù)值大小來(lái)判斷的指標(biāo)(如降水量)，以最適宜值為參照，即1981-2010年30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)比較對(duì)應(yīng)指標(biāo)與參照值之差的絕對(duì)值來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[10].

(1)

若選擇的指標(biāo)因子為成本型指標(biāo)(負(fù)向)，則依據(jù)下式計(jì)算：

(2)

2.2.2熵值法的權(quán)重計(jì)算將標(biāo)準(zhǔn)化后的矩陣Y={yij}m×n按下式進(jìn)行計(jì)算.根據(jù)下式，第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值e表示為：

(3)

第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重W表示為：

(4)

2.2.3層次分析法構(gòu)權(quán)通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型來(lái)進(jìn)行層次分析法構(gòu)權(quán).層次分析法是為避免單純的定性分析所造成的誤差，對(duì)建立的評(píng)價(jià)模型按照1-9標(biāo)度法將所選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，參考專(zhuān)家意見(jiàn)以及相關(guān)資料，根據(jù)其重要性程度構(gòu)建判斷矩陣；自上而下，將隸屬于同一層的因素進(jìn)行對(duì)比之后，形成一個(gè)n維的判斷矩陣.

(5)

2.3　城市生態(tài)安全等級(jí)

根據(jù)上述方法得出城市生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Si，對(duì)所得的生態(tài)安全指標(biāo)因子進(jìn)行生態(tài)安全等級(jí)的劃分，從而劃定城市生態(tài)安全的等級(jí)，以便于采取相應(yīng)的對(duì)策[4-6].

城市生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Si表示如下：

(6)

2.4　城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)

通過(guò)線性插值法獲得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，使得評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值不集中在某個(gè)閾值內(nèi)，而是分散在0到1之間，能夠?yàn)榫C合指數(shù)的量化分級(jí)提供條件.由于某些評(píng)價(jià)因子無(wú)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)值，因而難以計(jì)算出城市生態(tài)安全的標(biāo)準(zhǔn)值.本文采取趨勢(shì)法對(duì)三明市近10 a的生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Si進(jìn)行評(píng)價(jià).

2.4.1趨勢(shì)分析因?yàn)槌鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)處于不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化之中，其生態(tài)系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性特征，因而評(píng)估城市生態(tài)系統(tǒng)安全需在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)才有意義[13].如圖2所示，僅從狀態(tài)上分析，T2點(diǎn)處于不斷惡化的下降趨勢(shì)，T3點(diǎn)則處于一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的趨勢(shì)，T4點(diǎn)位于拐點(diǎn)上，而T5點(diǎn)處于不斷上升的趨勢(shì).可見(jiàn)，要客觀評(píng)價(jià)一個(gè)城市在發(fā)展過(guò)程中的某一段時(shí)間的生態(tài)安全，不能僅針對(duì)某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行分析，而需要給定一個(gè)時(shí)間的尺度Δt.通過(guò)在Δt內(nèi)的安全評(píng)價(jià)值的斜率K(Δt)來(lái)反映這段時(shí)間內(nèi)生態(tài)安全程度的變化趨勢(shì).由于城市生態(tài)系統(tǒng)處于不斷變化之中，可以通過(guò)擬合漸近線來(lái)反映其變化趨勢(shì).

表2　城市生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2　城市生態(tài)安全的變化趨勢(shì)Fig.2　Change trend of urban ecological security

2.4.2動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)必須建立在系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上[14-16].從圖2可知，城市生態(tài)安全體現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)展方向和時(shí)間段2個(gè)方面，必須結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和系統(tǒng)狀態(tài)得出客觀的評(píng)價(jià).

本研究將趨勢(shì)分析與狀態(tài)評(píng)價(jià)相結(jié)合，利用城市生態(tài)安全系統(tǒng)的狀態(tài)變量A(t)以及城市生態(tài)安全系統(tǒng)的趨勢(shì)變量K(Δt)來(lái)評(píng)價(jià)，將城市生態(tài)安全分為安全級(jí)別和不安全級(jí)別.當(dāng)城市生態(tài)系統(tǒng)處于安全級(jí)別且發(fā)展趨勢(shì)良好時(shí)，判定為安全系統(tǒng)；若系統(tǒng)處于安全級(jí)別但發(fā)展趨勢(shì)處于不安全級(jí)別(狀態(tài)中上)，則定義為不穩(wěn)定安全系統(tǒng)；若系統(tǒng)處于安全級(jí)別但發(fā)展趨勢(shì)處于不安全級(jí)別(狀態(tài)中等及以下)，則判斷為不安全系統(tǒng)；當(dāng)城市生態(tài)系統(tǒng)處于不安全級(jí)別且趨勢(shì)向不安全方向發(fā)展，則判斷為惡化的不安全系統(tǒng)；若系統(tǒng)處于不安全級(jí)別但趨勢(shì)向安全方向發(fā)展，則判斷為可改善的不安全系統(tǒng)[17-18].

3結(jié)果與分析

3.1　三明市城市壓力指數(shù)的變化

2004-2013年壓力指數(shù)在0.1283到0.2913之間波動(dòng)，數(shù)值總體偏低，于2010年達(dá)到最低值.2013年的壓力指數(shù)為0.2141，比2004年的低0.2556.這主要是由于在這10 a中三明市新建城區(qū)面積增長(zhǎng)了77.89%，城市化率增長(zhǎng)了11.5個(gè)百分點(diǎn)，人口自然增長(zhǎng)率維持在5%以上，同時(shí)工業(yè)“三廢”排放量長(zhǎng)期穩(wěn)定在較高值.說(shuō)明三明市人口增長(zhǎng)的壓力、城市化進(jìn)程的加速對(duì)城市生態(tài)環(huán)境仍有較大影響.

3.2　三明市城市狀態(tài)指數(shù)的變化

狀態(tài)指數(shù)在近10 a呈現(xiàn)震蕩上升趨勢(shì)，從2004年的0.0556上升到2013年的0.1711，年均增幅達(dá)3.24%.表明三明市城市生態(tài)環(huán)境狀態(tài)正在逐漸好轉(zhuǎn).這主要是由于市區(qū)空氣質(zhì)量達(dá)到二級(jí)和優(yōu)于二級(jí)所占的全年天數(shù)百分比由2004年的68%上升到2013年的98.3%；建成區(qū)綠化覆蓋率也常年維持在40%以上，而人均公園綠地面積也增長(zhǎng)了近5 m2；同時(shí)，自然災(zāi)害也是導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)指數(shù)波動(dòng)的因素之一.2011年南方各省遭受50 a來(lái)最嚴(yán)重的旱災(zāi)，直接影響到當(dāng)年的全年降水量，這也表現(xiàn)在當(dāng)年的狀態(tài)指數(shù)明顯低于前后2 a，為近10 a的第2個(gè)低值.

3.3　三明市城市響應(yīng)指數(shù)的變化

響應(yīng)指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為近10 a來(lái)污水處理率、生活垃圾無(wú)害化處理率2項(xiàng)指標(biāo)持續(xù)呈上升態(tài)勢(shì)，工業(yè)固體廢物綜合利用率也穩(wěn)定在一個(gè)較高水平.同時(shí)，公共交通狀況也有較大幅度改善，三明市運(yùn)營(yíng)公交車(chē)總數(shù)由2004年的251輛增長(zhǎng)到2013年的333輛.此外，三明市對(duì)水土流失的治理工作也取得一定成效，年均水土流失面積減少近6000 hm2.自2011年以來(lái)，響應(yīng)指數(shù)穩(wěn)中有升，于2013年達(dá)到最高值(0.2047)，較2004年的0.0435增長(zhǎng)了470.57%.

3.4　三明市城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的相關(guān)性分析

從圖4可看出，2004-2013年，人均地區(qū)生產(chǎn)總值、人口自然增長(zhǎng)率、市區(qū)空氣質(zhì)量和城市生活污水處理等指標(biāo)對(duì)于三明市城市生態(tài)安全有著較大影響.這也表明提高對(duì)上述因素的調(diào)控和投入，有助于提升三明市城市生態(tài)安全狀態(tài).

圖3　2004-2013年三明市生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

圖4　各指標(biāo)與城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性分析Fig.4　Correlation analysis between indicators and ecological security assessment index of Sanming City

3.5　三明市城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的變化及預(yù)測(cè)

三明市的城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)整體呈現(xiàn)“S”型上升趨勢(shì)，且上升幅度較大，從2004年的不安全等級(jí)(0.3547)上升到2013年的較安全等級(jí)(0.5899).在此過(guò)程中，指數(shù)在2007年前后出現(xiàn)反復(fù)，由2007年的較安全等級(jí)(0.5493)下降到2008年的不安全等級(jí)(0.4362).從圖5可以看出三明市城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)自2010年后呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，據(jù)此可以預(yù)測(cè)未來(lái)城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)仍處于上升趨勢(shì)，安全級(jí)別及發(fā)展趨勢(shì)良好，所以判斷為安全系統(tǒng).

4小結(jié)

本文通過(guò)合理選擇生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用熵值法和層次分析法求權(quán)重，并對(duì)2004-2013年三明市城市生態(tài)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià).

圖5　三明市城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)變化趨勢(shì)分析

本研究結(jié)果表明.

(1)三明市的壓力指數(shù)總體水平不高，但城市生態(tài)壓力由于人口、建成區(qū)面積等問(wèn)題并沒(méi)有得到減輕；城市狀態(tài)指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，但因自然災(zāi)害等問(wèn)題使得其上升趨勢(shì)出現(xiàn)震蕩；城市響應(yīng)指數(shù)因在環(huán)境治理上的投入和重視而呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的趨勢(shì).

(2)從總體上看，三明市城市生態(tài)系統(tǒng)整體趨勢(shì)趨于好轉(zhuǎn)，地區(qū)生產(chǎn)總值、人口增長(zhǎng)率、空氣質(zhì)量和污水處理是影響三明市生態(tài)系統(tǒng)安全的重要指標(biāo).

(3)三明市城市生態(tài)安全呈“S”型上升趨勢(shì)，可以預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)其城市生態(tài)安全將處于穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，并由此判定三明市城市生態(tài)安全屬于安全級(jí)別.

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(責(zé)任編輯:葉濟(jì)蓉)