延吉市城市自然生態(tài)安全評價

趙小娜，　李大威，　高　然，　李明玉*

(1.延邊大學理學院地理系，吉林 延吉 133002;2.延邊農(nóng)業(yè)環(huán)境保護與農(nóng)村能源管理站，吉林 延吉 133002)

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延吉市城市自然生態(tài)安全評價

趙小娜1，李大威2，高然1，李明玉1*

(1.延邊大學理學院地理系，吉林 延吉 133002;2.延邊農(nóng)業(yè)環(huán)境保護與農(nóng)村能源管理站，吉林 延吉 133002)

摘要：本文基于S-PRD模型，以水、大氣、土地、生物子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立延吉市城市自然生態(tài)安全評價指標體系，運用UNES指數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法對延吉市2006—2013年的自然生態(tài)安全狀況進行評價并探討期間影響延吉市自然生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的主導因素。結(jié)果表明：延吉市自然生態(tài)安全狀況整體上在不斷改善；研究期間影響延吉市綜合生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的主導因素是調(diào)控；在各子系統(tǒng)中，影響延吉市生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的具體要素是水系統(tǒng)中的壓力、大氣系統(tǒng)中的調(diào)控、土地系統(tǒng)中的調(diào)控和生物系統(tǒng)中的壓力。該研究可為延吉市未來生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善和生態(tài)安全規(guī)劃管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：S-PRD模型；灰色關(guān)聯(lián)度分析；生態(tài)安全評價；延吉市

城市化日益威脅著區(qū)域生態(tài)環(huán)境，“生態(tài)安全”一詞日益受到國內(nèi)外學者的關(guān)注[1-3]。大多學者認為生態(tài)安全是由自然、經(jīng)濟、社會組成的復合生態(tài)安全系統(tǒng)[4]。就研究區(qū)域來看，國外生態(tài)安全研究注重全球或國家層面，范圍較大[5]；而國內(nèi)生態(tài)安全研究注重區(qū)域、城市、縣域?qū)用?，范圍較小。就研究內(nèi)容來看，國外早期學者主要研究生態(tài)環(huán)境威脅和政治、經(jīng)濟、民族、軍事、國家、全球化的關(guān)系[6]，近年來開始對海岸帶、群島[7-8]等生態(tài)安全進行研究；國內(nèi)學者則主要研究三峽庫區(qū)、濕地、土地、城市[9-11]等生態(tài)安全問題。就評價指標體系來看，應用最成熟的模型為“壓力-狀態(tài)-響應”( P-S-R)[12]框架模型，還有學者依據(jù)PSR模型改進的DSP、DPSIR等模型[13-14]。就評價方法來看，目前具有代表性的評價方法有生態(tài)足跡法、空間統(tǒng)計學法、景觀生態(tài)學法和綜合指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)法等[15-19]。

已有的城市生態(tài)安全評價研究忽視了自然生態(tài)作為人類社會經(jīng)濟發(fā)展重要載體的特征，內(nèi)容過于寬泛，且研究大多從正向角度關(guān)注城市生態(tài)安全問題，所建立的評價指標體系不能很好地反映城市自然生態(tài)安全作用因果關(guān)系機理。本文結(jié)合UNES指數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法，研究延吉市2006—2013年各項統(tǒng)計指標數(shù)據(jù)，構(gòu)建能夠反映延吉市自然生態(tài)安全作用因果關(guān)系的S-PRD評價概念模型，從逆向思維對其自然生態(tài)安全動態(tài)變化特征進行評價，并探究影響其2006—2013年自然生態(tài)安全的主導因素。本研究的意義主要在于對延吉市自然生態(tài)安全進行客觀、合理地評價，不僅掌握了延吉市自然生態(tài)安全狀況，而且找到了影響其生態(tài)不安全的主導因素，為延吉市政府及有關(guān)部門實現(xiàn)城市環(huán)境管理與保護起到理論支撐，同時豐富該領(lǐng)域的研究。

1研究區(qū)及數(shù)據(jù)

延吉市是延邊朝鮮族自治州的首府，位于42°50′～43°12′N，129°01′～129°48′E，長白山北麓，吉林省東部。延吉市除西側(cè)外3面環(huán)山，中部相對平坦，地形屬于盆地，地勢南低北高，平均海拔150 m。延吉市屬于溫帶半濕潤氣候，因位于高緯度，氣候呈大陸性特點，春季干燥，夏季溫熱，秋季涼爽，冬季寒冷。

根據(jù)《延吉市統(tǒng)計年鑒》、《延邊州年鑒》、《延吉市環(huán)境狀況公報》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》 、《延吉市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》等相關(guān)統(tǒng)計資料，收集2006—2013年間水、大氣、土地、生物、社會經(jīng)濟系統(tǒng)等各項生態(tài)安全評價指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并對其生態(tài)安全評價指標數(shù)據(jù)進行整理和處理，最終得到2006—2013年延吉市自然生態(tài)安全評價指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)。

表1　延吉市城市自然生態(tài)安全評價指標體系

續(xù)表1　延吉市城市自然生態(tài)安全評價指標體系

2延吉市生態(tài)安全評價

2.1生態(tài)安全模型的建立

本文逆向關(guān)注生態(tài)不安全狀態(tài)及導致其產(chǎn)生的因素。導致“城市自然生態(tài)不安全狀態(tài)”產(chǎn)生的原因主要是以下3個要素相互綜合作用的結(jié)果：1) 破壞生態(tài)、污染環(huán)境等對自然產(chǎn)生的壓力(P)；2) 對污染治理、生態(tài)修復和資源管理等生態(tài)不安全問題的調(diào)控(R)；3) 社會經(jīng)濟系統(tǒng)自身經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和土地利用變化等外部驅(qū)動(EXD)?；谏鲜龇治?，本研究把水、大氣、土地、生物作為延吉市城市自然生態(tài)安全的4個子系統(tǒng)[20]，綜合分析這4個自然系統(tǒng)的不安全狀態(tài)(S)、在城市化進程中受到的生態(tài)環(huán)境脅迫(P)、人類對生態(tài)安全問題的調(diào)控措施(R)以及社會經(jīng)濟發(fā)展的外部驅(qū)動(EXD)，分析在這些要素相互作用下的延吉市城市自然生態(tài)安全特征，從而建立S-PRD(insecure ecological state-press-regulation-external driving force生態(tài)不安全狀態(tài)-壓力-調(diào)控-外部驅(qū)動)評價模型對延吉市自然生態(tài)安全進行評價。

2.2評價指標體系的構(gòu)建與權(quán)重的確定

從城市自然生態(tài)安全問題發(fā)生的載體來看，主要體現(xiàn)在水、大氣、土壤和生物等4大圈層，基本上能夠體現(xiàn)出城市自然生態(tài)安全受到威脅的情況。本文基于此從延吉市的地域特點出發(fā),同時咨詢相關(guān)專家，選擇了能夠反映其生態(tài)安全特征的指標，最終以水、大氣、土地、生物4大圈層子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立一個包含3個層次、50項指標的延吉市自然生態(tài)安全評價指標體系(表1)。分別用熵值法和變異系數(shù)法計算出各指標的權(quán)重，再把二者平均值作為最終的指標權(quán)重值[21]。

2.3UNES分要素指數(shù)

結(jié)合延吉市自然生態(tài)安全的實際狀況，利用2006—2013年UNES(urban natural ecological security)指標數(shù)據(jù)，構(gòu)造UNES分要素指數(shù)，分析和評價延吉市分要素自然生態(tài)安全動態(tài)演變特征。

式中，yj為生態(tài)系統(tǒng)第j個分要素指數(shù)值；aij為第j個分要素第i個指標的權(quán)重；Xij為第j個分要素第i個指標的指標值。

2.4UNES綜合指數(shù)

因4個系統(tǒng)的生態(tài)安全水平同等重要，在此對4系統(tǒng)賦予同樣權(quán)重，構(gòu)造UNES綜合指數(shù)，分析和評價延吉市總體自然生態(tài)安全動態(tài)演變特征。

式中，Zk為第k個UNES綜合指數(shù)值；ysk為第s個子系統(tǒng)的第k個分要素指數(shù)值。

2.5灰色關(guān)聯(lián)度分析方法

灰色關(guān)聯(lián)度分析法能夠較精確地找出各種變化因素與參考因素之間的關(guān)聯(lián)性，這種關(guān)聯(lián)性用關(guān)聯(lián)度代表。關(guān)聯(lián)度大表明比較因素與參考因素相關(guān)性較高，相反則表明相關(guān)性較弱。本文運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法探討影響延吉市自然生態(tài)不安全狀態(tài)的主導因素，旨在為其以后的生態(tài)管理提供科學依據(jù)。步驟如下：

2) 計算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)。灰關(guān)聯(lián)系數(shù)公式為:

ζ是分辨系數(shù)，范圍是[0，1]，一般按最少信息原理取為0.5，即ζ=0.5。

3) 計算灰關(guān)聯(lián)度?；谊P(guān)聯(lián)度公式為：

3結(jié)果與分析

3.1延吉市分要素指數(shù)時間變化特征

根據(jù)2.3公式計算出延吉市2006—2013年生態(tài)安全各分要素的具體指數(shù)(表2)，將各分要素指數(shù)做成折線圖，其變化趨勢見圖1～4。

表2　各分要素具體指數(shù)值(2006—2013年)

圖1　水系統(tǒng)生態(tài)安全分要素評價值(2006—2013年)

由圖1可知，水系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)評價值在2006—2010年持續(xù)上升，2010—2013年逐漸下降。壓力評價值在整個研究期內(nèi)波動下降且年際變化幅度較大。調(diào)控評價值雖在2011—2013年有所下降，但是其評價值基本高于另外二者的評價值。這表明，延吉市水系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)由惡化向緩慢狀態(tài)改善，壓力對延吉市水系統(tǒng)生態(tài)安全的威脅整體上也在降低，之所以出現(xiàn)較大的變化幅度，是因為延吉市這幾年的降水量年際變化比較大，導致人均日生活用水量和城市污水排放量均受到影響，好在有較強的調(diào)控力度，如污水處理廠對工業(yè)廢水排放達標要求嚴格、生活污水的處理較好，這才降低了延吉市的壓力評價值，同時也使延吉市水系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)有所改善。

圖2 大氣系統(tǒng)生態(tài)安全分要素評價值(2006—2013年)

由圖2可知，大氣系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)評價值在研究期間有小的波動。壓力評價值在2006—2011年明顯上升，隨后到2013年有所下降，但整體上比2006年上升很多。調(diào)控評價值始終處于絕對高位狀態(tài)，基本圍繞1.7上下波動。這表明，延吉市大氣系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)基本穩(wěn)定，但壓力對延吉市大氣系統(tǒng)生態(tài)安全的威脅在不斷加強，這是因為隨著城市化的進行，工業(yè)廢氣、煙塵總的排放量在不斷增加，加之東北地區(qū)生活取暖的需要，導致大量的煤炭煙塵排放，再者隨著延吉市私人汽車擁有量的急速上升，汽車尾氣排放量也在加大，這些都導致了延吉市可吸入顆粒物濃度的加大，也就是所謂的霧霾現(xiàn)象嚴重。延吉市大氣系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)基本穩(wěn)定，主要原因在于強有力的大氣污染處理，如太陽能等清潔能源的使用、煙塵排放控制、市內(nèi)綠化帶的構(gòu)建等在很大程度上除塵降噪。

圖3　土地系統(tǒng)生態(tài)安全分要素評價值(2006—2013年)

由圖3可知，土地系統(tǒng)不安全狀態(tài)評價值在2006—2007年基本穩(wěn)定，2007—2013年形成3個波動周期，但相比2006、2007年整體是上升的。壓力評價值雖在2012—2013年稍微下降，但整體上高位上升。調(diào)控評價值在2006—2010年穩(wěn)定上升，2010—2013年緩慢下降。這表明，延吉市土地系統(tǒng)的生態(tài)不安全狀態(tài)不穩(wěn)定，比2006、2007年惡化，壓力對延吉市土地系統(tǒng)生態(tài)安全威脅非常大。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因為延吉市這幾年的年降水變化比較大，導致延吉市耕地有效灌溉得不到保證，旱澇保收面積在降低，降低了延吉市土地生產(chǎn)力水平，增加了其土地的脆弱性。加之農(nóng)藥化肥過量使用，加重了土壤污染，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加，都給延吉市土地資源造成負荷。雖然近些年延吉市環(huán)保局加大了對土地污染的治理，如強制每村建立固定垃圾池，為每村配發(fā)一輛垃圾車來收回和處理生活垃圾，但是因村民環(huán)境保護意識弱，收到的效果不盡如意。

圖4　生物系統(tǒng)生態(tài)安全分要素評價值(2006—2013年)

由圖4可知，生物系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)評價值

在緩慢上升，但上升幅度不大。壓力評價值在2006—2011年基本穩(wěn)定，但在2011—2012年快速上升，又在2012—2013年快速下降。調(diào)控評價值始終高位波動上升。這表明，延吉市生物系統(tǒng)生態(tài)不安全狀態(tài)稍微有點惡化趨勢，但不嚴重，而壓力對延吉市生物系統(tǒng)生態(tài)安全的威脅也不嚴重，2012年除外。延吉市內(nèi)有帽兒山國家森林公園、人民公園、清水公園、青少年游園等公園，市內(nèi)綠化建設(shè)比較好，有較高的森林覆蓋率，而且建成區(qū)內(nèi)綠化也很好，人均公共綠地面積比較大，這都說明延吉市注重生物生境的保護和恢復。2012年延吉市生物系統(tǒng)生態(tài)安全壓力值之所以變化突出，是因為這一年延吉市水產(chǎn)品產(chǎn)量比往年大，對周圍的生境造成干擾。

3.2延吉市綜合指數(shù)時間變化特征

根據(jù)2.4公式計算出延吉市2006—2013年的生態(tài)安全綜合指數(shù)(表3)，其變化趨勢見圖5。

表3　生態(tài)安全綜合指數(shù)值(2006—2013年)

圖5　生態(tài)安全綜合評價值(2006—2013年)

由圖5可知，延吉市生態(tài)安全綜合指數(shù)值在2006—2012年不斷上升，雖在2012—2013年稍有

下降，但其生態(tài)安全綜合指數(shù)值整體上是增加的。生態(tài)不安全狀態(tài)綜合評價值、壓力綜合評價值基本保持不變。雖然調(diào)控綜合評價值也是基本保持不變，但其始終保持較大值。外部驅(qū)動綜合評價值在波動上升。這表明，延吉市自然生態(tài)安全狀況整體在不斷改善。隨著經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，延吉市逐漸加大科學技術(shù)、環(huán)境保護方面的投入，如加大對大污水處理廠的財政補貼、村鎮(zhèn)垃圾回收車輛的配發(fā)、綠化建設(shè)、環(huán)保意識宣傳等，在環(huán)境保護、社會發(fā)展和人民生活等方面取得了較大發(fā)展，延吉市生態(tài)安全狀況逐漸得到改善，整體上呈現(xiàn)出較為良好的發(fā)展態(tài)勢。

3.3灰色關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)2.5公式分別做了基于綜合指數(shù)的壓力P、調(diào)控R、外部驅(qū)動力EXD和基于分要素指數(shù)的壓力Pi、調(diào)控Ri、生態(tài)不安全狀態(tài)Si與綜合生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰色關(guān)聯(lián)度計算(表4)。

表4　生態(tài)安全分要素灰關(guān)聯(lián)度(2006—2013年)

由表4可知，綜合指數(shù)壓力P、調(diào)控R、外部驅(qū)動EXD與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值從大到小排序為：R>EXD>P。就是綜合指數(shù)調(diào)控P和綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的相關(guān)性最高，其次是綜合指數(shù)外部驅(qū)動EXD，最后是綜合指數(shù)壓力P。這表明，影響延吉市綜合生態(tài)不安全狀態(tài)S產(chǎn)生的主導因素是調(diào)控。這并不等于說水環(huán)境污染、水資源不合理利用、大氣污染物排放、土壤污染、土地資源負荷、生境干擾等各個子系統(tǒng)壓力因素不足畏懼，而是說在這些環(huán)境問題產(chǎn)生前和產(chǎn)生后，一定要注重對這些環(huán)境問題的預防和及時處理，也要加大對這些環(huán)境問題的科技和財力的投入。

從各子系統(tǒng)分要素指數(shù)壓力Pi、調(diào)控Ri、生態(tài)不安全狀態(tài)Si和綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值比較來看，水系統(tǒng)中壓力P1與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值最大，大氣系統(tǒng)中調(diào)控R2與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值最大，土地系統(tǒng)中調(diào)控R3與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值最大，生物系統(tǒng)中壓力P4與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值最大?；疑P(guān)聯(lián)度越大，二者相關(guān)性越高，這表明，在各子系統(tǒng)分要素中，具體影響延吉市生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的分要素為：水系統(tǒng)中的壓力、大氣系統(tǒng)中的調(diào)控、土地系統(tǒng)中的調(diào)控、生物系統(tǒng)中的壓力。基于此，建議延吉市環(huán)境保護的相關(guān)部門注重對水環(huán)境廢水污染、水資源不合理利用、大氣污染治理、土地污染治理、生境干擾等內(nèi)涵所包括的具體指標可能引起的環(huán)境問題加以預防和治理，希望此結(jié)果能作為將來延吉市生態(tài)安全規(guī)劃管理、環(huán)境保護的理論依據(jù)和借鑒。

4討論與結(jié)論

本文基于S-PRD模型，運用UNES要素指數(shù)法和灰關(guān)聯(lián)分析法對延吉市2006—2013年自然生態(tài)安全進行評價并探究影響延吉市2006—2013年生態(tài)不安全狀態(tài)的主導因素。

1) 2006—2013年延吉市自然生態(tài)安全狀況不斷改善。隨著經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，延吉市逐漸加大科學技術(shù)、環(huán)境保護方面的投入，如加大對大污水處理廠的財政補貼、村鎮(zhèn)垃圾回收車輛的配發(fā)、綠化建設(shè)、環(huán)保意識宣傳等，在環(huán)境保護、社會發(fā)展和人民生活等方面取得了較大發(fā)展，延吉市生態(tài)安全狀況逐漸得到改善，整體上呈現(xiàn)出較為良好的發(fā)展態(tài)勢。

2) 研究期間影響延吉市綜合生態(tài)不安全狀態(tài)S產(chǎn)生的主導因素是調(diào)控。綜合指數(shù)壓力P、調(diào)控R、外部驅(qū)動EXD與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值中，調(diào)控R與綜合指數(shù)生態(tài)不安全狀態(tài)S的灰關(guān)聯(lián)度值最大，灰色關(guān)聯(lián)度越大，二者相關(guān)性越高，這表明影響延吉市綜合生態(tài)不安全狀態(tài)S產(chǎn)生的主導因素是調(diào)控。

3) 在各子系統(tǒng)分要素中，具體影響延吉市生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的分要素為：水系統(tǒng)中的壓力、大氣系統(tǒng)中的調(diào)控、土地系統(tǒng)中的調(diào)控和生物系統(tǒng)中的壓力。

本文基于S-PRD模型對延吉市自然生態(tài)安全進行了評價研究，以便為延吉市未來生態(tài)安全規(guī)劃管理、環(huán)境保護提供理論依據(jù)和借鑒作用。但本文只從時間入手重點研究其趨勢演變及變化特征，沒有對空間的演變進行分析；且由于個人能力的局限性，只能將影響延吉市生態(tài)不安全狀態(tài)產(chǎn)生的主導因素探索到調(diào)控因素并具體到各子系統(tǒng)的分要素中，但未能再具體到指標層，這有待于深入研究。

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收稿日期：2016-03-10基金項目：國家自然科學基金(41461036)；延邊大學2014年度科技發(fā)展計劃項目資助(602014068)

作者簡介：趙小娜(1987—)，女，河北邯鄲人，在讀碩士，研究方向為城市地理學。李明玉為通信作者， E-mail:leemy@ybu.edu.cn

文章編號：1004-7999(2016)02-0109-08

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.02.004

中圖分類號：X321

文獻標識碼：A

Urban natural ecological security evaluation of Yanji City

ZHAO Xiaona1，LI Dawei2,GAO Ran1，LI Mingyu1*

(1.GeographyDepartment，SciencesCollegeofYanbianUniversity，YanjiJilin133002，China;2.AgriculturalEnvironmentalProtectionandRuralEnergyStationofYanbian,YanjiJilin133002，China)

Abstract：This paper was based on the S-PRD model and the urban natural ecological security evaluation index system of Yanji city was established which was based on water, atmosphere, land and biological subsystem. This paper used the UNES index method and gray correlation degree analysis method to evaluate the natural ecological security status of Yanji city in the year 2006-2013 and discussed the dominant factor which affected the natural ecological insecurity of Yanji City. The results showed that the overall natural ecological security situation of Yanji city was in a continuous improvement. During the study period, the dominant factor which affected the comprehensive ecological insecurity of Yanji City was regulated and controlled. Furthermore, the specific elements which affected the ecological insecurity of Yanji City in each subsystem was the pressure of water system、regulation of atmospheric system、regulation of land system、pressure of biological systems. This study provided a theoretical basis for the improvement of ecological environment quality in Yanji and ecological safety planning and management in the future.

Key words:S-PRD model；grey correlation degree analysis；ecological safety assessment；Yanji City