浙江省生態(tài)安全格局時空演變特征及其影響因素

周介元, 孟麗紅, 吳紹雄, 王青蕓

(1.贛南師范大學(xué) 地理與環(huán)境工程學(xué)院, 江西 贛州 341000;2.中國地震局地質(zhì)研究所, 北京 100029; 3.贛南師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院, 江西 贛州 341000)

由于人類的過度開發(fā)，原有的自然環(huán)境遭到破壞，從而嚴(yán)重影響了社會發(fā)展的進(jìn)程[1]，生態(tài)安全問題成為研究的焦點(diǎn)[2]。生態(tài)安全包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)健康[3]，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用[4]。生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升、生態(tài)安全格局構(gòu)建等在黨的十九大報(bào)告中確定為國家戰(zhàn)略內(nèi)容[3]。目前，國內(nèi)各學(xué)者多采用驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)[5]，驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—暴露—響應(yīng)[6]，狀態(tài)—壓力—響應(yīng)等[7]模型構(gòu)建指標(biāo)體系，以熵權(quán)法[8]、層次分析法、生態(tài)足跡等[9]進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而對區(qū)域的生態(tài)安全進(jìn)行綜合性評價(jià)。譚華清等[10]通過最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局，為南京市生態(tài)安全可持續(xù)發(fā)展提供參考；葉鑫等[11]通過優(yōu)化評估與預(yù)警方法模型來完善生態(tài)安全格局管理的決策支持系統(tǒng)；袁媛等[12]運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法對南昌市遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀類型變化分析，構(gòu)建景觀生態(tài)安全評價(jià)模型，對南昌市景觀生態(tài)安全進(jìn)行了評價(jià)；呂廣斌等[13]基于DPSIR-EES模型構(gòu)建區(qū)域土地生態(tài)安全評價(jià)體系，分析研究了重慶市土地生態(tài)安全狀況及時空分異；王振波等相關(guān)學(xué)者[14-16]通過建立PSR生態(tài)安全指標(biāo)體系，依據(jù)生態(tài)安全各項(xiàng)綜合指數(shù)及提取的關(guān)鍵因素，論證京津冀城市群的生態(tài)安全格局；就浙江省而言，熊秀海[17]根據(jù)浙江省遙感數(shù)據(jù)影像，對景觀生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)和分析。20世紀(jì)80年代初期，國外研究人員開始關(guān)注并研究生態(tài)安全建設(shè)[18]。Malin Falkenmark等[19]學(xué)者將人類的生產(chǎn)生活與生態(tài)安全結(jié)合進(jìn)行深入分析和研究。Ferretti等[20]從自然環(huán)境、生物、人口壓力3個因素構(gòu)建了生態(tài)廊道適宜性的評價(jià)指標(biāo)體系，反映出廊道適宜性水平；Foltête等[21]學(xué)者基于Graphab軟件采用最小費(fèi)用路徑的研究方法，分析各因素對生態(tài)環(huán)境的影響程度。許多學(xué)者把生態(tài)安全與社會發(fā)展融入?yún)^(qū)域建設(shè)，以構(gòu)建合理健康的生態(tài)安全格局[22-23]。

浙江省的資源和能源始終是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的短板，城市化進(jìn)程中被破壞的生態(tài)環(huán)境也制約了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。研究和分析浙江省的生態(tài)安全格局，不僅可以促進(jìn)浙江省生態(tài)安全建設(shè)，也可以保障長江經(jīng)濟(jì)帶的全局發(fā)展。本文基于2009年以來11個城市10 a面板數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)”生態(tài)安全指標(biāo)體系，采用熵值法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，并計(jì)算PSR分項(xiàng)指數(shù)，運(yùn)用GIS空間分析對浙江省生態(tài)安全的時空格局進(jìn)行全面分析，采用因子分析法提取主要影響因素，分析各因子對生態(tài)環(huán)境的影響程度，為進(jìn)一步解決浙江綠色發(fā)展問題提供思路。

1 研究區(qū)概況

浙江省地處中國東南沿海，介于118°01′—123°10′E和27°02′—31°11′N，陸域面積1.06×105km2。浙江省有杭州市、溫州市、湖州市、寧波市、嘉興市、紹興市、臺州市、舟山市、金華市、衢州市、麗水市11個城市，其中省會城市為杭州。該省總?cè)丝跒? 737萬人，城鎮(zhèn)人口比重為68.9%。2018年，浙江省國內(nèi)生產(chǎn)總值為56 197.2億元，人均GDP為9.79萬元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為4.4∶47.7∶47.9?？焖俪擎?zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程給浙江省造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染，制約了社會發(fā)展，亟需對浙江省的生態(tài)安全狀況進(jìn)行全面分析和探討。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文涉及2009—2018年浙江省11個城市的人口密度、城鎮(zhèn)化率、水資源總量等24個指標(biāo)數(shù)據(jù)，主要來源于2010—2019年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》及各市統(tǒng)計(jì)年鑒、國家數(shù)據(jù)網(wǎng)、國家統(tǒng)計(jì)局、浙江生態(tài)環(huán)境廳、環(huán)境監(jiān)測等官方網(wǎng)站。

2.2 研究方法

2.2.1 構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系 在指標(biāo)的選取中遵循全面性、科學(xué)性、可操作性、時效性等原則，分別從經(jīng)濟(jì)社會、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境建設(shè)、環(huán)境管理4個方面進(jìn)行細(xì)化指標(biāo)選取。經(jīng)濟(jì)社會包含人口、人均用水量、工業(yè)總產(chǎn)值、GDP等；環(huán)境質(zhì)量包含城市綠化率、水資源總量、工業(yè)“三廢”排放量等；環(huán)境建設(shè)包含城市污水處理率、生活垃圾無害化處理率、工業(yè)廢棄物循環(huán)利用率等；環(huán)境管理包含工業(yè)“三廢”處置率、企業(yè)排放達(dá)標(biāo)率等。在參考王振波[14]、董曉峰等[24]學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合主成分分析法篩選了涵蓋了經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境、資源等多方面的24個指標(biāo)，構(gòu)建了“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 浙江省生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系

2.2.2 熵值法計(jì)算權(quán)重 熵值法是一種確定客觀權(quán)重的方法，它主要基于通過指標(biāo)傳遞給決策者的信息量來確定權(quán)重[24]。指標(biāo)的離散程度由熵值來判斷，離散度越高，指標(biāo)對綜合評價(jià)的影響越大。現(xiàn)浙江省各市有m年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每一年中反映浙江省各市生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)有n個，設(shè)為矩陣：

對于正向型的指標(biāo)：

(1)

對于逆向型的指標(biāo)：

(2)

(1) 各指標(biāo)所占比重

(3)

式中：Pij為第i個評估指標(biāo)占該項(xiàng)指標(biāo)的比重，n為該項(xiàng)指標(biāo)的個數(shù)。

(2) 求熵值

(4)

式中：k=1/lnn。

(3) 計(jì)算權(quán)重

(5)

式中：ωij=1-eij，m為參評指標(biāo)種類的個數(shù)。

2.2.3 構(gòu)建評價(jià)模型 采用綜合評價(jià)法構(gòu)建“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)”生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，對浙江省的生態(tài)安全狀況進(jìn)行定量評價(jià)。其評價(jià)模型為[24]：

(6)

式中：S為綜合評價(jià)指數(shù)；Wi為第i個評價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重值；rij為其無量綱化值；n為評價(jià)指標(biāo)的總個數(shù)。

評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對不同地域有不同的適用性。本文根據(jù)研究區(qū)域近年的生態(tài)環(huán)境狀況，在參考董曉峰[24]、謝亦欣[25]、韓雅琴等[26]學(xué)者的研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合熵值法的計(jì)算方法及生態(tài)安全綜合評價(jià)指數(shù)結(jié)果，本文將生態(tài)安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的取值確定在0～0.20之間，并劃分5個等級(表2)。生態(tài)安全指數(shù)越接近0.20，城市生態(tài)環(huán)境狀況越趨于安全狀態(tài)；指數(shù)越接近0，越趨于不安全狀態(tài)。

表2 浙江省生態(tài)安全綜合指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 浙江省2009-2018年生態(tài)安全綜合指數(shù)及PSR分項(xiàng)指數(shù)變化趨勢

2009—2018年浙江省生態(tài)安全綜合指數(shù)整體呈波動上升狀態(tài)，但波動幅度小且上升較緩慢(圖1)。2009—2014年生態(tài)安全指數(shù)緩慢上升，其中2011年有小幅下降。2005年，“綠水青山就是金山銀山”首次在浙江省安吉縣提出，展現(xiàn)健康生態(tài)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的積極作用，指引浙江省走上生態(tài)與經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展道路。2014—2016年綜合指數(shù)快速提升，反映浙江省生態(tài)質(zhì)量有大幅提升，并在2016年為最高值，之后又有所下降，表明2013年提出的“五水共治”以及一系列固廢污染防治方案取得顯著效果。PSR分項(xiàng)指數(shù)的壓力指數(shù)總體呈下降趨勢，2009年以來，“三大國家戰(zhàn)略”的啟動，制造業(yè)智能化以及“811”生態(tài)文明建設(shè)，人口、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境壓力不斷緩和。狀態(tài)指數(shù)總體呈上升趨勢，顯示了浙江省生態(tài)環(huán)境具有較高的承載力，工業(yè)廢氣、廢水和固體廢棄物的排放不斷減少，城市綠化覆蓋率不斷增加，浙江省努力維持生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會的平衡發(fā)展。響應(yīng)指數(shù)持續(xù)穩(wěn)定提高，體現(xiàn)了“兩山”理論的正確性。

3.2 不同城市生態(tài)安全綜合指數(shù)的時間變化趨勢

2009—2018年浙江省11個城市生態(tài)安全的演變趨勢除杭州市略有下降外，其余10個地市呈上升趨勢(圖2)。湖州市上升最為明顯，2014年湖州地區(qū)成為我國首個生態(tài)文明先行示范區(qū)，生態(tài)環(huán)境狀況在建設(shè)中逐漸轉(zhuǎn)好；其中舟山、溫州、麗水地區(qū)的生態(tài)安全綜合指數(shù)值呈先下降再提升的V字形趨勢，表明2009年以來的工業(yè)化，城鎮(zhèn)化給城市的生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，在2015年后生態(tài)環(huán)境的安全狀況在嚴(yán)格的生態(tài)規(guī)劃和管制下穩(wěn)步提升。臺州、金華和嘉興的生態(tài)安全綜合指數(shù)呈直線上升趨勢，表明三市在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中注重對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。衢州和湖州地區(qū)呈先提升后下降再提升的N字形趨勢；寧波地區(qū)在2015年生態(tài)安全指數(shù)達(dá)到全省近10 a的最高值，杭州市是生態(tài)安全綜合指數(shù)唯一呈下降的城市，因其為浙江省的省會城市，人口壓力，土地壓力等成為杭州重要的生態(tài)環(huán)境問題，應(yīng)對難度大，質(zhì)量提升不明顯?？傮w上，浙江省的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量增幅較大，但仍需不斷完善生態(tài)環(huán)境保護(hù)法制法規(guī)，創(chuàng)新綠色發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)一步提升。

圖1 浙江省2009-2018年生態(tài)安全綜合指數(shù)及PSR分項(xiàng)指數(shù)變化趨勢

3.3 浙江省2009-2018年生態(tài)安全格局時空演變特征

2009—2018年浙江省生態(tài)安全時空演變格局如圖3所示。從圖3可以看出，2009年浙江省生態(tài)安全整體等級不高，呈現(xiàn)“南高北低”的空間格局。2009—2012年，北部杭州、嘉興、湖州、金華地區(qū)由臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為較安全狀態(tài)，但麗水和舟山地區(qū)分別由安全狀態(tài)和較安全狀態(tài)降為臨界安全狀態(tài)。浙江省在2008年大力促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，推動高新技術(shù)發(fā)展，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵大眾積極參與節(jié)能減排事業(yè)。2012—2015年寧波和臺州地區(qū)由臨界安全狀態(tài)分別提升為安全狀態(tài)和較安全狀態(tài)，表明2010年以來，寧波市在以“美麗寧波”作為城市發(fā)展的目標(biāo)定位和價(jià)值取向中取得可持續(xù)的生態(tài)環(huán)境安全發(fā)展態(tài)勢，同時臺州市在“治水”和“治氣”兩大治理中改善了城市的生態(tài)環(huán)境狀況。2015—2018年麗水、溫州和衢州地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)入較安全狀態(tài)，湖州、寧波和舟山地區(qū)處于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)越的領(lǐng)先地位，浙江生態(tài)環(huán)境總體進(jìn)入較安全狀態(tài)。當(dāng)前，浙江省總體生態(tài)安全等級較安全，但生態(tài)安全問題仍然存在，各地方政府要綜合考慮地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r，相互借鑒，相互合作，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。

圖2 浙江省2009-2018年城市生態(tài)安全綜合指數(shù)變化趨勢

圖3 浙江省2009-2018年生態(tài)安全格局時空演變特征

3.4 浙江省生態(tài)安全的影響因素分析

結(jié)合PSR各分項(xiàng)指數(shù)，分析影響浙江省生態(tài)安全的因素。使用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和巴特利特球形度檢驗(yàn)[12]，KMO檢驗(yàn)值為0.683，大于閾值0.5，巴特利特檢驗(yàn)值為0.004 3，小于閾值0.01，適合對指標(biāo)進(jìn)行因子分析。在對24個指標(biāo)進(jìn)行主要因子提取后，5個新因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)度水平達(dá)94.087%?；诜讲顦O大值法對影響因素進(jìn)行降維處理，對因子載荷矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣(表3)。

其中因子1對城鎮(zhèn)化率、人口自然增率、工業(yè)總產(chǎn)值、人均生產(chǎn)總值、人均能耗、人均公共綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、工業(yè)粉塵回收率、第三產(chǎn)業(yè)比重、生活垃圾無害化處理率，專利授權(quán)量、污水集中處理率、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入具有較高載荷，因子2對GDP增長率、恩格爾系數(shù)、城鎮(zhèn)居民消費(fèi)水平指數(shù)有較高的載荷，因子3對人均日用水量、工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)廢氣物綜合利用率、就業(yè)率有較高的載荷，因子4對全年環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)有較高的載荷，因子5對水資源總量有較高的載荷?；谏鲜鼋Y(jié)果，將5個因子總結(jié)為城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會發(fā)展、工業(yè)發(fā)展、水資源條件。

表3 生態(tài)安全影響因子正交旋轉(zhuǎn)成分矩陣

采用SPSS 25.0軟件對上述5個因子進(jìn)行多元線性回歸分析，F(xiàn)檢驗(yàn)值為15.214，顯著性小于0.05，說明可接受該回歸模型。計(jì)算結(jié)果詳見表4。從表4中看到城鎮(zhèn)化、社會發(fā)展、水資源條件對生態(tài)安全具有顯著正相關(guān)。“十二五”以來，面對浙江省城鎮(zhèn)化滯后于工業(yè)化、城鄉(xiāng)戶籍、環(huán)境污染等問題。浙江省各市穩(wěn)步推進(jìn)“人的城市化”，實(shí)施新型城市化戰(zhàn)略?！叭鹨桓摹?、“五水共治”、“雙清”行動持續(xù)推進(jìn)，統(tǒng)籌安排全省生產(chǎn)、生活和生態(tài)發(fā)展空間。面對水資源總量豐富，但人均水資源不足問題，浙江省劃分水功能區(qū)和水環(huán)境功能1 133個，控制各市污染量排放，實(shí)現(xiàn)全省污水排放達(dá)標(biāo)率達(dá)到100%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)發(fā)展對生態(tài)安全呈負(fù)相關(guān)，主要原因是隨著浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和工業(yè)化水平的不斷提升，化工、印染、電鍍、有色等行業(yè)的發(fā)展在其中起著重要作用，但同時也消耗了大量的自然資源，破壞了生態(tài)環(huán)境?！墩憬…h(huán)境狀況公報(bào)》顯示由于煤炭和石油的燃燒，全省酸雨污染較嚴(yán)重，江河干流局部存在不同程度污染，城內(nèi)和污染更為嚴(yán)重。

表4 各提取因子的偏回歸方程系數(shù)矩陣

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

(1) 從時間上看，浙江省在2009—2018年這10 a間，生態(tài)安全狀況在小幅波動中逐步改善。國家與地方提出的生態(tài)規(guī)劃，對浙江省生態(tài)安全綜合指數(shù)的提升具有階段性特征，表明還需進(jìn)一步完善生態(tài)規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)該省的生態(tài)安全格局得到持續(xù)穩(wěn)定的提升。

(2) 從空間上來看，浙江省絕大部分城市的生態(tài)安全綜合指數(shù)明顯上升，11地市生態(tài)安全狀況差異減小。南北生態(tài)安全綜合指數(shù)變化的差異也較為明顯，北方城市以地形較為平坦且受到省會輻射影響，而南方城市以丘陵為主限制交通，使得生態(tài)安全綜合指數(shù)較南方先下降也先上升。

(3) 浙江省生態(tài)安全影響因素結(jié)果分析顯示，城鎮(zhèn)化、社會發(fā)展、水資源條件對生態(tài)安全具有顯著正相關(guān)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)發(fā)展對浙江生態(tài)安全呈負(fù)相關(guān)。面對日益趨緊的資源和有限的生態(tài)環(huán)境承載力，要借鑒“跳出浙江發(fā)展浙江”的理念，實(shí)現(xiàn)浙江產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

4.2 建 議

(1) 浙江省政府及各地方部門要綜合分析國家總體戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展現(xiàn)狀，因地制宜規(guī)劃生態(tài)建設(shè)，確保形成健康穩(wěn)固的生態(tài)安全總體格局。

(2) 要加強(qiáng)對浙北地區(qū)的水源涵養(yǎng)和水污染防治工作，努力推進(jìn)封山育林和退耕還林，以工業(yè)園等工業(yè)集聚為突破口，培育企業(yè)污染治理新模式。

(3) 分布于浙南地區(qū)的麗水市、溫州市、臺州市、金華市等要加強(qiáng)協(xié)作，加強(qiáng)水系源頭水源涵養(yǎng)和生物多樣性的保護(hù)，出臺相關(guān)法律政策，維護(hù)野生動植物，合理劃定自然保護(hù)區(qū)。在此基礎(chǔ)上充分利用自然生態(tài)資源，大力發(fā)展生態(tài)旅游，構(gòu)建“生態(tài)+產(chǎn)業(yè)”利益聯(lián)結(jié)機(jī)制，促進(jìn)浙南地區(qū)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。