基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型的珠海市大萬山島生態(tài)安全評價(jià)研究

彭鵬，李建秋，華丕龍，蘇躍涵，湯德福，盧耀斌，曾翠平，駱海萍，劉廣立

摘要：文章基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）模型構(gòu)建海島發(fā)展的指標(biāo)評價(jià)體系，選取21個(gè)代表性指標(biāo)評價(jià)該地區(qū)生態(tài)安全狀況，對珠海市大萬山島的生態(tài)安全進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，2010—2017年珠海市大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢，2016年安全指數(shù)為0.679，達(dá)到生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”等級。2010—2017年，壓力指數(shù)從0.038升至0.162;由于廢水、廢氣和固體廢棄物排放增加，狀態(tài)指數(shù)在2012—2016年呈現(xiàn)下滑趨勢，從0.194降至0.074;響應(yīng)指數(shù)明顯上升，在2016年達(dá)到最高值0.496，而在2017年又下降至0.352。狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力之間的矛盾突出，大萬山海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞導(dǎo)致各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度失穩(wěn)下滑。

關(guān)鍵詞：壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型;生態(tài)安全;生態(tài)環(huán)境;海島資源;珠海市;大萬山島

中圖分類號(hào)：P76 ;Q149 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1005-9857（2020）07-0049-06

Ecological Security Assessment of Dawanshan Island in Zhuhai Based on PressureStateResponse Framework

PENG Peng1，LI Jianqiu1，HUA Pilong1，SU Yaohan2，TANG Defu2，LU Yaobin2，ZENG Cuiping2，LUO Haiping2，LIU Guangli2

（1.CSG Power Generation Company，Guangzhou 510630，China;2.School of Environmental Science and Engineering，Sun Yatsen University，Guangzhou 510006，China）

Abstract：An index evaluation system based on the “PressureStateResponse” （PSR） framework with 21 representative indicators was constructed and used to evaluate the ecological security situation in the Dawanshan Island in Zhuhai in this study.The results showed that the ecological safety index of Dawanshan Island had been on the rise from 2010 to 2017.In 2016，the security index was 0.679，reaching the “relatively safe” level of ecological security II.The pressure index rose from 0.038 to 0.162 from 2010 to 2017.Due to the increase of wastewater，waste gas and solid waste emissions，the state index showed a downward trend from 2012 to 2016，during this period，the response index increased significantly，reaching the highest value of 0.496 in 2016 and dropped to 0.352 in 2017.The results of situation index showed that the contradiction between the economic development and the ecological environment and security was serious.The over utilization of resources and the ecological environment destruction in the Dawanshan Island resulted in the instability and decrease in the coordination degree of each subsystem.

Key words：Pressurestateresponse framework，Ecological safety，Ecological environment，Island resources，Zhuhai city，Dawanshan Island

0 引言

我國海域遼闊，海岸線漫長，分布著許多海島，海洋自然資源豐富。隨著世界“經(jīng)濟(jì)工業(yè)化”和“社會(huì)城市化”的發(fā)展，生產(chǎn)生活高度集中，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)、教育、文化、科技的發(fā)展[1-3]，海島由于其獨(dú)特的資源價(jià)值而成為世界海洋大國極力開發(fā)的對象[4]，然而其四面環(huán)海且生態(tài)脆弱，環(huán)境遭受干擾破壞后生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)難度較大[5-6]。海島過度開發(fā)利用不僅導(dǎo)致海島資源退化、生態(tài)功能喪失，還會(huì)引發(fā)水域環(huán)境惡化、生物資源減少等問題[7]。因此，開展海島生態(tài)安全狀態(tài)評價(jià)研究，可為海島的有效開發(fā)和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)理論支撐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（pressurestateresponse，PSR）模型包括壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。壓力指標(biāo)描述了人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)的壓力，包括資源和社會(huì)壓力;狀態(tài)指標(biāo)指生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，如生態(tài)系統(tǒng)的活力、組織和恢復(fù)力;響應(yīng)指標(biāo)反映了生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的變化程度，包括人類和生態(tài)系統(tǒng)本身的變化[8-9]。PSR模型被廣泛用于環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)健康與安全研究[10]，如通過對1990—2010年中國杭州灣時(shí)空系統(tǒng)變化的PSR模型分析，結(jié)果表明當(dāng)?shù)氐臐竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)在1990—2000年健康狀況下降，2000—2010年濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能得到恢復(fù)[11]。Ou等[12]基于PSR模型的數(shù)據(jù)分析，提出了我國臺(tái)灣貢寮區(qū)漁業(yè)發(fā)展的合理方案。彭建交等[13]依據(jù)PSR模型，構(gòu)建3個(gè)準(zhǔn)則層和15個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對2015年14個(gè)沿海城市的海洋生態(tài)健康進(jìn)行了評價(jià)。本研究以珠海市大萬山島為例，基于該地區(qū)2010—2017年的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境監(jiān)測等數(shù)據(jù)，開展了利用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型的生態(tài)安全綜合評價(jià)工作。

1 研究區(qū)概況

珠海市大萬山島面積約8.1 km2，大萬山島最高海拔443 m，大萬山島周邊海域曾經(jīng)是廣東省六大漁場之一[14]，有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類200余種，是萬山列島最大的島嶼，地理位置極為重要。大萬山島地勢中間高，四周低，植被多為茂密草叢和灌木，覆蓋率達(dá)60%。大萬山島所在地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，水氣豐富，空氣濕潤。1998年10月大萬山島被批準(zhǔn)成立全國海洋開發(fā)實(shí)驗(yàn)區(qū)，是廣東省人民政府實(shí)施“海洋綜合開發(fā)戰(zhàn)略”中的重要組成部分[15]。由于大萬山島遠(yuǎn)離內(nèi)陸，區(qū)域位置獨(dú)特，海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱，如何平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系是其可持續(xù)發(fā)展所關(guān)注的問題。

2 研究方法

2.1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

大萬山島生態(tài)安全評價(jià)的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型是由人類活動(dòng)作為壓力指標(biāo)，社會(huì)現(xiàn)狀和環(huán)境狀況作為狀態(tài)指標(biāo)，最后通過社會(huì)行為或政府管理決策作為響應(yīng)指標(biāo)，如此反復(fù)影響，構(gòu)建成一個(gè)完整的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型框架，反映人與自然相互作用的共同結(jié)果。為全面綜合衡量大萬山島的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展能力，本研究遴選21個(gè)考量指標(biāo)，如表1所示，以生態(tài)安全為總目標(biāo)，分別以壓力、狀態(tài)和響應(yīng)作為準(zhǔn)則層，以具體指標(biāo)作為指標(biāo)層，構(gòu)建大萬山島可持續(xù)發(fā)展評價(jià)的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型。指標(biāo)的權(quán)重值對應(yīng)指標(biāo)對評價(jià)結(jié)果的相對重要程度，考慮海島生態(tài)安全評價(jià)的多個(gè)目標(biāo)性，本研究采用層次分析法結(jié)合專家咨詢來確定大萬山島生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)的權(quán)重。

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于不同指標(biāo)的單位不同，本研究對研究數(shù)據(jù)采用極差法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，目的在于統(tǒng)一量綱進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析[16]。在標(biāo)準(zhǔn)化處理過程中，對綜合評價(jià)指數(shù)貢獻(xiàn)為正向的稱之為正功效指標(biāo)，對綜合評價(jià)指數(shù)貢獻(xiàn)為負(fù)向的稱之為負(fù)功效指標(biāo)，公式如下[17]：

正功效指標(biāo)，C′i=Ci-CminCmax-Cmin

負(fù)功效指標(biāo)，C′i=Cmax-CiCmax-Cmin

式中：C′i為二級指標(biāo)Ci的標(biāo)準(zhǔn)化值;Cmax為某個(gè)指標(biāo)的最大值;Cmin為某個(gè)指標(biāo)的最小值。

2.3 評價(jià)綜合值計(jì)算

本研究在完成珠海市大萬山島生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)建立工作的基礎(chǔ)上，通過分析模型的適用性，決定采用多層加權(quán)求和法，其計(jì)算公式如下[18]：

R=ni=1Wi×C′i， （i=1，2，…，n）

式中：R為生態(tài)安全評價(jià)指數(shù);Wi為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值;C′i為二級指標(biāo)Ci的標(biāo)準(zhǔn)化值;n為評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

根據(jù)海島發(fā)展生態(tài)安全評價(jià)指數(shù)分為5級，對應(yīng)“很不安全”“不安全”“臨界安全”“較安全”和“理想安全”5個(gè)生態(tài)安全級別。當(dāng)綜合指數(shù)R≥0.8時(shí)，生態(tài)安全等級為I級“理想安全”;當(dāng)綜合指數(shù)0.6≤R≤0.8時(shí)，生態(tài)安全等級為Ⅱ級“較安全”;當(dāng)綜合指數(shù)0.4≤R≤0.6時(shí)，生態(tài)安全等級為Ⅲ級“臨界安全”;當(dāng)綜合指數(shù)0.2≤R≤0.4時(shí)，生態(tài)安全等級為Ⅳ級“不安全”;當(dāng)綜合指數(shù)R<0.2時(shí)，生態(tài)安全等級為Ⅴ級“很不安全”。

2.4 PSR協(xié)調(diào)度

大萬山島的生態(tài)安全評價(jià)受到壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)子系統(tǒng)諸多要素之間協(xié)調(diào)程度的影響，為綜合評估海島子系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，采用協(xié)調(diào)度函數(shù)來衡量3個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度[19-20]。C=R1+R2+R3R12+R22+R32式中：C為協(xié)調(diào)度;R1、R2、R3分別代表壓力、狀態(tài)與響應(yīng)子系統(tǒng)的得分。

2.5 數(shù)據(jù)源

本研究所用的數(shù)據(jù)源自珠海市統(tǒng)計(jì)局珠海概覽（2010—2017年）、珠海市統(tǒng)計(jì)年鑒（2010—2017年）、珠海市環(huán)境保護(hù)局環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書、珠海市氣象局監(jiān)測報(bào)告、萬山鎮(zhèn)政府工作報(bào)告、珠海市民生數(shù)據(jù)開放平臺(tái)等。

3 結(jié)果與討論

3.1 生態(tài)安全指數(shù)與子系統(tǒng)變化分析

壓力、狀態(tài)、影響與綜合評價(jià)指數(shù)結(jié)果如圖1所示。大萬山島在2010—2017年生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢。2010—2012年大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)均低于0.4，生態(tài)安全等級為Ⅳ級“不安全”。2013—2015年大萬山島生態(tài)安全指數(shù)上升緩慢，安全指數(shù)從0.456上升至0.494，增幅僅為8.2%，生態(tài)安全一直處于Ⅲ級“臨界安全”。2016年大萬山島安全指數(shù)達(dá)到0.679，處于生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”。然而，2017年大萬山島生態(tài)安全指數(shù)降至0.590，生態(tài)安全級別降至Ⅲ級“臨界安全”，與之對應(yīng)的是響應(yīng)指數(shù)的降低。分析可知，2017年環(huán)境負(fù)擔(dān)加重，生活垃圾處理量由2010年的0.63萬t增加到0.93萬t，增幅為47.6%，且教育財(cái)政支出和醫(yī)療衛(wèi)生支出下調(diào)，這是造成該下降趨勢的重要因素。

2010—2017年壓力指數(shù)一直處于緩慢上升的趨勢，數(shù)值從0.038升至0.162，這與當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和漁業(yè)的興盛密不可分，期間漁業(yè)總產(chǎn)值由0.33億元升至1.47億元，旅游綜合收入由0.87億元升至4.33億元，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展直接影響了包括生產(chǎn)總值、人均GDP在內(nèi)的諸多二級指標(biāo)。2010—2012年大萬山島狀態(tài)指數(shù)基本不變，隨后2012—2016年呈現(xiàn)下滑趨勢，從0.194降至0.074，2017年較2016年持平。分析其原因，2010—2012年當(dāng)?shù)馗餍懈鳂I(yè)還處于開始階段，全年接待游客人數(shù)少，2013—2016年漁業(yè)和旅游業(yè)興盛，2016年游客接待數(shù)達(dá)到32.86萬人，這又帶動(dòng)了飲食業(yè)的發(fā)展。流動(dòng)人口的增加和服務(wù)業(yè)的興起使得廢水排放量和生活垃圾處理量激增，導(dǎo)致狀態(tài)指數(shù)的下滑。2017年當(dāng)?shù)卮罅ν茝V環(huán)保經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)海洋生態(tài)文明建設(shè)，生活垃圾處理量和廢水處理量有所控制，廢水排放量從29.3t降至26.5t，雖然生態(tài)環(huán)境有所改善，但也可以看出經(jīng)濟(jì)增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力的矛盾依舊突出。2010—2016年響應(yīng)指數(shù)呈上升趨勢，在2016年達(dá)到了0.496，表明這段時(shí)間內(nèi)政府決策對大萬山島的生態(tài)安全產(chǎn)生有利的影響，然后2017年響應(yīng)指數(shù)降至0.352，其中教育財(cái)政支出由2016年的0.58億元降至0.44億元，醫(yī)療衛(wèi)生支出由0.39億元降至0.18億元，是造成該下降趨勢的重要因素。

3.2 PSR系統(tǒng)協(xié)調(diào)性分析

大萬山島PSR系統(tǒng)協(xié)調(diào)度與綜合評價(jià)指數(shù)對比結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，PSR系統(tǒng)協(xié)調(diào)度在2010—2016年總體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢，2016年降至1.423，這是由于海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞而導(dǎo)致的協(xié)調(diào)度失穩(wěn)下滑，與生態(tài)安全指數(shù)與子系統(tǒng)變化分析一致。2017年系統(tǒng)協(xié)調(diào)指數(shù)有所上升，由2016年的1.423升至1.540，這是由于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)子系統(tǒng)的變化速度不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的[7]。總體而言，雖然大萬山島綜合評價(jià)指數(shù)呈上升趨勢，但各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度不夠穩(wěn)定。

3.3 PSR模型發(fā)展預(yù)測

基于以上數(shù)據(jù)，使用不同的非線性曲線擬合方程（表2）對壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行擬合，并預(yù)測2018-2030年各指數(shù)的趨勢。由圖3所示，壓力指數(shù)達(dá)到0.221后不再上升，而狀態(tài)指數(shù)穩(wěn)定在0.041，這可能是由于海島人口達(dá)到飽和，資源消耗和污染排放趨于穩(wěn)定。由于政府對醫(yī)療、教育和環(huán)保等方面的投資力度加大，2018年后，響應(yīng)指數(shù)將有一個(gè)上升階段，且由圖3可知，2021大萬山島生態(tài)安全評價(jià)指數(shù)R為0.805，生態(tài)安全等級達(dá)到I級“理想安全”。

針對大萬山島存在的生態(tài)安全問題，筆者提出以下建議。

（1）保護(hù)海島生態(tài)環(huán)境，對于大萬山島的建設(shè)項(xiàng)目，分析環(huán)境影響并針對性提出應(yīng)對措施，需加強(qiáng)海島環(huán)境污染的預(yù)警、應(yīng)急能力，嚴(yán)守生態(tài)紅線，合理開發(fā)海島資源。

（2）全方位推進(jìn)海島產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，開發(fā)潛在海島資源，如潮汐能、風(fēng)能等，大力發(fā)展現(xiàn)代漁業(yè)、旅游、餐飲、倉儲(chǔ)等服務(wù)業(yè)，以經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)供水、供電、交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升公共服務(wù)質(zhì)量。

（3）加大當(dāng)?shù)匚幕逃歪t(yī)療衛(wèi)生建設(shè)，制定相關(guān)法規(guī)，處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源開發(fā)之間的關(guān)系，做好海島的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)建設(shè)規(guī)劃，才能做到在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，海島資源高效利用，推動(dòng)海島全面發(fā)展。

4 結(jié)語

本研究基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）模型構(gòu)建海島發(fā)展的指標(biāo)評價(jià)體系，選取21個(gè)代表性指標(biāo)評價(jià)珠海市大萬山島地區(qū)生態(tài)安全狀況。2010—2017年大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢，最高達(dá)到生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”，但在2017年有所下降，需要政府規(guī)劃好海島發(fā)展、資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，朝生態(tài)安全I(xiàn)級“理想安全”目標(biāo)努力。在各子系統(tǒng)中，狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)出下滑趨勢，經(jīng)濟(jì)增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力之間的矛盾突出。大萬山島PSR系統(tǒng)協(xié)調(diào)度在2010—2016年總體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢，這是由于海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞而導(dǎo)致的各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度失穩(wěn)下滑。

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基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFB0903703）.

作者簡介：彭鵬，工程師，碩士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化及電池儲(chǔ)能技術(shù)

通信作者：劉廣立，教授，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染與生態(tài)修復(fù)