基于DPSIR 模型的韶關(guān)市生態(tài)安全評價

成 量，王尚九

（1.韶關(guān)學(xué)院 政法學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；2.韶關(guān)學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

“生態(tài)安全”這一概念最早由國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所于1987年提出，是“一個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境處于少受甚至不受威脅的狀態(tài)”. 它具有兩重含義，一是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)未受到破壞，功能健全；二是指生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)能滿足人類生存發(fā)展的需要. 城市生態(tài)系統(tǒng)是城市居民與其環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體，其生態(tài)安全不僅關(guān)系到人民群眾的日常生活和身體健康，更直接影響著城市的社會經(jīng)濟發(fā)展. 科學(xué)評價城市生態(tài)安全狀況，可以為城市生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境管理決策提供參考.

目前，我國學(xué)者在生態(tài)安全評價方面進行了大量探索. 研究對象上，主要聚焦于土地［1］、水資源［2］、森林［3］、草地［4］、濕地［5］、城市［6］等生態(tài)系統(tǒng)的安全評價. 研究尺度上，大多數(shù)研究從?。?］、市［6］、縣［8］等層面開展生態(tài)安全評價，也有少數(shù)研究進行生態(tài)保護區(qū)［9-10］和流域［11］等層面的評價. 在構(gòu)建評價指標(biāo)體系時，已有研究主要采用兩種思路，一種是基于生態(tài)安全的內(nèi)涵，從自然、經(jīng)濟、社會等不同維度選取指標(biāo)來對生態(tài)安全進行綜合度量［12］，另一種是借助壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型［6，13］或其擴展形態(tài)驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)（DPSIR）模型［1，7］來構(gòu)建生態(tài)安全評價指標(biāo)體系. 同時，PSR 模型和DPSIR 模型由于綜合考慮了資源、環(huán)境、經(jīng)濟及人類健康等要素之間的因果關(guān)系，被廣泛用于復(fù)雜系統(tǒng)的生態(tài)安全評價中. 例如，聞熠等基于PSR 模型和突變級數(shù)法對上海市2005—2015年的生態(tài)安全進行了評價，并將這一時期劃分成生態(tài)安全上升和下降兩個階段［13］. 邵月花等基于DPSIR 模型構(gòu)建流域生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，對渭河干流甘肅段生態(tài)安全進行評價，提出了促進流域經(jīng)濟與生態(tài)和諧的對策［11］. 盡管評價指標(biāo)體系的構(gòu)建思路相似，但是由于不同的研究對象在資源基礎(chǔ)、環(huán)境狀態(tài)、經(jīng)濟社會發(fā)展階段等方面存在差異，因此構(gòu)建的生態(tài)安全評價指標(biāo)體系也有所差異.

韶關(guān)市是粵北地區(qū)的政治、經(jīng)濟、文化和交通中心，自20 世紀(jì)60年代開始布局了大批工礦業(yè)，曾被譽為“華南重工業(yè)基地”. 隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的不斷推進，韶關(guān)市近年來也面臨著空氣質(zhì)量下降、土壤重金屬超標(biāo)、生態(tài)空間被擠占和生物多樣性下降等問題，其生態(tài)系統(tǒng)健康和生態(tài)安全受到威脅. 2018年6月，廣東省委提出“一核一帶一區(qū)”發(fā)展格局，并明確將韶關(guān)市劃為“北部生態(tài)發(fā)展區(qū)”. 作為廣東省重要的生態(tài)屏障，保護好生態(tài)環(huán)境既是韶關(guān)市最大的責(zé)任，也是其實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要基礎(chǔ). 在此背景下，通過生態(tài)安全定量評價，了解韶關(guān)市生態(tài)安全狀況及變化趨勢，明確生態(tài)安全的制約因素，具有重要的研究價值與現(xiàn)實意義.

1 研究區(qū)域概況

韶關(guān)市位于廣東省北部，是粵北地區(qū)的中心城市，地理位置介于東經(jīng)112°53′至114°45′，北緯23°53′至25°31′之間，總面積約1.8 萬km2. 韶關(guān)市地處嶺南山地地貌區(qū)，南部為丘陵地帶，北部為山區(qū)，山地占比較高，平均海拔高度60 m. 韶關(guān)市氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛，熱量充足，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū). 韶關(guān)市擁有豐富的森林資源和水資源，森林覆蓋率為74.43%［14］，多年平均水資源量達183.10億m3［15］，是廣東省重要的生態(tài)安全屏障. 但是受城市化和工業(yè)化發(fā)展的影響，韶關(guān)市資源能源消耗加劇，污染物排放嚴(yán)重，生態(tài)安全問題也日益突出.

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

歐洲環(huán)境署于1997年在“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）”模型的基礎(chǔ)上提出了“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)（DPSIR）”概念模型，隨后該模型被學(xué)者們用于判定環(huán)境狀態(tài)和環(huán)境問題因果關(guān)系［16］. 模型中“驅(qū)動力”是指引起生態(tài)系統(tǒng)變化的潛在原因，例如經(jīng)濟社會發(fā)展趨勢；“壓力”是由驅(qū)動力引起的，直接作用于生態(tài)系統(tǒng)使其生態(tài)安全狀態(tài)發(fā)生改變的原因，例如資源、能源消耗和污染排放；“狀態(tài)”是指在壓力作用下，生態(tài)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的狀態(tài)，通常可以用環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)質(zhì)量來表示；“影響”是指狀態(tài)改變對自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展所造成的影響；“響應(yīng)”是指為了預(yù)防非期望生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)改變而采取的積極措施［2］.DPSIR 模型涵蓋了經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境等要素，可以通過因果關(guān)系鏈來解釋驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)五者之間的傳導(dǎo)關(guān)系，見圖1.

圖1 DPSIR 概念模型示意圖

基于DPSIR 模型原理，綜合考慮韶關(guān)市生態(tài)安全的主要影響因素，我們構(gòu)建了韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系. 該指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層包括驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5 個部分，指標(biāo)層包括GDP、人口密度、城鎮(zhèn)化率等20 項指標(biāo)，指標(biāo)屬性有正有負(fù)（表1）. 選取2014—2021年作為研究期間，構(gòu)建的韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)層的指標(biāo)數(shù)據(jù)來自相應(yīng)年份的廣東統(tǒng)計年鑒［17］、韶關(guān)統(tǒng)計年鑒［18］、韶關(guān)市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報［19］、廣東省水資源公報［20］以及廣東省生態(tài)環(huán)境廳定期公布的廣東省城市空氣質(zhì)量排名［21］，見表2.其中，GDP 和人均GDP 均已折算為1978年不變價格.

表1 韶關(guān)市生態(tài)安全平均指標(biāo)體系

表2 2014—2020年韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)

2.2 評價指標(biāo)無量綱化

由于韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系中涉及的20 項指標(biāo)在單位、數(shù)量級、指標(biāo)屬性上均存在較大差異，為了避免這種差異對生態(tài)安全評價造成不合理的影響，需要先對各項指標(biāo)進行無量綱化處理［9］. 具體計算公式如下：，負(fù)向指標(biāo)：.

式中：xij和x'ij分別表示第i年（i=1，2，…，m）第j項（j=1，2，…，n）指標(biāo)的實際值和無量綱化值；xmaxj和xminj分別表示第j項指標(biāo)的最大值和最小值，為了避免無量綱后指標(biāo)數(shù)值出現(xiàn)0 值，借鑒已有研究成果［7］，設(shè)置修正值b=0.9.

2.3 指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重對評價結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響. 熵權(quán)法和層次分析法是確定指標(biāo)權(quán)重的兩種常用方法. 熵權(quán)法通過計算各指標(biāo)的離散信息量來確定指標(biāo)權(quán)重，可以降低主觀人為因素產(chǎn)生的誤差，但是其容易忽視現(xiàn)狀，造成權(quán)重分配不合理；層次分析法則是利用專家經(jīng)驗對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的評價指標(biāo)進行權(quán)重分配，該方法充分考慮了指標(biāo)的重要程度，但卻難以避免專家打分過于主觀的情況.綜合考慮這兩種方法的優(yōu)缺點，先分別采用熵權(quán)法和層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，然后計算兩種方法的權(quán)重均值得到綜合權(quán)重［8］.

采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：首先，計算第j項指標(biāo)的熵值，式中，；然后，計算第j項指標(biāo)的權(quán)重wj：.采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重時，首先，建立包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的層次結(jié)構(gòu)模型；第二步，分別對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的元素進行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣；第三步，計算判斷矩陣的特征向量；最后，進行一致性檢驗，當(dāng)一致性檢驗通過時，說明權(quán)重分配合理，否則就需要對判斷矩陣進行調(diào)整. 層次分析法的具體步驟見圖2. 最終，根據(jù)熵權(quán)法和層次分析法得到韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，見表3.

表3 韶關(guān)市生態(tài)安全評價指標(biāo)權(quán)重

圖2 層次分析法步驟

2.4 生態(tài)安全綜合指數(shù)計算

采用生態(tài)安全綜合指數(shù)Yi來表征韶關(guān)市的生態(tài)安全狀況：根據(jù)韶關(guān)市生態(tài)安全綜合評價實際情況，并參考相關(guān)研究，將生態(tài)安全綜合指數(shù)劃分為Ⅰ至Ⅴ五個等級，值越高，等級越高，表明生態(tài)安全狀況越好，反之，等級越低，生態(tài)安全狀況越差，其中，安全值＜0.25 的為Ⅰ（不安全）級，安全值0.25～＜0.45 為Ⅱ（較不安全）級，安全值0.45～＜0.55 的為Ⅲ（臨界安全）級，安全值0.55～0.75 的為Ⅳ（較安全）級，安全值＞0.75 的為Ⅴ（安全）級［22］.

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)安全綜合指數(shù)分析

通過計算得到韶關(guān)市2014—2021年的生態(tài)安全綜合指數(shù)，見圖3（a）. 從圖3（a）可以看出，2014—2021年間，韶關(guān)市生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈波動上升趨勢，由2014年的0.238 4 上升到2021年的0.708 1，生態(tài)安全級別從Ⅰ級上升為Ⅳ級. 其中，2014—2015年生態(tài)安全綜合指數(shù)上升的斜率最大，生態(tài)安全級別從Ⅰ級上升為Ⅲ級；2015—2017年，生態(tài)安全綜合指數(shù)繼續(xù)保持上升趨勢，生態(tài)安全級別從Ⅲ級上升為Ⅳ級；2017—2021年，生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈上升趨勢，但波動起伏較大，在2019年達到峰值0.724 2，此期間生態(tài)安全級別一直處于Ⅳ級.

圖3 韶關(guān)市生態(tài)安全評價結(jié)果

3.2 生態(tài)安全準(zhǔn)則層指數(shù)分析

為了進一步探明影響韶關(guān)市生態(tài)安全水平的關(guān)鍵因素，本文對2014—2021年韶關(guān)市生態(tài)安全評價體系中的驅(qū)動力指數(shù)、壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、影響指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)5 條曲線進行具體分析.

3.2.1 生態(tài)安全驅(qū)動力指數(shù)分析

從圖3（b）中看出，驅(qū)動力指數(shù)在2014—2021年間逐年上升，由2014年的0.061 0 上升到2021年的0.113 6，年均增長率為9.30%. 從表2 的指標(biāo)層看，2014—2021年，正向指標(biāo)GDP 和城鎮(zhèn)化率呈上升趨勢，GDP 由265.72 億元增加到392.04 億元，城鎮(zhèn)化率由52.99%增加到58.13%. 自2013年以來，我國明確提出“堅持走中國特色新型城鎮(zhèn)化道路”，韶關(guān)市也將“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”理念貫穿到了經(jīng)濟社會發(fā)展全過程. 良好的經(jīng)濟與城鎮(zhèn)化發(fā)展水平，為維護生態(tài)系統(tǒng)的完整性、穩(wěn)定性和功能性提供了有力保障.負(fù)向指標(biāo)人口密度雖然也有所增加，但增加幅度較小，由153.91 人·km-2增加到155.33 人·km-2. 總體上，在GDP、城鎮(zhèn)化率和人口密度的綜合作用下，韶關(guān)市生態(tài)安全驅(qū)動力指數(shù)呈上升趨勢，有利于生態(tài)安全的維護.

3.2.2 生態(tài)安全壓力指數(shù)分析

生態(tài)安全壓力指數(shù)根據(jù)負(fù)向指標(biāo)計算得到，由圖3（c）可知，2014—2017年壓力指數(shù)上升幅度較大，其中，2017—2020年壓力指數(shù)變化較為平穩(wěn)，而2020—2021年壓力指數(shù)呈明顯上升趨勢. 壓力指數(shù)增加，說明韶關(guān)市社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力減小. 這一方面得益于資源消耗強度的減弱，如單位GDP 能耗、水耗在2014—2021年間分別下降了14.66%和41.92%（見表2）；另一方面得益于污染物排放量的減少，化學(xué)需氧量、工業(yè)二氧化硫和工業(yè)煙塵等的排放量在研究期間分別減少了31.83%、77.26%、81.43%（見表2）. 受資源消耗強度和污染排放減少的影響，城市生態(tài)系統(tǒng)朝著良好方向發(fā)展.

3.2.3 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)分析

生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)越大，表明生態(tài)安全狀態(tài)越好. 從圖3（d）中可以看出，狀態(tài)指數(shù)呈“先增加后減少再增加”變化趨勢. 值得關(guān)注的是2016—2018年間，狀態(tài)指數(shù)由0.143 2 降至0.070 0，下降幅度達到了51.12%. 究其原因，主要是空氣質(zhì)量指數(shù)達標(biāo)率、森林覆蓋率和人均水資源下降明顯. 在此期間，韶關(guān)市空氣質(zhì)量指數(shù)達標(biāo)率由93.42%降至90.41%，森林覆蓋率由75.10%下降至73.80%，人均水資源由8 560 m3降至5 874 m3（見表2）. 狀態(tài)指數(shù)的波動變化反映了生態(tài)安全狀態(tài)的不穩(wěn)定，韶關(guān)市還需提升生態(tài)保護意識，加強空氣污染防治，增加生態(tài)用地面積，提升城市的生態(tài)安全水平.

3.2.4 生態(tài)安全影響指數(shù)分析

生態(tài)安全影響指數(shù)表征生態(tài)安全狀態(tài)變化對經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康等的影響. 總體上，影響指數(shù)呈波動上升趨勢，由2014年的0.074 1 上升到2021年的0.133 8，且在2019年達到峰值0.144 4. 與2014年相比，2021年韶關(guān)市的人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重和糧食產(chǎn)量分別增加了45.67%、1.18%和5.43%（見表2）. 可以看出，良好的城市生態(tài)安全狀態(tài)，不僅能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還有助于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高經(jīng)濟發(fā)展水平.

3.2.5 生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)分析

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)波動較大，由2014年的0.024 5 波動上升至2021年的0.061 9，年均增長率為14.15%. 在此期間，2018年響應(yīng)指數(shù)大幅下降，這是因為與2017年比較，節(jié)能環(huán)保支出占地方一般公共預(yù)算支出比重減少了7.99%，科學(xué)技術(shù)支出占地方一般公共預(yù)算支出比重減少了30.56%，城市污水處理率減少了5.86%（見表2）. 響應(yīng)指數(shù)在一定程度上反映了政府對生態(tài)安全狀態(tài)變化的重視程度，盡管韶關(guān)市近年來不斷加大對節(jié)能環(huán)保和科學(xué)技術(shù)的資金投入，但這兩項支出占一般公共預(yù)算支出的比重仍然較低.因此，韶關(guān)市還應(yīng)進一步加大節(jié)能環(huán)保和科學(xué)技術(shù)支出，并確保資金的高效利用.

4 結(jié)論及建議

本文以韶關(guān)市為研究對象，基于DPSIR 模型建立生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，并綜合運用熵權(quán)法和層次分析法對指標(biāo)賦權(quán)，評價了韶關(guān)市2014—2021年間的生態(tài)安全水平. 主要研究結(jié)論如下：

（1）2014—2021年韶關(guān)市生態(tài)安全綜合指數(shù)由0.238 4 波動上升至0.708 1，生態(tài)安全級別從Ⅰ級上升為Ⅳ級，說明韶關(guān)市生態(tài)安全水平呈現(xiàn)日趨變好趨勢.

（2）從各準(zhǔn)則層來看，驅(qū)動力指數(shù)和壓力指數(shù)逐年上升，而狀態(tài)指數(shù)、影響指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)呈波動上升趨勢，說明韶關(guān)市生態(tài)安全狀態(tài)、影響和響應(yīng)子系統(tǒng)變化趨勢不穩(wěn)定，抗干擾的能力仍需加強.

基于上述研究結(jié)論，對韶關(guān)市生態(tài)安全提出如下建議：

（1）加強污染防治能力，鞏固污染防治成效

科學(xué)確定空氣污染物減排目標(biāo)和比例，加強移動污染源和工業(yè)源排放控制，提升大氣污染精準(zhǔn)防控能力. 穩(wěn)步推進污水處理設(shè)施建設(shè)與改造，深入開展城市黑臭風(fēng)險水體防治，著力鞏固提升水環(huán)境質(zhì)量. 建立健全土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)管制度，加強畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)面源污染防治，推進土壤資源可持續(xù)利用.

（2）加強生態(tài)空間保護，提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量

落實最嚴(yán)格的耕地保護制度，加強耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護和管控，遏制耕地“非農(nóng)化”和基本農(nóng)田“非糧化”. 增加森林資源和生態(tài)總量，優(yōu)化樹種材種結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)提升林分質(zhì)量，增強森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性. 持續(xù)推進城市公園建設(shè)，增加公共綠地面積，營造優(yōu)美宜居的城市生態(tài)環(huán)境.

（3）加大節(jié)能環(huán)保和科學(xué)技術(shù)投入，推動節(jié)能降耗減污增效

加大節(jié)能環(huán)保資金投入力度，優(yōu)先支持大氣、水、土壤污染防治工作和新能源、可再生能源等節(jié)能領(lǐng)域，集中財力解決突出環(huán)境問題，提高資金使用效率. 加大科學(xué)技術(shù)資金投入力度，優(yōu)化資金投入結(jié)構(gòu)及投向，重點支持節(jié)能減排新技術(shù)、新工藝的研發(fā)推廣，強化科技創(chuàng)新對生態(tài)文明的支撐.