江蘇省陸域生態紅線區域生態安全評價

燕守廣，唐歡歡，曹學章，李海東*

1.南京林業大學生物與環境學院，江蘇 南京 210037；2.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042；3.南京信息工程大學地理與遙感學院，江蘇 南京 210044

江蘇省陸域生態紅線區域生態安全評價

燕守廣1,2，唐歡歡3，曹學章2，李海東2*

1.南京林業大學生物與環境學院，江蘇 南京 210037；2.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042；3.南京信息工程大學地理與遙感學院，江蘇 南京 210044

2013年江蘇省率先在全國劃定生態紅線，明確了最為關鍵的生態保護區域，確保了生態安全的底線。文章以江蘇省劃定的陸域生態紅線區域為研究對象，基于PSR模型從壓力、狀態、響應三個方面構建了生態安全評價指標體系，利用組合賦權確定指標權重，結合GIS和遙感空間分析方法，對18個指標進行加權疊加分析，再利用綜合指數法對生態紅線區域的生態安全進行定量評價。結果顯示：全省生態紅線區域的生態安全綜合指數為51.41分，其中狀態層得分明顯高于壓力層和響應層，說明江蘇省生態紅線區域的自然環境狀態保存較好；13個省轄市生態紅線區域的生態安全綜合指數整體上處于較高等級，76.88%的生態紅線區域達到安全和較安全狀態，反映出全省生態紅線區域的生態安全水平較高，但其中處于安全狀態的比例較低，僅5.81%；蘇南地區和蘇北地區由于經濟發展水平差異，壓力、狀態和響應指數均有一定差別，蘇南地區雖然經濟發展水平高、區域開發指數大，但在響應層面做得更好，其生態紅線區域的生態安全水平整體上高于蘇北地區。

生態紅線；生態安全評價；PSR模型；江蘇省

隨著社會的發展及科學技術的不斷進步，人類在攫取自然資源的同時對生態環境造成了極大的破壞。為追求經濟高速發展，人類活動正大規模地改變全球生態環境，導致環境污染和生態失衡等全球生態問題愈加嚴峻，甚至會危及人類的自身安全，因此，生態安全研究正慢慢成為一個熱點課題（崔勝輝等，2005；劉紅等，2006）。生態安全體系的核心部分是生態安全評價，有效的評價能反映出生態安全不足之處并有助于提出針對性的對策及措施。生態安全評價是生態安全研究的基礎與前提，受到研究者及治理者的廣泛關注，其在全球環境保護及管理工作中占據著日益重要的地位（Herrmann et al.，2003），已經在多個領域得到廣泛應用。我國生態安全評價大多針對行政區域、流域或某一特定類型的生態系統進行（黃寶強等，2012）。

作為生態安全的底線和最為關鍵的生態保護區域，生態紅線區域的生態安全直接關系到國家和地區的可持續發展（高吉喜，2015；燕守廣等，2014；鄒長新等，2015）。因此，本文以江蘇省陸域生態紅線區域為研究對象，基于壓力-狀態-響應（PSR）模型構建江蘇省生態紅線區域生態安全評價體系，分別從壓力、狀態和響應三個方面選取18個指標數據，對江蘇省生態紅線區域的生態安全進行定量分析，以評價生態紅線區域的生態安全狀況和面臨的主要威脅，以期為生態紅線區域保護提供參考。

1 研究區域及數據來源

江蘇省介于東經116°18′～121°57′，北緯30°45′～35°20′之間，地處中國大陸沿海中心位置，地跨長江、淮河南北，東臨黃海，與上海市、浙江省、安徽省、山東省接壤，是長三角地區的重要組成部分。依據江蘇省自然地理特征和生態保護需求，江蘇省率先在全國劃定生態紅線（圖1），共劃分出15種生態紅線區域類型，總面積為24103.49 km2，其中，陸域生態紅線區域總面積22839.58 km2，占全省國土面積的22.23%。

數據來源：氣象數據、土壤類型、歸一化植被指數（NDVVI）、凈初級生產力（NPPP）、土地利用類型以及20113年江蘇省各市統計年鑒數據。采用的是從USGS的Landsat數據下載網站下載的江蘇省Landsat 8 OOLI遙感影像，從遙感影像中選取云量較少的10幅影像，行列號分別為：1222/36；121/336；121/37；1200/36；120/377；120/38；119/37；119//38；119/39；1188/38。下載后利用ENVI5.0軟件進行拼接，輻射定標、大氣校正、裁剪等預處理步驟。結合中國十年生態環境變化評估的20010年土地覆蓋類型數據，參考國家級土地利用與覆被分類系統標準（肖鵬峰等，2003）進行目視解譯，依據紅線實地調查的結果對研究區的土地類型進行適當修改，最終確定研究區土地分類。

圖1 江蘇省陸域生態紅線區域Fig.1 Ecoloogical redlines of Jiangsu province

2 江蘇省生態紅線區域生態安全評價

2.1 評價指標體系及其指標構成

生態紅線區域評價指標需合理地表現紅線區域生態環境的基本狀態和特征，并能夠反映出紅線區域生態安全差異的狀態。基于PSRR模型，從壓力、狀態和響應3個層次共選取18個指標（表1），構建評價指標體系，對江蘇省陸域生態紅線區域進行生態安全評價。

其中，壓力層6個指標和響應層6個指標是地區綜合指標，以地市為行政單元提取的指標值，主要目標是反映生態紅線區域所在地區的綜合壓力指數和響應指數。而狀態層6個指標是提取生態紅線區域內的指標，以準確反映生態紅線區域當前所處的生態環境狀態。根據各項指標對生態紅線區域生態安全影響作用的不同，將評價指標分為兩類，一類是有利于生態安全的正向指標，另一類是不利于生態安全的負向指標。

2.2 權重的確定

評價指標權重的確定是生態安全評價的關鍵，權重的賦值直接影響評價結果，因此要選取科學的賦權方法。目前權重的確定方法主要分為兩種，一種采用主觀賦權確定權重，另一種采用客觀賦權確定權重（張軍以等，2011；李佩武等，2009；郭旭東等，2005；張衛民等，20003；許學強等，2001）。由于各個指標要素對區域生態安全的影響程度不同，各指標之間的相對重要性也不同。因此需要準確合理地確定各項指標的權重，單一方法所確定的指標權重存在不足。本文采用組合賦權的方式確定權重。

首先，通過層次分析法確定各指標的主觀權重，同時，采用熵權法確定指標的客觀權重，然后利用最小信息熵的原理將兩者分析的結果結合起來，最終確定各指標的組合權重。這樣一來充分利用了層次分析法和熵權法的優點，有效結合了層次分析法的主觀性和熵權法的客觀性，使得權重的確定更加合理，其公式為：

式中，1iw為層次分析法確定的第i個評價指標的權重，2iw為熵權法確定的第i個評價指標的權重，iW′為第i個評價指標的組合權重。

2.3 生態安全綜合評價

對江蘇省生態紅線區域生態安全進行評價時，采用綜合指數評價法計算生態紅線區域的生態安全指數。綜合指數法是將各指標進行加權求和，即將每一項歸一化處理后的指標數據與其對應的權重值相乘，來表示各指標得分，然后將各指標得分相加，得到評價區域的生態安全指數，從而實現定量化評價，該評價方法的模型為：

式中，ESI為江蘇省生態紅線區域生態安全評價指數；Zi為第i個評價指標歸一化處理值；Wi為第i個評價指標的權重。

由于各個區域之間生態環境特點、社會經濟狀況各不相同，將生態安全水平等級分為5級（表2）。生態安全綜合指數越大，生態安全等級越高；反之，則越低。

表1 生態紅線區域評價指標體系Table 1 Evaluation indicators of Ecological Redlines in Jiangsu province

表2 生態安全水平等級劃分Table 2 Ecological security level classification

3 評價結果分析

根據評價結果（表3），江蘇省13個省轄市生態紅線區域的生態安全綜合指數整體上處于較高等級，全省生態紅線區域的平均生態安全綜合指數為51.41分，達到了較安全水平。其中無錫市處于安全狀態；南京市、常州市、蘇州市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮江市、泰州市和宿遷市的生態紅線區域處于較安全狀態；徐州市、南通市和連云港市生態紅線區域的生態安全水平相對較低，處于臨界安全狀態。達到較安全狀態和安全狀態的生態紅線區域面積占整個生態紅線區域面積的76.88%，可見整個江蘇省紅線區域的生態安全水平較好，但其中處于安全狀態的比例較低，僅5.81%，全省尚有23.12%的生態紅線區域處于臨界安全狀態。從評價結果看，全省各市生態安全評價的壓力、狀態、響應指標層的分值存在顯著差異，其中狀態層的得分明顯高于壓力層和響應層。

表3 江蘇省各地區生態安全評價結果Table 3 Evaluation results of ecological security in Jiangsu province

3.1 壓力層生態安全指數分析

江蘇省生態紅線區域壓力層指數均不高，得分在9～20分之間，全省紅線區域生態安全壓力平均得分為14.85分。壓力層為負向指標，壓力指數得分越低，表明生態安全受到的壓力就越大，反之則越小。

壓力層生態安全指數中南通市得分最低，僅為9.27分，其次為南京市、連云港市、徐州市、蘇州市、無錫市，這些地市生態安全壓力指數得分均低于全省平均值。泰州市生態紅線區域的生態安全壓力指數得分最高，達19.37分，表明生態紅線區域的生態安全壓力較小。生態安全壓力指數貢獻最大的是污染物排放、經濟發展水平和區域開發指數3個指標。

3.2 狀態層生態安全指數分析

江蘇省生態紅線區域狀態層指數得分在10～40分之間，差別較大，平均得分為22.15分，明顯高于壓力層和響應層得分。狀態層為正向指標，狀態指數得分越高，生態安全狀態越好。

生態安全狀態指數中無錫市得分最高，為39.19分，常州市、南京市、蘇州市、鎮江市、揚州市生態紅線區域的狀態指數得分也都高于全省平均分。連云港市生態紅線區域的生態安全狀態指數得分最低，為10.41分，表明該市生態紅線區域的生態環境狀態相對較差，其中影響連云港生態安全狀態最明顯的指標是植被覆蓋度、生物豐富度和景觀破碎度。

3.3 響應層生態安全綜合指數分析

響應層主要表征人們為保障生態紅線區域的生態安全，提高生態紅線區域生態環境質量所做的努力，均為正項指標。生態安全響應指數越高，表明研究區域抵御生態安全風險的能力越強，生態安全水平越高。根據評價結果，江蘇省生態紅線區域響應層指數得分在9～18分之間，平均分為14.40分。其中蘇州市生態紅線區域的生態安全響應層指數分值最高，達17.43分；鹽城市最低，僅為9.96分。

根據評價等級劃分標準，在ArcGIS中，利用柵格計算器，將18個指標分別乘以對應的權重并疊加，基于柵格單元將得到的結果進行重分類，分別計算出每一個等級對應的生態安全面積，得到江蘇省生態紅線區域基于柵格單元的評價結果。根據評價結果，較安全等級在全省生態紅線區域中所占比重最高，大部分生態紅線區域都處于較安全狀態，這與基于行政單元的評價結果基本相符。

從評價結果中可以看出，當前蘇南地區保護生態環境的意識要好于蘇北地區，雖然過去在經濟的高速發展對蘇南生態環境產生了一系列影響，但目前該地區在生態環境保護方面亦采取了一系列更加積極的應對措施。比如，蘇州市在《江蘇省生態紅線區域保護規劃》發布后，立即制定了《蘇州市生態補償條例》及相應實施細則，對蘇州市的生態紅線區域進行保護，特別是針對不同類型的生態紅線區域提出了生態補償的標準，有效地促進了生態紅線區域的保護。與蘇北相比，蘇南地區較強的財力基礎，保障了更高的生態補償力度，同時，對紅線區域的環境監管體系也較為完善。因此，在生態安全響應指數上，蘇南地區得分普遍比蘇北地區高。但在生態環境面臨的壓力和生態狀況方面，特別是區域開發指數、景觀破碎度等指標值，蘇北地區相對較好。

4 結論與討論

4.1 討論

壓力-狀態-響應（PSR）模型，以及由此發展的驅動力-狀態-響應（DSR）模型和驅動力-壓力-狀態-影響-響應（DPSIR）模型等是當前生態安全評價中應用最廣泛的模型（Gerven et al.，2007；Svarstad et al.，2008；Niemeijer et al.，2008）。學者們采用各種評價模型對生態安全評價方法和指標體系開展了廣泛的研究，但仍處于探索階段，針對不同區域和領域，目前尚未形成一套完整的、標準的評價體系，研究的成果并不顯著。PSR模型充分考慮到社會經濟與自然環境的有機統一，體現了自然、經濟和社會三者之間的關系，以此為基礎建立評價指標體系，為生態安全評價提供了基礎（謝花林等，2004；吳海澤等，2015；趙靜靜等，2015）。本文基于PSR模型，結合江蘇省生態紅線區域的實際情況，構建了生態紅線區域生態安全評價體系。該模型中，壓力指標是在人類活動、經濟系統中造成不可持續發展的一些因素；狀態指標可以反映生態紅線區域中生態系統的自然狀態；響應指標反映了為提高生態安全水平所采取的有效對策及其能力。狀態的變化與許多因素包括自然、社會各種壓力都密切相關，且各壓力指標之間也存在相互作用，關系復雜，三者相互影響，相互作用，采用PSR模型可以概念化地、簡單明了地揭示這一過程。

基于PSR模型開展生態安全評價，指標體系的設計、標準化和賦權是最為關鍵的部分，對評價結果起著決定性作用。目前，在指標標準化處理方面相對客觀，但在指標體系選擇和權重的確定上受主觀影響較大。另外，生態安全評價結果尚沒有統一的劃分標準。根據已有的相關研究成果（李亞男等，2014；吳國慶，2001；李曉燕等，2007；劉勇等，2004；張鳳太等，2008），大多使用賦值法將評價結果劃分為5個等級，這種劃分方法雖然主觀性較強，未必能夠真實反映評價區域生態安全的實際狀態。然而，拋開評價方法、指標體系的設計和賦權，其對生態安全評價結果的排序是相對客觀的，這能夠從一定程度上揭示不同區域生態安全所受到威脅的程度和差異。根據排序的結果，再結合具體指標值，能夠找出威脅生態安全狀態的具體原因，從而為生態紅線區域保護和監管提供重要依據和應對措施，而這正是生態安全評價的目標。

此外，本文從壓力、狀態和響應層面對江蘇省生態紅線區域的生態安全進行了靜態評價，受數據獲取和評價指標空間化影響，所選取的評價指標尚未考慮生態紅線區域的生態系統類型和區域空間差異。生態安全狀態是不斷發展演化的，基于PSR框架的狀態評價研究不能全面客觀解釋生態安全的演變過程（王耕等，2007），這從一定程度上影響了有關生態紅線區域生態安全機制的探究。在今后的研究中，可以進一步完善評價模型和指標體系，充分反映生態紅線區域的空間差異性和動態演化特點，以便更精確地反映出生態紅線區域的生態安全狀況。

4.2 結論

（1）江蘇省各市生態紅線區域的生態安全水平差異顯著，按照評價等級劃分，徐州市、南通市和連云港市生態紅線區域的生態安全水平較低，處于臨界安全狀態；南京市、常州市、蘇州市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮江市、泰州市和宿遷市的生態紅線區域處于較安全狀態；無錫市處于安全狀態。全省達到較安全狀態和安全狀態的生態紅線區域面積占整個生態紅線區域面積的76.88%，可見江蘇省紅線區域的生態安全水平較高，但其中處于安全狀態的比例較低，僅5.81%。

（2）通過對壓力層、狀態層和響應層的分析，發現江蘇省各市生態紅線區域狀態層得分明顯高于壓力層和響應層，全省狀態層平均分為22.15，而壓力層和響應層分別為14.85和14.40。可見江蘇省生態紅線區域總體的自然狀態和結構狀態相對保存完好，但還面臨著多方面的壓力。同時，各地在應對生態紅線區域存在的問題和生態紅線區域保護上，尚有較大的提升空間。

（3）蘇南地區生態紅線區域的生態安全水平整體上高于蘇北地區。蘇南地區雖然經濟發展水平高、區域開發指數大且生態紅線區域面臨的壓力相較蘇北地區大，但在響應層面，蘇南地區針對生態紅線區域所采取的保護措施比蘇北地區好，比如環保意識好、生態補償力度大、環境保護水平和監管能力高等。

（4）本文從壓力、狀態和響應層面對江蘇省生態紅線區域的生態安全進行了靜態評價，雖未考慮生態紅線區域的生態系統類型、區域空間差異和動態演化特征，但對生態安全評價結果的排序是相對客觀的，這從一定程度上揭示了不同區域生態安全受到威脅的程度和差異，對于生態紅線區域保護具有一定的指導作用。

GERVEN T V, BLOCK C, CORNELIS G, et al.2007.Environmental response indicators for the industrial and energy sector in Flanders [J].Journal of Cleaner Production, 15(10): 886-894.

HERRMANN S, DABBERT S, RAUMER S V.2003.Threshold values for nature protection areas as indicators for bio-diversity-a regional evaluation of economic and ecological consequences [J].Agriculture Ecosystems & Environment, 98(1-3): 493-506.

NIEMEIJER D, GROOT R S D.2008.Framing environmental indicators: moving from causal chains to causal networks [J].Environment Development & Sustainability, 10(1): 89-106.

SVARSTAD H, PETERSEN L K, ROTHMAN D, et al.2008.Discursive biases of the environmental research framework DPSIR [J].Land Use Policy, 25(1): 116-125.

崔勝輝, 洪華生, 黃云鳳, 等.2005.生態安全研究進展[J].生態學報, 25(4): 861-868.

高吉喜.2015.探索我國生態保護紅線劃定與監管[J].生物多樣性, 23(6): 705-707.

郭旭東, 邱揚, 連剛, 等.2005.基于“壓力-狀態-響應”框架的縣級土地質量評價指標研究[J].地理科學, 25(5): 579-583.

黃寶強, 劉青, 胡振鵬, 等.2012.生態安全評價研究述評[J].長江流域資源與環境, 21(Z2): 150-156.

李佩武, 李貴才, 張金花, 等.2009.深圳城市生態安全評價與預測[J].地理科學進展, 28(2): 245-252.

李曉燕, 王宗明, 張樹文.2007.吉林省西部生態安全評價[J].生態學雜志, 26(6): 954-960.

李亞男, 俞潔, 王飛兒, 等.2014.基于突變級數法的千島湖流域生態安全評價[J].浙江大學學報(理學版), 41(6): 689-695, 724.

劉紅, 王慧, 張興衛.2006.生態安全評價研究述評[J].生態學雜志, 25(1): 74-78.

劉勇, 劉友兆, 徐萍.2004.區域土地資源生態安全評價——以浙江嘉興市為例[J].資源科學, 26(3): 69-75.

王耕, 王利, 吳偉.2007.區域生態安全概念及評價體系的再認識[J].生態學報, 27(4): 1627-1637.

吳國慶.2001.區域農業可持續發展的生態安全及其評價研究[J].自然資源學報, 16(3): 227-233.

吳海澤, 余紅, 胡友彪, 等.2015.區域生態安全的組合權重評價模型[J].安全與環境學報, 15(2): 370-375.

肖鵬峰, 劉順喜, 馮學智, 等.2003.基于遙感的土地利用與覆被分類系統評述及代碼轉換[J].遙感信息, (4): 54-58

謝花林, 李波.2004.城市生態安全評價指標體系與評價方法研究[J].北京師范大學學報(自然科學版), 40(5): 705-710.

許學強, 張俊軍.2001.廣州城市可持續發展的綜合評價[J].地理學報, 56(1): 54-63.

燕守廣, 林乃峰, 沈渭壽.2014.江蘇省生態紅線區域劃分與保護[J].生態與農村環境學報, 30(3): 294-299.

張鳳太, 蘇維詞, 周繼霞.2008.基于熵權灰色關聯分析的城市生態安全評價[J].生態學雜志, 27(7): 1249-1254.

張軍以, 蘇維詞, 張鳳太.2011.基于PSR模型的三峽庫區生態經濟區土地生態安全評價[J].中國環境科學, 31(6): 1039-1044.

張衛民, 安景文, 韓朝.2003.熵值法在城市可持續發展評價問題中的應用[J].數量經濟技術經濟研究, (6): 115-118.

趙靜靜, 柴立和, 杜慧濱.2015.基于MIEP模型的城市生態安全評價——以寧波市為例[J].環境科學學報, 35(9): 2989-2995.

鄒長新, 王麗霞, 劉軍會.2015.論生態保護紅線的類型劃分與管控[J].生物多樣性, 23(6): 716-724.

Ecological Security Assessment of the Terrestrial Area of Ecological Redlines in Jiangsu Province

YAN Shouguang1,2, TANG Huanhuan3, CAO Xuezhang2, LI Haidong2*
1.College of Biology and the Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2.Nanjing institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China; 3.School of Geography and Remote Sensing, Nanjing University of Information Science & Technology Nanjing 210044, China

The ecological redlines were delineated in 2013 in Jiangsu province for the first time across China, the area surrounded by the ecological redlines were usually considered as the most critically ecological function zones, and the baseline of the ecological security on national or regional scale.In this paper, the assessment indicator system of ecological security of the ecological redlines area in Jiangsu province was constructed, based on the Pressure-State-Response (PSR) model, which include 18 indicators.The weights of different indicators were given by the combination weighting method.The ecological security state of the ecological redlines area was assessed by the Comprehensive Index Method, combing with Geographical Information System (GIS) and spatial analysis of Remote Sensing (RS).The results showed that: (1) The ecological security index of the ecological redlines area was 51.41 in Jiangsu province, the scores of state layer were the highest among that of pressure layer and response layer, these indicated that the eco-environmental state of the ecological redlines areas in Jiangsu province was conserved better; (2) The ecological security indexes of the ecological redlines area in 13 cities were generally in a higher level, 76.88% of which reached to safe or relatively safe level, these indicated that the overall level of ecological security of the ecological redlines area in Jiangsu province was comparatively good; (3) The indexes of pressure, state and response exhibited a different situation in southern and northern Jiangsu Province, due to the different levels of economic development.The overall level of ecological security of the ecological redlines area in southern Jiangsu province was higher than that of in northern Jiangsu province, due to the higher efficiency of ecological protection countermeasures, although both economic development level and regional development index were in higher level in southern Jiangsu province.

ecological redlines; ecological security assessment; PSR model; Jiangsu province

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.10.007

X171.4

A

1674-5906（2016）10-1638-06

燕守廣, 唐歡歡, 曹學章, 李海東.2016.江蘇省陸域生態紅線區域生態安全評價[J].生態環境學報, 25(10): 1638-1643.

YAN Shouguang, TANG Huanhuan, CAO Xuezhang, LI Haidong.2016.Ecological security assessment of the terrestrial Area of ecological redlines in Jiangsu Province [J].Ecology and Environmental Sciences, 25(10): 1638-1643.

江蘇省省級環保科技項目（2014036）

燕守廣（1975年生），男，副研究員，博士研究生，研究方向為區域生態承載力與生態安全、氣候變化與生態效應。E-mail: ysg@nies.org *通信作者。E-mail: lhd@nies.org

2016-10-09