基于PSR模型的玉溪市生態安全評價

孫雨露 ，李正升 ，李 虹，婁 陽

（云南師范大學a.旅游與地理科學學院;b.華文學院，云南 昆明 650500；）

基于PSR模型的玉溪市生態安全評價

孫雨露a，李正升b，李 虹a，婁 陽a

（云南師范大學a.旅游與地理科學學院;b.華文學院，云南 昆明 650500；）

隨著區域經濟增長，生態安全對區域發展的重要作用受到了人類社會的密切關注.基于PSR模型構建了生態安全評價指標體系，利用熵權法和生態安全度的綜合評價模型測算玉溪市2006-2015年的生態安全值并評價其生態安全狀態.結果表明：2006-2008年，生態安全綜合指數在0.4126-0.5962之間，處于一般安全狀態；2010-2013年，生態安全綜合指數在0.6730-0.7738之間，上升到較安全狀態；2014-2015年，生態安全綜合指數在0.4585-0.5463之間，回落至一般安全狀態.玉溪市生態安全狀態經歷了由壞到好再演變為壞的變動過程.說明玉溪市生態安全投入效果減弱，生態環境面臨惡化風險.應加大生態安全投入力度，重視潛在的不安全因素，轉變生態治理路徑，以應對生態環境壓力反彈.評價結果與玉溪市近10年來的實際發展情況相吻合，具有一定科學指導意義.

PSR模型；生態安全評價；玉溪市

面對生態環境劇變引發的大量環境災難，人類應通過適應環境變化并對其改造以求得自身安全發展，逐漸成為共識.生態安全概念在此背景下應運而生，生態安全由聯合國環境特別委員會[1]在《我們共同的未來》中首次提出，但國內外學者對生態安全的定義各有不同.Katrina S.Rogers（1997）認為生態安全是指自然環境在滿足人類各種需要的同時，而不使自身環境的自然存在量減少的一種狀態.Kim[2]（1998）認為生態安全的定義是由生態威脅、生態風險等概念演變而來,是維持人類、社會、政權和全球共同體的一個必要條件，而人類是造成生態威脅的主要責任者.曲格平[3]是國內最早闡述并普及生態安全的官員和學者，他從生態環境退化以及由環境破壞而導致環境難民的產生兩個方面闡述了生態安全的內容.肖篤寧[4]等認為生態安全是人類在生產生活等方面不受生態環境破壞影響的保障程度，并指出其關鍵是保障生態系統的完整性與穩定性以及生態服務功能的可持續性；施曉清[5]等從生態系統自身結構和其服務功能出發，認為生態安全是維持人類社會經濟發展的一種生態系統狀況.

雖然國內外學者對生態安全的定義存在分歧，但對生態安全研究內容及評價方法一致.生態安全集中反映了人與生態環境的關系[6-7]，其研究著力點主要在生態風險和生態脆弱性兩個方面，在歷經長期的探究過程后，生態安全評價體系最后確定了通過一系列社會經濟發展和生態環境狀況的指標進行度量，來全面地反映“社會-經濟-生態”復合系統的運行狀況，促進實現生態系統優化[8-9].

玉溪市是滇中城市群重要組成部分之一，資源稟賦條件較好，產業結構合理，綜合競爭力強.隨著城市化進程的加快，人地關系矛盾不斷凸顯，生態環境出現惡化，水質惡化、水土流失、濕地減少等一系列生態安全問題頻發.文章以玉溪市為研究對象，利用熵權法和生態安全度的綜合評價模型測算玉溪市2006-2015年的生態安全值并評價其生態安全現狀.以期掌握生態安全狀況，為玉溪市可持續發展提供科學規劃依據，謀求生態安全新路徑，為增強滇中城市群競爭力提供空間載體.

1 研究區概況

玉溪市位于 23°19′N～24°53′N，101°16′E～103°09′E之間，云貴高原西緣，滇中地區，國土面積15285km2.地勢由東南向西北傾斜，平均海拔1500～1800m，山區面積占90.6%.屬中亞熱帶濕潤冷冬高原季風氣候，年均溫17.4～23.8℃，年均降水量670～2412毫米，立體氣候的特征典型.境內礦產資源豐富，優質烤煙種植條件優良，煙草與礦采產業是支柱產業.截止2015年底，常住人口236.2萬人，完成GDP1244.5億元（不含紅塔集團，完成GDP823.5億元），三次產業結構為10.2：55.0：34.8.2015年全市完成固定資產投資667.6億元，實際利用外資2603萬美元，建成區綠化覆蓋率達37.1%，規模以上工業能源消費量為699.2萬標準煤，城鎮與農村常住居民人均可支配收入分別達 29631、10977元.

2 生態安全評價方法

2.1 數據來源

本文所用數據均來自《玉溪市統計年鑒》（2006-2015年）、玉溪市2006—2015年國民經濟和社會發展統計公報及《云南省統計年鑒》（2006-2015年）.

2.2 評價指標體系構建

壓力-狀態-響應(Pressure-State-Response，P-S-R)模型用來進行生態安全評價，由OECD與UNEP兩大組織于20世紀80年代末共同提出，該模型已廣泛應用于生態環境保護、土地可持續利用評價、農業可持續發展評價指標體系研究等領域[10-13].該模型立足于人類與環境的相互滲透、相互響應，將環境問題表述為3個相互區別但又緊密聯系的指標類型，即壓力指標、狀態指標和響應指標，從總體上解答了“what、why、how”三個可持續性的基本問題.其中，壓力指標反映了生態環境承受的人類帶來的壓力和負荷；狀態指標反映了在壓力狀態下生態環境做出的反應，并通過資源環境與生態系統等方面表現相應的狀況；響應指標反映了人類采取的應對措施，以恢復生態環境或防止生態環境退化.

2.3 指標標準化

由于收集到的統計數據具有自身的量綱、數量級和指標類型，各指標以及指標內部之間無法直接進行比較和運算，因此在評價時首先要把不同量綱和類型的指標值轉化為可處理的量化值，對數據進行標準化處理[14-16].評價某城市m年的n個指標的生態安全狀況，其原始指標矩陣為：

本文根據某項指標對生態安全的利弊，采用相應的正負向指標計算公式進行標準化處理.計算公式具體如下：

式中：xij和yij分別為第i年和第j年指標的原值和標準化后的數值；max（xj）和 min（xj）分別為第 j指標的最大值和最小值.當yij=1時，表示該指標所代表的項目達到了最佳狀態；當yij=0時，表示該指標所代表的項目達到了最差狀態.

2.4 指標權重確定

評價指標的差異對評價對象的貢獻程度不同，因此需要對各指標的貢獻度進行評價，即指標權重的確定.本文采用客觀賦權法中的熵權法[17-19]進行各項指標權重的確定.熵權法主要根據不同指標提供信息量的差異大小來確定權重大小，能夠充分挖掘不同指標自身所蘊涵的信息，從而得到客觀準確的指標權重.若某項指標的指標值間差異越大，表明該指標在綜合評價中的作用越大，若差異為零，則不起作用.缺點是有時部分指標的指標值差距過小，無法反映出專家的知識經驗及決策者意見.

第j項指標的熵值ej公式為：

式（3）中，k＞0，且與樣本數多少有關，k=1/lnm，0≤ej≤1；yij為標準化后的指標數據，若 yij為0，則用0.00001代替計算；

第j項指標的權重wj公式為：

式（4）中，dj=1-ej，表示指標 xj的差異系數.

評價指標的選取是否得當，直接關系到評價結果的科學性.本文在生態安全研究的基礎上，結合玉溪市的實際情況和社會經濟發展狀況，根據指標選取的針對性、完整性和代表性原則，采用頻度統計、理論分析和專家咨詢等方法，以生態安全度（ESI）為總目標，分別以生態環境壓力、生態環境狀態、人文社會響應為準則層，以各項具體指標為指標層，從三個不同層次選取了40個指標，從而系統客觀地評價玉溪市安全的現狀，以便為政府相關部門的科學決策提供依據.具體內容如表1所示：

2.5 生態安全度的計算

生態安全度[20]（Ecological Security Index，ESI）是在確定各指標權重的基礎上，用來評價生態安全狀況的一個綜合評價模型.根據生態安全評估的指標數據，可以計算出該區域的生態安全度的數值，此數值介于0~1之間，數值越高，表明該區域的生態安全狀況越好，反之越差.具體評價模型如下：

式（6）中，表示生態安全綜合評價指數；yij為該指標的標準化值；wj為指標j的權重.

2.6 生態安全等級的劃分

在進行區域生態安全的綜合評價中，除了進行生態安全度的定量計算外，還應對綜合評價的結果進行定性描述，因此需要根據該區域的實際情況對生態安全的狀況進行不同級別的劃分.本文在參考大量相關研究成果[21-24]的基礎上，結合玉溪市社會經濟發展的實際情況，將其劃分為不安全、較不安全、一般安全、較安全和高度安全五個等級（表2）.

表2 生態安全等級劃分及具體特征

3 結果分析

根據玉溪市生態安全評價的指標體系，采用熵權法計算得出各指標的權重大小（表4）.根據各指標的權重大小，采用生態安全綜合評價模型，計算得出玉溪市不同年份的生態安全度，并參考生態安全的等級劃分（表2），得出不同年份的生態安全狀況（表 5）.

表32006 —2015年玉溪市生態安全值及評價等級

圖12006 —2015玉溪市生態安全水平動態變化

從總體看，玉溪市2004—2013年的生態安全綜合指數變化呈倒U型，從2006年的0.5565變動為2015年的0.5463，表明玉溪市的生態安全水平整體變化不大，處于一般安全狀態.

分階段看，2006—2007年，生態安全綜合指數由0.5565降至0.4126，玉溪市的生態安全狀況處于一般安全狀態，表明其生態服務功能退化，生態問題趨于顯著；2007-2010年間，玉溪市的生態安全值增長87.56%，生態安全指數上升到較安全狀態，表明其生態系統能維持基本的功能，生態環境受到了一定的破壞.雖然玉溪市采取的措施如節能減排、增加科教費用支出、提高綠化面積等在一定程度上推動了整體生態安全值的增長，但仍然存在著許多不安全因素，制約著生態安全水平的進一步提高；2010-2014年間，生態安全值逐年下降，生態安全指數由較安全轉為一般安全；2014-2015年間，生態安全值開始回升，但仍處于一般安全狀態.

玉溪市生態環境壓力值呈波動下降趨勢，由2004年的0.4438降至2014年的0.0928，降幅達79.08%，特別是2013-2014年間，下降趨勢尤為明顯，降幅為70.1%.這表明社會經濟的不斷發展，社會保障體系不斷完善，城鄉居民生活條件逐漸改善及資源利用效率的提高一定程度上緩解了“三廢”排放和人口增長帶來的生態環境壓力，主要表現在城鎮居民人均可支配收入的逐年增加，由2006年的9526元上升到2015年的29631元，增幅高達221.05%，年均增長2010.5元此外，人口自然增長率下降、城鎮化率提高等也在一定程度上緩解了生態環境壓力.

玉溪市生態環境狀態值長期在0.1-0.2間運行，總體變化小，且略有下降趨勢.由2006年的0.1034上升到2015年的0.1691，變動0.0657.這表明面對日益增加的資源環境壓力，生態系統做出了積極的反應，主要得益于農民家庭恩格爾系數的大幅下降、非煙人均GDP、人均低保資金及單位面積糧食產量的提高、及建成區綠地率的增加.其中，農民家庭恩格爾系數由2006年44.97%降至2015年27.4%；非煙人均GDP增長207.25%；單位面積糧食產量增長了3.54%；人均低保資金提高888.52%；建成區綠地率增加42.03%.

玉溪市的人文社會響應值總體呈上升趨勢，由2006年0.5658上升到2015年的0.7441.這表明玉溪市面對日益嚴峻的生態環境問題，采取了積極有效的對策，以防止生態環境的進一步惡化，并著力于恢復已經遭到破壞的部分生態環境.這主要得益于城市污水處理率、生活垃圾無害化處理率及工業固體廢物處置率的提高，同時固定資產投資、地方財政支出逐年增加及普通高校在校人數的增長以及政府對科學技術投入經費的增加也發揮了重要作用.

分別用生態環境壓力值、生態環境狀態值、人文社會響應值與生態安全綜合值進行擬合（圖2）：

圖2 壓力、狀態、響應值與生態安全值的擬合分析

從圖2中可以看出，擬合效果最好的是人文社會響應值與生態安全綜合值的擬合，曲線模型為y=0.66766x+0.12477（R2=0.76603）. 這表明從2006-2015年這10年間，隨著玉溪市社會經濟的發展，雖然生產生活活動給生態環境帶來壓力和負荷日趨增大，但人文社會響應程度強烈，說明玉溪市采取的生態環境改善措施成效顯著.

4 結論與討論

4.1 結論

本文基于PSR模型，選取了玉溪市社會經濟發展與生態環境狀況的40個評價指標，利用正負向指標計算公式對各項指標進行標準化處理，采用熵權法計算各指標的權重，運用生態安全度的綜合評價模型，最終得出玉溪市2006—2015年的生態安全值.

（1）玉溪市2004—2013年的生態安全值總體呈倒U型波動變化趨勢，生態安全狀態由一般安全狀態逐步上升到較安全狀態，后期回落至一般安全狀態.但隨著資源環境承載壓力的增大，城市化進程的加快，玉溪市仍然存在著許多不安全因素，影響著整個城市生態環境的穩定，制約著生態安全水平進一步提高，特別是近年來工業“三廢”和能耗總量的大幅提高給生態安全建設帶來更大阻力.

（2）利用生態環境壓力值、生態環境狀態值、人文社會響應值與生態安全綜合值進行擬合，可以看出人文社會響應值與生態安全綜合值的擬合效果最好，表明玉溪市采取的一系列措施對提高整個城市的生態安全水平起了積極的促進作用，對整個生態環境的穩定產生了非常重要的作用.縱觀玉溪市2006—2015年的生態環境變化狀況，可以看出雖然生態環境壓力值、生態環境狀態值和人文社會響應值都在不斷增長，但其增長速率在不同的時間段是不一樣的，它們相互作用共同影響著玉溪市生態安全值的變化.2004年之前，生態環境壓力值一直高于生態環境狀態值，隨著人文社會響應值不斷增長，生態環境壓力值隨之不斷下降，其最終在2014年低于狀態值，表明玉溪市采取的應對生態環境所面臨的壓力的措施產生了非常重要的作用，形成了較安全的生態狀態，與之前擬合的結果相符.2015年，人文社會響應值回落至0.6453，生態環境壓力值反超狀態值，生態環境狀態值緩慢下降.這表明后期生態環境狀態值的變化開始滯后于人文社會響應值的變化，生態安全投入效果開始減弱.

綜上，在考察期內，玉溪市生態安全經歷了一般安全-較安全-一般安全的變化過程.玉溪市生態安全響應度開始下滑，生態安全投入效果減弱，生態環境面臨惡化風險.應加大生態安全投入力度以應對生態環境壓力反彈，重視潛在的不安全因素，掌握區域資源環境承載力階段性數據，科學規劃經濟與環境協調發展目標，謀求生態安全新路徑，提高區域發展競爭力，以更好融入滇中城市群建設.

4.2 討論

由于指標權重確定方法固有的缺陷和不足，因此最終得到的生態安全值可能與玉溪市的實際生態環境狀況存在一定的偏差.而且生態安全本身就是一個復雜的系統，會隨著社會、經濟、資源、環境等的不斷變化而變化，需進行長時間的觀測和研究，從而提高評價結果的客觀性和合理性.因此，未來對玉溪市生態安全的評價中，可以進一步完善評價指標體系的構建，改進指標權重的計算方法，采用多種方法進行檢驗，盡可能地減少誤差，使評價結果與本地區的生態環境現狀相一致，從而為區域發展科學決策提供更大的參考價值.

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A

1672-2094（2017）05-0034-07

2017-06-20

孫雨露（1994-），男，湖北咸寧人，云南師范大學旅游與地理科學學院碩士研究生.研究方向：區域資源環境開發.

李正升（1979-），男，云南龍陵人，云南師范大學華文學院副教授，博士.研究方向：環境經濟理論與政策.

張隆輝