基于PSR模型的膠州灣生態安全評價研究

孫慧瑩 余靜 周玲玲 馮若燕 于小芹

摘要：科學有效地評價膠州灣生態安全程度，是膠州灣地區可持續發展的前提。文章基于PSR模型建立評價指標體系，利用AHP-熵權法確立指標權重，對2007—2016年膠州灣生態安全的發展狀況進行了綜合評價，并從壓力、狀態、響應3個方面對影響膠州灣生態安全的主要因素進行系統分析。研究結果表明：膠州灣生態安全指數整體呈波動上升態勢，但在2010—2013年略有下降，并在2014年有大幅度的回升直至2016年。生態安全指數在0.4～0.6間波動，整體處于“一般”的生態安全狀態。最后，文章提出通過堅持控制入海污水排放量和環境污染，加強海洋生態保護修復與海洋保護區建設，進一步完善膠州灣生態安全保護相關法律制度，注重海洋科技人才培養等方式來促進膠州灣地區生態安全水平的提高。

關鍵詞：海洋生態安全;膠州灣;PSR模型;AHP;熵權法

Abstract：As the key development area of marine economy in Qingdao，Jiaozhou bay area plays a vital role in the economic development of Shandong province.In order to maintain the marine ecological security of Jiaozhou Bay and ensure the sustainable，healthy and effective development，the focus of this study was to analyze and evaluate the marine ecological security of Jiaozhou Bay.So this study established an evaluation index system based on the PSR model by using AHP-Entropy method to obtain index weights，and then to evaluate comprehensively the development of ecological security in Jiaozhou Bay from 2007 to 2016.And the main factors affecting the ecological security of Jiaozhou Bay were analyzed systematically from three aspects： pressure，status and response.The results showed that the overall ecological security index of Jiaozhou Bay raised fluctuatedly，but it declined slightly from 2010 to 2013，and then it had rebounded sharply in 2014 until 2016.The ecological security index fluctuated between 0.4 and 0.6 and was in a “general” state in the whole period.Finally，it was vital that the government should strengthen the marine ecological protection and restoration，and establish marine protection zones，then insisting on controlling the discharge of sewage into the sea and environmental pollution.At the same time，administration needs to further improve the legal system of ecological security protection in Jiaozhou Bay，and strengthen supervision and management，pay more attention to the cultivation of marine science and technology talents and raise citizens′ awareness of ecological security to promote the improvement of ecological security level in Jiaozhou Bay.

Key words：Marine ecological security，Jiaozhou bay，PSR，AHP，Entropy Method

0 引言

生態安全是國家和地區安全的重要組成部分，也是支撐社會經濟發展的重要組成部分[1]。海洋生態安全作為國家生態安全的核心組成部分，支撐著海洋可持續發展。黨的十九大報告提出“堅持海陸統籌，加快建設海洋強國”的戰略部署，要求我們維護海洋生態安全的同時綜合考慮多方面的利益訴求。根據國內外相關學者研究，海洋生態安全是指與人類生存、生活和生產活動相關的海洋生態環境及海洋資源不受到威脅與破壞[2]。近年來，我國大力實行海洋發展戰略，但在海洋經濟迅猛發展的同時近岸海域生態安全受到顯著破壞，主要表現在海洋災害頻發、入海排污口附近海水污染嚴重、海洋生態系統健康狀況不理想等[3]。若任由此發展，一旦超出了海洋的自我調節能力和承載力，將會產生不可控制的影響，因此，維護我國海洋生態安全，對海洋資源、生態環境進行合理的開發利用與保護，是建設海洋強國的必要保證。

目前，國外對于海洋生態安全的研究主要集中在生態安全現狀、評價等領域[4-6]，體系和操作方法較為完整。國內的研究重點主要集中在海洋生態安全戰略構想[7-8]、治理[9-10]、生態環境安全[11-12]等理論方面的定性研究，近些年，隨著我國藍色國土戰略地位的提高，對于海洋生態安全的定量研究也逐漸增多，主要圍繞生態安全評價[13-14]、測度方法[15]等方面，主要集中于對評價指標體系的構建以及評價方法的探索，比如運用EES、PSR等模型構建評價指標體系對實例海域進行研究[16-17]。人類生產生活對海洋環境施加的壓力對海洋生態安全造成多方面的影響，表現出錯綜復雜的關系，而“壓力-狀態-響應”（Pressure-State-Response，PSR）模型具有非常清晰的因果關系，方法簡單明確，能夠直接反應人與海洋生態安全相關因子間的相互作用關系，因此，本研究選擇運用PSR模型構建膠州灣生態安全評價指標體系，對2007—2016年膠州灣生態安全能力進行綜合評價，以期能夠準確揭示膠州灣海洋生態安全發展歷程，為膠州灣乃至其他地區的海洋生態安全研究提供思路與借鑒，為加強或維護膠州灣生態安全提供參考。

1 膠州灣概況

膠州灣位于山東半島南岸，黃海西岸的一個半封閉海灣，隸屬于青島市。它是以團島頭（36°02′36″N，120°16′49″E）與薛家島腳子石（36°00′53″N，120°17′30″E）連線為邊界，總水域面積約320 km2，平均水深8.8 m，灣口狹小，海水交換能力不強[18-19]（圖1）。

膠州灣是青島的母親灣，是島城人民賴以生存和發展的搖籃，其沿岸具有獨特的地理優勢和環境優勢，孕育了一個優良的億噸大港，形成了環膠州灣產業集聚帶，拉動青島經濟、社會、文化等各項事業的發展。然而，由于膠州灣海域顯著的半封閉特征，水體交互能力較弱，生態系統一旦遭到破壞便很難恢復，同時環灣區域的經濟發展也會受到扼制。根據2017年《青島市海洋環境公報》顯示，膠州灣海域海水環境質量逐漸好轉，但仍有16.6%的海域屬于污染較重的第四類和劣四類水質海域[20];前些年，填海造地活動頻繁導致了海灣面積逐年縮小，2012年更下降到最低值，比1928年的560 km2縮小了38%[21]。因此，為了防止膠州灣生態安全狀況進一步惡化，保障環灣區域又好又快發展，科學有效地評價膠州灣生態安全程度，是膠州灣地區健康可持續發展的前提。

2 基于PSR模型的指標體系構建

2.1 PSR模型的基本原理

“壓力-狀態-響應”模型最初是由加拿大統計學家David J.Rapport和Tony Friend提出的，后在20世紀80—90年代末由聯合國經濟合作和開發組織（OECD）與聯合國環境規劃署（UNEP）發展成框架體系，用于研究在經濟背景下遇到的環境問題[17]。目前，PSR評價模型已廣泛應用于各個領域的生態系統安全、健康評價中[22-24]。本研究結合研究地區具體情況構建了膠州灣生態安全PSR基礎框架模型（圖2），壓力系統主要是指人類活動給海洋生態環境所帶來的壓力;狀態系統主要是指海洋生態環境對壓力做出的反應，描述了生態系統的功能現狀;響應系統是指人類對于海洋生態環境問題做出的應對與處理，即人類活動對海洋生態環境施加了一定的壓力，從而使得海洋生態環境狀態發生了改變，相應的，環境的惡化又會影響人類的活動，因此社會做出響應，通過對政策、意識和行動的改變來恢復海洋生態環境質量或防止環境退化。

2.2 指標構建

本著科學性、綜合性、可操作性、動態性等評價指標體系構建原則，結合膠州灣發展現狀，根據數據的可獲得性，建立了由“壓力-狀態-響應”三類二級指標共計16個基層指標構成的膠州灣生態安全評價指標體系（表1），以期能綜合反映膠州灣生態安全影響因素，判斷膠州灣生態安全狀況水平。

（1）壓力指標（P），代表導致膠州灣生態系統結構和功能發生改變的直接生態壓力，即人類社會經濟活動及自然發展過程中對膠州灣生態環境帶來的直接負面影響。社會經濟的發展和人口指標與海洋生態環境的壓力有密切關系，反映一定時期海洋資源的利用強度和經濟的發展變化趨勢[25]，因此除選用資源利用強度、環境污染、自然災害方面的指標外，還選擇了人文社會指標，具體包括人口總數、人均GDP、填海造地面積、捕撈量、萬元產值廢水排放量和綠潮面積。

（2）狀態指標（S），指的是由壓力導致的膠州灣生態環境的改變從而呈現的一種態勢，也可以說是膠州灣生態系統本身具有的承載力在特定時期的狀態，反應海洋為人類所提供的服務和功能。具體包括海灣面積、納潮量、生物多樣性、近岸海域功能達標率、海洋第三產業增加產值占GDP比重、海洋生產總值占GDP比重。其中，海洋生產總值是在一定期間內各類海洋產業總產值;海洋第三產業是指與海洋相關產業中屬于第三產業范疇的部門，主要包括海洋交通運輸業、濱海旅游業、海洋科研教育管理服務業等。

（3）響應指標（R），指的是人們為鞏固海洋生態安全所做的努力，是人類在環境、社會經濟和政策中的主觀能動性反映，包括政府、社會或個人采取的應對海洋生態環境變化的措施與手段，屬于正向指標。具體包括自然保護區面積、環保投資占GDP比重、高學歷海洋科研人員比重、污水處理率。其中，高學歷海洋科研人員選取的是碩士及碩士以上學歷，污水處理率是工業污水和生活污水總處理率。

2.3 數據來源與預處理

本研究收集整理了2007—2016年膠州灣海洋生態安全評價指標中可獲取的相關數據，其數據主要來源于國家海洋局北海分局、《山東統計年鑒》《青島市統計年鑒》《青島市國民經濟和社會發展統計公報》《青島市環境狀況公報》和《青島市海洋環境質量公報》。

在數據分析之前，必須對相關指標數據進行指數化處理，便于不同單位或量級的指標能夠進行比較和加權。本研究選取線性差值法，對原始數據進行線性變換，最終將原始值x通過標準化映射成在區間[0，1]中的數據x′。其中，正向指標（指數值越大壓力越小，狀態越好，響應越明顯的指標，比如污水處理率）公式為：

2.4 權重確定

膠州灣生態安全指標權重的確定是整個評價過程的關鍵。確定權重的方法較多，大體上分為主觀賦權法和客觀賦權法兩種。主觀賦權法主要根據專家的經驗進行判斷，如專家打分法、層次分析法等，客觀賦權法主要是對評價指標的數據進行特定的數學變換，不為人的主觀意志而轉移，僅依靠數據來確定權重，如熵權法、均方差法等。經比較分析后，本研究采用層次分析法和熵權法進行組合賦權，充分利用了兩個方法的優點，既保證了評價的客觀邏輯性，又反映了問題的實際意義和專家的經驗積累，使得權重的確定更加合理。

2.4.1 層次分析法確定權重

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），在20世紀70年代中期由美國運籌學家T.L.Saaty正式提出，具有系統化、層次化的特點。在處理復雜的決策問題時，通過專家的經驗判斷將結果定量化，具有一定的主觀性和靈活性。該方法比較適用于決策目標結構較為復雜且統計數據不足的情況，被廣泛應用于環境科研中，比如環境承載力、環境質量評價、生態安全等眾多領域[26-28]。運用德爾菲法邀請數位相關專家進行評價和打分，通過分析專家打分進行整理和歸納，獲取判斷矩陣，最后通過了一致性檢驗并進行了歸一化處理得到了目標層下的各指標權重值。

2.4.2 熵值法確定權重

熵權法，是通過對指標提供的信息熵值的大小來確定其在綜合評價中權重的一種方法，其原理是：某項指標值間的差異程度越大，信息熵越小，表明該指標在綜合評價中提供的信息量越大，相應權重越大，反之，權重越小[29]。權重結果僅受原始評價數據的影響，具有很強的客觀性，但沒有反應出專家的知識和多年的實踐積累，具有一定的機械性，結果難免受到一定程度的拘泥[30]。因此，通過計算信息熵從而獲得各指標權重。第j項指標的信息熵為：

綜上，將兩種方法獲得的權重進行組合并賦權，客觀而靈活地得出各指標權重值（表2）。

3 評價及結果分析

3.1 生態安全評價結果

膠州灣生態安全評價綜合指數（The Jiaozhou Bay Ecological Security Index）是對膠州灣地區生態安全的衡量。運用綜合指數評價法對膠州灣生態安全各個評價指標進行加權求和，能夠較準確地評價其綜合水平。通過生態安全評價綜合指數的大小，判斷區域內生態安全水平的高低，其中數值越大，表明其生態安全水平越高;反之，則生態安全水平越低。

3.2 生態安全評價等級

根據膠州灣海洋生態環境的現狀和海洋開發、利用的程度，通過向有關專家咨詢以及借鑒已有的研究成果[13，17]，確立了5個生態安全度的衡量等級：優秀、良好、一般、較差和很差（表4）。

3.3 結果分析

根據分析結果可以發現，2007—2016年的膠州灣生態安全評價指數整體呈波動上升態勢，2007—2010年呈平穩上升的狀態，但在2010—2013年略有下降，并在2014年有大幅度回升，直至2016年。2012—2013年的綜合指數略低于0.4，2016年略高于0.6，其他年份的生態安全指數均在0.4～0.6之間波動，整體呈現一般的生態安全狀態（圖3）。

（1）從壓力指數來看，2007—2016年指數整體呈現上升趨勢，其中，2008—2013年波動明顯，呈小幅下降趨勢，表明人類社會經濟活動對膠州灣生態安全帶來的壓力先增加后減少，其壓力主要表現在人們對海洋資源的瘋狂索取和過度開發利用所導致的海洋環境污染以及工業生活污水的排放入海。然而隨著人們生態安全意識的提高和相關法律法規的實施，影響膠州灣生態安全的負面壓力逐漸減小，壓力指數有了明顯上升。2008年壓力較前后幾年有所減少的主要原因是膠州灣作為北京奧運會帆船比賽項目的分會場，對場地乃至周邊的海洋生態環境有著較高的要求，因此政府施行嚴格的監管以減少影響膠州灣生態安全的破壞行為。2013年壓力指數達到最低值0.124 68，主要原因是中石化東黃輸油管線爆燃事故泄露的原油通過排水暗渠進入膠州灣，造成局部水質污染嚴重。自2013年起，壓力指數呈明顯增加趨勢，原因主要是《環膠州灣保護控制線劃定與岸線整理規劃方案》的審議通過，該方案明確規定“嚴禁任何圍填海行為”。隨后又出臺了《膠州灣岸線整理保護三年行動計劃（2013—2015）實施方案》旨在對膠州灣實施最嚴格的終極性、永久性保護，恢復膠州灣原貌。自此之后，膠州灣海域填海造地面積為零，并大力實施“退養還海”工程，從根本上降低灣內養殖密度，水質逐年好轉，壓力逐年減少。

（2）從響應指數來看，一直呈現穩步上升的態勢。自2007年以來，人們對維護海洋生態安全的認知不斷加強，政府各級部門也加大了監管力度，出臺了一系列控制污染、保護生態的環保措施及法律法規，如通過實施《青島市膠州灣保護條例》來保護膠州灣海洋環境和資源、沿岸環境和特色風貌、濕地及其生物資源。除此之外，積極在膠州灣海域設立自然保護區，除已有的文昌魚水生野生動物自然保護區外，又在2009年4月和2016年8月依次設立了膠州灣濱海濕地省級海洋特別保護區和青島膠州灣國家級海洋公園，分別占地36.22 km2和200.11 km2。與此同時，政府加大環保投資力度，著力引進和培養海洋相關領域高端人才，通過人才的建設來推動海洋的發展。2016年的海洋科研人員碩士及以上學歷人數占比達到歷史新高78.96%。以上使得政府對膠州灣生態安全的保護、保障趨于完善。

（3）從狀態指數來看，呈現出先下降后上升的發展趨勢。主要原因是人類社會發展對膠州灣產生的負面壓力勢必會影響膠州灣原本的環境狀態，因此伴隨著海洋環境污染的加劇，狀態系統的評價指標也會受到一定的影響。具體表現在，2007—2012年，大量的填海造地、建筑工程破壞了膠州灣原本的環境狀態，使得海灣面積、納潮量逐年降低至2012年的最低值，分別比2007年減少近20 km2和1億m3同年狀態指數達到最低點，生物多樣性也呈減少趨勢。2013年，狀態指數出現好轉勢頭，而響應指數自2010年較2007年便有了較為明顯的改善，這說明，狀態系統對于響應系統的反映有一定的滯后性;同時，也可以清楚地看到，2008—2010年在壓力指數逐年下降的情況下，狀態指數乃至膠州灣生態安全的綜合指數卻出現好轉趨勢，這也證明了在響應系統中相關政策、法規的實施對生態安全狀態的恢復有較為明顯的作用。

4 結論與討論

本研究基于PSR模型建立了膠州灣生態安全評價指標體系，利用AHP-熵權法確立了各個單項指標權重，對2007—2016年的膠州灣生態安全發展態勢進行了研究分析與評價，結果表明膠州灣生態安全指數整體呈波動上升態勢，在2010—2013年略有下降，整體處于“一般”的生態安全狀態。分別從壓力、狀態和響應3個方面進行系統分析得出生態安全指數波動的主要原因在于隨著人們對海洋生態安全重要性的認識日益加深，用于改善海洋生態環境壓力影響的措施也在積極完善，起初的響應舉措無法削弱由于人口和經濟增長過快帶來的膠州灣生態安全的負面影響，從而使得生態安全指數呈現輕微且緩慢的降低態勢，隨著維護膠州灣生態安全的措施方法積累到一定程度，產生正向積極地推動效果，使得生態安全指數有著較大幅度的提升。

評價結果比較符合膠州灣海洋生態安全的實際發展狀況。生態安全在近3年有所回升，但仍舊在“一般”狀態下徘徊，因此，對于加強膠州灣海洋生態安全的任務還很艱巨。筆者根據研究結果提出促進膠州灣地區生態安全水平提高的建議如下。

（1）堅持控制入海污水排放量和環境污染，加強海洋生態保護修復與海洋保護區建設。將陸源污染防治與膠州灣保護相結合，實施嚴格的污染物總量控制制度，從源頭上控制污水的排放。加強對膠州灣等地的灘涂和濕地的保護和生態修復力度，退養還灘，逐步修復已經破壞的濱海濕地。嚴禁過度捕撈的同時大力發展生態修復型海洋牧場，實現膠州灣地區海洋漁業資源的可持續發展。確保圍填海項目審批全面停止，并加快處理圍填海項目歷史遺留問題，對嚴重破壞膠州灣海洋生態安全的項目堅決予以拆除。加強海洋生態保護區建設，有計劃、有重點地選擇海洋自然保護區，加快構筑海洋保護新布局，對已建成的自然保護區進行定期巡護，推進海洋保護區的優化升級。

（2）進一步完善膠州灣生態安全保護相關法律制度，加強監督管理，注重海洋科技人才培養，提高公民的生態安全意識。將膠州灣生態安全納入青島市發展戰略，完善膠州灣控制污水排放、保護海洋環境的相關措施及法規制度，建立健全生態安全監督管理、防范預警以及部門聯動等相關機制。加大執法力度，加強執法隊伍建設，定期對膠州灣沿岸進行巡查，嚴懲入海污水排放不達標、填海造地活動等違法違規行為。注重對海洋科技人才的引進與培養，將膠州灣地區建設成為我國的海洋科研中心，同時注重提高全民的生態安全意識與參與生態安全保護的積極性，將海洋生態安全保護重要性、相關知識、法案納入宣傳計劃中，號召全社會參與到“母親灣”的生態安全保護中去。最終，實現膠州灣地區生態安全的穩步提升，促進海洋經濟的可持續發展。

本研究選取的PSR模型可以有效地將各個評價指標聯系起來，同時PSR模型具有很強的綜合性、靈活性和管理思想，因此對于某一時間段的系統狀態進行評價可以較全面地反映膠州灣生態系統的實際狀況，從而促使管理者不斷地改進和調節管理措施。然而PSR模型對于壓力、狀態和響應沒有分明的界限，對指標的分類不夠嚴格，并且過多地強調了人類的作用而忽略了海洋生態系統自我調節的能力，存在一定的局限性。另外，由于數據可獲得性的限制，本研究僅以 16個基層指標進行膠州灣生態安全的研究顯得有些單薄，如果有可能增加數據的寬度、廣度與精確度，進而建立更加系統翔實的指標體系進行深入研究，就可以更加客觀的研究膠州灣生態安全的演變，也可以為其安全等級的判定提供更加科學的依據。

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