基于驅動力-壓力-狀態-影響-響應模型的粵港澳大灣區惠州海岸帶生態安全評價分析*

何曄宇 匡耀求

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣東 廣州 510640；2.中國科學院大學，北京 100049)

海岸帶因其特殊的海陸交錯生境成為自然、人類活動的活躍區域，具有重要的經濟利用價值和生態服務功能，同時它也是典型的生態脆弱帶和環境變化敏感區[1]。長期以來，我國海岸帶生態系統大多數處于亞健康或不健康狀態[2]。粵港澳大灣區以泛珠江三角洲區域為廣闊發展腹地，是我國開放程度最高、經濟活力最強的區域之一[3]。灣區內城市群共擁有大陸和島嶼海岸線3 201 km，綿長的海岸線帶來的優質濱海資源，是灣區發展海洋經濟、參與建設“21世紀海上絲綢之路”的基礎。因人口和經濟活動等不斷向粵港澳大灣區集聚，灣區內海岸帶生態系統受到越來越嚴重的脅迫，資源環境問題日益凸顯，而優良的自然生態環境與穩固的海岸帶生態防護屏障是實現粵港澳大灣區高速、高質量、可持續發展的重要前提。因此，必須加強對近岸海域生態環境及其資源的監測、評價與管理，確保海岸帶生態環境系統及社會經濟系統運轉的可持續性。

目前國內外對海岸帶生態安全的研究大多集中在模型應用和單一生態因子上。壓力-狀態-響應(PSR)模型、總需求-總供給(AD-AS)模型、暴露性-敏感性-適應能力(VSD)模型和生態通道模型等被廣泛應用于海岸帶生態系統結構功能評價、生態脆弱性評價及其時空分異等方面[4-7]。海岸帶研究集中在近岸海域生物結構功能[8]、海洋資源承載力[9]、海域水質現狀評價[10]、土地利用類型變化[11]等內容上。由于人類對海岸帶生態系統各部分之間的復雜關系及相互作用機理認識的局限性，當前缺乏從海岸帶系統整體出發的綜合研究。本研究將海岸帶生態系統包含的陸地生態系統、濕地生態系統、近岸生態系統、近海海洋生態系統這4種典型系統作為一個整體，基于驅動力-壓力-狀態-影響-響應(DPSIR)模型[12-13]，構建一套較為科學、系統的海岸帶生態安全評價指標體系，并以粵港澳大灣區惠州岸段為例，識別影響惠州海岸帶生態安全的主要因素，對其海岸帶生態安全狀況進行評價與分析，為近岸海域保護管理與開發利用提供科學依據與決策參考。

1 研究區概況

惠州位于珠江三角洲東北部、東江中下游地區，陸域面積約11 346 km2，占珠江三角洲的1/4。惠州西鄰大鵬灣，東與紅海灣相接，南臨南海大亞灣，海洋資源豐富，領海基線以內海域面積約4 519 km2，大陸海岸線約281.4 km，是廣東省海洋大市之一，沿海地區主要為惠東縣和大亞灣區。海域中淺海面積560.4 km2，可供開發養殖面積137.3 km2，惠州適宜碼頭工程建設的岸線長達28.4 km，惠州港具有優越的自然條件，是華南地區的天然良港。

豐富而穩定的能源和優良的生態環境是世界級灣區形成與發展的基礎條件。惠州得天獨厚的濱海資源、大亞灣石化區、惠東紅樹林保護區等使其在粵港澳大灣區城市群中占據著不可或缺的地位，極具發展潛力。近年來，惠州抓住粵港澳大灣區建設、“一帶一路”戰略、中韓產業園合作等機遇，開放空間漸次打開。隨著發展機遇的增多以及發展速度的加快，其海岸及海域的大規模開發利用活動對惠州海岸帶生態環境安全造成的負面影響也逐漸凸顯。本研究以惠州沿海縣(區)惠東縣和大亞灣區作為研究區評價分析其海岸帶生態安全狀況。

2 數據來源與評價方法

2.1 數據來源

本研究采用的指標原始數據來源于2008—2017年所需年份的“惠州統計年鑒” “惠州市環境統計年報” “大亞灣區環境質量公報” “廣東省海洋環境狀況公報” “中國海洋環境質量公報” “中國海洋災害公報” “中國海平面公報”等。

2.2 基于DPSIR模型的惠州海岸帶生態安全評價指標體系

基于DPSIR模型框架和海岸帶生態安全的內涵，根據海岸帶特有的自然屬性與面臨的生態問題，充分考慮海岸帶生態風險形成機制和生態環境保護要求，按照科學性與可操作性、系統性與整體性、針對性和代表性的指標選取原則[14]，將海岸帶生態安全歸納為驅動力、壓力、狀態、影響、響應5個準則層，參考生態安全評價指標構建已有研究成果[15-16]，結合惠州海岸帶區域具體情況，共選取26個能夠反映生態安全特征的因子來構建海岸帶生態安全評價指標體系(見表1)。

2.3 評價指標數據標準化

由于各評價指標數據類型、數據特征及量綱等不一致，各指標之間不具有可比性。本研究采用極差法對指標原始數據進行標準化賦值，將其無量綱化。正向指標和負向指標分別按照式(1)和式(2)進行標準化。

x’ij=(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

(1)

x’ij=(xjmax-xij)/(xjmax-xjmin)

(2)

表1 基于DPSIR模型的海岸帶生態安全評價指標體系

式中：x’ij為指標原始值xij經過標準化處理后的值；xij為第i年第j項指標的原始值；xjmin為第j項指標的最小值；xjmax為第j項指標的最大值。

2.4 評價指標權重的確定

采用層次分析法(AHP)和專家調查問卷法確定評價第j項指標主觀權重(w1j)[17]。AHP是一種多層次權重決策方法，具有高度的邏輯性和系統性，適用于多指標層的DPSIR模型。利用熵值法確定第j項指標客觀權重(w2j)[18-19]。指標的信息熵越小，有效信息量越大，對綜合評價的影響越大，指標所占權重越大；反之亦然。

根據最小相對信息熵原理，利用拉格朗日乘子法優化得到第j項指標組合權重(wj)計算公式[20]：

(3)

式中：m為指標總數。

采用主客觀組合賦權，可在一定程度上避免AHP主觀認知與評判的決定性作用和熵值法純客觀計算模型賦權的缺點。利用上述方法得到海岸帶生態安全指標體系中各項指標的組合權重(見表2)。

2.5 生態安全綜合評價指數的計算

第i年海岸帶生態安全綜合指數(Ei)計算公式見式(4)：

(4)

Ei取值范圍為[0,1]，其值越大，表明海岸帶生態安全度越高，反之，海岸帶生態安全度越低。綜合海岸帶實際情況并參考相關研究[21]，將海岸帶生態安全狀態劃分為5個等級(見表3)。

表2 海岸帶生態安全評價指標權重

表3 海岸帶生態安全狀態等級

3 評價結果與分析

3.1 惠州海岸帶生態安全評價結果

基于上述海岸帶生態安全評價指標體系和方法對指標原始數據進行標準化賦值及組合權重分配，進而對屬于粵港澳大灣區惠州岸段的惠東縣和大亞灣區海岸帶生態安全進行評價分析。根據海岸帶生態安全綜合指數計算公式得到惠東縣、大亞灣區海岸帶2007、2010、2013、2015、2016年生態安全綜合指數(分別如圖1、圖2所示)。

根據計算得到的惠東縣和大亞灣區海岸帶生態安全評價綜合指數，粵港澳大灣區惠州岸段生態安全等級劃分結果見表4。

圖1 惠東縣海岸帶生態安全評價結果Fig.1 The results of ecological security evaluation of Huidong County coastal zone

惠東縣2007、2010、2013、2015、2016年的海岸帶生態安全綜合指數分別為：0.477 2、0.554 0、0.414 2、0.607 6和0.625 0，生態安全等級由預警轉為較安全，2013年惡化為較危險，后迅速恢復，2015年好轉，為較安全狀態。大亞灣區海岸帶生態安全綜合指數結果為：0.466 9、0.488 8、0.502 5、0.657 7和0.637 6，生態安全狀況由長時間的預警狀態至2015年出現好轉。近10年，惠州海岸帶生態環境安全狀況整體上有波動，但在近年有所改善，目前處于較安全狀態。

圖2 大亞灣區海岸帶生態安全評價結果Fig.2 The results of ecological security evaluation of Daya Bay coastal zone

3.2 評價結果分析

權重可用來權衡各評價指標對惠州海岸帶生態安全影響的相對重要程度。從權重分配結果來看，影響力從大到小排名前十的指標為：海洋產業產值占GDP比重、區域防災減災基礎設施建設投入、地均工業SO2排放量、工業產值占GDP比重、人口密度、環境保護與治理資金投入、地均工業廢水COD排放量、臺風風暴潮災害次數、海水富營養化指數、近岸及海岸濕地面積。這些指標是使惠州海岸帶生態環境發生改變的主要因素。

從驅動力指數看，2007—2016年，惠東縣海岸帶驅動力指數變化較為平穩，近年有所下降；大亞灣區驅動力指數從2007年的0.175 1下降到2013年的0.065 0，2015年開始有所回升，整體上呈下降趨勢。說明驅動力各指標對惠州海岸帶生態安全的貢獻度在下降，主要原因在于人口、工業生產和旅游等經濟活動在近海區域的高度集聚伴隨著對各類基本需求的提升，導致對當地資源環境的開發利用強度不斷加大，這些社會經濟因素的變化均在特定發展階段對海岸帶生態環境產生影響，它們是驅動海岸帶生態系統變化的最原始的、極為關鍵的因素。

從壓力指數看，惠東縣和大亞灣區海岸帶壓力指數都呈現上升、下降再上升趨勢，兩個海岸帶區域的壓力指數均在2013年到達低谷。這一時期，人類活動對海岸帶生態系統的脅迫作用隨著對經濟需求的增長越來越強烈，海岸帶生態系統承載的壓力逐年增加。主要表現為高污染、高消耗、高排放工業行業對環境質量和生態平衡存在嚴重威脅；以工程建設活動為主的岸線利用方式持續增加；濱海旅游業的興起與快速發展以及主要自然災害發生頻率的增加。2013年后呈現大幅好轉趨勢，說明2013年后人類生產生活活動對惠州海岸帶生態環境壓力在減小，主要表現為主要工業污染物排放量的下降。

從狀態指數看，惠東縣和大亞灣區海岸帶狀態指數大體上呈先下降后上升變化，上升趨勢主要出現在2013—2015年期間，說明惠州海岸帶生態環境健康狀況在上述壓力系統下受到同向影響，這與壓力指標的變化趨勢是相吻合的。惠州海岸帶生態環境狀況的惡化主要表現為濱海濕地面積的不斷減少以及海水富營養化程度的加重。但同時，森林覆蓋率和自然岸線保有率在受到外部環境壓力的情況下出現了緩慢回升，海岸線以穩定岸線為主，擴張岸線比例有所下降；近岸海域海水水質達標率在2016年均達到90%以上。因此，惠州海岸帶生態安全狀況在近年也表現出較樂觀態勢。

從影響指數看，惠東縣和大亞灣區海岸帶影響指數呈現下降—上升—下降趨勢，在整體呈現大幅下降趨勢的情況下，于2015年出現了一個高峰值，說明2015年前后的海岸帶生態環境有了較大改善。近年來風暴潮、海岸侵蝕、海浪等主要海洋災害頻發，沿海地區受到海洋災害的影響加劇，災害損失也逐年增多。2013、2016年廣東省較大范圍臺風風暴潮災害次數分別為3、4次，與往年相比頻次較高。受氣候變暖的影響，海平面逐年上升，2016年與2007年相比抬升了44 mm。海岸帶區域面臨的各種自然災害壓力是極不穩定因素，對惠州海岸帶生態環境造成較大潛在威脅。

從響應指數看，惠東縣響應指數2016年上升到0.210 1，大亞灣區響應指數2016年上升到0.191 2。由此可見，惠州近10年所采取的海岸帶生態環境保護措施取得了較為明顯的成效。惠東縣和大亞灣區在海岸帶區域城市維護建設以及環境保護與治理方面的資金投入逐年增加；工業廢水達標排放率在近年基本保持在95%以上；海岸帶區域生產活動資源利用效率逐年提高，單位GDP能耗逐年降低。淘汰重污染企業，實施清潔生產審核；積極開展生態建設，保護自然生態，這些響應措施對惠州遏制海岸帶的生態功能退化、環境質量惡化、生態資源衰退等問題產生了顯著效果。

表4 惠州海岸帶生態安全評價等級

惠東縣和大亞灣區海岸帶生態安全分類指數大多在2010年后有明顯下降，于2013年達到低谷，生態安全等級在2013年分別處于較危險和預警級別。2013年惠州實現GDP 2 678.35億元，GDP增幅居珠三角首位，這一階段是惠州經濟邁入高速發展的關鍵時期。沿海區域資源開發力度加大、沿海城鎮人口增加及外來游客人次激增、主要海洋災害頻次增多等都對近岸海域生態環境造成巨大的脅迫，這也是惠州海岸帶生態安全狀況惡化，出現波動的主要原因。2011年，惠州發布《惠州市環境保護和生態建設“十二五”規劃》，針對優化產業結構，淘汰落后產能，主要污染物控排，加強自然保護區建設與主體功能區環境管理，建設生態安全結構性控制區，維護區域生態安全等方面作了明確嚴格的要求，對改善惠州海岸帶生態環境發揮了積極作用[22]。惠州海岸帶生態安全狀況在2013年低谷時期之后有明顯改善，至2015年達到較安全級別。基于以上各因素，惠州海岸帶生態安全狀況在研究期間呈波動變化。

4 結論與建議

2007、2010、2013、2015、2016年，惠東縣海岸帶生態安全等級分別為：預警(Ⅲ)、較安全(Ⅱ)、較危險(Ⅳ)、較安全(Ⅱ)、較安全(Ⅱ)。大亞灣區海岸帶生態安全等級為：預警(Ⅲ)、預警(Ⅲ)、預警(Ⅲ)、較安全(Ⅱ)、較安全(Ⅱ)。10年間，惠州海岸帶生態環境狀況較不穩定，整體上呈現出波動變化趨勢，目前處于較安全狀態。

惠州2013年海岸帶生態安全狀況在《惠州市環境保護和生態建設“十二五”規劃》加大生態環境保護投入的情況下出現惡化，說明惠州海洋科技總體水平、海岸帶生態環境保護應對措施及力度仍不足以抵消這一時期持續增加的生態環境壓力。人類對環境變化和自然災害的響應、調節和反饋的不及時、不合理和不全面也會加劇海岸帶生態脆弱性[23]。同時，海岸帶生態環境對于響應措施的反應也具有一定程度的滯后性。

影響惠州海岸帶生態安全的主要原因有工業的發展及污染物排放、人類活動密集及人類對近海區域的大規模開發利用、政府響應措施實施力度不夠、自然和人為原因所造成的海洋災害和資源財產損失。在今后制定治理策略改善海岸帶生態環境時，應重點關注這些影響因素。惠州在其今后海洋功能區劃中應堅持保護與發展并重，嚴格遵循陸域和海域的生態控制紅線，并通過環境容量和生態承載力等控制海岸帶開發規模與強度；嚴格執行準入原則，產業結構適度重型化，重點引進高端、高效益的高新技術企業和產業；開展海域海岸帶整治修復，提升海洋生態功能；提高沿海區域城市維護建設水平，建立生態風險預警與應急響應機制；正確處理好保護管理與開發利用的關系。

粵港澳大灣區作為一個世界級城市群，人口與經濟要素高度集聚，在保證其經濟、社會、人文發展的同時，也應注重其內部的生態調節功能。惠州得天獨厚的海岸帶資源優勢不僅是粵港澳大灣區發展海洋經濟、維持能源資源供給的“黃金地帶”，也是構建其生態安全屏障、保障可持續發展的“生命地帶”和重要支撐。惠州應在保障海岸帶生態環境安全的基礎上，發揮自身優勢，打造其在融入粵港澳大灣區發展過程中的核心競爭力，與灣區內各城市優勢互補，從而產生更大的協同效應。