基于“壓力-狀態(tài)-響應”模型的珠海市大萬山島生態(tài)安全評價研究

彭鵬，李建秋，華丕龍，蘇躍涵，湯德福，盧耀斌，曾翠平，駱海萍，劉廣立

摘要：文章基于“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）模型構建海島發(fā)展的指標評價體系，選取21個代表性指標評價該地區(qū)生態(tài)安全狀況，對珠海市大萬山島的生態(tài)安全進行了分析研究。結果表明，2010—2017年珠海市大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢，2016年安全指數(shù)為0.679，達到生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”等級。2010—2017年，壓力指數(shù)從0.038升至0.162;由于廢水、廢氣和固體廢棄物排放增加，狀態(tài)指數(shù)在2012—2016年呈現(xiàn)下滑趨勢，從0.194降至0.074;響應指數(shù)明顯上升，在2016年達到最高值0.496，而在2017年又下降至0.352。狀態(tài)指數(shù)結果表明，經(jīng)濟增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力之間的矛盾突出，大萬山海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞導致各子系統(tǒng)協(xié)調度失穩(wěn)下滑。

關鍵詞：壓力-狀態(tài)-響應模型;生態(tài)安全;生態(tài)環(huán)境;海島資源;珠海市;大萬山島

中圖分類號：P76 ;Q149 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1005-9857（2020）07-0049-06

Ecological Security Assessment of Dawanshan Island in Zhuhai Based on PressureStateResponse Framework

PENG Peng1，LI Jianqiu1，HUA Pilong1，SU Yaohan2，TANG Defu2，LU Yaobin2，ZENG Cuiping2，LUO Haiping2，LIU Guangli2

（1.CSG Power Generation Company，Guangzhou 510630，China;2.School of Environmental Science and Engineering，Sun Yatsen University，Guangzhou 510006，China）

Abstract：An index evaluation system based on the “PressureStateResponse” （PSR） framework with 21 representative indicators was constructed and used to evaluate the ecological security situation in the Dawanshan Island in Zhuhai in this study.The results showed that the ecological safety index of Dawanshan Island had been on the rise from 2010 to 2017.In 2016，the security index was 0.679，reaching the “relatively safe” level of ecological security II.The pressure index rose from 0.038 to 0.162 from 2010 to 2017.Due to the increase of wastewater，waste gas and solid waste emissions，the state index showed a downward trend from 2012 to 2016，during this period，the response index increased significantly，reaching the highest value of 0.496 in 2016 and dropped to 0.352 in 2017.The results of situation index showed that the contradiction between the economic development and the ecological environment and security was serious.The over utilization of resources and the ecological environment destruction in the Dawanshan Island resulted in the instability and decrease in the coordination degree of each subsystem.

Key words：Pressurestateresponse framework，Ecological safety，Ecological environment，Island resources，Zhuhai city，Dawanshan Island

0 引言

我國海域遼闊，海岸線漫長，分布著許多海島，海洋自然資源豐富。隨著世界“經(jīng)濟工業(yè)化”和“社會城市化”的發(fā)展，生產(chǎn)生活高度集中，推動了經(jīng)濟、教育、文化、科技的發(fā)展[1-3]，海島由于其獨特的資源價值而成為世界海洋大國極力開發(fā)的對象[4]，然而其四面環(huán)海且生態(tài)脆弱，環(huán)境遭受干擾破壞后生態(tài)系統(tǒng)恢復難度較大[5-6]。海島過度開發(fā)利用不僅導致海島資源退化、生態(tài)功能喪失，還會引發(fā)水域環(huán)境惡化、生物資源減少等問題[7]。因此，開展海島生態(tài)安全狀態(tài)評價研究，可為海島的有效開發(fā)和環(huán)境保護提供科學理論支撐，具有重要的現(xiàn)實意義。

“壓力-狀態(tài)-響應”（pressurestateresponse，PSR）模型包括壓力指標、狀態(tài)指標和響應指標。壓力指標描述了人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的壓力，包括資源和社會壓力;狀態(tài)指標指生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，如生態(tài)系統(tǒng)的活力、組織和恢復力;響應指標反映了生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的變化程度，包括人類和生態(tài)系統(tǒng)本身的變化[8-9]。PSR模型被廣泛用于環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)健康與安全研究[10]，如通過對1990—2010年中國杭州灣時空系統(tǒng)變化的PSR模型分析，結果表明當?shù)氐臐竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)在1990—2000年健康狀況下降，2000—2010年濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能得到恢復[11]。Ou等[12]基于PSR模型的數(shù)據(jù)分析，提出了我國臺灣貢寮區(qū)漁業(yè)發(fā)展的合理方案。彭建交等[13]依據(jù)PSR模型，構建3個準則層和15個評價指標，對2015年14個沿海城市的海洋生態(tài)健康進行了評價。本研究以珠海市大萬山島為例，基于該地區(qū)2010—2017年的各項經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境監(jiān)測等數(shù)據(jù)，開展了利用“壓力-狀態(tài)-響應”模型的生態(tài)安全綜合評價工作。

1 研究區(qū)概況

珠海市大萬山島面積約8.1 km2，大萬山島最高海拔443 m，大萬山島周邊海域曾經(jīng)是廣東省六大漁場之一[14]，有經(jīng)濟價值的魚類200余種，是萬山列島最大的島嶼，地理位置極為重要。大萬山島地勢中間高，四周低，植被多為茂密草叢和灌木，覆蓋率達60%。大萬山島所在地屬于亞熱帶季風氣候，水氣豐富，空氣濕潤。1998年10月大萬山島被批準成立全國海洋開發(fā)實驗區(qū)，是廣東省人民政府實施“海洋綜合開發(fā)戰(zhàn)略”中的重要組成部分[15]。由于大萬山島遠離內陸，區(qū)域位置獨特，海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱，如何平衡經(jīng)濟發(fā)展、資源利用和生態(tài)環(huán)境之間的關系是其可持續(xù)發(fā)展所關注的問題。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

大萬山島生態(tài)安全評價的“壓力-狀態(tài)-響應”模型是由人類活動作為壓力指標，社會現(xiàn)狀和環(huán)境狀況作為狀態(tài)指標，最后通過社會行為或政府管理決策作為響應指標，如此反復影響，構建成一個完整的“壓力-狀態(tài)-響應”模型框架，反映人與自然相互作用的共同結果。為全面綜合衡量大萬山島的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展能力，本研究遴選21個考量指標，如表1所示，以生態(tài)安全為總目標，分別以壓力、狀態(tài)和響應作為準則層，以具體指標作為指標層，構建大萬山島可持續(xù)發(fā)展評價的“壓力-狀態(tài)-響應”模型。指標的權重值對應指標對評價結果的相對重要程度，考慮海島生態(tài)安全評價的多個目標性，本研究采用層次分析法結合專家咨詢來確定大萬山島生態(tài)安全評價指標體系各指標的權重。

2.2 數(shù)據(jù)標準化

由于不同指標的單位不同，本研究對研究數(shù)據(jù)采用極差法進行標準化處理，目的在于統(tǒng)一量綱進行數(shù)據(jù)處理和分析[16]。在標準化處理過程中，對綜合評價指數(shù)貢獻為正向的稱之為正功效指標，對綜合評價指數(shù)貢獻為負向的稱之為負功效指標，公式如下[17]：

正功效指標，C′i=Ci-CminCmax-Cmin

負功效指標，C′i=Cmax-CiCmax-Cmin

式中：C′i為二級指標Ci的標準化值;Cmax為某個指標的最大值;Cmin為某個指標的最小值。

2.3 評價綜合值計算

本研究在完成珠海市大萬山島生態(tài)安全評價指標建立工作的基礎上，通過分析模型的適用性，決定采用多層加權求和法，其計算公式如下[18]：

R=ni=1Wi×C′i， （i=1，2，…，n）

式中：R為生態(tài)安全評價指數(shù);Wi為第i個評價指標的權重值;C′i為二級指標Ci的標準化值;n為評價指標個數(shù)。

根據(jù)海島發(fā)展生態(tài)安全評價指數(shù)分為5級，對應“很不安全”“不安全”“臨界安全”“較安全”和“理想安全”5個生態(tài)安全級別。當綜合指數(shù)R≥0.8時，生態(tài)安全等級為I級“理想安全”;當綜合指數(shù)0.6≤R≤0.8時，生態(tài)安全等級為Ⅱ級“較安全”;當綜合指數(shù)0.4≤R≤0.6時，生態(tài)安全等級為Ⅲ級“臨界安全”;當綜合指數(shù)0.2≤R≤0.4時，生態(tài)安全等級為Ⅳ級“不安全”;當綜合指數(shù)R<0.2時，生態(tài)安全等級為Ⅴ級“很不安全”。

2.4 PSR協(xié)調度

大萬山島的生態(tài)安全評價受到壓力、狀態(tài)和響應3個子系統(tǒng)諸多要素之間協(xié)調程度的影響，為綜合評估海島子系統(tǒng)的內在聯(lián)系，采用協(xié)調度函數(shù)來衡量3個子系統(tǒng)之間的協(xié)調程度[19-20]。C=R1+R2+R3R12+R22+R32式中：C為協(xié)調度;R1、R2、R3分別代表壓力、狀態(tài)與響應子系統(tǒng)的得分。

2.5 數(shù)據(jù)源

本研究所用的數(shù)據(jù)源自珠海市統(tǒng)計局珠海概覽（2010—2017年）、珠海市統(tǒng)計年鑒（2010—2017年）、珠海市環(huán)境保護局環(huán)境質量報告書、珠海市氣象局監(jiān)測報告、萬山鎮(zhèn)政府工作報告、珠海市民生數(shù)據(jù)開放平臺等。

3 結果與討論

3.1 生態(tài)安全指數(shù)與子系統(tǒng)變化分析

壓力、狀態(tài)、影響與綜合評價指數(shù)結果如圖1所示。大萬山島在2010—2017年生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢。2010—2012年大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)均低于0.4，生態(tài)安全等級為Ⅳ級“不安全”。2013—2015年大萬山島生態(tài)安全指數(shù)上升緩慢，安全指數(shù)從0.456上升至0.494，增幅僅為8.2%，生態(tài)安全一直處于Ⅲ級“臨界安全”。2016年大萬山島安全指數(shù)達到0.679，處于生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”。然而，2017年大萬山島生態(tài)安全指數(shù)降至0.590，生態(tài)安全級別降至Ⅲ級“臨界安全”，與之對應的是響應指數(shù)的降低。分析可知，2017年環(huán)境負擔加重，生活垃圾處理量由2010年的0.63萬t增加到0.93萬t，增幅為47.6%，且教育財政支出和醫(yī)療衛(wèi)生支出下調，這是造成該下降趨勢的重要因素。

2010—2017年壓力指數(shù)一直處于緩慢上升的趨勢，數(shù)值從0.038升至0.162，這與當?shù)芈糜螛I(yè)和漁業(yè)的興盛密不可分，期間漁業(yè)總產(chǎn)值由0.33億元升至1.47億元，旅游綜合收入由0.87億元升至4.33億元，經(jīng)濟的發(fā)展直接影響了包括生產(chǎn)總值、人均GDP在內的諸多二級指標。2010—2012年大萬山島狀態(tài)指數(shù)基本不變，隨后2012—2016年呈現(xiàn)下滑趨勢，從0.194降至0.074，2017年較2016年持平。分析其原因，2010—2012年當?shù)馗餍懈鳂I(yè)還處于開始階段，全年接待游客人數(shù)少，2013—2016年漁業(yè)和旅游業(yè)興盛，2016年游客接待數(shù)達到32.86萬人，這又帶動了飲食業(yè)的發(fā)展。流動人口的增加和服務業(yè)的興起使得廢水排放量和生活垃圾處理量激增，導致狀態(tài)指數(shù)的下滑。2017年當?shù)卮罅ν茝V環(huán)保經(jīng)驗，加強海洋生態(tài)文明建設，生活垃圾處理量和廢水處理量有所控制，廢水排放量從29.3t降至26.5t，雖然生態(tài)環(huán)境有所改善，但也可以看出經(jīng)濟增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力的矛盾依舊突出。2010—2016年響應指數(shù)呈上升趨勢，在2016年達到了0.496，表明這段時間內政府決策對大萬山島的生態(tài)安全產(chǎn)生有利的影響，然后2017年響應指數(shù)降至0.352，其中教育財政支出由2016年的0.58億元降至0.44億元，醫(yī)療衛(wèi)生支出由0.39億元降至0.18億元，是造成該下降趨勢的重要因素。

3.2 PSR系統(tǒng)協(xié)調性分析

大萬山島PSR系統(tǒng)協(xié)調度與綜合評價指數(shù)對比結果如圖2所示。從圖2可以看出，PSR系統(tǒng)協(xié)調度在2010—2016年總體呈現(xiàn)波動下降趨勢，2016年降至1.423，這是由于海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞而導致的協(xié)調度失穩(wěn)下滑，與生態(tài)安全指數(shù)與子系統(tǒng)變化分析一致。2017年系統(tǒng)協(xié)調指數(shù)有所上升，由2016年的1.423升至1.540，這是由于壓力-狀態(tài)-響應子系統(tǒng)的變化速度不協(xié)調導致的[7]。總體而言，雖然大萬山島綜合評價指數(shù)呈上升趨勢，但各子系統(tǒng)之間的協(xié)調度不夠穩(wěn)定。

3.3 PSR模型發(fā)展預測

基于以上數(shù)據(jù)，使用不同的非線性曲線擬合方程（表2）對壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)和響應指數(shù)進行擬合，并預測2018-2030年各指數(shù)的趨勢。由圖3所示，壓力指數(shù)達到0.221后不再上升，而狀態(tài)指數(shù)穩(wěn)定在0.041，這可能是由于海島人口達到飽和，資源消耗和污染排放趨于穩(wěn)定。由于政府對醫(yī)療、教育和環(huán)保等方面的投資力度加大，2018年后，響應指數(shù)將有一個上升階段，且由圖3可知，2021大萬山島生態(tài)安全評價指數(shù)R為0.805，生態(tài)安全等級達到I級“理想安全”。

針對大萬山島存在的生態(tài)安全問題，筆者提出以下建議。

（1）保護海島生態(tài)環(huán)境，對于大萬山島的建設項目，分析環(huán)境影響并針對性提出應對措施，需加強海島環(huán)境污染的預警、應急能力，嚴守生態(tài)紅線，合理開發(fā)海島資源。

（2）全方位推進海島產(chǎn)業(yè)結構轉型，開發(fā)潛在海島資源，如潮汐能、風能等，大力發(fā)展現(xiàn)代漁業(yè)、旅游、餐飲、倉儲等服務業(yè)，以經(jīng)濟發(fā)展帶動供水、供電、交通等基礎設施建設，提升公共服務質量。

（3）加大當?shù)匚幕逃歪t(yī)療衛(wèi)生建設，制定相關法規(guī)，處理好經(jīng)濟發(fā)展與資源開發(fā)之間的關系，做好海島的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)建設規(guī)劃，才能做到在保護生態(tài)環(huán)境的前提下，海島資源高效利用，推動海島全面發(fā)展。

4 結語

本研究基于“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）模型構建海島發(fā)展的指標評價體系，選取21個代表性指標評價珠海市大萬山島地區(qū)生態(tài)安全狀況。2010—2017年大萬山島的生態(tài)安全指數(shù)總體呈上升趨勢，最高達到生態(tài)安全Ⅱ級“較安全”，但在2017年有所下降，需要政府規(guī)劃好海島發(fā)展、資源利用與生態(tài)環(huán)境保護的關系，朝生態(tài)安全I級“理想安全”目標努力。在各子系統(tǒng)中，狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)出下滑趨勢，經(jīng)濟增長與海島生態(tài)環(huán)境承受能力之間的矛盾突出。大萬山島PSR系統(tǒng)協(xié)調度在2010—2016年總體呈現(xiàn)波動下降趨勢，這是由于海島資源的過度開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的破壞而導致的各子系統(tǒng)協(xié)調度失穩(wěn)下滑。

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基金項目：國家重點研發(fā)計劃課題（2017YFB0903703）.

作者簡介：彭鵬，工程師，碩士，研究方向為自動化及電池儲能技術

通信作者：劉廣立，教授，博士，研究方向為環(huán)境污染與生態(tài)修復