基于P-S-R 模型的湖北省生態(tài)安全評價研究

葉 賽，蹇雪瑩

（中國地質(zhì)大學（武漢）經(jīng)濟管理學院，武漢 430074）

建設生態(tài)文明是全世界面臨的一個重要難題。在2019 年1 月召開的達沃斯世界經(jīng)濟論壇上，全球各地的政商界帶頭人普遍認為2019 年世界面臨的最大風險是環(huán)境威脅［1］。將生態(tài)安全納入國家安全體系之中，這一舉措準確把握了國家安全形勢變化的新特點和新趨勢，有利于加強對生態(tài)安全重要性的認識，對破解生態(tài)安全威脅具有重要意義。2019年，全國兩會中，習近平總書記圍繞生態(tài)文明建設進行闡述，首次提出“四個一”的表述。同時，2019 年的政府工作報告也指出，全國要繼續(xù)開展保護生態(tài)環(huán)境和防治污染的工作，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，統(tǒng)籌兼顧、標本兼治，持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［2］。

關(guān)于生態(tài)安全的研究，國內(nèi)外學者雖然開始時間不同，但都對其進行了多方面的研究。當前，國外關(guān)于生態(tài)安全的研究，宏觀上主要集中在生態(tài)安全與國家安全、環(huán)境污染等方面［3，4］，微觀上主要集中在生態(tài)安全的評價與監(jiān)測。國內(nèi)生態(tài)安全的研究主要涉及土地利用、區(qū)域生態(tài)安全的問題及對策、資源利用等方面［5-7］。

本研究以湖北省武漢市、宜昌市、襄陽市、荊州市、黃石市、咸寧市、鄂州市、十堰市、孝感市和荊門市10 個城市為研究對象，通過壓力-狀態(tài)-響應模型構(gòu)建出符合湖北省特點的生態(tài)安全評價指標體系，以湖北省10 個城市2014—2018 年的各指標數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)對湖北省生態(tài)安全情況做定量化評價。從壓力、狀態(tài)、響應3 個方面綜合分析湖北省生態(tài)安全狀況，為湖北省生態(tài)安全建設提出合理化、可實施的措施和建議，旨在為湖北省高效率、高質(zhì)量、協(xié)調(diào)發(fā)展提供新思路、新方法。

1 數(shù)據(jù)來源、評價指標體系和評價方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所構(gòu)建的湖北省生態(tài)安全評價指標體系共涉及13 個指標數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒（2014—2018）、湖北省統(tǒng)計年鑒以及各市統(tǒng)計信息網(wǎng)與統(tǒng)計年鑒。

1.2 指標體系的構(gòu)建

湖北省生態(tài)安全評價結(jié)果是湖北省進行生態(tài)環(huán)境建設相關(guān)措施的重要依據(jù)。因此，科學合理地分析評價湖北省生態(tài)安全的情況顯得尤為重要。本研究采用聯(lián)合國經(jīng)濟合作和發(fā)展組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同提出的壓力-狀態(tài)-響應（Pressure-State-Response，P-S-R）模型。根據(jù)P-SR 模型，結(jié)合近年來國內(nèi)文獻所構(gòu)建的指標體系，結(jié)合湖北省的特點，以科學性、合理性、可操作性等原則，構(gòu)建包含目標層、準則層、指標層共3 個層次13個具體指標的評價指標體系（表1）。

表1 湖北省生態(tài)安全評價指標體系

1.3 數(shù)據(jù)處理

由于各指標的量綱單位有所差別，因此，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。具體公式如下：

式中，xij為第j 項指標的原始值，xmax為某一項指標的最大值，xmin為某一項指標的最小值，yij為第j 項指標的標準化值。正向指標運用式（1）進行標準化處理，負向指標運用式（2）進行標準化處理。

主成分分析法主要是利用降維將多指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標，即主成分，通過線性組合重新組成彼此無關(guān)的綜合指標，其表達式如下：

式中，Z1，Z2，……，Zm為m 個主成分，lij為線性組合中的系數(shù)。具體公式如下：

式中，fij為初始因子載荷，λj為第j 個主成分對應的特征值。

由此，確定的指標權(quán)重為：

式中，θj為第j 個主成分對應的點方差貢獻率。

通過SPSS 軟件進行主成分分析，得到各指標的主成分分析結(jié)果。若主成分矩陣中出現(xiàn)負數(shù)，通過數(shù)據(jù)平移，即將所有數(shù)據(jù)加上一個最小負數(shù)的絕對值進行非負化處理，處理后的數(shù)據(jù)通過式（3）至式（5）得到指標權(quán)重，將其進行歸一化處理得到最終的指標權(quán)重。

本研究運用生態(tài)安全綜合指數(shù)來體現(xiàn)湖北省城市生態(tài)安全現(xiàn)狀，通過生態(tài)安全綜合指數(shù)分級標準來體現(xiàn)現(xiàn)狀與理想狀況的擬合程度。綜合指數(shù)越高，則表明生態(tài)安全狀況越好，反之則表明越不安全。參考國內(nèi)外相關(guān)文獻［8］，制定了5 級分類標準（表2）。具體公式如下：

式中，wj為第j 個指標的權(quán)重；yij為i 地區(qū)j 指標的標準化數(shù)值；Up為壓力指數(shù)；Us為狀態(tài)指數(shù)；UR為響應指數(shù)；U 為生態(tài)安全綜合指數(shù)。根據(jù)式（6）計算出2014—2018 年湖北省10 個地級市的壓力、狀態(tài)、響應指數(shù)以及生態(tài)安全綜合指數(shù)（表3 至表6）。

表2 生態(tài)安全綜合指數(shù)分級標準

2 湖北省生態(tài)安全現(xiàn)狀及評價

2.1 生態(tài)安全壓力指數(shù)分析

生態(tài)安全壓力指數(shù)參照的指標包括人口密度、人口自然增長率、人均GDP、人均耕地面積和植被覆蓋率。從生態(tài)安全壓力指數(shù)各因子平均貢獻率（圖1）可以得到，人口密度平均貢獻率最大，達53%，植被覆蓋率平均貢獻率最小，僅1%。湖北省人口密度較大的區(qū)域主要有武漢市、鄂州市、孝感市和黃石市，這4 個地方的人口密度都在500 人/km2以上，武漢市人口密度最大，為1 282 人/km2。湖北省大部分地區(qū)植被覆蓋率較低，其主要原因是城市規(guī)模不斷擴大，開發(fā)密度不斷提高，綠地面積不斷縮減，植被覆蓋率不斷降低，而湖北省很多位于山地區(qū)域的城市植被覆蓋率還比較高。

圖1 生態(tài)安全壓力指數(shù)各因子平均貢獻率

從時間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全壓力指數(shù)（表3），2014—2018 年湖北省這10 個城市的生態(tài)安全壓力指數(shù)平均值呈先上升后下降再下降的趨勢，其中，2016 年的生態(tài)安全壓力指數(shù)最大，達0.184。2018 年宜昌市生態(tài)安全壓力指數(shù)最大，為0.320，鄂州市生態(tài)安全壓力指數(shù)最小，為0.101。宜昌市、十堰市、襄陽市和荊門市生態(tài)安全壓力指數(shù)均高于平均值，剩余6 個城市生態(tài)安全壓力指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得壓力指數(shù)，將其分為3 類（高壓力指數(shù)＞0.160，中等壓力指數(shù)0.130～0.160，低壓力指數(shù)＜0.130）。由此可知，2018 年，宜昌市、襄陽市、荊門市和十堰市屬于高壓力指數(shù)區(qū)；咸寧市、武漢市、荊州市和孝感市屬于中等壓力指數(shù)區(qū)；黃石市和鄂州市屬于低壓力指數(shù)區(qū)。

表3 2014—2018 年湖北省10 個地級市生態(tài)安全壓力指數(shù)

2.2 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)分析

生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)參照的指標包括人均住房建筑面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公共綠地面積、固廢綜合利用率以及環(huán)境噪聲平均值。由生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)各因子平均貢獻率（圖2）可以看出，人均住房建筑面積平均貢獻率最大，為48%，遠遠超過了貢獻率第二的建成區(qū)綠化覆蓋率（23%），環(huán)境噪聲平均值平均貢獻率最小，僅為1%。

圖2 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)各因子平均貢獻率

從時間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)（表4），2014—2018 年湖北省生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均值呈逐漸下降的趨勢，并且有持續(xù)下降的可能。2014—2018 年，湖北省生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均值由0.240 下降至0.199。2018 年黃石市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)最大，為0.290，襄陽市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)最小，為0.128。黃石市、武漢市、十堰市和荊門市的生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)均高于平均值，其余6 個城市的生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得狀態(tài)指數(shù)，將其分為3 類（高等水平＞0.250，中等水平0.150～0.250，低等水平＜0.150）。湖北省這10 個城市中，僅有黃石市的城市環(huán)境狀態(tài)較好，武漢市、十堰市、荊門市、宜昌市、咸寧市、荊州市和孝感市7 個城市的環(huán)境狀態(tài)處于中等水平，而襄陽市和鄂州市的環(huán)境狀態(tài)較差。

表4 2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)

2.3 生態(tài)安全響應指數(shù)分析

生態(tài)安全響應指數(shù)參照的指標包括第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重、科學技術(shù)支出占財政支出比重和環(huán)境投入占財政支出比重。由生態(tài)安全響應指數(shù)各因子平均貢獻率（圖3）可知，第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重的平均貢獻率（47%）＞科學技術(shù)支出占財政支出比重的平均貢獻率（34%）＞環(huán)境投入占財政支出比重的平均貢獻率（19%）。由此可知，湖北省對環(huán)境保護的意識和投資力度都不夠，隨著生態(tài)長江的提出，湖北省政府開展了一系列保護生態(tài)的建設活動，但收效甚微，而且地方政府執(zhí)行力度差，使得生態(tài)建設開展時間短，無法保證生態(tài)建設的有效性與持久性。

圖3 生態(tài)安全響應指數(shù)各因子平均貢獻率

從時間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全響應指數(shù)（表5），2014—2018 年湖北省生態(tài)安全響應指數(shù)變化幅度中，最大值出現(xiàn)在2017 年，為0.064，最小值出現(xiàn)在2015 年，為0.055。2018 年武漢市生態(tài)安全響應指數(shù)最大，為0.185，黃石市生態(tài)安全響應指數(shù)最小，為0.010。武漢市、十堰市和襄陽市3 個城市的生態(tài)安全響應指數(shù)均高于平均值，其余7 個城市的生態(tài)安全響應指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得響應指數(shù)，將其分為3 類（高等水平＞0.100，中等水平0.020～0.100，低等水平＜0.020），由此可得，武漢市和十堰市的響應較好，襄陽市、鄂州市、宜昌市、孝感市、荊州市和荊門市的響應處于中等水平，咸寧市和黃石市的響應較差。

表5 2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全響應指數(shù)

2.4 生態(tài)安全綜合指數(shù)分析

由2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全綜合指數(shù)（表6）可見，2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)最高的是十堰市，為0.600，最低的是鄂州市，為0.300。湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)平均值為0.429，武漢市、十堰市和宜昌市3 個城市的生態(tài)安全綜合指數(shù)高于平均值，其余7 個城市的生態(tài)安全綜合指數(shù)均低于平均值。同時，結(jié)合生態(tài)安全綜合指數(shù)分級標準可知，武漢市和十堰市屬于生態(tài)安全區(qū)，宜昌市處于較安全區(qū)，黃石市、荊門市、襄陽市和咸寧市處于臨界安全區(qū)，孝感市和荊州市屬于生態(tài)不安全區(qū)，鄂州市生態(tài)安全問題較為嚴重。與2014 年相比，2014 年10 個城市中十堰市和宜昌市處于生態(tài)安全區(qū)，生態(tài)安全綜合指數(shù)高于0.550，而且沒有位于很不安全區(qū)的城市。2014—2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)逐漸下降，從0.459 降至0.429，表明湖北省生態(tài)安全狀態(tài)面臨著嚴重的挑戰(zhàn)，正在逐漸惡化。

表6 2014—2018 年湖北省10 個城市生態(tài)安全綜合指數(shù)

通過分析生態(tài)安全指數(shù)中的壓力、狀態(tài)、響應平均貢獻率可知，壓力指數(shù)平均貢獻率最高，為47.8%，其次是狀態(tài)指數(shù)平均貢獻率，為40.9%，響應指數(shù)平均貢獻率最低，為11.3%。由此可知，湖北省生態(tài)環(huán)境承受的壓力很大，所面臨的生態(tài)安全形勢嚴峻，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)不足以維持湖北省自身經(jīng)濟社會的快速發(fā)展。由生態(tài)安全壓力指數(shù)平均貢獻率可知，貢獻率最高的是人口密度（53%），其次是人口自然增長率（26%），植被覆蓋率貢獻率最低（1%）。因此，人類活動是湖北省生態(tài)環(huán)境壓力的主要來源，人口密度不斷上升，人口總數(shù)也在不斷增加，同時人均耕地面積減少，植被覆蓋率降低，人地矛盾加劇，生態(tài)環(huán)境壓力大。從生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均貢獻率來看，貢獻率最高的是人均住房建筑面積（48%），其次是建成區(qū)綠化覆蓋率（23%），環(huán)境噪聲平均值貢獻率最低（1%）?？傮w而言，湖北省生態(tài)安全狀態(tài)還是比較穩(wěn)定的，人均住房建筑面積增加的同時沒有忽視綠化活動。根據(jù)中國環(huán)境噪聲標準，湖北省的環(huán)境噪聲平均值（54.15 dB）僅僅比1 類白間標準（55.00 dB）降低了0.85 dB，湖北省平均環(huán)境噪聲也增加了生態(tài)安全的壓力。最后，由生態(tài)安全響應指數(shù)貢獻率可知，政府的政策同樣制約著生態(tài)安全。政府雖然出臺了大量有關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)的政策，但地方貫徹執(zhí)行政策的速度較慢，落實不到位，導致第三產(chǎn)業(yè)在GDP 中所占比重較小。同時，湖北省還未形成統(tǒng)一的環(huán)保理念，科學技術(shù)和環(huán)境投入占財政支出的比重很小，政府投資力度有待加強。

3 結(jié)論與建議

本研究基于壓力-狀態(tài)-響應模型，運用主成分分析法與綜合指數(shù)法，對湖北省的生態(tài)安全狀況進行定量分析與評價。最終得出以下2 點結(jié)論。

1）2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)平均值為0.429，總體處于臨界安全狀態(tài)。其中，襄陽市、荊門市、黃石市和咸寧市屬于臨界安全區(qū)；武漢市和十堰市處于生態(tài)安全狀態(tài)；宜昌市屬于較安全區(qū)；荊州市和孝感市屬于不安全區(qū)；鄂州市屬于很不安全區(qū)。十堰市生態(tài)安全綜合指數(shù)最高，為0.600，鄂州市生態(tài)安全綜合指數(shù)最低，為0.300。

2）通過分析生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應指數(shù)貢獻率，得到壓力指數(shù)平均貢獻率最高，為47.8%，其次是狀態(tài)指數(shù)平均貢獻率，為40.9%，響應指數(shù)平均貢獻率最低，為11.3%。由此可知，限制湖北省生態(tài)安全的主要因子來源于壓力系統(tǒng)中的人口密度、人口自然增長率和人均GDP。

結(jié)合長江經(jīng)濟帶目前的生態(tài)安全現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢，為提高湖北省未來的生態(tài)安全水平，改善湖北省生態(tài)環(huán)境，推動湖北省高質(zhì)量發(fā)展，本研究從以下2 個方面提出建議。

1）推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，提高生態(tài)安全響應能力。根據(jù)湖北省省情以及結(jié)構(gòu)矛盾，繼續(xù)推進主導產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進傳統(tǒng)優(yōu)勢輕工業(yè)改造升級，加大對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的支持，積極鼓勵企業(yè)轉(zhuǎn)型。淘汰落后產(chǎn)能，化解過剩產(chǎn)能。同時，要積極促進智能產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2）增加環(huán)保財政投入，加強生態(tài)環(huán)境保護，減輕生態(tài)壓力。湖北省2017 年關(guān)于環(huán)保的財政支出僅占總財政支出的2.21%，固廢綜合利用率為59.00%，生態(tài)環(huán)境壓力較大。應該加強東湖、洪湖、漢水、漳水、清江等水域及林地、耕地等的生態(tài)環(huán)境保護。