基于DPSIR模型的湛江灣海岸帶生態系統健康評價分析

陳夢華，陳峰

（1.湛江市環境科學技術研究所，廣東湛江524000；2.廣東海洋大學，廣東湛江524000）

海岸帶是海陸交錯的地帶，由于其豐富的資源、優越的自然環境和良好的地理位置，已成為自然和人類活動的活躍區域，是重要的生態區和社會經濟發展區，具有重要的經濟利用價值和生態服務功能，也是典型的生態脆弱區和環境變化敏感區，其生態系統健康問題已成為全球研究熱點[1,2]。隨著海岸帶開發利用的深入，海岸帶面臨著不同程度的人為和自然壓力，如自然資源損耗、海岸侵蝕、環境退化和災害頻發等，制約著海岸帶生態經濟社會的可持續發展[3]。我國海岸帶長達18000多公里，其中大部分生態系統長期以來處于亞健康或不健康的狀態[4]。因此，對海岸帶生態系統健康進行評價與評價，以實現海岸帶生態、社會與經濟的可持續發展。

由于生態系統的復雜性和綜合性，國內外對生態系統健康概念的表達還未形成統一的表述，從整個海岸帶生態系統角度出發的綜合研究和健康評價更是有限。常見的生態系統健康評價方法有：壓力—狀態—響應（PSR）模型、活力—組織力—恢復力（VOR）模型和暴露性—敏感性—適應能力（VSD）模型等[5-7]。上述評價方法在海岸帶健康狀況等級分析、健康狀態構成來源分析等方面仍存在一定局限性。DPSIR模型是由歐洲環境署（UNPE）建立和使用，綜合了壓力-狀態-反應(PSR)和驅動力-狀態-響應(DSR)框架的優勢，可以同時評估社會經濟和環境參數，其評價機制是社會及經濟發展等驅動因素對環境施加壓力，導致環境系統狀態發展，而這些發展變化會對生態系統、人類健康和自然過程產生影響，并最終產生政治響應[8]。

本文以湛江灣海岸帶為研究對象，基于驅動力—壓力—狀態—影響—響應（DPSIR）模型，構建湛江灣海岸帶生態系統健康評價指標體系，識別了影響湛江灣海岸帶生態系統健康的主要因素，并對海岸帶作為自然—社會—經濟綜合體的健康狀況進行分析評價，以期為合理開發利用海岸帶資源、保護近岸海域、恢復區域生態系統健康提供科學依據和決策參考。

1 研究區概況

湛江位于祖國大陸最南端，三面環海，東面南海，西臨北部灣，全市海岸線長2043km，其中大陸海岸線長1243.7km，占全省30.2%。湛江灣位于雷州半島東北部，自然岸線長約355.1km。漫長的海岸線所帶來的優質海岸資源，是灣區發展海洋經濟、參與“21世紀海上絲綢之路”建設的基礎。

根據黨十九大提出的“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”新要求和廣東省政府提出的《廣東省海岸帶綜合保護與利用總體規劃》中“一線管控、兩域對接，三生協調、生態優先，多規融合、灣區發展”的總體部署，湛江灣區成為規劃的8個海岸帶保護與利用綜合示范區之一。目前，湛江作為負有戰略使命的省域副中心城市和沿海經濟帶重要發展極，在粵港澳大灣區對接海南自貿區（自由港）、對接北部灣城市群、對接東盟中起到咽喉要道的作用，為此，湛江灣的規劃發展也隨之進入一個新的發展局面，潛力巨大。

隨著近年來灣內開發利用強度的加大，在推動湛茂一體化發展，打造粵西世界級鋼鐵、石化產業集群的同時，不可避免地帶來一些列生態環境問題，而優良的生態環境與穩固的海岸帶生態防護屏障是社會進步和經濟可持續發展的前提。這使得海岸帶生態系統健康評價尤為重要。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源及預處理

本研究采用的原始數據主要來源于2010-2018年的《湛江統計年鑒》《湛江環境質量年報》《廣東省環境狀況公報》《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模型的生態系統健康評價指標體系

2.2.1 指標體系構建

本研究基于DPSIR模型，依據海岸帶特殊的自然屬性和正面臨的生態狀況，綜合考慮湛江灣海岸帶的社會發展、經濟建設、環境污染及保護情況，在科學性、全面性、可操作性和區域性等原則[9]的指標選取下，參照國內外已有的相關研究[10]，確定了目標層、準則層、指標層3個層次，25個能反映海岸帶生態系統健康特征的指標，建立了湛江灣海岸帶生態系統健康評價指標體系(見表1)。

表1 湛江灣海岸帶生態健康評價指標體系

2.2.2指標標準化處理

本研究采用極差法對指標原始數據進行標準化處理，以消除各指標間的量綱差異，使其具有可比性。生態系統健康評價的指標可劃分為正、負向指標，具體指標趨向情況見表1。正、負向指標分別按式(1)和式(2)進行標準化處理。

式中：X’ij為第i項第j年指標標準化處理后的值；Xij為第i項第j年指標的實際值；maxXi為第i項指標在研究時段內實際值的最大值；minXi為第i項指標在研究時段內實際值的最小值。

2.2.3 指標權重確定

本研究采用綜合權重法確定指標權重，將層次分析法[11]和熵權法[12]相結合，可在一定程度上避免層次分析法的主觀因素決定作用和熵權法純客觀賦權的缺點。其中AHP是一種多層次權重決策的方法，具有高度的邏輯性和系統性，適用于多指標層的DPSIR模型，其權重值是各層指標兩兩因素按照專家打分確定重要程度，根據1-9比例標度法（具體含義見表2）形成判斷矩陣，運用yaahp輔助軟件運算得到且CI值均小于0.1通過一致性檢驗。熵權值是將各數據歸一化處理后運用MATLAB軟件輸入“Function weights=Entropy Weight（R）”熵權命令，按照熵權計算公式寫入程序獲得。將得到的兩權重值（如表1所示）根據最小相對信息熵原理，利用拉格日乘子法優化得到第i項指標綜合權重計算公式：

表2 1-9標度法

式中：m為指標總數。Wi為第i個指標的綜合權重；WiAHP和Wi熵分別是第i個指標層次分析法（AHP）權重值和熵權值；經計算，得到的指標綜合權重見表1。

2.2.4 綜合評價指數計算

綜合指數法計算生態系統健康指數來反映健康狀況是生態系統健康評價研究中常用的方法，指數越大，生態系統越健康狀況越好，反之，生態系統健康狀況越差。第j年海岸帶生態系統健康綜合指數（Ej）計算公式，見式（4）：

2.2.5 生態系統健康等級劃分

綜合海岸帶實際并參考相關研究[13]，將海岸帶生態安全狀態劃分為5個等級（表3）。

表3 海岸帶生態安全狀態等級

3 結果與分析

3.1 生態系統健康狀況分析

根據生態系統健康評價指數計算公式得出湛江灣海岸帶2010、2013、2015、2018年生態系統健康指數，分別為0.5452、0.5603、0.4672、0.4417，健康狀態分別為“臨界健康—較健康—臨界健康—較不健康”（如圖1所示）。湛江灣海岸帶生態系統健康狀況除了2013年為較健康狀態外，近10年間均處于臨界健康和較不健康狀態，尤其2018年為較不健康狀態。

圖1 研究區域2010-2018年生態系統健康指數

驅動力（D）指數分析：2010-2018年，湛江灣海岸帶生態系統健康驅動力指數逐年下降，由2010年的0.1345下降到2018年的0.0481，說明驅動力各指標對湛江灣海岸帶生態系統健康的貢獻率在下降。驅動力各指標作為海岸帶生態系統變化的最初和潛在變化因素，反映了隨著人口密度、地均國內生產總值、人均可支配收入、港口貨物吞吐量和海洋生產總值等社會經濟活動的高度聚集和對發展需求的提升，導致湛江灣海洋資源的消耗增加、開發利用強度加大。

壓力（P）指數分析：2010-2018年，湛江灣海岸帶生態系統健康壓力指數急速下滑，由2010年的

0.2311下降到2018年的0.0829，表明驅動力指標帶動海岸帶發展的同時對海岸帶生態系統造成的壓力也隨之增加。從“三廢”（地均廢氣、廢水、固廢）的產生量分析，工業和海洋資源開發導致的高排放對環境的高態勢壓力，同時隨著濱海旅游業的發展和自然災害頻發。湛江灣海岸帶生態系統壓力逐年增加。尤其2013-2015年期間下降幅度較大，說明此時期工業發展迅速導致的高污染高消耗。2015年后生態環境壓力有所緩解，這與“十三五”期間采取了積極的相應措施有關系。

狀態（S）指數分析：湛江灣海岸帶生態系統健康狀態指數變化與壓力指標變化趨勢相似。由2010年的0.0685下降到2018年的0.0161，表明海岸帶生態環境狀態遭到了嚴重損害，其中近岸海域功能區水質優良率由2010年的74%下降為2018年的67%，森林覆蓋率由28.30%下降到24.15%。尤其2013-2015年期間，狀態指數降幅為56.03%，2015-2018年變化較為平穩，說明狀態變化得到響應的措施后有所緩解。

影響（I）指數分析：湛江灣海岸帶生態系統健康狀態指數變化呈先上升后下降的變化趨勢。2010-2013年期間為上升期，說明這一階段驅動力、壓力、狀態變化還未環境產生深刻的影響；2013年后海洋災害頻發，沿海地區受到風暴潮、海岸侵蝕、海浪等海洋災害的影響加劇，災害損失也逐年增多。全球氣候變暖導致海平面逐年上升。除上述自然災害方面的指標影響外，環境影響指標中的工業廢水達標率由2010年的85.1%下降到2018年的75%，說明自認和人為的因素，對海岸帶生態系統健康的影響逐漸深入。

響應（R）指數分析：湛江灣海岸帶生態系統健康響應指數逐年上升。由2010年的0.0126上升到2018年的0.2241，表明在面對海岸帶生態環境遭到影響后采取的積極響應措施逐年重視。環境治理方面，環境保護與治理資金投入和治理廢水竣工項目逐年增加；科技教育方面，海洋教育合作、海洋自然保護區宣傳與科技工作的投入逐年提高；政策措施方面，實施清潔生產審核，提高環評準入原則，控制生態紅線等。以上湛江灣近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。

3.2 生態系統健康重要影響因素

各評價指標對湛江灣海岸帶生態系統健康的相對影響重要程度可用權重來權衡。從權重分配結果來看，相對影響重要程度從大到小排名前十的指標為：環境保護與治理資金投入、濱海旅游總人次、海洋生產總值、臺風風暴潮災害次數、海洋災害損失、治理廢水竣工項目、海平面變化量、地均工業廢水排放量、近岸海域功能區水質優良率、地均工業廢氣排放量。由此可見，這些指標是影響湛江灣海岸帶生態系統健康的主要因素。這些指標反映了工業發展及污染物排放、人類活動密集及人類對近岸海域的開發利用程度、政府響應措施實施力度、自然和人為因素所造成的海洋災害和資源損失等對湛江灣海岸帶生態系統健康帶來的影響。

4 結論與建議

本文立足湛江灣海岸帶發展實際，基于DPSIR模型構建了2010-2018年湛江灣生態系統健康評價指標體系，采用層次分析法和熵權法結合確定權重，對指標體系進行評價。研究結果顯示：（1）2010、2013、2015、2018年，湛江灣生態健康等級分別為臨界健康（Ⅲ）、較健康（Ⅱ）、臨界健康（Ⅲ）、較不健康（Ⅳ）。（2）影響湛江灣生態系統健康的主要因素有環境保護與治理資金投入、濱海旅游總人次、海洋生產總值、臺風風暴潮災害次數、海洋災害損失、治理廢水竣工項目、海平面變化量、地均工業廢水排放量、近岸海域功能區水質優良率、地均工業廢氣排放量。因此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。

湛江灣區是我國8個海岸帶保護與利用綜合示范區之一。豐富的海洋資源優勢下，應同時考慮經濟、社會、生態的可持續發展，嚴控生態紅線，注重海岸帶開發強度與環境承載相協調；注重海岸帶的整治和生態恢復；注重海岸帶生態系統的風險預警和應急響應機制；注重近岸海域環境保護教育和科研合作，在保障海岸帶生態系統健康的狀態下，充分發揮湛江灣地理位置優勢，助力湛江成為負有戰略使命的省域副中心城市和沿海經濟帶重要發展極。