基于DPSIR 模型的韶關市生態安全評價

成 量，王尚九

（1.韶關學院 政法學院，廣東 韶關 512005；2.韶關學院 數學與統計學院，廣東 韶關 512005）

“生態安全”這一概念最早由國際應用系統分析研究所于1987年提出，是“一個區域的生態環境處于少受甚至不受威脅的狀態”. 它具有兩重含義，一是指生態系統的結構未受到破壞，功能健全；二是指生態系統的服務能滿足人類生存發展的需要. 城市生態系統是城市居民與其環境相互作用而形成的統一整體，其生態安全不僅關系到人民群眾的日常生活和身體健康，更直接影響著城市的社會經濟發展. 科學評價城市生態安全狀況，可以為城市生態文明建設和生態環境管理決策提供參考.

目前，我國學者在生態安全評價方面進行了大量探索. 研究對象上，主要聚焦于土地［1］、水資源［2］、森林［3］、草地［4］、濕地［5］、城市［6］等生態系統的安全評價. 研究尺度上，大多數研究從省［7］、市［6］、縣［8］等層面開展生態安全評價，也有少數研究進行生態保護區［9-10］和流域［11］等層面的評價. 在構建評價指標體系時，已有研究主要采用兩種思路，一種是基于生態安全的內涵，從自然、經濟、社會等不同維度選取指標來對生態安全進行綜合度量［12］，另一種是借助壓力-狀態-響應（PSR）模型［6，13］或其擴展形態驅動力-壓力-狀態-影響-響應（DPSIR）模型［1，7］來構建生態安全評價指標體系. 同時，PSR 模型和DPSIR 模型由于綜合考慮了資源、環境、經濟及人類健康等要素之間的因果關系，被廣泛用于復雜系統的生態安全評價中. 例如，聞熠等基于PSR 模型和突變級數法對上海市2005—2015年的生態安全進行了評價，并將這一時期劃分成生態安全上升和下降兩個階段［13］. 邵月花等基于DPSIR 模型構建流域生態安全評價指標體系，對渭河干流甘肅段生態安全進行評價，提出了促進流域經濟與生態和諧的對策［11］. 盡管評價指標體系的構建思路相似，但是由于不同的研究對象在資源基礎、環境狀態、經濟社會發展階段等方面存在差異，因此構建的生態安全評價指標體系也有所差異.

韶關市是粵北地區的政治、經濟、文化和交通中心，自20 世紀60年代開始布局了大批工礦業，曾被譽為“華南重工業基地”. 隨著城鎮化和工業化進程的不斷推進，韶關市近年來也面臨著空氣質量下降、土壤重金屬超標、生態空間被擠占和生物多樣性下降等問題，其生態系統健康和生態安全受到威脅. 2018年6月，廣東省委提出“一核一帶一區”發展格局，并明確將韶關市劃為“北部生態發展區”. 作為廣東省重要的生態屏障，保護好生態環境既是韶關市最大的責任，也是其實現高質量發展的重要基礎. 在此背景下，通過生態安全定量評價，了解韶關市生態安全狀況及變化趨勢，明確生態安全的制約因素，具有重要的研究價值與現實意義.

1 研究區域概況

韶關市位于廣東省北部，是粵北地區的中心城市，地理位置介于東經112°53′至114°45′，北緯23°53′至25°31′之間，總面積約1.8 萬km2. 韶關市地處嶺南山地地貌區，南部為丘陵地帶，北部為山區，山地占比較高，平均海拔高度60 m. 韶關市氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛，熱量充足，屬于典型的亞熱帶季風氣候區. 韶關市擁有豐富的森林資源和水資源，森林覆蓋率為74.43%［14］，多年平均水資源量達183.10億m3［15］，是廣東省重要的生態安全屏障. 但是受城市化和工業化發展的影響，韶關市資源能源消耗加劇，污染物排放嚴重，生態安全問題也日益突出.

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

歐洲環境署于1997年在“壓力-狀態-響應（PSR）”模型的基礎上提出了“驅動力-壓力-狀態-影響-響應（DPSIR）”概念模型，隨后該模型被學者們用于判定環境狀態和環境問題因果關系［16］. 模型中“驅動力”是指引起生態系統變化的潛在原因，例如經濟社會發展趨勢；“壓力”是由驅動力引起的，直接作用于生態系統使其生態安全狀態發生改變的原因，例如資源、能源消耗和污染排放；“狀態”是指在壓力作用下，生態系統所呈現的狀態，通常可以用環境質量和生態質量來表示；“影響”是指狀態改變對自然環境、社會經濟發展所造成的影響；“響應”是指為了預防非期望生態系統狀態改變而采取的積極措施［2］.DPSIR 模型涵蓋了經濟、社會、資源、環境等要素，可以通過因果關系鏈來解釋驅動力、壓力、狀態、影響、響應五者之間的傳導關系，見圖1.

圖1 DPSIR 概念模型示意圖

基于DPSIR 模型原理，綜合考慮韶關市生態安全的主要影響因素，我們構建了韶關市生態安全評價指標體系. 該指標體系的準則層包括驅動力、壓力、狀態、影響、響應5 個部分，指標層包括GDP、人口密度、城鎮化率等20 項指標，指標屬性有正有負（表1）. 選取2014—2021年作為研究期間，構建的韶關市生態安全評價指標層的指標數據來自相應年份的廣東統計年鑒［17］、韶關統計年鑒［18］、韶關市國民經濟和社會發展統計公報［19］、廣東省水資源公報［20］以及廣東省生態環境廳定期公布的廣東省城市空氣質量排名［21］，見表2.其中，GDP 和人均GDP 均已折算為1978年不變價格.

表1 韶關市生態安全平均指標體系

表2 2014—2020年韶關市生態安全評價指標數據

2.2 評價指標無量綱化

由于韶關市生態安全評價指標體系中涉及的20 項指標在單位、數量級、指標屬性上均存在較大差異，為了避免這種差異對生態安全評價造成不合理的影響，需要先對各項指標進行無量綱化處理［9］. 具體計算公式如下：，負向指標：.

式中：xij和x'ij分別表示第i年（i=1，2，…，m）第j項（j=1，2，…，n）指標的實際值和無量綱化值；xmaxj和xminj分別表示第j項指標的最大值和最小值，為了避免無量綱后指標數值出現0 值，借鑒已有研究成果［7］，設置修正值b=0.9.

2.3 指標權重確定

指標權重對評價結果的準確性有很大影響. 熵權法和層次分析法是確定指標權重的兩種常用方法. 熵權法通過計算各指標的離散信息量來確定指標權重，可以降低主觀人為因素產生的誤差，但是其容易忽視現狀，造成權重分配不合理；層次分析法則是利用專家經驗對準則層和指標層的評價指標進行權重分配，該方法充分考慮了指標的重要程度，但卻難以避免專家打分過于主觀的情況.綜合考慮這兩種方法的優缺點，先分別采用熵權法和層次分析法確定各指標權重，然后計算兩種方法的權重均值得到綜合權重［8］.

采用熵權法確定指標權重的步驟如下：首先，計算第j項指標的熵值，式中，；然后，計算第j項指標的權重wj：.采用層次分析法確定指標權重時，首先，建立包括目標層、準則層、指標層的層次結構模型；第二步，分別對準則層和指標層的元素進行兩兩比較，構造判斷矩陣；第三步，計算判斷矩陣的特征向量；最后，進行一致性檢驗，當一致性檢驗通過時，說明權重分配合理，否則就需要對判斷矩陣進行調整. 層次分析法的具體步驟見圖2. 最終，根據熵權法和層次分析法得到韶關市生態安全評價指標體系中各指標的權重，見表3.

表3 韶關市生態安全評價指標權重

圖2 層次分析法步驟

2.4 生態安全綜合指數計算

采用生態安全綜合指數Yi來表征韶關市的生態安全狀況：根據韶關市生態安全綜合評價實際情況，并參考相關研究，將生態安全綜合指數劃分為Ⅰ至Ⅴ五個等級，值越高，等級越高，表明生態安全狀況越好，反之，等級越低，生態安全狀況越差，其中，安全值＜0.25 的為Ⅰ（不安全）級，安全值0.25～＜0.45 為Ⅱ（較不安全）級，安全值0.45～＜0.55 的為Ⅲ（臨界安全）級，安全值0.55～0.75 的為Ⅳ（較安全）級，安全值＞0.75 的為Ⅴ（安全）級［22］.

3 結果分析

3.1 生態安全綜合指數分析

通過計算得到韶關市2014—2021年的生態安全綜合指數，見圖3（a）. 從圖3（a）可以看出，2014—2021年間，韶關市生態安全綜合指數總體呈波動上升趨勢，由2014年的0.238 4 上升到2021年的0.708 1，生態安全級別從Ⅰ級上升為Ⅳ級. 其中，2014—2015年生態安全綜合指數上升的斜率最大，生態安全級別從Ⅰ級上升為Ⅲ級；2015—2017年，生態安全綜合指數繼續保持上升趨勢，生態安全級別從Ⅲ級上升為Ⅳ級；2017—2021年，生態安全綜合指數總體呈上升趨勢，但波動起伏較大，在2019年達到峰值0.724 2，此期間生態安全級別一直處于Ⅳ級.

圖3 韶關市生態安全評價結果

3.2 生態安全準則層指數分析

為了進一步探明影響韶關市生態安全水平的關鍵因素，本文對2014—2021年韶關市生態安全評價體系中的驅動力指數、壓力指數、狀態指數、影響指數和響應指數5 條曲線進行具體分析.

3.2.1 生態安全驅動力指數分析

從圖3（b）中看出，驅動力指數在2014—2021年間逐年上升，由2014年的0.061 0 上升到2021年的0.113 6，年均增長率為9.30%. 從表2 的指標層看，2014—2021年，正向指標GDP 和城鎮化率呈上升趨勢，GDP 由265.72 億元增加到392.04 億元，城鎮化率由52.99%增加到58.13%. 自2013年以來，我國明確提出“堅持走中國特色新型城鎮化道路”，韶關市也將“生態優先、綠色發展”理念貫穿到了經濟社會發展全過程. 良好的經濟與城鎮化發展水平，為維護生態系統的完整性、穩定性和功能性提供了有力保障.負向指標人口密度雖然也有所增加，但增加幅度較小，由153.91 人·km-2增加到155.33 人·km-2. 總體上，在GDP、城鎮化率和人口密度的綜合作用下，韶關市生態安全驅動力指數呈上升趨勢，有利于生態安全的維護.

3.2.2 生態安全壓力指數分析

生態安全壓力指數根據負向指標計算得到，由圖3（c）可知，2014—2017年壓力指數上升幅度較大，其中，2017—2020年壓力指數變化較為平穩，而2020—2021年壓力指數呈明顯上升趨勢. 壓力指數增加，說明韶關市社會經濟發展對生態系統造成的壓力減小. 這一方面得益于資源消耗強度的減弱，如單位GDP 能耗、水耗在2014—2021年間分別下降了14.66%和41.92%（見表2）；另一方面得益于污染物排放量的減少，化學需氧量、工業二氧化硫和工業煙塵等的排放量在研究期間分別減少了31.83%、77.26%、81.43%（見表2）. 受資源消耗強度和污染排放減少的影響，城市生態系統朝著良好方向發展.

3.2.3 生態安全狀態指數分析

生態安全狀態指數越大，表明生態安全狀態越好. 從圖3（d）中可以看出，狀態指數呈“先增加后減少再增加”變化趨勢. 值得關注的是2016—2018年間，狀態指數由0.143 2 降至0.070 0，下降幅度達到了51.12%. 究其原因，主要是空氣質量指數達標率、森林覆蓋率和人均水資源下降明顯. 在此期間，韶關市空氣質量指數達標率由93.42%降至90.41%，森林覆蓋率由75.10%下降至73.80%，人均水資源由8 560 m3降至5 874 m3（見表2）. 狀態指數的波動變化反映了生態安全狀態的不穩定，韶關市還需提升生態保護意識，加強空氣污染防治，增加生態用地面積，提升城市的生態安全水平.

3.2.4 生態安全影響指數分析

生態安全影響指數表征生態安全狀態變化對經濟發展、產業結構、農業生產和人類健康等的影響. 總體上，影響指數呈波動上升趨勢，由2014年的0.074 1 上升到2021年的0.133 8，且在2019年達到峰值0.144 4. 與2014年相比，2021年韶關市的人均GDP、第三產業比重和糧食產量分別增加了45.67%、1.18%和5.43%（見表2）. 可以看出，良好的城市生態安全狀態，不僅能提高農業生產效率，還有助于優化產業結構、提高經濟發展水平.

3.2.5 生態安全響應指數分析

生態安全響應指數波動較大，由2014年的0.024 5 波動上升至2021年的0.061 9，年均增長率為14.15%. 在此期間，2018年響應指數大幅下降，這是因為與2017年比較，節能環保支出占地方一般公共預算支出比重減少了7.99%，科學技術支出占地方一般公共預算支出比重減少了30.56%，城市污水處理率減少了5.86%（見表2）. 響應指數在一定程度上反映了政府對生態安全狀態變化的重視程度，盡管韶關市近年來不斷加大對節能環保和科學技術的資金投入，但這兩項支出占一般公共預算支出的比重仍然較低.因此，韶關市還應進一步加大節能環保和科學技術支出，并確保資金的高效利用.

4 結論及建議

本文以韶關市為研究對象，基于DPSIR 模型建立生態安全評價指標體系，并綜合運用熵權法和層次分析法對指標賦權，評價了韶關市2014—2021年間的生態安全水平. 主要研究結論如下：

（1）2014—2021年韶關市生態安全綜合指數由0.238 4 波動上升至0.708 1，生態安全級別從Ⅰ級上升為Ⅳ級，說明韶關市生態安全水平呈現日趨變好趨勢.

（2）從各準則層來看，驅動力指數和壓力指數逐年上升，而狀態指數、影響指數和響應指數呈波動上升趨勢，說明韶關市生態安全狀態、影響和響應子系統變化趨勢不穩定，抗干擾的能力仍需加強.

基于上述研究結論，對韶關市生態安全提出如下建議：

（1）加強污染防治能力，鞏固污染防治成效

科學確定空氣污染物減排目標和比例，加強移動污染源和工業源排放控制，提升大氣污染精準防控能力. 穩步推進污水處理設施建設與改造，深入開展城市黑臭風險水體防治，著力鞏固提升水環境質量. 建立健全土壤生態環境監管制度，加強畜禽養殖、水產養殖、農業面源污染防治，推進土壤資源可持續利用.

（2）加強生態空間保護，提升生態系統質量

落實最嚴格的耕地保護制度，加強耕地數量、質量、生態“三位一體”保護和管控，遏制耕地“非農化”和基本農田“非糧化”. 增加森林資源和生態總量，優化樹種材種結構，精準提升林分質量，增強森林生態系統穩定性. 持續推進城市公園建設，增加公共綠地面積，營造優美宜居的城市生態環境.

（3）加大節能環保和科學技術投入，推動節能降耗減污增效

加大節能環保資金投入力度，優先支持大氣、水、土壤污染防治工作和新能源、可再生能源等節能領域，集中財力解決突出環境問題，提高資金使用效率. 加大科學技術資金投入力度，優化資金投入結構及投向，重點支持節能減排新技術、新工藝的研發推廣，強化科技創新對生態文明的支撐.