基于PSR的長三角區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)

張 培

(宿州學(xué)院 a.數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院；b.城鄉(xiāng)大數(shù)據(jù)發(fā)展與數(shù)字治理研究中心，安徽 宿州 234000)

0 引言

長三角區(qū)域是中國最重要的一個(gè)經(jīng)濟(jì)地區(qū)。黨的十八大之后，城市由高速粗放式發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿娴母哔|(zhì)量發(fā)展，全面高質(zhì)量不僅包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量，還包括生態(tài)環(huán)境的高質(zhì)量。但快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了生態(tài)破壞，給生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展制造了許多困難。長三角生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與人民的需求存在較大差異，在黨的十九大之后，國家出臺(tái)了許多政策，加強(qiáng)了環(huán)保的力度。《關(guān)于長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》《長三角三角洲區(qū)域生態(tài)環(huán)境共同保護(hù)規(guī)劃》等政策的出臺(tái)，使長三角生態(tài)環(huán)境治理進(jìn)入一個(gè)新的階段，客觀地對(duì)長三角區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)非常必要，很多學(xué)者也進(jìn)行了這方面的研究：周正柱等[1]利用PSR模型建立評(píng)價(jià)體系，對(duì)長江區(qū)域帶的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；邵子卿等[2]以遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建青島市的遙感生態(tài)指數(shù)模型，并分析青島市生態(tài)質(zhì)量時(shí)空變化特征；范萍等[3]從自然環(huán)境、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)環(huán)境的角度，應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評(píng)判模型分析泰安市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；田艷芳等[4]運(yùn)用城市生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)(環(huán)境質(zhì)量、資源利用、污染控制和生態(tài)環(huán)境4個(gè)指標(biāo)組成)，對(duì)上海市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)；劉月陽[5]采用RS和GIS技術(shù)，在時(shí)空變化的情況下，以縣域?yàn)閱挝唬瑢?duì)渝東南地區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；陳萍等[6]利用正態(tài)云組合賦權(quán)法對(duì)2020年長三角中心區(qū)27個(gè)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示2020年杭州、舟山、寧波、湖州和臺(tái)州的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平良好；劉翔宇等[7]選取長三角中心區(qū)的27個(gè)城市，對(duì) “十三五”以來的長三角生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析；李春瑜[8]利用PSR模型構(gòu)建了大氣環(huán)境治理績效評(píng)價(jià)體系，并采用主成分分析法進(jìn)行實(shí)證分析；田時(shí)中等[9]利用DPSIR模型構(gòu)建了長三角大氣污染治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并探究了影響大氣污染治理效果的關(guān)鍵因素。進(jìn)行類似環(huán)境質(zhì)量問題的研究還包括王兆峰等[10]、傅曉華等[11]、汪玉芳等[12]。從以上可知，目前國內(nèi)針對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)問題，已經(jīng)開展了大量的研究工作。

本文選擇長三角區(qū)域的27個(gè)中心區(qū)城市為主要研究對(duì)象，建立生態(tài)環(huán)境壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并使用變異系數(shù)法對(duì)2011—2021年長三角地區(qū)三省一市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，同時(shí)使用GM(1，1)模型對(duì)2022—2024年長三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行預(yù)估，對(duì)長三角區(qū)域的環(huán)境治理和保護(hù)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 PSR模型

PSR建模是由歐洲經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織與聯(lián)合國合作開發(fā)署在20世紀(jì)90年代提出的一種評(píng)估資源開發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展水平的新模型，由于它可以很好地體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)和自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)之間互動(dòng)的關(guān)系，并可應(yīng)用于不同的空間尺度和生態(tài)領(lǐng)域，所以被普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，PSR模型的框架[1]如圖1所示。

圖1 PSR模型框架

首先，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量設(shè)定為目標(biāo)層，將壓力、響應(yīng)、狀態(tài)設(shè)定為準(zhǔn)則層，指標(biāo)層的選取是非常重要和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模煌氖∈卸加衅渲饕奶攸c(diǎn)，但是都要遵循特征性、系統(tǒng)性、敏感性、可操作性等原則。其次，選取8個(gè)指標(biāo)：在生態(tài)環(huán)境狀態(tài)方面，選擇人均綠地面積和建成綠化率作為指標(biāo)反映城市的綠化整體水平；在生態(tài)環(huán)境壓力方面，選擇工業(yè)廢水排放量、工業(yè)二氧化碳排放量和工業(yè)煙(粉)塵排放量作為指標(biāo)，這些是造成污染嚴(yán)重的物質(zhì)，危害人的身體健康；在生態(tài)環(huán)境響應(yīng)方面，選擇一般工業(yè)固體廢物率、污水處理廠集中處理率、生活垃圾無害化處理率作為指標(biāo)，能夠反映人民關(guān)心的環(huán)境治理力度。PSR模型的指標(biāo)體系構(gòu)建如表1所示。

表1 PSR模型生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重

1.2 數(shù)據(jù)來源與標(biāo)準(zhǔn)化處理

數(shù)據(jù)主要來源于國家統(tǒng)計(jì)局2011—2021年統(tǒng)計(jì)年鑒的相關(guān)數(shù)據(jù)，如果存在缺少的數(shù)據(jù)，采用插補(bǔ)法進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。在收集完數(shù)據(jù)后，對(duì)于指標(biāo)不同單位可能是不一樣的情況，采用標(biāo)準(zhǔn)化法解決此類問題。指標(biāo)通常有兩種，分別為正向和負(fù)向，兩種方法的計(jì)算公式不同。正向指標(biāo)：

(1)

逆向指標(biāo)：

(2)

1.3 權(quán)重確定方法及綜合評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)化后，還要確定指標(biāo)的權(quán)重，這一步非常關(guān)鍵。權(quán)重的計(jì)算方法很多，這里選用變異系數(shù)法，這種方法是客觀的，可以去除一些主觀因素的影響。具體計(jì)算公式為：

(3)

(4)

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法如下：

(5)

1.4 GM(1，1)模型

GM(1，1)模型是一個(gè)比較常見的預(yù)測(cè)模型，其含義是用1階微分方程對(duì)一個(gè)變量建立模型。它主要適合短期的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，并且需要的數(shù)據(jù)量少，不需要麻煩的運(yùn)算過程。GM(1，1)模型的微分方程：

x(0)(k)+ax(1)(k)=b，

其中：a為發(fā)展系數(shù)，b為灰色作用量。

GM(1，1)模型主要有以下幾個(gè)步驟。首先，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)級(jí)比檢驗(yàn)，如果沒有通過，則說明不能建立模型，這種情況下，只能通過平移變換，可以解決問題；其次，建立模型的微分方程，通過擬合新序列，求取模型方程，進(jìn)行模型預(yù)測(cè)；最后，對(duì)其進(jìn)行殘差檢驗(yàn)，檢驗(yàn)預(yù)估結(jié)果是否可靠。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空差異分析

按照公式計(jì)算，得到2011—2022年長三角中心區(qū)27個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及其各維度綜合評(píng)價(jià)得分，結(jié)果如表2所示。

表2 長三角中心區(qū)27個(gè)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得分及排序比較

由表2可知，從時(shí)間維度看，2011—2021年長三角生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體得分均值總體呈上升趨勢(shì)，2011年長三角區(qū)域總體得分是0.711，2021年的得分是0.912，增長了28.41%。在27個(gè)中心區(qū)城市中，2021年較2011年增長率最高的兩座城市分別是蘇州市為173.39%、上海市為165.41%；其次是杭州市、寧波市、南京市和無錫市，增長率分別為55.25%、57.32%、56.48%、50.51%，增幅較大；大多數(shù)城市的增長幅度適中，增長率為10%～40%；增長幅度最小的兩個(gè)城市為池州市與舟山市，增長率分別為5.5%、7.1%。由表2可知，2011年上海市與蘇州市的生態(tài)質(zhì)量整體得分低于0.4，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，這是因?yàn)槲覈?dāng)時(shí)正處于“十二五”規(guī)劃的重要時(shí)期，我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，城鄉(xiāng)居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)加速升級(jí)，全球化趨勢(shì)逐步加強(qiáng)，上海、蘇州作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先驅(qū)城市正在經(jīng)歷粗放式增長的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，工業(yè)廢水、空氣、廢棄物等污染物排放量加大，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重。2011年長三角中心區(qū)城生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體得分排名前三分別為舟山市、池州市、銅陵市，這是因?yàn)檫@些城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，工業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模小，生態(tài)環(huán)境良好。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，“十三五”規(guī)劃的主要任務(wù)和重點(diǎn)發(fā)展方向是節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)、資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)，在此期間長三角區(qū)域各城市力求高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，因此2015—2021年各城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得分均穩(wěn)步提升。

從空間差異看，2011—2021年長三角生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體得分安徽省最高，得分均值為0.863；浙江省第二，得分均值為0.826；江蘇省第三，得分均值為0.769；上海市最低，得分均值為0.550。因此，省級(jí)層面生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體發(fā)展的現(xiàn)狀為“安徽省優(yōu)于浙江省優(yōu)于江蘇省優(yōu)于上海市”的空間特征。總體上看，2011年長三角中心區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量“很高”類有2個(gè)城市，“較高”類有6個(gè)城市，“一般”類有13個(gè)城市，“較差”及“很差”類有6個(gè)城市；而2021年“很高”類有17個(gè)城市，“較高”類有個(gè)8城市，“一般”類有2個(gè)城市，表明長三角中心區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯提升，具體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量聚類分組情況如表3所示。

表3 長三角中心區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量聚類分組情況

2.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與各分維度比較分析

2011—2021年27個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與各分維度綜合指數(shù)及評(píng)價(jià)如表4所示。

表4 2011—2021年長三角中心區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量各維度及綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

從表4可以知道，2011—2021年長三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、狀態(tài)、壓力以及響應(yīng)的評(píng)價(jià)得分均值都呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，尤其是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)的特性。其中2014年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境壓力評(píng)價(jià)指數(shù)均有回落，這是由于長三角區(qū)域第二產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致工業(yè)污染物排放量大、強(qiáng)度高，減排空間有限，同時(shí)通過末端處理的難度卻越來越大，導(dǎo)致整體生態(tài)環(huán)境變差。自2015年1月1日起《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》開始施行，較高的環(huán)境規(guī)制水平促使城市發(fā)展過程中更加注重節(jié)能環(huán)保，提高資源使用效率。各省市重大環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，城鎮(zhèn)污水處理廠增建擴(kuò)建，提高污水廠集中處理率；生活垃圾處理能力加強(qiáng)，危害廢物、醫(yī)療廢物基本得到安全處置；工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排并實(shí)施脫硫、脫硝和高效除塵等，因此在2015—2017年整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量快速提升。隨后，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善進(jìn)入了相對(duì)緩慢階段，這主要是因?yàn)楦魇∈修D(zhuǎn)向追求高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求和環(huán)保意識(shí)逐漸強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、響應(yīng)與生態(tài)環(huán)境壓力有序并舉，走向健康可持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

從截面上看，長三角中心區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以及各維度評(píng)價(jià)均值差異顯著，長三角中心區(qū)各市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與分維度綜合評(píng)價(jià)得分均值空間差異的演變路徑如圖2所示。

圖2 2011—2021 年市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與分維度綜合評(píng)價(jià)得分均值空間差異演變路徑

由圖2可知，各城市的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)差異不明顯的原因在于各城市均在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施，各市的綠化率、人均綠地面積、一般工業(yè)固廢綜合利用率、污水處理廠集中處理率以及生活垃圾無害化處理率的綜合平均指數(shù)無明顯差異。而導(dǎo)致各市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異較大的是生態(tài)環(huán)境壓力。其中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合平均指數(shù)前五名的城市依次為舟山、池州、安慶、揚(yáng)州、銅陵，末尾五名分別是蘇州、上海、無錫、南京、杭州，相較于發(fā)達(dá)城市，落后城市的工業(yè)產(chǎn)業(yè)起點(diǎn)較低，總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和各分維度的走勢(shì)在空間上顯示了一些差別，綜合來看，長三角中心區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的省級(jí)層面的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值顯示“安徽省>浙江省>江蘇省>上海市”。其中生態(tài)環(huán)境狀態(tài)方面，江蘇省最優(yōu)，其次為安徽省、浙江省，上海市的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)最差，這是由上海市常駐人口密度較大、人均綠地面積較少而導(dǎo)致；生態(tài)環(huán)境壓力方面，安徽省的壓力最大，其他地區(qū)的次序?yàn)檎憬「哂诮K省，而江蘇省高于上海市；生態(tài)環(huán)境響應(yīng)方面呈現(xiàn)“上海市優(yōu)于浙江省，浙江省優(yōu)于江蘇省，安徽省最差”的空間特征。

3 預(yù)測(cè)研究

3.1 模型建立

采用2011—2021年長三角生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的均值得分為原始數(shù)據(jù)，并且對(duì)其進(jìn)行GM(1，1)模型的構(gòu)建，同時(shí)預(yù)測(cè)2022—2024年長三角生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合發(fā)展情況。首先為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)序列是否有合適的規(guī)律性，進(jìn)行級(jí)比值檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 模型的級(jí)比值表

由表5可知，因級(jí)比值介于區(qū)間[0.847，1.181]，因此數(shù)據(jù)適合GM(1，1)模型。 而GM(1，1)模型可以針對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)量少、排序不完善和可信度低的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)估，不需要考慮數(shù)據(jù)的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)，適用于長三角中心區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的預(yù)估。模型構(gòu)建結(jié)果如表6所示。

表6 模型構(gòu)建結(jié)果表

通過表6，已完成對(duì)模型的建立，同時(shí)也通過了模型精度的檢驗(yàn)。因C低于0.5，相對(duì)誤差值P為20%，說明模型的建立精度是可靠的。

3.2 模型預(yù)測(cè)

依據(jù)模型對(duì)2022—2024年長三角區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)得分均值進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 模型預(yù)測(cè)結(jié)果表

由表7可知，2022—2024年長三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量均值呈穩(wěn)定增長趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境發(fā)展保持良好勢(shì)頭。

3.3 模型精度檢驗(yàn)

對(duì)殘差進(jìn)行檢驗(yàn)，包括相對(duì)誤差、級(jí)比偏差，結(jié)果如表8所示。

表8 模型檢驗(yàn)表

模型檢驗(yàn)的相對(duì)誤差越小越好，若小于0.2，表示滿足條件，若低于0.1，則表示滿足更高的條件。模型檢驗(yàn)的級(jí)比偏差值越小越好，若低于0.2表示達(dá)到滿足條件；若低于0.1，則表示滿足更高的要求。由表8可以知道，相對(duì)誤差和級(jí)比偏差小于0.2，所以本次預(yù)測(cè)結(jié)果是合格的。

4 結(jié)論與建議

運(yùn)用PSR模型，對(duì)長三角區(qū)域中心區(qū)27個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，從而得出結(jié)論，并提出若干相關(guān)改革思路和實(shí)施路徑的建議，以期推動(dòng)長三角區(qū)域生態(tài)綠色一體化，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。

4.1 結(jié)論

(1)十年來長三角三省一市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上是比較高的，并且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2022—2024年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也將呈現(xiàn)穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)。

(2)樣本考察期內(nèi)，省級(jí)層面上，上海市的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)和生態(tài)環(huán)境狀態(tài)綜合指數(shù)最高；安徽省的生態(tài)環(huán)境壓力的空間特征最高，上海最低，浙江省、江蘇省居中，這是由于安徽省經(jīng)濟(jì)總量稍落后，受粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式影響，導(dǎo)致近年來生態(tài)環(huán)境壓力頻升；城市層面上，浙江省舟山市的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間特征最高，安徽省池州市次之。

4.2 建議

(1)對(duì)于上海、蘇州、南京、杭州等發(fā)達(dá)城市，長三角區(qū)域的龍頭城市仍要繼續(xù)推進(jìn)長三角一體化高質(zhì)量發(fā)展，但要加強(qiáng)環(huán)保宣傳，提高公民、企業(yè)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)；對(duì)于舟山、池州、安慶、銅陵等城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍是重點(diǎn)工作，盡管從人類歷史進(jìn)程來看，短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的提高將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境壓力的增加，但這是發(fā)展的必經(jīng)階段，應(yīng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、環(huán)保兩手抓。

(2)環(huán)境治理和保護(hù)應(yīng)向政府領(lǐng)導(dǎo)、社會(huì)監(jiān)督、群眾積極參與的多方協(xié)同合作保護(hù)方式轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮企業(yè)在環(huán)境治理中的主體性作用，積極應(yīng)用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)生產(chǎn)與經(jīng)營，承擔(dān)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約自然資源、維護(hù)環(huán)境公共利益的社會(huì)責(zé)任。

(3)三省一市堅(jiān)持政策方面統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的共享，緊密溝通交流，使政府的治理透明化，各省市相互學(xué)習(xí)優(yōu)秀的治理經(jīng)驗(yàn)，做到因地制宜的結(jié)合來完善政策的實(shí)施。