基于PSR模型的胶州湾生态安全评价研究

2019-09-10孙慧莹余静周玲玲冯若燕于小芹

海洋开发与管理 2019年9期

孙慧莹余静周玲玲冯若燕于小芹

摘要：科学有效地评价胶州湾生态安全程度，是胶州湾地区可持续发展的前提。文章基于PSR模型建立评价指标体系，利用AHP-熵权法确立指标权重，对2007—2016年胶州湾生态安全的发展状况进行了综合评价，并从压力、状态、响应3个方面对影响胶州湾生态安全的主要因素进行系统分析。研究结果表明：胶州湾生态安全指数整体呈波动上升态势，但在2010—2013年略有下降，并在2014年有大幅度的回升直至2016年。生态安全指数在0.4～0.6间波动，整体处于“一般”的生态安全状态。最后，文章提出通过坚持控制入海污水排放量和环境污染，加强海洋生态保护修复与海洋保护区建设，进一步完善胶州湾生态安全保护相关法律制度，注重海洋科技人才培养等方式来促进胶州湾地区生态安全水平的提高。

关键词：海洋生态安全;胶州湾;PSR模型;AHP;熵权法

Abstract：As the key development area of marine economy in Qingdao，Jiaozhou bay area plays a vital role in the economic development of Shandong province.In order to maintain the marine ecological security of Jiaozhou Bay and ensure the sustainable，healthy and effective development，the focus of this study was to analyze and evaluate the marine ecological security of Jiaozhou Bay.So this study established an evaluation index system based on the PSR model by using AHP-Entropy method to obtain index weights，and then to evaluate comprehensively the development of ecological security in Jiaozhou Bay from 2007 to 2016.And the main factors affecting the ecological security of Jiaozhou Bay were analyzed systematically from three aspects： pressure，status and response.The results showed that the overall ecological security index of Jiaozhou Bay raised fluctuatedly，but it declined slightly from 2010 to 2013，and then it had rebounded sharply in 2014 until 2016.The ecological security index fluctuated between 0.4 and 0.6 and was in a “general” state in the whole period.Finally，it was vital that the government should strengthen the marine ecological protection and restoration，and establish marine protection zones，then insisting on controlling the discharge of sewage into the sea and environmental pollution.At the same time，administration needs to further improve the legal system of ecological security protection in Jiaozhou Bay，and strengthen supervision and management，pay more attention to the cultivation of marine science and technology talents and raise citizens′ awareness of ecological security to promote the improvement of ecological security level in Jiaozhou Bay.

Key words：Marine ecological security，Jiaozhou bay，PSR，AHP，Entropy Method

0 引言

生态安全是国家和地区安全的重要组成部分，也是支撑社会经济发展的重要组成部分[1]。海洋生态安全作为国家生态安全的核心组成部分，支撑着海洋可持续发展。党的十九大报告提出“坚持海陆统筹，加快建设海洋强国”的战略部署，要求我们维护海洋生态安全的同时综合考慮多方面的利益诉求。根据国内外相关学者研究，海洋生态安全是指与人类生存、生活和生产活动相关的海洋生态环境及海洋资源不受到威胁与破坏[2]。近年来，我国大力实行海洋发展战略，但在海洋经济迅猛发展的同时近岸海域生态安全受到显著破坏，主要表现在海洋灾害频发、入海排污口附近海水污染严重、海洋生态系统健康状况不理想等[3]。若任由此发展，一旦超出了海洋的自我调节能力和承载力，将会产生不可控制的影响，因此，维护我国海洋生态安全，对海洋资源、生态环境进行合理的开发利用与保护，是建设海洋强国的必要保证。

目前，国外对于海洋生态安全的研究主要集中在生态安全现状、评价等领域[4-6]，体系和操作方法较为完整。国内的研究重点主要集中在海洋生态安全战略构想[7-8]、治理[9-10]、生态环境安全[11-12]等理论方面的定性研究，近些年，随着我国蓝色国土战略地位的提高，对于海洋生态安全的定量研究也逐渐增多，主要围绕生态安全评价[13-14]、测度方法[15]等方面，主要集中于对评价指标体系的构建以及评价方法的探索，比如运用EES、PSR等模型构建评价指标体系对实例海域进行研究[16-17]。人类生产生活对海洋环境施加的压力对海洋生态安全造成多方面的影响，表现出错综复杂的关系，而“压力-状态-响应”（Pressure-State-Response，PSR）模型具有非常清晰的因果关系，方法简单明确，能够直接反应人与海洋生态安全相关因子间的相互作用关系，因此，本研究选择运用PSR模型构建胶州湾生态安全评价指标体系，对2007—2016年胶州湾生态安全能力进行综合评价，以期能够准确揭示胶州湾海洋生态安全发展历程，为胶州湾乃至其他地区的海洋生态安全研究提供思路与借鉴，为加强或维护胶州湾生态安全提供参考。

1 胶州湾概况

胶州湾位于山东半岛南岸，黄海西岸的一个半封闭海湾，隶属于青岛市。它是以团岛头（36°02′36″N，120°16′49″E）与薛家岛脚子石（36°00′53″N，120°17′30″E）连线为边界，总水域面积约320 km2，平均水深8.8 m，湾口狭小，海水交换能力不强[18-19]（图1）。

膠州湾是青岛的母亲湾，是岛城人民赖以生存和发展的摇篮，其沿岸具有独特的地理优势和环境优势，孕育了一个优良的亿吨大港，形成了环胶州湾产业集聚带，拉动青岛经济、社会、文化等各项事业的发展。然而，由于胶州湾海域显著的半封闭特征，水体交互能力较弱，生态系统一旦遭到破坏便很难恢复，同时环湾区域的经济发展也会受到扼制。根据2017年《青岛市海洋环境公报》显示，胶州湾海域海水环境质量逐渐好转，但仍有16.6%的海域属于污染较重的第四类和劣四类水质海域[20];前些年，填海造地活动频繁导致了海湾面积逐年缩小，2012年更下降到最低值，比1928年的560 km2缩小了38%[21]。因此，为了防止胶州湾生态安全状况进一步恶化，保障环湾区域又好又快发展，科学有效地评价胶州湾生态安全程度，是胶州湾地区健康可持续发展的前提。

2 基于PSR模型的指标体系构建

2.1 PSR模型的基本原理

“压力-状态-响应”模型最初是由加拿大统计学家David J.Rapport和Tony Friend提出的，后在20世纪80—90年代末由联合国经济合作和开发组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）发展成框架体系，用于研究在经济背景下遇到的环境问题[17]。目前，PSR评价模型已广泛应用于各个领域的生态系统安全、健康评价中[22-24]。本研究结合研究地区具体情况构建了胶州湾生态安全PSR基础框架模型（图2），压力系统主要是指人类活动给海洋生态环境所带来的压力;状态系统主要是指海洋生态环境对压力做出的反应，描述了生态系统的功能现状;响应系统是指人类对于海洋生态环境问题做出的应对与处理，即人类活动对海洋生态环境施加了一定的压力，从而使得海洋生态环境状态发生了改变，相应的，环境的恶化又会影响人类的活动，因此社会做出响应，通过对政策、意识和行动的改变来恢复海洋生态环境质量或防止环境退化。

2.2 指标构建

本着科学性、综合性、可操作性、动态性等评价指标体系构建原则，结合胶州湾发展现状，根据数据的可获得性，建立了由“压力-状态-响应”三类二级指标共计16个基层指标构成的胶州湾生态安全评价指标体系（表1），以期能综合反映胶州湾生态安全影响因素，判断胶州湾生态安全状况水平。

（1）压力指标（P），代表导致胶州湾生态系统结构和功能发生改变的直接生态压力，即人类社会经济活动及自然发展过程中对胶州湾生态环境带来的直接负面影响。社会经济的发展和人口指标与海洋生态环境的压力有密切关系，反映一定时期海洋资源的利用强度和经济的发展变化趋势[25]，因此除选用资源利用强度、环境污染、自然灾害方面的指标外，还选择了人文社会指标，具体包括人口总数、人均GDP、填海造地面积、捕捞量、万元产值废水排放量和绿潮面积。

（2）状态指标（S），指的是由压力导致的胶州湾生态环境的改变从而呈现的一种态势，也可以说是胶州湾生态系统本身具有的承载力在特定时期的状态，反应海洋为人类所提供的服务和功能。具体包括海湾面积、纳潮量、生物多样性、近岸海域功能达标率、海洋第三产业增加产值占GDP比重、海洋生产总值占GDP比重。其中，海洋生产总值是在一定期间内各类海洋产业总产值;海洋第三产业是指与海洋相关产业中属于第三产业范畴的部门，主要包括海洋交通运输业、滨海旅游业、海洋科研教育管理服务业等。

（3）响应指标（R），指的是人们为巩固海洋生态安全所做的努力，是人类在环境、社会经济和政策中的主观能动性反映，包括政府、社会或个人采取的应对海洋生态环境变化的措施与手段，属于正向指标。具体包括自然保护区面积、环保投资占GDP比重、高学历海洋科研人员比重、污水处理率。其中，高学历海洋科研人员选取的是硕士及硕士以上学历，污水处理率是工业污水和生活污水总处理率。

2.3 数据来源与预处理

本研究收集整理了2007—2016年胶州湾海洋生态安全评价指标中可获取的相关数据，其数据主要来源于国家海洋局北海分局、《山东统计年鉴》《青岛市统计年鉴》《青岛市国民经济和社会发展统计公报》《青岛市环境状况公报》和《青岛市海洋环境质量公报》。

在数据分析之前，必须对相关指标数据进行指数化处理，便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权。本研究选取线性差值法，对原始数据进行线性变换，最终将原始值x通过标准化映射成在区间[0，1]中的数据x′。其中，正向指标（指数值越大压力越小，状态越好，响应越明显的指标，比如污水处理率）公式为：

2.4 权重确定

胶州湾生态安全指标权重的确定是整个评价过程的关键。确定权重的方法较多，大体上分为主观赋权法和客观赋权法两种。主观赋权法主要根据专家的经验进行判断，如专家打分法、层次分析法等，客观赋权法主要是对评价指标的数据进行特定的数学变换，不为人的主观意志而转移，仅依靠数据来确定权重，如熵权法、均方差法等。经比较分析后，本研究采用层次分析法和熵权法进行组合赋权，充分利用了两个方法的优点，既保证了评价的客观逻辑性，又反映了问题的实际意义和专家的经验积累，使得权重的确定更加合理。

2.4.1 層次分析法确定权重

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），在20世纪70年代中期由美国运筹学家T.L.Saaty正式提出，具有系统化、层次化的特点。在处理复杂的决策问题时，通过专家的经验判断将结果定量化，具有一定的主观性和灵活性。该方法比较适用于决策目标结构较为复杂且统计数据不足的情况，被广泛应用于环境科研中，比如环境承载力、环境质量评价、生态安全等众多领域[26-28]。运用德尔菲法邀请数位相关专家进行评价和打分，通过分析专家打分进行整理和归纳，获取判断矩阵，最后通过了一致性检验并进行了归一化处理得到了目标层下的各指标权重值。

2.4.2 熵值法确定权重

熵权法，是通过对指标提供的信息熵值的大小来确定其在综合评价中权重的一种方法，其原理是：某项指标值间的差异程度越大，信息熵越小，表明该指标在综合评价中提供的信息量越大，相应权重越大，反之，权重越小[29]。权重结果仅受原始评价数据的影响，具有很强的客观性，但没有反应出专家的知识和多年的实践积累，具有一定的机械性，结果难免受到一定程度的拘泥[30]。因此，通过计算信息熵从而获得各指标权重。第j项指标的信息熵为：

综上，将两种方法获得的权重进行组合并赋权，客观而灵活地得出各指标权重值（表2）。

3 评价及结果分析

3.1 生态安全评价结果

胶州湾生态安全评价综合指数（The Jiaozhou Bay Ecological Security Index）是对胶州湾地区生态安全的衡量。运用综合指数评价法对胶州湾生态安全各个评价指标进行加权求和，能够较准确地评价其综合水平。通过生态安全评价综合指数的大小，判断区域内生态安全水平的高低，其中数值越大，表明其生态安全水平越高;反之，则生态安全水平越低。

3.2 生态安全评价等级

根据胶州湾海洋生态环境的现状和海洋开发、利用的程度，通过向有关专家咨询以及借鉴已有的研究成果[13，17]，确立了5个生态安全度的衡量等级：优秀、良好、一般、较差和很差（表4）。

3.3 结果分析

根据分析结果可以发现，2007—2016年的胶州湾生态安全评价指数整体呈波动上升态势，2007—2010年呈平稳上升的状态，但在2010—2013年略有下降，并在2014年有大幅度回升，直至2016年。2012—2013年的综合指数略低于0.4，2016年略高于0.6，其他年份的生态安全指数均在0.4～0.6之间波动，整体呈现一般的生态安全状态（图3）。

（1）从压力指数来看，2007—2016年指数整体呈现上升趋势，其中，2008—2013年波动明显，呈小幅下降趋势，表明人类社会经济活动对胶州湾生态安全带来的压力先增加后减少，其压力主要表现在人们对海洋资源的疯狂索取和过度开发利用所导致的海洋环境污染以及工业生活污水的排放入海。然而随着人们生态安全意识的提高和相关法律法规的实施，影响胶州湾生态安全的负面压力逐渐减小，压力指数有了明显上升。2008年压力较前后几年有所减少的主要原因是胶州湾作为北京奥运会帆船比赛项目的分会场，对场地乃至周边的海洋生态环境有着较高的要求，因此政府施行严格的监管以减少影响胶州湾生态安全的破坏行为。2013年压力指数达到最低值0.124 68，主要原因是中石化东黄输油管线爆燃事故泄露的原油通过排水暗渠进入胶州湾，造成局部水质污染严重。自2013年起，压力指数呈明显增加趋势，原因主要是《环胶州湾保护控制线划定与岸线整理规划方案》的审议通过，该方案明确规定“严禁任何围填海行为”。随后又出台了《胶州湾岸线整理保护三年行动计划（2013—2015）实施方案》旨在对胶州湾实施最严格的终极性、永久性保护，恢复胶州湾原貌。自此之后，胶州湾海域填海造地面积为零，并大力实施“退养还海”工程，从根本上降低湾内养殖密度，水质逐年好转，压力逐年减少。

（2）从响应指数来看，一直呈现稳步上升的态势。自2007年以来，人们对维护海洋生态安全的认知不断加强，政府各级部门也加大了监管力度，出台了一系列控制污染、保护生态的环保措施及法律法规，如通过实施《青岛市胶州湾保护条例》来保护胶州湾海洋环境和资源、沿岸环境和特色风貌、湿地及其生物资源。除此之外，积极在胶州湾海域设立自然保护区，除已有的文昌鱼水生野生动物自然保护区外，又在2009年4月和2016年8月依次设立了胶州湾滨海湿地省级海洋特别保护区和青岛胶州湾国家级海洋公园，分别占地36.22 km2和200.11 km2。与此同时，政府加大环保投资力度，着力引进和培养海洋相关领域高端人才，通过人才的建设来推动海洋的发展。2016年的海洋科研人员硕士及以上学历人数占比达到历史新高78.96%。以上使得政府对胶州湾生态安全的保护、保障趋于完善。

（3）从状态指数来看，呈现出先下降后上升的发展趋势。主要原因是人类社会发展对胶州湾产生的负面压力势必会影响胶州湾原本的环境状态，因此伴随着海洋环境污染的加剧，状态系统的评价指标也会受到一定的影响。具体表现在，2007—2012年，大量的填海造地、建筑工程破坏了胶州湾原本的环境状态，使得海湾面积、纳潮量逐年降低至2012年的最低值，分别比2007年减少近20 km2和1亿m3同年状态指数达到最低点，生物多样性也呈减少趋势。2013年，状态指数出现好转势头，而响应指数自2010年较2007年便有了较为明显的改善，这说明，状态系统对于响应系统的反映有一定的滞后性;同时，也可以清楚地看到，2008—2010年在压力指数逐年下降的情况下，状态指数乃至胶州湾生态安全的综合指数却出现好转趋势，这也证明了在响应系统中相关政策、法规的实施对生态安全状态的恢复有较为明显的作用。

4 结论与讨论

本研究基于PSR模型建立了胶州湾生态安全评价指标体系，利用AHP-熵权法确立了各个单项指标权重，对2007—2016年的胶州湾生态安全发展态势进行了研究分析与评价，结果表明胶州湾生态安全指数整体呈波动上升态势，在2010—2013年略有下降，整体处于“一般”的生态安全状态。分别从压力、状态和响应3个方面进行系统分析得出生态安全指数波动的主要原因在于随着人们对海洋生态安全重要性的认识日益加深，用于改善海洋生态环境压力影响的措施也在积极完善，起初的响应举措无法削弱由于人口和经济增长过快带来的胶州湾生态安全的负面影响，从而使得生态安全指数呈现轻微且缓慢的降低态势，随着维护胶州湾生态安全的措施方法积累到一定程度，产生正向积极地推动效果，使得生态安全指数有着较大幅度的提升。

评价结果比较符合胶州湾海洋生态安全的实际发展状况。生态安全在近3年有所回升，但仍旧在“一般”状态下徘徊，因此，对于加强胶州湾海洋生态安全的任务还很艰巨。笔者根据研究结果提出促进胶州湾地区生态安全水平提高的建议如下。

（1）坚持控制入海污水排放量和环境污染，加强海洋生态保护修复与海洋保护区建设。将陆源污染防治与胶州湾保护相结合，实施严格的污染物总量控制制度，从源头上控制污水的排放。加强对胶州湾等地的滩涂和湿地的保护和生态修复力度，退养还滩，逐步修复已经破坏的滨海湿地。严禁过度捕捞的同时大力发展生态修复型海洋牧场，实现胶州湾地区海洋渔业资源的可持续发展。确保围填海项目审批全面停止，并加快处理围填海项目历史遗留问题，对严重破坏胶州湾海洋生态安全的项目坚决予以拆除。加强海洋生态保护区建设，有计划、有重点地选择海洋自然保护区，加快构筑海洋保护新布局，对已建成的自然保护区进行定期巡护，推进海洋保护区的优化升级。

（2）进一步完善胶州湾生态安全保护相关法律制度，加强监督管理，注重海洋科技人才培养，提高公民的生态安全意识。将胶州湾生态安全纳入青岛市发展战略，完善胶州湾控制污水排放、保护海洋环境的相关措施及法规制度，建立健全生态安全监督管理、防范预警以及部门联动等相关机制。加大执法力度，加强执法队伍建设，定期对胶州湾沿岸进行巡查，严惩入海污水排放不达标、填海造地活动等违法违规行为。注重对海洋科技人才的引进与培养，将胶州湾地区建设成为我国的海洋科研中心，同时注重提高全民的生态安全意识与参与生态安全保护的积极性，将海洋生态安全保护重要性、相关知识、法案纳入宣传计划中，号召全社会参与到“母亲湾”的生态安全保护中去。最终，实现胶州湾地区生态安全的稳步提升，促进海洋经济的可持续发展。

本研究选取的PSR模型可以有效地将各个评价指标联系起来，同時PSR模型具有很强的综合性、灵活性和管理思想，因此对于某一时间段的系统状态进行评价可以较全面地反映胶州湾生态系统的实际状况，从而促使管理者不断地改进和调节管理措施。然而PSR模型对于压力、状态和响应没有分明的界限，对指标的分类不够严格，并且过多地强调了人类的作用而忽略了海洋生态系统自我调节的能力，存在一定的局限性。另外，由于数据可获得性的限制，本研究仅以 16个基层指标进行胶州湾生态安全的研究显得有些单薄，如果有可能增加数据的宽度、广度与精确度，进而建立更加系统翔实的指标体系进行深入研究，就可以更加客观的研究胶州湾生态安全的演变，也可以为其安全等级的判定提供更加科学的依据。

参考文献

[1] 杨振姣，曾庆丽.我国海洋生态安全政策体系研究[J].海洋开发与管理，2014，31（6）：69-77.

[2] 杨振姣，姜自福.海洋生态安全的若干问题：兼论海洋生态安全的涵义及其特征[J].太平洋学报，2010，18（6）：90-96.

[3] 易爱军.我国海洋生态安全问题探讨[J].环境保护，2018，46（11）：55-58.

[4] BORJA A，ELLIOTT M.Marine monitoring during an economic crisis：the cure is worse than the disease.[J].Marine Pollution Bulletin，2013，68（1-2）：1-3.

[5] BORJA A，BRICKER S B，DAUER D M，et al.Overview of integrative tools and methods in assessing ecological integrity in estuarine and coastal systems worldwide[J].Marine Pollution Bulletin，2008，56（9）：1519-1537.

[6] STOJANOVIC T A，FARMER C J Q.The development of world oceans & coasts and concepts of sustainability[J].Marine Policy，2013（42）：157-165.

[7] 刘家沂.生态文明与海洋生态安全的战略认识[J].太平洋学报，2009（10）：68-74.

[8] 柯昶，刘琨，张继承.关于我国海洋开发的生态环境安全战略构想[J].中国软科学，2013（8）：16-25.

[9] 孙晓霞，于仁成，胡仔园.近海生态安全与未来海洋生态系统管理[J].中国科学院院刊，2016，31（12）：1293-1301.

[10] 杨振姣，孙雪敏.中国海洋生态安全治理现代化的必要性和可行性研究[J].中国海洋大学学报（社会科学版），2016（4）：55-61.

[11] 兰冬东，马明辉，梁斌，等.我国海洋生态环境安全面临的形势与对策研究[J].海洋开发与管理，2013，30（2）：59-64.

[12] 柯昶，曹桂艳，张继承，等.环渤海经济圈的海洋生态环境安全问题探讨[J].太平洋学报，2013，21（4）：71-80.

[13] 狄乾斌，韩雨汐，曹可.基于PSR模型的中国海洋生态安全评价研究[J].海洋开发与管理，2014，31（7）：87-92.

[14] 苟露峰，高强，高乐华.基于BP神经网络方法的山东省海洋生态安全评价[J].海洋环境科学，2015，34（3）：427-432.

[15] 苟露峰，杨思维，高强.基于海洋生态-产业复合系统的海洋生态安全测度方法研究[J].渔业信息与战略，2017，32（2）：106-111.

[16] 刘汉斌.基于EES协同模型的广东省海洋生态系统安全评价[J].海洋经济，2016，6（4）：20-27.

[17] 孙硕.基于PSR模型的浙江海洋生态安全评价研究[D].舟山：浙江海洋大学，2017