基于“压力—状态—响应”模型的西安市小城镇生态安全评价研究

2019-09-10王非党纤纤

小城镇建设 2019年3期

王非党纤纤

摘要：小城镇生态安全是区域乃至国家生态安全的重要组成部分。本文以西安市小城镇为研究对象，结合当地自然环境特征与经济发展水平，依据“压力—状态—响应”模型构建评价指标体系，量化评价了小城镇生态安全状态，揭示了小城镇生态安全地理分布规律，提出了基于生态安全的小城镇发展建议，为确保小城镇建设与生态环境相适宜提供评价方法与科学依据。结果表明，西安市小城镇总体处于临界安全状态，且小城镇生态安全与地形地貌存在耦合性，其生态安全指数总体呈现自山地、台塬、丘陵、平原渐次递减规律。

关键词：生态安全；评价模型；小城镇；西安市

doi：10.3969/j.issn.1009-1483.2019.03.009？中图分类号：TU984

文章编号：1009-1483（2019）03-0054-09？文献标识码：A

Assessment of Ecological Security of Towns in Xi’an Based on "Pressure-State-Response" Model

WANG Fei， DANG Xianxian

[Abstract] Ecological security of town is the main component of regional and even national ecological security. This paper， taking towns in Xi’an as the research area， combined with the feature of the local natural environment and economic development level， according to "pressure-state-response" model to build the assessment index system， the quantitative assessment of ecological security status of towns， to reveal the geographical distribution of ecological security of towns， to propose towns development proposals based on ecological security， to ensure the construction of towns and ecological environment is suitable to provide assessment method and scientific basis. The research results shown that towns in Xi’an are totally in a state of critical security， and there is a coupling between the ecological security of towns and the landform， the general ecological security index decreases from mountains， tablelands， hills to plains.

[Keywords] ecological security； assessment model； small town； Xi’an City

引言

全球自工业革命以来已经历了三次城市化发展浪潮[1]，伴随全球城镇化进程，人类对自然界的干扰活动加剧，生态环境恶化，生态安全研究日益受到重视，研究尺度也从宏观国家生态安全研究[2]、中观区域生态安全研究覆盖到微观城镇生态安全研究[3-4]，形成不同尺度与层面的生态安全研究局面，并成为相关学科研究热点。小城镇生态环境是当地群众生存和社会经济发展的基础，其生态安全对国家稳定起着保障作用[5]。当前研究多限于小城镇土地生态安全评价研究[6-8]，较少从系统角度研究小城镇生态安全问题。

地处关中的西安市夹持于黄土高原与秦岭山脉之间，区内气候与生态环境受地形地貌影响明显；区域内小城镇分布密集，人口密度大，资源环境约束加剧，人均水资源量不足全国平均水平的1/3，且空间分布不均，境内水质恶化，地下水超采问题突出[9]；伴随快速城镇化进程，自然环境容量接近极限，迫切需要科学评估小城镇建设对于区域生态安全的影响并采取措施予以响应。本文以西安市小城镇为研究对象，根据当地自然环境特征与经济发展狀态，采用“压力—状态—响应”模型构建小城镇生态安全评价指标体系，对西安市小城镇生态安全程度进行量化评估，确定了小城镇生态安全等级，揭示了小城镇生态安全分布与地形地貌的耦合规律，提出了基于生态安全的小城镇发展建议，为小城镇生态安全研究提供参考与借鉴。

1研究区概况与数据源

1.1研究区概况

西安市北临黄土高原，南依秦岭，经纬度介于东经107.40度～109.49度和北纬33.42度～34.45度之间，面积10108平方公里。西安市地形南高北低，西高东低，高差甚为悬殊，地貌类型多样，可以划分为平原、黄土台塬、丘陵和山地等四种类型，在其间广泛分布众多小城镇（见图1、表1）。

1.2评价数据源

小城镇生态安全评价需要两种数据支持，即统计数据与空间数据。前者用于评估经济、人口等小城镇社会发展状况，后者为遥感数据（RS）与数字高程数据（DEM），用于评估小城镇土地利用、地形地貌、植被覆盖等生态环境状况。

本文收集了2015年西安市及各区县统计年鉴、统计公报中有关小城镇经济、社会、人口、能源、环保等方面的统计数据，以及相同年份全波段landsat TM遥感影像数据、区域DEM数据，为研究整个区域生态环境状态及小城镇生态安全格局提供基础数据支持。

2小城镇生态安全评价方法

2.1小城镇生态安全概念

有关小城镇的概念，学术界未有定论[10-11]。一般而言，狭义的小城镇概念指建制镇与城关镇，广义的小城镇则包括建制镇、城关镇、集镇等，本文所指的小城镇是广义的小城镇概念。生态安全概念也存在广义与狭义之分，前者以美国国际应用系统分析研究所提出的定义为代表：指人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人工生态安全系统[12]。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反映[13]。本文所指的小城镇生态安全是广义的生态安全概念，指小城镇的自然、经济、社会复合人工生态系统无危险或不受生态威胁的状态。

2.2评价模型与指标体系

生态安全评价是生态安全研究的核心问题[14]，而评价的关键环节则是指标体系的选取与确定[15]。上世纪90年代，联合国经济合作开发署提出了“压力—状态—响应”框架模型[16]（见图2）。目前，“压力—状态—响应”生态安全评价指标体系是国内外主流的，受到广泛认可的评价指标体系[17]。由于该模型适于反映小城镇生态系统在自然生态系统、社会经济系统之间的相互作用机理，本文采用该模型框架构建评价指标体系。

根据科学性、整体性、地域性、可测量等原则，针对当地自然环境特征与社会发展水平，构建基于“压力—状态—响应”模型的西安市小城镇生态安全评价指标体系（见图3）。该评价指标体系分为目标层、准则层、指标层三个递阶层次。其中，目标层又分为总目标层（T）与分目标层（A），即科学评价小城镇生态安全状态为总目标，包括小城镇生态系统压力、状态、响应评价3个分目标。准则层（B），每个分目标又可分解为若干项具体准则，压力包括社会经济、自然资源压力、自然灾害压力；状态包括自然状态、社会状态；响应包括污染治理、环保意识。指标层（C），每个准则又可以分解为若干可以具体量化的指标，它是评价小城镇生态安全最基本的单元，由21项指标构成。

2.3指标标准化处理

在生态安全评价中，各指标存在不一致性，主要体现在两方面：指标的度量单位（量纲）不一致，指标趋向性不一致（正向指标、逆向指标）（见表2）。为了使不同趋向的评价指标具有可比性，本研究采用级差变化法对各指标进行标准化处理，将各分项指标统一到同一个量化的指标体系中，公式如下。

正向指标极差化方法计算公式：

逆向指标极差化方法计算公式：

2.4指标权重确定

本文采用层次分析法（AHP）来计算指标权重。该方法是美国匹兹堡大学T.L.Satty教授提出的一种定性与定量相结合的决策方法，它把复杂问题分解成多因素、多层次的评价问题，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，辅以人工综合判断，最终确定权重[18]。权重确定过程如下：

（1）分析小城镇生态安全评价系统中各要素关系，建立由目标层、准则层、指标层构成的递阶层次结构。

（2）对于同一层次的各要素进行两两比较，构造判断矩阵，由判断矩阵计算被比较要素的归一化权重值，计算公式如下：

式中，aij是要素i与要素j相比的重要性标度，Wi0是要素i的权重值。

（3）根据各层次相对权重结果，逐层顺序计算，即可得到各指标最终权重值（见表3）。

权重分配差异反映了指标在评价体系中相对重要程度，其值越大，说明该指标对于评价问题越重要。目标层权重中，压力>状态>响应，说明西安市小城镇所面临的生态压力对生态安全影响最大，其次是生态环境状态，而响应措施重要性最小。西安市人口密度大，生态环境脆弱，当地对自然资源的利用程度和释放废弃物的速度已经超过自然的再生能力和自净能力[19]，对生态环境构成巨大压力。因此，生态压力是影响西安市小城镇生态安全的最重要因素。

准则层权重中，就压力系统而言，资源环境压力>社会经济压力>自然灾害压力。地处关中的西安市人均水资源不足400立方米，仅为全国平均值15.7%[20]；工农业快速发展导致污染物排放量巨大，水体污染严重，重污染天气频发，资源环境容量接近极限。因此，资源环境压力是制约当地小城镇发展最主要的压力。就状态系統而言，自然状态>社会状态。西安境内地貌、气候、水文、土壤、植被类型多样，在自然与人类活动的共同作用下，形成独特鲜明的自然环境状态，并对小城镇生态安全构成重大影响。就响应系统而言，污染治理>环保意识。西安地区工农业发达，环境污染严重，为了恢复环境质量及防止环境进一步退化，污染治理就显得尤为重要，其次才是人们环保意识的增强。

指标层权重中，21项指标权重分配差异明显（见图4）。对当地小城镇生态安全影响大的指标包括：人口密度（C1）、城镇建设用地比率（C2）、水资源消耗密度（C4）、坡度（C12）、植被覆盖指数（C15）、三废处理率（C19）等。权重最大的是水资源消耗密度，水资源总量不足、水资源过度开发[21]一直是制约西安市小城镇可持续发展，威胁生态安全的首要因素。其次是反映城镇扩张程度的城镇建设用地比率指标，说明小城镇生态安全与大规模城镇建设关系密切，生态用地被城镇建设用地所取代，引发生态安全问题。再次是坡度与植被覆盖指数，前者反映了西安北部平坦、南部陡峻的地形地貌特征，后者则用于衡量研究区域植被生长状况，对于了解区域生态环境状态具有重要意义。人口密度反映研究区域范围内人口集聚的疏密程度，高人口密度对生态环境构成巨大压力，威胁区域生态安全。三废处理率指标反映小城镇治污能力，是积极应对环境问题、改善小城镇生态环境的重要举措。

2.5生态安全指数及等级确定

在生态安全评价中，需要通过数学方法对所有评价指标进行加权求和从而得到生态安全指数，以便综合反映研究对象的生态安全状况。本文采用综合指数法计算小城镇生态安全指数，计算公式如下：

式中I表示小城镇生态安全指数，Wi表示第i个指标的权重，Ci表示第i个指标的标准化值。

小城镇生态安全指数越大，表征其生态安全程度越高。参考国内外生态安全指数分级方法[22]，并结合当地小城镇生态环境现状，采用5级评价标准：I<0.4，小城镇生态很不安全；0.40.8，小城镇生态很安全。

3评价结果与分析建议

3.1评价结果

笔者统计了西安市小城镇生态安全综合评价结果（见表4）。2015年西安市小城镇生态安全指数平均值为0.553，总体处于生态临界安全状态。125个小城镇中，很不安全的小城镇9个，占小城镇总数的7.2%，主要分布于主城区周边地区；生态不安全的小城镇21个，占16.8%，分布则较分散；生态临界安全的小城镇44个，占35.2%，主要分布在主城区东西两侧平原地区及南部山区；生态较安全的小城镇36个，占28.8%，主要分布于南部秦岭山区及东部骊山区；生态安全的小城镇15个，占12%，分布于西安市域东西两端秦岭山区（见图5）。

3.2分析结论

按地貌类型统计各类小城镇平均生态安全指数（见表5）。从压力指数来看，山地小城镇>台塬小城镇>丘陵小城镇>平原小城镇，说明总体上山地小城镇自然环境优良，生态与资源压力小，而平原小城镇人口密集，工农业发达，给资源与环境带来很大压力。从状态指数来看，山地小城镇>平原小城镇>台塬小城镇>丘陵小城镇，山地小城镇自然环境状态得分高，平原小城镇社会状态普遍得分高，由于自然环境状态权重更大，故山地小城镇依然排名靠前。从响应指数来看，平原小城镇>台塬小城镇>丘陵小城镇>山地小城镇，由于平原小城镇普遍经济发达，治理污染、恢复生态的投入也最多，故分值最高，而山地小城镇则相反，经济落后，治理污染投入最少，得分最低。从综合评价指数来看，山地小城镇>台塬小城镇>丘陵小城镇>平原小城镇，小城镇生态安全指数与地形地貌存在耦合性，总体呈现自秦岭山地、黄土台塬向丘陵、平原渐次递减的趋势。

本文利用“压力—状态—响应”模型建立西安市小城镇生态安全评价指体系，对西安市小城镇进行生态安全评价与分析。研究得出如下结论：

（1）结合区域自然环境特征与经济发展水平，依据“压力—状态—响应”模型构建了适用于小城镇的生态安全评价指标体系，为小城镇生态安全研究提供了方法与参考。

（2）生态压力对西安市小城镇生态安全影响最大，其次是生态环境状态，而响应措施重要性最小。在21项评价指标中，水资源消耗密度是影响当地小城镇生态安全的最重要的因素，影响较大的因素还有人口密度、城镇建设用地比率、坡度、植被覆盖指数、三废处理率等。

（3）西安市小城镇总体处于生态临界安全状态，125个小城镇中，9个小城镇生态很不安全，21个小城镇生态不安全，44个小城镇生态临界安全，36个小城镇生态较安全，15个小城镇生态安全。

（4）西安市小城镇生态安全与地形地貌存在耦合性，生态安全指数呈现自山地、台塬、丘陵、平原渐次递减的规律。

3.3发展建议

研究不仅限于认识小城镇生态安全状态，更需要透过评价结果找到威胁小城镇生态安全的自然与人为因素，提出基于生态安全的小城镇发展建议。

（1）提高西安市小城镇水资源利用效率，保障生态安全。

水资源总量不足、水资源利用效率低是西安市小城镇面临的主要的生态压力，为保障生态安全，需要从城镇生活用水、生产用水两方面采取措施。生活用水方面，应大力推广节水设备及中水回用技术，节约用水。生产用水方面，西安市主城区周边小城镇集聚众多乡镇企业，生产工艺落后，水资源消耗量大、利用率低，需大力推广先进工艺，提高水资源重复利用率，减少水资源消耗量。

（2）适度控制生态安全等级低的小城镇人口与用地规模，积极引导人口及產业向生态安全等级高的小城镇转移与扩张，确保小城镇发展与生态环境相适宜。

评价结果反映了小城镇生态安全状态，是优化与调整市域城镇体系格局的重要依据。从评价结果看，生态安全等级低的小城镇大多分布于西安市主城区周边，如韦曲、王寺、郭杜、兴隆、杜曲等小城镇。上述小城镇人口密度大，城镇建设用地比率高、污染严重、生态承载力超载，需适度控制人口及建设用地规模，避免小城镇空间无序扩张，防止与主城区蔓延成片，遏制环境恶化趋势。另一方面，虽然生态安全等级高的小城镇生态环境较好，但是普遍社会经济发展滞后，可积极引导人口及产业向生态较安全的小城镇转移，既分担生态压力又能促进西安市小城镇均衡发展。

4思考与讨论

4.1小城镇生态安全指标体系

小城镇生态安全评价极为复杂，本文基于“压力—状态—响应”模型构建了由21项指标构成的评价体系，旨在为小城镇生态安全研究探索一种路径，但仍有不完备之处。由于较多关注城镇建设等人为因素对生态环境影响，所以有关自然生态的评价指标选择较少，如生物多样性、自然生态系统类型等评价指标未涉及。其次，对于灾害性指标仅考虑气象灾害，而对小城镇生态安全有重大影响的地震、滑坡、内涝等方面，由于难以量化与测度而没有考虑。未来如何将此类具有不确定性、突发性的评价指标纳入到小城镇生态安全评价指标体系中仍有待探索。

4.2小城镇生态安全研究方向

本文量化评价了研究区域小城镇生态安全现状，确定了西安市125个小城镇生态安全等级，发现了小城镇生态安全地理分布规律，提出了小城镇可持续发展建议。但是，相较于“现状”，人们可能更为关注于“未来”，小城镇生态安全发展趋势如何，趋于好转还是恶化？如何预测？随着生态安全研究深入，准确预测、预警小城镇生态安全演变趋势将会是今后研究的方向。

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