基于DPSIR模型的湛江湾海岸带生态系统健康评价分析

陈梦华，陈峰

（1.湛江市环境科学技术研究所，广东湛江524000；2.广东海洋大学，广东湛江524000）

海岸带是海陆交错的地带，由于其丰富的资源、优越的自然环境和良好的地理位置，已成为自然和人类活动的活跃区域，是重要的生态区和社会经济发展区，具有重要的经济利用价值和生态服务功能，也是典型的生态脆弱区和环境变化敏感区，其生态系统健康问题已成为全球研究热点[1,2]。随着海岸带开发利用的深入，海岸带面临着不同程度的人为和自然压力，如自然资源损耗、海岸侵蚀、环境退化和灾害频发等，制约着海岸带生态经济社会的可持续发展[3]。我国海岸带长达18000多公里，其中大部分生态系统长期以来处于亚健康或不健康的状态[4]。因此，对海岸带生态系统健康进行评价与评价，以实现海岸带生态、社会与经济的可持续发展。

由于生态系统的复杂性和综合性，国内外对生态系统健康概念的表达还未形成统一的表述，从整个海岸带生态系统角度出发的综合研究和健康评价更是有限。常见的生态系统健康评价方法有：压力—状态—响应（PSR）模型、活力—组织力—恢复力（VOR）模型和暴露性—敏感性—适应能力（VSD）模型等[5-7]。上述评价方法在海岸带健康状况等级分析、健康状态构成来源分析等方面仍存在一定局限性。DPSIR模型是由欧洲环境署（UNPE）建立和使用，综合了压力-状态-反应(PSR)和驱动力-状态-响应(DSR)框架的优势，可以同时评估社会经济和环境参数，其评价机制是社会及经济发展等驱动因素对环境施加压力，导致环境系统状态发展，而这些发展变化会对生态系统、人类健康和自然过程产生影响，并最终产生政治响应[8]。

本文以湛江湾海岸带为研究对象，基于驱动力—压力—状态—影响—响应（DPSIR）模型，构建湛江湾海岸带生态系统健康评价指标体系，识别了影响湛江湾海岸带生态系统健康的主要因素，并对海岸带作为自然—社会—经济综合体的健康状况进行分析评价，以期为合理开发利用海岸带资源、保护近岸海域、恢复区域生态系统健康提供科学依据和决策参考。

1 研究区概况

湛江位于祖国大陆最南端，三面环海，东面南海，西临北部湾，全市海岸线长2043km，其中大陆海岸线长1243.7km，占全省30.2%。湛江湾位于雷州半岛东北部，自然岸线长约355.1km。漫长的海岸线所带来的优质海岸资源，是湾区发展海洋经济、参与“21世纪海上丝绸之路”建设的基础。

根据党十九大提出的“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”新要求和广东省政府提出的《广东省海岸带综合保护与利用总体规划》中“一线管控、两域对接，三生协调、生态优先，多规融合、湾区发展”的总体部署，湛江湾区成为规划的8个海岸带保护与利用综合示范区之一。目前，湛江作为负有战略使命的省域副中心城市和沿海经济带重要发展极，在粤港澳大湾区对接海南自贸区（自由港）、对接北部湾城市群、对接东盟中起到咽喉要道的作用，为此，湛江湾的规划发展也随之进入一个新的发展局面，潜力巨大。

随着近年来湾内开发利用强度的加大，在推动湛茂一体化发展，打造粤西世界级钢铁、石化产业集群的同时，不可避免地带来一些列生态环境问题，而优良的生态环境与稳固的海岸带生态防护屏障是社会进步和经济可持续发展的前提。这使得海岸带生态系统健康评价尤为重要。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及预处理

本研究采用的原始数据主要来源于2010-2018年的《湛江统计年鉴》《湛江环境质量年报》《广东省环境状况公报》《广东省海洋环境状况公报》《中国海洋环境质量公报》《中国海洋灾害公报》《中国海平面公报》等。

2.2 基于DPSIR模型的生态系统健康评价指标体系

2.2.1 指标体系构建

本研究基于DPSIR模型，依据海岸带特殊的自然属性和正面临的生态状况，综合考虑湛江湾海岸带的社会发展、经济建设、环境污染及保护情况，在科学性、全面性、可操作性和区域性等原则[9]的指标选取下，参照国内外已有的相关研究[10]，确定了目标层、准则层、指标层3个层次，25个能反映海岸带生态系统健康特征的指标，建立了湛江湾海岸带生态系统健康评价指标体系(见表1)。

表1 湛江湾海岸带生态健康评价指标体系

2.2.2指标标准化处理

本研究采用极差法对指标原始数据进行标准化处理，以消除各指标间的量纲差异，使其具有可比性。生态系统健康评价的指标可划分为正、负向指标，具体指标趋向情况见表1。正、负向指标分别按式(1)和式(2)进行标准化处理。

式中：X’ij为第i项第j年指标标准化处理后的值；Xij为第i项第j年指标的实际值；maxXi为第i项指标在研究时段内实际值的最大值；minXi为第i项指标在研究时段内实际值的最小值。

2.2.3 指标权重确定

本研究采用综合权重法确定指标权重，将层次分析法[11]和熵权法[12]相结合，可在一定程度上避免层次分析法的主观因素决定作用和熵权法纯客观赋权的缺点。其中AHP是一种多层次权重决策的方法，具有高度的逻辑性和系统性，适用于多指标层的DPSIR模型，其权重值是各层指标两两因素按照专家打分确定重要程度，根据1-9比例标度法（具体含义见表2）形成判断矩阵，运用yaahp辅助软件运算得到且CI值均小于0.1通过一致性检验。熵权值是将各数据归一化处理后运用MATLAB软件输入“Function weights=Entropy Weight（R）”熵权命令，按照熵权计算公式写入程序获得。将得到的两权重值（如表1所示）根据最小相对信息熵原理，利用拉格日乘子法优化得到第i项指标综合权重计算公式：

表2 1-9标度法

式中：m为指标总数。Wi为第i个指标的综合权重；WiAHP和Wi熵分别是第i个指标层次分析法（AHP）权重值和熵权值；经计算，得到的指标综合权重见表1。

2.2.4 综合评价指数计算

综合指数法计算生态系统健康指数来反映健康状况是生态系统健康评价研究中常用的方法，指数越大，生态系统越健康状况越好，反之，生态系统健康状况越差。第j年海岸带生态系统健康综合指数（Ej）计算公式，见式（4）：

2.2.5 生态系统健康等级划分

综合海岸带实际并参考相关研究[13]，将海岸带生态安全状态划分为5个等级（表3）。

表3 海岸带生态安全状态等级

3 结果与分析

3.1 生态系统健康状况分析

根据生态系统健康评价指数计算公式得出湛江湾海岸带2010、2013、2015、2018年生态系统健康指数，分别为0.5452、0.5603、0.4672、0.4417，健康状态分别为“临界健康—较健康—临界健康—较不健康”（如图1所示）。湛江湾海岸带生态系统健康状况除了2013年为较健康状态外，近10年间均处于临界健康和较不健康状态，尤其2018年为较不健康状态。

图1 研究区域2010-2018年生态系统健康指数

驱动力（D）指数分析：2010-2018年，湛江湾海岸带生态系统健康驱动力指数逐年下降，由2010年的0.1345下降到2018年的0.0481，说明驱动力各指标对湛江湾海岸带生态系统健康的贡献率在下降。驱动力各指标作为海岸带生态系统变化的最初和潜在变化因素，反映了随着人口密度、地均国内生产总值、人均可支配收入、港口货物吞吐量和海洋生产总值等社会经济活动的高度聚集和对发展需求的提升，导致湛江湾海洋资源的消耗增加、开发利用强度加大。

压力（P）指数分析：2010-2018年，湛江湾海岸带生态系统健康压力指数急速下滑，由2010年的

0.2311下降到2018年的0.0829，表明驱动力指标带动海岸带发展的同时对海岸带生态系统造成的压力也随之增加。从“三废”（地均废气、废水、固废）的产生量分析，工业和海洋资源开发导致的高排放对环境的高态势压力，同时随着滨海旅游业的发展和自然灾害频发。湛江湾海岸带生态系统压力逐年增加。尤其2013-2015年期间下降幅度较大，说明此时期工业发展迅速导致的高污染高消耗。2015年后生态环境压力有所缓解，这与“十三五”期间采取了积极的相应措施有关系。

状态（S）指数分析：湛江湾海岸带生态系统健康状态指数变化与压力指标变化趋势相似。由2010年的0.0685下降到2018年的0.0161，表明海岸带生态环境状态遭到了严重损害，其中近岸海域功能区水质优良率由2010年的74%下降为2018年的67%，森林覆盖率由28.30%下降到24.15%。尤其2013-2015年期间，状态指数降幅为56.03%，2015-2018年变化较为平稳，说明状态变化得到响应的措施后有所缓解。

影响（I）指数分析：湛江湾海岸带生态系统健康状态指数变化呈先上升后下降的变化趋势。2010-2013年期间为上升期，说明这一阶段驱动力、压力、状态变化还未环境产生深刻的影响；2013年后海洋灾害频发，沿海地区受到风暴潮、海岸侵蚀、海浪等海洋灾害的影响加剧，灾害损失也逐年增多。全球气候变暖导致海平面逐年上升。除上述自然灾害方面的指标影响外，环境影响指标中的工业废水达标率由2010年的85.1%下降到2018年的75%，说明自认和人为的因素，对海岸带生态系统健康的影响逐渐深入。

响应（R）指数分析：湛江湾海岸带生态系统健康响应指数逐年上升。由2010年的0.0126上升到2018年的0.2241，表明在面对海岸带生态环境遭到影响后采取的积极响应措施逐年重视。环境治理方面，环境保护与治理资金投入和治理废水竣工项目逐年增加；科技教育方面，海洋教育合作、海洋自然保护区宣传与科技工作的投入逐年提高；政策措施方面，实施清洁生产审核，提高环评准入原则，控制生态红线等。以上湛江湾近10年所采取的海岸带生态环境保护措施取得了较为明显的成效。

3.2 生态系统健康重要影响因素

各评价指标对湛江湾海岸带生态系统健康的相对影响重要程度可用权重来权衡。从权重分配结果来看，相对影响重要程度从大到小排名前十的指标为：环境保护与治理资金投入、滨海旅游总人次、海洋生产总值、台风风暴潮灾害次数、海洋灾害损失、治理废水竣工项目、海平面变化量、地均工业废水排放量、近岸海域功能区水质优良率、地均工业废气排放量。由此可见，这些指标是影响湛江湾海岸带生态系统健康的主要因素。这些指标反映了工业发展及污染物排放、人类活动密集及人类对近岸海域的开发利用程度、政府响应措施实施力度、自然和人为因素所造成的海洋灾害和资源损失等对湛江湾海岸带生态系统健康带来的影响。

4 结论与建议

本文立足湛江湾海岸带发展实际，基于DPSIR模型构建了2010-2018年湛江湾生态系统健康评价指标体系，采用层次分析法和熵权法结合确定权重，对指标体系进行评价。研究结果显示：（1）2010、2013、2015、2018年，湛江湾生态健康等级分别为临界健康（Ⅲ）、较健康（Ⅱ）、临界健康（Ⅲ）、较不健康（Ⅳ）。（2）影响湛江湾生态系统健康的主要因素有环境保护与治理资金投入、滨海旅游总人次、海洋生产总值、台风风暴潮灾害次数、海洋灾害损失、治理废水竣工项目、海平面变化量、地均工业废水排放量、近岸海域功能区水质优良率、地均工业废气排放量。因此在今后制定治理策略改善海岸带生态环境时，应重点关注这些影响因素。

湛江湾区是我国8个海岸带保护与利用综合示范区之一。丰富的海洋资源优势下，应同时考虑经济、社会、生态的可持续发展，严控生态红线，注重海岸带开发强度与环境承载相协调；注重海岸带的整治和生态恢复；注重海岸带生态系统的风险预警和应急响应机制；注重近岸海域环境保护教育和科研合作，在保障海岸带生态系统健康的状态下，充分发挥湛江湾地理位置优势，助力湛江成为负有战略使命的省域副中心城市和沿海经济带重要发展极。