基于PSR 模型的黄河三角洲人地系统演化特征

焦蕊婷，马燕，张昱，胡晓楠，刘莎

（山东师范大学 地理与环境学院，山东 济南 250358）

人地系统是由地理环境和人类活动2 个子系统交错构成的复杂的、开放的巨系统，是地理学的研究核心和主题[1]1.近年来，在建设生态文明、人与自然和谐共生等理念的引导下，人地系统的可持续发展日益成为社会各领域的研究热点.同时，地理学、环境学、经济学和管理学等学科也日益重视人地系统的研究.

目前，国内外相关学者围绕人地系统展开了诸多研究，从构建理论框架到实证性研究，定性描述与定量分析相结合，研究手段也呈现出多元化的特点.首先，在理论研究方面，吴传钧[1]等作出了开创性的贡献，构建了人地系统的理论框架体系，奠定了理论研究的基础.其次，由于人地系统具有明显的地域差异性，国内外学者在对人地系统进行研究时，涉及到干旱区、西部限制开发区、丘陵地区、草原地区、城乡交错区、三角洲、沿海地区等多种类型的地理区域[2-7].再次，学者们对人地系统的研究从先前脱离过程、满足于静态的方式，到目前静态与过程相结合的研究方式，研究时间、尺度多样化，包括原始社会时期、历史记录时期、快速发展时期等[8-12].此外，相关研究方法也呈现出多元化的特征，新方法、新技术、新模型层出不穷，如系统综合集成方法、非线性人地系统动力学分析方法、物质能量守恒分析、生态足迹方法、基于熵论的人地系统分析、3S 技术等[13-16]，使人地系统相关研究结果的可信度和科学性大大增强.目前，国内外学者对人地系统的研究大部分集中在对某一单项要素和侧重点的研究，尤其是对人地系统的脆弱性和可持续性的研究居多，而对于人地系统的演变及其影响因素的研究较少，缺乏综合性研究.在今后的研究中，应从经济、社会、环境等多方面对人地系统的演变特征进行综合研究.

我国改革开放以来，在加快推动工业化与城镇化的同时，显现出一系列严重的生态环境问题，人地关系日益紧张.片面地追求经济的高速增长，给自然资源和地理环境带来了巨大压力，资源环境对于人类活动的限制约束作用也逐渐显现.这些改变皆与人地关系地域系统的演化有着密切关联，而且人地矛盾的恶化在一些典型区域往往会更加突出.因此，加强典型区域人地系统演化特征的研究是未来发展方向之一[17].

目前，在优化国土空间开发保护格局方面，三角洲和流域等地理区域的重要性日益彰显，其中黄河三角洲的开发保护逐渐上升为国家战略.《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》指出，黄河三角洲是全省拓展发展空间及保持持续快速健康发展的潜力所在、优势所在，旨在推动黄河三角洲的经济环境协调可持续发展[18-19].黄河三角洲是黄河入海的最后一环，其生态环境与健康发展对整个黄河流域具有深远的影响.

然而，黄河三角洲的生态环境比较脆弱，开发过程中存在较多突出的困难和问题.黄河三角洲位于黄河入海口，由黄河挟带泥沙堆积而成，海陆兼备，环境承载能力较低，在一定程度上限制了该地的社会经济活动，阻碍了区域内资源的可持续利用与经济社会的协调发展.自从黄河三角洲的开发保护提升到国家战略层面，近年来就在不断提高该地区生态环境保护支出比重，积极优化调整重工业结构等，但由于其生态环境的脆弱性和人类经济活动对其影响仍以负面为主，黄河三角洲地区资源环境状况改善幅度仍然较小，人地矛盾仍旧突出.

因此，本文以地处黄河三角洲中心的东营市为研究对象，结合对黄河三角洲的实地调研和考察，基于PSR（Pressure-State-Response）模型充分分析影响黄河三角洲人地系统压力、状态、响应的不同因素，为黄河三角洲人地系统演变实证研究提供基础依据，并提出相关对策和建议，以期增强人地系统调控的可操作性，缓解人地矛盾，对黄河三角洲以及其它地区的协调可持续发展提供指导和借鉴意义，并为探索大尺度空间分异特征提供案例支持，进一步丰富人地系统领域的研究内容、评价方法与手段.

1 研究区概况

黄河三角洲以垦利宁海为起点，向东北方向发散面积约为5 400 km2的扇形区域，向北至套儿河口，向南达支脉沟口[20].黄河三角洲后备土地资源、油气资源、卤水资源丰富[21-22]，处于大气圈、水圈与岩石圈的的交界地带[23]，生态系统独具特色.但黄河三角洲也长期存在淡水资源匮乏、土壤盐碱化、旱涝灾害、海岸线后退、风暴潮灾害等环境问题[3]199，长期以来一直制约着黄河三角洲人地关系系统的协调发展[24].黄河三角洲地区地域范围横跨东营和滨州两市全部以及潍坊、淄博、烟台的部分区县[25]，其中东营市内黄河三角洲面积占5 200 km2，约占黄河三角洲总面积的96%，成为开发建设黄河三角洲高效生态经济区的主阵地以及黄河三角洲的中心城市[26].基于研究目的及数据的可获取性，本文以东营市作为主要区域来研究黄河三角洲人地系统的演化特征，其地图见图1.

图1 东营市地图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究数据来自于《山东统计年鉴（2001—2020）》《东营统计年鉴（2001—2020）》《中国城市统计年鉴（2001—2019）》《中国城市建设统计年鉴（2001—2020）》，并结合2001—2009 年山东省和东营市国民经济和社会发展统计公报，对部分年份缺失的数据采取插值法计算获得.

2.2 研究方法

2.2.1 基于PSR 模型的指标体系构建（1）指标选取原则.决定评价结果是否准确及其准确程度，是否可信及其可信程度关键在于选取指标[27].由黄三角地理环境子系统和黄三角人类活动子系统构成的黄河三角洲人地关系系统[1]1涉及自然、经济、社会、环境等多方面内容，为了客观、全面、科学地研究评价黄河三角洲人地关系系统的演变特征，在构建评价指标体系时应遵循系统科学原则、代表性原则及可获取性原则[16]26，以期在此基础上构建一套指标意义明确、层次结构清楚、内在联系分明的评价指标体系，进而获得黄河三角洲人地关系系统演变特征准确、可靠的评价.（2）指标体系构建.PSR 模型，即人类活动向地理环境索取资源排放废物，施加压力，进而地理环境反馈人类活动，通过状态反映出来，人类活动根据状态作出调整，实现响应，如此循环.其中，压力、状态、响应构成了PSR 模型，能够很好地反应人地系统中人与自然的相互作用关系.因此，本文以“压力（P）—状态（S）—响应（R）”模型为基础构建评价黄河三角洲人地系统演变特征的指标体系.通过CNKI 等数据库搜集有关PSR 模型的应用，人地系统演变、黄河三角洲的研究，对相关指标进行归类整理并做数据统计，在遵循可持续发展一般要求的基础上，综合考虑黄河三角洲的自然环境与社会经济特点[28]，依据指标选取原则，选择恰当指标，构建了评价黄河三角洲人地关系系统演变特征的指标体系.该指标体系从上到下包含3 个层次（见表1）.

表1 黄河三角洲人地系统演化特征

2.2.2 基于熵权法的指标权重确定 黄河三角洲人地系统评价的关键环节是建立一个科学、全面的评价指标体系，并确定每个指标的权重系数.权重是指评估对象的不同方面在评估过程中所起重要性的量化分配，故一个指标的权重能够表示出该指标在整体评估中的相对重要性.各评价因子在整体评价中的作用决定着权重的大小.一般来说，较高的权重意味着该指标对整体评估的作用较高；反之，较低的权重则意味着该指标对整体评估的重要性较低.

确定指标的权重是获得客观准确评价结果的重要基础，其主要确定方法有2 种：主观赋权法和客观赋权法.为克服主观因素的影响，熵被应用于指标权重的确定.熵值法是信息处理中的一种客观赋权方法，避免了个人的主观影响[29].其利用熵值所提供的信息，并结合信息熵工具，将这些信息与每个指标的变化情况联系起来，从而计算每个指标的权重，提供一个全面的指标评价基础.为对黄河三角洲人地系统的演化进行综合评价，本文采用熵权法对指标进行集成综合，计算出权重.计算过程为：（1）运用min-max法对原始指标数据进行标准化处理，对正向指标采用公式uk=(xk-βk)/(αk-βk)，负向指标采用公式uk=(αk-xk)/(αk-βk)，将数据统一映射在[0，1]区间.其中，uk为标准化值；xk为原始指标；αk为指标最大值；βk为指标最小值.（2）对标准化数据经消零处理后，进行指标比重计算，测算公式为.（3）进行指标熵值的计算，测算公式为.（4）将所求的熵进行标准化处理，测算公式为ak=maxHkHk（ak≥ 1，k=1，2，3，…，n）.（5）最终计算指标权重，测算公式为.由计算得出黄河三角洲人地系统综合评价指标体系中各指标的权重.

3 黄河三角洲人地系统综合评价结果及演化特征分析

3.1 黄河三角洲人地系统综合测度

在指标数据标准化和权重系数确定的基础上，本文分别选取了东营市2000—2019 的面板数据，采用线性加权法测度黄河三角洲人地系统3 个准则层及总体的综合评价值.测算公式为.其中：wk为各单项评价指标的权重；xk为各单项评价指标的评价值.通过计算测得综合指数结果见表2.

表2 黄河三角洲2000—2019 年人地系统评价各准则层和综合指数

3.2 黄河三角洲人地系统演化特征

基于本文所构建的指标体系和研究方法，以东营市作为特定研究对象分析，可以得到黄河三角洲人地系统准则层中的压力、状态、响应以及综合指数评价结果（见表2）.

3.2.1 压力指数 黄河三角洲人地系统中的压力指数呈现整体上升，局部波动的趋势.压力指数从2000年的0.000 7 上升到2019 年的0.269 0，反映出黄河三角洲人地系统受人类活动干扰的力度趋于增强.2000—2012 年压力指数由0.000 7 稳步上升为0.103 4，说明这一时期由于经济的增长和人类活动强度的增大，黄河三角洲人地系统受人文要素扰动较为强烈，人类活动干扰影响作用较大.2013 年压力指数上升为0.193 2，增幅较大，此后至2016 年较为平稳.2015—2019 年该指数总体处于上升阶段，2018 年为最高峰，指数值为0.289 8.由此可见，压力层经历了明显的上升、平稳、再上升的阶梯式3 个发展阶段，说明黄河三角洲人地系统的压力子系统并不十分稳定.同时，由压力指数变化明显的年份（如2004，2009，2015，2018 年）发现，综合指数对应也变化较为明显，说明压力子系统的不稳定性可以影响到系统整体的稳定性.

3.2.2 状态指数 黄河三角洲人地系统的状态指数整体变化不大，按照变化幅度及指数值大小大致可分为4 个阶段：2000—2003 年状态指数趋于下降，由0.217 4 降为0.105 1；2004—2007 年为起伏较大阶段，状态指数普遍低于平均水平；2008—2012 年状态指数变化不大且普遍高于平均值，为黄河三角洲人地系统状态指数最高的阶段；2013—2019 状态指数有小幅波动上升，整体维持稳定水平.状态是黄河三角洲人地系统受到人类影响后直接呈现出来的状态，反映其受影响的程度.2008—2012 年状态指数为近20 年状态指数的高峰，与同时期“海上山东”建设和黄河三角洲开发工程的推进，城市建设占用耕地和未利用土地，城市发展过程中造成生态破坏有密切关系.

3.2.3 响应指数 黄河三角洲人地系统的响应指标与压力指标走势基本一致，呈现明显的阶段特征，经历了先上升后下降的过程.2000—2013 年响应指数由0.019 0 波动上升至0.268 2，2014—2019 年由0.259 3下降到0.227 0，说明为了应对日益增长的外部压力，黄河三角洲基于生态文明、绿色发展等理念而采取了一系列有效应对措施，如优化黄河三角洲地区产业结构、促进经济的稳定增长和逐步增强民众生态意识等，并最终促进该地区响应指数的提高.因此，在时间维度上，黄河三角洲人地系统总体表现出结构和功能逐步完善、人地关系趋于缓和的特征.

3.2.4 综合指数 黄河三角洲人地系统评价的综合指数呈现出整体波动上升的趋势，由2000 年的0.237 1上升到2018 年的0.779 9，此后在2019 年有小幅度的下降趋势.从评价结果综合指数来看，该指标在2000—2006 年波动幅度较大，主要由于进入21 世纪，在生态文明理念的指导下，人们积极反思以及认识到生态环境问题已经制约经济社会的发展.基于此背景，地区内采取一系列措施保障生态资源环境的恢复与发展，促进地区内生态服务功能的改善.2016—2019 年，综合性指数呈现出先上升后下降的变化过程，与这一时期的产业结构进一步优化升级、经济效率进一步提高，但同时人口进一步集聚、城市建设用地规模进一步扩张有关.

4 黄河三角洲人地系统演化的影响因素分析

通过从压力、状态、响应3 个层面分析黄河三角洲人地系统的演化特征，可以得出自然环境和人类活动的综合影响，导致黄河三角洲人地系统最终呈现出相应的演化趋势.

4.1 自然环境因素

4.1.1 淡水资源短缺 黄河三角洲地区年均降水量低，且年际年内降水十分不均，导致淡水资源贫乏[18].黄河是该地区重要的客水来源，但随着黄河来水的大幅度减少，断流频繁，加之引水量受到国家分配的指标限制，使该地区人类生产生活的用水需求得不到满足.此外，地下水的含盐量很高，土壤盐渍化使种植消耗大量的水资源，水资源的利用率较低.严重的资源胁迫导致黄河三角洲压力指数整体升高，与此同时，有关政府部门也在生态文明和绿色发展等理念的指导下，采取了一系列有效的应对措施，使响应指标层同压力指标层变化一致，呈现出整体上升的趋势.但水资源贫乏仍然是制约黄河三角洲地区协调可持续发展的重要因素之一.

4.1.2 生态环境脆弱 黄河三角洲特殊的地理位置与环境，使其受到风暴潮灾害的威胁，黄河三角洲海岸蚀退现象越来越突出，生态系统受到损害，对该地区的开发利用产生了明显的消极影响.此外，该地区还存在植被覆盖率低、土壤盐渍化、环境污染严重、生态恢复难度高、地质与地震构造复杂等一系列问题.生态环境的脆弱性使黄河三角洲区域人类社会经济的发展面临潜在的安全问题.尽管黄河三角洲面临着严重的生态环境安全问题，但是其生态环境具有一定的环境承载能力，因此其响应指标整体变化不大，存在小幅度波动趋势.

4.2 人类活动因素

4.2.1 高强度的人类活动 人类的开发强度影响原有的生态系统，如石油开采过程中的泄漏问题、建设油田时的土地开发问题等.东营市作为重要的资源型城市，产业结构模式以重工业为主导，存在环境污染与资源消耗等许多难题，产业结构亟需优化升级.工业化和城镇化加速推动，人类对资源和环境施加的压力逐步加大，加剧了人地矛盾.

4.2.2 生态文明建设 人类社会生活质量不断提高，与此同时，由于生态环境的恶化对居民生活带来的不利影响也越来越明显.因此，人们不得不开始重视生态环境的保护与修复，以满足对良好生态环境的需求.政府对环境治理以及资源管理投入更多资金，制定了一系列环境保护的制度政策，生态保护水平不断提升.公众参与环境保护的力度加大，治理环境污染、发展循环经济等技术也在不断创新突破.此外，第三产业的比例不断提高，使资源环境压力得到一定程度地减小.社会进步水平不断提升，使人地矛盾也在不断缓解，经济、社会、生态逐步实现协调发展.

在黄河三角洲地区淡水资源短缺、生态环境相对脆弱的同时，人类活动强度越来越剧烈，对生态环境造成了破坏，给其资源与环境带来的压力越来越大，进一步加剧了黄河三角洲地区的人地矛盾.同时，在生态文明建设的推动下，相关政府部门加大了对环境保护与生态修复的投入，区域产业结构不断优化，公众的环保意识也在逐渐增强，最终导致人地系统压力指标层与响应指标层呈现出相同的变化趋势.

5 结论与建议

5.1 结论

黄河三角洲人地关系地域系统一直以来就是人地关系地域系统研究的重要内容.本文以黄河三角洲的生态脆弱性为切入点，主要运用了经验科学研究范式并基于PSR 模型，选择位于黄河三角洲中心的东营为研究对象，探究2000—2019 年黄河三角洲人地系统的演化特征.通过集中对比分析可知，黄河三角洲地区人地系统综合指数呈现整体波动上升的趋势，稳定性显著加强.其中，响应指标和压力指标的走向基本一致，均表现为局部波动，整体上升；状态指标层整体变化不大，影响程度变化并不明显.

人地关系地域系统是目前全球环境变化和可持续发展研究的前沿课题之一，引起了国内外相关学者的高度关注.黄河三角洲人地关系系统是一个复杂的耦合系统，由于其位于黄河入海口，由黄河挟带泥沙堆积而成，海陆兼备，因此环境承载能力较弱，生态坏境脆弱，对该地区人类社会经济活动限制性和约束性较强，阻碍了区域内资源的可持续利用与经济社会的协调发展.本文基于PSR 模型，实证研究黄河三角洲人地系统演变特征，并提出相关对策和建议，以期为增强人地系统协调可持续发展提供指导和借鉴意义.

5.2 建议

保护自然环境，提高黄河三角洲环境承载能力.研究结果表明，黄河三角洲人地系统响应指标层呈现出局部波动，整体上升的趋势，但上升幅度较小.这是由于生态环境本身具有一定的环境承载能力以及生态恢复能力.但是由于黄河三角洲自然地理环境具有特殊性、脆弱性、易污染性的特征，其环境承载力可能会受到破坏.因此，在生态建设方面，发展生态经济是必由之路.当前，黄河三角洲发育还不够完善，再加上独特的生态地域环境，流域的整体保护亟待解决.与此同时，企业政府部门应当积极利用多种生态经济方式，全面推进三大防护林的建设.通过各种自然保护区的建立，提高当地生物多样性，积极整合多种资源，保护该地区的生物多样性.在环境保护方面，需加强水资源管理，与此同时严格实施环境保护制度，将生态脆弱、污染严重等重要区域划入生态保护红线，在此期间，响应指标层呈现出整体上升的趋势，得益于各种生态和环境保护措施的实施，因此需加强推进生态文明建设措施的落实.

全面综合治理，政企民协同参与，促进人地和谐.从研究结果看，在压力指数逐年上升的趋势下，只有政府、企业、公民三者协同参与到生态文明建设中去，才能通过提升响应指数来促进状态指数达到稳定平衡，从而使人地系统得到均衡发展.首先，要强调源头治理的重要性，将黄河上下游及主支流协调起来，实施水环境综合控制和地方管理，并且要做好黄河沿线生态修复工作，加强湿地治理，可以有效缓解高强度的开放建设与脆弱的生态环境之间的矛盾，促进其和谐发展.其次，相关政府部门应该建立健全运作良好、一体化的综合管理体制，不断完善生态环境政策体系和市场监管体制，并且加大执法监督管理力度，制定更为严格的环境标准，降低环境风险与环境污染，积极推进黄河三角洲生态研究平台的建设工作.再次，企业部门应当严格遵循绿色发展的理念，减少对生态环境的掠夺式开发，发展生态经济、循环经济，切不可以牺牲环境谋求发展.与此同时，要大力推进产业结构转型升级，企业还应加快推进技术创新和科技成果产业化，推广应用节能、节水、节材等环保技术和先进装备，推进清洁生产、节能减排和污染治理，提高经济增长的质与量.此外，公民也应当提高保护环境、人与自然和谐发展的意识，发挥公民个人在公众监督、社会监督等多种生态资源环境监督机制和新型群众参与社会治理制度中的作用，主动参与和推动全民生态资源环境监督保护体系的建设，践行可持续性消费，自觉积极地加速生态环境保护、资源节约型社会的建立.最后，黄河流域生态保护是国家发展的重大战略部署之一，对于促进我国经济增长，提高国际竞争力和影响力意义重大，因此加快推动和促进世界著名的三角洲可持续发展示范区的形成亟待解决.