武汉城市群生态环境质量评价

陈义平 李叙勇 江燕

摘要：

城市生态环境质量评价是城市可持续发展规划的基础，科学认识城市生态环境现状及其变化趋势，有利于推进城市生态文明建设。以武汉城市群为例，基于DPSIR（Driving Forces–Pressures–State–Impact–Responses，驱动力-压力-状态-影响-响应）模型构建城市生态环境质量状况评价体系，分析2010，2015，2020年生态环境质量状况。研究结果表明：① 从2010年到2020年，武汉城市群生态环境质量状况指数呈上升趋势，表征等级由一般、良转变为良、优。其中，咸宁市的生态环境质量状况指数最高，武汉市的生态环境质量状况指数最低。② 武汉城市群生态环境质量状况指数的变化主要归因于城镇化、污染治理、生态保护、资源节约等方面。研究基于武汉城市群生态环境质量状况指数的变化给出保护建议，可为武汉城市群可持续发展提供管理决策依据，为相应区域的生态环境质量评价提供参考。

关键词：

生态环境质量评价； DPSIR模型； 武汉城市群； 生态文明

中图法分类号：X24

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.05.014

文章编号：1006-0081（2023）05-0087-09

0 引 言

城市化是人类社会发展的客观趋势［1］。1900年全球只有10%的城市人口［2］，2007年全球城市化率上升至50.2%，预计2050年全球城市化率将达到68%［3］。在城市化进程中，城市的增长和扩张成为了区域和全球环境变化的主要驱动力［4］。中国的城市化进程仍在高速推进，预计2050年中国城市人口将达到10.9亿，城市化率将达到80%。然而，城市化进程改变了土地覆盖，导致了全球变暖、半数以上森林消失、生物多样性不可逆转的损失等［5-6］。因此，城市生态环境质量评价成为了关注热点。

城市生态环境质量评价是以城市生态系统为研究对象，以可持续发展为目标，从社会-经济-自然复合生态系统的角度，通过指标体系综合评估城市生态环境质量［7-9］。为了分析环境胁迫和响应之间的相互作用，Tony Friend和David Rapport提出了“压力-响应（Stress-Response，SR）”框架［10］。经济合作与发展组织（OECD）在“压力-响应”框架基础上构建了“压力-状态-响应（Pressure-State-Response，PSR）”框架［11］。DPSIR（Driving Forces–Pressures–State–Impact–Responses）框架由欧洲环境署（EEA）基于PSR框架构建，并被联合国和美国环境保护局采纳［12- 13］。目前，PSR框架、DPSIR框架、联合国推出的千年生态系统评估框架（Millennium Ecosystem Assessment Framework，MA）、中国生态环境部推行的生态环境状况评价指标体系等，是生态环境综合评价较为权威的指标体系，具有重要借鉴意义。中国河北省、兰州市、粤北地区应用了PSR框架分析生态环境状况［14-16］。济南市、文山州、长三角城市群等区域应用了DPSIR框架分析生态环境状况［17-19］。北京市、石家庄市采用生态环境状况评价指标体系分析生态环境状况［20-21］。此外，一些学者通过准则层指标的选取构建了新的指标体系，涉及自然、經济、社会等方面，应用于上海市、杭州市、海口市的生态环境状况评价［22-24］。PSR框架是一个简单的环境污染指标分析框架，强调人类活动引发的环境变化，没有反映出环境变化对人类的影响，不能满足可持续发展的需求［25］。MA框架的目标是评估生态系统变化对人类福祉的影响，并对生态系统及其提供的服务功能进行评估［26］。DPSIR框架系统分析了人与自然之间的相互作用关系，既作为生态学家和管理人员间的沟通桥梁，也面向非专业受众，用于吸收、提炼和传播复杂的科学知识，是一个容易理解而全面的生态系统评估工具，得到了广泛的应用［27］。

武汉城市群是湖北经济实力最强的区域，也是引领中西部高质量发展的重要增长极。大规模的城镇化、经济的快速发展给武汉城市群生态环境带来持续增加的压力，林地、耕地、草地持续减少，碳储量服务不断下降，热岛效应增强，其生态环境质量不断下降且明显低于湖北其他区域［28-30］。目前武汉城市群的研究主要集中在生态系统服务价值、土地利用类型、水域景观格局、热岛特征等方面［31-34］，缺少反映区域城市化进程对生态环境质量影响的研究。因此，有必要构建一套生态环境质量评价体系对武汉城市群的生态环境质量进行评价。本文以武汉城市群为研究区，参考现有的生态质量评价体系，基于DPSIR模型，从驱动力、压力、状态、影响、响应5个方面选取了13个指标，基于层次分析法确定指标权重，构建生态环境质量评价体系，对2010，2015，2020年武汉城市群生态环境质量进行评价，以期为该地区可持续发展提供科学决策依据，并为其他城市生态发展规划提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

武汉城市群位于湖北省东部（图1），包括武汉、黄石、鄂州、孝感、黄冈、咸宁、仙桃、天门、潜江9个城市，2020年城市群的国土总面积为5.8万km2，占全省总面积的31%；常住人口3 200万人，占全省人口的55％；国民生产总值为2.6万亿元，占全省的61%，是湖北经济发展的核心、长江经济带的重要组成部分。武汉城市群属于亚热带季风湿润气候，地貌形态为“一分水二分山三分丘陵四分平原”。2010～2020年，武汉城市群经历了剧烈的城市扩张，农田、林地不断减少，不透水面增加了一半，给生态环境带来了巨大压力。

1.2 数据来源

本文收集了2010，2015，2020年武汉城市群的遥感、统计数据。其中，土地利用数据来自于数据共享系统（https：∥data.casearth.cn）［35］。NDVI植被覆盖数据来自于美国航空航天局（https：∥modis.gsfc.nasa.gov）和国家生态科学数据中心（http：∥www.nesdc.org.cn）［36］。人口、国内生产总值、能耗数据来自于湖北省和各市统计年鉴。水资源总量、用水量数据来自于湖北省和各市水资源公报。河流监测断面水质、空气优良率、酸雨频度来源于湖北省和各市生态环境状况公报，水土流失面积来自于湖北省水土保持公报，城镇生活污水集中收集率、城镇生活垃圾无害化处理率来自于城市建设统计年鉴。

2 研究方法

2.1 DPSIR模型

DPSIR模型反映了环境系统与人类系统之间的关系。当社会和经济发展对环境施加压力，环境状况随之发生变化，环境的改变反过来对人类健康和生态系统造成影响，引发社会响应（图2）。在DPSIR模型中，驱动力指标用于描述社会、人口和经济发展，主要包括人口、人类需求的增长；压力指标用于描述改变环境状况或影响人类健康的人类活动，主要包括土地利用、资源使用、污染排放；状态指标描述区域的物理、化学和生物状况；影响指标用于描述具体问题，如二氧化碳排放导致全球变暖；响应指标用于描述社会群体和个人的应对措施及政府应对环境状况变化的努力［12］。

基于武汉城市群实际情况，以实用性、科学性、可操作性为原则，构建评价指标体系。人口增长和经济发展是生态环境变化的主要驱动力，因此驱动力层的指标包含人口密度和经济活动强度［37-38］。土地资源和水资源的使用会对区域气候、大气质量、土壤质量等造成影响［30，39-41］，因此压力层的指标包含水资源开发强度和土地开发强度。水环境、空气环境、植被覆盖对人类和其他生物健康起重要作用，因此状态层的指标包含水环境质量、空气环境质量、植被覆盖。影响层的指标包含水土流失程度和酸雨频度。资源高效利用、污染物处理是生态文明建设的重点内容，因此响应层的指标包含水耗、能耗、生活污水集中收集率、生活垃圾无害化处理率。

式中： E代表所求指数，w i为所求指数的各指标权重，r i为 所求指数的指标标准化值。

将指数状况分为优（Ⅰ）、良（Ⅱ）、一般（Ⅲ）、较差（Ⅳ）、差（Ⅴ）5个等级，指数阈值分别为［0.8，1.0］，［0.6，0.8），［0.4，0.6），［0.2，0.4），［0，0.2）［43］。

2.3 生态环境质量状况指数及分指数构建

为了客观地评价武汉城市群的生态环境质量状况，充分了解其各方面特征，本文构建了生态环境胁迫指数、环境质量指数、资源效率指数和生态环境质量状况指数4个指数。生态环境胁迫指数由人口密度、经济活动强度、水资源开发强度、土地开发强度4个指标构建，用来反映城市群生态环境受胁迫状况。环境质量指数由河流监测断面水质优良率、空气质量优良率、植被覆盖、水土流失、酸雨频度5个指标构建，用来反映城市群环境质量状态。用水资源利用效率和能源利用效率2个指标构建资源效率指数，反映城市群资源利用效率状况。生态环境质量状况指数由表2的指标构建，生态环境胁迫指數、环境质量指数和资源效率指数是生态环境质量状况指数的子集。

3 结果分析

3.1 评价指标体系及权重

依据DPSIR模型，基于武汉城市群实际情况，构建武汉城市群生态环境质量评价指标体系。通过层次分析法得出框架层及目标层的指标权重。评价指标体系及权重如表2所示。

3.2 武汉城市群生态环境质量特征

为分析武汉城市群生态环境质量的时空分布特征，以武汉市、黄石市、鄂州市、孝感市、黄冈市、咸宁市、仙桃市、天门市、潜江市9个市为评价对象，根据生态环境质量评价指标体系，分析各市2010，2015，2020年的生态环境质量因子值（驱动力因子、压力因子、状态因子、影响因子、响应因子值）、生态环境胁迫指数、环境质量指数、资源效率指数和生态环境质量状况指数值。

武汉城市群生态环境质量因子值如图3所示。从图3中可见，驱动力因子值呈下降趋势，其中武汉市的驱动力因子值最低且下降幅度最大，这是因为武汉市的人口、GDP增长幅度最大，其他城市的人口增长缓慢或出现负增长且GDP增长幅度远小于武汉市。2010年武汉城市群常住人口为3 024万人，GDP为9 636亿元，2020年常住人口为3 199万人，GDP为26 361亿元。武汉城市群不透水面快速扩张，水资源总量呈V形走势（2020年>2010年>2015年），故压力因子值先下降后升高。2010～2020年，武汉城市群不透水面比例和水资源总量分别从4.7%、552亿m3增加至7.1%、714亿m3。2010～2015年空气质量优良率明显降低，2015～2020年空气质量优良率提高，空气质量变化是状态因子值先下降后升高的主要原因。酸雨、土壤侵蚀现象得到控制，能源利用效率和水资源利用效率、污染治理水平不断提升，因此影响因子和响应因子呈上升趋势。2010年，武汉、黄石、鄂州、黄冈、咸宁5个城市出现酸雨，酸雨频率为12.4%～50.0%，2020年，仅有武汉、黄石、黄冈出现酸雨，酸雨频率大幅下降至2.3%～3.3%。武汉城市群水土流失面积由10 171.06 km2下降至8 662.26 km2。武汉城市群单位GDP水耗和能耗不断减少，生活垃圾无害化处理率和污水处理厂集中处理率不断增加（达到100%）。

武汉城市群生态环境胁迫状况如图4所示。从图4中可见，武汉城市群生态环境胁迫逐渐增大，其主要原因是武汉城市群作为长江经济带和中部崛起的重要支撑、全国高质量发展的重要增长极，城镇规模快速发展带来了巨大生态压力。建设用地的快速扩张，侵占了大量耕地等土地资源，人类活动越加频繁，造成了热岛效应、环境污染等一系列环境问题。其中武汉市、鄂州市的环境压力问题最为突出。武汉城市群环境质量状况如图5所示（由环境质量指数表征）。从图5中可见，武汉城市群环境质量持续改善，其主要原因是人民群众对良好生态环境的需求日益迫切，水环境治理和大气污染防治不断推进，生态区域建设不断加强。武汉城市群资源效率状况如图6所示。从图6中可见，武汉城市群资源利用效率不断提高，其主要原因是武汉城市群推动要素由驱动型向创新型的发展模式转变，大力倡导低消耗、可循环、低排放、可持续的新型工业化模式，推行中水回用、雨水利用、海绵城市、工业节能、交通节能等措施，节约了水资源，降低了能源消耗。

武汉城市群生态环境质量状况指数和各市生态环境质量状况分别如图7和图8所示。从图7～8中可见，武汉城市群生态环境质量状况指数呈上升趋势，这是因为环境保护力度加强使环境质量状况不断改善、资源利用效率得到提高，有效地缓解了经济发展带来的生态压力。咸宁市的生态环境质量状况指数最高，一方面是由于其良好的天然环境，如水资源丰富、幕阜山脉生态区的生态系统服务价值高；另一方面，咸宁市注重生态发展模式，曾获创新型城市、低碳经济试点市、水生态文明试点市、国家森林城市等称号。虽然武汉城市群生态环境质量等级逐渐提高，但是武汉市、鄂州市、黄石市生态环境质量等级低于其他地区，2020年，武汉市、鄂州市、黄石市生态环境质量状况等级为良，其余城市为优。这是因为这3个城市的人口密度高，经济联系密切，拥有光电子、汽车、新材料、物流等产业带，给生态环境带来了较大压力。其中，武汉市的生态环境质量状况值最低，其原因在于武汉市人口密度大，经济活动频繁，不透水面快速扩张，侵占了耕地等土地资源，造成生物栖息地消失或破碎化、生态系统服务价值减弱。

4 讨 论

4.1 生态环境质量制约因素

目前，武汉城市群生态环境质量制约因素主要为城镇化、水土流失、面源污染、资源利用。武汉城市群城镇化主要表现为建设用地扩大、空气污染物和污水排放量增长，导致热岛效应加剧、生物多样性减少、环境风险上升。2020年武汉城市群水土流失比例为15%，导致河流径流泥沙量大、土壤退化。农业生产以粗放型生产方式为主，机械化程度低、农田规划零散，农业面源污染排放总量大，导致水体富营养化。传统重型、高耗能工业产业占比较大，能源和水资源利用效率仍有提升空间。

4.2 保护建议

（1） 城市规模是城市生态环境压力的主要来源。针对武汉城市群各市不同的社会经济和自然条件，评估其生态承载力的大小，将城市规模控制在生态承载能力内，实现城市的可持续发展［44］。

（2） 坚持长江大保护，坚守耕地红线、生态保护红线，实施山水林田湖草一体化保护修复。推进典型流域的保护和治理，开展农田整治，优化自然保护地管理。

（3） 继续开展国土绿化和水土保持建设。实施长江两岸造林绿化、石漠化治理等工程，提高森林覆盖率，减少水土流失面积，将其培育为农产品生产基地和生态旅游观光带，实现绿水青山就是金山银山的发展模式［45］。

（4） 建设“资源节约型，环境友好型”社会。持续化解过剩产能，加快发展绿色农业、工业、服务业。控制能源消费总量，清洁化利用化石能源，发展循环经济。合理开发水资源，大力提高水的利用率。

5 结 论

本文基于DPSIR模型评价武汉城市群生态环境质量状况，结果显示：2010～2020年，武汉城市群生态环境质量状况指数呈现上升趋势，表征状态等级由一般、良转变为良、优。和其他城市相比，咸宁的生态环境质量状况指数最高，从2010年的0.64上升至2020年的0.88；武汉市的生态环境质量状况指数最低，从2010年的0.54上升至2020年的0.65。通过分析武汉城市群生态环境质量状况指数的影响因素发现，其变化主要归因于城镇化、污染治理、生态保护加强、资源节约等方面。

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（编辑：江 文）

Abstract：

Evaluation of urban ecological environment quality is the basis of urban sustainable development planning.Scientific understanding of the current situation and changing trend of urban ecological environment is conducive to promoting the construction of urban ecological civilization.Taking the Wuhan urban agglomeration as an example，based on the DPSIR （Driving ForcesPressuresStateImpactResponses） model，an evaluation system of urban ecological environment quality was constructed，and the ecological environment quality in 2010，2015 and 2020 were analyzed.The research results showed that：① From 2010 to 2020，the ecological environment quality index of Wuhan urban agglomeration showed an upward trend，and the characterization level changed from general and good to good and excellent.Xianning showed the highest ecological environment quality index，and Wuhan showed the lowest ecological environment quality index.② Changes in the eco-environmental quality index of Wuhan urban agglomeration were mainly attributed to urbanization，pollution control，ecological protection，and resource conservation.Based on the changes of the ecological environment quality status index of Wuhan urban agglomeration，this paper gave the protection suggestions and a basis for management decision-making for the sustainable development of Wuhan urban agglomeration，and provided a reference for the evaluation of ecological environment quality in the corresponding regions.

Key words：

eco-environmental quality evaluation； DPSIR model； Wuhan urban agglomeration； ecological civilization