基于DPSIR 模型的韶关市生态安全评价

成 量，王尚九

（1.韶关学院 政法学院，广东 韶关 512005；2.韶关学院 数学与统计学院，广东 韶关 512005）

“生态安全”这一概念最早由国际应用系统分析研究所于1987年提出，是“一个区域的生态环境处于少受甚至不受威胁的状态”. 它具有两重含义，一是指生态系统的结构未受到破坏，功能健全；二是指生态系统的服务能满足人类生存发展的需要. 城市生态系统是城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体，其生态安全不仅关系到人民群众的日常生活和身体健康，更直接影响着城市的社会经济发展. 科学评价城市生态安全状况，可以为城市生态文明建设和生态环境管理决策提供参考.

目前，我国学者在生态安全评价方面进行了大量探索. 研究对象上，主要聚焦于土地［1］、水资源［2］、森林［3］、草地［4］、湿地［5］、城市［6］等生态系统的安全评价. 研究尺度上，大多数研究从省［7］、市［6］、县［8］等层面开展生态安全评价，也有少数研究进行生态保护区［9-10］和流域［11］等层面的评价. 在构建评价指标体系时，已有研究主要采用两种思路，一种是基于生态安全的内涵，从自然、经济、社会等不同维度选取指标来对生态安全进行综合度量［12］，另一种是借助压力-状态-响应（PSR）模型［6，13］或其扩展形态驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）模型［1，7］来构建生态安全评价指标体系. 同时，PSR 模型和DPSIR 模型由于综合考虑了资源、环境、经济及人类健康等要素之间的因果关系，被广泛用于复杂系统的生态安全评价中. 例如，闻熠等基于PSR 模型和突变级数法对上海市2005—2015年的生态安全进行了评价，并将这一时期划分成生态安全上升和下降两个阶段［13］. 邵月花等基于DPSIR 模型构建流域生态安全评价指标体系，对渭河干流甘肃段生态安全进行评价，提出了促进流域经济与生态和谐的对策［11］. 尽管评价指标体系的构建思路相似，但是由于不同的研究对象在资源基础、环境状态、经济社会发展阶段等方面存在差异，因此构建的生态安全评价指标体系也有所差异.

韶关市是粤北地区的政治、经济、文化和交通中心，自20 世纪60年代开始布局了大批工矿业，曾被誉为“华南重工业基地”. 随着城镇化和工业化进程的不断推进，韶关市近年来也面临着空气质量下降、土壤重金属超标、生态空间被挤占和生物多样性下降等问题，其生态系统健康和生态安全受到威胁. 2018年6月，广东省委提出“一核一带一区”发展格局，并明确将韶关市划为“北部生态发展区”. 作为广东省重要的生态屏障，保护好生态环境既是韶关市最大的责任，也是其实现高质量发展的重要基础. 在此背景下，通过生态安全定量评价，了解韶关市生态安全状况及变化趋势，明确生态安全的制约因素，具有重要的研究价值与现实意义.

1 研究区域概况

韶关市位于广东省北部，是粤北地区的中心城市，地理位置介于东经112°53′至114°45′，北纬23°53′至25°31′之间，总面积约1.8 万km2. 韶关市地处岭南山地地貌区，南部为丘陵地带，北部为山区，山地占比较高，平均海拔高度60 m. 韶关市气候温暖湿润，四季分明，雨量充沛，热量充足，属于典型的亚热带季风气候区. 韶关市拥有丰富的森林资源和水资源，森林覆盖率为74.43%［14］，多年平均水资源量达183.10亿m3［15］，是广东省重要的生态安全屏障. 但是受城市化和工业化发展的影响，韶关市资源能源消耗加剧，污染物排放严重，生态安全问题也日益突出.

2 研究方法

2.1 评价指标体系构建

欧洲环境署于1997年在“压力-状态-响应（PSR）”模型的基础上提出了“驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）”概念模型，随后该模型被学者们用于判定环境状态和环境问题因果关系［16］. 模型中“驱动力”是指引起生态系统变化的潜在原因，例如经济社会发展趋势；“压力”是由驱动力引起的，直接作用于生态系统使其生态安全状态发生改变的原因，例如资源、能源消耗和污染排放；“状态”是指在压力作用下，生态系统所呈现的状态，通常可以用环境质量和生态质量来表示；“影响”是指状态改变对自然环境、社会经济发展所造成的影响；“响应”是指为了预防非期望生态系统状态改变而采取的积极措施［2］.DPSIR 模型涵盖了经济、社会、资源、环境等要素，可以通过因果关系链来解释驱动力、压力、状态、影响、响应五者之间的传导关系，见图1.

图1 DPSIR 概念模型示意图

基于DPSIR 模型原理，综合考虑韶关市生态安全的主要影响因素，我们构建了韶关市生态安全评价指标体系. 该指标体系的准则层包括驱动力、压力、状态、影响、响应5 个部分，指标层包括GDP、人口密度、城镇化率等20 项指标，指标属性有正有负（表1）. 选取2014—2021年作为研究期间，构建的韶关市生态安全评价指标层的指标数据来自相应年份的广东统计年鉴［17］、韶关统计年鉴［18］、韶关市国民经济和社会发展统计公报［19］、广东省水资源公报［20］以及广东省生态环境厅定期公布的广东省城市空气质量排名［21］，见表2.其中，GDP 和人均GDP 均已折算为1978年不变价格.

表1 韶关市生态安全平均指标体系

表2 2014—2020年韶关市生态安全评价指标数据

2.2 评价指标无量纲化

由于韶关市生态安全评价指标体系中涉及的20 项指标在单位、数量级、指标属性上均存在较大差异，为了避免这种差异对生态安全评价造成不合理的影响，需要先对各项指标进行无量纲化处理［9］. 具体计算公式如下：，负向指标：.

式中：xij和x'ij分别表示第i年（i=1，2，…，m）第j项（j=1，2，…，n）指标的实际值和无量纲化值；xmaxj和xminj分别表示第j项指标的最大值和最小值，为了避免无量纲后指标数值出现0 值，借鉴已有研究成果［7］，设置修正值b=0.9.

2.3 指标权重确定

指标权重对评价结果的准确性有很大影响. 熵权法和层次分析法是确定指标权重的两种常用方法. 熵权法通过计算各指标的离散信息量来确定指标权重，可以降低主观人为因素产生的误差，但是其容易忽视现状，造成权重分配不合理；层次分析法则是利用专家经验对准则层和指标层的评价指标进行权重分配，该方法充分考虑了指标的重要程度，但却难以避免专家打分过于主观的情况.综合考虑这两种方法的优缺点，先分别采用熵权法和层次分析法确定各指标权重，然后计算两种方法的权重均值得到综合权重［8］.

采用熵权法确定指标权重的步骤如下：首先，计算第j项指标的熵值，式中，；然后，计算第j项指标的权重wj：.采用层次分析法确定指标权重时，首先，建立包括目标层、准则层、指标层的层次结构模型；第二步，分别对准则层和指标层的元素进行两两比较，构造判断矩阵；第三步，计算判断矩阵的特征向量；最后，进行一致性检验，当一致性检验通过时，说明权重分配合理，否则就需要对判断矩阵进行调整. 层次分析法的具体步骤见图2. 最终，根据熵权法和层次分析法得到韶关市生态安全评价指标体系中各指标的权重，见表3.

表3 韶关市生态安全评价指标权重

图2 层次分析法步骤

2.4 生态安全综合指数计算

采用生态安全综合指数Yi来表征韶关市的生态安全状况：根据韶关市生态安全综合评价实际情况，并参考相关研究，将生态安全综合指数划分为Ⅰ至Ⅴ五个等级，值越高，等级越高，表明生态安全状况越好，反之，等级越低，生态安全状况越差，其中，安全值＜0.25 的为Ⅰ（不安全）级，安全值0.25～＜0.45 为Ⅱ（较不安全）级，安全值0.45～＜0.55 的为Ⅲ（临界安全）级，安全值0.55～0.75 的为Ⅳ（较安全）级，安全值＞0.75 的为Ⅴ（安全）级［22］.

3 结果分析

3.1 生态安全综合指数分析

通过计算得到韶关市2014—2021年的生态安全综合指数，见图3（a）. 从图3（a）可以看出，2014—2021年间，韶关市生态安全综合指数总体呈波动上升趋势，由2014年的0.238 4 上升到2021年的0.708 1，生态安全级别从Ⅰ级上升为Ⅳ级. 其中，2014—2015年生态安全综合指数上升的斜率最大，生态安全级别从Ⅰ级上升为Ⅲ级；2015—2017年，生态安全综合指数继续保持上升趋势，生态安全级别从Ⅲ级上升为Ⅳ级；2017—2021年，生态安全综合指数总体呈上升趋势，但波动起伏较大，在2019年达到峰值0.724 2，此期间生态安全级别一直处于Ⅳ级.

图3 韶关市生态安全评价结果

3.2 生态安全准则层指数分析

为了进一步探明影响韶关市生态安全水平的关键因素，本文对2014—2021年韶关市生态安全评价体系中的驱动力指数、压力指数、状态指数、影响指数和响应指数5 条曲线进行具体分析.

3.2.1 生态安全驱动力指数分析

从图3（b）中看出，驱动力指数在2014—2021年间逐年上升，由2014年的0.061 0 上升到2021年的0.113 6，年均增长率为9.30%. 从表2 的指标层看，2014—2021年，正向指标GDP 和城镇化率呈上升趋势，GDP 由265.72 亿元增加到392.04 亿元，城镇化率由52.99%增加到58.13%. 自2013年以来，我国明确提出“坚持走中国特色新型城镇化道路”，韶关市也将“生态优先、绿色发展”理念贯穿到了经济社会发展全过程. 良好的经济与城镇化发展水平，为维护生态系统的完整性、稳定性和功能性提供了有力保障.负向指标人口密度虽然也有所增加，但增加幅度较小，由153.91 人·km-2增加到155.33 人·km-2. 总体上，在GDP、城镇化率和人口密度的综合作用下，韶关市生态安全驱动力指数呈上升趋势，有利于生态安全的维护.

3.2.2 生态安全压力指数分析

生态安全压力指数根据负向指标计算得到，由图3（c）可知，2014—2017年压力指数上升幅度较大，其中，2017—2020年压力指数变化较为平稳，而2020—2021年压力指数呈明显上升趋势. 压力指数增加，说明韶关市社会经济发展对生态系统造成的压力减小. 这一方面得益于资源消耗强度的减弱，如单位GDP 能耗、水耗在2014—2021年间分别下降了14.66%和41.92%（见表2）；另一方面得益于污染物排放量的减少，化学需氧量、工业二氧化硫和工业烟尘等的排放量在研究期间分别减少了31.83%、77.26%、81.43%（见表2）. 受资源消耗强度和污染排放减少的影响，城市生态系统朝着良好方向发展.

3.2.3 生态安全状态指数分析

生态安全状态指数越大，表明生态安全状态越好. 从图3（d）中可以看出，状态指数呈“先增加后减少再增加”变化趋势. 值得关注的是2016—2018年间，状态指数由0.143 2 降至0.070 0，下降幅度达到了51.12%. 究其原因，主要是空气质量指数达标率、森林覆盖率和人均水资源下降明显. 在此期间，韶关市空气质量指数达标率由93.42%降至90.41%，森林覆盖率由75.10%下降至73.80%，人均水资源由8 560 m3降至5 874 m3（见表2）. 状态指数的波动变化反映了生态安全状态的不稳定，韶关市还需提升生态保护意识，加强空气污染防治，增加生态用地面积，提升城市的生态安全水平.

3.2.4 生态安全影响指数分析

生态安全影响指数表征生态安全状态变化对经济发展、产业结构、农业生产和人类健康等的影响. 总体上，影响指数呈波动上升趋势，由2014年的0.074 1 上升到2021年的0.133 8，且在2019年达到峰值0.144 4. 与2014年相比，2021年韶关市的人均GDP、第三产业比重和粮食产量分别增加了45.67%、1.18%和5.43%（见表2）. 可以看出，良好的城市生态安全状态，不仅能提高农业生产效率，还有助于优化产业结构、提高经济发展水平.

3.2.5 生态安全响应指数分析

生态安全响应指数波动较大，由2014年的0.024 5 波动上升至2021年的0.061 9，年均增长率为14.15%. 在此期间，2018年响应指数大幅下降，这是因为与2017年比较，节能环保支出占地方一般公共预算支出比重减少了7.99%，科学技术支出占地方一般公共预算支出比重减少了30.56%，城市污水处理率减少了5.86%（见表2）. 响应指数在一定程度上反映了政府对生态安全状态变化的重视程度，尽管韶关市近年来不断加大对节能环保和科学技术的资金投入，但这两项支出占一般公共预算支出的比重仍然较低.因此，韶关市还应进一步加大节能环保和科学技术支出，并确保资金的高效利用.

4 结论及建议

本文以韶关市为研究对象，基于DPSIR 模型建立生态安全评价指标体系，并综合运用熵权法和层次分析法对指标赋权，评价了韶关市2014—2021年间的生态安全水平. 主要研究结论如下：

（1）2014—2021年韶关市生态安全综合指数由0.238 4 波动上升至0.708 1，生态安全级别从Ⅰ级上升为Ⅳ级，说明韶关市生态安全水平呈现日趋变好趋势.

（2）从各准则层来看，驱动力指数和压力指数逐年上升，而状态指数、影响指数和响应指数呈波动上升趋势，说明韶关市生态安全状态、影响和响应子系统变化趋势不稳定，抗干扰的能力仍需加强.

基于上述研究结论，对韶关市生态安全提出如下建议：

（1）加强污染防治能力，巩固污染防治成效

科学确定空气污染物减排目标和比例，加强移动污染源和工业源排放控制，提升大气污染精准防控能力. 稳步推进污水处理设施建设与改造，深入开展城市黑臭风险水体防治，着力巩固提升水环境质量. 建立健全土壤生态环境监管制度，加强畜禽养殖、水产养殖、农业面源污染防治，推进土壤资源可持续利用.

（2）加强生态空间保护，提升生态系统质量

落实最严格的耕地保护制度，加强耕地数量、质量、生态“三位一体”保护和管控，遏制耕地“非农化”和基本农田“非粮化”. 增加森林资源和生态总量，优化树种材种结构，精准提升林分质量，增强森林生态系统稳定性. 持续推进城市公园建设，增加公共绿地面积，营造优美宜居的城市生态环境.

（3）加大节能环保和科学技术投入，推动节能降耗减污增效

加大节能环保资金投入力度，优先支持大气、水、土壤污染防治工作和新能源、可再生能源等节能领域，集中财力解决突出环境问题，提高资金使用效率. 加大科学技术资金投入力度，优化资金投入结构及投向，重点支持节能减排新技术、新工艺的研发推广，强化科技创新对生态文明的支撑.