基于DPSIR-TOPSIS模型的和田连片特困地区生态安全综合评价

王宏卫,柴春梅,樊永红,魏敏,赵喆,桂阳

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐市 830046；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046；3.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046)



基于DPSIR-TOPSIS模型的和田连片特困地区生态安全综合评价

王宏卫1,2,柴春梅1,2,樊永红1,3,魏敏1,2,赵喆1,2,桂阳1,2

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐市 830046；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046；3.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

【目的】 对典型连片特困地区——和田地区各县市的生态安全进行实证分析.【方法】 以和田地区为研究对象，应用DPSIR模型，将变异系数法和TOPSIS模型相结合，计算各研究单元的生态安全值并对其进行评价，将生态安全综合指数与人均GDP和贫困村的比例进行空间耦合分析.【结果】 研究区生态整体呈不安全状态，生态环境面临的压力较大；研究区的生态安全与人均GDP没有必然的联系，说明只注重发展经济不一定能促进环境的改善；研究区的贫困村比例越高，生态环境越差，两者呈显著相关，表明扶贫工作是消除贫困和改善当地环境的必由之路.【结论】 和田地区生态安全呈不安全状态.

DPSIR-TOPSIS模型；变异系数法；生态安全综合评价；连片特困地区

改革开放以来，中国的经济取得了巨大进步，但仍存在经济基础薄弱，资源分布不平衡，基础设施建设落后等诸多问题，西部广大地区仍处于贫困状态[1].贫困问题已成为中国经济发展的制约因素，消除贫困是我国乃至国际社会长期奋斗的目标，也是实施可持续发展战略面临的严峻挑战之一[2-3].从某种程度上讲，贫困是一种经济匮乏的现象，但贫困的持续以及在其持续的过程中会引发并连带生态环境问题[4].以往的扶贫开发，大多只注重发展经济，在评价扶贫工作成效时，较少考虑生态方面的影响[5].我国大部分贫困地区生态环境脆弱，如何促进经济和生态环境的协调发展，一直是人们关注的焦点.

目前，国外学者主要通过生态风险评价[6-7]和生态健康评价[8-10]研究生态安全.国内学者对生态安全的研究主要集中在生态安全评价方面，如和春兰等[11]研究了中国生态安全的进展及其未来的发展趋势；徐瑶等[12]、王学等[13]、韩天放等[14]，唐晶等[15]分别综合评价和预测了四川省、山东省、辽宁省和甘肃省的生态安全状态；张艳丽等[16]、张青青等[17]、黄妮等[18]、朱卫红等[19]分别对石羊河流域、玛纳斯河流域、辽河中下游流域和图们江流域的生态安全进行了评价[16-19]；李佩武等[20]、王恒伟等[21]、杨俊等[22]、马倩等[23]、曹明兰等[24]分别分析了深圳市、重庆市渝北区、大连市、乌鲁木齐市和唐山市的生态安全状态.

从现有报道可以发现，从研究尺度上看，有关生态安全研究主要集中在我国大区域、省区到地级市，而对连片特困地区的研究极少.我国有14个连片特困地区，共680个县，占全国县域的24%，同时该区的部分地区生态环境十分脆弱.从评价方法上看，研究多采用PSR模型、模糊综合评价法、灰色系统预测和层次分析法等，几乎没有学者将变异系数法、DPSIR模型和TOPSIS评价法相结合评价连片特困地区的生态安全.

鉴于以上分析，本文尝试采用变异系数法和DPSIR-TOPSIS模型对和田连片特困地区的生态安全状况进行综合评价，以期为和田连片特困地区经济和生态环境的协调发展，以及扶贫工作提供理论依据.

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

和田地区位于新疆最南端，地处 N 34°22′～39°38′， E 77°31′～84°55′，南部是昆仑山，中部是山前地带，北部是塔克拉玛干沙漠，特殊的地理位置形成了暖温带极端干旱的荒漠气候，年降水量28.9～47.1 mm，蒸发量2 198～2 790 mm，常年干燥，多大风和沙尘暴天气.全区辖7县1市：和田市、和田县、墨玉县、皮山县、洛浦县、策勒县、于田县、民丰县(图1)，是全国典型的连片特困地区之一，也是重点扶贫攻坚区.截止2012年，全区农村人口近67%，农牧民人均纯收入3 896元，低于全国平均水平3949.58元，人口自然增长率是全国的2.55倍，因此，该区面临经济滞后，人口增长过快，科技水平低，医疗卫生条件差，基础设施落后等问题.

1.2 数据来源

本文研究的原始数据来源于《新疆统计年鉴》、“中国经济与社会统计数据库”及政府公布的“国民经济和社会发展统计公报”.并根据数据的科学性、可收集性及分析过程的可操作性，选出符合和田连片特困地区生态安全综合评价的驱动力、压力、状态、影响、响应5个子系统的24个指标.

图1 和田地区地理位置Fig.1 Location of Hotan area

2 评价方法

2.1 基于DPSIR概念框架的生态安全评价指标体系

DPSIR概念模型具有PSR模型和DSR模型的特点，目的在于建立驱动力(driving)-压力(pressure)-状态(state)-影响(impact)-响应(response)的关系链，可以清晰地反映各要素之间的因果关系(图2)，寻找人类经济社会活动与生态影响之间因果链的有效途径[25-27].本文基于DPSIR模型，结合研究区的经济和生态环境状况，根据指标选取的可靠性、目的性、可操作性等原则，建立了和田地区驱动力、压力、状态、影响和响应的生态安全指标体系.在经济发展和人类社会活动的“驱动”下，人类社会对大自然的索取加剧，给生态环境和社会发展施加了一定的“压力”，改变了经济系统和社会系统的“状态”，“影响”了生态环境和人民的生活水平，通过提高教育水平、加强基础设施建设来“响应”经济和生态环境，以此促进生态环境和经济的协调发展.通过上述过程的描述，本文构建了和田连片特困地区的生态安全评价指标体系，包括人口自然增长率、垦殖率、

有效灌溉面积占耕地比重、经济密度、每万人拥有床位数等24项指标体系(表1).

2.2 数据标准化

各个指标因具有不同的量纲而不能进行直接比较，因此需要进行无量纲化处理.对现有指标数据进行标准化处理，其原理为：

图2 基于特困地区DPSIR模型的关系链Fig.2 Chain DPSIR model based on the poverty-stricken covered areas

目标层准则层指标层指标属性权重研究区生态安全指数驱动力人口自然增长率X1/‰负0.02817人均GDPX2/(元·人-1)正0.05928城市化水平X3/%正0.03929城镇固定资产投资额X4/万元正0.03750单位面积农林牧渔业总产值X5/(万元·hm-2)正0.02840GDP增长率X6/%正0.06286压力人口密度X7/(人·km-2)负0.01780单位耕地面积化肥施用量X8/(kg·hm-2)负0.02667垦殖率X9/%负0.01783农村人均用电量X10/(千瓦·人-1)负0.01897状态人均耕地面积X11/(hm2·人-1)正0.02128人均粮食产量X12/(t·人-1)正0.02267有效灌溉面积占耕地比重X13/%正0.02229人口死亡率X14/‰负0.02697人均牲畜拥有量X15/头正0.02640人均房屋建筑面积X16/m2正0.04620影响人均社会消费品零售总额X17/元正0.06768单位耕地粮食产量X18/(kg·hm-2)正0.03381经济密度X19/(万元·km-2)正0.11942单位耕地农业机械总动力X20/kW正0.03845响应每万人拥有床位数X21(床)正0.06902非农人口比X22/%正0.03971第三产业比重X23/%正0.03037普通中小学在校学生比X24/%正0.09899

2.3 变异系数法求权重

2) 求出不同指标对应的变异系数，即：

3) 对Ej做归一化处理，确定第j项评价指标的权重，即：

2.4TOPSIS评价模型

1) 建立加权规范矩阵V，即：

V=|Vij|m×n=Wj×Rij

式中，Rij是标准化矩阵.

2) 确定正理想解V+和负理想解V-，即：

正理想解：V+={maxVij|j=1,2,…,n}

负理想解：V-={minVij|j=1,2,…,n}

4) 计算评价对象与最优值的贴进度Ci，即：

式中，Ci值越大，表明评价对象状态越优.当Ci=1时，评价对象处于最优状态；当Ci=0时，评价对象处于最劣状态.

3 结果与分析

和田地区生态安全综合指数和驱动力-压力-状态-影响-响应指数见表2.结合和田地区的实际和本文的计算结果，并参考相关研究成果[28-29]，以非等间距的方式划分贴进度Ci的生态安全状况等级(表3).由于研究区属于连片特困地区，并且区域范围较小，生态环境和国家扶持政策等方面差异性很小，导致生态安全综合指数集中分布，因此，分级标准与大尺度生态安全研究的分级标准有所不同[5].本文的分级标准力求最大程度地反映和田连片特困地区的生态安全状况，为准确评价特困地区的生态安全和扶贫工作的开展提供一定的参考.

和田地区的7县1市生态安全驱动力指数范围在0.036 31～0.614 06之间(表2，图3).其中，洛浦县、于田县、和田县、策勒县、墨玉县、皮山县处于Ⅰ级极不安全水平，受GDP增长缓慢、农林牧渔业产值低、人口自然增长率过高等因素的影响，阻碍了人民生活水平的提高和经济的发展，并加剧生态环境的恶化.民丰县生态安全驱动力值为0.477 81，处于Ⅱ级不安全水平，经济发展滞后，生态环境受到较大破坏.和田市处于Ⅲ级临界安全水平，相比较其他研究区，该区城市化水平发展较快、人口素质高、基础设施较完善，这些因素均有促进经济发展，推动生态环境朝趋好的方向发展的作用.

表2 基于DPSIR-TOPSIS模型的生态安全综合指数

表3 生态安全评判标准

图3 生态安全驱动力指数Fig.3 Ecological safety driving index

和田地区的7县1市生态安全压力指数范围在0.310 59～0.961 01之间(表3，图4).和田市和民丰县处于Ⅰ级极不安全水平，该区域生态环境的压力主要来自于人口密度和单位化肥使用量过高，降水量约33 mm，蒸发量约为2 618 mm，气候干燥，降水稀少，该县市人口密度远远高于141人/km2的国家标准.和田县、墨玉县、皮山县、洛浦县、于田县、策勒县处于Ⅳ级和Ⅴ级较安全和安全水平，和其他研究区相比较，生态环境压力较小.

图4 生态安全压力指数Fig.4 Ecological safety pressure index

和田地区的7县1市生态安全状态指数范围在0.401 46～0.787 67之间(表2，图5).和田市、墨玉县、于田县处于Ⅰ级极不安全水平，皮山县、和田县、策勒县处于Ⅱ级不安全水平，该区域人均耕地面积和人均粮食产量远远低于全国平均水平，人们居住条件差、生态环境极其恶劣，不适合人类的生存发展.民丰县处于Ⅳ较安全水平，该县的有效灌溉面积和耕地面积相比其他地区较高，可基本满足人类生存和发展.洛浦县处于Ⅴ级安全水平，该县经济水平发展较快，基础设施完善，生态环境较好，人民居住条件良好.

图5 生态安全状态指数Fig.5 Ecological safety state index

和田地区的7县1市生态安全影响指数范围在0.125 97～0.786 19之间(表2、图6).和田县、墨玉县、皮山县、洛浦县、策勒县、于田县、民丰县处于Ⅰ级极不安全水平，由于该区域的生态安全驱动力处于Ⅰ级、Ⅱ级极不安全和不安全水平，因此研究区7县粮食产量低，农业机械化水平落后，居民购买能力不足，经济发展缓慢.和田市处于Ⅴ安全水平，虽然该市的生态环境压力较大，但是和田市的生态驱动力指数最高，经济的快速发展使更多的人脱贫，生活条件不断改善.

和田地区的7县1市生态安全响应指数范围在0.047 32～0.783 05之间(表2，图7).和田市、和田县、墨玉县、皮山县、策勒县、于田县、民丰县处于Ⅰ级极不安全水平，洛浦县处于Ⅴ级安全水平.由于医疗卫生、科学教育和基础设施落后，第三产业发展缓慢，环境保护力度不够，导致和田市等7个县市生态安全响应程度低.随着政府的支持和经济的发展，洛浦县人民生活水平不断提升，环保意识加强，基础设施逐渐完善，洛浦县生态安全响应指数较高.

图6 生态安全影响指数Fig.6 Ecological safety impact index

图7 生态安全响应指数Fig.7 Ecological safety response index

和田地区的7县1市生态安全综合指数范围在0.430 15～0.823 89之间(表2，图8).其中，和田县、墨玉县、策勒县、于田县和皮山县分别处于Ⅰ级、Ⅱ级的极不安全和不安全水平，该区生态环境受到严重破坏，经济发展极其落后，人均GDP仅为6 140.2元，远远低于国家平均水平2.5万元，而人口平均自然增长率高达14.06‰.民丰县处于Ⅲ级的临界安全水平，该区可基本上满足人类的生存发展，但经济发展缓慢，基础设施落后，城市化水平低.洛浦县和和田市处于Ⅳ级和Ⅴ级的较安全和安全水平，该区域经济水平较高，生态服务系统功能较为完整.

图8 生态安全综合指数Fig.8 Comprehensive index of Ecological safety

和田地区各县市生态安全综合指数与人均GDP几乎没有必然的联系(图9)，说明特困地区发展经济和改善生态环境应同步进行.和田连片特困地区在发展经济时，应当注意沙漠化的治理，保护现有的植被，积极发展节水农业，加大基础设施如：医疗卫生、科技教育、交通等的投入，实现经济和生态环境的协调发展，为生态文明的建设提供科学依据.和田特困地区生态综合指数和特困村的比例呈反比(图10)，表明生态安全综合指数越小，特困村比例越大.因此，该特困地区应加大扶贫政策的推进力度，努力提高人们生活水平，减少低保人数，加快城镇化水平，完善基础设施建设.该模式既能促进经济发展，又能保护生态环境，有利于社会的可持续发展和生态文明的建设.

图9 生态安全综合指数与人均GDP比较Fig.9 Ecological security comprehensive index compared with the per capita GDP

图10 生态安全综合指数与贫困村比例比较Fig.10 Ecological security comprehensive index compared with the proportion of poor village

4 讨论与结论

1) 和田连片特困地区生态整体呈不安全状态，生态环境面临的压力较大，其中和田县、墨玉县、策勒县、于田县的生态环境压力较大，和田市处于Ⅴ级安全水平.

2) 和田连片特困地区的生态安全与人均GDP没有必然的联系，说明只注重发展经济不一定能促进环境的改善.

3) 和田连片特困地区的贫困村比例越多，生态环境越差，两者显著相关，说明和田连片特困地区在努力脱贫致富、积极推展扶贫工作的同时，不能忽视生态环境的保护，并要加大对环境的保护力度，一定要做到经济与生态环境的协调发展.

4) 本文通过变异系数法和DPSIR-TOPSIS模型对连片特困地区的生态安全进行综合评价尚属尝试.虽然变异系数法是一种比较客观的赋权法，但不能完全反应决策者的意愿，因此，赋权问题还需进一步深入探讨.

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(责任编辑 胡文忠)

Comprehensive assessment of ecological security based on DPSIR-TOPSIS model in Hotan poverty-stricken areas

WANG Hong-wei1,2,CHAI Chun-mei1,2,FAN Yong-hong1,3,WEI Min1,2,ZHAO Zhe1,2,GUI Yang1,2

(1.College of Resource and Environment,Xinjiang University,Urumqi 830046,China;2.Key Laboratory of Oasis Ecology,Ministry of Education,Xinjiang University,Urumqi 830046,China；3.College of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

【Objective】 This study was to empirically analyze the ecological security of the typical contiguous poor areas-Hotan counties.【Method】 Using DPSIR model combined variation coefficient method and the TOPSIS model,the ecological security value of each research unit was calculated and evaluated.The spatial coupling analysis was carried out on the ecological security composite index and the proportion of the per capita GDP to the poor village 【Result】 The ecological situation of the study area was insecure,and the ecological environment was under great pressure.The ecological security was not necessarily related to the per capita GDP,which indicated that only focusing on economic development could not promote the improvement of the environment.The higher the proportion of villages was,the worse the ecological environment was so the anti-poverty work was the only way to eliminate poverty and improve the local environment.【Conclusion】 The ecological security of Hotan was unsafe.

DPSIR-TOPSIS model;variation coefficient method；comprehensive assessment of ecological security；poverty-stricken areas

王宏卫(1967-)，男，副教授，硕士研究生导师，主要从事干旱区绿洲生态环境与人文影响研究.E-mail:wanghw_777@163.com

国家自然科学基金联合基金(NSFC-新疆联合基金)重点项目(U1138303)；国家自然科学基金项目(31560032).

2015-09-06；

2015-10-29

X 826

A

1003-4315(2016)05-0100-07