基于DPSIR-TOPSIS模型的江苏省生态承载力评价及障碍因素诊断

顾家明， 胡卫卫， 田素妍

(1.南京农业大学 人文与社会发展学院， 江苏 南京 210095； 2.南京农业大学 公共管理学院， 江苏 南京 210095)

生态承载力表示特定环境条件下某种个体存在数量的最高值，1921年，Park和Burgess[1]在人类生态学领域首次应用了生态承载力的概念。作为评判地区可持续发展能力和反映人与生态系统和谐共生程度的生态承载力概念经历种群—资源—环境—生态系统的四种演变。自生态承载力的概念提出以来，国内外学者从跨学科、多领域的视角对其展开深入研究。其中，国内学者从生态系统的结构和功能出发，研究范围涵盖流域、城市、生态脆弱区、农业以及生态旅游等诸多领域。生态经济的理念是指地区经济的发展既要注重经济提升的质量和效率，又要考虑资源消耗以及耗竭后的持续发展问题。人口的不断增长和经济的飞速发展会导致生态系统遭到破坏，是超出其本身所具备的生态承载力的主要原因[2]。虽然当前江苏省的经济发展实力全国领先，但是经济的发展是否在合理的生态承载力范围之内，生态系统的整体协调能力如何，当前的生态承载力状态如何以及经历过怎样的动态演变历程是值得探讨的问题。近年来，关于生态承载力评价的研究主要集中在压力和支持两个角度。其中，李金海[3]运用净初级生产力估测法，通过生态系统的NPP背景值确定生态系统承载力的阈值来研究河北丰县的生态承载力；Global Footprint Network运用生态足迹评价法，以收入为标杆通过地区分组，研究不同组的生态承载力状况；高吉喜[4]运用供需平衡法，通过计算生态系统所提供的资源量和社会经济发展之间的需求量之间的差值来衡量生态承载力；余丹林[5]运用综合指标评价法，引入欧式几何中三维状态空间轴的概念，从承压、压力和区际交流来构建生态承载力评价指标；还有学者如Jusup和Klanjseek[6]在菲律宾地区评价海域生态承载力时提出了海洋生物养殖与自然环境间的仿真交互模型。可见，对生态承载力评价的方法更加多元，为本研究提供借鉴。生态承载力评价的第一步是构建生态承载力指标体系，本研究运用驱动力—压力—状态—影响—响应框架构建江苏省生态承载力指标体系，利用熵权法确定各个指标的权重，并采用TOPSIS法(逼近于理想值的排序方法)进行指标综合，获得生态承载力评价标准和等级结果，最终利用障碍度模型诊断各单项指标的障碍度，探寻影响生态承载力的主要障碍因素。具体评价和诊断流程如图1所示。

1 江苏省生态承载力评价指标体系构建及数据来源

DPSIR模型是1993年欧洲环境局(EEA)在经济合作与发展组织(OECD)提出的PSR模型基础上发展而来，该模型涵盖社会、经济、政治和生态等多种元素，主要反映人类社会经济活动对生态的影响[7]。DPSIR概念模型中，D代表“驱动力”，表示社会经济发展的内在驱动力；P表示“压力”，是指社会经济活动对生态环境的影响；S指“状态”，即生产活动在驱动力和压力下所呈现的状况；I表示“影响”，表示生态系统的各种状态对经济、社会、资源、环境等的影响程度；R代表“响应”，是指为实现经济社会可持续发展而采取策略[8]。

1.1 指标体系建构及权重确定

生态承载力评价的研究在国内较为成熟，池源等[9]从海岛开发强度和海岛生态状况2个一级指标和4个二级指标构建海岛资源环境承载力评估指标体系；郭文栋等[10]从生态系统、资源环境、经济和社会承载情况进行生态承载力评价；王奎峰等[11]采用PSR模型从自然环境、生态环境、人口环境和污染环境4个维度共17个指标对山东半岛的生态承载力进行评价；周智等[12]从自然资源和社会资源2个方面采用21个指标构成农村生态环境承载力评价体系，并运用因子分析法对指标体系进行评价，探明农村生态环境承载力空间异质性的变化规律；郑晶[13]基于DPSIR概念模型，从驱动力、压力、状态、影响和响应5个层面选取了29个指标，构建了福建省生态环境承载力评价体系。

本研究在综合前人研究成果的基础上，结合江苏省的实际情况，依据其资源禀赋，根据客观性、可获取性、有效性和可量化的原则，基于DPSIR概念模型，从驱动力、压力、状态、影响和响应五个维度构建江苏省生态承载力评价指标体系。根据对评价结果的影响，将指标区分为正向指标和负向指标[14]，具体详见表1。

本研究主要采用熵权法对指标进行赋值，相对来说，熵权法是一种比较客观科学的赋权方法，它是将多个指标对象进行因果分析的综合评价方法，其得出的结果主要是依据客观数据，几乎不受主观因素的干扰[15]。

在计算指标权重之前，采用极值法对指标进行标准化处理: ①正向和负向指标的标准化处理公式如公式(1)—(2)； ②计算第i个指标的信息熵Hi； ③计算第i个指标的权重Wi。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：Vij——指标原始值；Rij——标准化值；i——评价指标的数目；j——评价的年份。

1.2 数据来源

本文原始数据主要来源于2001—2015年的《江苏省统计年鉴》《江苏省环境状况公报》和《江苏省国民经济和社会发展统计公报》。

2 江苏省生态承载力评价方法

2.1 TOPSIS模型

Yoon和Hwang[16]提出逼近于理想解的排序法即TOPSIS模型，该模型旨在对多维度、多项指标进行比较。依据评价对象和最优解和最劣解的距离进行排序，其计算步骤为：

Y=|Yij|m×n=Rij·Wi

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.2 障碍度模型

障碍度模型是对生态承载力评价后的进一步分析,旨在识别影响生态承载力的障碍因素,本文引入因子贡献度Fij、障碍度(Pij,Pij)和偏离度Iij，因子贡献度表示单项指标对生态承载力的权重，偏离度是指单向指标与生态承载力目标的差距，障碍度是第j年分类指标和单项指标对生态承载力的障碍度，其计算公式为：

Fij=wij·wi

(11)

Iij=1-Ri

(12)

(13)

Pij=∑Pij

(14)

式中：wij——第i个准则层第j个指标的权重;wi——第j个指标所在的第i个准则层的权重;Ri——单项指标标准值。

3 江苏省生态承载力评价及障碍度诊断的实证分析

3.1 江苏省生态承载力评价结果与分析

本文运用TOPSIS模型，对江苏省2001—2015年的生态承载力进行测度，结果详见表2。 ①驱动力子系统。2001—2015年驱动力子系统的贴近度总体呈上升的趋势，形成V形变化态势。表明江苏省在社会经济方面进步成效显著，社会发展的驱动力十足。分阶段来看，2001—2010年是轻微波动下降阶段，2010年达到最低值，之后逐年上升，预计未来几年，还会保持波动上升的态势。江苏省人均GDP从2001年的12 879元增加到87 995元，增长幅度为6.8倍，城镇居民的可支配收入从7 375元到37 173元，农村居民的可支配收入从3 785元到16 257元，这都为社会经济发展提供强大支持。2011年以后，驱动力子系统的贴近度基本保持平稳，这与江苏省“稳增长、促转型”的经济发展策略相关。 ②压力子系统。2001—2015年，压力子系统的贴近度整体呈上升趋势，特别是2004年以后，上升的变化趋势较为明显。可见，江苏社会经济发展所承载的生态压力较大，这与江苏省的产业结构和一直以来的经济发展方式有关。近些年来，江苏省的社会经济发展与生态脆弱之间的矛盾十分突出，人口密度由2001年每1 km2的717人上升到2015年的744人，生活污水废水排放量和工业固体废弃物排放量随着经济的发展逐年增加，对环境造成严重威胁，使城市转型面临的压力越来越大。 ③状态子系统。2001—2015年，状态子系统的贴近度基本保持一个平稳状态，导致出现这种结果的根本原因是江苏省的产业结构变化不明显，一直以来，工业对地区生产总值的贡献率保持在50%左右，第一产业的比重相对较少，且第一产业的降低和第三产业的增加保持的比例一致。建成区绿化覆盖率和人均公园绿地面积保持一个比较平稳的增幅，但是状态子系统易在驱动力系统和压力系统的共同影响下易出现大幅波动。 ④影响子系统。2001—2015年，影响子系统的贴近度呈现“下降—上升—下降”走势，但是波动程度较低。2001—2015年，空气环境质量优良率、自然保护区面积占辖区面积的比例，都有不同程度的下降，而城镇失业登记率和第三产业的比重略有上升，可见，社会经济的发展对生态的负面作用在一定程度上是加重的。特别是自然保护区面积2006年的8.62×105hm2下降到2015年5.66×105hm2，经济的发展过多的占用了生态的空间，产业结构优化的成效不明显使得影响子系统的生态承载力不断下降，为整体生态承载力水平的降低奠定基础。 ⑤响应子系统。进入21世纪以来，江苏省的工业化和城镇化进程明显加快，经济建设型政府为追求高额GDP政绩，面对日益严重的环境危机并未作出真正的响应。因此，2001—2006年，响应子系统的贴近度是持续走低的，到2006年达到最低值。2006年，江苏省出台《关于推进环境保护工作的若干政策措施》，该措施从产业结构调整、发展循环经济、建立完善污染物排放总量控制制度、全面深化环境价格改革和建立生态补偿机制等方面提出江苏省“生态省”建设的具体举措，江苏省委、省政府的高度重视大大的提升了响应子系统的贴近度，从2006年开始，贴近度上升，并保持一个稳定态势。在参考其他研究成果基础上，结合江苏省生态承载力实际，采用学界常用的文献调研和模糊隶属度的方法，根据生态承载力综合评价的系数，按照程度的大小，依据五分法，将其划分为5个等级，差(0，0.3]；较差(0.3，0.5]；一般(0.5，0.7]；较好(0.7，0.9]；优秀(0.9，1]。

表2 江苏省生态承载力评价体系评价结果

图2反映江苏省2001—2015年生态承载力的综合评价情况，从评价结果的走势来看，呈现“N”态势，从评价结果所体现的生态承载力程度来看，处于“差”和“较差”的状态。2001—2006年，这几年生态承载力总体是上升趋势，这与江苏省出台的环保政策相关，2001年江苏省通过《关于加强环境综合整治推进生态省建设的决定》，明确环境与发展综合决策以及生态建设的目标。2004年，出台《关于落实科学发展观促进可持续发展的意见》，实施《江苏生态省建设规划纲要》确定江苏生态省建设的指导思想、目标任务、建设内容和工作措施。一系列生态规划和政策出台为提升生态承载力提供制度保障。2006年之后，生态承载力急剧下降，且到2009年达到最低值，主要原因是这段时间我国爆发了严重的金融危机，作为沿海的省份，江苏省的众多企业受到重创，经济一度陷入疲软状态，这段时间，江苏省政府进行产业结构调整、资源重组以及加大对能源的消耗力度。2009年之后，生态承载力有明显的回升迹象，但是提升的程度不高。总之，江苏省的生态承载力水平总体水平较差，主要原因是经济发展和生态建设协同性不足，从绝对量来看，江苏省的生产总值对全国GDP的贡献率仅次于广东，排在第二位，全省人均GDP位居全国第四，整体经济发展程度较高，但是粗放型的经济发展模式在很长一段时间内占主导地位。面对国内经济换挡、结构升级加速的新常态，江苏省产业结构转型升级的难题凸显，集群低端产业和产业链低端的“双重锁定”，低成本竞争优势的路径依赖、低水平增长陷阱等问题也日益显现。特别是近10 a，江苏省的第二产业占地区生产总值的50%左右，经济的高速发展不可避免的带来生态环境问题，资源的过度消耗，能源的强度开采，导致生态承载力的压力增加。

图2 江苏省生态承载力综合评价结果

图3 江苏省生态承载力综合评价的变化情况

3.2 江苏省生态承载力障碍度诊断结果与分析

根据单项指标障碍度的诊断结果，测算得出2001—2015年江苏省生态承载力分类指标的障碍度，其测度结果详见表3。

表3 江苏省2001-2015年生态承载力各分类指标障碍度

研究发现，2001—2015年，江苏省生态承载力各个子系统障碍度呈现不同的演变趋势，总体来说，驱动力子系统、压力子系统、状态子系统、影响子系统和响应子系统的障碍度呈不同程度的下降趋势。具体来看，2001—2015年，驱动力子系统的障碍度由0.212 6下降到0.001 1，下降的趋势比较明显，这与江苏省快速的经济发展水平有关。压力子系统的障碍度不稳定，呈大幅度的波浪式形态，值得关注的是，2013—2014年，障碍度由0.020 4骤然上升到0.108 8，乃至2015年0.090 5也是保持较高的程度，预计未来几年，压力子系统的障碍度还会呈现比较高的水平。状态子系统和影响子系统的障碍度也是明显的下降趋势，同时横向比较来看，响应子系统的障碍度要明显高于其他几个子系统。2001—2015年内，分类障碍度的总体情况表现为：响应子系统>驱动力子系统>压力子系统>影响子系统>状态子系统，可见，响应子系统的障碍度最高，为提升江苏省生态承载力，政府和社会各界必须作为响应。

4 结论与讨论

(1) 从生态承载力总体评价结果来看，2001年以来，江苏省的生态承载力逐步增长，其综合评价指数从2001年的0.254上升到2015年的0.272，年平均增长幅度为7.08%。同时看到，15 a期间经历了两次重大的波动，呈现N形态势，总体水平较差，如何协调社会经济进步同生态保护之间的关系仍是以后江苏省亟待解决的问题。

(2) 从DPSIR各子系统来看，除了响应子系统的贴近度下降外，其他子系统的贴近度呈不同程度的上升趋势，但是上升的幅度较低。表明江苏省经济社会在取得快速发展的同时，所面临的环境压力也逐步增加，当前的生态状况又反过来对人们的生产生活造成一定影响，但是相关的公共部门在环境政策制定、环境执法方面响应性仍需提升。

(3) 从障碍因素诊断结果来看，2001—2015年期间，各个子系统障碍度总体上呈下降趋势，其中，响应子系统承载力是影响江苏省生态承载力综合指数提高的主要障碍因素，其次是驱动力子系统、压力子系统、影响子系统和状态子系统。具体来说，能源消费总量、垃圾粪便年处理量、无害化处理厂日处理能力和环境管理业投资额等是影响江苏生态承载力的主要障碍因子。

(4) 对策建议。 ①加大环境财政的投入。增加环境管理业投资额，提高环境保护支出占一般公共预算支出的比重，进而提高城市市政工程污水处理率。 ②完善基础设施建设。合理的控制能源的消费量，加大垃圾粪便和生活垃圾的处理量，提升无害化处理厂日处理能力。 ③加强生态文明制度建设。进一步完善生态教育制度、生态规划制度、生态政绩考核制度和生态补偿制度，通过提升响应度促进制度的落地生根。④拓展生态发展空间。增加自然保护区面积和人均土地、森林等资源的保有量，划定保护红线，增加生态空间，不断提高生态环境承载力水平。