基于“压力-状态-响应”模型的珠海市大万山岛生态安全评价研究

彭鹏，李建秋，华丕龙，苏跃涵，汤德福，卢耀斌，曾翠平，骆海萍，刘广立

摘要：文章基于“压力-状态-响应”（PSR）模型构建海岛发展的指标评价体系，选取21个代表性指标评价该地区生态安全状况，对珠海市大万山岛的生态安全进行了分析研究。结果表明，2010—2017年珠海市大万山岛的生态安全指数总体呈上升趋势，2016年安全指数为0.679，达到生态安全Ⅱ级“较安全”等级。2010—2017年，压力指数从0.038升至0.162;由于废水、废气和固体废弃物排放增加，状态指数在2012—2016年呈现下滑趋势，从0.194降至0.074;响应指数明显上升，在2016年达到最高值0.496，而在2017年又下降至0.352。状态指数结果表明，经济增长与海岛生态环境承受能力之间的矛盾突出，大万山海岛资源的过度开发与生态环境的破坏导致各子系统协调度失稳下滑。

关键词：压力-状态-响应模型;生态安全;生态环境;海岛资源;珠海市;大万山岛

中图分类号：P76 ;Q149    文献标志码：A    文章编号：1005-9857（2020）07-0049-06

Ecological Security Assessment of Dawanshan Island in Zhuhai Based on PressureStateResponse Framework

PENG Peng1，LI Jianqiu1，HUA Pilong1，SU Yaohan2，TANG Defu2，LU Yaobin2，ZENG Cuiping2，LUO Haiping2，LIU Guangli2

（1.CSG Power Generation Company，Guangzhou 510630，China;2.School of Environmental Science and Engineering，Sun Yatsen University，Guangzhou 510006，China）

Abstract：An index evaluation system based on the “PressureStateResponse” （PSR） framework with 21 representative indicators was constructed and used to evaluate the ecological security situation in the Dawanshan Island in Zhuhai in this study.The results showed that the ecological safety index of Dawanshan Island had been on the rise from 2010 to 2017.In 2016，the security index was 0.679，reaching the “relatively safe” level of ecological security II.The pressure index rose from 0.038 to 0.162 from 2010 to 2017.Due to the increase of wastewater，waste gas and solid waste emissions，the state index showed a downward trend from 2012 to 2016，during this period，the response index increased significantly，reaching the highest value of 0.496 in 2016 and dropped to 0.352 in 2017.The results of situation index showed that the contradiction between the economic development and the ecological environment and security was serious.The over utilization of resources and the ecological environment destruction in the Dawanshan Island resulted in the instability and decrease in the coordination degree of each subsystem.

Key words：Pressurestateresponse framework，Ecological safety，Ecological environment，Island resources，Zhuhai city，Dawanshan Island

0 引言

我國海域辽阔，海岸线漫长，分布着许多海岛，海洋自然资源丰富。随着世界“经济工业化”和“社会城市化”的发展，生产生活高度集中，推动了经济、教育、文化、科技的发展[1-3]，海岛由于其独特的资源价值而成为世界海洋大国极力开发的对象[4]，然而其四面环海且生态脆弱，环境遭受干扰破坏后生态系统恢复难度较大[5-6]。海岛过度开发利用不仅导致海岛资源退化、生态功能丧失，还会引发水域环境恶化、生物资源减少等问题[7]。因此，开展海岛生态安全状态评价研究，可为海岛的有效开发和环境保护提供科学理论支撑，具有重要的现实意义。

“压力-状态-响应”（pressurestateresponse，PSR）模型包括压力指标、状态指标和响应指标。压力指标描述了人类活动对生态系统的压力，包括资源和社会压力;状态指标指生态系统健康状况，如生态系统的活力、组织和恢复力;响应指标反映了生态系统健康状况的变化程度，包括人类和生态系统本身的变化[8-9]。PSR模型被广泛用于环境生态系统健康与安全研究[10]，如通过对1990—2010年中国杭州湾时空系统变化的PSR模型分析，结果表明当地的湿地生态系统在1990—2000年健康状况下降，2000—2010年湿地生态系统的功能得到恢复[11]。Ou等[12]基于PSR模型的数据分析，提出了我国台湾贡寮区渔业发展的合理方案。彭建交等[13]依据PSR模型，构建3个准则层和15个评价指标，对2015年14个沿海城市的海洋生态健康进行了评价。本研究以珠海市大万山岛为例，基于该地区2010—2017年的各项经济发展与环境监测等数据，开展了利用“压力-状态-响应”模型的生态安全综合评价工作。

1 研究区概况

珠海市大万山岛面积约8.1 km2，大万山岛最高海拔443 m，大万山岛周边海域曾经是广东省六大渔场之一[14]，有经济价值的鱼类200余种，是万山列岛最大的岛屿，地理位置极为重要。大万山岛地势中间高，四周低，植被多为茂密草丛和灌木，覆盖率达60%。大万山岛所在地属于亞热带季风气候，水气丰富，空气湿润。1998年10月大万山岛被批准成立全国海洋开发实验区，是广东省人民政府实施“海洋综合开发战略”中的重要组成部分[15]。由于大万山岛远离内陆，区域位置独特，海岛生态系统脆弱，如何平衡经济发展、资源利用和生态环境之间的关系是其可持续发展所关注的问题。

2 研究方法

2.1 评价指标体系构建

大万山岛生态安全评价的“压力-状态-响应”模型是由人类活动作为压力指标，社会现状和环境状况作为状态指标，最后通过社会行为或政府管理决策作为响应指标，如此反复影响，构建成一个完整的“压力-状态-响应”模型框架，反映人与自然相互作用的共同结果。为全面综合衡量大万山岛的生态安全和可持续发展能力，本研究遴选21个考量指标，如表1所示，以生态安全为总目标，分别以压力、状态和响应作为准则层，以具体指标作为指标层，构建大万山岛可持续发展评价的“压力-状态-响应”模型。指标的权重值对应指标对评价结果的相对重要程度，考虑海岛生态安全评价的多个目标性，本研究采用层次分析法结合专家咨询来确定大万山岛生态安全评价指标体系各指标的权重。

2.2 数据标准化

由于不同指标的单位不同，本研究对研究数据采用极差法进行标准化处理，目的在于统一量纲进行数据处理和分析[16]。在标准化处理过程中，对综合评价指数贡献为正向的称之为正功效指标，对综合评价指数贡献为负向的称之为负功效指标，公式如下[17]：

正功效指标，C′i=Ci-CminCmax-Cmin

负功效指标，C′i=Cmax-CiCmax-Cmin

式中：C′i为二级指标Ci的标准化值;Cmax为某个指标的最大值;Cmin为某个指标的最小值。

2.3 评价综合值计算

本研究在完成珠海市大万山岛生态安全评价指标建立工作的基础上，通过分析模型的适用性，决定采用多层加权求和法，其计算公式如下[18]：

R=ni=1Wi×C′i， （i=1，2，…，n）

式中：R为生态安全评价指数;Wi为第i个评价指标的权重值;C′i为二级指标Ci的标准化值;n为评价指标个数。

根据海岛发展生态安全评价指数分为5级，对应“很不安全”“不安全”“临界安全”“较安全”和“理想安全”5个生态安全级别。当综合指数R≥0.8时，生态安全等级为I级“理想安全”;当综合指数0.6≤R≤0.8时，生态安全等级为Ⅱ级“较安全”;当综合指数0.4≤R≤0.6时，生态安全等级为Ⅲ级“临界安全”;当综合指数0.2≤R≤0.4时，生态安全等级为Ⅳ级“不安全”;当综合指数R<0.2时，生态安全等级为Ⅴ级“很不安全”。

2.4 PSR协调度

大万山岛的生态安全评价受到压力、状态和响应3个子系统诸多要素之间协调程度的影响，为综合评估海岛子系统的内在联系，采用协调度函数来衡量3个子系统之间的协调程度[19-20]。C=R1+R2+R3R12+R22+R32式中：C为协调度;R1、R2、R3分别代表压力、状态与响应子系统的得分。

2.5 数据源

本研究所用的数据源自珠海市统计局珠海概览（2010—2017年）、珠海市统计年鉴（2010—2017年）、珠海市环境保护局环境质量报告书、珠海市气象局监测报告、万山镇政府工作报告、珠海市民生数据开放平台等。

3 结果与讨论

3.1 生态安全指数与子系统变化分析

压力、状态、影响与综合评价指数结果如图1所示。大万山岛在2010—2017年生态安全指数总体呈上升趋势。2010—2012年大万山岛的生态安全指数均低于0.4，生态安全等级为Ⅳ级“不安全”。2013—2015年大万山岛生态安全指数上升缓慢，安全指数从0.456上升至0.494，增幅仅为8.2%，生态安全一直处于Ⅲ级“临界安全”。2016年大万山岛安全指数达到0.679，处于生态安全Ⅱ级“较安全”。然而，2017年大万山岛生态安全指数降至0.590，生态安全级别降至Ⅲ级“临界安全”，与之对应的是响应指数的降低。分析可知，2017年环境负担加重，生活垃圾处理量由2010年的0.63万t增加到0.93万t，增幅为47.6%，且教育财政支出和医疗卫生支出下调，这是造成该下降趋势的重要因素。

2010—2017年压力指数一直处于缓慢上升的趋势，数值从0.038升至0.162，这与当地旅游业和渔业的兴盛密不可分，期间渔业总产值由0.33亿元升至1.47亿元，旅游综合收入由0.87亿元升至4.33亿元，经济的发展直接影响了包括生产总值、人均GDP在内的诸多二级指标。2010—2012年大万山岛状态指数基本不变，随后2012—2016年呈现下滑趋势，从0.194降至0.074，2017年较2016年持平。分析其原因，2010—2012年当地各行各业还处于开始阶段，全年接待游客人数少，2013—2016年渔业和旅游业兴盛，2016年游客接待数达到32.86万人，这又带动了饮食业的发展。流动人口的增加和服务业的兴起使得废水排放量和生活垃圾处理量激增，导致状态指数的下滑。2017年当地大力推广环保经验，加强海洋生态文明建设，生活垃圾处理量和废水处理量有所控制，废水排放量从29.3t降至26.5t，虽然生态环境有所改善，但也可以看出经济增长与海岛生态环境承受能力的矛盾依旧突出。2010—2016年响应指数呈上升趋势，在2016年达到了0.496，表明这段时间内政府决策对大万山岛的生态安全产生有利的影响，然后2017年响应指数降至0.352，其中教育财政支出由2016年的0.58亿元降至0.44亿元，医疗卫生支出由0.39亿元降至0.18亿元，是造成该下降趋势的重要因素。

3.2 PSR系统协调性分析

大万山岛PSR系统协调度与综合评价指数对比结果如图2所示。从图2可以看出，PSR系统协调度在2010—2016年总体呈现波动下降趋势，2016年降至1.423，这是由于海岛资源的过度开发与生态环境的破坏而导致的协调度失稳下滑，与生态安全指数与子系统变化分析一致。2017年系统协调指数有所上升，由2016年的1.423升至1.540，这是由于压力-状态-响应子系统的变化速度不协调导致的[7]。总体而言，虽然大万山岛综合评价指数呈上升趋势，但各子系统之间的协调度不够稳定。

3.3 PSR模型发展预测

基于以上数据，使用不同的非线性曲线拟合方程（表2）对压力指数、状态指数和响应指数进行拟合，并预测2018-2030年各指数的趋势。由图3所示，压力指数达到0.221后不再上升，而状态指数稳定在0.041，这可能是由于海岛人口达到饱和，资源消耗和污染排放趋于稳定。由于政府对医疗、教育和环保等方面的投资力度加大，2018年后，响应指数将有一个上升阶段，且由图3可知，2021大万山岛生态安全评价指数R为0.805，生态安全等级达到I级“理想安全”。

针对大万山岛存在的生态安全问题，笔者提出以下建议。

（1）保护海岛生态环境，对于大万山岛的建设项目，分析环境影响并针对性提出应对措施，需加强海岛环境污染的预警、应急能力，严守生态红线，合理开发海岛资源。

（2）全方位推进海岛产业结构转型，开发潜在海岛资源，如潮汐能、风能等，大力发展现代渔业、旅游、餐饮、仓储等服务业，以经济发展带动供水、供电、交通等基础设施建设，提升公共服务质量。

（3）加大当地文化教育和医疗卫生建设，制定相关法规，处理好经济发展与资源开发之间的关系，做好海岛的区域发展规划和生态建设规划，才能做到在保护生态环境的前提下，海岛资源高效利用，推动海岛全面发展。

4 结语

本研究基于“压力-状态-响应”（PSR）模型构建海岛发展的指标评价体系，选取21个代表性指标评价珠海市大万山岛地区生态安全状况。2010—2017年大万山岛的生态安全指数总体呈上升趋势，最高达到生态安全Ⅱ级“较安全”，但在2017年有所下降，需要政府规划好海岛发展、资源利用与生态环境保护的关系，朝生态安全I级“理想安全”目标努力。在各子系统中，状态指数呈现出下滑趋势，经济增长与海岛生态环境承受能力之间的矛盾突出。大万山岛PSR系统协调度在2010—2016年总体呈现波动下降趋势，这是由于海岛资源的过度开发与生态环境的破坏而导致的各子系统协调度失稳下滑。

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基金项目：国家重点研发计划课题（2017YFB0903703）.

作者简介：彭鹏，工程师，硕士，研究方向为自动化及电池储能技术

通信作者：刘广立，教授，博士，研究方向为环境污染与生态修复