基于P-S-R 模型的湖北省生态安全评价研究

叶 赛，蹇雪莹

（中国地质大学（武汉）经济管理学院，武汉 430074）

建设生态文明是全世界面临的一个重要难题。在2019 年1 月召开的达沃斯世界经济论坛上，全球各地的政商界带头人普遍认为2019 年世界面临的最大风险是环境威胁［1］。将生态安全纳入国家安全体系之中，这一举措准确把握了国家安全形势变化的新特点和新趋势，有利于加强对生态安全重要性的认识，对破解生态安全威胁具有重要意义。2019年，全国两会中，习近平总书记围绕生态文明建设进行阐述，首次提出“四个一”的表述。同时，2019 年的政府工作报告也指出，全国要继续开展保护生态环境和防治污染的工作，打赢蓝天保卫战，统筹兼顾、标本兼治，持续改善生态环境质量［2］。

关于生态安全的研究，国内外学者虽然开始时间不同，但都对其进行了多方面的研究。当前，国外关于生态安全的研究，宏观上主要集中在生态安全与国家安全、环境污染等方面［3，4］，微观上主要集中在生态安全的评价与监测。国内生态安全的研究主要涉及土地利用、区域生态安全的问题及对策、资源利用等方面［5-7］。

本研究以湖北省武汉市、宜昌市、襄阳市、荆州市、黄石市、咸宁市、鄂州市、十堰市、孝感市和荆门市10 个城市为研究对象，通过压力-状态-响应模型构建出符合湖北省特点的生态安全评价指标体系，以湖北省10 个城市2014—2018 年的各指标数据为原始数据对湖北省生态安全情况做定量化评价。从压力、状态、响应3 个方面综合分析湖北省生态安全状况，为湖北省生态安全建设提出合理化、可实施的措施和建议，旨在为湖北省高效率、高质量、协调发展提供新思路、新方法。

1 数据来源、评价指标体系和评价方法

1.1 数据来源

本研究所构建的湖北省生态安全评价指标体系共涉及13 个指标数据，数据来源于中国环境统计年鉴（2014—2018）、湖北省统计年鉴以及各市统计信息网与统计年鉴。

1.2 指标体系的构建

湖北省生态安全评价结果是湖北省进行生态环境建设相关措施的重要依据。因此，科学合理地分析评价湖北省生态安全的情况显得尤为重要。本研究采用联合国经济合作和发展组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）共同提出的压力-状态-响应（Pressure-State-Response，P-S-R）模型。根据P-SR 模型，结合近年来国内文献所构建的指标体系，结合湖北省的特点，以科学性、合理性、可操作性等原则，构建包含目标层、准则层、指标层共3 个层次13个具体指标的评价指标体系（表1）。

表1 湖北省生态安全评价指标体系

1.3 数据处理

由于各指标的量纲单位有所差别，因此，对原始数据进行标准化处理。具体公式如下：

式中，xij为第j 项指标的原始值，xmax为某一项指标的最大值，xmin为某一项指标的最小值，yij为第j 项指标的标准化值。正向指标运用式（1）进行标准化处理，负向指标运用式（2）进行标准化处理。

主成分分析法主要是利用降维将多指标转化为少数几个综合指标，即主成分，通过线性组合重新组成彼此无关的综合指标，其表达式如下：

式中，Z1，Z2，……，Zm为m 个主成分，lij为线性组合中的系数。具体公式如下：

式中，fij为初始因子载荷，λj为第j 个主成分对应的特征值。

由此，确定的指标权重为：

式中，θj为第j 个主成分对应的点方差贡献率。

通过SPSS 软件进行主成分分析，得到各指标的主成分分析结果。若主成分矩阵中出现负数，通过数据平移，即将所有数据加上一个最小负数的绝对值进行非负化处理，处理后的数据通过式（3）至式（5）得到指标权重，将其进行归一化处理得到最终的指标权重。

本研究运用生态安全综合指数来体现湖北省城市生态安全现状，通过生态安全综合指数分级标准来体现现状与理想状况的拟合程度。综合指数越高，则表明生态安全状况越好，反之则表明越不安全。参考国内外相关文献［8］，制定了5 级分类标准（表2）。具体公式如下：

式中，wj为第j 个指标的权重；yij为i 地区j 指标的标准化数值；Up为压力指数；Us为状态指数；UR为响应指数；U 为生态安全综合指数。根据式（6）计算出2014—2018 年湖北省10 个地级市的压力、状态、响应指数以及生态安全综合指数（表3 至表6）。

表2 生态安全综合指数分级标准

2 湖北省生态安全现状及评价

2.1 生态安全压力指数分析

生态安全压力指数参照的指标包括人口密度、人口自然增长率、人均GDP、人均耕地面积和植被覆盖率。从生态安全压力指数各因子平均贡献率（图1）可以得到，人口密度平均贡献率最大，达53%，植被覆盖率平均贡献率最小，仅1%。湖北省人口密度较大的区域主要有武汉市、鄂州市、孝感市和黄石市，这4 个地方的人口密度都在500 人/km2以上，武汉市人口密度最大，为1 282 人/km2。湖北省大部分地区植被覆盖率较低，其主要原因是城市规模不断扩大，开发密度不断提高，绿地面积不断缩减，植被覆盖率不断降低，而湖北省很多位于山地区域的城市植被覆盖率还比较高。

图1 生态安全压力指数各因子平均贡献率

从时间和空间上来分析2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全压力指数（表3），2014—2018 年湖北省这10 个城市的生态安全压力指数平均值呈先上升后下降再下降的趋势，其中，2016 年的生态安全压力指数最大，达0.184。2018 年宜昌市生态安全压力指数最大，为0.320，鄂州市生态安全压力指数最小，为0.101。宜昌市、十堰市、襄阳市和荆门市生态安全压力指数均高于平均值，剩余6 个城市生态安全压力指数均低于平均值。根据本研究所得压力指数，将其分为3 类（高压力指数＞0.160，中等压力指数0.130～0.160，低压力指数＜0.130）。由此可知，2018 年，宜昌市、襄阳市、荆门市和十堰市属于高压力指数区；咸宁市、武汉市、荆州市和孝感市属于中等压力指数区；黄石市和鄂州市属于低压力指数区。

表3 2014—2018 年湖北省10 个地级市生态安全压力指数

2.2 生态安全状态指数分析

生态安全状态指数参照的指标包括人均住房建筑面积、建成区绿化覆盖率、人均公共绿地面积、固废综合利用率以及环境噪声平均值。由生态安全状态指数各因子平均贡献率（图2）可以看出，人均住房建筑面积平均贡献率最大，为48%，远远超过了贡献率第二的建成区绿化覆盖率（23%），环境噪声平均值平均贡献率最小，仅为1%。

图2 生态安全状态指数各因子平均贡献率

从时间和空间上来分析2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全状态指数（表4），2014—2018 年湖北省生态安全状态指数平均值呈逐渐下降的趋势，并且有持续下降的可能。2014—2018 年，湖北省生态安全状态指数平均值由0.240 下降至0.199。2018 年黄石市生态安全状态指数最大，为0.290，襄阳市生态安全状态指数最小，为0.128。黄石市、武汉市、十堰市和荆门市的生态安全状态指数均高于平均值，其余6 个城市的生态安全状态指数均低于平均值。根据本研究所得状态指数，将其分为3 类（高等水平＞0.250，中等水平0.150～0.250，低等水平＜0.150）。湖北省这10 个城市中，仅有黄石市的城市环境状态较好，武汉市、十堰市、荆门市、宜昌市、咸宁市、荆州市和孝感市7 个城市的环境状态处于中等水平，而襄阳市和鄂州市的环境状态较差。

表4 2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全状态指数

2.3 生态安全响应指数分析

生态安全响应指数参照的指标包括第三产业占GDP 比重、科学技术支出占财政支出比重和环境投入占财政支出比重。由生态安全响应指数各因子平均贡献率（图3）可知，第三产业占GDP 比重的平均贡献率（47%）＞科学技术支出占财政支出比重的平均贡献率（34%）＞环境投入占财政支出比重的平均贡献率（19%）。由此可知，湖北省对环境保护的意识和投资力度都不够，随着生态长江的提出，湖北省政府开展了一系列保护生态的建设活动，但收效甚微，而且地方政府执行力度差，使得生态建设开展时间短，无法保证生态建设的有效性与持久性。

图3 生态安全响应指数各因子平均贡献率

从时间和空间上来分析2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全响应指数（表5），2014—2018 年湖北省生态安全响应指数变化幅度中，最大值出现在2017 年，为0.064，最小值出现在2015 年，为0.055。2018 年武汉市生态安全响应指数最大，为0.185，黄石市生态安全响应指数最小，为0.010。武汉市、十堰市和襄阳市3 个城市的生态安全响应指数均高于平均值，其余7 个城市的生态安全响应指数均低于平均值。根据本研究所得响应指数，将其分为3 类（高等水平＞0.100，中等水平0.020～0.100，低等水平＜0.020），由此可得，武汉市和十堰市的响应较好，襄阳市、鄂州市、宜昌市、孝感市、荆州市和荆门市的响应处于中等水平，咸宁市和黄石市的响应较差。

表5 2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全响应指数

2.4 生态安全综合指数分析

由2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全综合指数（表6）可见，2018 年湖北省生态安全综合指数最高的是十堰市，为0.600，最低的是鄂州市，为0.300。湖北省生态安全综合指数平均值为0.429，武汉市、十堰市和宜昌市3 个城市的生态安全综合指数高于平均值，其余7 个城市的生态安全综合指数均低于平均值。同时，结合生态安全综合指数分级标准可知，武汉市和十堰市属于生态安全区，宜昌市处于较安全区，黄石市、荆门市、襄阳市和咸宁市处于临界安全区，孝感市和荆州市属于生态不安全区，鄂州市生态安全问题较为严重。与2014 年相比，2014 年10 个城市中十堰市和宜昌市处于生态安全区，生态安全综合指数高于0.550，而且没有位于很不安全区的城市。2014—2018 年湖北省生态安全综合指数逐渐下降，从0.459 降至0.429，表明湖北省生态安全状态面临着严重的挑战，正在逐渐恶化。

表6 2014—2018 年湖北省10 个城市生态安全综合指数

通过分析生态安全指数中的压力、状态、响应平均贡献率可知，压力指数平均贡献率最高，为47.8%，其次是状态指数平均贡献率，为40.9%，响应指数平均贡献率最低，为11.3%。由此可知，湖北省生态环境承受的压力很大，所面临的生态安全形势严峻，生态环境系统不足以维持湖北省自身经济社会的快速发展。由生态安全压力指数平均贡献率可知，贡献率最高的是人口密度（53%），其次是人口自然增长率（26%），植被覆盖率贡献率最低（1%）。因此，人类活动是湖北省生态环境压力的主要来源，人口密度不断上升，人口总数也在不断增加，同时人均耕地面积减少，植被覆盖率降低，人地矛盾加剧，生态环境压力大。从生态安全状态指数平均贡献率来看，贡献率最高的是人均住房建筑面积（48%），其次是建成区绿化覆盖率（23%），环境噪声平均值贡献率最低（1%）。总体而言，湖北省生态安全状态还是比较稳定的，人均住房建筑面积增加的同时没有忽视绿化活动。根据中国环境噪声标准，湖北省的环境噪声平均值（54.15 dB）仅仅比1 类白间标准（55.00 dB）降低了0.85 dB，湖北省平均环境噪声也增加了生态安全的压力。最后，由生态安全响应指数贡献率可知，政府的政策同样制约着生态安全。政府虽然出台了大量有关产业转型、大力发展第三产业的政策，但地方贯彻执行政策的速度较慢，落实不到位，导致第三产业在GDP 中所占比重较小。同时，湖北省还未形成统一的环保理念，科学技术和环境投入占财政支出的比重很小，政府投资力度有待加强。

3 结论与建议

本研究基于压力-状态-响应模型，运用主成分分析法与综合指数法，对湖北省的生态安全状况进行定量分析与评价。最终得出以下2 点结论。

1）2018 年湖北省生态安全综合指数平均值为0.429，总体处于临界安全状态。其中，襄阳市、荆门市、黄石市和咸宁市属于临界安全区；武汉市和十堰市处于生态安全状态；宜昌市属于较安全区；荆州市和孝感市属于不安全区；鄂州市属于很不安全区。十堰市生态安全综合指数最高，为0.600，鄂州市生态安全综合指数最低，为0.300。

2）通过分析生态安全压力、状态、响应指数贡献率，得到压力指数平均贡献率最高，为47.8%，其次是状态指数平均贡献率，为40.9%，响应指数平均贡献率最低，为11.3%。由此可知，限制湖北省生态安全的主要因子来源于压力系统中的人口密度、人口自然增长率和人均GDP。

结合长江经济带目前的生态安全现状及其未来发展趋势，为提高湖北省未来的生态安全水平，改善湖北省生态环境，推动湖北省高质量发展，本研究从以下2 个方面提出建议。

1）推进产业结构转型升级，提高生态安全响应能力。根据湖北省省情以及结构矛盾，继续推进主导产业发展，促进传统优势轻工业改造升级，加大对高新技术产业和信息产业的支持，积极鼓励企业转型。淘汰落后产能，化解过剩产能。同时，要积极促进智能产业与制造业协调发展。

2）增加环保财政投入，加强生态环境保护，减轻生态压力。湖北省2017 年关于环保的财政支出仅占总财政支出的2.21%，固废综合利用率为59.00%，生态环境压力较大。应该加强东湖、洪湖、汉水、漳水、清江等水域及林地、耕地等的生态环境保护。