基于P-S-R 模型的大沽河流域综合生态承载力时空分异研究

文／尹美善 青岛理工大学建筑学院 硕士研究生

王 叁 青岛理工大学建筑学院 讲 师

刘 森 青岛理工大学建筑学院 讲 师（通讯作者）

李红利 青岛理工大学建筑学院 硕士研究生

朱立傲 青岛理工大学建筑学院 硕士研究生

引言

随着社会的不断发展，资源环境、人口、政治、经济等问题日益成为人们所关注的焦点[1]。区域的生态承载力能够反映该地区社会经济发展、资源环境等一系列数据的综合发展状况，因此研究生态承载力已经成为当前生态环境发展的首要任务[2,3]。区域生态承载力的研究能反映在一段时间内该区域内包括环境承载力、资源承载力以及人类支持力的综合指数，能更全面地反映区域内各类指标的综合生态质量[4,5]。流域是国土空间内生态及经济发展的动脉干线。流域地区的生态承载力最近越来越成为流域生态学研究的新热点[6,7]。流域两岸地区的生态承载力直接影响区域未来的可持续发展。大沽河是流经胶东半岛的最大河流，它的存在促进了流域两岸地区的农业与经济发展。但流域两岸的生态环境状况让人堪忧，流域两岸地区的生态承载能力需要进一步的评估[8,9]。因此，揭示大沽河流域不同区域的生态承载力的变化，对流域内农、林、渔业的发展及提高流域生态承载力的方法策略具有重要理论和实践意义。

“压力-状态-响应”（P-S-R）模型是研究区域生态承载力时普遍使用的一种评估模型[10]。采用“压力-状态-响应”（P-S-R）模型开展生态承载力研究已得到广泛应用[11-13]，这对推动流域生态承载力研究起到不可忽视的重要作用。文章选取2000—2020 年大沽河两岸地区9 个区市的资源环境、经济发展、社会人口等因素相关指标，采用“压力-状态-响应”（P-S-R）模型，运用综合分析法进行评估，全面探讨流域内9 个区市在20 年间生态承载力的时空变化。旨在为流域沿岸地带的可持续发展提出指导性建议，为区域生态建设提供理论基础和借鉴经验[14-16]。

1 区域概况及数据来源

1.1 区域概况

大沽河流域位于胶东半岛西部，全长179.9km，流域面积4655.3km2，位于东经120°03′～120°25′，北纬36°10′～37°12′之间[8]。大沽河起源于中国山东省烟台市，终点于胶州市营海镇码头村汇入胶州湾。全流域分为上游、中游、下游地区：上游地区自招远市老马思家至莱西县巨家，主要以山区和浅山丘区地形为主；中游包括巨家至该县望壁河口，主要以山麓平原地形为主；下游平度县南村以下，主要以平原洼地地形为主，在烟台市流经招远、栖霞、莱州、莱阳等四个区市，在青岛市流经莱西、即墨、平度、胶州、城阳等五个区市[8,9]（图1）。

图1 研究区地理位置基本概况（图片来源：作者自绘）

1.2 数据来源

本文数据来源于2000—2020 年《青岛市统计年鉴》和《烟台市统计年鉴》，数据包括气象数据、国民经济主要平均指标数据、社会经济主要指标数据、地区生产总值、人口及人口密度指标数据、城市供水供电数据、城市建设和公用事业指标数据、城市道路及绿化指标，以及各区市2000—2020 年国民经济和社会发展统计公报、各区市2000—2020 年水资源公报、2000—2020年生态环境公报，数据全面展示了大沽河流域两岸九区市从2000—2020 年各项资源环境与社会经济指标。

2 研究方法及数据优化处理

本研究运用综合分析法进行分析，对于不完整的数据处理采用克里金插值法进行优化处理[12]。以上研究在matlab 2018b中进行数据计算，数据采用的是平均值[17-19]。在arcgis10.2 中运用克里金插值法将压力状态响应指数进行空间、地理处理，得到各区域压力状态响应指数的时空变化趋势，并绘制生态承载力的空间分布图。为构建区域生态承载力评价体系，指标的选取应综合反映区域内生态环境承载能力和承载压力，包括人口、资源环境、资源消耗、环境污染、经济发展等能够影响区域未来生态发展的相关指标[19]。根据区域生态承载力的涵义分为生态承载弹力、生态承载压力和生态承载支撑力三个部分。

3 研究结果

3.1 指标权重

压力层指标包括地区生产总值GDP（0.058）、城市人口密度（0.045）、全社会用电量（0.056）、城镇登记失业率（0.033）、全年用水量（0.0527）、万元GDP 用水量（0.039）；状态层指标包括年降水量（0.086）、年平均气温（0.090）、建成区绿化覆盖率（0.066）、森林覆盖率（0.061）、人均公园绿地面积（0.049）、人均土地面积（0.045）；响应层指标包括人均GDP（0.108）、城市污水处理率（0.086）、工业固体废弃物综合利用率（0.045）、就业人员平均工资（0.074）。可以看出各指标权重具有差异性，具体表现为状态（0.401）＞响应（0.313）＞压力（0.285）。

3.2 各区域压力-状态-响应指数时空分布差异

3.2.1 压力指数

大沽河流域生态承载压力指数在2000—2020 年呈时空分布差异。整体上看，20 年间压力指数从高到低逐渐由北向南转移。从区域上看，大沽河上游流域包括莱州市、招远市、栖霞市，在2000—2005 年压力指数呈现上升趋势，其中招远市压力指数最高（0.6162），但从2005—2020 年，压力指数逐渐降低，呈下降趋势，栖霞市压力指数降到最低（0.2820）。不同的是，大沽河流域中游地区包括平度市、莱西市、莱阳市在2000-2005 年压力指数呈现下降趋势，其中莱阳市压力指数最低（0.2814），从2005—2020 年，压力指数逐渐升高，呈现出上升趋势，其中莱西市压力指数最高（0.5454）。大沽河下游流域包括胶州市、城阳区、即墨市，在2000—2005 年压力指数呈现下降趋势，其中胶州市压力指数最低（0.2393），但从2005—2020 年，压力指数逐渐升高，其中城阳区压力指数最高（0.6884），并且压力指数升高的趋势逐渐向沿海地区转移。

3.2.2 状态指数

2000 年到大沽河流域上游地区状态指数呈升高趋势，其中莱州市状态指数最高（0.4940），2010 年到2020 年状态指数呈下降趋势，其中栖霞市状态指数最低（0.2697）。2000 年到2020 年期间，大沽河流域中游地区状态指数变化较小。2000 年大沽河流域下游地区生态承载状态指数较高，其中城阳区最高（0.6883），2000 年到2010 年状态指数逐渐降低，其中城阳区状态指数最低（0.2570），2010 年到2020年下游地区状态指数逐渐升高，其中胶州市状态指数最高（0.4003）。

3.2.3 响应指数

整体上，生态承载力响应指数由高到低逐渐从北向南转移。区域上，2000 年到2005 年，大沽河流域上游区域生态承载响应指数呈升高趋势，2005 年上游区域响应指数达到最高，其中招远市最高（0.5582），从2005 年到2020年响应指数逐渐降低，其中栖霞市响应指数最低（0.0563）。2000 年到2020 年，大沽河中游区域生态承载响应指数变化不明显。2000 年到2015 年，大沽河流域下游地区响应指数逐渐降低，其中即墨市响应指数最低（0.1378），2015 到2020 年响应指数逐渐升高，其中以城阳区（0.4670）、胶州市（0.4295）等靠近入海口区域最为明显。

3.3 生态承载力时空分布差异分析

由图2 可知，从全域角度来看，大沽河流域内各区市生态承载力呈现明显的空间分布差异，2000 年整体呈现出东北向西南逐级升高趋势，其高值区在城阳区（0.9422），低值区在栖霞市（0.2020），反映生态承载力具有内陆向沿海地区升高的趋势。2005 年整体呈现出由北向南递减趋势，其高值区在招远市（0.8467），低值区在胶州市（0.3462），反映生态承载力具有内陆向沿海递减的趋势。2010 年到2015 年变化不明显，但整体生态承载力高值区仍在招远市（0.8530）。2018 年生态承载力呈现从流域两岸向周边降低的趋势，高值区位于招远市（0.6165）、莱西市（0.6989）、城阳区（0.7295）。2020 年生态承载力高值区在城阳区（0.7267），呈现由北向南升高的趋势。整体来看，2000—2015 年承载力分布逐渐从南向北转移，并逐渐降低。2015 年开始生态承载力等级逐渐从流域上游向下游转移。

图2 各区市生态承载力指数时空变化图（图片来源：作者自绘）

结语

本文从生态承载压力、生态承载状态、生态承载响应三个方面构建指标体系，运用熵值法计算各指标权重，并根据生态承载力公式求得各目标层指数与生态承载力，对大沽河流域各区域进行生态承载力等级划分，并对生态承载力时空分布差异进行分析，得出结论如下：

（1）指标分析。本研究构建了生态承载力综合评价指标体系，涉及压力、状态和响应，但都采用统计指标，缺乏居民主观感受指标，在日后的研究中可以加以优化。

（2）压力指数从整体上看，2000 年到2020年，大沽河流域区域内压力指数变化明显，沿海区域生态压力值高于内陆区域，但高压力指数分布面积呈逐渐缩小的趋势，说明沿海区域的生态压力在朝着一个良好的方向发展。2000年到2020 年大沽河流域生态承载状态指数呈现“W”型波动变化，表明各区市的资源环境状况呈现不稳定变化的趋势。2000 年到2020 年大沽河流域生态承载响应指数分布面积呈扩大-缩小-扩大的趋势，并且高响应指数逐渐从北向南转移，说明靠近沿海区域在对环境治理重视程度要大于内陆区域。

（3）生态承载力。整体来看，20 年间大沽河流域生态承载力呈现下降趋势。分时间段来看，2000 年到2010 年生态承载力呈下降趋势，但在后十年期间呈缓步上升的趋势，高生态承载力分布面积逐渐减少，并从北向南转移。从空间角度来看，大沽河流域下游区域整体生态承载力等级高于上游区域。