基于灰色关联模型的沿黄区域山东段生态安全综合评价及时空演化

李磊 谭振华 李聪 杜霞

摘要  以沿黃区域山东段为例，建立PSR模型构建生态安全评价指标体系，借助熵权法和灰色关联度模型对其2000—2018年展开生态安全综合评价，并进行时空演变分析。结果显示，整体上沿黄区域山东段生态安全水平呈现出波动中上升的趋势，由“不安全”向“比较安全”转变，子系统中生态响应和生态状态增加的幅度高于生态环境压力增大的幅度，生态环境有所好转；市级尺度下，山东段17地市生态安全水平有所提高，呈现出“下降-上升-下降”的倒“N”字形演变，生态安全类型以“一般安全”为主，高等级类型较少，城市生态安全问题比较严峻；城市生态安全内部空间差异明显，生态安全空间格局向东、向北转移，呈现出“东高西低” “北高南低”的高低错落分布，高等级生态安全区域从东部沿海向鲁北扩散，“临界安全”区域缩小至鲁中南和鲁西北。最后从生态环境治理与保护、优化调控三大空间、经济结构转型升级等方面提出优化路径，改善生态环境质量。

关键词  生态安全评价；灰色关联度模型；时空格局；沿黄区域；山东段

中图分类号  X82  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）04-0043-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.010

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Ecological Security Comprehensive Evaluation and Spatial.Temporal Evolution Based on Grey Correlation Model in Shandong Section Along the Yellow River Area

LI Lei1，TAN Zhen.hua2，LI Cong3 et al

（1.Zaozhuang University，Zaozhuang，Shandong 277160；2.Zibo Normal College，Zibo，Shandong  255130;3.Air Force Logistics  Academy，Xuzhou，Jiangsu 221000）

Abstract  Taking Shandong section of the Yellow River as the research area，using the PSR model on ecological security index system，based on the entropy method and grey correlation model， the paper conducted the ecological security comprehensive evaluation  and  spatial.temporal evolution analysis from 2000 to 2018 in Shandong section.The results showed that： the overall trend of ecological security level   is  rising in fluctuation  and  ecological security  changed from unsafe state  to safer state.In subsystems the ecological  pressure  is more and more increasing ，the ecological state and the ecological response is more and more raising with  the largest increase of the ecological response，but the increasing degree of  ecological state and  ecological response is higher than  ecological  pressure.In municipal  scale  the  overall  showed  a  trend  of  increase  of  ecological  security  level  in 17  cities  and  evoluted  in  reciprocal  N shape with  downward.increasing.downward  trend.The general safe is the mainly type of ecological security level with few  high grade which indicated the  ecological  security  would  not  be  optimistic  in  Shandong section .There were significant  differences of   the  evolution  trends of   ecological security  in the 17 cities，with changing  showing a transfer  to eastward   and  northward  areas.The spatial evolution of ecological security  presented  spatial pattern of north high south low and east high west low，the high type spread from the east coastal area to north area of Shandong section and  the close safe appeared in south.central Shandong，north.west Shandong.Finally，the essay put forward optimization path to promote the ecological environment quality from aspects such as ecological environment governance and protection，optimal regulation of three major spaces and transformation and upgrading of economic structure.

Key words  Ecological security evaluation;Grey correlation model;Spatial.temporal pattern;The region along the Yellow River;Shandong section

基金项目  国家自然科学基金项目（41871151）；山东省社会科学规划项目（18CGLJ31）。

作者简介  李磊（1973—），男，山东枣庄人，实验师，硕士，从事区域资源管理研究。*通信作者，教授，硕士，从事区域可持续发展研究。

收稿日期  2023-02-24；修回日期  2023-03-27

随着城市化进程的推进和经济总量的不断提升，中国城镇人口数量急剧增长、城市空间规模不断扩大，人口和产业对资源、环境、生态系统所造成的压力越来越大，中共十八大明确提出推进生态文明建设，保障生态安全。关于生态安全的概念学术界没有统一的定义［1-3］，有学者提出生态安全是指一个国家、地区或人类社会生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态，是一个复合生态安全系统［4-5］，关系区域经济-社会-生态的和谐发展，因此，生态安全与国防安全、经济安全、金融安全等已具有同等重要的战略地位，并成为未来经济社会安全的主要约束［6］。生态安全评价是对目前的生态状况进行量化评估，随着全球生态问题的日益严峻，生态安全评价也成为国内外学术界研究的热点［7］，在这一领域已经取得了一定的成果［8-9］，主要集中在生态安全评价的概念、评价模型、评价内容、评价方法等方面。国外对于生态安全要素的评价主要以PSR（压力-状态-响应） 生态安全评价模型为主，PSR模型是由国际经济合作与发展组织首先提出，后期联合国可持续发展委员会提出的DSR（驱动力-状态-响应）模型、欧洲环境署提出DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）［10-11］评价模型以及DSPR［12］模型，都是在PSR模型基础上不同角度的延伸，其实质内容都离不开生态安全系统由压力-状态-响应3个核心子系统组成，PSR也是进行生态安全评价较为成熟的应用模型［13］。国内学者的研究主要集中在生态安全评价的内容、尺度、方法以及驱动力等多个方面，研究尺度集中在城市［14］、流域［15］，研究内容包括土地、湖泊、森林、湿地、土壤、耕地［16-21］；研究方法主要运用生态足迹模型［22］、物元模型［23］、OWA［24］、网络DEA模型［25］及因子分析法［26］、最小阻力模型［27］等多种研究方法，使用灰色关联度模型研究生态安全综合评价的成果较少［28］。

以往研究多数都以个体城市或者行政区划单元为研究对象，缺乏对黄河流域生态安全评价研究，多数研究集中在对区域不同生态要素进行评价，缺乏区域生态安全综合评价和时空演化。黄河流域生态保护和高质量发展已经上升为国家战略，因此研究其生态安全评价及优化路径具有重要的战略意义。

黄河流域山东段位于黄河流域下游的入海口，习近平总书记在2018年中央财经委员会第六次会议上强调，黄河流域必须下大气力进行大保护、大治理，充分发挥山东半岛城市群的龙头作用，走生态保护和高质量发展的新路子，因此探讨黄河流域山东段的生态安全现状及存在的问题，实现生态环境的保护与治理，是实现山东省可持续发展的重要思路，对于黄河流域生态保护和高质量发展作用重大。山东省区域总面积15.8万km2，根据第七次全国人口普查结果，2020年常住人口10 152万人，常住人口城市化率约62%，比全国平均水平提高近2百分点，是全国经济发展水平较高、城市人口较为密集的区域之一。产业结构中工业所占比重约为40%，其中机械、冶金、建材、化工等高耗能、高污染重工业所占比重较大。快速发展的城镇化和工业化进程给区域生态环境带来了巨大的压力，生态安全问题日益突出，如何实现经济效益与社会效益、生态效益的统一成为黄河流域山东段可持续发展面临的重要问题。山东省下辖17个地级市，分别是济南、青岛、威海、烟台、东营、淄博、济宁、泰安、潍坊、临沂、日照、枣庄、滨州、莱芜、德州、聊城、菏泽，2019年进行行政规划隶属关系调整，莱芜市并入济南市，因此目前山东省有16个城市组成，为了更好地进行比较研究，该研究在进行城市生态安全空间格局研究时选取2000—2018年时间段，能够保障研究内容的连续性和完整性。因此以沿黄流域东部沿海经济发达和人口众多的山东段为例，基于PSR模型分析，运用灰色关联度模型分析2000—2018年生态安全评价和时空演化，以期为黄河流域山东段未来生态环境管理和决策提供依据，对于未来制定区域发展战略、维护区域生态安全、推进生态文明建设具有重要的参考价值，对于沿黄其他区域的发展具有一定的借鉴作用，对于丰富黄河流域的可持续发展研究具有一定的理论意义与实践意义。

1  指标体系构建与研究方法

1.1  指标体系构建

生态安全评价系统是一个综合发展的复杂系统，目前学术界还没有形成统一的评价标准体系。根据山东段的具体实际情况，依据科学性、动态性、数据可获取性、全面性等原则，参考以往生态安全评价指标体系的研究成果，从人口、资源、环境、经济、社会等方面遴选出26个具体指标构建生态安全评价指标体系，組成“PSR”评价模型。在“PSR”指标体系中，生态安全系统由3个子系统构成，分别是生态安全压力（P）、生态安全状态（S）、生态安全响应（R）。生态安全压力是指人类的生活和生产活动对于自然界的影响程度，从人口压力、土地资源压力、水资源压力、大气环境压力、颗粒污染压力、固体污染压力、能源压力、经济压力等方面遴选出10个指标。生态安全状态是指特定时期生态环境的现状，从耕地资源状态、绿地状态、水域状态、林木状态、生态用地状态、水资源状态、碳排放状态、能源消费状态等方面遴选出9个指标。生态安全响应是指面对生态环境的变化人类所采取的减轻、阻止、恢复和预防人类活动的负面影响的对策和措施，从土地资源恢复响应、水环境响应、污染治理响应、科技响应、经济响应、投资响应、生活响应等方面遴选出7个指标，共同组成了山东段2000—2018年生态安全综合评价指标体系（表1）。

1.2  数据来源

以2000—2018年为研究范围，研究数据主要来源于山东省17地市地方统计年鉴（2001—2018）、山东省17地市年度国民经济和社会发展统计公报（2001—2019）《中国城市统计年鉴（2001—2019）》《中国环境统计年鉴（2001—2019）》《中国农村统计年鉴（2001—2019）》《中国国土资源公报（2001—2019）》《山东统计年鉴（2001—2019）》等，个别缺失数据通过移动平均法补齐。

1.3  研究模型与方法

1.3.1  熵值法。熵是热力学的一个物理概念，是表明一个体系混乱程度或者无序程度的量度。熵值法可以比较客观的确定指标权重，假设有m个待评方案， n项评价指标，即形成原始指标的数据矩阵X=（xij）m×n。

1.3.2  灰色关联度模型。

（1）数据标准化。论文构建的指标体系属性不同，有正向指标，比如湿地面积所占比重、生活污水处理率、工业固体废弃物利用率等指标，也有很多负向指标，比如人口自然增长率、能源弹性消耗系数、人均工业SO2排放量等指标，因此，在进行灰色关联计算之前必须对原始数据进行预处理， 包括对数据的无量纲化处理及负向指標的正向化处理，从而消除原始数据在数量级和量纲上的差别，使数据计算更为科学和合理。处理公式如下：

正向指标：x′ij=1（ xij≥Sj）

xij/Sj（xij

负向指标：x′ij =1（xij≤Sj）

Sj/xij（xij>Sj）

式中：xij 是第i个年份第 j 个评价指标的原始数据；x′ij是第 i 个年份年第 j 个评价指标进行预处理之后的标准化数据;Sj 是第 j 个评价指标的标准值，所有数据均转化为［0，1］范围内的数值，并且数值越大，指标评价越趋于良好。

（2）获取最优值。数据预处理完之后，找到各指标的最优值（或者最劣值）构成参考数据列X′0。

X′0=（x′0（1），x′0（2），x′0（3），…，x′0（n））

（3）计算每个被评价对象的标准化数据与参考序列数据的绝对差值如下：

∣x′0（j）- x′i（j）∣（j=1，2，…，n;i=1，2，3，…，m）

并计算最大绝对差值和最小绝对差值如下：

max1≤i≤mmax1≤j≤n｜x′0（j）-x′i（j）｜

min1≤i≤mmin1≤j≤n｜x′0（j）-x′i（j）｜

（4）计算关联系数，公式如下：

Pij=min1≤i≤mmin1≤j≤n｜x′0（j）-x′i（j）｜+ρmax1≤i≤mmax1≤j≤n｜x′0（j）-x′i（j）｜｜x′0（j）-x′i（j）｜+ρmax1≤i≤mmax1≤j≤n｜x′0（j）-x′i（j）｜

式中：ρ为分辨系数，在0和1之间取值，ρ值越小，关联系数之间的差异越大，一般情况下ρ取0.5。

（5）根据熵值法计算出的权重，计算每一个待评价方案各级指标关联系数的均值，得到第i个待评价单元的灰色关联度，公式如下：

Pi=1nnj=1WjPij

式中：Wj是熵权法计算出来的每一项指标的权重，Pi是每一个待评价方案的综合生态安全评价指数。

1.3.3  生态安全等级分类方法。

生态安全评价分级目前还没有形成一个统一的等级划分标准，该研究在参考相关文献的基础上，将山东段生态安全评价等级划分为6级分类标准，如表2所示。生态安全综合指数位于0～1，越接近1，说明生态安全等级安全性越高，生态系统越优良，越接近0，说明生态安全存在极大的隐患，生态系统越恶劣。

2  研究结果

2.1  时序演化

通过公式计算得到山东段2000—2018年生态安全评价状况的结果（表3）。从表3可知，山东段在2000—2018年生态安全指数呈现波动中不断上升的趋势。生态安全评价指数从2000年的0.497 933上升到2018年的0.648 383，增长幅度上升了30.21%，生态安全等级经历了“Ⅲ-Ⅳ-Ⅲ-Ⅴ”的变化，实现了从“临界安全”到“比较安全”的转变，具体分成4个阶段。

第一阶段，2000—2004年实现了从“临界安全”到“一般安全”的转变。2000—2002年生态安全水平极低，并且变化不大，基本维持在“临界安全”状态，21世纪初山东段人口城镇化开始快速增长，对资源的消耗和对环境的破坏比较严重，高耗能-低效率-高污染的传统产业产生的环境问题较为突出，因此这一时期总体生态安全水平较低。2003—2004年生态安全综合水平有所提高，从“临界安全”进入“一般安全”状态，2003年颁布了《山东生态省建设规划纲要》，山东生态省建设工作正式开启，通过发展循环经济逐渐摆脱了各种污水、固体废弃物、生活垃圾的处理率和综合利用效率低的局面，造林工程建设也开始成效显著，改善了区域绿色生态环境质量，提高了整体生态安全综合水平。

第二阶段，2005—2006年从“一般安全”下滑到“临界安全”状态。2005年人口城镇化发展继续保持快速增长，城市建成区人口高度集聚，人口密度从2004年的921人/km2提高到2005年的1 460人/km2，城市生态环境压力骤增，同时城市绿化和造林工程也有所减缓，人均水资源量降到极低值，因此这一时期生态安全水平出现短暂的下滑。

第三阶段，2007—2012年生态安全综合水平不断提高，重新进入“一般安全”阶段。山东把环境保护作为推动经济和社会发展的关键环节，生态响应指数上升幅度最大，国家级生态示范区、生态功能保护区、生态城市建设取得很大进展，人均公园绿地面积、建成区绿化覆盖率有了大幅度增长，同时积极进行产业科技创新，最大程度地减小资源消耗量和 “三废”排放量，通过发展循环经济提高污水和废弃物的利用效率。

第四阶段，2013—2018年生态安全水平继续提高，进入“比较安全”状态。自从十八大明确提出大力推进“生态文明”建设理念以来，山东陆续出台《区域性大气污染物综合排放标准》《2013—2018年大气污染防治规划》和火电、钢铁等5项重点行业大气污染物排放标准，严把大气环境质量关，大气环境质量明显改善。随着科技创新能力的不断提高，工业部门单位GDP资源和能源消耗强度在不断下降，环保投入强度不断增加，各种环境污染物的利用效率和处理率有了大幅度提高。严格划定生态保护红线，自然湿地保护率维持在70%以上，生态城市和森林城市建设取得一定成效，2011年以来累计造林面积95.33万hm2，2018年山东段“国家森林城市”数量已经达到11个，基本实现了绿色发展、循环发展、低碳发展的良好发展状态。

从各个子系统发展变化来看（图1），生态安全压力子系统方面，2000—2018年山东段生态压力评价指数不断下降，从2000年的0.602 486下降到2018年的0.456 569，下降幅度为24.20%。生态安全等级从“比较安全”倒退到“临界安全”状态。生态压力反映的是人们的生产和生活对于生态环境产生的影响程度，生态安全压力指数越大，生态环境负荷越小，生态环境越趋于良好，反之生态环境趋于恶化。山东段生态安全压力指数不断下降，说明生态环境压力在逐步增大，特别是2015和2016年压力指数跌至约0.41，几乎进入“不安全”等级状態，大气环境质量和水环境质量有所改善，但是工业固体废弃物和烟尘、粉尘的排放有增大的趋势，国家开放“二胎”政策带来人口自然增长率的增加和城镇化水平的高速增长也对生态环境产生了巨大的压力，因此生态环境现状逐步恶化，并且存在不安全的风险

生态安全状态方面，2000—2018年生态安全状态评价指数缓慢上升（图1），从2000年的0.517 149上升到2018年的0.697 042，上升幅度为34.79%。生态安全等级从“一般安全”进入“比较安全”状态，2016年生态状态指数达到0.707 186，初次进入“非常安全”等级，总体上仍然处在“比较安全”状态。虽然生态安全状态水平有所上升，但是上升速度比较慢，主要是由于湿地面积的减小、生态面积所占比重逐渐减小以及碳排放增加造成的。山东段湿地面积逐年减小，主要表现为自然湿地面积减少63.72万hm2，减少率为37.89%，滨海湿地破碎化严重，人工湿地面积增加44.20万hm2，增长率为430.38%，因此对自然湿地的保护是未来优化生态安全的关键环节。于此同时，随着人口的增长和经济社会的发展，碳排放量逐渐增大，城市建设用地面积逐渐增加，生态面积所占比重减小，人均耕地面积也出现波动中减小的趋势，今后还需要对目前的生态状态进行完善和提升。

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生态安全响应方面，2000—2018年山东段生态安全状态评价指数不断升高（图1），从2000年的0.374 376上升到2018年的0.791 538，上升幅度为111.43%，是3个子系统中上升幅度最大的，其中2011年之前上升缓慢，2011年之后上升速度加快。生态安全等级从 2000年的“不安全”进入2013年之后的“非常安全”状态。生态安全响应是人类面对生态环境存在的问题而采取的减轻、阻止、恢复和预防人类活动的负面影响的对策和措施，说明山东段在应对生态环境安全方面实施了一系列积极有效的策略，环境、经济、产业、社会响应迅速增长。2016年出台《山东半岛城市群生态保护红线规划（2016—2018年）》，牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念，优化生态安全空间格局。经济结构转型与优化取得极大成效，第三产业比重从2000年的34%提高到2018年的48%，实现了“三-二-一”产业结构的升级，重化工业的比例逐渐下降。技术进步使污染物的利用率和处置率大幅度增加，极大地促进了区域生态可持续发展。

综上所述，虽然山东段生态安全压力指数在下降，但是生态安全状态指数和生态安全响应指数在升高，并且生态安全响应指数和生态安全状态指数上升的速度要大于生态安全压力指数下降的速度，其中又以生态安全响应增加的程度最大，因此山东段生态安全综合评价水平仍然呈现出不断上升的趋势，但是目前的生态环境压力也不容小觑。

2.2  空间格局

2.2.1  空间演化过程。虽然山东段整体生态安全评价呈现出逐渐好转的趋势，但是区域内部存在一定的空间差异，有必要在市级尺度下进一步评价17个地级市生态安全的发展现状（图2）。

从图2a可以看出，2000—2018年山东17个城市的生态安全压力指数的变化具有波动性，济南、青岛、枣庄、东营、烟台、潍坊、济宁、泰安、莱芜、日照、德州、聊城、滨州的生态安全压力指数呈增加的趋势，生态环境压力负荷较小，青岛的生态压力指数最高，生态环境压力最小；淄博、威海、临沂、菏泽生态安全压力安全指数呈减小的趋势，生态环境压力负荷较大，这与淄博、临沂的重工业和陶瓷、玻璃、耐火材料等高污染企业关系密切。威海生态压力指数在17个城市中最高，说明生态环境压力较小，但是2005、2010年出现下滑，说明在发展过程中也存在一定的生态风险。菏泽生态压力指数下降较快，主要是由于菏泽工业化进程滞后于其他城市，因此随着工业化的推进出现破坏生态环境的趋势。从均值来看，威海、青岛、泰安、聊城、菏泽的生态压力指数较高，生态环境总体较好；淄博、枣庄、东营、莱芜、日照、济宁的生态压力指数较低，说明这些城市的生态环境面临较大的压力，特别是淄博的平均值只有0.399 4，生态安全已经进入“不安全”状态。

2000—2018年17个城市的生态安全状态指数的变化具有波动性，如图2b，其中呈现出上升趋势的有青岛、

枣庄、东营、潍坊、济宁、泰安、日照、临沂8个城市，呈现出下降趋势的有济南、淄博、烟台、威海、莱芜、德州、聊城、滨州、菏泽9个城市。从均值来看，威海和东营的生态安全状态值是较高的，接近达到0.7，其中东营湿地总面积45.81万hm2，所占比重居全省第一位， 生态面积所占比重也是全省最高，威海的城市绿化发展取得很大的突破，建成区绿化覆盖率达到47%，人均公园绿地面积也达到89 m2/人，均在全省位于第一位，湿地面积比重也仅次于东营市排名第二，同时威海和东营的能耗和碳排放较低，因此整体的生态安全状态处于“一般安全”状态。生态状态指数比较低的有济南、淄博、枣庄等地，济南城镇化水平2018年达到71%，城市人口的快速增长使人均耕地面积变小，绿化覆盖率和城市绿地建设较为缓慢，济钢集团等重工业企业导致城市碳排放量不断增大，与山东段省会城市的定位有一定的差距。淄博和枣庄由于传统第二产业比重过大导致产业结构不合理，单位 GDP能耗和碳排放均比其他城市高，湿地面积和生态用地面积较小，导致整体生态状态水平较低。

2000—2018年17个城市的生态安全响应指数的变化呈现出“中间高、两边低”的变化特征，如图2c。说明在2005年和2010年针对生态环境压力不断增加的同时，一系列相关生态保护和生态治理的政策和技术逐渐发挥重要作用，但是到了2018年生态响应值有所下滑，如潍坊、泰安、威海等城市，說明生态环境响应的可持续性受到一定的影响，今后应该继续秉持“绿水青山就是金山银山”的生态环境保护和治理的理念，加大生态环境保护和治理力度，防止生态响应指数继续下滑。从均值来看，济南、青岛、威海生态响应较为强烈，特别是济南和青岛生态安生响应指数已经更接近0.7，青岛生态响应指数 2018年出现极值接近0.8。临沂、德州、聊城、菏泽的生态响应程度较低，科技创新能力、废物利用率、第三产业所占比重都较低 。

2000—2018年17个城市生态安全综合评价的演变趋势不尽相同，如图2d所示。其中，济南、青岛、淄博、枣庄、东营、潍坊、济宁、泰安、莱芜、日照、聊城11个城市呈现出上升趋势，烟台、威海、临沂、德州、滨州、菏泽6个城市呈现下降趋势。比较2000、2006、2011、2018每个城市的生态安全综合评价指数可以发现，多数城市呈现出先减小-后增大-再减小的倒“N”字形。从均值上看，威海、东营、青岛的生态安全综合评价值在全省处于优越的位置，威海达到0.642 3，进入比较安全状态，青岛和东营刚刚进入比较安全状态， 威海充分利用滨海资源优势积极进行国家生态市建设，在全市实施最严格的环境质量监管，努力打造“蓝天碧水净土”的生态环境，向“精致城市”方向不断迈进。青岛、东营依靠国家发展山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区的政策，生态安全环境良好。 淄博、枣庄、莱芜、临沂、德州、聊城整体生态安全水平较低，特别是淄博和枣庄在全省处于最后两位，这两个城市的生态安全压力子系统、生态安全状态子系统、生态安全响应子系统发展水平均较低，生态安全风险较大。

2.2.2  空间格局特征。该研究选取2000、2006、2011、2018年4个时间节点，借助GIS技术分析沿黄区域山东段生态安全综合评价的空间分异过程，如图3所示，整体呈现出“东高西低、北高南低”的空间格局特征，具体有以下4个特征。

第一，生态安全评价“比较安全”等级区域空间范围不断扩大，从东部沿海地区向鲁北地区逐步扩散，特别是从2011年开始扩散特征较为明显，生态安全等级为第Ⅴ级。2000年生态安全评价较高的区域只有威海一个城市，威海是山东滨海城市和对外贸易窗口，人口密度较小，自然环境优越，第三产业发达，生态环境质量较好；2006年东营生态安全水平不断提高，绿化覆盖率从2000年的20%提高到2006年级的36%，人均公园绿地面积从2000年的40 m2/人提高到2006年的62 m2/人，污水处理率从60%提高到76%，工业废弃物处理率从73%提高到90%，生态环境质量明显好转。东营生态安全状态水平和生态安全响应水平达到最大值，生态安全压力指数达到最小值，生态安全总体评价值较高；2011年高水平生态安全区进一步扩大，济南虽然产业基础以高污染、高耗能产业为主，人口密度较大都拉低了生态安全压力指数水平，但是作为省会城市所具备的经济、社会、科技等综合发展优势，生态安全响应程度明显加快，从2006年的“一般安全”状态进入“比较安全”状态，生态安全等级从第Ⅳ级进入第Ⅴ级；2018年，较高水平生态安全评价区范围发生变化，济南从“比较安全”状态下滑到“一般安全”状态，青岛从“一般安全”状态提升到“比较安全”状态。青岛是山东段经济最发达的城市，但是由于人口密度过高导致人均水平较低，再加上高度发达的产业经济为青岛生态环境带来一定的压力，长期以来处于“一般安全”状态，但是其滨海资源和区位优势明显， 经济、社会、科技实力为区域生态环境的治理和保护提供了有力支撑，借助于原本优越的海滨地理区位实现了生态安全水平的跨越式发展。

第二，生态安全评价“一般安全”等级的范围不断扩大，城市数量不断增多。2000年“一般安全”等级的城市数量较少，多数处在“临界安全”状态，主要集中在鲁中地区的济南、东部沿海的青岛、烟台、潍坊，鲁北地区的东营、滨州等7个城市，相对来说位于综合发展水平较高的东部沿海、中部地和鲁北地区；2006年范围略有缩小，东营上升到“比较安全”等级，滨州由于生态环境压力增大下滑到 “临界安全”等级。2006年滨州生态环境压力剧增，人均SO2的排放从2000年的140 t/人提高到330 t/人，冶金和机械制造产业、化工产业为经济提速的同时对生态环境造成巨大的破坏。枣庄跌落到“不安全”状态，主要是由于煤炭、建材等传统产业给资源、环境造成巨大压力造成的；2011年“一般安全”等级范围快速扩大，除了2006年的几个城市以外，淄博、济宁、泰安、莱芜、日照、临沂、聊城、滨州从“临界安全”进入“一般安全”状态，有12个城市属于这一类型，因此这一时期全省生态安全综合水平有了很大的提高，主要由于十七大报告首次提出了“生态文明”的概念，强调形成资源节约型和环境友好型的产业结构、增长方式、消费模式，“生态文明”理念不断深入到社会和经济各个方面；2018年和2011年相比空间结构发生一定的变化，淄博、临沂、菏泽从“一般安全”下滑到“临界安全”状态，青岛上升到“比较安全”状态，其他大部分城市都处在“一般安全” 状态。

第三，生态安全评价“临界安全”等级的范围减小，说明生态安全水平逐渐好转。2000年和2006年所包括的城市范围差不多，17个城市中有淄博、枣庄、济宁、泰安、莱芜、日照、临沂、德州、聊城9个城市处在“临界安全”状态，说明当时城市整体生态安全综合水平较低，其中枣庄2006年甚至滑落到“不安全”状态，生态环境安全面临极大的挑战；2011年大部分城市摆脱了生态安全较为低水平的状态，整体生态安全综合水平实现了跨越式发展，“临界安全”等级范围缩小到仅有东部的潍坊市和西北的德州市；2018年与2011年相比大部分城市处在“一般安全”状态，“临界安全”状态城市由 2个增加到4个，2011年处于“一般安全”状态的淄博、临沂、菏泽掉落到“临界安全”状态， 潍坊进入“一般安全”状态， 说明个别城市还需要对生态安全问题引起足够的重视，特别是以重工业或者高污染工业为主的淄博、临沂还需要加强对环境的保护和治理。

第四，生态安全评价“不安全”等级城市消失。在研究时间阶段内，只有枣庄一个城市在2006年处在“不安全”状态，但是在2011年之后也进入“一般安全”状态。枣庄从2006年开始实施资源枯竭性城市转型发展战略，通过开发“台儿庄古城”和“枣庄二日游”模式开始进行旅游产业转型，充分利用煤炭资源进行煤化工产业转型， 旧城改造使城市风貌焕然一新，2014年获批全国森林城市称号，生态安全状态上了一个新的台阶。

综上所述，山东段生态安全空间格局呈现出2个特征：①山东段生态安全空间格局向东、向北转移，从图3可以看出，生态安全“比较安全”等级范围不断扩大，2000年只集中在东部沿海的威海，2006年扩大到鲁北的东营，2011年济南也成为“比较安全”等级，2018年东部沿海城市青岛也进入这一等级。总体上沿海城市发展较快，生态安全空间格局向东北转移。生态安全空间格局高低交错分布。②山东段生态安全空间格局总体上表现为东部地区优于中部地区、中部地区优于西部地区、北部地区优于南部地区的高低交错分布的态势。山东段生态安全综合水平以“一般安全”等级为主，“比较安全”出现在东部沿海地区和鲁北地区，即山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区，也是山东一蓝一黄重点发展区域。生态安全问题比较突出的是鲁西、鲁西北的边缘地带德州、菏泽和传统工业较大比重的鲁中南地区的淄博、临沂。

3  结论与讨论

通过构建PSR生态安全综合评价模型，采用2000—2018年面板数据，运用灰色关联度模型对沿黄区域山东段生态安全安全系统的时空演化进行评估，主要结论如下：

（1）山东段整体生态安全水平在波动中逐渐好转，实现了从“临界安全”到“比较安全”的转变。从子系统生态安全水平来看，生态安全压力指数逐渐减小，生态安全状态和生态安全响应指数逐渐增大，并且生态安全状态和生态安全响应上升的幅度大于生态压力减小的幅度，因此，虽然整体生态安全水平有所提高，但是生态环境压力不容小觑，距离“非常安全”等级的目标还比较远。

（2）2000、2006、2011、2018 4个时间节点17个地级市生态安全综合评价指数大多数呈现出先减小-后增大-再减小的倒 “N”字形，说明生态安全水平在改善的同时也面临一定的风险，生态安全意识和生态安全措施要持续稳定的加强。城市生态安全空间格局向东、向北转移，“比较安全”等级范围不断扩大，从威海扩大到东营和青岛，生态安全空間格局高低交错分布。生态安全空间格局总体上表现为东部地区优于中部地区、中部地区优于西部地区、北部地区优于南部地区的高低交错分布的态势。以“一般安全”等级为主，“比较安全”类型出现在东部沿海地区和鲁北地区，即山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区 ，也是山东段“一蓝一黄”重点发展区域。生态安全问题比较突出的是鲁西、鲁西北的边缘地带德州、菏泽和传统工业占较大比重的鲁中南地区的淄博、临沂。

虽然从整体上看山东段生态安全状况逐渐好转，但是也存在一些问题，比如高速增长的经济所带来的生态环境压力问题仍然非常严峻，区域内生态安全现状发展不平衡，有些城市甚至面临生态安全“不安全”的状态，因此，生态安全问题仍然是目前和未来山东段区域可持续发展的关键所在。根据实证分析和发现的问题，提出以下3点建议：

（1）全面深入贯彻“生态文明建设”的发展理念，稳步降低各地市的生态安全压力，有针对性地保护和治理生态环境。通过分析可以发现，山东段整体生态安全趋于良好，但是在2018年也出现一部分城市生态环境评价指数下滑的现象，因此要继续强化“生态文明”的发展理念，加强环境督查和监管力度，持续开展生态治理修复工程，加强山水林田湖草综合整治力度，绝不放松。严格控制企业污染物排放总量，继续加大环保治理投入力度，在合适的地区大面积进行植树造林，净化生态环境，打造绿水青山的生态环境，遏制由于人口总量和经济总量增长对资源与环境造成的巨大压力。

（2）将生态安全和环境保护作为新一轮国土空间规划的重要目标和任务。全面深入开展山东资源环境承载力评价和国土空间开发适宜性评价，科学划定各城市的生态空间和生态保护红线，开展生态修复，严格控制国土空间开发规模和开发强度，优化调控城镇空间-农业空间-生态空间“三大空间”之间的比例和空间组合关系。

（3）转变经济增长方式，推进各城市实现经济结构转型，实现黄河流域山东省生态保护和高质量发展，从源头遏制生态环境的恶化。山东省是典型的工业大省，工业结构中煤炭、机械、冶金等重工业所占的比重较大，这种高投入-高污染-低产出的粗放型经济增长方式给生态环境带来了巨大的压力，对资源的消耗较大，污染物的排放总量较多，生态压力指数不断下降。因此，要从源头上去遏制生态环境压力的继续恶化，特别是生态安全濒临“不安全”状态的重工业城市淄博市、临沂市，通过转变经济增长方式，发展循环经济，提高资源的利用效率，实现从粗放型向集约型的转变。同时加强钢铁、建材、火电、焦化、铸造等企业的综合整治，加大淘汰落后产能的整治力度，加大对高污染行业的环保考核和监管力度，实现建设资源节约型和环境友好型社会的目标。

由于目前学术界对生态安全综合评价指标体系没有形成统一的认识，再加上数据的可获取性，因此在构建生态安全评价指标体系时，对于指标体系的科学性和完备性尚有一定的欠缺，权重的确定采用熵值法，缺少研究者对于客观现象的主观认识，对于分析结果缺乏深入的机制分析。但是，该研究尝试从PSR模型中的3个子系统分别进行充分的论证，比单纯进行生态安全综合评价更能够准确地反映区域生态环境的演化特征，从而发现生态安全中存在的薄弱环节。生态安全问题仍然是目前和未来中国区域可持续发展的关键所在，后续研究中要继续完善，不断丰富城市群生态安全研究的相关内容。

参考文献

［1］CHERRY W A.Comments：What is ecological security？［J］.Peach research，1995，27（2）：87-89.

［2］NORTON S B，RODIER D J，VAN DER SCHALIE W H，et al.A framework for ecological risk assessment at the EPA［J］.Environmental toxicology and chemistry，1992，11（12）：1663-1672.

［3］HUGHEY K F D，CULLEN R，KERR G N，et al.Application of the pressure.state.response framework to perceptions reporting of the state of the New Zealand environment［J］.Journal of environment management，2004，70（1）：85-93.

［4］ROGERS  K S.Ecological  security  and  multinational  corporations［J］.Environmental change and security project report，1997，28（3）：29-36.

［5］胡志仁，龚建周，李天翔，等.珠江三角洲城市群生态安全评价及态势分析［J］.生态环境学报，2018，27（2）：304-312.

［6］唐呈瑞，逯承鹏，杨青，等.东北老工业区生态安全动态演变过程及驱动力［J］.生态学报，2017，37（22）：7474-7482.

［7］王耕，周腾禹.基于文献计量分析的区域生态安全研究热点与趋势［J］.生态学报，2019，39（18）：6950-6957.

［8］刘晓阳，曾坚，贾梦圆，等.闽三角城市群生态安全格局构建及城镇扩展模拟［J］.生态学报，2020，40（21）：7873-7885.

［9］姚彤，赵君.内蒙古鄂尔多斯市城镇化进程中土地生态安全动态评价研究［J］.中国农业资源与区划，2020，41（6）：138-143.

［10］赵文力，刘湘辉，鲍丙飞，等.长株潭城市群县域生态安全评估研究［J］.经济地理，2019，39（8）：200-206.

［11］崔馨月，方雷，王祥榮，等.基于DPSIR模型的长三角城市群生态安全评价研究［J］.生态学报，2021，41（1）：302-319.

［12］张玉泽，任建兰，刘凯，等.山东段生态安全预警制度及时空格局［J］.经济地理，2015（11）：167-171.

［13］谢余初，巩杰，张玲玲.基于PSR模型的白龙江流域景观生态安全时空变化［J］.地理科学，2015，35（6）：790-797.

［14］陈妮，鲁莎莎，关兴良.北京市森林生态安全预警时空差异及其驱动机制［J］.生态学报，2018，38（20）：7326-7335.

［15］汤旭，冯彦，鲁莎莎，等.基于生态区位系数的湖北省森林生态安全评价及重心演变分析［J］.生态学报，2018，38（3）：886-899.

［16］秦鹏，张志辉，刘庆.黄河三角洲滨海湿地生态安全评价［J］.中国农业资源与区划，2020，41（8）：145-153.

［17］陈昆仑，齐漫，王旭，等.1995—2015 年武汉城市湖泊景观生态安全格局演化［J］.生态学报，2019，39（5）：1725-1734.

［18］王怡然，张大红，吴宇伦.基于DPSIR模型的森林生态安全时空间变化研究：以浙江省79个县区为例［J］.生态学报，2020，40（8）：2793-2801.

［19］侯成成，赵雪雁，张丽，等.基于熵组合权重属性识别模型的草原生态安全评价：以甘南黄河水源补给区为例［J］.干旱区资源与环境，2012，26（8）：44-51.

［20］李杨，李海东，施卫省，等.基于神经网络的土壤重金属预测及生态风险评价［J］.长江流域资源与环境，2017，26（4）：591-597.

［21］任平，洪步庭，周介铭.长江上游农业主产区耕地生态安全评价与空间特征研究［J］.中国人口·资源与环境，2013，23（12）：65-69.

［22］陈蓓.基于生态足迹模型的川西南高原地区生态安全评价：以甘孜藏族自治州为例［J］.中国农业资源与区划，2019，40（6）：185-190.

［23］黄和平，杨宗之.基于PSR-熵权模糊物元模型的森林生态安全动态评价：以中部6省为例［J］.中国农业资源与区划，2018，39（11）：42-51.

［24］张洪，王安琦，宋贝扬.基于OWA的大理市土地生态安全评价研究［J］.地理科学，2017，37（11）：1778-1784.

［25］秦晓楠，程钰.中国旅游城市生态安全系统评估与类型划分研究：基于节点权重约束网络DEA模型［J］.地理科学，2019，39（1）：156 -163.

［26］向丽.长江经济带土地生态安全综合评价及比较研究［J］.江苏农业科学，2018，46（7）：282-286 .

［27］何珍珍，王宏卫，杨胜天，等.渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化［J］.生态学报，2019，39（15）：5473-5482.

［28］张家其，吴宜进，葛咏，等.基于灰色关联模型的贫困地区生态安全综合评价：以恩施贫困地区为例［J］.地理研究，2014，33（8）：1457-1466.