郭　闽, 黄　鹏, 何天友, 陈凌艳, 郑郁善

(1.福建农林大学园林学院；2.福建农林大学林学院，福建 福州 350002)

基于PSR模型的城市生态安全动态评价——以福建省三明市为例

郭闽1, 黄鹏2, 何天友1, 陈凌艳1, 郑郁善1

(1.福建农林大学园林学院；2.福建农林大学林学院，福建 福州 350002)

摘要:运用“压力-状态-响应”概念模型分析福建省三明市生态安全程度以及空间分布规律.通过构建生态安全评价指标体系，选择出20个指标，采用熵值法和层次分析法计算权重.研究主导城市生态安全的关键生态环境要素，评价2004年至2013年城市生态安全现状及趋势.结果表明，三明市的城市生态安全基本处于稳定、上升趋势，安全等级较高.

关键词:生态安全; PSR; 熵权法; 动态评价

收稿日期：2014-02-26修回日期：2014-09-12

作者简介:郭闽(1989-)，女，硕士研究生.研究方向:园林规划.Email:578928862@qq.com.通讯作者郑郁善(1960-)，男，教授，博士生导师.研究方向:园林规划.Email:zys1960@163.com.

中图分类号:X171.4

文献标识码:A

文章编号:1671-5470(2015)01-0090-06

Abstract:The ecological security level and spatial distribution rules of Sanming City of Fujian Province were analyzed by the concept model of “press-state-response”. 20 indexes were selected by constructing the evaluation system of ecological safety, and the weight was calculated by the methods of entropy weight and hierarchy analysis. The critical indexes dominating urban ecological security were studied, and the urban ecological security of Sanming City from 2004 to 2013 was evaluated. The result showed that Sanming′s ecological security was increasingly improving, and the security level was high.

Urban ecological safety dynamic evaluation based on PSR model——

taking Sanming City of Fujian Province as an example

GUO Min1, HUANG Peng2, HE Tian-you1, CHEN Ling-yan1, ZHENG Yu-shan1

(1.College of Landscape Architecture; 2.College of Forestry, Fujian Agriculture

and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Key words: ecological security; PSR; entropy weight method; dynamic evaluation

生态系统健康的整体水平和完整性不受威胁，称为生态安全[1].城市生态系统是在自然生态系统的基础上，经过长期的人为干扰而建立起来的人工生态系统，它相比于其他生态系统，具有明显的脆弱性和对人为干预的高度依赖性等特点.同时，城市生态安全是国家生态安全的关键，存在较高人口压力、环境压力、能源消耗压力等问题[2]，因而维护城市生态安全对于国家生态安全有着不可替代的作用[3-4].目前，对于生态安全的研究是以区域性的生态描述和生态评价为主,对于特定某个城市生态安全研究还不够完善，存在评价方式较为单一、过于主观等问题[5-7]，且不能反映出城市生态安全的动态变化.

为了评价城市生态安全的水平，本文采用联合国经济开发合作署提出的“压力-状态-响应”(PSR)概念模型[5]，构建城市生态安全评价体系.根据PSR模型，压力层是人类活动对于生态环境的不当响应或结果，包括人类的生产生活行为、建筑、交通等因素.状态层是生态环境对于压力的表现形式和反应，具体表现为大气质量、生态多样性等.响应层是对压力的反应以及减小压力所带来的负面效果.本研究以福建省三明市为例进行城市生态安全状态的分析，建立能够客观反映地区生态状况的评价体系.

1研究区概况

三明市位于福建省中部，地处北纬25°30′-27°07′，东经116°22′-118°39′.地形以中低山及丘陵为主，北西部为武夷山脉，中部为玳瑁山脉，东南角依傍戴云山脉.温暖湿润，四季分明，属中亚热带季风气候，动植物资源丰富.由于海西建设的快速推进，三明市的交通区位得到极大提升，并逐步成为福建省连接中部地区的重要通道枢纽.

2研究方法

2.1　评价体系的建立及数据来源

城市生态安全动态评价主要基于以下两方面数据：一、评价指标，主要是基于其目的性、整体性和代表性，并参考相关文献[5-10]，选择20个能够代表三明市特色的评价指标，构建评价指标体系(图1)；二、2004-2013年三明市经济社会统计数据和相关气象数据[11-13]，个别缺失的数据通过均值法取得.

图1　三明市生态安全评价体系

2.2　单项指标的计算

2.2.1数据标准化数据标准化熵是度量不确定性的指标，根据不确定性大小的变化而变化，因此可以用熵值来判定指标的离散程度.对于某些不能单纯用数值大小来判断的指标(如降水量)，以最适宜值为参照，即1981-2010年30 a气候标准值，通过比较对应指标与参照值之差的绝对值来对数据进行处理[10].

(1)

若选择的指标因子为成本型指标(负向)，则依据下式计算：

(2)

2.2.2熵值法的权重计算将标准化后的矩阵Y={yij}m×n按下式进行计算.根据下式，第j项指标的信息熵值e表示为：

(3)

第j项指标的权重W表示为：

(4)

2.2.3层次分析法构权通过构建层次结构模型来进行层次分析法构权.层次分析法是为避免单纯的定性分析所造成的误差，对建立的评价模型按照1-9标度法将所选择的评价指标进行两两比较，参考专家意见以及相关资料，根据其重要性程度构建判断矩阵；自上而下，将隶属于同一层的因素进行对比之后，形成一个n维的判断矩阵.

(5)

2.3　城市生态安全等级

根据上述方法得出城市生态安全综合评价指数Si，对所得的生态安全指标因子进行生态安全等级的划分，从而划定城市生态安全的等级，以便于采取相应的对策[4-6].

城市生态安全综合评价指数Si表示如下：

(6)

2.4　城市生态安全评价

通过线性插值法获得标准化数据，使得评价指标的数值不集中在某个阈值内，而是分散在0到1之间，能够为综合指数的量化分级提供条件.由于某些评价因子无科学标准值，因而难以计算出城市生态安全的标准值.本文采取趋势法对三明市近10 a的生态安全综合评价指数Si进行评价.

2.4.1趋势分析因为城市生态系统处于不断发展的动态变化之中，其生态系统具有动态性特征，因而评估城市生态系统安全需在一个时间段内才有意义[13].如图2所示，仅从状态上分析，T2点处于不断恶化的下降趋势，T3点则处于一个相对平稳的趋势，T4点位于拐点上，而T5点处于不断上升的趋势.可见，要客观评价一个城市在发展过程中的某一段时间的生态安全，不能仅针对某一个时间点的状态进行分析，而需要给定一个时间的尺度Δt.通过在Δt内的安全评价值的斜率K(Δt)来反映这段时间内生态安全程度的变化趋势.由于城市生态系统处于不断变化之中，可以通过拟合渐近线来反映其变化趋势.

表2　城市生态安全分级标准

图2　城市生态安全的变化趋势Fig.2　Change trend of urban ecological security

2.4.2动态评价城市生态系统安全评价必须建立在系统特征的基础上[14-16].从图2可知，城市生态安全体现在系统发展方向和时间段2个方面，必须结合系统的发展趋势和系统状态得出客观的评价.

本研究将趋势分析与状态评价相结合，利用城市生态安全系统的状态变量A(t)以及城市生态安全系统的趋势变量K(Δt)来评价，将城市生态安全分为安全级别和不安全级别.当城市生态系统处于安全级别且发展趋势良好时，判定为安全系统；若系统处于安全级别但发展趋势处于不安全级别(状态中上)，则定义为不稳定安全系统；若系统处于安全级别但发展趋势处于不安全级别(状态中等及以下)，则判断为不安全系统；当城市生态系统处于不安全级别且趋势向不安全方向发展，则判断为恶化的不安全系统；若系统处于不安全级别但趋势向安全方向发展，则判断为可改善的不安全系统[17-18].

3结果与分析

3.1　三明市城市压力指数的变化

2004-2013年压力指数在0.1283到0.2913之间波动，数值总体偏低，于2010年达到最低值.2013年的压力指数为0.2141，比2004年的低0.2556.这主要是由于在这10 a中三明市新建城区面积增长了77.89%，城市化率增长了11.5个百分点，人口自然增长率维持在5%以上，同时工业“三废”排放量长期稳定在较高值.说明三明市人口增长的压力、城市化进程的加速对城市生态环境仍有较大影响.

3.2　三明市城市状态指数的变化

状态指数在近10 a呈现震荡上升趋势，从2004年的0.0556上升到2013年的0.1711，年均增幅达3.24%.表明三明市城市生态环境状态正在逐渐好转.这主要是由于市区空气质量达到二级和优于二级所占的全年天数百分比由2004年的68%上升到2013年的98.3%；建成区绿化覆盖率也常年维持在40%以上，而人均公园绿地面积也增长了近5 m2；同时，自然灾害也是导致状态指数波动的因素之一.2011年南方各省遭受50 a来最严重的旱灾，直接影响到当年的全年降水量，这也表现在当年的状态指数明显低于前后2 a，为近10 a的第2个低值.

3.3　三明市城市响应指数的变化

响应指数整体呈上升趋势，主要表现为近10 a来污水处理率、生活垃圾无害化处理率2项指标持续呈上升态势，工业固体废物综合利用率也稳定在一个较高水平.同时，公共交通状况也有较大幅度改善，三明市运营公交车总数由2004年的251辆增长到2013年的333辆.此外，三明市对水土流失的治理工作也取得一定成效，年均水土流失面积减少近6000 hm2.自2011年以来，响应指数稳中有升，于2013年达到最高值(0.2047)，较2004年的0.0435增长了470.57%.

3.4　三明市城市生态安全评价指数的相关性分析

从图4可看出，2004-2013年，人均地区生产总值、人口自然增长率、市区空气质量和城市生活污水处理等指标对于三明市城市生态安全有着较大影响.这也表明提高对上述因素的调控和投入，有助于提升三明市城市生态安全状态.

图3　2004-2013年三明市生态安全评价结果

图4　各指标与城市生态安全评价指数相关性分析Fig.4　Correlation analysis between indicators and ecological security assessment index of Sanming City

3.5　三明市城市生态安全评价指数的变化及预测

三明市的城市生态安全评价指数整体呈现“S”型上升趋势，且上升幅度较大，从2004年的不安全等级(0.3547)上升到2013年的较安全等级(0.5899).在此过程中，指数在2007年前后出现反复，由2007年的较安全等级(0.5493)下降到2008年的不安全等级(0.4362).从图5可以看出三明市城市生态安全评价指数自2010年后呈现比较稳定的上升趋势，据此可以预测未来城市生态安全评价指数在一定时间内仍处于上升趋势，安全级别及发展趋势良好，所以判断为安全系统.

4小结

本文通过合理选择生态安全评价指标，采用熵值法和层次分析法求权重，并对2004-2013年三明市城市生态系统的安全性进行评价.

图5　三明市城市生态安全评价指数变化趋势分析

本研究结果表明.

(1)三明市的压力指数总体水平不高，但城市生态压力由于人口、建成区面积等问题并没有得到减轻；城市状态指数整体呈上升趋势，但因自然灾害等问题使得其上升趋势出现震荡；城市响应指数因在环境治理上的投入和重视而呈现稳定上升的趋势.

(2)从总体上看，三明市城市生态系统整体趋势趋于好转，地区生产总值、人口增长率、空气质量和污水处理是影响三明市生态系统安全的重要指标.

(3)三明市城市生态安全呈“S”型上升趋势，可以预测未来一段时间内其城市生态安全将处于稳定的上升趋势，并由此判定三明市城市生态安全属于安全级别.

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(责任编辑:叶济蓉)