基于DPSIR模型的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價——以衡陽市為例

鄒 君，吳順山

（衡陽師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽 421008）

基于DPSIR模型的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價
——以衡陽市為例

鄒 君，吳順山

（衡陽師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽 421008）

根據(jù)DPSIR模型的原理，從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響及響應(yīng)5個方面建立衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法賦予指標(biāo)權(quán)重，采用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)建評價模型，對衡陽市2004—2008年生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行了實證評價研究。結(jié)果表明衡陽市的總體健康狀況2004年處于病態(tài)狀況，2005—2007年處于不健康狀態(tài)，2008年處于亞健康狀態(tài)，衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況趨于好轉(zhuǎn)。

DPSIR模型；生態(tài)系統(tǒng)健康；衡陽市

0 引 言

城市是地表最為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一，具有開發(fā)性、依賴性、脆弱性、復(fù)合性等特點，而且極易受到自然環(huán)境條件和人為因素變動的干擾［1］。就我國大多數(shù)城市環(huán)境現(xiàn)狀而言，它們正以最脆弱的生態(tài)環(huán)境承載著數(shù)量最多的人口和最大的經(jīng)濟(jì)活動強度。因此，城市生態(tài)系統(tǒng)的健康問題就顯得非常重要。

生態(tài)系統(tǒng)健康問題研究成果不少，但主要集中在湖泊／流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價［2－4］、森林生態(tài)系統(tǒng)健康長期監(jiān)測［5－6］、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價［7］等方面。近年來，城市生態(tài)系統(tǒng)健康問題得到了比較多的關(guān)注［8－10］。但是，城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標(biāo)體系、評價標(biāo)準(zhǔn)以及評價方法等方面均還存在一些問題和諸多隨意性，因此，尚需加強這方面的學(xué)術(shù)探討。衡陽市位于湖南中南部，湘江中游，轄12縣（區(qū)、市），面積1.53×104km2，人口723萬人。衡陽市建成區(qū)面積接近100km2，城市人口100萬有余。目前衡陽市總體處于“三化”進(jìn)程中，生態(tài)環(huán)境日益惡化。因此，探討其生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不健康癥狀的機理、提出維持其生態(tài)系統(tǒng)健康的管理對策、促使其生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，已成為一項十分迫切和緊要的任務(wù)?；诖?，本文擬運用DPSIR模型構(gòu)建評價指標(biāo)體系，采用模糊數(shù)學(xué)理論建立衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型，并對其2004—2008年的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評價與分析，以期為衡陽城市生態(tài)健康發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 基于DPSIR模型的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系及評價方法

1.1 DPSIR模型

DPSIR模型是由歐洲環(huán)境組織（EEA）為綜合分析和描述環(huán)境問題及其和社會發(fā)展的關(guān)系而發(fā)展出來的［11］。該模型涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三大要素，不僅表明了社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類行為對環(huán)境的影響，也表明了人類行為及其最終導(dǎo)致的環(huán)境狀態(tài)對社會的反饋［12］。這些反饋是由社會為應(yīng)對環(huán)境狀態(tài)變化以及由此造成對人類生存環(huán)境不利的影響而采取的措施組成。DPSIR是一個組織環(huán)境狀態(tài)信息的通用框架，包括驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)五個部分［13］，每一部分代表一種類型的指標(biāo)，每類指標(biāo)又分為若干指標(biāo)項。

1.1.1 驅(qū)動力指標(biāo)

指由于社會、經(jīng)濟(jì)、人口發(fā)展以及相應(yīng)的人類生活方式和消費、生產(chǎn)方式的改變對資源可持續(xù)發(fā)展和利用產(chǎn)生影響的指標(biāo)。主要包括人口增長指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)等。

1.1.2 壓力指標(biāo)

該指標(biāo)給出了排放量、有機物使用和資源使用等信息。比如說用水量、污水排放量、有機物含量等。壓力通過社會生產(chǎn)和消費模式改變自身的自然狀況從而使環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化。壓力指標(biāo)與驅(qū)動力指標(biāo)都是描述影響資源變化原因的指標(biāo)，但兩者有所區(qū)別，前者是后者的“表現(xiàn)形式”，反映導(dǎo)致環(huán)境變化的直接原因。后者是“潛在的”，是導(dǎo)致整個生產(chǎn)消費層面的變化，產(chǎn)生影響的最關(guān)鍵、最原始因素。

1.1.3 狀態(tài)指標(biāo)

描述的是在特定區(qū)域、特定時間內(nèi)物理、生物和化學(xué)現(xiàn)象的水平、數(shù)量或質(zhì)量。環(huán)境狀態(tài)的改變對整個生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生環(huán)境、經(jīng)濟(jì)上的影響，最終對人類健康、社會福利、社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響。

1.1.4 影響指標(biāo)

描述了由于上述因素引起的環(huán)境狀態(tài)的改變，反映了狀態(tài)變化的最終結(jié)果。例如，植被覆蓋率等。

1.1.5 響應(yīng)指標(biāo)

描述的是政府、組織和人為預(yù)防、減輕、改善或者適應(yīng)非預(yù)期的環(huán)境狀態(tài)變化而采取的對策。例如，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)改善污染源的監(jiān)控手段、發(fā)展清潔生產(chǎn)、引導(dǎo)可持續(xù)的生產(chǎn)和消費方式等。

1.2 基于DPSIR模型的指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)DPSIR模型的城市生態(tài)健康系統(tǒng)評價指標(biāo)內(nèi)涵和指標(biāo)選取的原則，在大量閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料和實地調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)指標(biāo)的可行性量化分析和對各項可行指標(biāo)的篩選，設(shè)計了由21個評價指標(biāo)組成的指標(biāo)體系?；旧夏軌蛉?、科學(xué)、準(zhǔn)確地覆蓋和描述衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和特征（表1）。

表1 衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系Tab.1 Indicators of ecosystem health assessment in Hengyang

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

本文將所評價的健康標(biāo)準(zhǔn)劃分為5級：病態(tài)、不健康、亞健康、健康、很健康。以相關(guān)文獻(xiàn)的建議值作為很健康的標(biāo)準(zhǔn)值，以全國最低值為病態(tài)的限定值，在前者基礎(chǔ)上向下浮動20% 作為較健康和一般健康的標(biāo)準(zhǔn)值，在后者基礎(chǔ)上向上浮動20% 作為不健康和一般健康的標(biāo)準(zhǔn)值，前后兩次確定的一般健康標(biāo)準(zhǔn)值相互調(diào)整得到最終值［14］（表2）。

表2 衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Hengyang indicators of ecosystem health assessment grading standards

續(xù)表

2 衡陽市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果分析

2.1 評價模型

生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的好壞是相對于標(biāo)準(zhǔn)值而言的，健康與否只是一個相對概念，可以作為一個模糊問題來處理［15］。因此，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的概念和方法構(gòu)建衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型比傳統(tǒng)的評價方法能夠更符合實際地描述現(xiàn)實情況。其評價模型為

（1）式中：R為衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況矩陣；W為五個評價要素（驅(qū)動力，壓力，狀態(tài)，影響，響應(yīng)）對總體健康的權(quán)矩陣，W＝ （W1，W2，W3，W4，W5）。在此主觀賦予每個評價要素以相同的權(quán)重W＝（0.2，0.2，0.2，0.2，0.2）；（2）式中 ，Rij是第i個評價要素對第j標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度；（3）式中ωk是各評價要素中對第k個指標(biāo)所賦予的權(quán)重；rkj為第k個指標(biāo)對第j標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度。

相對隸屬度的計算是模糊數(shù)學(xué)方法的關(guān)鍵，其計算主要分正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)兩種計算方法：

（A）對正向指標(biāo)其計算公式為

①當(dāng)Xi＜Si，1時，

②當(dāng)Si，j≤Xi≤Si，j＋1時

③當(dāng)xi＞si，5時，

（B）對負(fù)向指標(biāo)其計算公式為

①當(dāng)Xi＞Si，1時，

②當(dāng)si，j＋1≤xi≤si，j時

③當(dāng)xi＜si，5時，

式中：rij為第i個指標(biāo)對第j級標(biāo)準(zhǔn)的相對隸屬度；xi為第i個指標(biāo)的現(xiàn)狀值；si，j為第i個指標(biāo)的第j級健康標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重采用層次分析法（AHP）確定：首先通過邀請專家對層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，判斷結(jié)果采用傳統(tǒng)的9標(biāo)度法，即兩要素F1和F2比較，如果F1和F2同等重要，則比較結(jié)果取1，F(xiàn)1比F2稍重要，則比較結(jié)果取3，F(xiàn)1比F2明顯重要，則比較結(jié)果取5，F(xiàn)1比F2重要得多，則比較結(jié)果取7，F(xiàn)1比F2極端重要，則比較結(jié)果取9，判斷結(jié)果為上述兩相鄰結(jié)果的折衷，則取2、4、6、8中的某個值。最終結(jié)果為各專家判斷結(jié)果的平均。然后，計算層次單排序及總排序，檢驗判斷矩陣一致性及群組決策一致性；最后，采用加權(quán)幾何平均綜合排序向量法計算得到指標(biāo)層各評價因子相對于地表水資源脆弱性的權(quán)重。具體計算方法見文獻(xiàn)［16］。經(jīng)計算得出各因子的權(quán)重見表3。

表3 衡陽市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)權(quán)重Tab.3 Weights of urban ecosystem indicators

2.3 評價結(jié)果

在確立了城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系、標(biāo)準(zhǔn)、模型后，將其運用到衡陽市的生態(tài)系統(tǒng)健康評價中。

根據(jù)公式（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）得出2004—2008年第i個評價要素對第j標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度（略）。

再根據(jù)公式（1）計算得出2004—2008年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況矩陣：

2.4 評價結(jié)果分析

按照最大隸屬度原則，衡陽市的總體健康狀況2004年處于病態(tài)狀況外，2005—2007年處于不健康狀態(tài)，2008年處于亞健康狀態(tài)，說明衡陽市整體健康狀況趨于好轉(zhuǎn)（圖1）。病態(tài)和不健康2個評價級別的隸屬度之和2008＜2007＜2006＜2005＜2004年，說明衡陽市的健康狀況總體從病態(tài)狀態(tài)趨向于不健康、亞健康狀態(tài)，健康狀況逐年好轉(zhuǎn)。2008年亞健康、健康、很健康3個評價級別的隸屬度之和大于0.5，達(dá)到了0.6，表示在實施有效的生態(tài)管理措施后城市生態(tài)系統(tǒng)能夠朝著健康有序方向發(fā)展。

圖1 衡陽市2004—2008年城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果Fig.1 Hengyang City，2004—2008urban ecosystem health assessment results

從衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動力來看，其指標(biāo)隸屬度值逐漸降低，且變化趨勢明顯。2008年人均GDP達(dá)到1.42萬元，是2004年的1.82倍，但與4萬元的健康標(biāo)準(zhǔn)差距較大；2008年城市人口密度1 785人，低于亞健康狀態(tài)；城市化水平逐年升高，使城市生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動力逐年向亞健康狀態(tài)發(fā)展。

從衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力來看，總體處于病態(tài)狀態(tài)。主要是因為部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和社會指標(biāo)有所惡化和增加速度較慢。人均污水排放量與2004年相比增加了近82%；人均道路面積、人均耕地面積、增加速度較慢，一直處于病態(tài)狀態(tài)；但是，人均煙塵排放量比2004年減少20%。說明衡陽市城市生態(tài)系統(tǒng)缺乏一定的合理性，在未來的發(fā)展中要改變這種不合理狀況。

從衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)來看，除了2004、2005年處于不健康狀態(tài)外，2006—2008年一直處于健康狀態(tài)。森林覆蓋率穩(wěn)定在44%；人均居住面積、萬人擁有公交車輛均大幅度的提升，其中人均居住面積在2008年達(dá)到了45m2／人；第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重始終保持在37%。

從衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)的影響來看，2004年為病態(tài)狀態(tài)，2005—2006為不健康狀態(tài)，2007—2008年為亞健康狀態(tài)。主要原因是人口平均壽命、人均綠地面積、公眾對環(huán)境的滿意度這三項指標(biāo)都在不斷地增加，特別是人均綠地面積增加了125%。說明衡陽市在市政建設(shè)及改善人民生活條件方面作出了大量的努力。

從衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)來看，廢物處理能力提高（生活垃圾無害化率2008年達(dá)到了48.5%，生活污水處理率在2008年達(dá)到39.4%，工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率穩(wěn)定在85%）；物質(zhì)循環(huán)利用率提高（2008年工業(yè)廢物綜合利用率達(dá)到了74%，是2004年的1.72倍）。

以上對衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康變化的各種因素分析和評價中，我們可以得出以下的結(jié)論：（1）2004—2008年，衡陽市生態(tài)系統(tǒng)總體處于不健康狀態(tài)，但總體健康狀況逐年好轉(zhuǎn)；（2）影響衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較為有利因素主要是驅(qū)動力、狀態(tài)、響應(yīng)三個方面；（3）影響衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較不利因素主要是壓力、影響兩個方面。

3 提高衡陽市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的對策與措施

根據(jù)以上現(xiàn)狀評價，衡陽城市生態(tài)系統(tǒng)尚處于不健康、亞健康狀態(tài)，還存在不少不利因素影響了城市生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展，因而很有必要針對這些問題提出相應(yīng)的對策。

3.1 調(diào)整城市工業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局

根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展要求，以構(gòu)筑高層次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善自主創(chuàng)新體系為宗旨。第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展要因地制宜，規(guī)模經(jīng)營，逐步提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。第二產(chǎn)業(yè)走新型工業(yè)化道路，加快形成支柱產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為主體，以都市型工業(yè)為重要補充的新型工業(yè)結(jié)構(gòu)。第三產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展物流、旅游、文化、教育、中介等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)。充分利用財政、金融等經(jīng)濟(jì)手段和信息平臺等優(yōu)勢，為第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支持。

3.2 建設(shè)城市生態(tài)人居體系

建設(shè)城市生態(tài)人居體系主要從以下幾個方面著手進(jìn)行：（1）優(yōu)化人居建設(shè)布局，合理規(guī)劃居住用地，建設(shè)親水、親綠、親田園宜居的社區(qū)；（2）構(gòu)建與保護(hù)城市景觀體系，建設(shè)城市道路、綠地、林地景觀帶。（3）完善城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，健全公交網(wǎng)絡(luò)、公共衛(wèi)生體系、城市工用設(shè)施；推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，加快農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，加強村鎮(zhèn)環(huán)境綜合治理。（4）開展生態(tài)市系列創(chuàng)建工程，深入開展環(huán)境優(yōu)美鄉(xiāng)鎮(zhèn)和文明生態(tài)村創(chuàng)建活動，積極創(chuàng)建生態(tài)宜居社區(qū)。（5）促進(jìn)和諧社會建設(shè)，著力解決群眾關(guān)心的環(huán)境問題，大力健全社會保障制度。

3.3 進(jìn)行有序化的城市功能組織系統(tǒng)建設(shè)

城市中工業(yè)生產(chǎn)、居住休閑、商業(yè)貿(mào)易、科技文化、交通運輸?shù)雀鞣N不同的功能對城市生態(tài)環(huán)境的影響特點和方式是不用的，衡陽市在總體規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)樹立生態(tài)觀念，根據(jù)城市所在區(qū)域的自然生態(tài)特征，科學(xué)合理并因地制宜的進(jìn)行空間布局，避免、調(diào)整和改變不同功能的相互混雜、相互干擾的無序狀態(tài)，實現(xiàn)城市功能組織系統(tǒng)的有序化。

［1］鐘業(yè)喜，彭薇.城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價初探［J］.江西科學(xué)，2003，21（3）：254－256.

［2］羅躍初，周忠軒，孫軼.流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法［J］.生態(tài)學(xué)報，2003，48（8）：1606－1614.

［3］龍笛，張思聰，樊朝宇.流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究［J］.資源科學(xué)，2006，28（4）：38－44.

［4］馬牧源，劉靜玲，楊志峰.生物膜法應(yīng)用于海河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價展望［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，30（2）：226－236.

［5］肖風(fēng)勁，歐陽華，傅伯杰.森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)及其在中國的應(yīng)用［J］.地理學(xué)報，2003，58（6）：803－809.

［6］魯紹偉，劉鳳芹，余新曉.北京市八達(dá)嶺林場森林生態(tài)系統(tǒng)健康性評價［J］.水土保持學(xué)報，2006，20（3）：25－32.

［7］武蘭芳，歐陽竹，唐登銀.區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康定量評價［J］.生態(tài)學(xué)報，2004，24（6）：2740－2748.

［8］郭秀銳，楊居榮，毛顯強.城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價初探［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2002，22（6）：525－529.

［9］曾勇，沈根祥，黃沈發(fā)，等.上海城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價［J］.長江流域資源與環(huán)境，2005，14（2）：269－273.

［10］胡延蘭，楊志峰，何孟常，等.一種城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法及其應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，25 （2）：269－274.

［11］邵超峰，鞠美庭，何迎，等.基于DPSIR模型的生態(tài)港口指標(biāo)體系研究 ［J ］.海洋環(huán)境科 學(xué)，2009，28（3）：333－337.

［12］高波，王莉芳，莊宇.DPSIR模型在西北水資源可持續(xù)利用評價中的應(yīng)用［J］.四川環(huán)境，2007，26（1）：33－35.

［13］熊鴻斌，劉進(jìn).DPSIR模型在安徽省生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價中的應(yīng)用［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，32（3）：305－309.

［14］周祖光.海南島生態(tài)系統(tǒng)健康評價［J］.水土保持研究，2007，14（4）：201－204.

［15］曹 歡，蘇維詞.基于模糊數(shù)學(xué)綜合評價法的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康評價［J］.水土保持研究，2009，16（9）：149－152.

［16］楊青，王麗燕.層次分析法與功能評價［J］.價值工程，1995，（4）：28－29.

Urban Ecosystem Health Evaluation and Analysis Based on DPSIR Model——A Case Study in Hengyang

ZOU Jun，WU Shun－shan
（Department of Resources，Environment and Tourism Management，Hengyang Normal University，Hengyang Hunan 421008，China）

Based on DPSIR model，A evaluation index of city eco－system health was established，which inclued driving force，pressure，state，and related response five aspects.The weights of the indice are given by analytic hierarchy process and the evaluation model was build using the fuzzy mathematics method.The value of ecosystem health index was caculated during 2004—2008in hengyang.The results showed that the overall health of Hengyang City was pathological in 2004，unhealthy during 2005—2007and sub－h(huán)ealth state in 2008.

DPSIR model；ecosystem health；Hengyang City

X321.013

A

1673－0313（2011）06－0113－05

2011－10－09

湖南省社科規(guī)劃項目（09YBB050）；湖南省人文地理重點建設(shè)專業(yè)資助；湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持計劃資助

鄒 君（1973－），男，湖南邵陽人，副教授，博士，主要從事水資源利用與區(qū)域經(jīng)濟(jì)方面的研究工作.