基于驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)模型的粵港澳大灣區(qū)惠州海岸帶生態(tài)安全評價分析*

何曄宇 匡耀求

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

海岸帶因其特殊的海陸交錯生境成為自然、人類活動的活躍區(qū)域，具有重要的經(jīng)濟利用價值和生態(tài)服務(wù)功能，同時它也是典型的生態(tài)脆弱帶和環(huán)境變化敏感區(qū)[1]。長期以來，我國海岸帶生態(tài)系統(tǒng)大多數(shù)處于亞健康或不健康狀態(tài)[2]?；浉郯拇鬄硡^(qū)以泛珠江三角洲區(qū)域為廣闊發(fā)展腹地，是我國開放程度最高、經(jīng)濟活力最強的區(qū)域之一[3]。灣區(qū)內(nèi)城市群共擁有大陸和島嶼海岸線3 201 km，綿長的海岸線帶來的優(yōu)質(zhì)濱海資源，是灣區(qū)發(fā)展海洋經(jīng)濟、參與建設(shè)“21世紀海上絲綢之路”的基礎(chǔ)。因人口和經(jīng)濟活動等不斷向粵港澳大灣區(qū)集聚，灣區(qū)內(nèi)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)受到越來越嚴重的脅迫，資源環(huán)境問題日益凸顯，而優(yōu)良的自然生態(tài)環(huán)境與穩(wěn)固的海岸帶生態(tài)防護屏障是實現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)高速、高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的重要前提。因此，必須加強對近岸海域生態(tài)環(huán)境及其資源的監(jiān)測、評價與管理，確保海岸帶生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)及社會經(jīng)濟系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可持續(xù)性。

目前國內(nèi)外對海岸帶生態(tài)安全的研究大多集中在模型應(yīng)用和單一生態(tài)因子上。壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型、總需求-總供給(AD-AS)模型、暴露性-敏感性-適應(yīng)能力(VSD)模型和生態(tài)通道模型等被廣泛應(yīng)用于海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能評價、生態(tài)脆弱性評價及其時空分異等方面[4-7]。海岸帶研究集中在近岸海域生物結(jié)構(gòu)功能[8]、海洋資源承載力[9]、海域水質(zhì)現(xiàn)狀評價[10]、土地利用類型變化[11]等內(nèi)容上。由于人類對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)各部分之間的復(fù)雜關(guān)系及相互作用機理認識的局限性，當前缺乏從海岸帶系統(tǒng)整體出發(fā)的綜合研究。本研究將海岸帶生態(tài)系統(tǒng)包含的陸地生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、近岸生態(tài)系統(tǒng)、近海海洋生態(tài)系統(tǒng)這4種典型系統(tǒng)作為一個整體，基于驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(DPSIR)模型[12-13]，構(gòu)建一套較為科學(xué)、系統(tǒng)的海岸帶生態(tài)安全評價指標體系，并以粵港澳大灣區(qū)惠州岸段為例，識別影響惠州海岸帶生態(tài)安全的主要因素，對其海岸帶生態(tài)安全狀況進行評價與分析，為近岸海域保護管理與開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)與決策參考。

1 研究區(qū)概況

惠州位于珠江三角洲東北部、東江中下游地區(qū)，陸域面積約11 346 km2，占珠江三角洲的1/4。惠州西鄰大鵬灣，東與紅海灣相接，南臨南海大亞灣，海洋資源豐富，領(lǐng)海基線以內(nèi)海域面積約4 519 km2，大陸海岸線約281.4 km，是廣東省海洋大市之一，沿海地區(qū)主要為惠東縣和大亞灣區(qū)。海域中淺海面積560.4 km2，可供開發(fā)養(yǎng)殖面積137.3 km2，惠州適宜碼頭工程建設(shè)的岸線長達28.4 km，惠州港具有優(yōu)越的自然條件，是華南地區(qū)的天然良港。

豐富而穩(wěn)定的能源和優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境是世界級灣區(qū)形成與發(fā)展的基礎(chǔ)條件?；葜莸锰飒毢竦臑I海資源、大亞灣石化區(qū)、惠東紅樹林保護區(qū)等使其在粵港澳大灣區(qū)城市群中占據(jù)著不可或缺的地位，極具發(fā)展?jié)摿Α＝陙?，惠州抓住粵港澳大灣區(qū)建設(shè)、“一帶一路”戰(zhàn)略、中韓產(chǎn)業(yè)園合作等機遇，開放空間漸次打開。隨著發(fā)展機遇的增多以及發(fā)展速度的加快，其海岸及海域的大規(guī)模開發(fā)利用活動對惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境安全造成的負面影響也逐漸凸顯。本研究以惠州沿?？h(區(qū))惠東縣和大亞灣區(qū)作為研究區(qū)評價分析其海岸帶生態(tài)安全狀況。

2 數(shù)據(jù)來源與評價方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的指標原始數(shù)據(jù)來源于2008—2017年所需年份的“惠州統(tǒng)計年鑒” “惠州市環(huán)境統(tǒng)計年報” “大亞灣區(qū)環(huán)境質(zhì)量公報” “廣東省海洋環(huán)境狀況公報” “中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報” “中國海洋災(zāi)害公報” “中國海平面公報”等。

2.2 基于DPSIR模型的惠州海岸帶生態(tài)安全評價指標體系

基于DPSIR模型框架和海岸帶生態(tài)安全的內(nèi)涵，根據(jù)海岸帶特有的自然屬性與面臨的生態(tài)問題，充分考慮海岸帶生態(tài)風險形成機制和生態(tài)環(huán)境保護要求，按照科學(xué)性與可操作性、系統(tǒng)性與整體性、針對性和代表性的指標選取原則[14]，將海岸帶生態(tài)安全歸納為驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5個準則層，參考生態(tài)安全評價指標構(gòu)建已有研究成果[15-16]，結(jié)合惠州海岸帶區(qū)域具體情況，共選取26個能夠反映生態(tài)安全特征的因子來構(gòu)建海岸帶生態(tài)安全評價指標體系(見表1)。

2.3 評價指標數(shù)據(jù)標準化

由于各評價指標數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)特征及量綱等不一致，各指標之間不具有可比性。本研究采用極差法對指標原始數(shù)據(jù)進行標準化賦值，將其無量綱化。正向指標和負向指標分別按照式(1)和式(2)進行標準化。

x’ij=(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

(1)

x’ij=(xjmax-xij)/(xjmax-xjmin)

(2)

表1 基于DPSIR模型的海岸帶生態(tài)安全評價指標體系

式中：x’ij為指標原始值xij經(jīng)過標準化處理后的值；xij為第i年第j項指標的原始值；xjmin為第j項指標的最小值；xjmax為第j項指標的最大值。

2.4 評價指標權(quán)重的確定

采用層次分析法(AHP)和專家調(diào)查問卷法確定評價第j項指標主觀權(quán)重(w1j)[17]。AHP是一種多層次權(quán)重決策方法，具有高度的邏輯性和系統(tǒng)性，適用于多指標層的DPSIR模型。利用熵值法確定第j項指標客觀權(quán)重(w2j)[18-19]。指標的信息熵越小，有效信息量越大，對綜合評價的影響越大，指標所占權(quán)重越大；反之亦然。

根據(jù)最小相對信息熵原理，利用拉格朗日乘子法優(yōu)化得到第j項指標組合權(quán)重(wj)計算公式[20]：

(3)

式中：m為指標總數(shù)。

采用主客觀組合賦權(quán)，可在一定程度上避免AHP主觀認知與評判的決定性作用和熵值法純客觀計算模型賦權(quán)的缺點。利用上述方法得到海岸帶生態(tài)安全指標體系中各項指標的組合權(quán)重(見表2)。

2.5 生態(tài)安全綜合評價指數(shù)的計算

第i年海岸帶生態(tài)安全綜合指數(shù)(Ei)計算公式見式(4)：

(4)

Ei取值范圍為[0,1]，其值越大，表明海岸帶生態(tài)安全度越高，反之，海岸帶生態(tài)安全度越低。綜合海岸帶實際情況并參考相關(guān)研究[21]，將海岸帶生態(tài)安全狀態(tài)劃分為5個等級(見表3)。

表2 海岸帶生態(tài)安全評價指標權(quán)重

表3 海岸帶生態(tài)安全狀態(tài)等級

3 評價結(jié)果與分析

3.1 惠州海岸帶生態(tài)安全評價結(jié)果

基于上述海岸帶生態(tài)安全評價指標體系和方法對指標原始數(shù)據(jù)進行標準化賦值及組合權(quán)重分配，進而對屬于粵港澳大灣區(qū)惠州岸段的惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全進行評價分析。根據(jù)海岸帶生態(tài)安全綜合指數(shù)計算公式得到惠東縣、大亞灣區(qū)海岸帶2007、2010、2013、2015、2016年生態(tài)安全綜合指數(shù)(分別如圖1、圖2所示)。

根據(jù)計算得到的惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全評價綜合指數(shù)，粵港澳大灣區(qū)惠州岸段生態(tài)安全等級劃分結(jié)果見表4。

圖1 惠東縣海岸帶生態(tài)安全評價結(jié)果Fig.1 The results of ecological security evaluation of Huidong County coastal zone

惠東縣2007、2010、2013、2015、2016年的海岸帶生態(tài)安全綜合指數(shù)分別為：0.477 2、0.554 0、0.414 2、0.607 6和0.625 0，生態(tài)安全等級由預(yù)警轉(zhuǎn)為較安全，2013年惡化為較危險，后迅速恢復(fù)，2015年好轉(zhuǎn)，為較安全狀態(tài)。大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全綜合指數(shù)結(jié)果為：0.466 9、0.488 8、0.502 5、0.657 7和0.637 6，生態(tài)安全狀況由長時間的預(yù)警狀態(tài)至2015年出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。近10年，惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境安全狀況整體上有波動，但在近年有所改善，目前處于較安全狀態(tài)。

圖2 大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全評價結(jié)果Fig.2 The results of ecological security evaluation of Daya Bay coastal zone

3.2 評價結(jié)果分析

權(quán)重可用來權(quán)衡各評價指標對惠州海岸帶生態(tài)安全影響的相對重要程度。從權(quán)重分配結(jié)果來看，影響力從大到小排名前十的指標為：海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入、地均工業(yè)SO2排放量、工業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、人口密度、環(huán)境保護與治理資金投入、地均工業(yè)廢水COD排放量、臺風風暴潮災(zāi)害次數(shù)、海水富營養(yǎng)化指數(shù)、近岸及海岸濕地面積。這些指標是使惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變的主要因素。

從驅(qū)動力指數(shù)看，2007—2016年，惠東縣海岸帶驅(qū)動力指數(shù)變化較為平穩(wěn)，近年有所下降；大亞灣區(qū)驅(qū)動力指數(shù)從2007年的0.175 1下降到2013年的0.065 0，2015年開始有所回升，整體上呈下降趨勢。說明驅(qū)動力各指標對惠州海岸帶生態(tài)安全的貢獻度在下降，主要原因在于人口、工業(yè)生產(chǎn)和旅游等經(jīng)濟活動在近海區(qū)域的高度集聚伴隨著對各類基本需求的提升，導(dǎo)致對當?shù)刭Y源環(huán)境的開發(fā)利用強度不斷加大，這些社會經(jīng)濟因素的變化均在特定發(fā)展階段對海岸帶生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，它們是驅(qū)動海岸帶生態(tài)系統(tǒng)變化的最原始的、極為關(guān)鍵的因素。

從壓力指數(shù)看，惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶壓力指數(shù)都呈現(xiàn)上升、下降再上升趨勢，兩個海岸帶區(qū)域的壓力指數(shù)均在2013年到達低谷。這一時期，人類活動對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的脅迫作用隨著對經(jīng)濟需求的增長越來越強烈，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)承載的壓力逐年增加。主要表現(xiàn)為高污染、高消耗、高排放工業(yè)行業(yè)對環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)平衡存在嚴重威脅；以工程建設(shè)活動為主的岸線利用方式持續(xù)增加；濱海旅游業(yè)的興起與快速發(fā)展以及主要自然災(zāi)害發(fā)生頻率的增加。2013年后呈現(xiàn)大幅好轉(zhuǎn)趨勢，說明2013年后人類生產(chǎn)生活活動對惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境壓力在減小，主要表現(xiàn)為主要工業(yè)污染物排放量的下降。

從狀態(tài)指數(shù)看，惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶狀態(tài)指數(shù)大體上呈先下降后上升變化，上升趨勢主要出現(xiàn)在2013—2015年期間，說明惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境健康狀況在上述壓力系統(tǒng)下受到同向影響，這與壓力指標的變化趨勢是相吻合的?；葜莺０稁鷳B(tài)環(huán)境狀況的惡化主要表現(xiàn)為濱海濕地面積的不斷減少以及海水富營養(yǎng)化程度的加重。但同時，森林覆蓋率和自然岸線保有率在受到外部環(huán)境壓力的情況下出現(xiàn)了緩慢回升，海岸線以穩(wěn)定岸線為主，擴張岸線比例有所下降；近岸海域海水水質(zhì)達標率在2016年均達到90%以上。因此，惠州海岸帶生態(tài)安全狀況在近年也表現(xiàn)出較樂觀態(tài)勢。

從影響指數(shù)看，惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶影響指數(shù)呈現(xiàn)下降—上升—下降趨勢，在整體呈現(xiàn)大幅下降趨勢的情況下，于2015年出現(xiàn)了一個高峰值，說明2015年前后的海岸帶生態(tài)環(huán)境有了較大改善。近年來風暴潮、海岸侵蝕、海浪等主要海洋災(zāi)害頻發(fā)，沿海地區(qū)受到海洋災(zāi)害的影響加劇，災(zāi)害損失也逐年增多。2013、2016年廣東省較大范圍臺風風暴潮災(zāi)害次數(shù)分別為3、4次，與往年相比頻次較高。受氣候變暖的影響，海平面逐年上升，2016年與2007年相比抬升了44 mm。海岸帶區(qū)域面臨的各種自然災(zāi)害壓力是極不穩(wěn)定因素，對惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境造成較大潛在威脅。

從響應(yīng)指數(shù)看，惠東縣響應(yīng)指數(shù)2016年上升到0.210 1，大亞灣區(qū)響應(yīng)指數(shù)2016年上升到0.191 2。由此可見，惠州近10年所采取的海岸帶生態(tài)環(huán)境保護措施取得了較為明顯的成效?；輺|縣和大亞灣區(qū)在海岸帶區(qū)域城市維護建設(shè)以及環(huán)境保護與治理方面的資金投入逐年增加；工業(yè)廢水達標排放率在近年基本保持在95%以上；海岸帶區(qū)域生產(chǎn)活動資源利用效率逐年提高，單位GDP能耗逐年降低。淘汰重污染企業(yè)，實施清潔生產(chǎn)審核；積極開展生態(tài)建設(shè)，保護自然生態(tài)，這些響應(yīng)措施對惠州遏制海岸帶的生態(tài)功能退化、環(huán)境質(zhì)量惡化、生態(tài)資源衰退等問題產(chǎn)生了顯著效果。

表4 惠州海岸帶生態(tài)安全評價等級

惠東縣和大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全分類指數(shù)大多在2010年后有明顯下降，于2013年達到低谷，生態(tài)安全等級在2013年分別處于較危險和預(yù)警級別。2013年惠州實現(xiàn)GDP 2 678.35億元，GDP增幅居珠三角首位，這一階段是惠州經(jīng)濟邁入高速發(fā)展的關(guān)鍵時期。沿海區(qū)域資源開發(fā)力度加大、沿海城鎮(zhèn)人口增加及外來游客人次激增、主要海洋災(zāi)害頻次增多等都對近岸海域生態(tài)環(huán)境造成巨大的脅迫，這也是惠州海岸帶生態(tài)安全狀況惡化，出現(xiàn)波動的主要原因。2011年，惠州發(fā)布《惠州市環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)“十二五”規(guī)劃》，針對優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能，主要污染物控排，加強自然保護區(qū)建設(shè)與主體功能區(qū)環(huán)境管理，建設(shè)生態(tài)安全結(jié)構(gòu)性控制區(qū)，維護區(qū)域生態(tài)安全等方面作了明確嚴格的要求，對改善惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了積極作用[22]。惠州海岸帶生態(tài)安全狀況在2013年低谷時期之后有明顯改善，至2015年達到較安全級別?；谝陨细饕蛩?，惠州海岸帶生態(tài)安全狀況在研究期間呈波動變化。

4 結(jié)論與建議

2007、2010、2013、2015、2016年，惠東縣海岸帶生態(tài)安全等級分別為：預(yù)警(Ⅲ)、較安全(Ⅱ)、較危險(Ⅳ)、較安全(Ⅱ)、較安全(Ⅱ)。大亞灣區(qū)海岸帶生態(tài)安全等級為：預(yù)警(Ⅲ)、預(yù)警(Ⅲ)、預(yù)警(Ⅲ)、較安全(Ⅱ)、較安全(Ⅱ)。10年間，惠州海岸帶生態(tài)環(huán)境狀況較不穩(wěn)定，整體上呈現(xiàn)出波動變化趨勢，目前處于較安全狀態(tài)。

惠州2013年海岸帶生態(tài)安全狀況在《惠州市環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)“十二五”規(guī)劃》加大生態(tài)環(huán)境保護投入的情況下出現(xiàn)惡化，說明惠州海洋科技總體水平、海岸帶生態(tài)環(huán)境保護應(yīng)對措施及力度仍不足以抵消這一時期持續(xù)增加的生態(tài)環(huán)境壓力。人類對環(huán)境變化和自然災(zāi)害的響應(yīng)、調(diào)節(jié)和反饋的不及時、不合理和不全面也會加劇海岸帶生態(tài)脆弱性[23]。同時，海岸帶生態(tài)環(huán)境對于響應(yīng)措施的反應(yīng)也具有一定程度的滯后性。

影響惠州海岸帶生態(tài)安全的主要原因有工業(yè)的發(fā)展及污染物排放、人類活動密集及人類對近海區(qū)域的大規(guī)模開發(fā)利用、政府響應(yīng)措施實施力度不夠、自然和人為原因所造成的海洋災(zāi)害和資源財產(chǎn)損失。在今后制定治理策略改善海岸帶生態(tài)環(huán)境時，應(yīng)重點關(guān)注這些影響因素?；葜菰谄浣窈蠛Ｑ蠊δ軈^(qū)劃中應(yīng)堅持保護與發(fā)展并重，嚴格遵循陸域和海域的生態(tài)控制紅線，并通過環(huán)境容量和生態(tài)承載力等控制海岸帶開發(fā)規(guī)模與強度；嚴格執(zhí)行準入原則，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)適度重型化，重點引進高端、高效益的高新技術(shù)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)；開展海域海岸帶整治修復(fù)，提升海洋生態(tài)功能；提高沿海區(qū)域城市維護建設(shè)水平，建立生態(tài)風險預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)機制；正確處理好保護管理與開發(fā)利用的關(guān)系。

粵港澳大灣區(qū)作為一個世界級城市群，人口與經(jīng)濟要素高度集聚，在保證其經(jīng)濟、社會、人文發(fā)展的同時，也應(yīng)注重其內(nèi)部的生態(tài)調(diào)節(jié)功能?；葜莸锰飒毢竦暮０稁зY源優(yōu)勢不僅是粵港澳大灣區(qū)發(fā)展海洋經(jīng)濟、維持能源資源供給的“黃金地帶”，也是構(gòu)建其生態(tài)安全屏障、保障可持續(xù)發(fā)展的“生命地帶”和重要支撐?；葜輵?yīng)在保障海岸帶生態(tài)環(huán)境安全的基礎(chǔ)上，發(fā)揮自身優(yōu)勢，打造其在融入粵港澳大灣區(qū)發(fā)展過程中的核心競爭力，與灣區(qū)內(nèi)各城市優(yōu)勢互補，從而產(chǎn)生更大的協(xié)同效應(yīng)。