基于DPSIR模型的長三角城市群生態(tài)安全評價研究

崔馨月,方 雷,王祥榮,*,康俊鋒

1 復旦大學環(huán)境科學與工程系,上海 200438

2 江西理工大學建筑與測繪工程學院, 贛州 341000

3康涅狄格大學地理系,康涅狄格州 06269

經(jīng)歷了經(jīng)濟的極度蓬勃發(fā)展,中國的城鎮(zhèn)化規(guī)模極度擴大,城市成為了生產(chǎn)、商業(yè)、教育、行政的中心,城市的發(fā)展使得城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生迅速變化,這與生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目標不符,造成了很多環(huán)境問題,主要表現(xiàn)在空氣質(zhì)量惡化、水資源減少、住房及公共衛(wèi)生設施匱乏、交通擁堵與固體廢棄物增加等方面。粗放式、無節(jié)制的資源開發(fā)帶來環(huán)境問題的加劇,引發(fā)人們對生態(tài)安全和環(huán)境保護的理性思考,生態(tài)安全逐漸成為了多學科研究的重點。長三角區(qū)域作為我國最大的經(jīng)濟中心,城鎮(zhèn)化水平屬于我國前列,生態(tài)空間被大量占用,生態(tài)安全水平日益下降,環(huán)境污染事件頻發(fā)。因此,為了維護城市生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全,需要對城市生態(tài)系統(tǒng)進行保護與修復,作為維護城市生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),需要首先對特定區(qū)域展開生態(tài)安全評價。

國外對生態(tài)安全的研究始于20世紀中期。1977年,Lester Brown在《重新定義國家安全》中,首次提到環(huán)境安全(Environmental Security)[1]。1987年,世界環(huán)境與發(fā)展委員會在《我們共同的未來》報告中將環(huán)境問題與國家安全聯(lián)系起來[2]；1989年,國際應用系統(tǒng)分析研究所最早指出生態(tài)安全的概念,即生態(tài)安全是指在人類生活、健康、基本權(quán)利、生存安全和適應環(huán)境改變的能力不受到威脅的狀態(tài)[3]。Rapport在研究景觀健康的生理過程中指出,能量與營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)不被破壞、主要的生態(tài)組成部分受到保護、生態(tài)系統(tǒng)能夠抵抗擾動并可以復原、生態(tài)系統(tǒng)不需要被不斷修復時,可認為處于生態(tài)安全的狀態(tài)[4]。針對生態(tài)安全的基本含義,研究者展開了多尺度的研究。B Gomontean利用生態(tài)標準與指標對泰國東北部森林保護[5]；A Marchini在開發(fā)多種變量模糊方法時利用F-IND軟件框架,用于環(huán)境狀態(tài)研究[6]；I.Mukuvari在研究本格拉北部海洋生態(tài)系統(tǒng)恢復時使用DPSIR框架[7]；A Aubry利用環(huán)境綜合指標研究英國河口與海岸海底擾動[8]；J Atkin利用DPSIR模型研究海洋環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)服務一體化[9]；M Span利用DPSIR模型研究意大利北部綠色基礎設施規(guī)劃[10]。

隨著生態(tài)安全體系的完善,我國生態(tài)安全與生態(tài)安全評價同樣廣泛應用在環(huán)境研究中,涌現(xiàn)了大量的案例研究。例如蔣明君[11]、王根緒[12]、J.Zhang[13]、S.Su[14]、X Ying[15]等。但對長三角地區(qū)這一區(qū)域性的城市群生態(tài)安全尚未進行過研究。本研究將利用DPSIR模型,針對泛長三角城市群41個地級市展開生態(tài)安全評價,通過文獻與專家選取篩選指標,從而建立長三角城市群生態(tài)安全評價體系,計算41個地級市生態(tài)安全得分,以期獲得不同于前人研究的新的與長三角城市群生態(tài)安全相關的指標。本研究還設定安全、一般安全、臨界安全、較不安全和不安全5個生態(tài)安全等級,根據(jù)城市生態(tài)安全得分對城市生態(tài)安全進行分級,橫向比較并評價41個地級市。根據(jù)生態(tài)安全評價結(jié)果對泛長三角城市群的生態(tài)安全建設提出建議與對策,有助于因地制宜地建設城市群生態(tài)安全。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

本次研究將研究區(qū)域定為泛長三角城市群,三省一市41個地級市,包括上海市；浙江省杭州市、寧波市、溫州市、嘉興市、湖州市、紹興市、金華市、衢州市、舟山市、臺州市、麗水市；江蘇省南京市、無錫市、徐州市、常州市、宿州市、南通市、連云港市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮(zhèn)江市、泰州市、宿遷市；安徽省合肥市、蕪湖市、蚌埠市、淮南市、馬鞍山市、淮北市、銅陵市、安慶市、黃山市、滁州市、阜陽市、宿州市、六安市、亳州市、池州市、宣城市。

長江三角洲城市群(下稱長三角城市群)位于我國東部長江下游平原地區(qū),以上海市為核心,包含浙江省、江蘇省、安徽省三省一市范圍內(nèi)聯(lián)系緊密的多個城市組成?！堕L江三角洲地區(qū)區(qū)域規(guī)劃(2010)》將以上海市、江蘇省和浙江省范圍內(nèi)16個城市為核心的區(qū)域確定為長三角地區(qū)；2016年國務院批準的《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中將長三角城市群定義為上海、江蘇省、浙江省、安徽省26個地級市。2019年,長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要正式印發(fā),規(guī)劃范圍為蘇浙皖滬四省市全部區(qū)域。長三角城市群41個城市面積356183 km2,占我國面積3.7%。其經(jīng)濟水平領先全國,截止2015年末,生產(chǎn)總值152145.3億元,占2015年中國GDP22%,常住人口21858萬人,占全國人口的16%,具有良好的經(jīng)濟發(fā)展基礎,是“一帶一路”與“長江經(jīng)濟帶”的重要交匯地帶。長三角城市群41個城市布局均衡,城鎮(zhèn)化水平平均達到60%,具有各類城市職能。但經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,由于粗放型經(jīng)濟增長,城市建設及過度開發(fā),生態(tài)空間被大量占用,長三角區(qū)域碳收支平衡能力日益下降,能源、資源的供給壓力不斷增大,造成了大氣污染和水污染等諸多生態(tài)安全問題。其中,大氣污染與水污染最為突出。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本次研究數(shù)據(jù)來源于2016年《中國城市年鑒》、《上海綠化市容行業(yè)年鑒》、《上海市統(tǒng)計年鑒》、《浙江省統(tǒng)計年鑒》、《安徽省統(tǒng)計年鑒》、《江蘇省統(tǒng)計年鑒》、江滬徽三省40個地級市《統(tǒng)計年鑒》、41個城市2015年《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《1%人口抽樣調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報》、《環(huán)境狀況公報》及政府工作報告等資料。

數(shù)據(jù)收集過程中,由于長三角城市群各市統(tǒng)計局統(tǒng)計口徑與統(tǒng)計項目不完全相同,有少數(shù)指標在統(tǒng)計年鑒與公報等資料中沒有統(tǒng)計,對于這部分缺失的數(shù)據(jù),要用數(shù)據(jù)插補法處理。本研究中的缺失數(shù)據(jù)為淮南市酸雨頻率,為完全隨機缺失(Missing Completely at Random, MCAR)數(shù)據(jù),即缺失數(shù)據(jù)的概率與其本身的值或在數(shù)據(jù)組中其他值都無關,可以利用隨機估計法中的熱卡法(隨機hot-deck插補法)進行補充[16]。

為了計算淮南市2015年酸雨頻率,由安徽省其他城市如蕪湖、蚌埠、六安、滁州在2015年酸雨頻率均為0.0%,采用確定熱卡法進行數(shù)據(jù)插補淮南市2015年酸雨頻率為0.0%。在已有觀測值集合即安徽省各市2015年酸雨頻率集合Sr中,抽取概率為

(1)

則有插補估計：

(2)

1.3 研究方法

1.3.1DPSIR模型

生態(tài)安全包含了社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境要素,是多層次的開放系統(tǒng)。因此單純利用少量指標無法達到評價城市群生態(tài)安全的目的,需確立完整的評價指標體系。目前用以進行生態(tài)安全評價的模型有很多,聯(lián)合國經(jīng)濟合作開發(fā)署(OCED,1993)提出壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-響應(Response)模型(PSR模型)[17]。此模型以環(huán)境問題作為變量,顯示人類活動對環(huán)境造成壓力(P)后,環(huán)境狀態(tài)(S)改變,與社會對變化做出的響應(S)之間的因果關系。1997年歐洲環(huán)境署(EEA)在PSR模型的基礎上提出了驅(qū)動力(Driving)-壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-影響(Impact)-響應(Response)(DPSIR)模型[18],為生態(tài)安全層次的研究提供更加靈活系統(tǒng)評價體系(圖1)。在DPSIR模型中,經(jīng)濟和社會文化因子作為驅(qū)動力(D),推動環(huán)境壓力(P)的增加或減輕,造成了諸如自然資源損耗、生物多樣性降低與環(huán)境質(zhì)量退化的環(huán)境狀態(tài)(S)改變。這些改變對生態(tài)系統(tǒng)、人類健康、社會經(jīng)濟等方面產(chǎn)生影響(I),并使得社會以預防、適應或改善的方式作出響應(R)[19]。

圖1 DPSIR模型結(jié)構(gòu)示意圖

模型中,驅(qū)動力(D)包括人口、交通運輸、能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面；壓力包括能源利用、直接或間接污染排放等；狀態(tài)(S)包括空氣、水、土壤質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)人類生活狀態(tài)等方面；影響(I)包括由環(huán)境理化生狀態(tài)變化決定的生態(tài)系質(zhì)量和人類福利事業(yè),即生態(tài)系統(tǒng)的生命承載能力、人類根本健康和社會性能；響應是決策者對于非期望的影響作出的決策,從而影響到模型中的每個指標,例如交通方式轉(zhuǎn)變、限制污染物排放等。

1.3.2DPSIR評價指標選取與體系構(gòu)建

為了對長三角城市群進行客觀、科學的生態(tài)安全評價,首先要建立合理的指標體系。確定評價指標體系應遵循以下原則[20]：科學性、敏感性、可操作性和可比性[21]、非兼容性、整體性與區(qū)域性。

A.Borja利用生態(tài)集約法比較生態(tài)系統(tǒng)指標方法論與指標時認為,相比于發(fā)展新指標,研究者在建立生態(tài)指標框架時,應著重強調(diào)衡量已有指標的適用性。因此本研究將根據(jù)國內(nèi)外區(qū)域生態(tài)安全指標系統(tǒng)研究成果進行指標確定[22]。本研究確定長三角城市群生態(tài)安全評價體系,包括目標層(A)、準則層(B)和指標層(C),以長三角區(qū)域?qū)嶋H情況為依托選取指標,初選長三角城市群生態(tài)安全指標40項,為保證指標科學性、系統(tǒng)性與可得性,最終確定指標層包含25項指標,并針對指標特征確定其類型：效益型(+)或成本型(-)。

指標層A用來衡量城市生態(tài)安全的總體情況及生態(tài)安全水平,指區(qū)域生態(tài)安全綜合評價結(jié)果；準則層包括D驅(qū)動力B1、P壓力B2、S狀態(tài)B3、I影響B(tài)4、R響應B5,指影響區(qū)域生態(tài)安全的主要因素；指標層包含指標C1-C25,每個準則層對應的指標都可細化為經(jīng)濟指標、生態(tài)指標、社會指標。

表1 城市群生態(tài)安全評價指標體系

1.3.3DPSIR權(quán)重確定方法

本研究所構(gòu)建的DPSIR指標體系采用較為普遍使用的熵權(quán)法和精度較高的均方差決策法得到權(quán)重。

熵是從熱力學中引入的概念,利用指標的變異性大小來確定客觀權(quán)重。在生態(tài)安全指標賦權(quán)計算中,熵權(quán)法基于以下假設：城市間差異較大,即熵值更小的指標對評價影響更大,賦予更高權(quán)重,反之亦然。W Shi.等[13]在對天水地區(qū)土地利用進行環(huán)境影響評價的研究中利用熵權(quán)法賦權(quán),認為相對于Delphi法和層次分析法,熵權(quán)法能夠在賦權(quán)的同時,更加廣泛的反映指標信息的實用價值,因此更加可信。

熵權(quán)法賦權(quán)首先要進行標準化。評價指標分為“成本型指標”和“效益型指標”兩種,成本型指標數(shù)值小為優(yōu),效益型指標相反。得到j(j=1,2,3,…,n)個評價對象的i(i=1,2,3,…,m)項生態(tài)安全指標后,建立評價模型,其原始數(shù)據(jù)為：

(3)

對于效益型指標,標準值yij用下式計算：

(4)

對于成本型指標,標準值yij為：

(5)

其中,xmin和xmax分別為指標數(shù)值的最大值、最小值。然后,需要用式(6)計算指標i的信息熵ei：

(6)

式中,pij為城市j,i指標的數(shù)據(jù)值比例,用式(7)求得。k=1/lnn,當pij=0時,令pijlnpij=0。

(7)

最終由式(8)獲得權(quán)重：

(8)

gi=1-ei

(9)

均方差決策法是利用以各個評價指標為隨機變量,利用無量綱化處理后屬性值的均方差作為各指標權(quán)重。均方差決策法的評價指標的標準化需使用式(4)和式(5)處理得到y(tǒng)ij。標準化處理后,需求出隨機變量的標準差(均方差),將標準差進行歸一化,結(jié)果可作為各指標的權(quán)系數(shù)。

求第i項指標的均值E(Ji)

(10)

求第i項指標的均方差σ(Ji)

(11)

得到第i項指標的權(quán)系數(shù)vi

(12)

根據(jù)熵權(quán)法賦權(quán)和均方差決策法計算指標權(quán)重后的結(jié)果對比,可得到相對精確的綜合結(jié)果。

1.3.4DPSIR評價體系指標綜合計算

根據(jù)DPSIR指標體系綜合計算結(jié)果,利用主成分分析法和綜合指數(shù)法所得得分,獲得區(qū)域生態(tài)安全評價綜合指數(shù),本研究的研究區(qū)域為長三角城市群,得到的生態(tài)安全評價指數(shù)為長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)YDESI(Yangtze River Delta Urban Agglomerations Eco-Security Index)：

YDESI=F+ESI

(13)

其中,F為主成分分析法所得得分,由式(14)獲得；ESI為綜合指數(shù)法所得得分,由式(15)獲得。

(14)

其中,λk(k=1,2,…,p,p≤m)為主成分特征值,m為指標數(shù)目,p(p≤m)為特征根數(shù)目。

(15)

其中,ESIj為各準則層的生態(tài)安全綜合指數(shù),計算方法為式(16)[23],Wj為各層權(quán)重。

(16)

其中,yij為各指標的標準化值,Wi為各指標權(quán)重。根據(jù)城市生態(tài)安全綜合評價分值高低,并參考國內(nèi)外相關綜合指數(shù)分級方法與本次研究的實際情況,建立城市生態(tài)安全分級標準與相應特征如下[24]：

表2 生態(tài)安全分級表

2 結(jié)果與討論

2.1 DPSIR評價體系指標權(quán)重結(jié)果與分析

分別利用熵權(quán)法、均方差決策法對泛長三角城市群,41個城市2015年25項指標進行處理,得到各指標權(quán)重及綜合權(quán)重結(jié)果如如圖2和表3所示。

表3 熵權(quán)法與均方差決策法權(quán)重

圖2 熵權(quán)法與均方差決策法權(quán)重圖

在DPSIR 5個準則層、25項指標中,權(quán)重≥0.05的指標有8項,其中響應指標層與驅(qū)動力指標層分別占有3項,分別為C21萬人擁有高校在校學生數(shù)、C25節(jié)能環(huán)保支出占公共預算支出比重、科學技術支出占公共預算支出比重；C4城鎮(zhèn)常住居民人均可支配收入、C6農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值、C2人均生產(chǎn)總值。

圖3 指標綜合權(quán)重

此研究中城市生態(tài)安全分析方法由主成分分析法和綜合指數(shù)法構(gòu)成。分析各主成分系數(shù)與貢獻率,可以得出農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境空氣質(zhì)量、環(huán)保投資、城市綠化建設等方面對于長三角城市群生態(tài)安全評價都有較大影響,定性結(jié)果與熵權(quán)法所得結(jié)論相符。

以上結(jié)果表示,響應指標對區(qū)域生態(tài)安全有很大影響,反映了長三角城市群各地級市政府在促進環(huán)境生態(tài)建設中采取的積極措施對促進生態(tài)安全產(chǎn)生作用,包括增加環(huán)境保護投資強度、增強公民意識,加強科學技術水平等舉措；與此同時,長三角城市群的社會經(jīng)濟活動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢對于城市生態(tài)安全有重要影響,包括人均GDP、人均收入、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等方面。通過分析指標貢獻情況,可以對長三角城市群生態(tài)治理發(fā)展方向作出指導。

2.2 DPSIR評價體系主成分分析法結(jié)果分析

主成分分析的公因子方差(Communalities)和特征值及特征值貢獻率的結(jié)果如表4和表5所示。公因子方差顯示除C15(市區(qū)環(huán)境噪聲平均生效等級)、C24(污水處理廠集中處理率)、C22(科學技術支出占公共預算支出比例)、C10(市區(qū)人均日生活用水量)損失較大外,主成分基本包含各指標70%以上信息。特征值分布表明25個主成分中,第一主成分特征值最大(7.563),第7主成分特征值在拐點處,前7個主成分特征值均大于1,其余18個主成分特征值均較小且數(shù)值趨于平緩。據(jù)此判斷可利用主成分1—7可概括指標全部信息。選取前7個主成分效果較好,據(jù)此計算出相應的特征向量。由主成分線性組合的出各主成分值,得到綜合主成分函數(shù)：

表4 指標公因子方差

表5 主成分提取分析表

F=0.30252×z1+0.11210×z2+0.10391×z3+0.08037×z4+0.07290×z5+0.06430×z6+0.04222×z7

根據(jù)前7個主成分系數(shù),得到41個城市生態(tài)安全總得分：

從主成分分析法得分情況來看,得分最高的3個城市為蘇州市(2.01)、南京市(1.59)、杭州市(1.57),得分最低的3個城市為阜陽市(-1.81)、亳州市(-1.64)、宿州市(-1.10)。整體生態(tài)安全情況方面,上海市生態(tài)安全情況較好,江蘇省總體生態(tài)安全情況較好,浙江省總體生態(tài)安全情況一般,安徽省總體生態(tài)安全情況稍差。

2.3 DPSIR指標體系綜合指數(shù)法結(jié)果分析

由于主成分分析法無法對城市所處的安全等級進行判斷,只能通過評分值來對所評價的城市進行排序。為了判斷長三角城市群各個城市所處生態(tài)安全等級,需要利用綜合指數(shù)法對所得指標進一步分析。根據(jù)式(13)以及長三角城市群各指標權(quán)重Wi與標準化結(jié)果yij,計算41個地級市驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應5大指標及綜合指數(shù)各指標和安全等級如表7。對比主成分分析法和綜合指數(shù)法所得41個地級市的得分趨勢如圖4所示。

表6 主成分分析得分

圖4 主成分分析法與綜合指數(shù)法結(jié)果比較

綜合指數(shù)法得到的長三角城市群41個城市生態(tài)安全分數(shù)與主成分分析法相比城市間得分相差較小,數(shù)值均在0.5左右,但總體趨勢基本相同。通過綜合指數(shù)法得到長三角城市群41個城市生態(tài)安全指數(shù),并根據(jù)指數(shù)分析其生態(tài)安全等級,可以得出長三角城市群所包含的41個城市大部分屬于臨界安全水平與較不安全水平,少數(shù)城市處于較安全水平。上海市生態(tài)安全處于臨界安全水平,浙江省總體生態(tài)安全狀況處于臨界安全及以上水平；江蘇省除杭州市和衢州市分別處于生態(tài)安全較安全與較不安全外,總體處于臨界安全水平；安徽省生態(tài)安全總體情況較差,總體處于較不安全水平。

2.4 長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)YDESI

綜合DPSIR生態(tài)安全指標體系主成分分析法與綜合指數(shù)法得出的結(jié)果,利用兩種方法得到的分值總分作為長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)YDESI如表8所示。

長三角城市群41個城市中,蘇州市、南京市、上海市生態(tài)安全情況較好、得分較高,阜陽市,亳州市、宿州市生態(tài)安全得分較低?？傮w來說,江蘇省生態(tài)安全總體情況較好,浙江省總體情況次之,安徽省總體情況稍弱。具體的,可以將長三角城市群的城市按照生態(tài)安全指數(shù)劃分為四類城市。

第一類為蘇州、南京、杭州、上海、無錫、常州、嘉興、紹興、湖州、鎮(zhèn)江、寧波、合肥12個城市。這些城市YDESI指數(shù)均大于0.45,這些城市綜合指標安全等級屬于臨界安全偏較安全。這些城市的共同點市其驅(qū)動力指標與響應指標均處于較高水平,而壓力、狀態(tài)、影響指標處于中等至較低水平。在狀態(tài)、影響指標與其他城市相似的情況下,蘇州市的壓力指標明顯小于其他城市且驅(qū)動力指標水平最高,因此生態(tài)安全水平較高。合肥市在影響、響應指標處于平均水平的情況下,驅(qū)動力指標水平較低且壓力指標相對較高,因此屬于第一類城市中的最后一名。

第一類城市基本屬于經(jīng)濟發(fā)展水平較高的城市。其中,蘇州市的人均生產(chǎn)總值為137602元,城鎮(zhèn)化率達到74.9%,影響指標科學技術與節(jié)能環(huán)保支出水平處于長三角城市群中領先水平。但蘇州市SO2排放量水平與單位GDP電耗為長三角區(qū)域最高,使得其壓力指標得分屬于41個城市中的最后一名,但由于蘇州市在驅(qū)動力和響應方面的優(yōu)異表現(xiàn),生態(tài)安全總體較安全,且為長三角城市群中得分第一的城市。

第二類南通、馬鞍山、揚州、金華、衢州、銅陵、黃山、泰州、溫州、徐州、麗水、池州、蕪湖、淮安、舟山15個城市。這些城市的YDESI在0.01—0.4范圍內(nèi),生態(tài)安全等級屬于臨界安全偏較不安全。這些城市的驅(qū)動力指標與響應指標水平依然較高,但壓力、狀態(tài)、影響指標水平相對上升,因此城市生態(tài)安全的總體水平有所下降。南通市依然保持較高的驅(qū)動力和響應指標水平,且壓力、狀態(tài)、影響指標水平較低,處于第二類城市中生態(tài)安全水平較高的城市。舟山市雖然驅(qū)動力指標水平屬于平均以上,但壓力指標在15個城市中屬于最高,且響應指標水平最低,因此處于第二類城市中的靠后位置。第二類城市在五項指標的表現(xiàn)方面均屬于中等偏上水平。南通市壓力、影響和響應指標分別為41個城市總體水平的56%、41%和37%；南通市2015年酸雨頻率較高為37.3%,人口死亡率較高為8.98‰,使南通市狀態(tài)指標在長三角區(qū)域中排名較低,但南通市驅(qū)動力指標水平普遍較高,例如人口自然增長率僅為-1.38‰,城鎮(zhèn)居民人均可支配收入為36291元,農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值較高為664.3億元,使南通市驅(qū)動力指標為長三角城市群總體水平的17%,因此南通市為第二類城市中的第一名。

第三類鹽城、淮北、泰州、連云港、淮南、宣稱、宿遷、六安、蚌埠、滁州、安慶11個城市。這些城市的YDESI為-0.29—-0.01,生態(tài)安全等級屬于較不安全包含少量臨界安全城市。這些城市的壓力指標和響應指標水平普遍較高,驅(qū)動力指標較前兩類城市有明顯下降,狀態(tài)指標處于中等偏上水平。鹽城市壓力指標、狀態(tài)指標和影響指標屬于11個城市的中等水平,但驅(qū)動力指標和響應指標水平較高,因此生態(tài)安全情況屬于第三類城市中最好的。安慶市的壓力指標為11個城市中最高,其他四個方面沒有突出表現(xiàn),因此生態(tài)安全水平屬于第三類城市中最后一名。第三類城市的五項指標均為中等偏低水平。其中,鹽城市驅(qū)動力、壓力和響應指標為長三角區(qū)域的32%、43.9%、和68%。由于鹽城市2015年酸雨頻率僅為0.6%,市區(qū)環(huán)境噪聲平均聲效等級為52.3,屬于區(qū)域中較高水平,使得鹽城市狀態(tài)指標處于長三角城市群第10名。但鹽城市人均公園綠地面積為12.4m3/人,建成區(qū)綠化覆蓋率為41.2%屬于中等偏下水平,使得鹽城市影響指標水平偏低。綜合以上情況,鹽城市生態(tài)安全水平為第三類城市第一名。

第四類宿州、亳州、阜陽3個城市。這些城市的YDESI小于-0.30,安全等級為較不安全。這三個城市的壓力指標與狀態(tài)指標為相對最高的兩類指標,且驅(qū)動力指標水平最低,各個方面相對于前三類城市均沒有突出表現(xiàn)。其中,宿州市響應指標、驅(qū)動力指標與影響指標水平相對較高,因此屬于第四類城市中城市生態(tài)安全狀況較好的城市。阜陽市的影響指標與驅(qū)動力指標水平較低,屬于區(qū)域內(nèi)中生態(tài)安全水平最低的城市。第四類城市在生態(tài)安全方面屬于區(qū)域內(nèi)最末水平。以阜陽市為例,阜陽市人均生產(chǎn)總值較低,人口自然增長率較高；第三產(chǎn)業(yè)比重較低,市區(qū)環(huán)境噪聲水平較高；人均公園綠地面積與建成區(qū)綠化覆蓋率較低；科學技術與節(jié)能環(huán)保支出均較低,使得阜陽市的驅(qū)動力、狀態(tài)、影響和響應指標分別為長三角地區(qū)的98%、88%、93%和93%。但阜陽市污染排放如工業(yè)煙塵、SO2、廢水排放均較低,因此壓力指標得分情況較好,為長三角城市群的24%。綜合以上情況,阜陽市生態(tài)安全水平屬于長三角城市群中的最末水平。

本文的研究結(jié)果與陳燕等[25]不同。陳燕等[25]曾認為“長三角生態(tài)重心仍位于區(qū)域中部,轉(zhuǎn)移速度較慢,未來有向東南方向轉(zhuǎn)移的趨勢預測”。而DPSIR綜合評價結(jié)果顯示生態(tài)重心已經(jīng)處于長三角城市群的東南方向：上海市與江蘇省生態(tài)安全情況較好,浙江省生態(tài)安全水平一般,安徽省生態(tài)安全情況稍差。這一差異與采用的PSR模型和指標數(shù)量不足有關。也與前人的研究只使用單一評價方法有關。本文的研究結(jié)果的主成分分析法所得生態(tài)安全得分與陳燕等[25]一致,圖5所示的生態(tài)安全格局確實是中部較為安全。但是圖6的主成分分析方法與綜合指數(shù)法共同考慮之下的YDESI結(jié)果表明生態(tài)安全重心已經(jīng)處于長三角城市群的東南方向,揭示了不一樣的評價結(jié)果。同樣的原因還導致本文研究結(jié)果中城市排序與分級與呂文利[23]研究結(jié)果不同。呂文利[23]的研究認為上海和無錫為低安全區(qū),這忽略了上海無錫的驅(qū)動力指標和響應指標。

圖5 長三角地區(qū)生態(tài)安全等級分布

圖6 長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)分布

圖7 四類城市得分情況

2.5 長三角城市群生態(tài)安全對策

通過對泛長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)權(quán)重和貢獻度的分析,說明驅(qū)動力、影響、響應指數(shù)對長三角城市群生態(tài)安全狀況的影響占主導地位,因此從加大財政投入、提高區(qū)域智力資本和人口素質(zhì)、新型城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、提高綠化覆蓋率和加大基礎設施建設這四個方面提出長三角城市群生態(tài)安全狀況的應對對策。

2.5.1加大財政投入

根據(jù)主成分分析法,節(jié)能環(huán)保支出占公共預算支出比重、科學技術支出占公共預算支出比重這些響應指標對于生態(tài)安全的貢獻度較高。這些指標屬于響應標準。該發(fā)現(xiàn)與與Nathwani等人的結(jié)論相吻合[26]。節(jié)能環(huán)保支出主要用于環(huán)境保護管理、環(huán)境監(jiān)測、能源節(jié)約利用等方面。統(tǒng)計資料顯示,2015年長三角城市群地方財政一般預算支出27764.13億元,其中地方財政環(huán)境保護支出705.52億元,較上年同期增長30.53%,占地方財政一般預算支出的2.54%,可以看出雖然地方環(huán)境保護投入逐年增長且漲幅較大,但仍只占一般預算支出的很少比例。我國主要通過環(huán)境補貼的方式鼓勵企業(yè)進行節(jié)能環(huán)?；顒?但投入方式相對單一,投入水平也遠低于發(fā)達國家。因此,應加大節(jié)能環(huán)保支出,增強節(jié)能環(huán)保支出的針對性,提高環(huán)保資金使用效率,并建立有效的資金監(jiān)管機制,確保節(jié)能環(huán)保投入有效合理使用。這些對生態(tài)安全的保護性對策將為社會和經(jīng)濟發(fā)展做出重大貢獻,便于改善生態(tài)安全系統(tǒng)的系統(tǒng)功能(驅(qū)動力),并減少污染(壓力)的聚集。

此外,根據(jù)Liu等人的還發(fā)現(xiàn),優(yōu)化的政府技術投資對清潔能源有很大影響,對減少污染具有積極影響,政府可以加快區(qū)域經(jīng)濟轉(zhuǎn)型[27]。科學技術支出用于科學技術管理事務、基礎研究、技術研究、科技條件與服務等方面的支出。2015年長三角城市群地方財政環(huán)境保護支出1042.54億元,較上年同期增長12.47%,占地方財政一般預算支出的3.75%。雖然科學技術支出呈增長趨勢,但漲幅較低,且占地方財政一般指出的比例較低,仍有很大發(fā)展空間?？茖W技術是維護與建設城市生態(tài)系統(tǒng)的核心,需要政府的大力支持。首先需要為科技發(fā)展營造良好環(huán)境,鼓勵創(chuàng)新,可以采取激勵手段加大扶持力度；其次,提高科技支出的比重,加強對基礎研究及在各個產(chǎn)業(yè)方面的推動作用；最后需要對科學技術資金建立監(jiān)管機制,保證資金合理利用。

2.5.2提高區(qū)域智力資本和人口素質(zhì)

根據(jù)熵權(quán)法結(jié)果,萬人擁有高校在生數(shù)權(quán)重最高,說明人口素質(zhì)、教育水平與智力資本在生態(tài)安全方面有很大影響。智力資本是指每個個體(個人、機構(gòu)、團體等)的隱性價值,是個體能為區(qū)域生態(tài)安全帶來優(yōu)勢并對未來起到積極作用的一切知識、能力的總和[28]。智力資本的提高既能作為經(jīng)濟發(fā)展的推動力,又有助于在緩解人口壓力,促進生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展[29]。長三角城市群應根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展水平及高等教育發(fā)展規(guī)模,優(yōu)化配置區(qū)域人力資本,加大對智力資本的投入尤其是教育投入,從而實現(xiàn)以知識為載體,推動生態(tài)安全不斷優(yōu)化的發(fā)展模式。與此同時,應加強人才流動,尤其是對于智力資本相對較低或教育水平相對較弱的地區(qū),智力資本的均衡發(fā)展有助于長三角城市群生態(tài)安全水平的全面提高。

除智力資本的提高外,應普遍提高公民的環(huán)保意識,對全民進行環(huán)境保護意識教育,通過多種宣傳媒介使公眾意識到生態(tài)安全問題的嚴峻形勢,普及環(huán)保理念和環(huán)保方法。各部門應做好信息公開工作,適當開展聽證會等各種宣傳活動,方便公眾對環(huán)境情況的實時了解。

2.5.3新型城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

驅(qū)動力指標中,城鎮(zhèn)化水平及農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值對生態(tài)安全水平有很大貢獻。中國在經(jīng)歷經(jīng)濟極度蓬勃發(fā)展后迎來了史無前例的大規(guī)模的城鎮(zhèn)化,1950年,30%的居民生活在城市,2010年城市居民的比例已經(jīng)上升到45%,預計到2030年,中國城鎮(zhèn)化水平將達到60%。先前的研究表明,驅(qū)動力和壓力指標之間存在高度相關性,經(jīng)濟和城市化的發(fā)展將對生態(tài)安全系統(tǒng)造成巨大壓力[26]。長三角城市群作為中國經(jīng)濟最具活力的地區(qū),城鎮(zhèn)化水平在2015年已達到60%,城鎮(zhèn)化作為生態(tài)安全問題的主要驅(qū)動力,無疑將為生態(tài)環(huán)境帶來諸多挑戰(zhàn)。該結(jié)論與Liu等人[22]的研究一致。因此發(fā)展新型城鎮(zhèn)化迫在眉睫。

十八大提出,“堅持走中國特色新型城鎮(zhèn)化道路,促進城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展,要求以人為本,推動綠色經(jīng)濟,以生態(tài)平衡為前提構(gòu)造健康的經(jīng)濟發(fā)展模式?！背擎?zhèn)化進程將推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程,最直觀的表現(xiàn)為農(nóng)民收入增加,農(nóng)村生活環(huán)境優(yōu)化；而農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化也對城鎮(zhèn)化有促進作用,主要通過刺激消費,提供勞動力、為城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展提供市場支持等方面。因此推動城鎮(zhèn)化建設過程中,應建立并實行完善的環(huán)境保護和建設制度,對三廢排放、農(nóng)藥化肥使用進行嚴格控制；加大農(nóng)業(yè)投入,逐步改善農(nóng)村生產(chǎn)方式及生產(chǎn)結(jié)構(gòu),積極研發(fā)高效低危農(nóng)藥,降低其對生態(tài)環(huán)境的危害；優(yōu)化城鎮(zhèn)體系,控制城市規(guī)模,提高中小型城鎮(zhèn)中產(chǎn)業(yè)、人口的承載能力,促進其特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展,從而分擔大型城市生態(tài)壓力,起到橋梁作用,促進長三角城市群生態(tài)安全情況整體提高。

2.5.4提高綠化覆蓋率和加大基礎設施建設

影響因素三項指標即人均公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率和環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率均對長三角城市群生態(tài)安全評價有較大貢獻。長三角城市群建成區(qū)綠化覆蓋率平均水平為41.89%,根據(jù)《城市園林綠化評價標準(GB50563—2010)》,達到I級水平(40.00%),8座城市沒達到I級水平,阜陽市綠化覆蓋率為33.85%,未達到II級水平(36.00%)。長三角城市群人均公園綠地面積平均水平為13.86 m3/人,根據(jù)《城市綠地分類標準(CJJ/T85—2002)》長三角城市群人均公園綠地面積超過生態(tài)城市標值(11 m3/人),2座城市沒有達到生態(tài)城市指標,其中,上海市人均公園綠地面積為7.6 m3/人,沒有達到園林城市達標值。然而,Nathwani等人的研究認為,對于沿海城市而言,綠化覆蓋率的影響對生態(tài)安全系統(tǒng)的作用并不重要[26]。該結(jié)論與本研究的結(jié)論不一致。這可能是研究對象的差異導致：本研究的41個城市中有11個是沿海城市,而大多數(shù)城市群與沿海城市相比具有不同的特征。因此,與大多數(shù)沿海城市相比,長三角城市群整體還沒有達到和諧的階段,環(huán)境狀況已使生態(tài)系統(tǒng)受到損害[26]。絕大多數(shù)城市的市區(qū)人口、建筑密集,綠化水平并未有明顯改善。因此需根據(jù)城市分布及需要進行綠化分布規(guī)劃,滿足生態(tài)安全的要求。

2.5.5其他非主要影響因素

值得注意的是,常規(guī)指標：人口指標(人口密度等)、表明區(qū)域污染壓力的指標(工業(yè)煙塵排放總量等)、環(huán)境壓力的反表征指標(酸雨頻率等)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(第三產(chǎn)業(yè)比重等)等均不是長三角生態(tài)安全現(xiàn)狀的主要影響因素。這與前人的研究結(jié)論不同。例如,萬正芬等[30],認為常規(guī)指標資源利用水平較低、污染物排放量大及水環(huán)境狀況等還是影響長三角生態(tài)安全的主要因素,該結(jié)論只是觀察11項指標得出的生態(tài)安全指數(shù)得分中得出,而且長三角范圍小于本文的研究范圍,難免結(jié)論有所不足。陳燕等[25]利用壓力-狀態(tài)-響應(PSR)模型得到的結(jié)論仍舊認為人口增長率是主要影響因素,不足之處在于將人口看作是壓力因素,而忽略了人口要素也可以同時是驅(qū)動力因素。但本文的結(jié)果并不能表明長三角生態(tài)安全現(xiàn)狀中的環(huán)境污染狀況、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)做的非常好,而是DPSIR的綜合分析結(jié)果告訴我們目前影響長三角城市群生態(tài)安全的最主要因素為農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境空氣質(zhì)量、環(huán)保投資、城市綠化建設這四個方面,當生態(tài)環(huán)境保護資源有限的情況下,應該優(yōu)先考慮這4個方面。

3 結(jié)論

本研究通過分析DPSIR模型,將DPSIR模型利用在生態(tài)安全建設中,針對泛長三角城市群41個地級市展開生態(tài)安全評價。通過文獻與專家選取篩選25個指標,從而建立長三角城市群生態(tài)安全評價體系；通過主成分分析法和綜合指數(shù)法相加,計算獲得長三角城市群生態(tài)安全指數(shù)YDESI,并41個地級市生態(tài)安全等級；根據(jù)城市生態(tài)安全得分對城市生態(tài)安全進行分級,作出定性與定量分析,橫向比較并評價41個地級市；通過對城市集指標的分析,得出長三角生態(tài)安全建設對策,并對區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系的建立提出新方法。

研究結(jié)果表明長三角城市群41個城市群生態(tài)安全總體水平屬于臨界安全偏較不安全水平,上海市與江蘇省生態(tài)安全情況較好,浙江省生態(tài)安全水平一般,安徽省生態(tài)安全情況稍差。DPSIR模型顯示,驅(qū)動力與響應指標對長三角城市群生態(tài)安全建設有很大貢獻。通過分析長三角城市群生態(tài)安全情況,對長三角城市群生態(tài)安全主要影響因素進行分析提取,提出相關建設策略,即強調(diào)區(qū)域智力資本、新型城鎮(zhèn)化、基礎設施建方面的建設；并識別出長三角生態(tài)安全中心為東南部：上海市與江蘇省生態(tài)安全情況較好,浙江省生態(tài)安全水平一般,安徽省生態(tài)安全情況稍差,以上結(jié)論為長三角城市群可持續(xù)發(fā)展提供新思路與依據(jù)。本研究的成果可為長三角城市群生態(tài)安全診斷與監(jiān)管提供參考,對城市群生態(tài)安全評價系統(tǒng)的構(gòu)建有一定借鑒意義。

本次研究主要采用客觀方法進行賦權(quán)與分析,主要由于層次分析法等主觀評價法會受到主觀因素的影響,可能是結(jié)果產(chǎn)生較大誤差,但客觀分析法所得結(jié)果全部依賴于數(shù)據(jù)本身,出現(xiàn)的結(jié)果可能難以解釋。因此在今后的研究中,可以綜合利用利用主、客觀分析方法研究問題,使結(jié)果更加全面且清晰。除主、客觀的評價方法外,可以利用3S方法結(jié)合景觀生態(tài)學,通過多種方式,對城市群生態(tài)安全做出系統(tǒng)評價,更系統(tǒng)地反映人類經(jīng)濟活動對生態(tài)安全所產(chǎn)生的影響。指標選擇方面,指標的選取多是根據(jù)國內(nèi)外生態(tài)安全研究成果進行分析篩選,建立的體系可能不夠完善,可以在今后的研究中應綜合生態(tài)安全現(xiàn)狀及發(fā)展的方方面面,通過更加科學的方式選取指標,建立系統(tǒng)的評價體系。