基于改進(jìn)PSR 模型的洞庭湖區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)及主要影響因素分析

咼亞玲，李巧云,2*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中山大學(xué)新華學(xué)院資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃系，廣東 廣州 510520）

生態(tài)安全(Ecological Security)是指在具體的時(shí)空范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能和外部表現(xiàn)在自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力及人類積極響應(yīng)之下，所能提供的對(duì)人類生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)服務(wù)，能使人類的生活、生產(chǎn)、健康和發(fā)展不受威脅的一種狀態(tài)[1-2]。生態(tài)安全評(píng)價(jià)是指為摸清區(qū)域生態(tài)現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境壓力，通過(guò)系列已知的相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行系列定性與定量相結(jié)合的區(qū)域生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)，其具有宏觀性和針對(duì)性的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有相對(duì)性和發(fā)展性[3-7]。評(píng)價(jià)結(jié)果可為區(qū)域政府決策、生態(tài)環(huán)境治理等提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)區(qū)域人與自然在平衡狀態(tài)下可持續(xù)發(fā)展[8-12]。當(dāng)前生態(tài)安全評(píng)價(jià)采用的理論框架主要有PSR(Press-State-Response)、DPSIR (Driving force -Press-State-Response)、DPSER (Driving forces-Pressure-State-Exposure-Response)等，評(píng)價(jià)模型集中于數(shù)學(xué)模型、生態(tài)模型、景觀格局模型和數(shù)字地面模型四類，其中數(shù)字模型以專家分類、熵權(quán)、主成分分析、層次分析、灰色關(guān)聯(lián)為代表，生態(tài)模型以生態(tài)足跡法為代表[13]，景觀格局模型側(cè)重景觀生態(tài)安全格局，數(shù)字地面模型則基于3S 技術(shù)來(lái)構(gòu)建[14]。由此可見，生態(tài)安全是復(fù)雜人工生態(tài)安全系統(tǒng)的重要組成部分，評(píng)價(jià)理論框架和方法較成熟，其評(píng)價(jià)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理和決策等有重要意義。

地處長(zhǎng)江中游的洞庭湖是我國(guó)第二大淡水湖，是長(zhǎng)江防洪體系和國(guó)際保護(hù)濕地的重要組成部分，同時(shí)也是我國(guó)重要的商品糧和水產(chǎn)基地，享有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。因此，洞庭湖區(qū)在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中起著連接?xùn)|西的重要角色，是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶與華南經(jīng)濟(jì)圈的過(guò)渡帶與重要結(jié)點(diǎn)，其生態(tài)安全在長(zhǎng)江流域乃至全國(guó)的社會(huì)發(fā)展中起著重要的戰(zhàn)略地位。但由于人為和自然因素的影響，其生態(tài)安全受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，上世紀(jì)50—70 年代存在的圍墾與洪澇災(zāi)害矛盾，在1998 年實(shí)施的退田還湖與2003 年的三峽工程實(shí)施后得到了緩解；但目前面臨生態(tài)服務(wù)功能退化、水質(zhì)污染加劇、重要資源面臨枯竭、濕地結(jié)構(gòu)受到威脅、生物多樣性下降等問(wèn)題。為此，不少政府部門和學(xué)者對(duì)該區(qū)域的生態(tài)安全及其評(píng)價(jià)進(jìn)行了探討[15-16]，采用的方法有直接觀測(cè)和模型模擬，具體集中于洪澇指數(shù)[17]、生態(tài)足跡[18]和PSR[19]等方法，評(píng)價(jià)對(duì)象主要針對(duì)單一濕地類型或整個(gè)區(qū)域生態(tài)安全的某方面，尚未形成綜合評(píng)價(jià)模式與系統(tǒng)完整的評(píng)價(jià)體系。

壓力－狀態(tài)－響應(yīng)(Pressure-State-Response,PSR)模型是由聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署建立的概念模型[20]，主要應(yīng)用于世界環(huán)境報(bào)告，反映的是人類活動(dòng)、環(huán)境和自然資源及機(jī)構(gòu)之間的相互影響關(guān)系，壓力為表現(xiàn)出的外界作用因素，狀態(tài)為接受外界壓力后系統(tǒng)所表現(xiàn)出的各種可計(jì)量指標(biāo)，響應(yīng)即系統(tǒng)對(duì)外界所做出的反應(yīng)，指標(biāo)權(quán)重確定常用層次分析法(The analytic hierarchy process,AHP)。AHP 為定量與定性相結(jié)合的主觀法，個(gè)人主觀因素影響大。而在信息論中，熵是對(duì)不確定性的一種度量，不確定性越大，熵就越大，包含的信息量越大；根據(jù)熵的特性，可用熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響（權(quán)重）越大。熵權(quán)法為客觀賦權(quán)法，僅依賴于數(shù)據(jù)本身的離散性，缺少對(duì)某些重要指標(biāo)的判斷。因而，將AHP 法和熵權(quán)法相結(jié)合來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重的改進(jìn)PSR 模型，將更加適應(yīng)區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)[20-22]；生態(tài)安全指數(shù)可簡(jiǎn)單明了反映被評(píng)價(jià)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，可作生態(tài)安全狀況的判斷依據(jù)[23-27]；灰色關(guān)聯(lián)是根據(jù)因子之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，作為衡量因子間關(guān)聯(lián)程度的方法[28-29]。因此，可嘗試綜合改進(jìn)的PSR 模型、生態(tài)安全指數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)法，進(jìn)行洞庭湖區(qū)域生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)。

本研究選取位于洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的西側(cè)、有“荊楚要地”與“湘西門戶”之稱的常德市為研究案例區(qū)，開展洞庭湖區(qū)域生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)研究。常德市位于洞庭湖區(qū)的西北部，總面積18 190 km2，包括9 個(gè)行政縣（市/區(qū)），境內(nèi)地勢(shì)平坦、山水相連、河流眾多、水網(wǎng)密布，四大水系的沅江和澧水流經(jīng)于此。本研究基于2013—2018 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)建的區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析與熵權(quán)相結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重的改進(jìn)PSR 模型，通過(guò)生態(tài)安全指數(shù)定量剖析區(qū)域生態(tài)安全變化特征；通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)法分析該區(qū)域生態(tài)安全的主要影響因素，明確其主導(dǎo)因子，并提出后續(xù)洞庭湖生態(tài)安全格局構(gòu)建對(duì)策建議，為洞庭湖區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所采用的數(shù)據(jù)為2013—2018 年涉及人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面的31 個(gè)指標(biāo)，主要來(lái)源于公開發(fā)表期刊或政府部門官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中人口、糧食生產(chǎn)、GDP、用水量、廢水排放量、廢氣排放量、第三產(chǎn)業(yè)比重、水資源量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自《常德市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《常德市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》和《常德市水資源公報(bào)》；部分?jǐn)?shù)據(jù)如空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率、區(qū)域環(huán)境噪聲平均值、生態(tài)文明知曉率等部分統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來(lái)源于常德市生態(tài)環(huán)境局（http://sthjj.changde.gov.cn/）、水 利 局（http://slj.changde.gov.cn/）、統(tǒng)計(jì)局（http://tjj.changde.gov.cn/）等部門單位?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括行政區(qū)劃、地形地貌和海拔高程等地理背景數(shù)據(jù)，為含有屬性數(shù)據(jù)表的空間數(shù)據(jù)層，來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心共享服務(wù)平臺(tái)（http://www.geodata.cn/）。

1.2 生態(tài)安全評(píng)價(jià)

1.2.1 PSR 模型的修正和改進(jìn) PSR 模型是個(gè)簡(jiǎn)單的闡述壓力-狀態(tài)-響應(yīng)關(guān)系的概念模型，主要應(yīng)用于世界環(huán)境報(bào)告，反映的是人類活動(dòng)、環(huán)境和自然資源及機(jī)構(gòu)之間的相互影響關(guān)系，對(duì)各部分間的具體影響因素和如何相互作用缺乏分析，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需加以修正和改進(jìn)[20-22]。本研究基于前期他人研究基礎(chǔ)，對(duì)PSR 模型進(jìn)行了改進(jìn)，建立了適合洞庭湖區(qū)域的生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系。在改進(jìn)的PSR 模型中，P代表社會(huì)發(fā)展、人口、地表覆蓋變化給生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的壓力；S代表人類開發(fā)資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向生態(tài)系統(tǒng)排放等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)的影響；R代表壓力之下，生態(tài)系統(tǒng)在原有狀態(tài)的基礎(chǔ)上做出反應(yīng)，并反饋于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程，人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的反饋?zhàn)龀龅倪M(jìn)一步響應(yīng)，采用政策調(diào)整等措施來(lái)改善生態(tài)安全狀態(tài)，使其保持良好的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展與滿足人類需要的功能。同時(shí)，改進(jìn)的PSR 模型中，通過(guò)層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的方法確定指標(biāo)的權(quán)重。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 綜合考慮研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性與數(shù)據(jù)的可獲取性情況，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境、生態(tài)功能方面，將區(qū)域的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為3 個(gè)準(zhǔn)則層（壓力、狀態(tài)、響應(yīng)）、9 個(gè)要素層（人口壓力、資源壓力、環(huán)境壓力；資源狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)；環(huán)境響應(yīng)、經(jīng)濟(jì)響應(yīng)、社會(huì)響應(yīng)），涉及到人口密度、人均居住面積、單位GDP 用水量、水土流失面積比例、森林覆蓋率、恩格爾系數(shù)、飲用水達(dá)標(biāo)率、城鎮(zhèn)污水集中處理率、水資源開發(fā)利用率、生態(tài)文明知曉率等共31 個(gè)指標(biāo)（表1）。

1.2.3 評(píng)價(jià)模型建立 1）標(biāo)準(zhǔn)化處理。為消除量綱影響，需對(duì)指標(biāo)體系的所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其中，指標(biāo)屬性分為正向、負(fù)向。當(dāng)指標(biāo)值較小時(shí)，生態(tài)安全性較好，采用負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；反過(guò)來(lái)，當(dāng)指標(biāo)值較大時(shí)，生態(tài)安全性較好，則采用正向指標(biāo)計(jì)算公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其計(jì)算公式如下：

式中：Rij表示指標(biāo)的原始數(shù)值，maxRj表示指標(biāo)的最大值，minRj表示指標(biāo)的最小值，Zij則為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2）指標(biāo)權(quán)重確立。傳統(tǒng)的PSR 模型，壓力指標(biāo)系數(shù)確定方法常為層次分析法，該方法為確定指標(biāo)權(quán)重的有效方法[20-22]，優(yōu)點(diǎn)為可建立層次清晰的指標(biāo)因子的常權(quán)值分布，其缺點(diǎn)為建立的常權(quán)值分布剛性太大，難以準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況且?guī)в兄饔^性；而熵權(quán)法則可十分客觀地計(jì)算權(quán)重，其確定的權(quán)重主要以各個(gè)指標(biāo)的年度變化幅度為依據(jù)，指標(biāo)間差距越大、表明指標(biāo)在評(píng)價(jià)中作用越大，但部分指標(biāo)數(shù)據(jù)變幅可能為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑不同以及部分特定歷史數(shù)據(jù)發(fā)生的偶然性等原因，造成實(shí)際情況不符。因此，本文綜合前人的研究[20-22]，采用層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合計(jì)算指標(biāo)的權(quán)重，取兩個(gè)權(quán)重的平均值進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重確定，從而達(dá)到優(yōu)化權(quán)重與改進(jìn)PSR 模型的效果，指標(biāo)權(quán)重確定具體如表1。

1.2.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定 基于標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)SPSS與MATLAB 軟件，運(yùn)行PSR 模型，計(jì)算壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個(gè)準(zhǔn)則層各指標(biāo)，得到生態(tài)安全指數(shù)。綜合其他專家學(xué)者關(guān)于生態(tài)安全等級(jí)劃分方法[21,25]，將區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)劃分為五級(jí)：不安全、較不安全、臨界安全、較安全、安全，并據(jù)生態(tài)安全指數(shù)值所處的數(shù)據(jù)范圍，對(duì)研究區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)狀況進(jìn)行綜合判定（表2）。

1.3 主要影響因子的確定

本研究采用灰色關(guān)聯(lián)度方法進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全主要影響因子的確定[28-29]，該方法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度衡量因素間關(guān)聯(lián)程度，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢(shì)提供了量化的度量，非常適合動(dòng)態(tài)的歷程分析。其分析經(jīng)過(guò)了確定分析序列、計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度等過(guò)程，獲得方式與關(guān)鍵步驟如下：

首先，確定分析序列。按時(shí)間升序確定參考序列X0和多因子比較序列X1、X2……Xn，

表1 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Ecological security evaluation indices

表2 生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The grading standard of ecological safety

其次，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)r(x0(k),xi(k))：

最后，計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)γ（x0,xi）：

式中：r(x0(k)、xi(k))為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ∈(0,∞)為分辨系數(shù)，ρ越小，分辨力越大，取值區(qū)間為(0,1)，這里取ρ=0.5；r(i)為關(guān)聯(lián)度，i=1,2,3,…k。關(guān)聯(lián)度系數(shù)越大，影響越大。

1.4 主要軟件

文中數(shù)據(jù)分析和處理所采用的軟件主要有SPSS 20.0（Statistical Product and Service Solutions；IBM，美國(guó)）和MATLAB 7.12（matrix & laboratory；MathWorks，美國(guó)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 洞庭湖區(qū)生態(tài)安全變化

2.1.1 生態(tài)安全級(jí)別 研究區(qū)域2013—2018 年生態(tài)安全綜合指數(shù)由0.301 提高到0.603，呈逐年上升的變化趨勢(shì)，生態(tài)安全狀態(tài)也由“較不安全”轉(zhuǎn)為“較安全”（表3）。2013 年，壓力子系統(tǒng)對(duì)生態(tài)安全綜合指數(shù)較大，而狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的綜合指數(shù)較?。ū?）。從2014 年開始，壓力子系統(tǒng)對(duì)生態(tài)安全綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)率開始下降，狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率逐年增加（表3），表明區(qū)域面臨的人口、環(huán)境、資源等方面的壓力在逐步減輕。

表3 2013—2018 年研究區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)及生態(tài)安全等級(jí)Table 3 The ecological safety and its grade in this study region during 2013—2018

生態(tài)足跡方法安全預(yù)測(cè)顯示[28]，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)未來(lái)十年（2011—2020）該區(qū)域的生態(tài)安全等級(jí)將一直保持在不安全的狀態(tài)，生態(tài)安全形勢(shì)不容樂觀[28]。但通過(guò)本研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)貐^(qū)域生態(tài)安全級(jí)別比預(yù)測(cè)的非干擾狀態(tài)下有所提升。由相關(guān)資料可知，政府部門特別重視環(huán)境的保護(hù)，加強(qiáng)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，公眾的環(huán)保意識(shí)逐步增強(qiáng)。如在國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和湖南省人民政府的指導(dǎo)下，湖南省環(huán)境保護(hù)局于2001 年編制了《洞庭湖國(guó)家級(jí)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)建設(shè)規(guī)劃》，湖南省人民政府辦公廳2017 年印發(fā)《洞庭湖生態(tài)環(huán)境專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020 年）》和《湖南省洞庭湖水環(huán)境綜合治理規(guī)劃實(shí)施方案（2018—2025 年）》，2018年《東洞庭湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)范圍與功能區(qū)調(diào)整》獲國(guó)務(wù)院批復(fù)。

2.1.2 生態(tài)安全壓力指數(shù) 研究區(qū)域壓力指數(shù)在2013—2018 年呈下降趨勢(shì)，從2013 年的0.126 下降到2018 年的0.104（表3），表明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響總體減少但有波動(dòng)。

由圖1 可知，生態(tài)安全壓力指數(shù)的表征指標(biāo)有10 個(gè)，分別為：人口密度（D1）、人口自然增長(zhǎng)率（D2）、人均糧食產(chǎn)量（D3）、人均居住面積（D4）、單位GDP 能耗（D5）、單位GDP 用水量（D6）、萬(wàn)元GDP 工業(yè)廢氣排放量（D7）、萬(wàn)元GDP 工業(yè)廢水排放量（D8）、萬(wàn)元GDP 工業(yè)固廢排放量（D9）、水土流失面積占國(guó)土面積比重（D10）。分析原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，其中5 個(gè)表征指標(biāo)（單位GDP 能耗、單位GDP 用水量、單位GDP 工業(yè)廢氣排放量、單位GDP 工業(yè)固廢排放量，水土流失面積占國(guó)土面積比重）數(shù)值總體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明研究區(qū)域提高了能源利用效率，降低了工業(yè)污染，對(duì)提升生態(tài)系統(tǒng)壓力有積極作用。同時(shí)，壓力形勢(shì)嚴(yán)峻，其他相關(guān)指標(biāo)如單位GDP 工業(yè)廢水排放量從0.40 t/萬(wàn)元上升到0.79 t/萬(wàn)元，人均耕地面積降低因而人均糧食產(chǎn)量降低。相關(guān)研究顯示，洞庭湖區(qū)有31%的濕地面積面臨人類干擾較大[30]。從生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)看，能源用地人均生態(tài)足跡29%—50%之間，且所占比重呈逐步上升變化趨勢(shì)[18]；耕地比重低（僅為6.9%），且呈下降變化趨勢(shì)[18]。

分析可知，本研究區(qū)域的生態(tài)安全壓力整體有所減輕，與研究區(qū)域的直接指示指標(biāo)或相關(guān)指示指標(biāo)增減相一致。同時(shí)，某些方面的壓力如人口的快速增長(zhǎng)、土地資源短缺、優(yōu)質(zhì)水資源緊缺等仍然巨大并在持續(xù)增加，需引起重視。

2.1.3 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù) 研究區(qū)域的生態(tài)安全狀況好轉(zhuǎn)，生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)呈整體上升趨勢(shì)，由2013年的0.080 上升到2018 年的0.215，上升幅度達(dá)62.79%（表3）。由表1 可知，表征生態(tài)安全狀態(tài)的指標(biāo)有11 個(gè)：森林覆蓋率(D11)、人均公共綠地面積(D12)、人均水資源量(D13)、人均GDP(D14)、恩格爾系數(shù)(D15)、城鎮(zhèn)化率(D16)、空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率(D17)、區(qū)域環(huán)境噪聲平均值(D18)、飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率(D19)、湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(D20)、生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(D21)。進(jìn)一步分析原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：森林、自然保護(hù)區(qū)、城市綠地面積等自然生態(tài)系統(tǒng)面積不斷增加，森林覆蓋率和人均公共綠地面積是衡量植被和綠地資源的代表性指標(biāo)，均呈上升趨勢(shì)；人均GDP 從37 300 元增至58 249 元，城市恩格爾系數(shù)從35.1 降低到33.9，空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率從74.2%增至82.5%，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)從68上升到71，人均水資源量從2 265 m3增至2 634 m3。

綜上，區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)上升變化趨勢(shì)，體現(xiàn)為森林覆蓋率與生活水平提高，地方政府和當(dāng)?shù)厝罕娚鷳B(tài)環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)、越來(lái)越意識(shí)到青山綠水對(duì)于生態(tài)的重要性，而且區(qū)域的退耕還林/造林生態(tài)管理措施實(shí)施效果顯著，在保障移民生活和恢復(fù)生產(chǎn)中起到了重要作用。

2.1.4 生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù) 研究區(qū)域的生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)出逐年上升態(tài)勢(shì)，由2013 年的0.095 上升到2018 年的0.284，上升幅度達(dá)66.55%（表3）。

由表1 可知，指示生態(tài)安全響應(yīng)的指標(biāo)有10個(gè)，分別為：工業(yè)固體廢物綜合利用率(D22)、城鎮(zhèn)污水集中處理率(D23)、受保護(hù)區(qū)面積占國(guó)土面積比重(D24)、水資源開發(fā)利用率(D25)、礦山開采生態(tài)修復(fù)率(D26)、環(huán)境保護(hù)投資占GDP 比重(D27)、第三產(chǎn)業(yè)比重(D28)、萬(wàn)人在校大學(xué)生人數(shù)(D29)、萬(wàn)人擁有衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)(D30)、生態(tài)文明知曉率(D31)。其中，從2013 年至2018 年具體指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：環(huán)境污染治理投資逐漸增大，環(huán)境保護(hù)投資占GDP 比重由1.7%提升到3.1%，城鎮(zhèn)污水集中處理率和礦山開采生態(tài)修復(fù)率指標(biāo)較大幅度提升，分別增長(zhǎng)17.74%和27.64%；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)占比提升，第三產(chǎn)業(yè)比重在GDP 的比重從37.0%增長(zhǎng)到51.9%；對(duì)醫(yī)療、教育方面的關(guān)注和投入增長(zhǎng)，醫(yī)療機(jī)制的不斷完善，萬(wàn)人擁有衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)目由39.2 張/萬(wàn)人增長(zhǎng)至60.9 張/萬(wàn)人，增長(zhǎng)了155.36%，萬(wàn)人在校大學(xué)生人數(shù)從185 人增長(zhǎng)到289 人；生態(tài)文明知曉率從73.1%增至85.5%；與此同時(shí)，廢棄物綜合利用率由98.3%下降到96.6%，該項(xiàng)指標(biāo)的下降表明對(duì)該區(qū)域生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)的提高具有負(fù)向作用。

綜上，政府采取了積極系列措施，提升公眾對(duì)生態(tài)文明的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)全民積極參與生態(tài)文明創(chuàng)建，使得綠地資源日益豐富，在保障區(qū)域生態(tài)安全方面發(fā)揮著重要作用。

2.2 洞庭湖區(qū)生態(tài)安全水平影響因素

基于灰色關(guān)聯(lián)度方法，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算，以確定影響區(qū)域生態(tài)安全的主要影響因子，分析結(jié)果表明：31 個(gè)選擇的因子，普遍關(guān)聯(lián)得分較高，均超過(guò)0.5，有9 個(gè)因子關(guān)聯(lián)度達(dá)0.585 0 以上，其中關(guān)聯(lián)度得分最高分因子D24(受保護(hù)區(qū)面積占國(guó)土面積比重，0.594 3)；同時(shí)也有9 個(gè)因子的關(guān)聯(lián)度得分低（低于0.575 0），關(guān)聯(lián)度得分最低為因子D2（人口自然增長(zhǎng)率，0.565 1）（表4）。各子系統(tǒng)的具體關(guān)聯(lián)得分情況及主要分析結(jié)果如下。

表4 生態(tài)安全各指標(biāo)的影響關(guān)聯(lián)得分Table 4 Relevance scores of various indicators

2.2.1 壓力系統(tǒng) 研究區(qū)域壓力子系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)得分最高的為D8（萬(wàn)元GDP 工業(yè)廢水排放量）（圖1），表明該研究區(qū)域工業(yè)廢水排放對(duì)生態(tài)安全壓力具有舉足輕重的作用。其次，人口密度和人均居住面積的關(guān)聯(lián)度得分也相對(duì)較高，說(shuō)明人口壓力和人類作用強(qiáng)度施予給生態(tài)系統(tǒng)的壓力同樣不可忽視。相反，人口自然增長(zhǎng)率的關(guān)聯(lián)度反而得分相對(duì)最低，這應(yīng)該與區(qū)域嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的計(jì)劃生育政策緊密相關(guān)，盡管人口自然增長(zhǎng)率上升（從2014 年的3.62%提高到2018 年的5.18%），但人口波動(dòng)相對(duì)較小。據(jù)有關(guān)資料顯示[18-19]，洞庭湖流域化工廠和紡織廠林立，其排出富含污染物的工業(yè)廢水、附近的農(nóng)藥、化肥的過(guò)量流失等均是該區(qū)重要的人為生態(tài)污染源。洞庭湖區(qū)18 個(gè)縣(市)主要工業(yè)污染源1 800多個(gè)，其中重點(diǎn)污染源140 個(gè)，；洞庭湖區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，面源污染嚴(yán)重，18 個(gè)縣（市）10 a 農(nóng)藥平均使用量占湖南省總量的36.37%，而耕地面積僅占25.8%，化肥利用率僅為30%，每年隨降水入湖氮總量28.3萬(wàn)t、磷3.8 萬(wàn)t[18-19]。

由上分析可知，壓力子系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)得分高與人為因素關(guān)系緊密，受人為活動(dòng)影響大，尤其是工業(yè)廢水排放量是首當(dāng)其沖，應(yīng)引起高度重視，且與以往相關(guān)資料與分析結(jié)果相一致。

2.2.2 狀態(tài)系統(tǒng) 在狀態(tài)子系統(tǒng)中，影響因子得分最高的因子為D17（空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率），其次為D13（人均水資源量）、緊接著分別為D20（湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)）、D12（人均公共綠地面積）與D19（飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率）（圖2），說(shuō)明區(qū)域的空氣質(zhì)量、水源和水質(zhì)成為區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)的關(guān)鍵指示指標(biāo)。相反，D15（恩格爾系數(shù)）的關(guān)聯(lián)得分最低，說(shuō)明生態(tài)安全狀態(tài)受經(jīng)濟(jì)發(fā)展貧困與否的影響最小，居民的消費(fèi)與支出水平對(duì)區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)影響作用有限。

以往研究結(jié)果表明，洞庭湖區(qū)水資源呈現(xiàn)了生態(tài)赤字，達(dá)到-0.199 3 hm2/人[18]，這一方面是因生活水平的提高對(duì)水產(chǎn)品需求量加大，另一方面也是因工業(yè)生產(chǎn)大量排放的廢水，加重了區(qū)域?qū)λh(huán)境的壓力，優(yōu)質(zhì)水資源緊缺。另外，水污染為該區(qū)非常突出的環(huán)境問(wèn)題，湖泊周邊有許多工業(yè)企業(yè)，其中以造紙、化肥行業(yè)居多且散布湖區(qū)，數(shù)量多、規(guī)模小，未能有完善的污水處理設(shè)施，據(jù)湖南省環(huán)保局的統(tǒng)計(jì)，湖區(qū)現(xiàn)有造紙企業(yè)236 家，而有污水處理設(shè)施的僅兩家，多數(shù)企業(yè)未經(jīng)處理的工業(yè)廢水直排入湖，排放量大，給局部水域造成了嚴(yán)重的污染，雖然尚未造成富營(yíng)養(yǎng)化但湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的潛在風(fēng)險(xiǎn)非常大。

2.2.3 響應(yīng)系統(tǒng) 在響應(yīng)子系統(tǒng)中，關(guān)聯(lián)度得分最高的是D24（受保護(hù)區(qū)面積占國(guó)土面積比重），而關(guān)聯(lián)度得分最低的是D22（工業(yè)固體廢物綜合利用率）（圖3）。結(jié)果初步表明，在洞庭湖濕地，保護(hù)區(qū)面積在整個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全響應(yīng)中，具有舉足輕重的作用，應(yīng)維護(hù)好區(qū)域內(nèi)濕地生態(tài)保護(hù)區(qū)的環(huán)境，保障其面積不縮減，而固體廢物相對(duì)影響弱。除此之外，D23、D26、D28、D31 的關(guān)聯(lián)度得分也較高，分析結(jié)果表明，城鎮(zhèn)污水集中處理率、礦山開采生態(tài)修復(fù)率、第三產(chǎn)業(yè)比重和生態(tài)文明知曉率等均對(duì)該區(qū)域的生態(tài)安全響應(yīng)子系統(tǒng)影響大。

相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，城鎮(zhèn)污水處理率有待加強(qiáng)，第三產(chǎn)業(yè)比重有限[31]。如，蔣家嘴鎮(zhèn)是常德市漢壽縣的工業(yè)基地，聚集麻紡、造紙、氮肥等企業(yè)，緊鄰該鎮(zhèn)水域有長(zhǎng)約4 km，寬50—150 m 的岸邊污染帶，水呈黑色。移民就業(yè)安置問(wèn)題突出，按移民安置規(guī)劃，退田還湖移民60%從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，20%從事工業(yè)生產(chǎn)，20%從事第三產(chǎn)業(yè)，事實(shí)上移民安置的環(huán)境容量不寬松：“雙退”移民土地盡失，“單退”移民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)波動(dòng)性加劇；鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)企業(yè)規(guī)模小，缺乏發(fā)展的潛力與前景，對(duì)移民的吸納能力有限；第三產(chǎn)業(yè)安置同時(shí)受技能、經(jīng)驗(yàn)、資金以及消費(fèi)水平低增長(zhǎng)的限制，對(duì)容納勞動(dòng)力局限性大。

2.3 洞庭湖區(qū)生態(tài)安全優(yōu)化對(duì)策建議

通過(guò)對(duì)研究區(qū)域生態(tài)安全狀況評(píng)價(jià)及主要影響因子關(guān)聯(lián)度得分判定分析可知，研究區(qū)域生態(tài)安全水平呈逐步上升變化趨勢(shì)，生態(tài)安全狀態(tài)受多因素影響，且普遍體現(xiàn)為人為活動(dòng)影響大的因子關(guān)聯(lián)度得分高。其中，與區(qū)域生態(tài)安全壓力子系統(tǒng)高關(guān)聯(lián)度的因子為工業(yè)廢水排放量、人均居住面積、人口密度等，與狀態(tài)子系統(tǒng)高關(guān)聯(lián)度的因子為空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率、人均水資源量、人均公共綠地面積、湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率等，與響應(yīng)子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度較高的因子為受保護(hù)區(qū)面積占國(guó)土面積比重、礦山開采生態(tài)修復(fù)率、第三產(chǎn)業(yè)比重、城鎮(zhèn)污水集中處理率、環(huán)境保護(hù)投資比重、生態(tài)文明知曉率等。由此可知，整個(gè)研究區(qū)域集中在水質(zhì)、水量、人均占地、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)保投入及生態(tài)環(huán)保意識(shí)等方面，為提升該區(qū)生態(tài)安全水平及促進(jìn)該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，建議采用以下優(yōu)化措施：

1）嚴(yán)格管控廢水排放，促進(jìn)河湖健康發(fā)展。研究區(qū)域水質(zhì)性缺水為水質(zhì)問(wèn)題的重要原因，針對(duì)工業(yè)廢水排放、飲用水源達(dá)標(biāo)和湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)形勢(shì)嚴(yán)峻的問(wèn)題，對(duì)水污染防治應(yīng)以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，以減少污染物排放和達(dá)標(biāo)排放為手段，以河湖健康為目的，工業(yè)污染應(yīng)重點(diǎn)落實(shí)排污許可證制度，實(shí)行“一證式”管理，企業(yè)按證“自證守法”，履行主體責(zé)任，監(jiān)管部門對(duì)證檢查，違法必究；完善園區(qū)和城區(qū)污水管網(wǎng)，提高污水處理效率，嚴(yán)格管控養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)污染，提高畜禽養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)排泄物進(jìn)行集中達(dá)標(biāo)處理，減少化肥和農(nóng)藥使用量；減少水土流失和面源污染，促進(jìn)周邊河流和洞庭湖健康，防止湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。

2）合理利用洪峰水量，限制高耗水行業(yè)規(guī)模。湘、資、沅、澧四水與長(zhǎng)江三口徑流雖不斷向洞庭湖輸送水資源，但由于水資源季節(jié)分布不均，尤其是三峽建成運(yùn)行后流向洞庭湖的徑流量減少，水量性缺水仍然存在，枯水季節(jié)洞庭湖是相對(duì)缺水狀態(tài)，農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水及居民生活優(yōu)質(zhì)用水仍存在問(wèn)題，達(dá)標(biāo)水資源及人均水資源量短缺。針對(duì)整個(gè)問(wèn)題，應(yīng)充分利用“四水”干流水庫(kù)和長(zhǎng)江三峽水庫(kù)，調(diào)蓄雨洪資源，枯水季節(jié)通過(guò)調(diào)度水庫(kù)下泄生態(tài)流量；在洞庭湖內(nèi)可規(guī)劃建設(shè)水資源配置工程，對(duì)湖內(nèi)水資源進(jìn)行合理調(diào)配，盡可能滿足生態(tài)用水；適度開發(fā)地下水，保證城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)和生活科學(xué)利用達(dá)標(biāo)地表水；厲行節(jié)約用水，推行節(jié)水技術(shù)和產(chǎn)品，鼓勵(lì)回水利用，提高用水效率，限制高耗水行業(yè)的發(fā)展規(guī)模和布局，以水資源可持續(xù)利用保障生態(tài)用水的需要。

3）明確生態(tài)用地類型，構(gòu)建科學(xué)合理的生態(tài)安全格局。針對(duì)人均居住面積、人口密度及第三產(chǎn)業(yè)比重關(guān)聯(lián)度高的問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有資源分布特點(diǎn)，以環(huán)境容量和生態(tài)承載力為約束，確定產(chǎn)業(yè)與行業(yè)的開發(fā)強(qiáng)度，重新規(guī)劃區(qū)域內(nèi)工業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局，對(duì)沿江沿湖1 km 內(nèi)的化工企業(yè)進(jìn)行騰籠換鳥，實(shí)施綠色發(fā)展；嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)保護(hù)紅線，環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和生態(tài)環(huán)境準(zhǔn)入負(fù)面清單“三線一單”要求，對(duì)納入負(fù)面清單的實(shí)施“一票否決”。進(jìn)行分類分級(jí)生態(tài)功能區(qū)劃，調(diào)洪功能區(qū)分為湖濱灘地、濕地景觀與生物多樣性區(qū)，退田還湖恢復(fù)區(qū)分為雙退區(qū)、單退區(qū)，湖濱灘地允許生態(tài)性開發(fā)；濕地景觀與生物多樣性區(qū)則嚴(yán)禁人類活動(dòng)；雙退區(qū)則嚴(yán)格保護(hù)；單退區(qū)則高洪水期分蓄超額洪水，平時(shí)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，緩解人水爭(zhēng)地矛盾。

4）積極引導(dǎo)生態(tài)環(huán)保意識(shí)，探索洞庭湖濕地生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制與途徑。由環(huán)境保護(hù)投資比重、生態(tài)文明知曉率高分關(guān)聯(lián)度可知，環(huán)境保護(hù)投入及民眾的生態(tài)環(huán)保意識(shí)情況對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要影響。深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，牢固樹立綠水青山就是金山銀山的意識(shí)，強(qiáng)化洞庭湖國(guó)際重要濕地的戰(zhàn)略定位及其保護(hù)的意義，動(dòng)員全社會(huì)尊重濕地，順應(yīng)濕地，保護(hù)濕地，探索洞庭湖濕地生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制與途徑，推進(jìn)洞庭湖區(qū)生態(tài)補(bǔ)償政策實(shí)施。加大生態(tài)環(huán)境宣傳力度和生態(tài)環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法力度；在加大財(cái)政投入的同時(shí)，積極吸引社會(huì)資本投資及爭(zhēng)取國(guó)際組織項(xiàng)目支持，鼓勵(lì)社會(huì)力量參與。

3 結(jié)論

本文結(jié)合PSR 模型對(duì)洞庭湖區(qū)域進(jìn)行了生態(tài)安全區(qū)域評(píng)價(jià)，在分析評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步基于灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)該區(qū)域生態(tài)安全的主要影響因素進(jìn)行了分析。主要結(jié)論有：

1）2013—2018 年研究區(qū)域生態(tài)安全呈逐步上升趨勢(shì)，生態(tài)安全狀態(tài)不斷提升，生態(tài)安全級(jí)別由“較不安全”逐步上升為“較安全”，綜合指數(shù)分別為0.301、0.409、0.417、0.474、0.528、0.603。綜合前期研究與本研究結(jié)果表明，通過(guò)環(huán)保措施等人為活動(dòng)的干預(yù)，該區(qū)域生態(tài)安全狀況級(jí)別比預(yù)想的非干擾狀態(tài)下有所提升。

2）該區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)受多因素影響，普遍體現(xiàn)為人為活動(dòng)影響大的因子關(guān)聯(lián)度得分高。其中，與壓力子系統(tǒng)高關(guān)聯(lián)度的為工業(yè)廢水排放量、人均居住面積、人口密度，與狀態(tài)子系統(tǒng)高關(guān)聯(lián)度的為空氣質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率、人均水資源量、人均公共綠地面積、湖庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，與響應(yīng)子系統(tǒng)高關(guān)聯(lián)度的為受保護(hù)區(qū)面積占國(guó)土面積比重、礦山開采生態(tài)修復(fù)率、第三產(chǎn)業(yè)比重、城鎮(zhèn)污水集中處理率、環(huán)境保護(hù)投資比重、生態(tài)文明知曉率。因此，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需優(yōu)化等問(wèn)題較突出。

3）為提升該區(qū)生態(tài)安全水平及促進(jìn)該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)策建議應(yīng)集中在水質(zhì)、水量、人均占地、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)保投入及生態(tài)環(huán)保意識(shí)等方面。如嚴(yán)格管控廢水排放，促進(jìn)河湖健康發(fā)展；合理利用洪峰水量，限制高耗水行業(yè)規(guī)模；明確生態(tài)用地類型，構(gòu)建科學(xué)合理的生態(tài)安全格局；積極引導(dǎo)生態(tài)環(huán)保意識(shí)，探索洞庭湖濕地生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制與途徑。結(jié)合《洞庭湖國(guó)家級(jí)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)建設(shè)規(guī)劃》的內(nèi)容，在調(diào)洪功能區(qū)、退田還湖恢復(fù)區(qū)、環(huán)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的多級(jí)生態(tài)功能區(qū)劃的基礎(chǔ)上，尊重自然法則，遵循人與自然和諧相處的原則，分區(qū)分類治理。