基于PSR模型的青海省生态安全动态评价

郭婧^1,2

(1.青海省社会科学院生态环境研究所，西宁810000；2.中国科学院西北高原生物研究所、青海省寒区恢复生态学重点实验室，西宁810008）

摘要：基于PSR模型构建了青海生态安全评价指标体系，运用灰色关联模型和熵值法综合评价思维，从人口、自然、经济、社会和生态方面选取33个指标，并计算出综合权重。通过分析2005年~2018年青海省及各市（州）生态安全状况，客观评价区域生态安全状况及动态变化规律。研究发现，青海省生态安全综合指数呈波动上升趋势，且生态安全综合指数均高于0.7000，生态安全等级由良到优逐渐转化。14年间，青海省生态安全压力等级出现由Ⅲ到Ⅴ的提升，虽然整体向好发展，但系统稳定性欠缺。

关键词：生态安全;PSR评价体系;熵值法;灰色关联 中图分类号:X22文献标识码:A

文章编号:1005-9393(2022)02-0011-07

作者简介:郭婧(1989-),女,助理研究员,博士,主要从事生态经济、环境生态学研究。E-mail:352097314@qq.com。

基金项目：青海省创新平台建设专项（2022-ZJ-Y02）；青海省科协科技创新智库2022年度第一批“科技工作者建言”决策咨询项目（2022KX06）；国家社科基金青年项目(批准号:21CGL040);青海省社科规划年度青年项目(批准号:20052)。

生态安全是一种国家安全，属于非传统安全的范畴，20世纪90年代起在国际政治学界逐步出现并引起了人们的广泛关注^[1-2]。最具代表意义的广义生态安全是由国际应用系统分析研究所于1989年提出的概念，其核心含义指人在生活安乐、健康权利、生活保障来源等和人类适应环境变化的能力不受任何威胁的状态。生态安全的主要研究内容可被概括为生态系统自身安全（完整性、可持续性）、生态系统服务功能安全、区域生态安全分析与评价（评价指标和决策支持）。主要涉及的研究方向有生态安全评价的原则与体系、国土生态安全与耕地资源生态安全、区域生态安全实证评价、城市生态安全和重大工程项目的生态安全等领域^[3]。因此，生态与环境质量成为人类可持续发展的重要资源，生态安全研究对任何国家和地区来讲，都具有重要的战略地位和研究意义^[4]。

青海省是青藏高原地区的重要组成部分，资源优势独特，其特殊的生态区位和重要的生态功能，在促进我国经济社会可持续发展中具有不可替代的作用。近年来，随着一系列生态工程的实施和群众环保意识的增强，青海省生态环境虽局部有所好转，但整体恶化的趋势依然严重^[5]。由于青海省境内覆盖范围广，不同地区的经济和环境差异很大，因此对其总体生态安全评价是必不可少的。基于此，本文利用PSR模型构建青海省生态安全评价指标体系，对全省及各州市生态安全水平做出综合评价，为促进区域环境保护和可持续发展提供参考依据。

1研究区概况

青海（31°39＇–39°19＇N，89°35＇–103°04＇E）位于“世界屋脊”青藏高原的东北部，北部和东部同甘肃相接，西北部与新疆相邻，南部和西南部与西藏毗连，东南部与四川接壤，是长江、黄河、澜沧江的发源地，素有“中华水塔”之称。青海的国土面积为72.12×104km²，约占全国总面积的7.5%^[6-7]。平均海拔3500m以上，气候属典型的高原大陆性气候，太阳辐射强，干燥寒冷、多风少雨，平均年日照时数超过2700h，在全国范围内均属于高值地区。其生态系统功能结构的健全，不仅关乎国家经济社会可持续发展状态，甚至是亚洲地区重要的生态屏障。2017年青海省地区生产总值2642.80亿元，比2016年增长7.3%^[8]，主要是由于2017年的第三产业占比明显增加，服务业成为主要动力。三大产业对GDP的贡献率分别为9.08%、44.29%、46.63%。进一步说明青海省经济增长迅速，产业结构也逐步从“二、三、一”向“三、二、一”转变^[9]。2017年青海省常住人口598.38万人，其中城镇人口317.54万人，占总人口数的53.07%^[8]。青海属于多民族聚居地，其地域文化具有明显的民族性与独特性^[10]。2017年少数民族人口285.49万人，占总人口数的47.71%。主要居住着藏族、回族、土族、撒拉族、蒙古族等少数民族。

2 研究方法与数据来源

2.1研究方法

2.1.1评价模型的设计思路

PSR模型从社会经济与环境有机统一的观点出发，表明了人与自然这个生态系统中各种因素间的因果关系，能更精确地反映生态系统安全的自然、经济和社会因素之间的关系，为生态安全指标构造提供了一种逻辑基础^[11]。国内目前主要运用PSR概念框架的数学模型^[12]，在PSR框架中，环境问题被表述为不同但又相互联系的3个指标类型：压力指标表示人类活动对生态系统造成的负荷，状态指标表示生态系统的状况，响应指标包括自然响应和人类对生态环境问题所采取的措施，概念框架如图1。

图1 压力-状态-响应模型框架

2.1.2评价模型的设计

2.1.2.1熵值法确定权重

1948年，Shanon首次引进信息熵来描述信号源信号的不确定性^[13]，熵值法确定权重系数在信息论中，熵值反映了信息的无序化程度，可以用来度量信息量的大小^[14]，某项指标携带的信息越多，表示该指标对决策的作用越大^[15]。熵值法的计算步骤主要包括构建判断矩阵、指标特征值的无量纲处理、确定评价指标的熵3个部分。

2.1.2.2灰色关联分析法

本文运用灰色关联法对青海省生态安全状态进行分析与评价。具体步骤如下：

（1）确定参考序列和比较序列

参考序列：

设分级标准作为比较序列，则

共分S级，有第j级标准。

（2）求关联系数和关联度

首先，确定数列的最优向量：

。由于已经过无量纲化处理，可以直接进行比较。式中，V为最大运算符；G为最优向量；yij为标准化后的指标数据；gi为第n项指标的最优向量。其次，计算关联系数:

式中，分别为极差最小值和极差最大值；P为分辨率（分辨系数），0<P<1，P越小，分辨力越大。有研究表明，当P≤0.5463时，分辨率最好，本文中取0.5^[16]。

（3）计算加权关联度

式中：R_ij为关联度；ω_i为第i项指标的权重；ξ_ij为关联度系数。

2.2数据来源与指标选取

本研究的基础数据主要来源于《青海统计年鉴(2006-2019)》《西宁市统计年鉴（2006-2019）》《海东市统计年鉴(2006-2018)》《海北州统计年鉴(2006-2018)》《黄南州统计年鉴（2006-2018）》《果洛州统计年鉴(2006-2018)》《玉树统计年鉴(2006-2018)》《海西州统计年鉴（2006-2018）》《海南州统计年鉴（2006-2018）》和各区县市的统计局、环保局、扶贫局等。缺失数据采用相邻年份值插值法补齐。构建青海生态安全评价指标体系如表1。

 表1 生态安全评价指标体系

3 生态安全评价

3.1生态安全评价结果与分析

根据上述指标体系及评价方法，计算出了2005年~2018年青海省生态安全评价指标综合指数值（表2）和2005年、2010年、2015年、2018年4个时间段的各市（州）评价指标分系统生态安全综合值（表3）。由于目前学术界还没有对于青海省生态安全评价等级的划分标准，现今的生态安全评价对生态安全标准的划分并无明确规定，本研究在参考前人标准的基础上，对当地专家进行实际咨询设计了青海省生态安全分级标准，划定了5个生态安全等级评价标准（表4）。

表2 青海省生态安全评价指标综合指数

表3 青海省各市（州）评价指标分系统生态安全综合指数

表4 生态安全分级评价标准

3.2不同地区生态安全指数动态变化

从生态安全压力状况来看（图2），西宁市、黄南州、海南州、玉树州、果洛州和海西州的生态安全压力指数在4个时间段（2005年、2010年、2015年、2018年）处于持续上升趋势，区域生态环境压力持续增长，主要由于上述地区在人口增长、发展经济、交通建设、耕地利用和环保治理方面取得了一定成效，使得资源环境压力状况逐渐转好。海东市和海北州生态安全压力指数2015年~2018年处于下降趋势，分别在2015年达到峰值（图2b-c），生态安全压力增大。总体来看，在这4个时间段内，青海省各市（州）的生态安全压力指数增大。西宁市、海北州、黄南州和海南州的生态安全压力指数远低于生态安全状态和生态安全响应指数，其原因主要是第三产业比重偏低，且处于不断下降趋势，随着城市工业化进程加快，工业二氧化硫排放量、烟（粉）尘排放量、氮氧化物排放量都在持续增长，生态环境压力不断增大。且化肥农药使用量相比较高，造成生态环境压力增加，生态压力指数降低。

图2 青海省各市（州）生态安全指数

就生态安全状态指数来看，西宁市生态安全状态指数曲折上升（图2a），在2015年出现峰值后下降；其余各市（州）的生态安全状态指数14年间呈现缓慢上升趋势，整体波动不明显。且西宁市、海北州和黄南州的生态安全状态指数值远高于其他2类子系统，说明由于近年来注重农田水利设施建设，森林覆盖率增长，人均水资源量增长，同时草地生态环境质量呈向好发展趋势，使得生态安全状态呈现好转趋势。西宁市和海东市出现生态安全状态略微下降主要是由于人均耕地面积较少，且人均粮食需求还在逐年增长，这对于东部农业地区的生态安全状态影响很大。从生态安全响应指数来看，青海省各市（州）的生态安全响应指数呈直线上升趋势，均在2018年达到最高值。说明各地区在科技支出和环保支出投入、农民创收和基础设施建设等方面有明显提升。此外，污水处理率和生活垃圾无害化处理率也逐年提高，随着退耕还林（草）工程和一系列生态工程的实施，退化草地恢复率有所增长。这些因素对生态安全响应子系统有明显的促进作用。就生态安全综合指数来看，除了玉树州的综合指数呈现先上升后下降趋势外，其余各市（州）整体呈上升状态。生态安全综合指数演变是三个子系统共同作用的结果，响应子系统在各市（州）的指数值较高，对总系统的贡献率最大，可见研究期间人类对生态系统压力逐渐减少，对生态环境保护与建设的投入力度逐渐加大，生态恢复与安全调控措施也逐步加强。

图3 2005年~2018年青海生态安全指数变化

3.3青海省生态安全综合指数动态变化

如图3所示，2005年~2018年青海省生态安全综合指数呈波动上升趋势，分别在2006年、2009年和2016年达到峰值，且生态安全综合指数均高于0.7000，生态安全等级由“良”到“优”逐渐转化。14年间，青海省生态安全压力等级出现由Ⅲ到Ⅴ的提升，且分别在2006年、2014年和2017年出现峰值，均为0.75以上。生态安全状态指数变化较平稳，在2010年达到最低值，为0.6527，说明区域人地关系较为协调，生态系统遭受到的破坏较小，系统功能健全且能正常运转，生态系统自我修复能力较强，生态环境对人类经济社会发展的不利影响较小，自然灾害较少。生态安全响应指数变化动态表现出多峰值变化，最高值在2016年（0.8514），其余年份的生态安全响应指数处于Ⅴ级，研究期间内整体生态环境处于安全状态，系统功能完好，调节能力正常，生态问题不明显，生态环境有助于人类经济社会的发展。与各市（州）生态安全指数动态变化相比（图3），青海省多年间生态安全系统指数波动变化较明显，虽然整体向好发展，但系统稳定性欠缺。

4 结论

（1）2005年~2018年青海省生态安全综合指数呈波动上升趋势，分别在2006年、2009年和2016年达到峰值，且生态安全综合指数均高于0.7000，生态安全等级由良到优逐渐转化。

（2）14年间，青海省生态安全压力等级出现由Ⅲ到Ⅴ的提升，生态安全响应指数动态表现出多峰值变化，与各市（州）生态安全指数动态变化相比青海省多年间生态安全系统指数波动变化较明显，虽然整体向好发展，但系统稳定性欠缺。

（3）人均林地面积、人均耕地面积、化肥农药施用量、工业二氧化硫排放量、烟（粉）尘排放量、氮氧化物排放量、化学需氧量排放总量、恩格尔系数、生活垃圾处理率等指标对青海省生态安全状况影响较大。

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