基于P-S-R 模型的湖北省生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究

葉 賽，蹇雪瑩

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，武漢 430074）

建設(shè)生態(tài)文明是全世界面臨的一個(gè)重要難題。在2019 年1 月召開的達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇上，全球各地的政商界帶頭人普遍認(rèn)為2019 年世界面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)是環(huán)境威脅［1］。將生態(tài)安全納入國家安全體系之中，這一舉措準(zhǔn)確把握了國家安全形勢(shì)變化的新特點(diǎn)和新趨勢(shì)，有利于加強(qiáng)對(duì)生態(tài)安全重要性的認(rèn)識(shí)，對(duì)破解生態(tài)安全威脅具有重要意義。2019年，全國兩會(huì)中，習(xí)近平總書記圍繞生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)行闡述，首次提出“四個(gè)一”的表述。同時(shí)，2019 年的政府工作報(bào)告也指出，全國要繼續(xù)開展保護(hù)生態(tài)環(huán)境和防治污染的工作，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治，持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［2］。

關(guān)于生態(tài)安全的研究，國內(nèi)外學(xué)者雖然開始時(shí)間不同，但都對(duì)其進(jìn)行了多方面的研究。當(dāng)前，國外關(guān)于生態(tài)安全的研究，宏觀上主要集中在生態(tài)安全與國家安全、環(huán)境污染等方面［3，4］，微觀上主要集中在生態(tài)安全的評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)。國內(nèi)生態(tài)安全的研究主要涉及土地利用、區(qū)域生態(tài)安全的問題及對(duì)策、資源利用等方面［5-7］。

本研究以湖北省武漢市、宜昌市、襄陽市、荊州市、黃石市、咸寧市、鄂州市、十堰市、孝感市和荊門市10 個(gè)城市為研究對(duì)象，通過壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型構(gòu)建出符合湖北省特點(diǎn)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以湖北省10 個(gè)城市2014—2018 年的各指標(biāo)數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)對(duì)湖北省生態(tài)安全情況做定量化評(píng)價(jià)。從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3 個(gè)方面綜合分析湖北省生態(tài)安全狀況，為湖北省生態(tài)安全建設(shè)提出合理化、可實(shí)施的措施和建議，旨在為湖北省高效率、高質(zhì)量、協(xié)調(diào)發(fā)展提供新思路、新方法。

1 數(shù)據(jù)來源、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所構(gòu)建的湖北省生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共涉及13 個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒（2014—2018）、湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒以及各市統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)與統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

湖北省生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果是湖北省進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)相關(guān)措施的重要依據(jù)。因此，科學(xué)合理地分析評(píng)價(jià)湖北省生態(tài)安全的情況顯得尤為重要。本研究采用聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同提出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（Pressure-State-Response，P-S-R）模型。根據(jù)P-SR 模型，結(jié)合近年來國內(nèi)文獻(xiàn)所構(gòu)建的指標(biāo)體系，結(jié)合湖北省的特點(diǎn)，以科學(xué)性、合理性、可操作性等原則，構(gòu)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層共3 個(gè)層次13個(gè)具體指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

表1 湖北省生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 數(shù)據(jù)處理

由于各指標(biāo)的量綱單位有所差別，因此，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。具體公式如下：

式中，xij為第j 項(xiàng)指標(biāo)的原始值，xmax為某一項(xiàng)指標(biāo)的最大值，xmin為某一項(xiàng)指標(biāo)的最小值，yij為第j 項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。正向指標(biāo)運(yùn)用式（1）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，負(fù)向指標(biāo)運(yùn)用式（2）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

主成分分析法主要是利用降維將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，即主成分，通過線性組合重新組成彼此無關(guān)的綜合指標(biāo)，其表達(dá)式如下：

式中，Z1，Z2，……，Zm為m 個(gè)主成分，lij為線性組合中的系數(shù)。具體公式如下：

式中，fij為初始因子載荷，λj為第j 個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值。

由此，確定的指標(biāo)權(quán)重為：

式中，θj為第j 個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的點(diǎn)方差貢獻(xiàn)率。

通過SPSS 軟件進(jìn)行主成分分析，得到各指標(biāo)的主成分分析結(jié)果。若主成分矩陣中出現(xiàn)負(fù)數(shù)，通過數(shù)據(jù)平移，即將所有數(shù)據(jù)加上一個(gè)最小負(fù)數(shù)的絕對(duì)值進(jìn)行非負(fù)化處理，處理后的數(shù)據(jù)通過式（3）至式（5）得到指標(biāo)權(quán)重，將其進(jìn)行歸一化處理得到最終的指標(biāo)權(quán)重。

本研究運(yùn)用生態(tài)安全綜合指數(shù)來體現(xiàn)湖北省城市生態(tài)安全現(xiàn)狀，通過生態(tài)安全綜合指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來體現(xiàn)現(xiàn)狀與理想狀況的擬合程度。綜合指數(shù)越高，則表明生態(tài)安全狀況越好，反之則表明越不安全。參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)［8］，制定了5 級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)（表2）。具體公式如下：

式中，wj為第j 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；yij為i 地區(qū)j 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值；Up為壓力指數(shù)；Us為狀態(tài)指數(shù)；UR為響應(yīng)指數(shù)；U 為生態(tài)安全綜合指數(shù)。根據(jù)式（6）計(jì)算出2014—2018 年湖北省10 個(gè)地級(jí)市的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)以及生態(tài)安全綜合指數(shù)（表3 至表6）。

表2 生態(tài)安全綜合指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 湖北省生態(tài)安全現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

2.1 生態(tài)安全壓力指數(shù)分析

生態(tài)安全壓力指數(shù)參照的指標(biāo)包括人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、人均GDP、人均耕地面積和植被覆蓋率。從生態(tài)安全壓力指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率（圖1）可以得到，人口密度平均貢獻(xiàn)率最大，達(dá)53%，植被覆蓋率平均貢獻(xiàn)率最小，僅1%。湖北省人口密度較大的區(qū)域主要有武漢市、鄂州市、孝感市和黃石市，這4 個(gè)地方的人口密度都在500 人/km2以上，武漢市人口密度最大，為1 282 人/km2。湖北省大部分地區(qū)植被覆蓋率較低，其主要原因是城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，開發(fā)密度不斷提高，綠地面積不斷縮減，植被覆蓋率不斷降低，而湖北省很多位于山地區(qū)域的城市植被覆蓋率還比較高。

圖1 生態(tài)安全壓力指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率

從時(shí)間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全壓力指數(shù)（表3），2014—2018 年湖北省這10 個(gè)城市的生態(tài)安全壓力指數(shù)平均值呈先上升后下降再下降的趨勢(shì)，其中，2016 年的生態(tài)安全壓力指數(shù)最大，達(dá)0.184。2018 年宜昌市生態(tài)安全壓力指數(shù)最大，為0.320，鄂州市生態(tài)安全壓力指數(shù)最小，為0.101。宜昌市、十堰市、襄陽市和荊門市生態(tài)安全壓力指數(shù)均高于平均值，剩余6 個(gè)城市生態(tài)安全壓力指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得壓力指數(shù)，將其分為3 類（高壓力指數(shù)＞0.160，中等壓力指數(shù)0.130～0.160，低壓力指數(shù)＜0.130）。由此可知，2018 年，宜昌市、襄陽市、荊門市和十堰市屬于高壓力指數(shù)區(qū)；咸寧市、武漢市、荊州市和孝感市屬于中等壓力指數(shù)區(qū)；黃石市和鄂州市屬于低壓力指數(shù)區(qū)。

表3 2014—2018 年湖北省10 個(gè)地級(jí)市生態(tài)安全壓力指數(shù)

2.2 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)分析

生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)參照的指標(biāo)包括人均住房建筑面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公共綠地面積、固廢綜合利用率以及環(huán)境噪聲平均值。由生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率（圖2）可以看出，人均住房建筑面積平均貢獻(xiàn)率最大，為48%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了貢獻(xiàn)率第二的建成區(qū)綠化覆蓋率（23%），環(huán)境噪聲平均值平均貢獻(xiàn)率最小，僅為1%。

圖2 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率

從時(shí)間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)（表4），2014—2018 年湖北省生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均值呈逐漸下降的趨勢(shì)，并且有持續(xù)下降的可能。2014—2018 年，湖北省生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均值由0.240 下降至0.199。2018 年黃石市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)最大，為0.290，襄陽市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)最小，為0.128。黃石市、武漢市、十堰市和荊門市的生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)均高于平均值，其余6 個(gè)城市的生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得狀態(tài)指數(shù)，將其分為3 類（高等水平＞0.250，中等水平0.150～0.250，低等水平＜0.150）。湖北省這10 個(gè)城市中，僅有黃石市的城市環(huán)境狀態(tài)較好，武漢市、十堰市、荊門市、宜昌市、咸寧市、荊州市和孝感市7 個(gè)城市的環(huán)境狀態(tài)處于中等水平，而襄陽市和鄂州市的環(huán)境狀態(tài)較差。

表4 2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)

2.3 生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)分析

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)參照的指標(biāo)包括第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重、科學(xué)技術(shù)支出占財(cái)政支出比重和環(huán)境投入占財(cái)政支出比重。由生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率（圖3）可知，第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重的平均貢獻(xiàn)率（47%）＞科學(xué)技術(shù)支出占財(cái)政支出比重的平均貢獻(xiàn)率（34%）＞環(huán)境投入占財(cái)政支出比重的平均貢獻(xiàn)率（19%）。由此可知，湖北省對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)和投資力度都不夠，隨著生態(tài)長(zhǎng)江的提出，湖北省政府開展了一系列保護(hù)生態(tài)的建設(shè)活動(dòng)，但收效甚微，而且地方政府執(zhí)行力度差，使得生態(tài)建設(shè)開展時(shí)間短，無法保證生態(tài)建設(shè)的有效性與持久性。

圖3 生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)各因子平均貢獻(xiàn)率

從時(shí)間和空間上來分析2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)（表5），2014—2018 年湖北省生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)變化幅度中，最大值出現(xiàn)在2017 年，為0.064，最小值出現(xiàn)在2015 年，為0.055。2018 年武漢市生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)最大，為0.185，黃石市生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)最小，為0.010。武漢市、十堰市和襄陽市3 個(gè)城市的生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)均高于平均值，其余7 個(gè)城市的生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)均低于平均值。根據(jù)本研究所得響應(yīng)指數(shù)，將其分為3 類（高等水平＞0.100，中等水平0.020～0.100，低等水平＜0.020），由此可得，武漢市和十堰市的響應(yīng)較好，襄陽市、鄂州市、宜昌市、孝感市、荊州市和荊門市的響應(yīng)處于中等水平，咸寧市和黃石市的響應(yīng)較差。

表5 2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)

2.4 生態(tài)安全綜合指數(shù)分析

由2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全綜合指數(shù)（表6）可見，2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)最高的是十堰市，為0.600，最低的是鄂州市，為0.300。湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)平均值為0.429，武漢市、十堰市和宜昌市3 個(gè)城市的生態(tài)安全綜合指數(shù)高于平均值，其余7 個(gè)城市的生態(tài)安全綜合指數(shù)均低于平均值。同時(shí)，結(jié)合生態(tài)安全綜合指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知，武漢市和十堰市屬于生態(tài)安全區(qū)，宜昌市處于較安全區(qū)，黃石市、荊門市、襄陽市和咸寧市處于臨界安全區(qū)，孝感市和荊州市屬于生態(tài)不安全區(qū)，鄂州市生態(tài)安全問題較為嚴(yán)重。與2014 年相比，2014 年10 個(gè)城市中十堰市和宜昌市處于生態(tài)安全區(qū)，生態(tài)安全綜合指數(shù)高于0.550，而且沒有位于很不安全區(qū)的城市。2014—2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)逐漸下降，從0.459 降至0.429，表明湖北省生態(tài)安全狀態(tài)面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，正在逐漸惡化。

表6 2014—2018 年湖北省10 個(gè)城市生態(tài)安全綜合指數(shù)

通過分析生態(tài)安全指數(shù)中的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)平均貢獻(xiàn)率可知，壓力指數(shù)平均貢獻(xiàn)率最高，為47.8%，其次是狀態(tài)指數(shù)平均貢獻(xiàn)率，為40.9%，響應(yīng)指數(shù)平均貢獻(xiàn)率最低，為11.3%。由此可知，湖北省生態(tài)環(huán)境承受的壓力很大，所面臨的生態(tài)安全形勢(shì)嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)不足以維持湖北省自身經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。由生態(tài)安全壓力指數(shù)平均貢獻(xiàn)率可知，貢獻(xiàn)率最高的是人口密度（53%），其次是人口自然增長(zhǎng)率（26%），植被覆蓋率貢獻(xiàn)率最低（1%）。因此，人類活動(dòng)是湖北省生態(tài)環(huán)境壓力的主要來源，人口密度不斷上升，人口總數(shù)也在不斷增加，同時(shí)人均耕地面積減少，植被覆蓋率降低，人地矛盾加劇，生態(tài)環(huán)境壓力大。從生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)平均貢獻(xiàn)率來看，貢獻(xiàn)率最高的是人均住房建筑面積（48%），其次是建成區(qū)綠化覆蓋率（23%），環(huán)境噪聲平均值貢獻(xiàn)率最低（1%）。總體而言，湖北省生態(tài)安全狀態(tài)還是比較穩(wěn)定的，人均住房建筑面積增加的同時(shí)沒有忽視綠化活動(dòng)。根據(jù)中國環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，湖北省的環(huán)境噪聲平均值（54.15 dB）僅僅比1 類白間標(biāo)準(zhǔn)（55.00 dB）降低了0.85 dB，湖北省平均環(huán)境噪聲也增加了生態(tài)安全的壓力。最后，由生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)貢獻(xiàn)率可知，政府的政策同樣制約著生態(tài)安全。政府雖然出臺(tái)了大量有關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)的政策，但地方貫徹執(zhí)行政策的速度較慢，落實(shí)不到位，導(dǎo)致第三產(chǎn)業(yè)在GDP 中所占比重較小。同時(shí)，湖北省還未形成統(tǒng)一的環(huán)保理念，科學(xué)技術(shù)和環(huán)境投入占財(cái)政支出的比重很小，政府投資力度有待加強(qiáng)。

3 結(jié)論與建議

本研究基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型，運(yùn)用主成分分析法與綜合指數(shù)法，對(duì)湖北省的生態(tài)安全狀況進(jìn)行定量分析與評(píng)價(jià)。最終得出以下2 點(diǎn)結(jié)論。

1）2018 年湖北省生態(tài)安全綜合指數(shù)平均值為0.429，總體處于臨界安全狀態(tài)。其中，襄陽市、荊門市、黃石市和咸寧市屬于臨界安全區(qū)；武漢市和十堰市處于生態(tài)安全狀態(tài)；宜昌市屬于較安全區(qū)；荊州市和孝感市屬于不安全區(qū)；鄂州市屬于很不安全區(qū)。十堰市生態(tài)安全綜合指數(shù)最高，為0.600，鄂州市生態(tài)安全綜合指數(shù)最低，為0.300。

2）通過分析生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)貢獻(xiàn)率，得到壓力指數(shù)平均貢獻(xiàn)率最高，為47.8%，其次是狀態(tài)指數(shù)平均貢獻(xiàn)率，為40.9%，響應(yīng)指數(shù)平均貢獻(xiàn)率最低，為11.3%。由此可知，限制湖北省生態(tài)安全的主要因子來源于壓力系統(tǒng)中的人口密度、人口自然增長(zhǎng)率和人均GDP。

結(jié)合長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶目前的生態(tài)安全現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢(shì)，為提高湖北省未來的生態(tài)安全水平，改善湖北省生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)湖北省高質(zhì)量發(fā)展，本研究從以下2 個(gè)方面提出建議。

1）推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高生態(tài)安全響應(yīng)能力。根據(jù)湖北省省情以及結(jié)構(gòu)矛盾，繼續(xù)推進(jìn)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)輕工業(yè)改造升級(jí)，加大對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的支持，積極鼓勵(lì)企業(yè)轉(zhuǎn)型。淘汰落后產(chǎn)能，化解過剩產(chǎn)能。同時(shí)，要積極促進(jìn)智能產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2）增加環(huán)保財(cái)政投入，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，減輕生態(tài)壓力。湖北省2017 年關(guān)于環(huán)保的財(cái)政支出僅占總財(cái)政支出的2.21%，固廢綜合利用率為59.00%，生態(tài)環(huán)境壓力較大。應(yīng)該加強(qiáng)東湖、洪湖、漢水、漳水、清江等水域及林地、耕地等的生態(tài)環(huán)境保護(hù)。