崔馨月,方 雷,王祥榮,*,康俊鋒

1 復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海 200438

2 江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院, 贛州 341000

3康涅狄格大學(xué)地理系,康涅狄格州 06269

經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)的極度蓬勃發(fā)展,中國的城鎮(zhèn)化規(guī)模極度擴(kuò)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(biāo)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(shè)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(hù)的理性思考,生態(tài)安全逐漸成為了多學(xué)科研究的重點。長三角區(qū)域作為我國最大的經(jīng)濟(jì)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(hù)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(jìn)行保護(hù)與修復(fù),作為維護(hù)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(jì)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(yīng)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(yīng)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(hù)、生態(tài)系統(tǒng)能夠抵抗擾動并可以復(fù)原、生態(tài)系統(tǒng)不需要被不斷修復(fù)時,可認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)對泰國東北部森林保護(hù)[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(fù)時使用DPSIR框架[7]；A Aubry利用環(huán)境綜合指標(biāo)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(wù)一體化[9]；M Span利用DPSIR模型研究意大利北部綠色基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)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(jìn)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(xiàn)與專家選取篩選指標(biāo),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(guān)的指標(biāo)。本研究還設(shè)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(jìn)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(shè)提出建議與對策,有助于因地制宜地建設(shè)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(yáng)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。《長江三角洲地區(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(wù)院批準(zhǔn)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(jì)水平領(lǐng)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(jì)發(fā)展基礎(chǔ),是“一帶一路”與“長江經(jīng)濟(jì)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(dá)到60%,具有各類城市職能。但經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時,由于粗放型經(jīng)濟(jì)增長,城市建設(shè)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(jì)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(biāo)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(bǔ)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(jī)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(guān),可以利用隨機(jī)估計法中的熱卡法(隨機(jī)hot-deck插補(bǔ)法)進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)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(bǔ)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(jì)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(biāo)無法達(dá)到評價城市群生態(tài)安全的目的,需確立完整的評價指標(biāo)體系。目前用以進(jìn)行生態(tài)安全評價的模型有很多,聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署(OCED,1993)提出壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-響應(yīng)(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(yīng)(S)之間的因果關(guān)系。1997年歐洲環(huán)境署(EEA)在PSR模型的基礎(chǔ)上提出了驅(qū)動力(Driving)-壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-影響(Impact)-響應(yīng)(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(jì)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(jì)等方面產(chǎn)生影響(I),并使得社會以預(yù)防、適應(yīng)或改善的方式作出響應(yīng)(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(yīng)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(biāo),例如交通方式轉(zhuǎn)變、限制污染物排放等。

1.3.2DPSIR評價指標(biāo)選取與體系構(gòu)建

為了對長三角城市群進(jìn)行客觀、科學(xué)的生態(tài)安全評價,首先要建立合理的指標(biāo)體系。確定評價指標(biāo)體系應(yīng)遵循以下原則[20]：科學(xué)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(biāo)方法論與指標(biāo)時認(rèn)為,相比于發(fā)展新指標(biāo),研究者在建立生態(tài)指標(biāo)框架時,應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)衡量已有指標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)研究成果進(jìn)行指標(biāo)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(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)和指標(biāo)層(C),以長三角區(qū)域?qū)嶋H情況為依托選取指標(biāo),初選長三角城市群生態(tài)安全指標(biāo)40項,為保證指標(biāo)科學(xué)性、系統(tǒng)性與可得性,最終確定指標(biāo)層包含25項指標(biāo),并針對指標(biāo)特征確定其類型：效益型(+)或成本型(-)。

指標(biāo)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(zhǔn)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(yīng)B5,指影響區(qū)域生態(tài)安全的主要因素；指標(biāo)層包含指標(biāo)C1-C25,每個準(zhǔn)則層對應(yīng)的指標(biāo)都可細(xì)化為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、生態(tài)指標(biāo)、社會指標(biāo)。

表1 城市群生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

1.3.3DPSIR權(quán)重確定方法

本研究所構(gòu)建的DPSIR指標(biāo)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(xué)中引入的概念,利用指標(biāo)的變異性大小來確定客觀權(quán)重。在生態(tài)安全指標(biāo)賦權(quán)計算中,熵權(quán)法基于以下假設(shè)：城市間差異較大,即熵值更小的指標(biāo)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(jìn)行環(huán)境影響評價的研究中利用熵權(quán)法賦權(quán),認(rèn)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(biāo)信息的實用價值,因此更加可信。

熵權(quán)法賦權(quán)首先要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。評價指標(biāo)分為“成本型指標(biāo)”和“效益型指標(biāo)”兩種,成本型指標(biāo)數(shù)值小為優(yōu),效益型指標(biāo)相反。得到j(luò)(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(biāo)后,建立評價模型,其原始數(shù)據(jù)為：

(3)

對于效益型指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)值yij用下式計算：

(4)

對于成本型指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)值yij為：

(5)

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

(6)

式中,pij為城市j,i指標(biāo)的數(shù)據(jù)值比例,用式(7)求得。k=1/lnn,當(dāng)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(biāo)為隨機(jī)變量,利用無量綱化處理后屬性值的均方差作為各指標(biāo)權(quán)重。均方差決策法的評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化需使用式(4)和式(5)處理得到y(tǒng)ij。標(biāo)準(zhǔn)化處理后,需求出隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差(均方差),將標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行歸一化,結(jié)果可作為各指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。

求第i項指標(biāo)的均值E(Ji)

(10)

求第i項指標(biāo)的均方差σ(Ji)

(11)

得到第i項指標(biāo)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(biāo)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(biāo)綜合計算

根據(jù)DPSIR指標(biāo)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(biāo)數(shù)目,p(p≤m)為特征根數(shù)目。

(15)

其中,ESIj為各準(zhǔn)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(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值,Wi為各指標(biāo)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)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(biāo)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(biāo)進(jìn)行處理,得到各指標(biāo)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(zhǔn)則層、25項指標(biāo)中,權(quán)重≥0.05的指標(biāo)有8項,其中響應(yīng)指標(biāo)層與驅(qū)動力指標(biāo)層分別占有3項,分別為C21萬人擁有高校在校學(xué)生數(shù)、C25節(jié)能環(huán)保支出占公共預(yù)算支出比重、科學(xué)技術(shù)支出占公共預(yù)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(biāo)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(xiàn)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(shè)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(yīng)指標(biāo)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(jìn)環(huán)境生態(tài)建設(shè)中采取的積極措施對促進(jìn)生態(tài)安全產(chǎn)生作用,包括增加環(huán)境保護(hù)投資強(qiáng)度、增強(qiáng)公民意識,加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)水平等舉措；與此同時,長三角城市群的社會經(jīng)濟(jì)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(biāo)貢獻(xiàn)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(dǎo)。

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(xiàn)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(xué)技術(shù)支出占公共預(yù)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(biāo)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(biāo)全部信息。選取前7個主成分效果較好,據(jù)此計算出相應(yīng)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(biāo)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(biāo)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(jìn)行判斷,只能通過評分值來對所評價的城市進(jìn)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(biāo)進(jìn)一步分析。根據(jù)式(13)以及長三角城市群各指標(biāo)權(quán)重Wi與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)5大指標(biāo)及綜合指數(shù)各指標(biāo)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?jǐn)?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(biāo)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。總體來說,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(biāo)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(biāo)與響應(yīng)指標(biāo)均處于較高水平,而壓力、狀態(tài)、影響指標(biāo)處于中等至較低水平。在狀態(tài)、影響指標(biāo)與其他城市相似的情況下,蘇州市的壓力指標(biāo)明顯小于其他城市且驅(qū)動力指標(biāo)水平最高,因此生態(tài)安全水平較高。合肥市在影響、響應(yīng)指標(biāo)處于平均水平的情況下,驅(qū)動力指標(biāo)水平較低且壓力指標(biāo)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(jì)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(dá)到74.9%,影響指標(biāo)科學(xué)技術(shù)與節(jié)能環(huán)保支出水平處于長三角城市群中領(lǐng)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(biāo)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(yīng)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(yáng)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(biāo)與響應(yīng)指標(biāo)水平依然較高,但壓力、狀態(tài)、影響指標(biāo)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(yīng)指標(biāo)水平,且壓力、狀態(tài)、影響指標(biāo)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(biāo)水平屬于平均以上,但壓力指標(biāo)在15個城市中屬于最高,且響應(yīng)指標(biāo)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(biāo)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(yīng)指標(biāo)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(biāo)在長三角區(qū)域中排名較低,但南通市驅(qū)動力指標(biāo)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(biāo)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(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)水平普遍較高,驅(qū)動力指標(biāo)較前兩類城市有明顯下降,狀態(tài)指標(biāo)處于中等偏上水平。鹽城市壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和影響指標(biāo)屬于11個城市的中等水平,但驅(qū)動力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)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(biāo)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(biāo)均為中等偏低水平。其中,鹽城市驅(qū)動力、壓力和響應(yīng)指標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)與狀態(tài)指標(biāo)為相對最高的兩類指標(biāo),且驅(qū)動力指標(biāo)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(yīng)指標(biāo)、驅(qū)動力指標(biāo)與影響指標(biāo)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(biāo)與驅(qū)動力指標(biāo)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(xué)技術(shù)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(yīng)指標(biāo)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(biāo)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(rèn)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(yù)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(biāo)數(shù)量不足有關(guān)。也與前人的研究只使用單一評價方法有關(guān)。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(dǎo)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(rèn)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(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。

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(xiàn)度的分析,說明驅(qū)動力、影響、響應(yīng)指數(shù)對長三角城市群生態(tài)安全狀況的影響占主導(dǎo)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)這四個方面提出長三角城市群生態(tài)安全狀況的應(yīng)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(yù)算支出比重、科學(xué)技術(shù)支出占公共預(yù)算支出比重這些響應(yīng)指標(biāo)對于生態(tài)安全的貢獻(xiàn)度較高。這些指標(biāo)屬于響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)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(yù)算支出27764.13億元,其中地方財政環(huán)境保護(hù)支出705.52億元,較上年同期增長30.53%,占地方財政一般預(yù)算支出的2.54%,可以看出雖然地方環(huán)境保護(hù)投入逐年增長且漲幅較大,但仍只占一般預(yù)算支出的很少比例。我國主要通過環(huán)境補(bǔ)貼的方式鼓勵企業(yè)進(jìn)行節(jié)能環(huán)?；顒?但投入方式相對單一,投入水平也遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。因此,應(yīng)加大節(jié)能環(huán)保支出,增強(qiáng)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(jī)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(hù)性對策將為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn),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(shù)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(jì)轉(zhuǎn)型[27]?？茖W(xué)技術(shù)支出用于科學(xué)技術(shù)管理事務(wù)、基礎(chǔ)研究、技術(shù)研究、科技條件與服務(wù)等方面的支出。2015年長三角城市群地方財政環(huán)境保護(hù)支出1042.54億元,較上年同期增長12.47%,占地方財政一般預(yù)算支出的3.75%。雖然科學(xué)技術(shù)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(xué)技術(shù)是維護(hù)與建設(shè)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?fàn)I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(qiáng)對基礎(chǔ)研究及在各個產(chǎn)業(yè)方面的推動作用；最后需要對科學(xué)技術(shù)資金建立監(jiān)管機(jī)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(jī)構(gòu)、團(tuán)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(jì)發(fā)展的推動力,又有助于在緩解人口壓力,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展[29]。長三角城市群應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)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(yīng)加強(qiáng)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(yīng)普遍提高公民的環(huán)保意識,對全民進(jìn)行環(huán)境保護(hù)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(yán)峻形勢,普及環(huán)保理念和環(huán)保方法。各部門應(yīng)做好信息公開工作,適當(dāng)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(biāo)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(xiàn)。中國在經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)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(yù)計到2030年,中國城鎮(zhèn)化水平將達(dá)到60%。先前的研究表明,驅(qū)動力和壓力指標(biāo)之間存在高度相關(guān)性,經(jīng)濟(jì)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(jì)最具活力的地區(qū),城鎮(zhèn)化水平在2015年已達(dá)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(jìn)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(jì),以生態(tài)平衡為前提構(gòu)造健康的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式?！背擎?zhèn)化進(jìn)程將推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)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(jìn)作用,主要通過刺激消費,提供勞動力、為城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供市場支持等方面。因此推動城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中,應(yīng)建立并實行完善的環(huán)境保護(hù)和建設(shè)制度,對三廢排放、農(nóng)藥化肥使用進(jìn)行嚴(yán)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(jìn)其特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展,從而分擔(dān)大型城市生態(tài)壓力,起到橋梁作用,促進(jìn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)

影響因素三項指標(biāo)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(xiàn)。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(biāo)準(zhǔn)(GB50563—2010)》,達(dá)到I級水平(40.00%),8座城市沒達(dá)到I級水平,阜陽市綠化覆蓋率為33.85%,未達(dá)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(biāo)準(zhǔn)(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(biāo)值(11 m3/人),2座城市沒有達(dá)到生態(tài)城市指標(biāo),其中,上海市人均公園綠地面積為7.6 m3/人,沒有達(dá)到園林城市達(dá)標(biāo)值。然而,Nathwani等人的研究認(rèn)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(dǎo)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(dá)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(jìn)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(biāo)：人口指標(biāo)(人口密度等)、表明區(qū)域污染壓力的指標(biāo)(工業(yè)煙塵排放總量等)、環(huán)境壓力的反表征指標(biāo)(酸雨頻率等)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)(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(rèn)為常規(guī)指標(biāo)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(biāo)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(yīng)(PSR)模型得到的結(jié)論仍舊認(rèn)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(shè)這四個方面,當(dāng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)資源有限的情況下,應(yīng)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(shè)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(xiàn)與專家選取篩選25個指標(biāo),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(jìn)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(biāo)的分析,得出長三角生態(tài)安全建設(shè)對策,并對區(qū)域生態(tài)安全評價指標(biāo)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(yīng)指標(biāo)對長三角城市群生態(tài)安全建設(shè)有很大貢獻(xiàn)。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(jìn)行分析提取,提出相關(guān)建設(shè)策略,即強(qiáng)調(diào)區(qū)域智力資本、新型城鎮(zhèn)化、基礎(chǔ)設(shè)施建方面的建設(shè)；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(jìn)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(xué),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(jì)活動對生態(tài)安全所產(chǎn)生的影響。指標(biāo)選擇方面,指標(biāo)的選取多是根據(jù)國內(nèi)外生態(tài)安全研究成果進(jìn)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(yīng)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(xué)的方式選取指標(biāo),建立系統(tǒng)的評價體系。