陳義平 李敘勇 江燕

摘要：

城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)，科學(xué)認(rèn)識城市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其變化趨勢，有利于推進城市生態(tài)文明建設(shè)。以武漢城市群為例，基于DPSIR（Driving Forces–Pressures–State–Impact–Responses，驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)）模型構(gòu)建城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評價體系，分析2010，2015，2020年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。研究結(jié)果表明：① 從2010年到2020年，武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)呈上升趨勢，表征等級由一般、良轉(zhuǎn)變?yōu)榱?、?yōu)。其中，咸寧市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)最高，武漢市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)最低。② 武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)的變化主要歸因于城鎮(zhèn)化、污染治理、生態(tài)保護、資源節(jié)約等方面。研究基于武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)的變化給出保護建議，可為武漢城市群可持續(xù)發(fā)展提供管理決策依據(jù)，為相應(yīng)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價提供參考。

關(guān)鍵詞：

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價； DPSIR模型； 武漢城市群； 生態(tài)文明

中圖法分類號：X24

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.05.014

文章編號：1006-0081（2023）05-0087-09

0 引 言

城市化是人類社會發(fā)展的客觀趨勢［1］。1900年全球只有10%的城市人口［2］，2007年全球城市化率上升至50.2%，預(yù)計2050年全球城市化率將達到68%［3］。在城市化進程中，城市的增長和擴張成為了區(qū)域和全球環(huán)境變化的主要驅(qū)動力［4］。中國的城市化進程仍在高速推進，預(yù)計2050年中國城市人口將達到10.9億，城市化率將達到80%。然而，城市化進程改變了土地覆蓋，導(dǎo)致了全球變暖、半數(shù)以上森林消失、生物多樣性不可逆轉(zhuǎn)的損失等［5-6］。因此，城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價成為了關(guān)注熱點。

城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是以城市生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，從社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的角度，通過指標(biāo)體系綜合評估城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［7-9］。為了分析環(huán)境脅迫和響應(yīng)之間的相互作用，Tony Friend和David Rapport提出了“壓力-響應(yīng)（Stress-Response，SR）”框架［10］。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）在“壓力-響應(yīng)”框架基礎(chǔ)上構(gòu)建了“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（Pressure-State-Response，PSR）”框架［11］。DPSIR（Driving Forces–Pressures–State–Impact–Responses）框架由歐洲環(huán)境署（EEA）基于PSR框架構(gòu)建，并被聯(lián)合國和美國環(huán)境保護局采納［12- 13］。目前，PSR框架、DPSIR框架、聯(lián)合國推出的千年生態(tài)系統(tǒng)評估框架（Millennium Ecosystem Assessment Framework，MA）、中國生態(tài)環(huán)境部推行的生態(tài)環(huán)境狀況評價指標(biāo)體系等，是生態(tài)環(huán)境綜合評價較為權(quán)威的指標(biāo)體系，具有重要借鑒意義。中國河北省、蘭州市、粵北地區(qū)應(yīng)用了PSR框架分析生態(tài)環(huán)境狀況［14-16］。濟南市、文山州、長三角城市群等區(qū)域應(yīng)用了DPSIR框架分析生態(tài)環(huán)境狀況［17-19］。北京市、石家莊市采用生態(tài)環(huán)境狀況評價指標(biāo)體系分析生態(tài)環(huán)境狀況［20-21］。此外，一些學(xué)者通過準(zhǔn)則層指標(biāo)的選取構(gòu)建了新的指標(biāo)體系，涉及自然、經(jīng)濟、社會等方面，應(yīng)用于上海市、杭州市、?？谑械纳鷳B(tài)環(huán)境狀況評價［22-24］。PSR框架是一個簡單的環(huán)境污染指標(biāo)分析框架，強調(diào)人類活動引發(fā)的環(huán)境變化，沒有反映出環(huán)境變化對人類的影響，不能滿足可持續(xù)發(fā)展的需求［25］。MA框架的目標(biāo)是評估生態(tài)系統(tǒng)變化對人類福祉的影響，并對生態(tài)系統(tǒng)及其提供的服務(wù)功能進行評估［26］。DPSIR框架系統(tǒng)分析了人與自然之間的相互作用關(guān)系，既作為生態(tài)學(xué)家和管理人員間的溝通橋梁，也面向非專業(yè)受眾，用于吸收、提煉和傳播復(fù)雜的科學(xué)知識，是一個容易理解而全面的生態(tài)系統(tǒng)評估工具，得到了廣泛的應(yīng)用［27］。

武漢城市群是湖北經(jīng)濟實力最強的區(qū)域，也是引領(lǐng)中西部高質(zhì)量發(fā)展的重要增長極。大規(guī)模的城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟的快速發(fā)展給武漢城市群生態(tài)環(huán)境帶來持續(xù)增加的壓力，林地、耕地、草地持續(xù)減少，碳儲量服務(wù)不斷下降，熱島效應(yīng)增強，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷下降且明顯低于湖北其他區(qū)域［28-30］。目前武漢城市群的研究主要集中在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、土地利用類型、水域景觀格局、熱島特征等方面［31-34］，缺少反映區(qū)域城市化進程對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響的研究。因此，有必要構(gòu)建一套生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價體系對武漢城市群的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價。本文以武漢城市群為研究區(qū)，參考現(xiàn)有的生態(tài)質(zhì)量評價體系，基于DPSIR模型，從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5個方面選取了13個指標(biāo)，基于層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價體系，對2010，2015，2020年武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價，以期為該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)，并為其他城市生態(tài)發(fā)展規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

武漢城市群位于湖北省東部（圖1），包括武漢、黃石、鄂州、孝感、黃岡、咸寧、仙桃、天門、潛江9個城市，2020年城市群的國土總面積為5.8萬km2，占全省總面積的31%；常住人口3 200萬人，占全省人口的55％；國民生產(chǎn)總值為2.6萬億元，占全省的61%，是湖北經(jīng)濟發(fā)展的核心、長江經(jīng)濟帶的重要組成部分。武漢城市群屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，地貌形態(tài)為“一分水二分山三分丘陵四分平原”。2010～2020年，武漢城市群經(jīng)歷了劇烈的城市擴張，農(nóng)田、林地不斷減少，不透水面增加了一半，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文收集了2010，2015，2020年武漢城市群的遙感、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中，土地利用數(shù)據(jù)來自于數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)（https：∥data.casearth.cn）［35］。NDVI植被覆蓋數(shù)據(jù)來自于美國航空航天局（https：∥modis.gsfc.nasa.gov）和國家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥www.nesdc.org.cn）［36］。人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、能耗數(shù)據(jù)來自于湖北省和各市統(tǒng)計年鑒。水資源總量、用水量數(shù)據(jù)來自于湖北省和各市水資源公報。河流監(jiān)測斷面水質(zhì)、空氣優(yōu)良率、酸雨頻度來源于湖北省和各市生態(tài)環(huán)境狀況公報，水土流失面積來自于湖北省水土保持公報，城鎮(zhèn)生活污水集中收集率、城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理率來自于城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒。

2 研究方法

2.1 DPSIR模型

DPSIR模型反映了環(huán)境系統(tǒng)與人類系統(tǒng)之間的關(guān)系。當(dāng)社會和經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境施加壓力，環(huán)境狀況隨之發(fā)生變化，環(huán)境的改變反過來對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)造成影響，引發(fā)社會響應(yīng)（圖2）。在DPSIR模型中，驅(qū)動力指標(biāo)用于描述社會、人口和經(jīng)濟發(fā)展，主要包括人口、人類需求的增長；壓力指標(biāo)用于描述改變環(huán)境狀況或影響人類健康的人類活動，主要包括土地利用、資源使用、污染排放；狀態(tài)指標(biāo)描述區(qū)域的物理、化學(xué)和生物狀況；影響指標(biāo)用于描述具體問題，如二氧化碳排放導(dǎo)致全球變暖；響應(yīng)指標(biāo)用于描述社會群體和個人的應(yīng)對措施及政府應(yīng)對環(huán)境狀況變化的努力［12］。

基于武漢城市群實際情況，以實用性、科學(xué)性、可操作性為原則，構(gòu)建評價指標(biāo)體系。人口增長和經(jīng)濟發(fā)展是生態(tài)環(huán)境變化的主要驅(qū)動力，因此驅(qū)動力層的指標(biāo)包含人口密度和經(jīng)濟活動強度［37-38］。土地資源和水資源的使用會對區(qū)域氣候、大氣質(zhì)量、土壤質(zhì)量等造成影響［30，39-41］，因此壓力層的指標(biāo)包含水資源開發(fā)強度和土地開發(fā)強度。水環(huán)境、空氣環(huán)境、植被覆蓋對人類和其他生物健康起重要作用，因此狀態(tài)層的指標(biāo)包含水環(huán)境質(zhì)量、空氣環(huán)境質(zhì)量、植被覆蓋。影響層的指標(biāo)包含水土流失程度和酸雨頻度。資源高效利用、污染物處理是生態(tài)文明建設(shè)的重點內(nèi)容，因此響應(yīng)層的指標(biāo)包含水耗、能耗、生活污水集中收集率、生活垃圾無害化處理率。

式中： E代表所求指數(shù)，w i為所求指數(shù)的各指標(biāo)權(quán)重，r i為 所求指數(shù)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值。

將指數(shù)狀況分為優(yōu)（Ⅰ）、良（Ⅱ）、一般（Ⅲ）、較差（Ⅳ）、差（Ⅴ）5個等級，指數(shù)閾值分別為［0.8，1.0］，［0.6，0.8），［0.4，0.6），［0.2，0.4），［0，0.2）［43］。

2.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)及分指數(shù)構(gòu)建

為了客觀地評價武漢城市群的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，充分了解其各方面特征，本文構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境脅迫指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、資源效率指數(shù)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)4個指數(shù)。生態(tài)環(huán)境脅迫指數(shù)由人口密度、經(jīng)濟活動強度、水資源開發(fā)強度、土地開發(fā)強度4個指標(biāo)構(gòu)建，用來反映城市群生態(tài)環(huán)境受脅迫狀況。環(huán)境質(zhì)量指數(shù)由河流監(jiān)測斷面水質(zhì)優(yōu)良率、空氣質(zhì)量優(yōu)良率、植被覆蓋、水土流失、酸雨頻度5個指標(biāo)構(gòu)建，用來反映城市群環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)。用水資源利用效率和能源利用效率2個指標(biāo)構(gòu)建資源效率指數(shù)，反映城市群資源利用效率狀況。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)由表2的指標(biāo)構(gòu)建，生態(tài)環(huán)境脅迫指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和資源效率指數(shù)是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)的子集。

3 結(jié)果分析

3.1 評價指標(biāo)體系及權(quán)重

依據(jù)DPSIR模型，基于武漢城市群實際情況，構(gòu)建武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系。通過層次分析法得出框架層及目標(biāo)層的指標(biāo)權(quán)重。評價指標(biāo)體系及權(quán)重如表2所示。

3.2 武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量特征

為分析武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時空分布特征，以武漢市、黃石市、鄂州市、孝感市、黃岡市、咸寧市、仙桃市、天門市、潛江市9個市為評價對象，根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系，分析各市2010，2015，2020年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因子值（驅(qū)動力因子、壓力因子、狀態(tài)因子、影響因子、響應(yīng)因子值）、生態(tài)環(huán)境脅迫指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、資源效率指數(shù)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)值。

武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因子值如圖3所示。從圖3中可見，驅(qū)動力因子值呈下降趨勢，其中武漢市的驅(qū)動力因子值最低且下降幅度最大，這是因為武漢市的人口、GDP增長幅度最大，其他城市的人口增長緩慢或出現(xiàn)負(fù)增長且GDP增長幅度遠(yuǎn)小于武漢市。2010年武漢城市群常住人口為3 024萬人，GDP為9 636億元，2020年常住人口為3 199萬人，GDP為26 361億元。武漢城市群不透水面快速擴張，水資源總量呈V形走勢（2020年>2010年>2015年），故壓力因子值先下降后升高。2010～2020年，武漢城市群不透水面比例和水資源總量分別從4.7%、552億m3增加至7.1%、714億m3。2010～2015年空氣質(zhì)量優(yōu)良率明顯降低，2015～2020年空氣質(zhì)量優(yōu)良率提高，空氣質(zhì)量變化是狀態(tài)因子值先下降后升高的主要原因。酸雨、土壤侵蝕現(xiàn)象得到控制，能源利用效率和水資源利用效率、污染治理水平不斷提升，因此影響因子和響應(yīng)因子呈上升趨勢。2010年，武漢、黃石、鄂州、黃岡、咸寧5個城市出現(xiàn)酸雨，酸雨頻率為12.4%～50.0%，2020年，僅有武漢、黃石、黃岡出現(xiàn)酸雨，酸雨頻率大幅下降至2.3%～3.3%。武漢城市群水土流失面積由10 171.06 km2下降至8 662.26 km2。武漢城市群單位GDP水耗和能耗不斷減少，生活垃圾無害化處理率和污水處理廠集中處理率不斷增加（達到100%）。

武漢城市群生態(tài)環(huán)境脅迫狀況如圖4所示。從圖4中可見，武漢城市群生態(tài)環(huán)境脅迫逐漸增大，其主要原因是武漢城市群作為長江經(jīng)濟帶和中部崛起的重要支撐、全國高質(zhì)量發(fā)展的重要增長極，城鎮(zhèn)規(guī)模快速發(fā)展帶來了巨大生態(tài)壓力。建設(shè)用地的快速擴張，侵占了大量耕地等土地資源，人類活動越加頻繁，造成了熱島效應(yīng)、環(huán)境污染等一系列環(huán)境問題。其中武漢市、鄂州市的環(huán)境壓力問題最為突出。武漢城市群環(huán)境質(zhì)量狀況如圖5所示（由環(huán)境質(zhì)量指數(shù)表征）。從圖5中可見，武漢城市群環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，其主要原因是人民群眾對良好生態(tài)環(huán)境的需求日益迫切，水環(huán)境治理和大氣污染防治不斷推進，生態(tài)區(qū)域建設(shè)不斷加強。武漢城市群資源效率狀況如圖6所示。從圖6中可見，武漢城市群資源利用效率不斷提高，其主要原因是武漢城市群推動要素由驅(qū)動型向創(chuàng)新型的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，大力倡導(dǎo)低消耗、可循環(huán)、低排放、可持續(xù)的新型工業(yè)化模式，推行中水回用、雨水利用、海綿城市、工業(yè)節(jié)能、交通節(jié)能等措施，節(jié)約了水資源，降低了能源消耗。

武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)和各市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分別如圖7和圖8所示。從圖7～8中可見，武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)呈上升趨勢，這是因為環(huán)境保護力度加強使環(huán)境質(zhì)量狀況不斷改善、資源利用效率得到提高，有效地緩解了經(jīng)濟發(fā)展帶來的生態(tài)壓力。咸寧市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)最高，一方面是由于其良好的天然環(huán)境，如水資源豐富、幕阜山脈生態(tài)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高；另一方面，咸寧市注重生態(tài)發(fā)展模式，曾獲創(chuàng)新型城市、低碳經(jīng)濟試點市、水生態(tài)文明試點市、國家森林城市等稱號。雖然武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級逐漸提高，但是武漢市、鄂州市、黃石市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級低于其他地區(qū)，2020年，武漢市、鄂州市、黃石市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級為良，其余城市為優(yōu)。這是因為這3個城市的人口密度高，經(jīng)濟聯(lián)系密切，擁有光電子、汽車、新材料、物流等產(chǎn)業(yè)帶，給生態(tài)環(huán)境帶來了較大壓力。其中，武漢市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況值最低，其原因在于武漢市人口密度大，經(jīng)濟活動頻繁，不透水面快速擴張，侵占了耕地等土地資源，造成生物棲息地消失或破碎化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減弱。

4 討 論

4.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量制約因素

目前，武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量制約因素主要為城鎮(zhèn)化、水土流失、面源污染、資源利用。武漢城市群城鎮(zhèn)化主要表現(xiàn)為建設(shè)用地擴大、空氣污染物和污水排放量增長，導(dǎo)致熱島效應(yīng)加劇、生物多樣性減少、環(huán)境風(fēng)險上升。2020年武漢城市群水土流失比例為15%，導(dǎo)致河流徑流泥沙量大、土壤退化。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以粗放型生產(chǎn)方式為主，機械化程度低、農(nóng)田規(guī)劃零散，農(nóng)業(yè)面源污染排放總量大，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)重型、高耗能工業(yè)產(chǎn)業(yè)占比較大，能源和水資源利用效率仍有提升空間。

4.2 保護建議

（1） 城市規(guī)模是城市生態(tài)環(huán)境壓力的主要來源。針對武漢城市群各市不同的社會經(jīng)濟和自然條件，評估其生態(tài)承載力的大小，將城市規(guī)?？刂圃谏鷳B(tài)承載能力內(nèi)，實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展［44］。

（2） 堅持長江大保護，堅守耕地紅線、生態(tài)保護紅線，實施山水林田湖草一體化保護修復(fù)。推進典型流域的保護和治理，開展農(nóng)田整治，優(yōu)化自然保護地管理。

（3） 繼續(xù)開展國土綠化和水土保持建設(shè)。實施長江兩岸造林綠化、石漠化治理等工程，提高森林覆蓋率，減少水土流失面積，將其培育為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地和生態(tài)旅游觀光帶，實現(xiàn)綠水青山就是金山銀山的發(fā)展模式［45］。

（4） 建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”社會。持續(xù)化解過剩產(chǎn)能，加快發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)。控制能源消費總量，清潔化利用化石能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。合理開發(fā)水資源，大力提高水的利用率。

5 結(jié) 論

本文基于DPSIR模型評價武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，結(jié)果顯示：2010～2020年，武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，表征狀態(tài)等級由一般、良轉(zhuǎn)變?yōu)榱肌?yōu)。和其他城市相比，咸寧的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)最高，從2010年的0.64上升至2020年的0.88；武漢市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)最低，從2010年的0.54上升至2020年的0.65。通過分析武漢城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況指數(shù)的影響因素發(fā)現(xiàn)，其變化主要歸因于城鎮(zhèn)化、污染治理、生態(tài)保護加強、資源節(jié)約等方面。

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（編輯：江 文）

Abstract：

Evaluation of urban ecological environment quality is the basis of urban sustainable development planning.Scientific understanding of the current situation and changing trend of urban ecological environment is conducive to promoting the construction of urban ecological civilization.Taking the Wuhan urban agglomeration as an example，based on the DPSIR （Driving ForcesPressuresStateImpactResponses） model，an evaluation system of urban ecological environment quality was constructed，and the ecological environment quality in 2010，2015 and 2020 were analyzed.The research results showed that：① From 2010 to 2020，the ecological environment quality index of Wuhan urban agglomeration showed an upward trend，and the characterization level changed from general and good to good and excellent.Xianning showed the highest ecological environment quality index，and Wuhan showed the lowest ecological environment quality index.② Changes in the eco-environmental quality index of Wuhan urban agglomeration were mainly attributed to urbanization，pollution control，ecological protection，and resource conservation.Based on the changes of the ecological environment quality status index of Wuhan urban agglomeration，this paper gave the protection suggestions and a basis for management decision-making for the sustainable development of Wuhan urban agglomeration，and provided a reference for the evaluation of ecological environment quality in the corresponding regions.

Key words：

eco-environmental quality evaluation； DPSIR model； Wuhan urban agglomeration； ecological civilization