基于DPSIR模型的山東半島藍色經濟區海洋生態可持續發展能力綜合評價

王 俊 , 何海霞 , 陳 凱 , 劉 妍, 張 英, 柯宏偉, 蔡明剛,

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基于DPSIR模型的山東半島藍色經濟區海洋生態可持續發展能力綜合評價

王 俊1, 2, 何海霞3, 陳 凱3, 劉 妍1, 2, 張 英4, 柯宏偉1, 蔡明剛1, 3

(1. 廈門大學海洋與地球學院, 福建廈門 361102; 2. 中國海洋大學經濟學院, 山東青島 266100; 3. 廈門大學海洋與海岸帶發展研究院, 福建廈門 361102; 4. 山東師范大學地理與環境學院, 山東濟南 250000)

山東半島作為我國最大的半島, 其地理位置決定了海洋生態可持續發展對其的重要性。本文使用DPSIR(驅動力-壓力-狀態-影響-響應)模型, 結合社會經濟和自然生態兩個方面搭建指標體系評估其藍色經濟區生態可持續發展能力。結果表明: 山東半島承受的社會經濟壓力正不斷增大。海洋生態系統綜合狀態評價值為0.53, 其中海水、沉積物質量及生物綜合評價值分別為0.22、0.19及0.123, 生態環境現狀不容樂觀。影響和響應評價值分別為2.5和4.3, 海洋災害的影響范圍較大, 危害程度較深, 但海洋管理部門在面對生態環境變化時的反應較為迅速、有效。

DPSIR模型; 沿岸海域; 山東半島; 藍色經濟; 生態可持續發展

當前, 可持續發展已成為世界共同關注的議題。科學合理開發利用海洋資源, 實現海洋經濟、生態環境協調發展成為沿海國家發展的重要方向[1]。近年來, 我國海洋經濟一直保持著穩定上升的良好發展態勢[2], 但我國海洋經濟的發展, 基本沿襲粗獷擴張為主的外延式增長模式, 對近海生態系統造成嚴重威脅[3]。經濟快速發展引發的環境、生態問題日益凸顯, 海洋生態可持續發展研究迫在眉睫。

海洋生態可持續發展評價是個綜合、復雜、動態的評價系統, 全面的評價既要包括經濟發展和生態環境的動態協調, 也要充分考慮評價的全面性、關聯性和平衡性。近年來, 時間序列分析[4]、多元統計分析[5]、系統動力學模型[6]、模糊綜合評價[7]等多種方法, 被學者們引入到海洋可持續發展評價過程中, 并根據研究對象的不同特點, 對研究方法進行了有效改進和綜合運用。上述方法側重于對自然系統的研究, 同時也探尋人類活動對全球變化的影響。DPSIR(Driving-Pressure-State-Impact-Responses)模型的提出, 將人文方面的研究包括人類安全、城市化、工業轉型、環境治理等納入海洋生態可持續發展研究范圍, 更有利于被決策者所采納[8]。

加拿大學者David Rapport和Tony Friend首先提出PSR(Pressure-State-Response)模型, 應用于生態系統健康評價[9]。20世紀90年代, 經濟合作與發展組織(OECD)和歐洲環境局(EEA)進一步完善了原有框架并發展為DPSIR模型, 使之逐步成為一種在環境系統中廣泛使用的評價指標體系概念模型[8]。在DPSIR模型中, D(驅動力)是指導致環境變化的原因; P(壓力)是指人類的開發活動對環境造成的影響; S(狀況)是指在壓力作用下環境的當前狀態;I(影響)是指環境當前狀態對社會經濟和環境整體的影響; R(響應)是指為保證系統可持續發展而采取的一系列對策[10]。DPSIR模型作為一種因果關聯分析方法, 在國際LOICZ(海岸帶海陸交互作用)項目中已得到了廣泛的應用。例如, Sekovski等[11]建立了海岸帶巨型城市建設與評價指標體系; Atkins等[12]將生態系統與社會效益的概念整合, 應用于英國夫蘭巴洛岬的自然資源變化及環境可持續評估; Pinto等[13]建立生態安全評價指標體系, 服務于區域生態安全預警、土地利用規劃和環境經濟協調等決策過程; Newton和Weichselgartner[14]將此模型運用到歐洲沿海半封閉系統和一些瀉湖的生態狀況和脆弱性評價中。國內基于DPSIR模型的海岸帶環境分析集中于的生態系統健康評價、圍填海工程影響, 如雷坤等[15]在DPSIR模型基礎上構建了渤海灣生境退化診斷的指標體系; Lin等[16]利用DPSIR模型分析廈門濕地環境變化與社會發展水平的關系; 胡聰[17]構建了基于DPSIR的圍填海開發活動對海洋資源影響框架體系, 并應用于天津曹妃甸區和濱海新區的發展對策研究等。

2011年1月6日, 國務院正式批復《山東半島藍色經濟區發展規劃》, 山東半島獲批成為國家創新示范區, 其海洋可持續發展能力也隨之成為各方關注的焦點[18]。基于DPSIR模型評價山東半島藍色經濟區生態可持續發展能力, 能夠為山東省的產業結構調整、污染廢棄物排放、城市土地利用規劃等方面提出針對性建議。本文擬選擇膠州灣及萊州灣海域開展生態可持續發展評價, 為山東半島藍色經濟建設提供決策支持與科學保障。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域

山東半島是中國第一大半島, 三面環海, 北面與遼東半島隔渤海相望, 東部與朝鮮半島隔黃海相望。山東半島位于環渤海地區與長江三角洲地區的重要銜接地帶, 是黃河流域地區最便捷的出海通道、還是我國長三角以北最優良的深水港發展區域。山東半島藍色經濟區范圍包括山東全部海域和青島、東營、煙臺、濰坊、威海、日照6市及濱州市的無棣、沾化2個沿海縣所屬陸域, 海域面積15.95萬km2, 陸域面積6.4萬km2。位于山東半島的萊州灣是渤海三大海灣之一, 是我國重要的漁鹽生產基地, 并蘊藏豐富的石油和天然氣資源, 人類活動影響顯著[19]; 膠州灣是我國北方重要的航運不凍港, 為區域建設和發展提供重要的支撐, 同時也面臨著嚴峻的環境污染壓力[20]。因此, 本文選此兩個海灣作為山東半島藍色經濟區的典型性海域, 可使研究結果更具代表性。

1.2 海洋生態可持續發展能力評價指標體系的構建

DPSIR模型將表征一個自然系統的評價指標分成驅動力(Driving)、壓力(Pressure)、狀態(State)、影響(Impact)和響應(Responses)5種類型, 每種類型中又分成若干種指標。其主要思想是人類的活動, 諸如工業、農業、牧業、旅游、交通等生產生活活動對自然資源和生態環境施加了一定的壓力, 改變了生態環境的狀態和自然資源的數量與質量, 這種壓力所引起的狀態變化以一定的狀態指標傳遞到管理層, 人們通過環境、經濟、土地等政策對這些狀態變化做出響應, 以減緩由于人類活動對環境造成的壓力, 維持環境系統的可持續性。

圖1 山東半島藍色經濟區示意圖

本文結合山東半島經濟發展特征, 在經濟發展指標中, 增加了港口貨物吞吐量和海洋捕撈量2個三級指標, 用以衡量山東半島藍色經濟發展的初步狀況。基于山東半島氣候水文特點, 在影響指標中加入海水入侵和海冰兩個具有地區特色的二級評價指標。指標體系分為5類4級, 共57項指標。具體指標見表1。

1.3 指標權重的構建

在本研究中, 通過向10位山東省海洋環境監測中心、海洋相關研究所、高校等機構的工作人員發放調查問卷的方式, 評價各指標間的相對優先級。即按一定的標準將每一指標劃分為不同等級進行賦分, 并對所得分值標準化后, 再用層次分析法確定每一指標的權重。其中, 層次分析法其作為一種定性與定量分析方法相結合的綜合性評價方法, 已在安全和環境研究的多個領域得到廣泛應用。

權重設置見表1。

1.4 評價方法與數據的標準化處理

1.4.1 驅動力、壓力數據的標準化處理

驅動力、壓力指標數據量大, 類型復雜, 沒有統一的量綱, 且壓力指標沒有統一的評價標準, 故本文正、負向指標(ij)分別采用如下方式進行標準化處理。

表1 山東半島生態可持續發展評價指標權重表

續表

評價指標一級指標二級指標三級指標四級指標權重 狀態(S)生物質量近海生物多樣性游泳生物游泳生物多樣性0.03 影響(I)環境影響公眾對環境滿意度0.5 自然災害赤潮最大分布面積0.15 海冰最大分布面積0.10 風暴潮直接經濟損失0.15 海水入侵和土壤鹽漬化斷面長度0.10 響應(R)生態環境保護與治理環保相關法律執行0.20 環保機構設置0.15 環保資金投入0.15 社會經濟響應工業污水處理率0.15 生活污水處理率0.15 宣傳教育0.20

正向指標采用:ij=ij/ij, max+ij, min

負向指標采用:ij=1–ij/ij, max+ij, min

其中,ij, max,ij, min分別為歷年統計值的最大值和最小值。按照上述公式的函數關系, 將壓力數據進行變化, 可消除量綱差異, 得到各指標在時間序列上的變化特征。

1.4.2 狀態數據的標準化處理

狀態指標數據的標準化處理, 運用了定量和非定量相結合的方法。海水質量標準參考國家《海水水質標準(GB 3097-1997)》, 選取三類標準進行評價。沉積物環境標準參考國家《海洋沉積物質量(GB 18668-2002)》, 取二類標準進行評價。生物生態指標評價標準參考《近岸海洋生態健康評價指南(HY/T 087-2005)》萊州灣部分[21], 將山東半島的生物生態由劣至優劃分為3個等級, 分別打分0.5, 0.3和0.1。

1.4.3 影響、響應數據的評價方法

本研究以問卷形式, 采用德爾菲法對山東半島生態系統響應進行評價, 較系統調查了以下三方面的問題: 即山東半島總體海洋管理狀況評價, 公共管理部門、非公共管理部門(商業機構、企業單位等、社會組織等)及民眾對生態環境狀態的響應程度。

問卷采用李克特量表(Likert Scale), 每個問題設有A—E五個選項可供選擇, 分別賦予5~1分, 代表著管理成效由顯著到不足五個層次。分數高則代表各界對生態環境狀態變化反應較為迅速、有效, 反之亦然。

1.4.4 綜合指數的計算

采用加權法計算山東半島海洋可持續發展的驅動力、壓力、狀態綜合指標,=∑WQ。其中,為綜合指數,W為第參數的權重值,Q為第參數的標準化值。對于影響和響應評價, 則采用賦分法, 分別對每個指標給出評價值, 求和后即為響應綜合評價指數。

2 評價結果與討論

2.1 數據來源

本研究統計數據主要源于2009—2014年度《山東省統計年鑒》、《山東省海洋環境質量公報》、《山東省環境質量公報》等政府報告, 及山東省各市的環境檢測質量監測資料及評價報告, 影響、響應指標數據源自山東省海洋專家調查問卷。

2.2 數據處理與評價

2.2.1 驅動力、壓力指標評價結果

2012—2014年, 萊州灣驅動力各指標的變化范圍不盡相同: 常住人口和人口自然增長率均持續增長, 三產中工業總產值最高, 截止到2012年已達837.22億元, 且連續增長。膠州灣社會活動指標均處在持續增長之中。與2012年相比, 山東半島藍色經濟區常住人口增加了18萬人, 除了生育/死亡率的正面人口增長之外, 區外人口向區內移民被認為是常住人口增加的主要因素。山東半島藍色經濟區可為區外人口提供更好的就業機會, 更高的收入水平以及更便利的生活條件, 因而區內常住人口增加顯著以及城市化率上升[22]。

經濟發展方面, 一二三產業整體呈走高趨勢, 但與海洋經濟發展直接相關的漁業總產值卻在小范圍內有一定波動。海洋資源利用指標中, 港口貨物吞吐量和海洋捕撈量較2012年分別增加了14%、23%。結果顯示, 總體驅動力評價值逐年遞增, 萊州灣和膠州灣與2012年相比, 增幅分別到達33.8%和21.9%。據相關研究, 就漁業資源總體情況來說, 由于過度捕撈, 一些重要的經濟種類減少, 經濟魚類低齡化明顯, 近海生態環境不斷遭到破壞, 魚群數量銳減, 沿岸近海急劇下降。海洋漁業資源存在著衰退的現象[23]。港口航運的快速發展會產生石油泄漏, 進而威脅自然棲息地, 引起藻華, 并可能通過壓載水排放導致外來物種入侵[24]等。此外, 為了提供和維護大型船舶的通道, 航道的拓寬和清淤會導致水文條件和泥沙通量的變化。

2012—2014年中, 壓力指標方面, 兩灣驅動力指標中社會活動和經濟發展指標均在勻速增長中, 較2012年, 社會活動指標平均增幅可達26.8%。截止到2014年, 山東省常住人口9789萬人, 人口增長成為壓力增長的主要驅動力, 具體數據參見表2。

與2013年相比, 萊州灣、膠州灣壓力指數均增長了近20%, 化學需氧量和氨氮排放量平均減少4%, 但城市用地面積、圍填海面積增長程度幅度較大, 導致壓力綜合指數平均升高了18.5%。研究顯示, 2002年后膠州灣圍填海主導因素為港口用海, 隨著城市擴張的需要, 圍填海造地速度加快, 圍填海成為海灣面積減小的最主要原因[17]。

表2 壓力指標評價結果

2.2.2 狀態指標評價結果

參照第三節確定的評價方法, 對山東省膠州灣、萊州灣環境狀態進行評價, 結果如表3所示。

綜合山東半島萊州灣、膠州灣水環境狀態、沉積物環境狀態以及生物質量三項, 萊州灣總體評價值0.4168, 膠州灣總體評價值0.6458, 膠州灣海洋生態環境情況較萊州灣略劣。其中汞元素在沉積物中超標八倍之多。據《近岸海洋生態健康評價指南(HY/T 087-2005)》中河口及海灣生態系統生物評價指標賦值標準, 生物質量各項指標評價結果均處在三級以下, 由此可以判定生物質量處在不健康狀態, 原因主要在于浮游植物及浮游動物生物量過多, 密度過大。2015年對山東半島潮間帶大型底棲生物的采樣調查也發現, 群落物種小型化更重要的原因可能就是人類活動的干擾和環境污染[25]。

2010年對膠州灣生態系統健康評價中, 影響膠州灣生態系統健康的主要因素是沉積環境、棲息地和生物類指標, 尤以生物類指標最為嚴重, 膠州灣魚卵和仔魚密度過低、浮游植物密度過大是評估生物類指標不健康的主要原因[26]。萊州灣海域生態環境承載力綜合評價中確定該海域2006—2009年, 以及2013年生態環境承載力均值為0.471, 處于超載狀態[27]。Lin等[16]分析了廈門灣1950—2000年的紅樹林污染水平和生態質量, 顯示在快速發展的城市化地區, 生態系統健康普遍面臨著巨大的壓力。相反地是, Ye等[28]報道了泉州灣2004—2010年的狀態指標評價結果, 在經濟發展的同時若能有效地實施海岸帶管理, 可顯著改善海洋生態質量。

2.2.3 影響與響應指標評價結果

山東半島影響指標體系綜合評價值為2.5分, 響應指標的綜合評價值為4.3分。其中公眾對環境滿意度評價值為1.5分, 表明大眾對環境現狀處于較滿意的狀態, 但由于赤潮、海冰、風暴潮等自然災害頻繁, 自然災害影響評價值僅為1分, 導致整體評價值不高。

山東半島歷來是我國海洋災害比較嚴重的省份, 近年來, 災害的影響范圍和危害程度也有加大的趨勢, 2012年山東省沿岸共發生12次風暴潮, 造成直接經濟損失31.59億元; 2011—2012年冬季山東省海域冰清為常冰年(冰級3.0), 直接經濟損失1.54億元。嚴重的海洋災害, 破壞海岸帶生態系統, 威脅沿海基礎設施安全, 影響沿海居民正常生產生活。也影響了各項海洋開發活動的正常進行, 成為制約山東省海洋漁業資源可持續利用的重要因素。

表3 海水與沉積物環境狀態指標評價結果

2.3 山東半島生態環境響應對策

2012年以來, 山東省發布了多部海洋可持續發展能力建設相關文件, 協調漁業及相關產業, 海洋空間資源, 海島資源、生態環境的開發與保護活動, 在國內具有較強的引導作用。然而據2009—2014年《山東省統計年鑒》, 近五年山東省環保資金投入穩定在100億元以上, 2014年山東全省環保投入資金166億元, 用于環境與生態保護的資金僅占當年全省GDP的2.7‰, 海洋生態可持續發展能力建設缺乏足夠的資金支持。制定配套的政策法規和項目將促進海洋可持續發展能力建設的有效實施和執行, 同時強大的能力建設離不開足夠的資金支持。制定和落實生態補償制度, 包括排放權交易制度、保證金制度等, 以經濟調節激勵生態環境保護和約束生態消費, 保障海洋生態可持續發展建設的需要。

山東省工業污水處理率近十年穩定在98%以上, 專家調查問卷顯示相關環保機構和環保法律的執行良好。但人口增長和城市化率提升導致的市政污水排放量上升, 同時農村地區非點源污染排放量監管仍存在空白, 難以扭轉承載力超載的趨勢。超載的海洋環境承載力將直接影響生態可持續發展, 有必要制定基于生態系統的海域使用空間規劃, 限制生態受損海域的利用類型, 降低人為擾動的強度。海洋生態的修復需要長期的努力, 難以短期明顯改善, 鼓勵和引導公眾參與有助于保證環境修復項目的實施。

聯合區域內海洋環境監測中心、研究院和科研高校, 建立可靠的區域風險管理綜合災害報告與應對系統。通過提高涉海科研能力和災害預報能力, 完善災害應對方案, 減少自然災害引起的損失。

3 結論

(1) 山東半島承受的社會經濟壓力正不斷增大。山東半島生態系統綜合狀態評價值為0.5313。其中海水和沉積物質量綜合評價值分別為0.22和0.19。

(2) 影響評價值為2.5(0~5), 山東半島常年受自然災害侵襲, 由災害造成的經濟損失直接影響了公眾對環境的滿意程度。

(3) 響應評價值為4.3(0~5), 距離滿分五分僅有0.7分的差距, 表明山東省政府在面對生態環境變化時的反應較為迅速、有效, 能夠采取一定措施對自然保護區等生態脆弱地區進行及時保護, 有關宣傳也能夠落實。

運用DPSIR模型進行評價能夠綜合較多不同學科方向的指標對海洋生態可持續發展能力, 但對于海洋這一特殊的研究對象, 仍難反映出研究對象的動態性、預測未來趨勢變化。此模型還有待于在實踐中進一步改進完善, 以發揮其更大的價值。

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DPSIR Model-based Assessment of ecologically sustainable development in Shandong Peninsula Blue Economic Zone

WANG Jun1, 2, HE Hai-xia3, CHEN Kai3, LIU Yan1, 2, ZHANG Ying4, KE Hong-wei1, CAI Ming-gang1, 3

(1. College of Ocean and Earth Sciences, Xiamen University, Xiamen 361102, China; 2. School of Economics, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. Coastal and Ocean Management Institute, Xiamen University, Xiamen 361102, China; 4. College of Geography and Environment, Shandong Normal University, Jinan 250000, China)

Shandong Peninsula is the largest peninsulas in China and its geographical position plays a vital role in its ecological health. In this paper, we used the Driving-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) model, combined with social economic and natural ecological parameters, to establish an ecologically sustainable development evaluation index system. The results show there to be increasing social and economic pressures on the Shandong Peninsula, and the comprehensive state evaluation value for its ecological system is 0.5313. The water, sediment and biological quality values are 0.22, 0.19, and 0.123, respectively. Current conditions are not encouraging. The impact indicator and response indicator values are 2.5 and 4.7, respectively, which indicates that marine disasters have great influence on the Peninsula and can cause serious damage, although the government’s response to changes in the ecological environment is typically quick and efficient.

DPSIR model; Coastal sea area; Shandong Peninsula; Blue Economic Zone; Ecologically sustainable development

(本文編輯: 康亦兼)

X32

A

1000-3096(2017)07-0129-08

10.11759/hykx20170110003

2017-01-10;

2017-05-26

山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金計劃項目(BS2014SF011)

[the Foundation for Outstanding Young Scientist of Shandong Province, No. BS2014SF011]

王俊(1984-), 男, 云南景洪人, 博士研究生, 從事海岸帶綜合管理研究, E-mall: 258509816@qq.com; 劉妍, 通訊作者, 講師, 從事計量經濟學研究, E-mall: liuyan_ouc@126.com

Jan. 10, 2017