基于“壓力—狀態—響應”模型的西安市小城鎮生態安全評價研究

王非 黨纖纖

摘要：小城鎮生態安全是區域乃至國家生態安全的重要組成部分。本文以西安市小城鎮為研究對象，結合當地自然環境特征與經濟發展水平，依據“壓力—狀態—響應”模型構建評價指標體系，量化評價了小城鎮生態安全狀態，揭示了小城鎮生態安全地理分布規律，提出了基于生態安全的小城鎮發展建議，為確保小城鎮建設與生態環境相適宜提供評價方法與科學依據。結果表明，西安市小城鎮總體處于臨界安全狀態，且小城鎮生態安全與地形地貌存在耦合性，其生態安全指數總體呈現自山地、臺塬、丘陵、平原漸次遞減規律。

關鍵詞：生態安全；評價模型；小城鎮；西安市

doi：10.3969/j.issn.1009-1483.2019.03.009？中圖分類號：TU984

文章編號：1009-1483（2019）03-0054-09？文獻標識碼：A

Assessment of Ecological Security of Towns in Xi’an Based on "Pressure-State-Response" Model

WANG Fei， DANG Xianxian

[Abstract] Ecological security of town is the main component of regional and even national ecological security. This paper， taking towns in Xi’an as the research area， combined with the feature of the local natural environment and economic development level， according to "pressure-state-response" model to build the assessment index system， the quantitative assessment of ecological security status of towns， to reveal the geographical distribution of ecological security of towns， to propose towns development proposals based on ecological security， to ensure the construction of towns and ecological environment is suitable to provide assessment method and scientific basis. The research results shown that towns in Xi’an are totally in a state of critical security， and there is a coupling between the ecological security of towns and the landform， the general ecological security index decreases from mountains， tablelands， hills to plains.

[Keywords] ecological security； assessment model； small town； Xi’an City

引言

全球自工業革命以來已經歷了三次城市化發展浪潮[1]，伴隨全球城鎮化進程，人類對自然界的干擾活動加劇，生態環境惡化，生態安全研究日益受到重視，研究尺度也從宏觀國家生態安全研究[2]、中觀區域生態安全研究覆蓋到微觀城鎮生態安全研究[3-4]，形成不同尺度與層面的生態安全研究局面，并成為相關學科研究熱點。小城鎮生態環境是當地群眾生存和社會經濟發展的基礎，其生態安全對國家穩定起著保障作用[5]。當前研究多限于小城鎮土地生態安全評價研究[6-8]，較少從系統角度研究小城鎮生態安全問題。

地處關中的西安市夾持于黃土高原與秦嶺山脈之間，區內氣候與生態環境受地形地貌影響明顯；區域內小城鎮分布密集，人口密度大，資源環境約束加劇，人均水資源量不足全國平均水平的1/3，且空間分布不均，境內水質惡化，地下水超采問題突出[9]；伴隨快速城鎮化進程，自然環境容量接近極限，迫切需要科學評估小城鎮建設對于區域生態安全的影響并采取措施予以響應。本文以西安市小城鎮為研究對象，根據當地自然環境特征與經濟發展狀態，采用“壓力—狀態—響應”模型構建小城鎮生態安全評價指標體系，對西安市小城鎮生態安全程度進行量化評估，確定了小城鎮生態安全等級，揭示了小城鎮生態安全分布與地形地貌的耦合規律，提出了基于生態安全的小城鎮發展建議，為小城鎮生態安全研究提供參考與借鑒。

1研究區概況與數據源

1.1研究區概況

西安市北臨黃土高原，南依秦嶺，經緯度介于東經107.40度～109.49度和北緯33.42度～34.45度之間，面積10108平方公里。西安市地形南高北低，西高東低，高差甚為懸殊，地貌類型多樣，可以劃分為平原、黃土臺塬、丘陵和山地等四種類型，在其間廣泛分布眾多小城鎮（見圖1、表1）。

1.2評價數據源

小城鎮生態安全評價需要兩種數據支持，即統計數據與空間數據。前者用于評估經濟、人口等小城鎮社會發展狀況，后者為遙感數據（RS）與數字高程數據（DEM），用于評估小城鎮土地利用、地形地貌、植被覆蓋等生態環境狀況。

本文收集了2015年西安市及各區縣統計年鑒、統計公報中有關小城鎮經濟、社會、人口、能源、環保等方面的統計數據，以及相同年份全波段landsat TM遙感影像數據、區域DEM數據，為研究整個區域生態環境狀態及小城鎮生態安全格局提供基礎數據支持。

2小城鎮生態安全評價方法

2.1小城鎮生態安全概念

有關小城鎮的概念，學術界未有定論[10-11]。一般而言，狹義的小城鎮概念指建制鎮與城關鎮，廣義的小城鎮則包括建制鎮、城關鎮、集鎮等，本文所指的小城鎮是廣義的小城鎮概念。生態安全概念也存在廣義與狹義之分，前者以美國國際應用系統分析研究所提出的定義為代表：指人的生活、健康、安樂、基本權利、生活保障來源、必要資源、社會次序和人類適應環境變化的能力等方面不受威脅的狀態，包括自然生態安全、經濟生態安全和社會生態安全，組成一個復合人工生態安全系統[12]。狹義的生態安全是指自然和半自然生態系統的安全，即生態系統完整性和健康的整體水平反映[13]。本文所指的小城鎮生態安全是廣義的生態安全概念，指小城鎮的自然、經濟、社會復合人工生態系統無危險或不受生態威脅的狀態。

2.2評價模型與指標體系

生態安全評價是生態安全研究的核心問題[14]，而評價的關鍵環節則是指標體系的選取與確定[15]。上世紀90年代，聯合國經濟合作開發署提出了“壓力—狀態—響應”框架模型[16]（見圖2）。目前，“壓力—狀態—響應”生態安全評價指標體系是國內外主流的，受到廣泛認可的評價指標體系[17]。由于該模型適于反映小城鎮生態系統在自然生態系統、社會經濟系統之間的相互作用機理，本文采用該模型框架構建評價指標體系。

根據科學性、整體性、地域性、可測量等原則，針對當地自然環境特征與社會發展水平，構建基于“壓力—狀態—響應”模型的西安市小城鎮生態安全評價指標體系（見圖3）。該評價指標體系分為目標層、準則層、指標層三個遞階層次。其中，目標層又分為總目標層（T）與分目標層（A），即科學評價小城鎮生態安全狀態為總目標，包括小城鎮生態系統壓力、狀態、響應評價3個分目標。準則層（B），每個分目標又可分解為若干項具體準則，壓力包括社會經濟、自然資源壓力、自然災害壓力；狀態包括自然狀態、社會狀態；響應包括污染治理、環保意識。指標層（C），每個準則又可以分解為若干可以具體量化的指標，它是評價小城鎮生態安全最基本的單元，由21項指標構成。

2.3指標標準化處理

在生態安全評價中，各指標存在不一致性，主要體現在兩方面：指標的度量單位（量綱）不一致，指標趨向性不一致（正向指標、逆向指標）（見表2）。為了使不同趨向的評價指標具有可比性，本研究采用級差變化法對各指標進行標準化處理，將各分項指標統一到同一個量化的指標體系中，公式如下。

正向指標極差化方法計算公式：

逆向指標極差化方法計算公式：

2.4指標權重確定

本文采用層次分析法（AHP）來計算指標權重。該方法是美國匹茲堡大學T.L.Satty教授提出的一種定性與定量相結合的決策方法，它把復雜問題分解成多因素、多層次的評價問題，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，輔以人工綜合判斷，最終確定權重[18]。權重確定過程如下：

（1）分析小城鎮生態安全評價系統中各要素關系，建立由目標層、準則層、指標層構成的遞階層次結構。

（2）對于同一層次的各要素進行兩兩比較，構造判斷矩陣，由判斷矩陣計算被比較要素的歸一化權重值，計算公式如下：

式中，aij是要素i與要素j相比的重要性標度，Wi0是要素i的權重值。

（3）根據各層次相對權重結果，逐層順序計算，即可得到各指標最終權重值（見表3）。

權重分配差異反映了指標在評價體系中相對重要程度，其值越大，說明該指標對于評價問題越重要。目標層權重中，壓力>狀態>響應，說明西安市小城鎮所面臨的生態壓力對生態安全影響最大，其次是生態環境狀態，而響應措施重要性最小。西安市人口密度大，生態環境脆弱，當地對自然資源的利用程度和釋放廢棄物的速度已經超過自然的再生能力和自凈能力[19]，對生態環境構成巨大壓力。因此，生態壓力是影響西安市小城鎮生態安全的最重要因素。

準則層權重中，就壓力系統而言，資源環境壓力>社會經濟壓力>自然災害壓力。地處關中的西安市人均水資源不足400立方米，僅為全國平均值15.7%[20]；工農業快速發展導致污染物排放量巨大，水體污染嚴重，重污染天氣頻發，資源環境容量接近極限。因此，資源環境壓力是制約當地小城鎮發展最主要的壓力。就狀態系統而言，自然狀態>社會狀態。西安境內地貌、氣候、水文、土壤、植被類型多樣，在自然與人類活動的共同作用下，形成獨特鮮明的自然環境狀態，并對小城鎮生態安全構成重大影響。就響應系統而言，污染治理>環保意識。西安地區工農業發達，環境污染嚴重，為了恢復環境質量及防止環境進一步退化，污染治理就顯得尤為重要，其次才是人們環保意識的增強。

指標層權重中，21項指標權重分配差異明顯（見圖4）。對當地小城鎮生態安全影響大的指標包括：人口密度（C1）、城鎮建設用地比率（C2）、水資源消耗密度（C4）、坡度（C12）、植被覆蓋指數（C15）、三廢處理率（C19）等。權重最大的是水資源消耗密度，水資源總量不足、水資源過度開發[21]一直是制約西安市小城鎮可持續發展，威脅生態安全的首要因素。其次是反映城鎮擴張程度的城鎮建設用地比率指標，說明小城鎮生態安全與大規模城鎮建設關系密切，生態用地被城鎮建設用地所取代，引發生態安全問題。再次是坡度與植被覆蓋指數，前者反映了西安北部平坦、南部陡峻的地形地貌特征，后者則用于衡量研究區域植被生長狀況，對于了解區域生態環境狀態具有重要意義。人口密度反映研究區域范圍內人口集聚的疏密程度，高人口密度對生態環境構成巨大壓力，威脅區域生態安全。三廢處理率指標反映小城鎮治污能力，是積極應對環境問題、改善小城鎮生態環境的重要舉措。

2.5生態安全指數及等級確定

在生態安全評價中，需要通過數學方法對所有評價指標進行加權求和從而得到生態安全指數，以便綜合反映研究對象的生態安全狀況。本文采用綜合指數法計算小城鎮生態安全指數，計算公式如下：

式中I表示小城鎮生態安全指數，Wi表示第i個指標的權重，Ci表示第i個指標的標準化值。

小城鎮生態安全指數越大，表征其生態安全程度越高。參考國內外生態安全指數分級方法[22]，并結合當地小城鎮生態環境現狀，采用5級評價標準：I<0.4，小城鎮生態很不安全；0.40.8，小城鎮生態很安全。

3評價結果與分析建議

3.1評價結果

筆者統計了西安市小城鎮生態安全綜合評價結果（見表4）。2015年西安市小城鎮生態安全指數平均值為0.553，總體處于生態臨界安全狀態。125個小城鎮中，很不安全的小城鎮9個，占小城鎮總數的7.2%，主要分布于主城區周邊地區；生態不安全的小城鎮21個，占16.8%，分布則較分散；生態臨界安全的小城鎮44個，占35.2%，主要分布在主城區東西兩側平原地區及南部山區；生態較安全的小城鎮36個，占28.8%，主要分布于南部秦嶺山區及東部驪山區；生態安全的小城鎮15個，占12%，分布于西安市域東西兩端秦嶺山區（見圖5）。

3.2分析結論

按地貌類型統計各類小城鎮平均生態安全指數（見表5）。從壓力指數來看，山地小城鎮>臺塬小城鎮>丘陵小城鎮>平原小城鎮，說明總體上山地小城鎮自然環境優良，生態與資源壓力小，而平原小城鎮人口密集，工農業發達，給資源與環境帶來很大壓力。從狀態指數來看，山地小城鎮>平原小城鎮>臺塬小城鎮>丘陵小城鎮，山地小城鎮自然環境狀態得分高，平原小城鎮社會狀態普遍得分高，由于自然環境狀態權重更大，故山地小城鎮依然排名靠前。從響應指數來看，平原小城鎮>臺塬小城鎮>丘陵小城鎮>山地小城鎮，由于平原小城鎮普遍經濟發達，治理污染、恢復生態的投入也最多，故分值最高，而山地小城鎮則相反，經濟落后，治理污染投入最少，得分最低。從綜合評價指數來看，山地小城鎮>臺塬小城鎮>丘陵小城鎮>平原小城鎮，小城鎮生態安全指數與地形地貌存在耦合性，總體呈現自秦嶺山地、黃土臺塬向丘陵、平原漸次遞減的趨勢。

本文利用“壓力—狀態—響應”模型建立西安市小城鎮生態安全評價指體系，對西安市小城鎮進行生態安全評價與分析。研究得出如下結論：

（1）結合區域自然環境特征與經濟發展水平，依據“壓力—狀態—響應”模型構建了適用于小城鎮的生態安全評價指標體系，為小城鎮生態安全研究提供了方法與參考。

（2）生態壓力對西安市小城鎮生態安全影響最大，其次是生態環境狀態，而響應措施重要性最小。在21項評價指標中，水資源消耗密度是影響當地小城鎮生態安全的最重要的因素，影響較大的因素還有人口密度、城鎮建設用地比率、坡度、植被覆蓋指數、三廢處理率等。

（3）西安市小城鎮總體處于生態臨界安全狀態，125個小城鎮中，9個小城鎮生態很不安全，21個小城鎮生態不安全，44個小城鎮生態臨界安全，36個小城鎮生態較安全，15個小城鎮生態安全。

（4）西安市小城鎮生態安全與地形地貌存在耦合性，生態安全指數呈現自山地、臺塬、丘陵、平原漸次遞減的規律。

3.3發展建議

研究不僅限于認識小城鎮生態安全狀態，更需要透過評價結果找到威脅小城鎮生態安全的自然與人為因素，提出基于生態安全的小城鎮發展建議。

（1）提高西安市小城鎮水資源利用效率，保障生態安全。

水資源總量不足、水資源利用效率低是西安市小城鎮面臨的主要的生態壓力，為保障生態安全，需要從城鎮生活用水、生產用水兩方面采取措施。生活用水方面，應大力推廣節水設備及中水回用技術，節約用水。生產用水方面，西安市主城區周邊小城鎮集聚眾多鄉鎮企業，生產工藝落后，水資源消耗量大、利用率低，需大力推廣先進工藝，提高水資源重復利用率，減少水資源消耗量。

（2）適度控制生態安全等級低的小城鎮人口與用地規模，積極引導人口及產業向生態安全等級高的小城鎮轉移與擴張，確保小城鎮發展與生態環境相適宜。

評價結果反映了小城鎮生態安全狀態，是優化與調整市域城鎮體系格局的重要依據。從評價結果看，生態安全等級低的小城鎮大多分布于西安市主城區周邊，如韋曲、王寺、郭杜、興隆、杜曲等小城鎮。上述小城鎮人口密度大，城鎮建設用地比率高、污染嚴重、生態承載力超載，需適度控制人口及建設用地規模，避免小城鎮空間無序擴張，防止與主城區蔓延成片，遏制環境惡化趨勢。另一方面，雖然生態安全等級高的小城鎮生態環境較好，但是普遍社會經濟發展滯后，可積極引導人口及產業向生態較安全的小城鎮轉移，既分擔生態壓力又能促進西安市小城鎮均衡發展。

4思考與討論

4.1小城鎮生態安全指標體系

小城鎮生態安全評價極為復雜，本文基于“壓力—狀態—響應”模型構建了由21項指標構成的評價體系，旨在為小城鎮生態安全研究探索一種路徑，但仍有不完備之處。由于較多關注城鎮建設等人為因素對生態環境影響，所以有關自然生態的評價指標選擇較少，如生物多樣性、自然生態系統類型等評價指標未涉及。其次，對于災害性指標僅考慮氣象災害，而對小城鎮生態安全有重大影響的地震、滑坡、內澇等方面，由于難以量化與測度而沒有考慮。未來如何將此類具有不確定性、突發性的評價指標納入到小城鎮生態安全評價指標體系中仍有待探索。

4.2小城鎮生態安全研究方向

本文量化評價了研究區域小城鎮生態安全現狀，確定了西安市125個小城鎮生態安全等級，發現了小城鎮生態安全地理分布規律，提出了小城鎮可持續發展建議。但是，相較于“現狀”，人們可能更為關注于“未來”，小城鎮生態安全發展趨勢如何，趨于好轉還是惡化？如何預測？隨著生態安全研究深入，準確預測、預警小城鎮生態安全演變趨勢將會是今后研究的方向。

參考文獻：

[1]仇保興.實現我國有序城鎮化的難點與對策選擇[J].城市規劃學刊，2007（5）：1-15.

[2] Dan Liu，Qing Chang.Ecological security research progress in China[J].Acta Ecologica Sinica，2015（35）：111-121.

[3]左偉，王橋，王文杰，等.區域生態安全綜合評價模型分析[J].地理科學，2005，25（2）：209-214.

[4]尹娟，邱道持，潘娟.基于PSR模型的小城鎮用地生態安全評價——以潼南縣22個小城鎮為例[J].西南師范大學學報（自然科學版），2012，37（2）：126-130.

[5]王志琴，白人樸.小城鎮地區可持續發展與生態安全戰略[J].小城鎮建設，2003，21（6）：10-12.doi：10.3969/j.issn.1002-8439. 2003.06.005.

[6] Guanrong Yao， Hualin Xie.Rural spatial restructuring in ecologically fragile mountainous areas of southern China： A case study of Changgang Town， Jiangxi Province [J].Journal of Rural Studies，2016（47）：435-448.

[7]秦曉楠，盧小麗，武春友.國內生態安全研究知識圖譜——基于 Citespace 的計量分析[J].生態學報，2014，34（13）：3693-3703.

[8]陳茜，段建南，謝紅霞.小城鎮土地生態環境安全評價研究——以湖北省孝昌縣為例[J].湖南農業科學，2011（1）：58-61，65.

[9]關中平原城市群發展規劃[EB/OL].[2018-06-01].https：// baike.baidu.com/item/關中平原城市群/22378660？fr=aladdin.

[10]吳閆.我國小城鎮概念的爭鳴與界定[J].小城鎮建設， 2014，32（6）：50-55.

[11]晏群.小城鎮概念辨析[J].規劃師，2010，26（8）：118-121.

[12]陳星，周成虎.生態安全：國內外研究綜述[J].地理科學進展，2005，24（6）：8-20.

[13]肖篤寧，陳文波，郭福良.論生態安全的基本概念和研究內容[J].應用生態學報，2002，13（3）：354-358.

[14]魏彬，楊校生，吳明.生態安全評價方法研究進展[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2009，35（5）：572-579.

[15]劉世梁，崔保山，溫敏霞，等.重大工程對區域生態安全的驅動效應及指標體系構建[J].生態環境，2007，16（1）：234-238.

[16]左偉，周慧珍，王橋.區域生態安全評價指標體系選取的概念框架研究[J].土壤，2003（1）：2-7.

[17]左偉，王橋，王文杰.區域生態安全評價指標與標準研究[J].地理學與國土研究，2002，18（1）：67-70.

[18]汪應洛.系統工程[M].北京：機械工業出版社，2003.

[19]任志遠，黃青.陜西關中地區生態安全定量評價與動態分析[J].水土保持學報，2005，19（4）：169-172.

[20]西安市水利志編纂委員會.西安市水利志[M].西安：陜西人民出版社，1999.

[21]劉燕，李佩成.渭河流域陜西段的生態安全分析[J].安全與環境學報，2006，6（5）：64-68.

[22]李華，蔡永利.基于ANP—PRS—SENCE框架的崇明島生態安全評價[J].地理與地理信息科學，2009，25（3）：90-94.