浙江省生態安全格局時空演變特征及其影響因素

周介元, 孟麗紅, 吳紹雄, 王青蕓

(1.贛南師范大學 地理與環境工程學院, 江西 贛州 341000;2.中國地震局地質研究所, 北京 100029; 3.贛南師范大學 數學與計算機科學學院, 江西 贛州 341000)

由于人類的過度開發，原有的自然環境遭到破壞，從而嚴重影響了社會發展的進程[1]，生態安全問題成為研究的焦點[2]。生態安全包括生態風險和生態健康[3]，對社會經濟發展起著重要作用[4]。生態系統質量提升、生態安全格局構建等在黨的十九大報告中確定為國家戰略內容[3]。目前，國內各學者多采用驅動力—壓力—狀態—影響—響應[5]，驅動力—壓力—狀態—暴露—響應[6]，狀態—壓力—響應等[7]模型構建指標體系，以熵權法[8]、層次分析法、生態足跡等[9]進行數據分析，進而對區域的生態安全進行綜合性評價。譚華清等[10]通過最小累計阻力模型構建區域生態安全格局，為南京市生態安全可持續發展提供參考；葉鑫等[11]通過優化評估與預警方法模型來完善生態安全格局管理的決策支持系統；袁媛等[12]運用空間統計學等方法對南昌市遙感影像數據進行景觀類型變化分析，構建景觀生態安全評價模型，對南昌市景觀生態安全進行了評價；呂廣斌等[13]基于DPSIR-EES模型構建區域土地生態安全評價體系，分析研究了重慶市土地生態安全狀況及時空分異；王振波等相關學者[14-16]通過建立PSR生態安全指標體系，依據生態安全各項綜合指數及提取的關鍵因素，論證京津冀城市群的生態安全格局；就浙江省而言，熊秀海[17]根據浙江省遙感數據影像，對景觀生態安全進行評價和分析。20世紀80年代初期，國外研究人員開始關注并研究生態安全建設[18]。Malin Falkenmark等[19]學者將人類的生產生活與生態安全結合進行深入分析和研究。Ferretti等[20]從自然環境、生物、人口壓力3個因素構建了生態廊道適宜性的評價指標體系，反映出廊道適宜性水平；Foltête等[21]學者基于Graphab軟件采用最小費用路徑的研究方法，分析各因素對生態環境的影響程度。許多學者把生態安全與社會發展融入區域建設，以構建合理健康的生態安全格局[22-23]。

浙江省的資源和能源始終是經濟發展的短板，城市化進程中被破壞的生態環境也制約了社會經濟的發展。研究和分析浙江省的生態安全格局，不僅可以促進浙江省生態安全建設，也可以保障長江經濟帶的全局發展。本文基于2009年以來11個城市10 a面板數據，建立相應的“壓力—狀態—響應(PSR)”生態安全指標體系，采用熵值法對各項指標進行賦權，并計算PSR分項指數，運用GIS空間分析對浙江省生態安全的時空格局進行全面分析，采用因子分析法提取主要影響因素，分析各因子對生態環境的影響程度，為進一步解決浙江綠色發展問題提供思路。

1 研究區概況

浙江省地處中國東南沿海，介于118°01′—123°10′E和27°02′—31°11′N，陸域面積1.06×105km2。浙江省有杭州市、溫州市、湖州市、寧波市、嘉興市、紹興市、臺州市、舟山市、金華市、衢州市、麗水市11個城市，其中省會城市為杭州。該省總人口為5 737萬人，城鎮人口比重為68.9%。2018年，浙江省國內生產總值為56 197.2億元，人均GDP為9.79萬元，三次產業結構比為4.4∶47.7∶47.9。快速城鎮化和工業化進程給浙江省造成嚴重的生態破壞和環境污染，制約了社會發展，亟需對浙江省的生態安全狀況進行全面分析和探討。

2 數據與方法

2.1 數據來源

本文涉及2009—2018年浙江省11個城市的人口密度、城鎮化率、水資源總量等24個指標數據，主要來源于2010—2019年《中國統計年鑒》《中國城市統計年鑒》《浙江省統計年鑒》及各市統計年鑒、國家數據網、國家統計局、浙江生態環境廳、環境監測等官方網站。

2.2 研究方法

2.2.1 構建區域生態安全評價指標體系 在指標的選取中遵循全面性、科學性、可操作性、時效性等原則，分別從經濟社會、環境質量、環境建設、環境管理4個方面進行細化指標選取。經濟社會包含人口、人均用水量、工業總產值、GDP等；環境質量包含城市綠化率、水資源總量、工業“三廢”排放量等；環境建設包含城市污水處理率、生活垃圾無害化處理率、工業廢棄物循環利用率等；環境管理包含工業“三廢”處置率、企業排放達標率等。在參考王振波[14]、董曉峰等[24]學者研究成果的基礎上，結合主成分分析法篩選了涵蓋了經濟、社會、環境、資源等多方面的24個指標，構建了“壓力—狀態—響應”生態安全評價指標體系(表1)。

表1 浙江省生態安全評價指標體系

2.2.2 熵值法計算權重 熵值法是一種確定客觀權重的方法，它主要基于通過指標傳遞給決策者的信息量來確定權重[24]。指標的離散程度由熵值來判斷，離散度越高，指標對綜合評價的影響越大。現浙江省各市有m年的統計數據，每一年中反映浙江省各市生態安全評價指標有n個，設為矩陣：

對于正向型的指標：

(1)

對于逆向型的指標：

(2)

(1) 各指標所占比重

(3)

式中：Pij為第i個評估指標占該項指標的比重，n為該項指標的個數。

(2) 求熵值

(4)

式中：k=1/lnn。

(3) 計算權重

(5)

式中：ωij=1-eij，m為參評指標種類的個數。

2.2.3 構建評價模型 采用綜合評價法構建“壓力—狀態—響應(PSR)”生態安全評價指標體系，對浙江省的生態安全狀況進行定量評價。其評價模型為[24]：

(6)

式中：S為綜合評價指數；Wi為第i個評價指標的客觀權重值；rij為其無量綱化值；n為評價指標的總個數。

評價指標標準對不同地域有不同的適用性。本文根據研究區域近年的生態環境狀況，在參考董曉峰[24]、謝亦欣[25]、韓雅琴等[26]學者的研究成果的基礎上，結合熵值法的計算方法及生態安全綜合評價指數結果，本文將生態安全評價標準的取值確定在0～0.20之間，并劃分5個等級(表2)。生態安全指數越接近0.20，城市生態環境狀況越趨于安全狀態；指數越接近0，越趨于不安全狀態。

表2 浙江省生態安全綜合指數分級標準

3 結果與分析

3.1 浙江省2009-2018年生態安全綜合指數及PSR分項指數變化趨勢

2009—2018年浙江省生態安全綜合指數整體呈波動上升狀態，但波動幅度小且上升較緩慢(圖1)。2009—2014年生態安全指數緩慢上升，其中2011年有小幅下降。2005年，“綠水青山就是金山銀山”首次在浙江省安吉縣提出，展現健康生態對經濟發展的積極作用，指引浙江省走上生態與經濟融合發展道路。2014—2016年綜合指數快速提升，反映浙江省生態質量有大幅提升，并在2016年為最高值，之后又有所下降，表明2013年提出的“五水共治”以及一系列固廢污染防治方案取得顯著效果。PSR分項指數的壓力指數總體呈下降趨勢，2009年以來，“三大國家戰略”的啟動，制造業智能化以及“811”生態文明建設，人口、經濟結構、生態環境壓力不斷緩和。狀態指數總體呈上升趨勢，顯示了浙江省生態環境具有較高的承載力，工業廢氣、廢水和固體廢棄物的排放不斷減少，城市綠化覆蓋率不斷增加，浙江省努力維持生態、經濟、社會的平衡發展。響應指數持續穩定提高，體現了“兩山”理論的正確性。

3.2 不同城市生態安全綜合指數的時間變化趨勢

2009—2018年浙江省11個城市生態安全的演變趨勢除杭州市略有下降外，其余10個地市呈上升趨勢(圖2)。湖州市上升最為明顯，2014年湖州地區成為我國首個生態文明先行示范區，生態環境狀況在建設中逐漸轉好；其中舟山、溫州、麗水地區的生態安全綜合指數值呈先下降再提升的V字形趨勢，表明2009年以來的工業化，城鎮化給城市的生態環境造成一定的破壞，在2015年后生態環境的安全狀況在嚴格的生態規劃和管制下穩步提升。臺州、金華和嘉興的生態安全綜合指數呈直線上升趨勢，表明三市在社會經濟發展中注重對生態環境的保護。衢州和湖州地區呈先提升后下降再提升的N字形趨勢；寧波地區在2015年生態安全指數達到全省近10 a的最高值，杭州市是生態安全綜合指數唯一呈下降的城市，因其為浙江省的省會城市，人口壓力，土地壓力等成為杭州重要的生態環境問題，應對難度大，質量提升不明顯。總體上，浙江省的生態環境質量增幅較大，但仍需不斷完善生態環境保護法制法規，創新綠色發展模式，實現生態安全狀態進一步提升。

圖1 浙江省2009-2018年生態安全綜合指數及PSR分項指數變化趨勢

3.3 浙江省2009-2018年生態安全格局時空演變特征

2009—2018年浙江省生態安全時空演變格局如圖3所示。從圖3可以看出，2009年浙江省生態安全整體等級不高，呈現“南高北低”的空間格局。2009—2012年，北部杭州、嘉興、湖州、金華地區由臨界安全狀態轉為較安全狀態，但麗水和舟山地區分別由安全狀態和較安全狀態降為臨界安全狀態。浙江省在2008年大力促進創新創業，推動高新技術發展，優化產業結構，鼓勵大眾積極參與節能減排事業。2012—2015年寧波和臺州地區由臨界安全狀態分別提升為安全狀態和較安全狀態，表明2010年以來，寧波市在以“美麗寧波”作為城市發展的目標定位和價值取向中取得可持續的生態環境安全發展態勢，同時臺州市在“治水”和“治氣”兩大治理中改善了城市的生態環境狀況。2015—2018年麗水、溫州和衢州地區的生態環境進入較安全狀態，湖州、寧波和舟山地區處于生態環境質量優越的領先地位，浙江生態環境總體進入較安全狀態。當前，浙江省總體生態安全等級較安全，但生態安全問題仍然存在，各地方政府要綜合考慮地區發展狀況，相互借鑒，相互合作，以實現生態與經濟的和諧發展。

圖2 浙江省2009-2018年城市生態安全綜合指數變化趨勢

圖3 浙江省2009-2018年生態安全格局時空演變特征

3.4 浙江省生態安全的影響因素分析

結合PSR各分項指數，分析影響浙江省生態安全的因素。使用SPSS 25.0對數據進行KMO統計檢驗和巴特利特球形度檢驗[12]，KMO檢驗值為0.683，大于閾值0.5，巴特利特檢驗值為0.004 3，小于閾值0.01，適合對指標進行因子分析。在對24個指標進行主要因子提取后，5個新因子的方差累計貢獻度水平達94.087%。基于方差極大值法對影響因素進行降維處理，對因子載荷矩陣進行正交旋轉，得到旋轉后的成分矩陣(表3)。

其中因子1對城鎮化率、人口自然增率、工業總產值、人均生產總值、人均能耗、人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、工業粉塵回收率、第三產業比重、生活垃圾無害化處理率，專利授權量、污水集中處理率、城鎮居民人均可支配收入具有較高載荷，因子2對GDP增長率、恩格爾系數、城鎮居民消費水平指數有較高的載荷，因子3對人均日用水量、工業二氧化硫排放量、工業廢氣物綜合利用率、就業率有較高的載荷，因子4對全年環境質量優良天數有較高的載荷，因子5對水資源總量有較高的載荷。基于上述結果，將5個因子總結為城鎮化、經濟發展、社會發展、工業發展、水資源條件。

表3 生態安全影響因子正交旋轉成分矩陣

采用SPSS 25.0軟件對上述5個因子進行多元線性回歸分析，F檢驗值為15.214，顯著性小于0.05，說明可接受該回歸模型。計算結果詳見表4。從表4中看到城鎮化、社會發展、水資源條件對生態安全具有顯著正相關。“十二五”以來，面對浙江省城鎮化滯后于工業化、城鄉戶籍、環境污染等問題。浙江省各市穩步推進“人的城市化”，實施新型城市化戰略。“三拆一改”、“五水共治”、“雙清”行動持續推進，統籌安排全省生產、生活和生態發展空間。面對水資源總量豐富，但人均水資源不足問題，浙江省劃分水功能區和水環境功能1 133個，控制各市污染量排放，實現全省污水排放達標率達到100%。經濟發展和工業發展對生態安全呈負相關，主要原因是隨著浙江省經濟發展水平和工業化水平的不斷提升，化工、印染、電鍍、有色等行業的發展在其中起著重要作用，但同時也消耗了大量的自然資源，破壞了生態環境。《浙江省環境狀況公報》顯示由于煤炭和石油的燃燒，全省酸雨污染較嚴重，江河干流局部存在不同程度污染，城內和污染更為嚴重。

表4 各提取因子的偏回歸方程系數矩陣

4 結論與建議

4.1 結 論

(1) 從時間上看，浙江省在2009—2018年這10 a間，生態安全狀況在小幅波動中逐步改善。國家與地方提出的生態規劃，對浙江省生態安全綜合指數的提升具有階段性特征，表明還需進一步完善生態規劃，以實現該省的生態安全格局得到持續穩定的提升。

(2) 從空間上來看，浙江省絕大部分城市的生態安全綜合指數明顯上升，11地市生態安全狀況差異減小。南北生態安全綜合指數變化的差異也較為明顯，北方城市以地形較為平坦且受到省會輻射影響，而南方城市以丘陵為主限制交通，使得生態安全綜合指數較南方先下降也先上升。

(3) 浙江省生態安全影響因素結果分析顯示，城鎮化、社會發展、水資源條件對生態安全具有顯著正相關，而經濟發展和工業發展對浙江生態安全呈負相關。面對日益趨緊的資源和有限的生態環境承載力，要借鑒“跳出浙江發展浙江”的理念，實現浙江產業結構調整和產業轉型升級。

4.2 建 議

(1) 浙江省政府及各地方部門要綜合分析國家總體戰略和區域發展現狀，因地制宜規劃生態建設，確保形成健康穩固的生態安全總體格局。

(2) 要加強對浙北地區的水源涵養和水污染防治工作，努力推進封山育林和退耕還林，以工業園等工業集聚為突破口，培育企業污染治理新模式。

(3) 分布于浙南地區的麗水市、溫州市、臺州市、金華市等要加強協作，加強水系源頭水源涵養和生物多樣性的保護，出臺相關法律政策，維護野生動植物，合理劃定自然保護區。在此基礎上充分利用自然生態資源，大力發展生態旅游，構建“生態+產業”利益聯結機制，促進浙南地區生態和經濟協調發展。