基于P-S-R 模型的大沽河流域綜合生態承載力時空分異研究

文／尹美善 青島理工大學建筑學院 碩士研究生

王 叁 青島理工大學建筑學院 講 師

劉 森 青島理工大學建筑學院 講 師（通訊作者）

李紅利 青島理工大學建筑學院 碩士研究生

朱立傲 青島理工大學建筑學院 碩士研究生

引言

隨著社會的不斷發展，資源環境、人口、政治、經濟等問題日益成為人們所關注的焦點[1]。區域的生態承載力能夠反映該地區社會經濟發展、資源環境等一系列數據的綜合發展狀況，因此研究生態承載力已經成為當前生態環境發展的首要任務[2,3]。區域生態承載力的研究能反映在一段時間內該區域內包括環境承載力、資源承載力以及人類支持力的綜合指數，能更全面地反映區域內各類指標的綜合生態質量[4,5]。流域是國土空間內生態及經濟發展的動脈干線。流域地區的生態承載力最近越來越成為流域生態學研究的新熱點[6,7]。流域兩岸地區的生態承載力直接影響區域未來的可持續發展。大沽河是流經膠東半島的最大河流，它的存在促進了流域兩岸地區的農業與經濟發展。但流域兩岸的生態環境狀況讓人堪憂，流域兩岸地區的生態承載能力需要進一步的評估[8,9]。因此，揭示大沽河流域不同區域的生態承載力的變化，對流域內農、林、漁業的發展及提高流域生態承載力的方法策略具有重要理論和實踐意義。

“壓力-狀態-響應”（P-S-R）模型是研究區域生態承載力時普遍使用的一種評估模型[10]。采用“壓力-狀態-響應”（P-S-R）模型開展生態承載力研究已得到廣泛應用[11-13]，這對推動流域生態承載力研究起到不可忽視的重要作用。文章選取2000—2020 年大沽河兩岸地區9 個區市的資源環境、經濟發展、社會人口等因素相關指標，采用“壓力-狀態-響應”（P-S-R）模型，運用綜合分析法進行評估，全面探討流域內9 個區市在20 年間生態承載力的時空變化。旨在為流域沿岸地帶的可持續發展提出指導性建議，為區域生態建設提供理論基礎和借鑒經驗[14-16]。

1 區域概況及數據來源

1.1 區域概況

大沽河流域位于膠東半島西部，全長179.9km，流域面積4655.3km2，位于東經120°03′～120°25′，北緯36°10′～37°12′之間[8]。大沽河起源于中國山東省煙臺市，終點于膠州市營海鎮碼頭村匯入膠州灣。全流域分為上游、中游、下游地區：上游地區自招遠市老馬思家至萊西縣巨家，主要以山區和淺山丘區地形為主；中游包括巨家至該縣望壁河口，主要以山麓平原地形為主；下游平度縣南村以下，主要以平原洼地地形為主，在煙臺市流經招遠、棲霞、萊州、萊陽等四個區市，在青島市流經萊西、即墨、平度、膠州、城陽等五個區市[8,9]（圖1）。

圖1 研究區地理位置基本概況（圖片來源：作者自繪）

1.2 數據來源

本文數據來源于2000—2020 年《青島市統計年鑒》和《煙臺市統計年鑒》，數據包括氣象數據、國民經濟主要平均指標數據、社會經濟主要指標數據、地區生產總值、人口及人口密度指標數據、城市供水供電數據、城市建設和公用事業指標數據、城市道路及綠化指標，以及各區市2000—2020 年國民經濟和社會發展統計公報、各區市2000—2020 年水資源公報、2000—2020年生態環境公報，數據全面展示了大沽河流域兩岸九區市從2000—2020 年各項資源環境與社會經濟指標。

2 研究方法及數據優化處理

本研究運用綜合分析法進行分析，對于不完整的數據處理采用克里金插值法進行優化處理[12]。以上研究在matlab 2018b中進行數據計算，數據采用的是平均值[17-19]。在arcgis10.2 中運用克里金插值法將壓力狀態響應指數進行空間、地理處理，得到各區域壓力狀態響應指數的時空變化趨勢，并繪制生態承載力的空間分布圖。為構建區域生態承載力評價體系，指標的選取應綜合反映區域內生態環境承載能力和承載壓力，包括人口、資源環境、資源消耗、環境污染、經濟發展等能夠影響區域未來生態發展的相關指標[19]。根據區域生態承載力的涵義分為生態承載彈力、生態承載壓力和生態承載支撐力三個部分。

3 研究結果

3.1 指標權重

壓力層指標包括地區生產總值GDP（0.058）、城市人口密度（0.045）、全社會用電量（0.056）、城鎮登記失業率（0.033）、全年用水量（0.0527）、萬元GDP 用水量（0.039）；狀態層指標包括年降水量（0.086）、年平均氣溫（0.090）、建成區綠化覆蓋率（0.066）、森林覆蓋率（0.061）、人均公園綠地面積（0.049）、人均土地面積（0.045）；響應層指標包括人均GDP（0.108）、城市污水處理率（0.086）、工業固體廢棄物綜合利用率（0.045）、就業人員平均工資（0.074）?？梢钥闯龈髦笜藱嘀鼐哂胁町愋?，具體表現為狀態（0.401）＞響應（0.313）＞壓力（0.285）。

3.2 各區域壓力-狀態-響應指數時空分布差異

3.2.1 壓力指數

大沽河流域生態承載壓力指數在2000—2020 年呈時空分布差異。整體上看，20 年間壓力指數從高到低逐漸由北向南轉移。從區域上看，大沽河上游流域包括萊州市、招遠市、棲霞市，在2000—2005 年壓力指數呈現上升趨勢，其中招遠市壓力指數最高（0.6162），但從2005—2020 年，壓力指數逐漸降低，呈下降趨勢，棲霞市壓力指數降到最低（0.2820）。不同的是，大沽河流域中游地區包括平度市、萊西市、萊陽市在2000-2005 年壓力指數呈現下降趨勢，其中萊陽市壓力指數最低（0.2814），從2005—2020 年，壓力指數逐漸升高，呈現出上升趨勢，其中萊西市壓力指數最高（0.5454）。大沽河下游流域包括膠州市、城陽區、即墨市，在2000—2005 年壓力指數呈現下降趨勢，其中膠州市壓力指數最低（0.2393），但從2005—2020 年，壓力指數逐漸升高，其中城陽區壓力指數最高（0.6884），并且壓力指數升高的趨勢逐漸向沿海地區轉移。

3.2.2 狀態指數

2000 年到大沽河流域上游地區狀態指數呈升高趨勢，其中萊州市狀態指數最高（0.4940），2010 年到2020 年狀態指數呈下降趨勢，其中棲霞市狀態指數最低（0.2697）。2000 年到2020 年期間，大沽河流域中游地區狀態指數變化較小。2000 年大沽河流域下游地區生態承載狀態指數較高，其中城陽區最高（0.6883），2000 年到2010 年狀態指數逐漸降低，其中城陽區狀態指數最低（0.2570），2010 年到2020年下游地區狀態指數逐漸升高，其中膠州市狀態指數最高（0.4003）。

3.2.3 響應指數

整體上，生態承載力響應指數由高到低逐漸從北向南轉移。區域上，2000 年到2005 年，大沽河流域上游區域生態承載響應指數呈升高趨勢，2005 年上游區域響應指數達到最高，其中招遠市最高（0.5582），從2005 年到2020年響應指數逐漸降低，其中棲霞市響應指數最低（0.0563）。2000 年到2020 年，大沽河中游區域生態承載響應指數變化不明顯。2000 年到2015 年，大沽河流域下游地區響應指數逐漸降低，其中即墨市響應指數最低（0.1378），2015 到2020 年響應指數逐漸升高，其中以城陽區（0.4670）、膠州市（0.4295）等靠近入海口區域最為明顯。

3.3 生態承載力時空分布差異分析

由圖2 可知，從全域角度來看，大沽河流域內各區市生態承載力呈現明顯的空間分布差異，2000 年整體呈現出東北向西南逐級升高趨勢，其高值區在城陽區（0.9422），低值區在棲霞市（0.2020），反映生態承載力具有內陸向沿海地區升高的趨勢。2005 年整體呈現出由北向南遞減趨勢，其高值區在招遠市（0.8467），低值區在膠州市（0.3462），反映生態承載力具有內陸向沿海遞減的趨勢。2010 年到2015 年變化不明顯，但整體生態承載力高值區仍在招遠市（0.8530）。2018 年生態承載力呈現從流域兩岸向周邊降低的趨勢，高值區位于招遠市（0.6165）、萊西市（0.6989）、城陽區（0.7295）。2020 年生態承載力高值區在城陽區（0.7267），呈現由北向南升高的趨勢。整體來看，2000—2015 年承載力分布逐漸從南向北轉移，并逐漸降低。2015 年開始生態承載力等級逐漸從流域上游向下游轉移。

圖2 各區市生態承載力指數時空變化圖（圖片來源：作者自繪）

結語

本文從生態承載壓力、生態承載狀態、生態承載響應三個方面構建指標體系，運用熵值法計算各指標權重，并根據生態承載力公式求得各目標層指數與生態承載力，對大沽河流域各區域進行生態承載力等級劃分，并對生態承載力時空分布差異進行分析，得出結論如下：

（1）指標分析。本研究構建了生態承載力綜合評價指標體系，涉及壓力、狀態和響應，但都采用統計指標，缺乏居民主觀感受指標，在日后的研究中可以加以優化。

（2）壓力指數從整體上看，2000 年到2020年，大沽河流域區域內壓力指數變化明顯，沿海區域生態壓力值高于內陸區域，但高壓力指數分布面積呈逐漸縮小的趨勢，說明沿海區域的生態壓力在朝著一個良好的方向發展。2000年到2020 年大沽河流域生態承載狀態指數呈現“W”型波動變化，表明各區市的資源環境狀況呈現不穩定變化的趨勢。2000 年到2020 年大沽河流域生態承載響應指數分布面積呈擴大-縮小-擴大的趨勢，并且高響應指數逐漸從北向南轉移，說明靠近沿海區域在對環境治理重視程度要大于內陸區域。

（3）生態承載力。整體來看，20 年間大沽河流域生態承載力呈現下降趨勢。分時間段來看，2000 年到2010 年生態承載力呈下降趨勢，但在后十年期間呈緩步上升的趨勢，高生態承載力分布面積逐漸減少，并從北向南轉移。從空間角度來看，大沽河流域下游區域整體生態承載力等級高于上游區域。