基于PSR模型的云南省生态安全评价研究

谢 波，梁若冰

（昆明理工大学 管理与经济学院，云南 昆明 650093）

2021年3月，“十四五”规划指出要构建和优化国土空间开发和保护格局、推动绿色低碳发展、推进清洁生产和加强污染治理，在发展中解决生态问题。生态安全是指生态系统的健康和完整情况，是人类在生产、生活和健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度。生态安全水平可通过反应生态因子及其综合体系质量的指标进行定量评价［1］，在综合考虑了自然环境与人类之间相关性的前提下［2］，评价结果展示了其变化过程及其空间分布状况，为促进区域经济和环境均衡发展［3］、区域生态文明建设决策、生态管理提供指导信息。

进入21世纪，很多学者对生态安全评价开展了研究。2002年，左伟等［4］指出生态安全关乎国家安全，生态安全评价就是用生态指标体系评价生态环境系统服务功能对人类需要的满足程度；2005年，左伟等［5］又系统分析了生态安全评价模型，并以重庆市忠县为例构建了生态安全评价指标体系，根据评价结果为该地区划分了生态安全等级。2006年，高长波等［6］用生态安全评价指标体系和熵权模糊评价量化模型评估城市生态安全，其结果为城市建设规划提供了数据参考。解雪峰等［7］运用压力（Pressure）-状态（State）-响应（Response）模型（以下简称PSR模型），综合分析研究了东阳江流域的生态环境状况。针对云南省内的生态安全评价研究，很多学者选取小范围区域为研究对象。2003年，齐清文等［8］对云南边境地带的生态安全进行评价，其结果为边境复杂多样的环境监管提供了可行思路；2008年，张向晖等［9］为云南省纵向岭谷区建立生态安全评价体系，发现该区域存在土地资源利用不合理的问题；2015年，董云仙等［10］185-191对九大高原湖泊区的演变进行了研究，并对不同水平的湖泊划分了相应等级后提出了治理方法；2017年，付伟等［11］利用PSR模型构建了昆明市饮用水源区的生态安全评价体系，为制定不同时段水源区的规划方案提供了参考。

本研究针对云南复杂多样的生态环境，重点关注省内具有代表性州市，结合“十四五”规划中关于生态文明建设的主要绿色目标：能耗标准、空气质量、水利设施、乡村建设等运用PSR模型构建生态安全评价体系；同时，将其应用于重庆市、四川省和贵州省及云南省内不同生态区，分析生态安全水平变化趋势及波动原因，根据数据结果为云南省建设生态监管平台、实现生态安全实时监测、制定生态环保政策提供依据。

一、研究内容与方法

（一）研究区域

云南属低纬度内陆地区，自然条件复杂多样，植被类型丰富。省内降水的地域分布差异较大，加之河川纵横，形成了高原湖泊、热带雨林等特殊生态区。近年来，由于自然资源过度消耗、工业和城市污染严重、生态乡村建设迟缓等问题使云南省生态安全面临威胁。

（二）数据来源

本研究的基础数据主要来源于《云南统计年鉴（2008—2020）》 《云南水资源公报（2008—2020）》《云南省人民政府公报》、国家统计局官网、西南地区其他省份统计年鉴。其中，未收录的指标数据从当地政府公报、发展报告中得来。

（三）研究方法

PSR模型现已成为生态安全水平评价中较为常用的评价模型，模型中各准则层之间以信息、响应等形式联系［10］185-191。“压力（Pressure）”是指人类活动对生态安全的影响，如污染物排放、能源消费、生态破坏等。其中，污染物排放与生态破坏选用工业“三废”排放、农村化肥施用量、环境噪声等指标进行评价；能源消费随经济的发展必然增长，所以用相对指标单位GDP能源消耗量进行评价。“状态（State）”是指生态环境各方面呈现出的状况，主要由生态现状和资源条件构成，如“十四五”规划中提出的森林覆盖率、城市空气质量、水资源等，在评价模型中用城市绿化率、森林覆盖率、城市空气污染物浓度、人均水资源等指标进行评价；另外，西南地区分布较多的高原湿地也能反映区域生态系统状态。“响应（Response）”是指为保护生态安全、促进生态与经济协调发展所做的努力，包括环境治理和环保投入［12］，如扩大造林面积、增加第三产业产值、加大环境保护投资与污染物处理等措施。同时，应云南省农业发展需要，还增加了乡村水电站数量指标。综上，在综合考虑云南省的实际情况、指标数据的可得性后筛选出25个评价指标（见表1）。

表1 云南省生态安全评价指标体系

（四）建立生态安全评价指标体系

1.评价指标标准化。由于各项指标的度量单位不同，不能进行比较分析，所以采用极差法对指标进行标准化处理，即将指标值映射到［0-1］之间，以便进行综合对比评价［13］。其中，正向指标表示该指标与综合值正相关，负向指标则相反。

正向指标标准化：

逆向指标标准化：

公式中：Xij为i年份的第j个指标；Xjmin为第j个指标在所有年份中的最小值；Xjmax为所有年份中j指标的最大值；X′ij为Xij标准化后的值。

2.计算指标熵权值。采用熵值法计算指标权重能客观反映各项指标对生态安全状况的影响程度［14］。

计算指标值的比重Yij：

计算指标信息熵Ej：

计算指标差异性系数Dj：

计算指标熵权值Wj：

公式（4）中：k=1/ln（n），n=13。

3.计算生态安全综合指数ESIij。通过加权平均的方法对区域生态安全综合指数（ESI）及各准则层指数进行计算，得出区域生态安全综合值［15］135-144。

ESI取值范围为［0～1］，值越接近1表明生态安全状况越好。

以等间距的方式将生态安全水平状况划分为5个等级［15］135-144：［0，0.2），巨警；［0.2，0.4），重警；［0.4，0.6），中警；［0.6，0.8），轻警；［0.8，1），无警。

二、云南省生态安全评价结果分析

（一）云南省生态安全综合指数变化

如表2所示，云南省2007—2019年生态安全综合指数总体呈波动上升趋势（见图1），说明云南生态环境质量得到了改善。

图1 西南四省份生态安全综合指数变化情况

表2 云南省2007—2019年生态安全指数

1.压力系统变化。表1中的压力系统指数越大，表明生态承压越小。2009—2012年，云南省工业化进程达到进入21世纪以来的最高增速［16］，加之农村化肥使用量大幅增加，压力系统指数于2011年左右出现下降。之后，由于云南省推进并实施了许多因地制宜的生态保护政策：陡坡地生态治理工程，省内复杂地貌的生态保护与改善，城区重污染企业搬迁。例如，昆明30家化工企业于2012年迁出主城区，蒙自于2011年底将冶炼、水泥等工厂迁入山区以保护城区环境及耕地资源，均缓解了生态压力。

2.状态系统变化。状态系统生态安全指数变化大体分为两个阶段：2007—2010年，由于2009年的旱情导致人均水资源下降32%，而城区绿化率、森林覆盖率与湿地面积等维持动态平稳，未能加快涵养水源，使该指数波动下降。2011—2019年，状态系统指数明显上升。这是由于云南省加快人工造林、不断提高森林覆盖率与自然湿地面积、丰沛淡水资源，并于2013年初依据“美丽乡村”理念，提出进一步增强农业农村发展活力的意见，大力发展生态种植养殖业，强化农业物质基础装备，实施“润滇工程”乡村基础设施建设项目，推广使用电、太阳能及沼气等清洁能源，减少了燃烧类能源供应占比，使空气污染物浓度持续下降。

3.响应系统变化。2007—2010年，由于云南省政府将环境保护的支出增加至4%左右，且造林面积占比连续四年超过3%，响应系统生态安全指数呈上升态势；但2011年后该指数波动较大，这是由于指标“生活垃圾无害化处理率”已维持较高水平且趋于平稳，无上升空间，而指标“工业固体废物综合利用率”因废物倾倒丢弃量持续降低并维持在个位数使其有所回落。

（二）西南省份综合指数动态变化

西南地区除西藏外四省份2007—2019年生态安全综合指数变化见图1。由图1可知，近年来四省份的生态安全水平均呈现出整体上升的趋势。其中，云南省生态安全综合指数在2011年左右出现下降，生态安全水平存在明显拐点，但其他三省份并未出现这一现象。究其原因，主要是2009—2011年间云南省经济、工业的高速发展均对资源、环境造成了沉重负担，但环境治理投入并没随之增长，环保政策实施效果也具有滞后性［17］。从工业污染物的排放可以明显看出，云南省的工业“三废”排放出现增长，并且化肥使用强度也一直呈现增长态势；而其他省份的工业发展虽然也不断增速，但其在人工造林、环保支出、资源利用等方面处于较高水平，尤其是污染政策的实施缓解了资源消耗和环境压力。

（三）云南省生态安全空间分布

云南省各州市在主要年份的生态安全水平等级变化如图2所示。2019年各州市均脱离重警状态，达到中警及以上。

图2 2007—2019年云南省各州市主要年份生态安全水平变化

云南省目前的土地利用空间分布十分不均衡，南部地区森林分布比较密集，东北部森林分布较稀疏。2010—2018年，云南省的森林覆盖面积共减少695km2，但1 047 km2森林再生，降低了森林的年损失率；地州的环保状态也有差异，如大理、丽江等地造林面积逐年减少，空气污染物浓度较高，但文山的森林面积增加了1 047 km2。另外，由于2013年云南省委实施创建生态文明示范区，如昭通市盐津县、大理州洱源县、红河州屏边县等，并在示范区实施了“数字环保”项目，即对示范区生态环境进行科学、动态管理，以求以点带面协调省内生态安全水平空间分布。

从区域看，滇东南地区由于严格控制生活污水和工业污水的排放［18］，并对南盘江水系与红河水系采取了一系列水文地质措施，消除了红河及文山有色金属等污染物对地下水系统的破坏；完善野生动植物保护体系，实施了云南省生物多样性保护战略与行动计划（2012—2030年），如以西双版纳为主的极小种群野生植物就地和近地保护基地建设。因此，该地区已由重警转变为轻警。滇东北地区煤炭资源丰富，长期开采导致水土流失严重，因此该区域应着重环境恢复和重建，并积极推行水土保持型生态农业生产方式。

（四）云南省特殊生态区域安全水平综合指数动态变化

云南省内各州市地理条件差距悬殊，海拔、降水、地貌、土壤、植被等自然因素的差异性造就了不同的特殊生态区域，其中比较典型的有九大高原湖泊区、滇东南岩溶石山区、热带雨林区和国家级自然保护区等。这些区域的环境承载力较低且生态系统脆弱，但在保持水土、涵养水源、维护生物多样性等方面有重要价值，对其进行生态安全水平评价是保护和维系其生态系统的基础［19］。

如图3所示，特殊生态区域的生态安全水平综合指数与云南省的变化趋势大致相同，区域间差异不明显，均在2010年左右出现拐点，尤其是热带雨林区，2009年的旱情使其生态安全水平综合指数在2010年降至0.3以下，达到重警状态，暴露其自身调节能力薄弱、对自然条件依赖较强的问题。云南省内有21个国家级自然保护区，最早设立时间可追溯到20世纪50年代，且1998年实施的《云南省自然保护区管理条例》中对污染防治、生态建设及应急手段等均有参考标准，所以国家级自然保护区所在地的生态安全水平综合指数总体上变化不大，仅有小幅波动且未低于0.35。当自然条件发生不可抗拒的变化及工业快速增长时，需借助环境调节能力供养城市并及时应对自然灾害以维系生态系统稳定［20］。例如，高原湖泊区域的生态安全水平受降水因素影响较大，2009年的旱情虽使其生态安全水平综合指数持续降低，但2016年底实施的河长制使水体污染治理、水土保持等取得显著成效，高原湖泊区域生态安全水平随之提升。综上所述，提高生态安全性需要自然条件和人为因素缺一不可，尤其在自然条件不理想的情况下，生态建设更为重要［21］。

图3 云南省特殊生态区域综合指数动态变化

三、云南省生态安全水平动态预测及监管平台建设对策

以生态安全水平评价为基础，建立区域内预测预警系统是有效改善生态安全水平的重要手段［22］。前文中PSR模型的计算基础均为年度平均数据，而云南省及西南地区自然环境的季节性、周期性变化明显。因此，建设生态安全水平动态预测及监管平台，对自然环境、资源及分地区分级的企业排污情况进行可选时段的监测与分析十分必要。平台可将接收到的多种类、多层次生态指标数据进行统一整合和存储，并在后端应用评价模型输出监测结果，根据预警级别采取相应的措施实现对生态安全水平各项指标的评价并提出专业建议［23］。

（一）预警标准因地制宜

云南省内各州市之间生态差异明显，建议综合分析不同生态区域的州、市生态变化及其影响，调整生态评价标准。另外，各个地区存在的生态问题也不同，需设置相应的生态评价侧重点，如滇池等高原湖泊生态评价的预警标准应以水体污染物为主，乡村生态评价的预警标准应以化肥、地膜、农药等土壤污染物为主，在森林覆盖率低于云南省平均水平的地区应侧重对造林面积、空气质量等的监测。

（二）加强乡村生态监测

目前，云南省城市生态安全水平监测覆盖较广，城市绿化、水体、空气质量、工业排污等的监管制度较完善，但乡村生态安全水平监测发展不均衡。城市近郊、经济发达或旅游业发展较快的乡村拥有良好的基础设施与监测设备，而经济落后、交通不便的偏远地区对生态安全水平监测与保护力度相对较小。因此，需以建设美丽宜居村庄为契机，逐步完善乡村生态安全水平监测体系；结合河长管理制度，对乡村饮用水源、土壤等加强监管，严防生活污水随意排放及农药（尤其是高毒高风险农药）、化肥过度使用，制定养殖场废弃物排放标准；加强各地监测硬件设备的合理布设，扩大检测范围，并将个体环境参与者的工作数据纳入监测数据库；做好末端监控设备的维修检护工作，末端监测点位不足造成的数据量缺失、数据不准确将影响环境水平分析的准确性，进而不能精准判断和预测生态安全水平。

（三）健全生态安全管理机制

生态安全水平预测及监管平台前端的工作是收集环境散点数据，这需要环保相关部门的大力支持和配合，然后根据不同区域制定评价指标体系。当监测出异常后更需要分层次、分情况采取相应措施，如城市小范围污染问题、不可控因素引起的自然灾害等。综上，生态安全水平预测及监管平台高效地使用需要政府、企业、组织、村镇基层政府及个人跨区域、跨级别地协作，因此，建立健全生态安全管理机制势在必行。

四、结论

2007—2019年云南省生态安全水平逐步提高：子系统中压力系统与状态系统指数总体波动上升，表示生态压力有所缓解，生态安全状况良好；响应系统指数呈稳定状态。省内各州市生态安全水平也均有不同程度的提升，尤以滇东南和滇西北矿区最为显著。从西南四省生态安全水平综合指数比较可看出：云南省在工业高速发展时期，生态保护政策侧重改善自然环境，而对工业污染物的处理不够及时，导致环境保护与社会经济增长未完全同步。为此，需要提高省内生态经济产业比例、建立生态安全水平动态预测及监管平台，依靠平台实现相关方信息共享、大数据动态分析，以期改善省内生态安全监管发展不平衡、缩小地区间差异、推动生态与经济协调发展。