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基于DPSIR概念模型的区域生态安全评价方法


基于DPSIR概念模型的区域生态安全评价方法

基于 DPSIR 概念模型的区域生态安全评价方法
摘 要:目前区域生态安全评价的方法动态性不强,系统性不够,DPSIR 概念模型有助于 全面分析生态系统的"驱动力","压力","状态","影响"和"响应",有助于理解影响生态系 统中各因素的作用过程以及彼此之间的因果关系.本文基于 DPSIR 概念框架提出区域生态
安全评价的方法.

关键词:生态安全 DPSIR 概念模型 指标体系

生态安全是 21 世纪人类社会可持续发展面临的一个新主题.自 20 世纪 80 年代前苏联 的切尔诺贝核电站事故导致的人为环境灾难以来,生态安全日益被提上国际议事日程,也引 起了国内外不同学科广泛的研究[1].二十多年来,国际上关于生态安全开展的研究工作主 要包括生态系统自身安全,生态服务和生态安全分析与评价等方面[1].生态安全评价是根据 选定的指标体系和评价标准, 运用恰当的方法对生态环境因子及生态整体进行生态安全状 况评估.目前,我国在生态安全评价方面已经开展了大量的工作,不少学者在评价指标及方 法上都做了大量的有益探索.生态安全指标体系是生态安全评价和预警机制的重要内容与前 提, 建立生态安全衡量指标体系和监测预警系统目的在于制定生态安全的衡量标准, 通过实 施标准将生态系统维持在能够满足当前需要而又不削弱子孙后代满足其需要的能力的状态 [2].本文就区域生态安全评价的指标体系构建方法做一些探讨.

一,生态系统安全的影响因素

分析区域生态系统安全的影响因素有助于明确生态安全评价的目标和内容.图 1 给出了 区域生态系统中 PRED(人口,资源,经济,社会)之间的相关关系[3].(1)自然灾害如旱涝, 地震,泥石流,崩塌等的发生是引发生态环境危机最直接的动力.这些自然灾害的发生,会 使的水, 生物等资源急剧减少, 土地利用率大大降低, 严重影响生态系统的构成及其功能;(2) 人口的变动会引发生态不安全.人口的急剧增加,会使资源压力成指数增长.资源短缺直接 影响区域的经济社会发展的同时, 引发贫穷, 犯罪, 冲突等社会问题, 严重影响社会的安定. 再者,过度使用环境资源直接或间接导致水土流失,土地沙漠化等的产生,加剧生态系统的 退化,降低生态系统安全度.巨大的人口压力导致资源结构性短缺,还会严重破坏环境的自 净能力,影响生态系统功能的发挥,进而威胁生态系统安全;(3)经济发展方式的变化会触发 生态安全的变化. 粗放型的经济增长方式会比集约型的发展方式消耗更多的资源, 产生更多 的环境问题,威胁生态环境安全.土地利用方式的变化会直接对生态环境造成影响,土地利

用对生态系统结构方面产生的直接后果如生物侵入和生物多样性的损失, 破坏生态系统正常 的生物地球化学循环功能.(4)社会问题直接或间接影响生态系统安全.

生态安全

人口(素质,数量,构成等)

经济(增长方式,构成,总量等)

社会(贫困,信仰,教育,文化等)

资源(水,气,土,生,矿产等)

自然灾害 (旱涝,泥石流,滑坡,地震等)

二,生态安全评价现状

生态安全评价是根据选定的指标体系和评价标准,运用恰当的方法对生态环境因子及生 态整体进行的生态安全状况评估. 随着生态安全研究的进一步深入, 其评价工作在积极吸纳 各相关学科,领域的研究成果基础上,在方法上取得了长足的发展,已由最初定性的简单描 述发展为现今的定量判断.而运用各种抽象的,反映本质的模型去刻画,揭示具体且复杂的 生态安全系统,尤其是区域生态安全系统,则是近几年生态安全评价呈现出的一种新局面, 刘红[2]将生态安全评价的基本方法进行了归纳和比较研究, 将目前的生态安全评价方法归结为 数学模型法,生态模型法,景观生态模型法,数字地面模型法等 4 种方法(见表 1).其中数 学模型中的综合指数法和层次分析法以及生态模型中的生态足迹法, 简单适用, 是当前运用 较多且比较成熟的方法.

表 1 生态安全评价主要方法及其特点[2]

评价模型代表性方法特点

数学模型综合指数法体现生态安全评价的综合性,整体性和层次性,但简化了问题,指 标体系的选择对系统本质的反映影响很大

层次分析法评价指标优化归类,需要定量化数据较少,但随意性较大,难以准确反映生 态环境及生态安全评价领域实际情况

模糊综合法考虑生态安全系统内部关系的错综复杂及模糊性, 但隶属函数的确定及指标 参数的模糊化会掺杂人为因素并丢失有用信息

灰色关联法对系统参数要求不高, 特别适应尚未统一的生态安全系统, 但分辨系数的确 定带有一定主观性,从而影响评价结果的精确性

物元评判法有助于从变化的角度识别变化中的因子, 直观性好, 但关联函数形式确定不 规范,难以通用

主成分投影法克服指标间信息重叠;客观确定评价对象的相对位置及安全等级;但未考 虑指标实际含义,易出现确定的权重与实际重要程度相悖情况

人工神经网络指标权重自动适应调整并可根据不同需要选取随意多个评价参数建模, 具 有很强的适应性,但收敛速度慢,易陷入局部极小值

生态模型生态足迹法表达简明,易于理解,但过于强调社会经济对环境的影响面忽略其 它环境影响因素的作用

景观生态模型景观生态安全格局法可以从生态系统结构出发综合评估各种潜在生态影 响类型

景观空间邻接度法在空间尺度上特别适应生态安全研究主要着眼于相对宏观的要求

数字地面模型数字生态安全法 RS 与 GIS 相结合,采用栅格数据结构,叠加容易,逻 辑运算简单,能实现和完成上述几种模型的评价运算

不管采取哪种评价方法, 选取合理有效的指标体系是评价的重要前提. 随着研究的逐步 深入,生态安全在指标体系建立上经历了单因子到多因子,从简单到复杂,从状态到过程, 从现象指标到综合指标的过程.单因子指标,是最初生态安全评价所采用的,主要是能够表 征系统安全水平的关键生物因子或环境因子;多因子评价指标体系又可以大致分为小综合和 大综合两类, 其中小综合评价指标体系的建立, 是针对自然或半自然生态系统安全状况而言 的,侧重于生物的或资源,环境方面的安全评价.多因子大综合指标同时考虑了不同范畴的 评价指标, 不仅包括生物与资源环境方面的, 还包括生命支持系统对社会经济及人类健康作 用的指标.

国内外生态评价的指标框架通常有 OECD(Organization for Economic Cooperation and Development) 提 出 的 PSR 模 型 (Pressure-State-Response,1994) 和 DSR 模 型 (Driving force-State-Response,1996), Corvalán 等人提出的 DPSEEA 模型(Driving force- Pressure-StateExposure-Effect-Action, 1996),EEA (European Environment Agency,1998) 采用的 DPSIR 模 型(Driving force-Pressure-State-Impact-Response) 等. 这些模型均不同程度的考虑了人类活动 对环境的压力,自然资源的质和量的变化,以及人们对这些变化的响应[4].

目前多数指标体系的建立是在 OECD 提出的压力-状态-响应(PSR)框架下展开的[5].如 左伟[6]在 PSR 基础上,构建了满足人类需求的表征生态环境系统服务功能的生态环境状态 指标, 人文社会压力指标及环境污染压力指标作为区域生态安全评价指标体系;刘勇[7]以区域 土地资源可持续发展为目标,构建了包括土地自然生态安全,土地经济生态安全,土地社会 生态安全指标体系.还有一种具有代表性的生态安全评价指标体系是环境,生物与生态分类 系统,该系统将生态安全评价的指标划分为环境安全指标,生物安全指标,生态系统安全指 标,并建立各自的评价指标.此外,张保华[5]等人在农业生态学理论的基础上,以区域农 业生态安全为目标,建立了 4 个一级指标,10 个二级指标,43 个三级指标的区域农业生态 安全评估指标体系. 左伟[6]等人根据 DPSER(Driver-Pressure-State-Exposure- Response)模型, 构建出评价指标体系选择的概念框架.

尽管综合评价指标体系的建立体现了评价者力求全面反映评价对象本质的愿望, 但由于 生态安全评价作为一门交叉学科的评价,综合评价指标体系的建立十分复杂,指标建立难免 会有失偏颇.但无论如何,在诸多生态安全评价的实践中,对指标的不同选择反映了具体的 评价对象, 评价目标及评价者知识背景和理论依据的不尽相同, 对于丰富生态安全的评价均 有一定的借鉴意义.

三,生态安全评价方法——从概念到指数

本文采用常用的综合指数法.区域生态安全评价指标体系的构建应参照现代系统论的方 法,采用多指标,多层次的递阶结构[8](如图 2).

首先在基础数据的分析基础上, 结合现有生态系统方面的评价指标, 专家们的建议和不 同区域的实际情况,确定生态系统安全评价指标体系制定的原则和方法以及指标体系的基本 构成.同时,根据决策的需要确定目标层和准则层指标.其次,借鉴 EEA 提出的 DPSIR 概 念框架应用方法草拟出指标层指标.然后,根据不同区域生态系统的特点,指标构建的原则 对指标进行具体化和量化,对所有的指标都要明确其名称,定义和度量.获得可定量的指标 后根据数理统计分析(AHP, PCA 或 FA 等)方法和人工神经网络的技术手段进行指标的合成, 得出生态系统安全的质量指数.

得出区域生态安全综合评价指数后, 采用数学方法进行分级, 并在此基础上结合区域生 态环境特征建立生态安全预警规范和标准, 对生态区域进行功能区划, 将生态安全信息数据 与基础空间数据建立统一的空间关系和位置关联, 实现生态安全数据在计算机中的可视化表 示,使决策和管理部门的人员能够准确, 方便, 直观,快捷地了解生态灾害发生区域,位置, 灾害源等地理信息,为管理和救灾部门提高反应速度与抢灾救灾效率提供现代化工具[9].

四,生态安全评价的指标体系构建

1,指标体系构建的原则

生态安全评估指标涉及多领域多学科,项目种类繁多.指标筛选一要符合客观实际,能 准确反映生态安全状态, 具有较强的可操作性, 二要用尽可能少的指标反映尽可能多的信息. 总的说来,评价指标的选择遵循以下原则[5,8-10]:

(1) 科学性与实践性原则.评价指标,评价程序,评价模型的选取一定要建立在科学的 基础上.客观和真实地反映生态系统发展的状态,各个子系统和指标间的相互联系,并能较 好地度量研究目标的实现程度. 可用于不同空间尺度和地区间的比较, 同时能体现生态安全 的过程变化.

(2) 整体性与层次性原则.生态系统是一个有机体,在选择评价指标的时候,必须使评 价目标和评价指标有机地联系起来, 组成一个层次分明的整体. 生态系统安全是受多因素影 响的复杂系统,为了完整地描述系统的整体,往往需要将系统分解成相互关联的几个层次, 指标通常也根据这个层次递阶结构而设定,层次越高指标越综合,层次越低指标越具体.

(3) 简明性与可操作性原则.生态安全评价需要将复杂的问题抽象化,简单化,在选取 评价因子,制定评价指标体系时,应遵循简洁方便,有效实用的原则.既要充分考虑评价因 子对生态环境质量的指示意义,又要综合权衡其获取的难易程度,能够反映自然,生态和社 会特征.指标含义要直观明确,还要考虑指标的可度量性,易得性和常用性等.

(4) 定量为主与定性相结合原则. 评价中要尽量采用数理统计方法, 使评价结果客观化, 定量化.同时,针对生态安全要素,生态因子的多样性与复杂性以及要素,因子之间普遍存 在的非线性关系, 评价中应适当采用定性描述方法, 使评价结果更直观实用, 便于决策参考.

(5) 动态性原则.系统是时间和空间的函数,在选择评价方法时既要考虑到系统的发展 状态又要考虑系统发展的趋势,评价结果不仅能较好描述,刻画与度量系统的发展状态,而 且也能反映出不同发展阶段的特点,灵活地反映系统的变化.

2,DPSIR 概念模型

在区域环境评价和资源可持续利用等的研究中, 科学家设计了许多的概念模型或研究框 架,如 PSR(Pressure-State-Response) Framework,Accounting Frameworks 等,用于区域环境 监测与分析,资源管理和政策制定.这些概念模型一般都提供了明确的思路,原则,方法和 框架,帮助选择相关要素和指标,组织数据或信息,能够保证重要的要素和信息不被忽略, 以全面分析,解决环境或可持续发展问题.这些模型重视和强调决策者与公众的广泛参与, 鼓励对不同问题的讨论以达成共识,提高政策的制定与执行效率.特别地,PSR 概念模型及 其改进模型 DPSIR (Driving Force-Pressure-State-Impact-Response Framework)在资源,人口, 环境与可持续发展研究中得到了广泛的应用.

DPSIR 概念模型是由 OECD 在 1993 年提出[11],并为欧洲环境局所发展[12].在 DPSIR 概念模型中, "驱动力"(Driving Force) 是指造成环境变化的潜在原因;"压力"(Pressure) 是指人类活动对其紧邻的环境以及自然环境的影响, 是环境的直接压力因子, 例如废物排放 等;"状态"(State) 是指环境在上述压力下所处的状况,如污染水平等;"影响"(Impact) 是指系 统所处的状态对人类健康和社会经济结构的影响;"响应"(Response)过程表明人类在促进可 持续发展进程中所采取的对策和制定的积极政策,如提高资源利用效率,减少污染,增加投 资等措施.已有的研究表明,DPSIR 模型强调经济运作及其对环境的影响之间的联系,具 有综合性, 系统性, 整体性, 灵活性等特点, 能揭示环境与经济的因果关系并有效整合资源, 发展,环境与人类健康[6].

3,生态安全评价的 DPSIR 模型

生态系统是自然,环境和社会经济交互耦合的复杂系统.区域生态系统分析及生态安全
评价涉及资源利用,环境保护,经济发展等方面,把资源科学,环境科学,社会科学等相关

学科有效地综合在一起需要一个能够把复杂问题分解, 简化, 又能够把分解的各个部分有效 综合的指导方法.借助于 DPSIR 概念模型有助于简化这一过程,通过全面分析生态系统的 "驱动力","压力","状态","影响"和"响应",有助于理解影响生态系统中各因素的作用过 程以及彼此之间的因果关系,从而为建立生态系统安全评价的指标体系,实现资源优化配置 奠定基础[13].本文建立的区域生态安全评价的 DPSIR 概念模型如图 3.



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