王宏衛(wèi),柴春梅,樊永紅,魏敏,趙喆,桂陽

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊市 830046；2.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046；3.新疆大學生命科學與技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 830046)

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基于DPSIR-TOPSIS模型的和田連片特困地區(qū)生態(tài)安全綜合評價

王宏衛(wèi)1,2,柴春梅1,2,樊永紅1,3,魏敏1,2,趙喆1,2,桂陽1,2

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊市 830046；2.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046；3.新疆大學生命科學與技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 830046)

【目的】 對典型連片特困地區(qū)——和田地區(qū)各縣市的生態(tài)安全進行實證分析.【方法】 以和田地區(qū)為研究對象，應(yīng)用DPSIR模型，將變異系數(shù)法和TOPSIS模型相結(jié)合，計算各研究單元的生態(tài)安全值并對其進行評價，將生態(tài)安全綜合指數(shù)與人均GDP和貧困村的比例進行空間耦合分析.【結(jié)果】 研究區(qū)生態(tài)整體呈不安全狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境面臨的壓力較大；研究區(qū)的生態(tài)安全與人均GDP沒有必然的聯(lián)系，說明只注重發(fā)展經(jīng)濟不一定能促進環(huán)境的改善；研究區(qū)的貧困村比例越高，生態(tài)環(huán)境越差，兩者呈顯著相關(guān)，表明扶貧工作是消除貧困和改善當?shù)丨h(huán)境的必由之路.【結(jié)論】 和田地區(qū)生態(tài)安全呈不安全狀態(tài).

DPSIR-TOPSIS模型；變異系數(shù)法；生態(tài)安全綜合評價；連片特困地區(qū)

改革開放以來，中國的經(jīng)濟取得了巨大進步，但仍存在經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，資源分布不平衡，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后等諸多問題，西部廣大地區(qū)仍處于貧困狀態(tài)[1].貧困問題已成為中國經(jīng)濟發(fā)展的制約因素，消除貧困是我國乃至國際社會長期奮斗的目標，也是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一[2-3].從某種程度上講，貧困是一種經(jīng)濟匱乏的現(xiàn)象，但貧困的持續(xù)以及在其持續(xù)的過程中會引發(fā)并連帶生態(tài)環(huán)境問題[4].以往的扶貧開發(fā)，大多只注重發(fā)展經(jīng)濟，在評價扶貧工作成效時，較少考慮生態(tài)方面的影響[5].我國大部分貧困地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，如何促進經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，一直是人們關(guān)注的焦點.

目前，國外學者主要通過生態(tài)風險評價[6-7]和生態(tài)健康評價[8-10]研究生態(tài)安全.國內(nèi)學者對生態(tài)安全的研究主要集中在生態(tài)安全評價方面，如和春蘭等[11]研究了中國生態(tài)安全的進展及其未來的發(fā)展趨勢；徐瑤等[12]、王學等[13]、韓天放等[14]，唐晶等[15]分別綜合評價和預測了四川省、山東省、遼寧省和甘肅省的生態(tài)安全狀態(tài)；張艷麗等[16]、張青青等[17]、黃妮等[18]、朱衛(wèi)紅等[19]分別對石羊河流域、瑪納斯河流域、遼河中下游流域和圖們江流域的生態(tài)安全進行了評價[16-19]；李佩武等[20]、王恒偉等[21]、楊俊等[22]、馬倩等[23]、曹明蘭等[24]分別分析了深圳市、重慶市渝北區(qū)、大連市、烏魯木齊市和唐山市的生態(tài)安全狀態(tài).

從現(xiàn)有報道可以發(fā)現(xiàn)，從研究尺度上看，有關(guān)生態(tài)安全研究主要集中在我國大區(qū)域、省區(qū)到地級市，而對連片特困地區(qū)的研究極少.我國有14個連片特困地區(qū)，共680個縣，占全國縣域的24%，同時該區(qū)的部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱.從評價方法上看，研究多采用PSR模型、模糊綜合評價法、灰色系統(tǒng)預測和層次分析法等，幾乎沒有學者將變異系數(shù)法、DPSIR模型和TOPSIS評價法相結(jié)合評價連片特困地區(qū)的生態(tài)安全.

鑒于以上分析，本文嘗試采用變異系數(shù)法和DPSIR-TOPSIS模型對和田連片特困地區(qū)的生態(tài)安全狀況進行綜合評價，以期為和田連片特困地區(qū)經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，以及扶貧工作提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)位于新疆最南端，地處 N 34°22′～39°38′， E 77°31′～84°55′，南部是昆侖山，中部是山前地帶，北部是塔克拉瑪干沙漠，特殊的地理位置形成了暖溫帶極端干旱的荒漠氣候，年降水量28.9～47.1 mm，蒸發(fā)量2 198～2 790 mm，常年干燥，多大風和沙塵暴天氣.全區(qū)轄7縣1市：和田市、和田縣、墨玉縣、皮山縣、洛浦縣、策勒縣、于田縣、民豐縣(圖1)，是全國典型的連片特困地區(qū)之一，也是重點扶貧攻堅區(qū).截止2012年，全區(qū)農(nóng)村人口近67%，農(nóng)牧民人均純收入3 896元，低于全國平均水平3949.58元，人口自然增長率是全國的2.55倍，因此，該區(qū)面臨經(jīng)濟滯后，人口增長過快，科技水平低，醫(yī)療衛(wèi)生條件差，基礎(chǔ)設(shè)施落后等問題.

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究的原始數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計年鑒》、“中國經(jīng)濟與社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫”及政府公布的“國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報”.并根據(jù)數(shù)據(jù)的科學性、可收集性及分析過程的可操作性，選出符合和田連片特困地區(qū)生態(tài)安全綜合評價的驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5個子系統(tǒng)的24個指標.

圖1 和田地區(qū)地理位置Fig.1 Location of Hotan area

2 評價方法

2.1 基于DPSIR概念框架的生態(tài)安全評價指標體系

DPSIR概念模型具有PSR模型和DSR模型的特點，目的在于建立驅(qū)動力(driving)-壓力(pressure)-狀態(tài)(state)-影響(impact)-響應(yīng)(response)的關(guān)系鏈，可以清晰地反映各要素之間的因果關(guān)系(圖2)，尋找人類經(jīng)濟社會活動與生態(tài)影響之間因果鏈的有效途徑[25-27].本文基于DPSIR模型，結(jié)合研究區(qū)的經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境狀況，根據(jù)指標選取的可靠性、目的性、可操作性等原則，建立了和田地區(qū)驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)的生態(tài)安全指標體系.在經(jīng)濟發(fā)展和人類社會活動的“驅(qū)動”下，人類社會對大自然的索取加劇，給生態(tài)環(huán)境和社會發(fā)展施加了一定的“壓力”，改變了經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的“狀態(tài)”，“影響”了生態(tài)環(huán)境和人民的生活水平，通過提高教育水平、加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來“響應(yīng)”經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境，以此促進生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展.通過上述過程的描述，本文構(gòu)建了和田連片特困地區(qū)的生態(tài)安全評價指標體系，包括人口自然增長率、墾殖率、

有效灌溉面積占耕地比重、經(jīng)濟密度、每萬人擁有床位數(shù)等24項指標體系(表1).

2.2 數(shù)據(jù)標準化

各個指標因具有不同的量綱而不能進行直接比較，因此需要進行無量綱化處理.對現(xiàn)有指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，其原理為：

圖2 基于特困地區(qū)DPSIR模型的關(guān)系鏈Fig.2 Chain DPSIR model based on the poverty-stricken covered areas

目標層準則層指標層指標屬性權(quán)重研究區(qū)生態(tài)安全指數(shù)驅(qū)動力人口自然增長率X1/‰負0.02817人均GDPX2/(元·人-1)正0.05928城市化水平X3/%正0.03929城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資額X4/萬元正0.03750單位面積農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值X5/(萬元·hm-2)正0.02840GDP增長率X6/%正0.06286壓力人口密度X7/(人·km-2)負0.01780單位耕地面積化肥施用量X8/(kg·hm-2)負0.02667墾殖率X9/%負0.01783農(nóng)村人均用電量X10/(千瓦·人-1)負0.01897狀態(tài)人均耕地面積X11/(hm2·人-1)正0.02128人均糧食產(chǎn)量X12/(t·人-1)正0.02267有效灌溉面積占耕地比重X13/%正0.02229人口死亡率X14/‰負0.02697人均牲畜擁有量X15/頭正0.02640人均房屋建筑面積X16/m2正0.04620影響人均社會消費品零售總額X17/元正0.06768單位耕地糧食產(chǎn)量X18/(kg·hm-2)正0.03381經(jīng)濟密度X19/(萬元·km-2)正0.11942單位耕地農(nóng)業(yè)機械總動力X20/kW正0.03845響應(yīng)每萬人擁有床位數(shù)X21(床)正0.06902非農(nóng)人口比X22/%正0.03971第三產(chǎn)業(yè)比重X23/%正0.03037普通中小學在校學生比X24/%正0.09899

2.3 變異系數(shù)法求權(quán)重

2) 求出不同指標對應(yīng)的變異系數(shù)，即：

3) 對Ej做歸一化處理，確定第j項評價指標的權(quán)重，即：

2.4TOPSIS評價模型

1) 建立加權(quán)規(guī)范矩陣V，即：

V=|Vij|m×n=Wj×Rij

式中，Rij是標準化矩陣.

2) 確定正理想解V+和負理想解V-，即：

正理想解：V+={maxVij|j=1,2,…,n}

負理想解：V-={minVij|j=1,2,…,n}

4) 計算評價對象與最優(yōu)值的貼進度Ci，即：

式中，Ci值越大，表明評價對象狀態(tài)越優(yōu).當Ci=1時，評價對象處于最優(yōu)狀態(tài)；當Ci=0時，評價對象處于最劣狀態(tài).

3 結(jié)果與分析

和田地區(qū)生態(tài)安全綜合指數(shù)和驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)指數(shù)見表2.結(jié)合和田地區(qū)的實際和本文的計算結(jié)果，并參考相關(guān)研究成果[28-29]，以非等間距的方式劃分貼進度Ci的生態(tài)安全狀況等級(表3).由于研究區(qū)屬于連片特困地區(qū)，并且區(qū)域范圍較小，生態(tài)環(huán)境和國家扶持政策等方面差異性很小，導致生態(tài)安全綜合指數(shù)集中分布，因此，分級標準與大尺度生態(tài)安全研究的分級標準有所不同[5].本文的分級標準力求最大程度地反映和田連片特困地區(qū)的生態(tài)安全狀況，為準確評價特困地區(qū)的生態(tài)安全和扶貧工作的開展提供一定的參考.

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全驅(qū)動力指數(shù)范圍在0.036 31～0.614 06之間(表2，圖3).其中，洛浦縣、于田縣、和田縣、策勒縣、墨玉縣、皮山縣處于Ⅰ級極不安全水平，受GDP增長緩慢、農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值低、人口自然增長率過高等因素的影響，阻礙了人民生活水平的提高和經(jīng)濟的發(fā)展，并加劇生態(tài)環(huán)境的惡化.民豐縣生態(tài)安全驅(qū)動力值為0.477 81，處于Ⅱ級不安全水平，經(jīng)濟發(fā)展滯后，生態(tài)環(huán)境受到較大破壞.和田市處于Ⅲ級臨界安全水平，相比較其他研究區(qū)，該區(qū)城市化水平發(fā)展較快、人口素質(zhì)高、基礎(chǔ)設(shè)施較完善，這些因素均有促進經(jīng)濟發(fā)展，推動生態(tài)環(huán)境朝趨好的方向發(fā)展的作用.

表2 基于DPSIR-TOPSIS模型的生態(tài)安全綜合指數(shù)

表3 生態(tài)安全評判標準

圖3 生態(tài)安全驅(qū)動力指數(shù)Fig.3 Ecological safety driving index

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全壓力指數(shù)范圍在0.310 59～0.961 01之間(表3，圖4).和田市和民豐縣處于Ⅰ級極不安全水平，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的壓力主要來自于人口密度和單位化肥使用量過高，降水量約33 mm，蒸發(fā)量約為2 618 mm，氣候干燥，降水稀少，該縣市人口密度遠遠高于141人/km2的國家標準.和田縣、墨玉縣、皮山縣、洛浦縣、于田縣、策勒縣處于Ⅳ級和Ⅴ級較安全和安全水平，和其他研究區(qū)相比較，生態(tài)環(huán)境壓力較小.

圖4 生態(tài)安全壓力指數(shù)Fig.4 Ecological safety pressure index

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)范圍在0.401 46～0.787 67之間(表2，圖5).和田市、墨玉縣、于田縣處于Ⅰ級極不安全水平，皮山縣、和田縣、策勒縣處于Ⅱ級不安全水平，該區(qū)域人均耕地面積和人均糧食產(chǎn)量遠遠低于全國平均水平，人們居住條件差、生態(tài)環(huán)境極其惡劣，不適合人類的生存發(fā)展.民豐縣處于Ⅳ較安全水平，該縣的有效灌溉面積和耕地面積相比其他地區(qū)較高，可基本滿足人類生存和發(fā)展.洛浦縣處于Ⅴ級安全水平，該縣經(jīng)濟水平發(fā)展較快，基礎(chǔ)設(shè)施完善，生態(tài)環(huán)境較好，人民居住條件良好.

圖5 生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)Fig.5 Ecological safety state index

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全影響指數(shù)范圍在0.125 97～0.786 19之間(表2、圖6).和田縣、墨玉縣、皮山縣、洛浦縣、策勒縣、于田縣、民豐縣處于Ⅰ級極不安全水平，由于該區(qū)域的生態(tài)安全驅(qū)動力處于Ⅰ級、Ⅱ級極不安全和不安全水平，因此研究區(qū)7縣糧食產(chǎn)量低，農(nóng)業(yè)機械化水平落后，居民購買能力不足，經(jīng)濟發(fā)展緩慢.和田市處于Ⅴ安全水平，雖然該市的生態(tài)環(huán)境壓力較大，但是和田市的生態(tài)驅(qū)動力指數(shù)最高，經(jīng)濟的快速發(fā)展使更多的人脫貧，生活條件不斷改善.

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)范圍在0.047 32～0.783 05之間(表2，圖7).和田市、和田縣、墨玉縣、皮山縣、策勒縣、于田縣、民豐縣處于Ⅰ級極不安全水平，洛浦縣處于Ⅴ級安全水平.由于醫(yī)療衛(wèi)生、科學教育和基礎(chǔ)設(shè)施落后，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，環(huán)境保護力度不夠，導致和田市等7個縣市生態(tài)安全響應(yīng)程度低.隨著政府的支持和經(jīng)濟的發(fā)展，洛浦縣人民生活水平不斷提升，環(huán)保意識加強，基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，洛浦縣生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)較高.

圖6 生態(tài)安全影響指數(shù)Fig.6 Ecological safety impact index

圖7 生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)Fig.7 Ecological safety response index

和田地區(qū)的7縣1市生態(tài)安全綜合指數(shù)范圍在0.430 15～0.823 89之間(表2，圖8).其中，和田縣、墨玉縣、策勒縣、于田縣和皮山縣分別處于Ⅰ級、Ⅱ級的極不安全和不安全水平，該區(qū)生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，經(jīng)濟發(fā)展極其落后，人均GDP僅為6 140.2元，遠遠低于國家平均水平2.5萬元，而人口平均自然增長率高達14.06‰.民豐縣處于Ⅲ級的臨界安全水平，該區(qū)可基本上滿足人類的生存發(fā)展，但經(jīng)濟發(fā)展緩慢，基礎(chǔ)設(shè)施落后，城市化水平低.洛浦縣和和田市處于Ⅳ級和Ⅴ級的較安全和安全水平，該區(qū)域經(jīng)濟水平較高，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)功能較為完整.

圖8 生態(tài)安全綜合指數(shù)Fig.8 Comprehensive index of Ecological safety

和田地區(qū)各縣市生態(tài)安全綜合指數(shù)與人均GDP幾乎沒有必然的聯(lián)系(圖9)，說明特困地區(qū)發(fā)展經(jīng)濟和改善生態(tài)環(huán)境應(yīng)同步進行.和田連片特困地區(qū)在發(fā)展經(jīng)濟時，應(yīng)當注意沙漠化的治理，保護現(xiàn)有的植被，積極發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，加大基礎(chǔ)設(shè)施如：醫(yī)療衛(wèi)生、科技教育、交通等的投入，實現(xiàn)經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，為生態(tài)文明的建設(shè)提供科學依據(jù).和田特困地區(qū)生態(tài)綜合指數(shù)和特困村的比例呈反比(圖10)，表明生態(tài)安全綜合指數(shù)越小，特困村比例越大.因此，該特困地區(qū)應(yīng)加大扶貧政策的推進力度，努力提高人們生活水平，減少低保人數(shù)，加快城鎮(zhèn)化水平，完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè).該模式既能促進經(jīng)濟發(fā)展，又能保護生態(tài)環(huán)境，有利于社會的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的建設(shè).

圖9 生態(tài)安全綜合指數(shù)與人均GDP比較Fig.9 Ecological security comprehensive index compared with the per capita GDP

圖10 生態(tài)安全綜合指數(shù)與貧困村比例比較Fig.10 Ecological security comprehensive index compared with the proportion of poor village

4 討論與結(jié)論

1) 和田連片特困地區(qū)生態(tài)整體呈不安全狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境面臨的壓力較大，其中和田縣、墨玉縣、策勒縣、于田縣的生態(tài)環(huán)境壓力較大，和田市處于Ⅴ級安全水平.

2) 和田連片特困地區(qū)的生態(tài)安全與人均GDP沒有必然的聯(lián)系，說明只注重發(fā)展經(jīng)濟不一定能促進環(huán)境的改善.

3) 和田連片特困地區(qū)的貧困村比例越多，生態(tài)環(huán)境越差，兩者顯著相關(guān)，說明和田連片特困地區(qū)在努力脫貧致富、積極推展扶貧工作的同時，不能忽視生態(tài)環(huán)境的保護，并要加大對環(huán)境的保護力度，一定要做到經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.

4) 本文通過變異系數(shù)法和DPSIR-TOPSIS模型對連片特困地區(qū)的生態(tài)安全進行綜合評價尚屬嘗試.雖然變異系數(shù)法是一種比較客觀的賦權(quán)法，但不能完全反應(yīng)決策者的意愿，因此，賦權(quán)問題還需進一步深入探討.

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(責任編輯 胡文忠)

Comprehensive assessment of ecological security based on DPSIR-TOPSIS model in Hotan poverty-stricken areas

WANG Hong-wei1,2,CHAI Chun-mei1,2,FAN Yong-hong1,3,WEI Min1,2,ZHAO Zhe1,2,GUI Yang1,2

(1.College of Resource and Environment,Xinjiang University,Urumqi 830046,China;2.Key Laboratory of Oasis Ecology,Ministry of Education,Xinjiang University,Urumqi 830046,China；3.College of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

【Objective】 This study was to empirically analyze the ecological security of the typical contiguous poor areas-Hotan counties.【Method】 Using DPSIR model combined variation coefficient method and the TOPSIS model,the ecological security value of each research unit was calculated and evaluated.The spatial coupling analysis was carried out on the ecological security composite index and the proportion of the per capita GDP to the poor village 【Result】 The ecological situation of the study area was insecure,and the ecological environment was under great pressure.The ecological security was not necessarily related to the per capita GDP,which indicated that only focusing on economic development could not promote the improvement of the environment.The higher the proportion of villages was,the worse the ecological environment was so the anti-poverty work was the only way to eliminate poverty and improve the local environment.【Conclusion】 The ecological security of Hotan was unsafe.

DPSIR-TOPSIS model;variation coefficient method；comprehensive assessment of ecological security；poverty-stricken areas

王宏衛(wèi)(1967-)，男，副教授，碩士研究生導師，主要從事干旱區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境與人文影響研究.E-mail:wanghw_777@163.com

國家自然科學基金聯(lián)合基金(NSFC-新疆聯(lián)合基金)重點項目(U1138303)；國家自然科學基金項目(31560032).

2015-09-06；

2015-10-29

X 826

A

1003-4315(2016)05-0100-07