NORTON et al^[1]认为生态安全指的是人类的生存环境能维持自身正常的生存及发展状态, 不受外界条件、状态的变化而变化。自1989年国际应用系统分析研究所提出了生态安全的概念以来, 关于生态安全的研究已成为国内外研究的热点^[2], 国外关于生态安全的研究主要集中在生态安全话语权的争夺^[3]、生态环境与食物安全研究^[4-5]、生态安全与经济福祉研究^[6]、生态安全模型的建立^[7]等领域, 可以看出国外对生态安全的研究已经从综合定性定量评价转向了微观福祉、食物安全、系统结构建模等方面。国内学者对生态安全的理解主要从生态系统或者生态环境方面对其进行阐述, 如肖笃宁等^[8]将生态安全与生态保障程度相联系, 把生态安全界定为人类在生产、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, 也有学者把生态安全理解为一个国家或区域生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态^[9]; 学者也对城市生态安全展开了诸多研究, 并取得了丰硕的成果; 从研究对象和区域来看, 多是经济发达地区和快速城镇化地区的特定城市^[10], 以及岛屿^[11]和海岸带^[12], 对城市的高级发展空间组织形式-城市群的研究较少, 且主要集中于珠三角城市群、长三角城市群以及京津冀城市群等较大规模城市群的研究, 对诸如闽三角这样的中小型城市群的研究成果较少; 而研究方法从传统的综合评价法^[13]、生态足迹法^[14]、模糊数学^[15]等转向借助RS/GIS手段, 运用景观生态学、LUCC理论, 在城市生态安全领域的研究越来越广^[16]; 研究内容也逐渐多样化, 向时空动态变化、发展趋势与预警研究的成果越来越集中^[17]。无论从任何一个角度来理解和定义生态安全, 最终的目的是为了让人类更好地生存, 获得物质和精神上的双重享受。

在中国快速城镇化的背景下, 城市群已经发展成为人口高度密集、经济社会发达的一种空间组织形式, 对生态环境的胁迫越来越大, 也可能诱发严重的生态安全问题。鉴于此, 本研究以闽三角城市群为研究对象, 采用“压力-状态-响应(pressure-state-response, P-S-R)”模型, 综合运用灰色系统理论与熵值赋权法, 尝试建立闽三角城市群生态安全评价指标体系, 探讨闽三角城市群生态安全问题, 希望能够为相关部门制定城市群生态安全保障政策提供科学参考。

闽南金三角(简称闽三角)包括福建省东南部沿海的厦门、泉州和漳州三个设区市及所辖县区(东经116°53′21″~119°01′38″, 北纬23°33′20″~25°56′45″), 与台湾隔海相望, 是海峡西岸经济区和21世纪海上丝绸之路的核心组成部分。闽三角2016年常住人口约1 755万人, 地区生产总值达13 556.2亿元。闽三角的中心城厦门市, 是一座具有高度发达的金融、经济与旅游的国际化城市; 而作为闽三角重要经济支撑点的泉州市, 拥有较强大的工业实力, 也是一座历史文化名城; 漳州市独特的自然地理环境, 孕育了较为发达的农业经济和优越的原生态环境。闽三角凭借其独特的地理位置以及发达的社会经济发展水平, 吸引着越来越多的人来此工作、学习和生活。在经济发展的同时, 随着城镇化进程的不断推进与经济的快速发展, 人类活动也在一定程度上破坏了区域内的生态系统平衡, 闽三角城市群的生态安全受到了极大的威胁, 亟需对其生态安全问题进行评价分析。

本研究采用经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)建立的P-S-R框架模型^[18]。其中, 压力指标表示人类活动造成的发展不可持续对环境的影响; 状态指标反映特定时间阶段环境变化情况与生态系统的状况; 响应指标体现了人类为实现可持续发展所采取补救措施。根据P-S-R模型架构, 在参照众多国内外生态安全评价指标体系^[15]的基础上, 按照系统性、层次性、可操作性等原则, 结合闽三角地区的实际状况以及数据可获得性, 以经济-社会-环境相互作用过程为核心从目标层、项目层、因素层以及指标层4个层次来确定闽三角城市群的生态安全评价指标体系(表 1), 共计29项。

表 1中, X₁工业废水排放量、X₂工业二氧化硫排放量、X₃工业烟(粉)尘排放量3个指标用来表征资源环境压力; 社会压力指标主要包括X₄常住人口、X₅人口增长率、X₆人口密度、X₇居民生活用水量、X₈居民生活用电量、X₉人均城市道路面积、X₁₀每万人拥有公共汽车数量; 资源环境状态指标主要由X₁₁人均绿地面积、X₁₂建成区绿化覆盖率、X₁₃空气质量优于二级的时间、X₁₄人均耕地面积4个指标组成; 社会状态指标主要包含了X₁₅人均GDP、X₁₆城市化水平、X₁₇第三产业产值占GDP比重、X₁₈每百人拥有藏书量、X₁₉医生数、X₂₀高校在校人数占总人数的比重; 资源环境响应指标有X₂₁工业固体废物综合利用率、X₂₂城市生活垃圾无害化处理率、X₂₃工业废水排放达标量、X₂₄城市生活污水集中处理率、X₂₅工业烟(粉)尘去除量; 社会响应指标主要有X₂₆城镇居民恩格尔系数、X₂₇农村居民恩格尔系数、X₂₈科学教育总投入占GDP的比重、X₂₉环保投资占GDP的比重。

在各种评价研究中, 为了确定各个指标的重要程度就需要对各个指标赋予权重, 科学的确定各指标的权数对综合评价结果具有重要意义^[19]。近年来, 熵的概念逐步在各个领域得到应用, 按照熵思想, 人们在决策中获得信息的多少和质量, 是决策精度和可靠性大小的决定因素, 而熵值就是一个理想的尺度, 熵值是系统无序程度的度量, 因此, 可用各指标熵值来反映各指标提供给决策者的信息量大小, 从而客观的确定各指标重要程度, 赋予其相应权重^[20]。

城市生态系统是由社会、经济和自然环境等诸多因素组成的一个复合系统, 由于因素信息的不确定性和不完全性, 使得城市生态系统成为一个灰色系统。灰色系统的关联分析是对一个系统的发展变化态势的定量描述和比较的方法, 基本思想是:通过确定参考数列和若干个比较数列的几何形状相似程度来判断其联系是否紧密, 从而求得系统中各子系统(或因素)之间的数值关系^[19-20], 本文参考郭秀云^[21], 张凤太等^[19]的研究, 构建灰色关联度模型, 计算出关联度, 并与表 2安全等级比较, 对各个城市3个年份生态安全进行评价, 得出生态安全状况的动态变化情况。

由于各指标存在一个安全基准值, 且一般是各个指标(都转化为正向指标)中的最大值。本研究基准值主要来源于国家和地区有关部门制定的《生态县、生态市、生态省建设指标(2018年修订稿)》《小康社会标准》《国家园林城市标准》《福建省“十三五”生态省建设专项规划》以及一些发达国家或生态较好地区的平均值。

参考高长波等^[15]、张凤太等^[19]、谢花林等^[22]在生态安全评价研究中的五级分级标准, 并咨询相关方面的专家, 以及结合本文的计算结果, 确定城市生态安全分级标准(表 2)。

数据来源于2005、2011、2016年《中国城市统计年鉴》以及同时期的《厦门市国民经济和社会发展统计公报》《泉州市国民经济和社会发展统计公报》《漳州市国民经济和社会发展统计公报》《厦门经济特区年鉴》《泉州统计年鉴》《漳州统计年鉴》《厦门市环境质量公报》《泉州市环境质量状况公报》《漳州市环境质量状况统计公报》; 对于部分缺失的数据, 采用插值或者相邻年份的数据补齐。

2004年, 厦门市、泉州市、漳州市的生态安全综合指数分别为:0.894 8、0.446 7、0.624 8 (表 3), 分别处于Ⅴ级安全水平、Ⅱ级较不安全水平、Ⅳ级较安全水平。2010年, 3个城市的生态安全综合指数分别为:0.768 6、0.411 3、0.703 6 (表 3), 分别处于Ⅴ级安全水平、Ⅰ级不安全水平、Ⅳ级较安全水平。2015年, 3个城市的生态安全综合指数分别为:0.728 4、0.444 2、0.451 8 (表 3), 分别处于Ⅳ级较安全水平、Ⅰ级不安全水平、Ⅱ级较不安全水平。从生态安全综合指数来看, 厦门生态安全状况是最好的, 在3次评价中均为Ⅳ级以上较安全水平, 说明厦门生态环境优越; 泉州市综合指数除2004年以外均为Ⅰ级不安全水平, 呈现出持续下降趋势, 虽然2015年较2010年有略微的上升, 但其生态环境状况依旧较差。漳州的综合指数在2004和2010年为Ⅳ级水平, 但到了2015年, 生态安全水平下降为Ⅱ级, 表明生态安全状况呈现出恶化的态势。

闽三角城市群厦门、泉州、漳州2004年生态安全压力指数分别为:0.592 4、0.574 1、0.754 9 (表 3), 厦门和泉州为Ⅲ级临界安全水平, 漳州处于Ⅴ级安全水平。2010年, 3个城市的生态安全压力指数分别为:0.594 4、0.527 9、0.779 6 (表 3), 其中厦门处于Ⅲ级临界安全水平, 泉州为Ⅱ级不安全水平, 漳州处于Ⅴ级安全水平。2015年, 3个城市的生态安全压力指数分别为:0.571 6、0.604 6、0.519 8 (表 3), 其中厦门和泉州处于Ⅲ级临界安全水平, 漳州为Ⅱ级不安全水平。

厦门压力指数在2004—2015年这一时期大致呈现下降趋势, 波动幅度较小, 均处于临界安全水平。2004—2015年, 厦门市第二产业增加值从523.94亿元增加到1 508.99亿元, 年均增加约6个百分点, 产值的增加意味着对生态环境的影响变大, 反映了第二产业发展对环境胁迫效应正在逐步加大, 因此在这一时期其压力指数呈下降趋势。泉州压力指数在2004—2015年呈现“V”型变化趋势, 具体表现为2004—2010年下降, 2010—2015年快速上升。2010年, 工业对泉州经济发展的贡献率达到了69.4%, 远高出2004和2015年55.6%、57.7%, 工业三废排放量大, 对环境的约束作用凸显, 因此在2010年出现了一个压力指数的“洼地”。2004—2010年, 漳州的压力指数高于厦门和泉州, 说明这一时期漳州所面临的环境和社会压力小于厦门和泉州, 2010年以后, 漳州压力指数出现了急剧下降趋势, 其安全状况由2004年的Ⅴ级安全水平下降为2015年的Ⅱ级不安全水平。2015年, 漳州市工业增加值达到了1 118亿元, 远高于2004和2010年的249.4亿元和540.53亿元, 工业增加值的持续加快上升, 也引致污染物排放加大, 进而对生态环境的胁迫持续增大。

闽三角城市群厦门、泉州、漳州3市2004年的生态安全状态指数分别为:0.779 6、0.494 5、0.532 5 (表 3), 其中泉州市和漳州市处于Ⅱ级较不安全水平, 厦门市处于Ⅴ级安全水平。2010年, 3个城市的生态安全状态指数分别为:0.804 7、0.491 1、0.520 0 (表 3), 厦门处于Ⅴ级安全水平, 泉州、漳州处于Ⅱ级较不安全水平。2015年, 3个城市的生态安全状态指数分别为:0.823 8、0.473 4、0.467 8 (表 3), 其中泉州和漳州处于Ⅱ级较不安全水平, 厦门市处于Ⅴ级安全水平。

2004—2015年, 厦门市的生态安全状态指数呈现持续上升趋势, 生态安全状态处于较高的安全水平; 厦门市人均绿地面积、人均GDP、城市化水平、第三产业产值占GDP的比重等指标均高于同时期的泉州和漳州, 因此其生态安全状态指数呈现出持续上升趋势, 也说明了厦门经济实力较强, 环境状态指数较好。

泉州生态安全状态指数在这一时期总体呈现下降趋势, 均处于Ⅱ级不安全水平, 说明其生态安全状态不容乐观, 传统产业核心竞争力不足, 第三产业发展相对滞后, 特别是现代服务业比重偏低, 产业结构调整和发展方式转变任重道远。漳州在2015年的状态评价中处于Ⅱ级不安全水平, 生态安全状态受到严重威胁, 漳州作为以农业为主的城市, 经济总量偏小, 经济增长的速度与周边先进地区相比有较大差距, 由于社会经济的快速发展, 城镇建成区面积不断扩大, 道路面积不断增加, 大量的耕地被侵占, 导致漳州的生态安全水平下降; 其次由于生态系统的滞后效应, 在城市发展过程中对生态系统造成的严重破坏, 产生的负面效应还未消除。

2004年, 厦门、泉州、漳州的生态安全响应指数分别为:0.651 1、0.545 6、0.662 0 (表 3), 其中泉州处于Ⅱ级较不安全水平, 厦门和漳州处于Ⅳ级较安全水平。2010年, 3个城市的生态安全响应指数分别为:0.591 0、0.512 0、0.706 5 (表 3), 分别处于Ⅲ级临界安全水平、Ⅱ级较不安全水平、Ⅳ级较安全水平。2015年, 3个城市的生态安全响应指数分别为:0.585 4、0.594 8、0.642 8 (表 3), 均处于Ⅲ级临界安全水平。

2004—2015年, 厦门生态响应指数从Ⅳ级较安全水平下降到Ⅲ级临界安全水平, 厦门市在工业固体废物综合利用率、工业废水排放达标量、环保投资占GDP的比重等指标方面低于同时期的泉州和漳州, 因此厦门市对于生态安全的响应力度正在逐年减弱, 未来厦门应关注工业废水排放达标量、工业烟(粉)尘去除量, 加大环保投资力度, 提高人民生活水平。泉州从Ⅱ级较不安全水平上升到Ⅲ级临界安全水平, 这一时期泉州环保投资占GDP的比重均高于厦门和漳州, 反映了泉州市对生态环境保护有较强的资金保障水平, 城市生活污水集中处理率逐年呈上升趋势, 生态响应有变好的势头, 在今后的发展中, 泉州应进一步提高工业固体废物综合利用率和城市生活垃圾无害化处理率。漳州由Ⅳ级较安全水平下降为Ⅲ级临界安全水平, 城市生活垃圾无害化处理率、城市生活污水集中处理率逐年呈下降趋势, 环保投资占GDP的比重低于泉州, 略高于厦门, 科学教育总投入占GDP的比重总体低于厦门和泉州, 今后漳州应重点关注城市生活垃圾无害化处理率、城市生活污水集中处理率, 同时加大对环保的投入。

(1) 2004—2015年, 闽三角城市群生态安全综合指数的平均值为0.655 4~0.541 5, 生态安全水平从较安全逐步变为差, 这是由于综合指数受到压力、状态、响应的综合作用, 且城市群内部差异明显。厦门市生态安全评价综合指数为0.894 8~0.728 4, 其生态安全状况均维持在较安全的水平之上, 但出现了逐年下降趋势, 在原有较好的生态环境状况下, 由于社会经济的飞速发展, 出现了不协调的关系, 社会经济增速增长较快, 环境状况却有所下降。泉州市生态安全评价综合指数为0.446 7~0.444 2, 生态安全状况堪忧。泉州市作为闽三角城市群的工业中心, 强大的工业实力对社会经济的发展发挥着重要作用, 但也因此排放了大量废物, 环境污染愈加严重, 相关部门应当对此保持足够关注, 在保障人民生活水平的同时, 也要注重人民生存的舒适度。漳州市生态安全评价综合指数为0.624 8~0.451 8, 生态安全状况出现了大幅度的下降。漳州作为闽三角城市群的农业中心, 为其他两市提供了基础的物质资料保障, 近年来, 随着城市扩张加剧, 工业化进程的持续推进, 打破了原有的生态平衡, 生态安全形势不容乐观。闽三角城市群在今后的发展进程中, 应当注重协同发展, 各自发挥优势, 弥补短板, 力求共同进步。

(2) 2004—2015年, 漳州市生态安全压力指数为0.754 9~0.519 8, 高于厦门市(0.592 4~0.571 6)和泉州市(0.574 1~0.604 6)。但总体来看, 漳州市的生态安全压力指数有逐年降低的趋势, 且降幅较大, 而厦门市生态安全压力指数有略微的降低, 泉州市的生态环境压力却逐年增强; 厦门市的生态安全状态指数为0.779 6~0.823 8, 远高于泉州市(0.494 5~0.473 4)和漳州市(0.532 5~0.467 8), 漳州市得分最低; 厦门市的生态安全响应指数为0.651 1~0.585 4, 依旧高于泉州市(0.545 6~0.594 8)和漳州市(0.662 0~0.642 8)。厦门市与漳州市对生态安全响应呈现下降趋势, 而泉州市对生态安全响应则表现出上升趋势。

(3) 厦门市综合生态安全维持在良以上水平, 究其原因是由于其作为国家经济特区, 政策优势明显, 经济发展水平较高, 产业结构也日趋合理, 表现出低污染、低消耗的发展趋势, 民众对环境质量的要求也越来越高, 同时政府亦通过行政立法等力量强化了对生态环境的保护力度, 未来厦门市应该继续发挥政策优势等条件来维持较高的生态安全水平; 泉州市落后的工业生产能力使其对生态安全造成了严重威胁, 今后泉州市应朝着现代化生态工业的方向发展, 以资源低消耗, 环境低污染为目标, 同时社会经济发展要进一步深化改革, 淘汰落后产能, 进一步推进生态文明建设, 完善生态环境保护体制机制, 逐步提高生态安全响应, 使其生态安全持续向好发展; 漳州市有着良好的农业基础, 其面临的生态安全压力较小, 但是对于生态安全的状态和响应, 漳州呈现出较低的生态安全水平, 在未来的发展过程中, 应当大力推进生态农业发展, 大力发展绿色低碳循环经济, 走集约化发展道路, 同时还要建立严格的生态环境保护机制。

(4) 灰色关联与熵值赋权结合的方法对城市区域的生态安全评价是目前较为成熟的一种方法, 虽然使用熵权法赋权相比同类赋权方法比较客观, 但却无法揭示决策者的主观意愿, 因此赋权问题仍是未来研究的一个重点。本文所构建的城市生态安全评价指标体系对指标的选择还不够全面, 今后要对指标的选择扩大范围, 对生态安全进行更为详细、准确的评价。本文偏重于对城市生态安全的宏观格局研究, 而城市森林是一个城市重要的生态基础设施之一, 是城市生态安全的重要保障, 未来的研究可以考虑城市森林对生态安全的作用机制。同时, 城市地区的生态系统环境受人类生产生活的影响最为强烈, 城市生态系统的优劣是一个城市可持续发展的前提保障, 而城市的可持续发展反过来可以为城市生态系统保护提供资金和智力支持, 因此, 对于两者在交互耦合胁迫方面的理论方法研究将会是今后学界研究的一个热点。