基于DPSIR模型的渤海生态安全评价及预警

摘要：海洋生态安全评价对了解海洋环境状况、海洋生态系统稳定性以及沿海地区的经济发展状况具有重要意义。本研究以中国渤海海域为例，使用驱动力-压力-状态-影响-响应模型结合沿海社会经济指数、海洋生态容量指数、海洋生态安全指数，应用熵权法和层次分析法相结合的方式计算指标权重，构建渤海海洋生态安全评价指标体系。主要结论如下：2007-2021年渤海生态安全综合状况总体呈现上升趋势，受沿海社会经济系统和海洋生态系统的状况影响。

关键词：渤海；生态安全；DPSIR模型

0引言

随着经济发展，人类对海洋资源的需求量逐渐增大，海洋在社会经济领域扮演着重要的角色。渤海是我国重要的渔业基地和石油、天然气资源分布区，但当前面临着严重的生态环境问题，例如海水富营养化加剧、赤潮频发等生态环境灾害[1]。

海洋生态安全是基于人们日益增长的对海洋资源的需求和稀缺的海洋资源以及各种海洋问题之间的矛盾而形成的非传统意义上的生态安全[2]。Bolam等人[3]使用单因素、多因素以及Meta分析等方法从陆源污染物角度对海洋生态安全进行评估，得到沿海陆源疏浚物处置工作的一些看法。Yanes等人[4]提出了人类经济社会系统和海洋生态系统相结合的沿海生态风险评估方法，并利用该方法在很多沿海地区进行了有效应用。孙硕等人[5]建立PSR模型对浙江省海洋生态安全进行评价，采用综合指数法衡量浙江海洋生态安全状况。综合看，已有研究侧重海洋生态环境，结合沿海社会经济与海洋环境综合考虑的较少。据此本文通过驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）模型，结合沿海社会经济指数、海洋生态容量指数、海洋生态安全指数对2007-2021年渤海海洋生态安全进行评价。

1研究区概况

渤海位于中国大陆的中北部，属西太平洋一部分，被辽宁省、河北省、天津市和山东省包围，海域由中间主体海区和辽东湾、渤海湾、莱州湾构成，经纬度范围为北纬37°07′～40°56′和东经117°33′～122°08′之间。渤海海岸线长度约3800km。

2数据与方法

数据

统计数据来源于2008-2022年的《中国海洋统计年鉴》[6]；空间数据中，渤海海水表面盐度来源于谷歌地球引擎（https：//earthengine.google.com/），叶绿素a浓度和海水表面温度来源于美国宇航局海洋水色网站（https：//oceancolor.gsfc.nasa.gov），均为年值数据，空间分辨率是4km。

评价体系指标构建

驱动力—压力—状态—影响—响应（DPSIR）模型源自压力-状态-响应（PSR）模型与驱动力-状态-响应（DSR）模型，能准确地反映出人类与自然之间的复杂联动[7]。

驱动力层D选用指标为：海洋生产总值与GDP的比值、沿海地区城镇人均消费支出、沿海省份人口密度、沿海地区（不含农户）固定资产投资、沿海地区农民可支配收入。压力层P选用的指标为：海水养殖面积、海水养殖产量、沿海地区海洋货物运输量、港口货物吞吐量、旅客吞吐量、沿海地区国内旅游人数。驱动力层D和压力层P均可反映沿海社会经济系统状况，沿海社会经济系统状况用沿海社会经济系统指数C来表示。

状态层S选用指标为：近海捕捞产量、远洋渔业产量、沿海地区海盐产量、地下水资源量、地表水资源量。影响层I选用的指标为：分地区海洋与开发机构从事科技活动人员、分地区海洋研究与开发机构科技论文、分地区海洋专业硕士研究生毕业生数量、海洋自然保护区面积、沿海地区海滨观测台数。状态层S和影响层I均可反映海洋生态容量系统状况，海洋生态容量系统状况用海洋生态容量系统指数E来表示。

响应层R选用指标为：叶绿素a浓度、海水表面温度、海表盐度。响应层R可反映海洋生态安全系统状况，海洋生态安全系统状况用海洋生态系统指数O表示。

海洋生态安全评价方法

因指标有24个，直接比较很难，因此本文采取极值法进行无量纲化处理得标准值。权重确定采取层次分析法和熵权法结合的方法[8]。根据各指标在每年的标准化数值和指标综合权重值，得海洋生态安全综合指数[11]，如公式（1）：

其中Fi是第i年的海洋生态安全综合指数，Wj是第j个评价指标的综合权重值，Xjk是第j个指标在第k年的标准化值，海洋生态安全综合指数取值范围是[0，1]。综合指数越接近1，研究区内海洋生态安全水平越高；越接近于0，研究区内海洋生态安全水平越低。

指数D、P、S、I、R的计算方法同综合指数计算法类似。沿海社会经济系统指数C=D+P，海洋生态系统指数O=S+R，海洋生态容量系统指数E=I。据所求综合指数，观察渤海的社会经济及环境发展状况，加对专家的咨询以及相关文献研究[5，8]，得表1。

3海洋生态安全变化时间特征

由图1知，渤海海洋生态安全综合指数整体呈现上升趋势。2007年和2018年、2020年、2021年的海洋生态安全等级为三级，处于临界安全水平，其中2020年的海洋生态安全状况最好，接近二级水平；其余年份海洋生态安全处于四级，生态状况较不安全。沿海社会经济综合指数C在2007-2008年出现短暂上升，从2008-2015年出现缓慢下降，2015-2020年开始回升，到2021年下降。海洋生态容量指数E除2007-2008年呈现下降趋势外，整体呈现缓慢上升的趋势；海洋生态综合指数O从2007-2012年大致呈现下降趋势，2012-2020年逐渐上升，2020-2021年有所下降。

4结论

本文针对渤海生态状况利用DPSIR模型结合C-E-O指数构建生态安全指标体系。通过分析得如下结论：2007-2021年渤海生态安全综合状况总体呈现上升趋势，受沿海社会经济系统和海洋生态系统的状况影响：海洋生态系统状况的变化会直接带动渤海生态安全综合状况的变化，且当沿海社会经济状况较好时海洋生态安全综合状况也会很好。因此，在恢复渤海生态时应从海洋生态和沿海经济两方面入手考虑。

参考文献：

张桂成，孙军.渤海环境污染现状及研究进展[J].环境化学，2023，42（03）：918-930.

杨振姣，姜自福，罗玲云.海洋生态安全研究综述[J].海洋环境科学，2011，30（02）：287-291.

Bolam S G， Rees H L， Somerfield P， et al. Ecological consequences of dredged material disposal in the marine environment： A holistic assessment of activities around the england and wales coastline[J]. Marine Pollution Bulletin， 2006， 52（4）： 415-426.

Yanes A， Botero C M， Arrizabalaga M， et al. Methodological proposal for ecological risk assessment of the coastal zone of Antioquia， Colombia[J]. Ecological Engineering， 2019， 130： 242-251.

孙硕.基于PSR模型的浙江海洋生态安全评价研究[D].浙江海洋大学，2017.

国家海洋局.中国海洋统计年鉴[M].北京：海洋出版社，2008-2022.

刘珊珊，吴文婕，王志强.基于DPSIR-TOPSIS模型的乌鲁木齐市绿色发展水平测度及其影响因素[J].地球科学与环境学报，2023，45（04）：857-868.

温世伟.基于PSR和RS的浙江台州市海洋生态安全评价研究[D].浙江海洋大学，2020.