城市生态安全定量评价——以山西省五个地市为例学生李宏静指导教师马义娟摘要城市生态系统是一个以人为中心的，社会、经济与自然三个亚系统构成的复合型人工生态系统。
因此，探讨三个亚系统之间相互作用的机制可以给人类以信息反馈并引导人们做出正确的决策，这对于当前构建以循环经济为主体的节约型生态城市至关重要。
本文从近年来提出的城市生态安全出发，运用层次分析法，建立压力（pressure）-状态（state）-响应（response）模型，并参考国内外城市可持续发展及生态安全评价指标体系，运用相关分析方法制定了45个具体指标，定量对山西省五个地市——太原、阳泉、运城、长治、大同在城市发展过程中带来的生态环境问题进行客观评价，以期尽量避免人为因素单凭感官所带来的影响。
所用数据来源于山西省统计年鉴，在同一时间段内对这五个城市进行横向比较，最终结果表明，其生态安全指数排序为：太原、长治、阳泉、运城、大同。
关键词城市生态安全指标体系引言城市在地球上出现至今已有6000年以上的历史，人们对城市的研究也由来已久，然而以往仅限于对城市的起源、空间结构及分布规律的研究，将生态学的方法应用于城市系统研究到现在也不过三十多年的历史。
由于其遵循了以人为本的生存理念，注重人与自然的和谐、可持续发展，因而具有旺盛的生命力，也成为当前国际研究的热点话题。
从生态学的角度来看，城市是一个人、景、物融为一体，生产和生活相辅相成的新陈代谢体，是在原来的自然生态系统基础上，增加了社会和经济两个子系统构成的复合生态系统[1]。
这种观点表明城市生态系统的综合性和复杂性，在研究时需全面考虑城市内自然、社会、经济之间相生相克的复杂关系。
作为城市生态系统核心的人，既可改造自然使其顺应人类的需要，同时又受自然规律、生产力和生产关系的制约。
生活在城市中的人类，其生存环境是城市地域内所有生态因子的总和，是有关城市居民的一切方面，包括生物的、物理的、化学的、社会的、经济的、文化的以及心理的各个方面。
因此，全面研究城市社会、经济、自然三个子系统之间相互作用规律，可以发挥多学科综合研究的优势，在更高层次上研究城市生态系统的动力学机制，探讨城市发展的多功能协调，为城市的发展提供合理化建议。
当前国际社会对生态城市的建设越来越重视，因此运用多因素方法进行定量评价可对城市生态系统中的各个组成成分的结构、功能以及相互关系的协调性进行综合评价，以确定该系统的发展水平、发展潜力和制约因素，并为城市规划、城市生态建设、城市生态管理提供依据。
以往对城市生态安全的评价多注重某一城市的现状评价，而对同一地域内不同城市之间的对比研究较少，同时为了避免单一指标在评价中不够全面，本文根据省统计局的现有资料并结合限制因素制定了45个具体评价指标，运用相关分析法剔除不必要的指标，力求准确性、科学性、真实性三结合，对位于黄土高原上的五座城市给以定量评价。
1 研究区概况太原、阳泉、运城、长治、大同均属山西省的地级市。
山西省属于黄土高原，在区域背景上，位于农牧交错带上，生态环境脆弱。
春秋季风沙大，降水量偏低，地表干旱，水土流失严重，植被覆盖状态不好，单位土地面积产量低，水资源匮乏，水土流失严重，长期以来，依靠资源优势，发展煤炭经济，然而对煤炭资源的掠夺性开发带来了许多生态方面的负面效应，严重影响城市内部及周边县市的大气环境、水资源和土地可持续利用。
而GDP长期受控于国际煤价的上涨和回落又使得经济呈现病态增长的趋势，能源依赖性强。
加上人口数量的增长，使得居民生活与社会经济、资源环境之间的矛盾日益突出，已成为制约山西省进一步发展的“瓶颈”之一。
因此，本文选取山西省五大地市作为研究对象来探讨城市生态安全问题就更具有实际意义了。
所选城市在人口数量、经济发展、地域特色上也具有可比性。
太原市是山西省省会，地处山西高原中东部，东、西、北三面环山，受区域小地形影响，冬无严寒，夏无酷暑。
年均降水量456毫米，平均气温9.5℃，无霜期平均202天，黄河的重要支流汾河自北向南纵贯全市。
太原市含有丰富的矿产资源，号称“煤铁之乡”，全市含煤面积1318平方公里，占全市总面积的18.9%,已探明储量176.7吨，铁矿初步探明储量为1.7亿吨。
阳泉市位于山西省东部，太行山东段，山地约占总面积的75%，全境属海河流域，冬夏长，春秋短，四季分明；日照比较充足，昼夜温差大；年均气温不同地点相差很大，最暖处(娘子关河谷)高达13．2℃，最冷处(坪塔梁)仅为2．0℃，一般8～12℃。
积温为2400～3000℃，无霜期平均为130～180天。
年降水量北部多于南部。
矿藏资源以黑(煤炭)、白(铝矾土)、黄(硫铁矿)三宝的产量大、质量优而著称。
运城位于山西省西南部，平原面积占全市总面积的58.2%，年平均降雨量525毫米，日照2350小时，平均气温13℃。
全市无霜期为188～238天之间，农业生产条件较为优越，农林牧渔总产值居全省第一。
矿产资源中芒硝储量居全国第二。
金银锌等贵重金属在全国、全省占有重要位置。
长治市位于山西省东南部，地形特征为黄土高原山地盆地，年降水量600毫米，日照时数2418～2616小时，平均温度9℃。
无霜期180天，是山西省重要的玉米产地，农业生态系统运行较好。
矿产资源以煤炭最为丰富。
大同市位于山西省最北部，丘陵面积为1177平方公里，占总面积的56.6%，年平均降水量384.02毫米，日照时数为2821.6小时，平均温度6.4℃，牧业与耕作业并重。
矿产资源丰富，有“煤海”之称，依托能源优势，成为华北地区重要的电力生产基地。
2 生态安全与城市生态安全生态安全一词最早由国际应用系统分析研究所于1989年提出，旨在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化能力等方面不受威胁的状态[2]。
它能为整个生态经济系统的安全和可持续发展提供生态保障。
其具体含义可以扩展为保持生态子系统中的各种自然资源和生态系统服务的合理使用和积极补偿，避免因自然资源衰竭、资源生产能力下降、生态环境污染和退化给社会生活和生产造成的短期和长期不利影响,甚至危及区域或国家的政治、经济和军事安全。
城市作为人类的居住地，是区域内政治、经济、科学、文化和军事的中心。
它是一类以人类为中心的人工生态系统[3]。
以现代系统科学和生态学理论为支撑，城市生态系统具有了鲜明的内部分层以及各层之间的相互循环和转化，彼此相互依赖（见图1）。
从图中可以看出，城市生态系统作为一个人工化的系统与环境，集中了人类社会的工业、商业生产与生活活动的主要区域，形成了巨大的不同于农田、农业生态系统的物流、能流与信息流。
在城市生态系统中,生产与生活中产生的废弃物往往需要异地分解与消化。
工业生产和人民生活中产生的各种固体、液体、气体废弃物等远远超过生态系统自身的自然净化能力，所反馈给人类的信息便是生态环境恶化，如大气中颗粒物质增多、水质下降、噪声分贝数超过国家最低限定标准，从而降低居住在城市中的人们的生活质量。
因此，探讨城市生态安全问题尤为重要[1]。
图1 城市生态系统。
仿赵运林城市生态安全可以理解为城市生态系统的健康与稳定，从生态学观点出发，一个安全的生态系统在一定的时间尺度内能够维持它的组织结构，也能够维持对胁迫的恢复能力[3]。
城市生态系统的负荷承载能力是有限的，超过负荷则生态平衡遭受破坏。
城市生态系统安全取决于城市的社会经济发展需求和生态环境利益的有机协调，它不仅能够满足城市发展对资源环境的需求，而且在生态意义上也是健康的。
其本质是要求自然资源在城市人口、社会经济和生态环境3个约束条件下稳定、协调、有序和永续利用[4]。
3 城市生态安全评价的模型及指标体系3.1国内外生态安全评价的模型框架经济合作发展组织(Organization for Economic of operation and Development)提出的PSR模型(Pressure-State-Response;压力-状态-响应,1994)和DSR模型(Driving force-State-Response;驱动力-状态-响应,1996)。
Corvlan和他的同事提出的DPSEEA模型(Driving force－Pressure－State－Exposure－Effect－Action;驱动力－压力－状态－暴露－影响－响应,1996)以及EEA(European Environment Agency,欧洲环境署,1998)提出的DPSIR模型(Driving force－Pressure－State－Impact －Response;驱动力－压力－状态－影响－响应)等等[5]。
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,即采取的减少、预防和缓解自然环境朝着不理想状态变化的措施。
3.2本文生态安全评价的模型框架本文以PSR模型为例构建城市生态安全的评价模型框架(见表1) 。
压力指标反映人类活动给环境造成的负荷；状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的状况；响应指标表征人类面临环境问题所采取的对策与措施。
此模型从人类与环境系统的相互作用与影响出发,对环境指标进行组织分类,具有较强的系统性。
框架的构建步骤为：第一，运用层次分析法和相关分析法剔除对评价目的不产生作用的指标，并结合资料的可获得性，最终选定45个具体指标作为评价的具体项目。
第二，设定权重。
主要用了德尔菲法，将评价模型表分发给山西省环境保护局、山西省国土资源厅、省国家安全厅、省发展改革委员会和太原师范学院的22名教师进行专家打分，最终对返回的意见进行归纳综合、定量统计分析后再寄给有关专家，如此往复，经过三、四轮意见比较集中后进行数据处理与综合得出结果，总共耗时约一个月左右。
表1城市生态安全的评价模型框架26、人均粮食0.35 0.0875注：1）由于跨地区资料不够完整，故无法选取更能反映城市生态安全的指标。
2）部分指标的运算公式：城市化水平=非农人口/总人口；恩格尔系数=食物支出金额/总支出金额（负项指标）；抚恤和社会福利救济费/财政支出；社会保障指数= 企业职工参加养老保险人数/企业职工总数；企业发放基本生活费人数/下岗职工人数；社会治安状况指数用万人刑事案件数、万人交通事故、万人火灾事故综合表征；科技进步贡献率用制造业产值占工业总产值比重和社会劳动生产率综合表征；科技资源指数用万人拥有科技专业技术人员数和科学研究经费占GDP比重表征；政府办事效率用党政机关人数占总就业人数和财政自给率表征；经济社会调控指数用财政收入占GDP比例和财政收入增长指数表征；[6]外贸依存度=对外贸易总额/GDP；外资开放度=实际利用外资/GDP。