基于DPSIR物元分析模型的矿区生态健康评价——以辽宁省锦州市北镇市为例.pdf
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1、收稿日期:2 0 2 2 1 0 2 3基金项 目:辽 宁 省 科 学 事 业 公 益 研 究 基 金 项 目(2 0 2 2 J H 4/1 0 1 0 0 0 5 3);辽 宁 省 社 科 规 划 重 点 基 金 项 目(L 1 3 A J Y 0 0 8)。作者简介:李 晔(1 9 7 8),女,辽宁沈阳人,副教授。第3 5卷第4期2 0 2 3年 8月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fS h e n y a n gU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e)V o l.3 5,N o.4A u g.2023文章
2、编号:2 0 9 5-5 4 5 6(2 0 2 3)0 4-0 2 8 7-0 8基于D P S I R物元分析模型的矿区生态健康评价以辽宁省锦州市北镇市为例李 晔,金久旺,韩欣燃,王 莹(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室,辽宁 沈阳 1 1 0 0 4 4)摘 要:以辽宁省锦州市北镇市为研究区域,基于D P S I R模型,从驱动力、压力、状态、影响和响应5个层面构建矿区生态健康指标体系,并结合物元分析法对北镇市矿区生态健康进行评价分析。利用层次分析法确定权重,构建了评价物元、节域和经典域矩阵,最后通过计算关联函数确定了矿区健康等级。结果表明:北镇市矿区生态健康等级为“健康(
3、)”,从各指标层面来看,其中矿区人均G D P、矿区水质达标率、土壤有机质含量、矿区居民人均可支配收入、人均耕地面积和三废综合治理率等6项指标影响最为突出,但空气质量指数、地质环境治理率等指标的健康等级有待提升;从D P S I R各层面来看,经过健康等级综合关联度计算,各层面均为健康及健康以上。关 键 词:D P S I R模型;矿区;生态健康评价;物元分析法;北镇市中图分类号:X 1 7 1.4 文献标志码:AE c o l o g i c a lH e a l t hA s s e s s m e n t o fM i n i n gA r e aB a s e do nD P S I
4、R-M a t t e r-E l e m e n tA n a l y s i sM o d e l:AC a s e S t u d y o fB e i z h e nC i t y,J i n z h o u,L i a o n i n gP r o v i n c eL IY e,J I NJ i u w a n g,HANX i n r a n,WANGY i n g(K e yL a b o r a t o r yo fR e g i o n a lP o l l u t e dE n v i r o n m e n ta n dE c o-R e s t o r a t i o
5、 n,M i n i s t r yo fE d u c a t i o n,S h e n y a n gU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 0 4 4,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do n D P S I R m o d e l,t h ee c o l o g i c a lh e a l t hi n d e xs y s t e m o fm i n i n ga r e ai nB e i z h e nC i t y,L i a o n i n gP r o v i n c e,w a s c
6、o n s t r u c t e d f r o mf i v e l e v e l s o f d r i v i n g f o r c e,p r e s s u r e,s t a t e,i n f l u e n c e a n d r e s p o n s e.M o r e o v e r,t h e e c o l o g i c a l h e a l t ho fm i n i n ga r e a i nB e i z h e nC i t yw a se v a l u a t e da n da n a l y z e dw i t ht h em e t h
7、 o do fm a t t e re l e m e n ta n a l y s i s.AH Pw a su s e dt od e t e r m i n et h e w e i g h t s,a n dt h e m a t r i xo fe v a l u a t i o n m a t t e re l e m e n t,n o d ed o m a i na n dc l a s s i c a l d o m a i nw a sc o n s t r u c t e d.F i n a l l y,t h eh e a l t hg r a d eo fm i n
8、i n ga r e aw a sd e t e r m i n e db yc a l c u l a t i n gt h ec o r r e l a t i o nf u n c t i o n.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:B e i z h e nc i t y m i n i n ga r e ae c o l o g i c a lh e a l t hl e v e l a st h e“h e a l t h”(),F r o mt h ep e r s p e c t i v eo fe a c hi n d e xl e v
9、e l,s i xi n d i c a t o r s,i n c l u d i n gp e rc a p i t aG D Po fm i n i n ga r e a,w a t e rq u a l i t yu pt os t a n d a r dr a t eo fm i n i n ga r e a,s o i lo r g a n i c m a t t e rc o n t e n t,p e rc a p i t ad i s p o s a b l ei n c o m eo f m i n i n ga r e ar e s i d e n t s,p e rc
10、a p i t ac u l t i v a t e d l a n da r e aa n dc o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t r a t eo f t h r e ew a s t e s,h a v e t h em o s tp r o m i n e n t i m p a c t.H o w e v e r,t h eh e a l t hl e v e lo fa i rq u a l i t yi n d e x,g e o l o g i c a le n v i r o n m e n t c o n t r o l r
11、 a t ea n do t h e r i n d i c a t o r sn e e d s t ob e i m p r o v e d;F r o mt h ep e r s p e c t i v eo fa l l l e v e l s o fD P S I R,t h r o u g h t h e c o m p r e h e n s i v e c o r r e l a t i o nd e g r e eo f h e a l t hg r a d e s,a l l l e v e l sa r eh e a l t h yo ra b o v e.K e yw
12、o r d s:D P S I R m o d e l;m i n i n ga r e a;e c o l o g i c a lh e a l t h e v a l u a t i o n;m a t t e re l e m e n ta n a l y s i s;B e i z h e nC i t y矿区生态系统是由生态、社会和经济耦合而形成的复杂生态系统,其内部各因素间相互制约、相互影响,任意一个子系统的变化都会对其他子系统造成影响,甚至是破坏。矿山的开采可以带动区域经济的快速发展,但却无法避免对原生态系统的结构和功能造成破坏,并且严重影响区域经济 社会 生态的平衡发展,使矿区
13、城镇生态环境保护形势更加严峻12。因此,对矿区存在的问题进行客观准确的分析,制定合理评价指标体系成为矿区生态健康发展的重要课题。矿区生态健康是指矿区生态在受到采矿活动的扰动后,被破坏的生态能够得到及时的重建与恢复,污染的环境能够得到及时的治理,具有维持其组织结构的相对稳定性及自我调节与恢复能力3。研究者在矿区生态健康分析中主要集中于生态健康的概念、指标体系的构建及优化等方面研究,普遍将E E S模型与层次分析法、模糊分析法、物元分析法、灰色关联度法等评价方法相结合45。而矿区生态健康评价过程中各指标因素之间的相互作用关系,以及所存在的不相容性也是决定其评价结果客观性、科学性的关键因素。D P
14、S I R模型是由P S R和D S R演化而来的,是一种基于因果关系组织信息及相关指数的新型概念模型,最早被欧洲环境署提出并开始使用6,因其具有从系统分析的角度看待人类社会与环境系统间相互关系的特点,目前在旅游城市生态安全评价7、耕地生态安全评价8、湿地生态安全评价9等领域广泛运用,但在矿山生态健康方面却鲜少应用。本文以辽宁锦州北镇市为研究对象,基于D P S I R模型构建矿区生态健康评价指标体系1 01 1,采用物元分析法对研究区域生态健康状况进行评价1 2,通过数据分析研究区域当前的生态健康状况,为改善区域环境质量、恢复生态服务功能提供科学依据,实现资源的可持续利用。1 研究区域概况与
15、数据来源1.1 研究区域概况北镇市隶属于辽宁省锦州市,位于辽宁西部东端,在东经1 2 1 3 3 1 2 2 1 2、北纬4 1 1 9 4 1 4 8 之间,面积17 8 2k m2,东接黑山县,西邻义县,南与盘锦市毗邻,北与阜新市接壤,北镇市矿区分布如图1所示。图1 北镇市矿区分布F i g.1 D i s t r i b u t i o no fm i n i n ga r e a i nB e i z h e nC i t y北镇市矿产资源种类虽然较少,但资源总量较丰富,其中建筑用白云岩储量在3 0 0 0万t以上,主要集中在正安镇和中安镇;石墨探明矿石储量为4 05 7 8万t,矿物
16、量24 7 8万t,主要集中在杜屯;金、铁等也有一定储量,但可供开发利用的并不多。同时,该地区矿产资源分布相对集中且便于经营开发利用,对于矿产资源的管理以及整体规划开发十分有利,成为北镇市建材行业的发展优势。根据 辽宁省地质环境恢复和综合治理规划(2 0 1 82 0 2 2)的相关要求,遵循科学性、全面性、整体性原则,北镇市生态环882沈阳大学学报(自然科学版)第3 5卷境质量指数(E I)从1 9 9 5年的3 5.2 5提升至2 0 1 9年的5 7.3 6,生态环境质量状况明显改善。目前,针对 全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2 0 2 12 0 3 5)的要求,对北镇市矿
17、区生态健康进行系统评价,可以为开展矿山生态环境修复工作提供科学依据。1.2 数据来源数据主要来源于2 0 2 1年的 中国统计年鉴 北镇市统计年鉴 锦州市生态环境质量统计公报 宜居城市科学评价标准 环境空气质量标准(G B3 0 9 52 0 1 2)和 生态县、生态市、生态省建设指标(修订稿),健康等级划分中个别缺失数据采用特尔菲法计算得出1 3。2 研究方法2.1 评价指标体系的构建本文基于D P S I R模型建立矿山废弃地生态健康评价指标体系:其中D代表驱动力,反映矿区资源开发与生态环境变化的潜在因素;P代表压力,即矿山开采过程对环境造成的具体影响。在驱动力与压力的双重作用下,矿区环境
18、质量、生态水平发生变化而呈现出某种状态(S),并对经济发展、社会生活造成了一定影响(I)。因此,为了提高环境质量,维持生态系统平衡,实现资源合理利用,必须采取相应的措施和对策,即为响应(R)。图2为北镇市矿区生态健康评价D P S I R模型框架,它可以较为完整地体现出矿区经济 环境 社会之间的相互作用。图2 北镇市矿区生态健康评价D P S I R模型框架F i g.2 D P S I Rm o d e l f r a m e w o r ko f e c o l o g i c a l h e a l t ha s s e s s m e n t i nB e i z h e nm i n
19、 i n ga r e a为了确保评价指标的完整性、全面性与科学性,进行了指标筛选,其中驱动力层面从区域经济、矿产资源利用与社会发展状况3个角度进行筛选;压力层面从经济分配、森林覆盖和能源消耗3个角度进行筛选;状态层面集中于区域水、大气、土壤环境质量和生态水平;影响层面考虑经济发展、社会生活水平及土地利用状况;响应层面主要从地方环境治理相关政策与环保资金投入状况考虑。筛选出1 6个评价指标构建矿区生态健康评价指标体系,并采用层次分析法赋权,通过咨询相关专家进行打分,经过计算确定各指标的综合权重1 41 5,结果如表1所示。2.2 矿山生态健康物元评价模型将物元分析法与D P S I R模型相结
20、合,一方面可以直观地反映影响矿区健康各因素之间存在的相互作用关系,另一方面可以将矿区生态健康问题概括成为关联或不关联问题并进行转化,基本实现分异及综合指标评价信息的目的,更加清晰地揭示矿区生态健康等级。2.2.1 确定待评价物元生态健康物元H是由矿区生态健康值K、其特征变量M和量变l组成,其表达式为H=(K,M,l),当K由多个特征组成时,可表示为n维物元矩阵,即:H=KM1l1M2l2Mnln北镇矿区生态健康H=矿区生态健康矿区人均G D Pl1矿区城镇化率l2环保投资占比ln。982第4期 李 晔等:基于D P S I R物元分析模型的矿区生态健康评价以辽宁省锦州市北镇市为例2.2.2 确
21、定节域和经典域对象物元矩阵经典域各健康等级标准值参考 生态县、生态市、生态省建设指标(修订稿)等相关国家标准及各指标全国最低值,并利用特尔菲法划分为疾病、一般疾病、亚健康、健康和很健康 5个等级,见表2。表1 矿区生态健康评价D P S I R指标体系T a b l e1 D P S I Re c o l o g i c a l h e a l t he v a l u a t i o n i n d e xs y s t e mo fm i n i n ga r e a评 价 指 标指 标 注 释权重驱动力压力状态影响响应矿区人均G D P衡量矿区每个居民对该地区的经济贡献或创造的价值0.1
22、 2矿区城镇化率一个地区城镇化所达到的程度,是反应矿区经济发展程度的重要标志0.2 4矿产资源综合利用率矿山开发利用的主、共(伴)生矿产资源及其生产过程中所产生的尾矿、废石、废水、废气和废渣等综合利用程度0.6 4R&D投入比重衡量矿区研究与开发经费投入力度和投入规模的重要指标,在一定程度上反映了矿区经济增长和可持续发展的能力0.1 1单位G D P能耗企业的能源利用水平和市场竞争能力,能耗越低说明资源利用越有效,即可以以较少的资源消耗得到高的产出0.3 7森林覆盖率各类型植被总面积占总土地面积的比率,其高低是衡量生态环境质量的重要指标0.5 2矿区水质达标率所测水质指标的合格数与总检测项数的
23、比值0.0 5空气质量指数综合表示空气污染程度或空气质量等级的无量纲相对数值0.0 7土壤有机质含量单位体积土壤中含有的各种动植物残体与微生物及其分解合成的有机物质的数量,可反映矿区土壤的肥力水平0.3 0生物多样性指数表示环境质量的一个重要尺度,可反映矿区生态稳定性0.5 8恩格尔系数食品支出总额占个人消费支出总额的比重,是衡量矿区居民生活水平以及富裕程度的通用性指标0.1 1矿区居民人均可支配收入矿区居民总可支配收入与矿区总人口的比值0.2 1人均耕地面积反映矿区自我供给的能力,体现矿区人口、经济与环境协调程度的指标0.6 8矿区地质环境治理率矿山开采伴随着地质灾害发生,该指标反映了矿区地
24、质环境治理的能力0.0 7三废综合治理率反映矿区治理废气、废水和废渣能力的指标0.1 3环保投资占比环保投资占总产值的比重,反映矿区环境治理方面投入情况的指标0.8 0表2 矿区生态健康指标等级标准T a b l e2 M i n i n ga r e ae c o l o g i c a l h e a l t h i n d e xg r a d es t a n d a r d评 价 指 标疾病()一般疾病()亚健康()健康()很健康()最高阈值矿区人均G D P0.4 9 20.6 2 51.5 6 02.5 0 03.1 7 53.8 5 0矿区城镇化水平4 0.0 0 06 0.0
25、 0 06 5.0 0 07 0.0 0 07 5.0 0 01 0 0.0 0 0矿产资源综合利用率2 7.0 0 03 4.2 9 05 4.6 5 07 5.0 0 09 5.2 5 01 0 0.0 0 0R&D投入比重1.1 2 51.5 4 12.4 0 53.3 5 04.2 5 05.1 6 0单位G D P能耗1.7 1 01.4 1 01.1 1 00.6 0 60.1 0 30.0 8 1森林覆盖率4.2 4 05.3 8 01 0.1 9 01 5.0 0 01 9.0 5 02 3.1 0 0矿区水质达标率5 0.0 0 06 3.5 0 07 0.3 5 07 7.
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