西安城市生態系統生命力評價

羅欽方, 陳瑛

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西安城市生態系統生命力評價

羅欽方, 陳瑛*

陜西師范大學地理科學與旅游學院, 西安 710119

以西安市為案例地, 借助包含生產力、生活勢、生態勢和生機度的城市生命力指數框架, 運用灰色關聯分析模型, 從時間序列上進行城市生態系統生命力評價, 以期從生命力視角對西安市的生態文明建設和可持續發展提供參考。評價結果顯示, 基于目標層, 2007—2016年西安城市生命力與參考序列的關聯度排序為:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年, 10年間, 除2009年有小的回落外, 西安城市生命力發展狀況總體屬上升階段。基于準則層, 西安市生活勢R值范圍為0.1614—0.3368, 發展狀況良好, 在城市生命力發展中起促進作用; 生產力和生態勢R值范圍分別為0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 發展狀況次之, 雖在上升過程中存在一定波動, 但總體趨勢有利于城市生命力發展; 生機度R值在0.0392—0.1127間, 在準則層中處于最低水平, 發展狀況欠佳, 生機度下的單位GDP能耗和單位GDP水耗因子是西安城市生態系統生命力發展的限制性因素。

城市生態系統; 城市生命力; 關聯度; 西安

0 前言

城市生態系統是人類聚居地, 是社會、經濟、自然的復合體, 它是特定地域內的資源、環境、人口在各種相互依存的關系下建立起來的[1]。簡單看, 城市生態系統是由城市人類這個中心和它相應的生存環境組成的, 而從內部構成、功能作用、變化規律等方面來看, 它帶有生命體特征。如資源型城市, 因自身條件優勢, 初期發展迅速猶如青壯年, 后期隨著資源的枯竭或能源結構的轉變等, 優勢喪失, 發展進入衰弱期, 恰似人從年輕到年老的一生。鑒于此, 基于生命體的新視角展開城市生態系統評價, 符合城市產生、成長、壯大、衰落的發展演變規律。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本文以西安市11區2縣作為研究范圍, 西安市地形平坦, 河網密集, 以渭河水系為主。城市總面積為10108 km2。截至2016年末, 常住人口883.21萬, 城鎮人口648.54萬, 城鎮化水平約73.4%。西安是國家歷史文化名城, 曾為13朝故都所在地, 現為西北地區位居首位的中心城市, 是西北的政治、經濟和文化中心, 旅游資源豐富, 以歷史文化系列為主。西安聚集80多所高校、100多個國家級和省級重點科研院所, 各種有利的自然和社會經濟條件保證了較高的社會經濟發展速度。

1.2 構建評價指標體系

城市是以人為中心的自然—社會—經濟三者高度復合的生態系統, 城市生命力特定的涵義正源于這些特征。強大的城市生命力離不開自然、經濟、社會和生態各子系統的活力, 人類要立足整體、統籌兼顧, 通過發揮能動性促使各子系統協調發展, 以保持城市強大的生命力[9], 最終服務于城市的生態文明建設和可持續發展。城市生命力指數包含4個板塊, 即生產力、生活勢、生態勢、生機度, 分別從經濟、社會、自然及生態調控系統反映城市生態系統生命力發展狀態。具體指標框架如圖1:

圖1 指標框架圖(來源: 參考文獻[9])

Figure 1 Framework of index

城市生命力評價指標體系根據城市生態系統生命力內涵進行構建, 本文選取指標體系時結合蘇美蓉等[9, 11]、李蘇[12]相關研究成果, 在遵循指標選取科學性、綜合性、可操作性等原則基礎上, 結合研究區的特征及數據可獲得性進行篩選, 分別確定生產力、生活勢、生態勢和生機度4個準則層, 12個要素層, 33個指標層, 以此構建城市生命力評價指標體系(表1)。指標數據來源于《西安統計年鑒》、陜西省水資源公報、西安市環境空氣質量公報、西安市教育事業發展統計公報。針對個別年份數據缺失問題, 在EXCEL軟件中采用trend函數進行線性內插、移動平均法推算得到。由于各項指標單位不統一, 首先其原始數據進行Min—Max標準化處理, 以消除量綱影響, 再通過熵權法公式(1)、(2)計算得出各指標權重。

表1 城市生命力指數評價指標體系

1.3 基于灰色關聯分析評價模型的城市生命力指數計算

灰色關聯分析作為灰色系統分析的一個重要方法, 基本原理與方法是從所有綜合評價對象的樣本中確定一個最優樣本, 以此為參考數列, 通過一系列運算得出各樣本序列與參考序列的關聯度[20], 對被評價對象的關聯度做出綜合比較、排序和評價。依據關聯度大小可明確灰色系統中各因素間的變化和影響程度, 找出主要矛盾[21]。城市生態系統生命力發展是動態的, 其影響因子數據的不斷變化也間接影響這個生態系統生命力的發展態勢。從時間序列上對城市生態系統生命力發展進行分析評價, 有助于診斷出城市生命力發展的限制性因素, 掌握其發展的整體趨勢。具體步驟如下:

2)第個指標的信息熵值:

3)定義城市生命力各指標的熵權:

5)計算樣本序列與參考序列的絕對差值

6)計算關聯系數

7)計算城市生命力要素層關聯度。城市生命力準則層和目標層關聯度通過相應要素層的關聯度值累加得到。

2 結果與分析

基于式(3)、(4), 計算出2007—2016年西安市城市生態系統生命力發展在各層級的關聯度值R, 如城市生命力目標層及準則層(表2)、生命力(表3)、生活勢(表4)、生態勢(表5)、生機度(表6)。

圖2較直觀地描述了2007—2016年西安市城市生命力發展與參考序列關聯度值R的相對狀況, 結合表2進行關聯度排序:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年。關聯度值R越接近1, 表明城市生態系統生命力發展狀況越好; 越接近0, 表明生命力發展狀況欠佳。2007—2016年西安市城市生命力發展與參考序列關聯度從0.4338提升至0.8271, 在目標層上總體發展趨勢可觀, 其中2009年的R值為0.4351低于2008年, 出現小的回落。各年關聯度的增長幅度不同, 以2016年發生0.138的增幅最為顯著, 2008年和2012年都是小幅度增長。

表2 城市生命力目標層及準則層關聯度值

表3 生產力要素層及指標層關聯度值

表4 生活勢要素層及指標層關聯度值

表5 生態勢要素層及指標層關聯度值

表6 生機度要素層及指標層關聯度值

圖2 2007—2016年城市生命力發展狀況

Figure 2 The development status of urban vitality from 2007 to 2016

為進一步分析4個準則層生命力發展狀況及其對城市生命力指數的影響, 圖3給出了其在2007—2016年中生命力發展相對狀況。

圖3 2007—2016年準則層生命力發展狀況

Figure 3 The development status of criterion layer vitality from 2007 to 2016

在4個準則層中, 生活勢R值范圍為0.1614—0.3368, 生命力發展狀況良好, 對西安市生命力發展起促進作用; 生產力和生態勢R值范圍分別為0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 發展次之, 雖發展趨勢處于波動中上升, 但總體有利于城市生命力發展; 生機度R值在0.0392—0.1127間, 在準則層中處最低水平, 生命力發展狀況欠佳, 生機度各因子對西安城市生態系統生命力發展存在限制作用。除生機度R值在2009年有細微的增長外, 生產力、生活勢和生態勢的R值在該年都出現小幅度下降, 導致西安市總體城市生態系統生命力指數在2009年發生小的回落。

生產力板塊包含經濟發展水平、經濟結構、經濟推動力和經濟競爭力4個因子, 代表研究區經濟發展潛力。生產力R值在2013年前處于波動上升階段, 之后上升顯著, 生產力發展總體處于上升狀態。結合指標層, 主要由于2009年GDP增長率降低導致生產力R值出現小幅度降低, 而2014年出口總額占GDP比重指標值發生明顯增長, 促使生產力R值從2013年的0.1259上升至0.1796。

生活勢板塊包含社會公平、科教水平、人群健康和生活質量4個因子, 反映研究區社會生活水平和人民幸福指數。生活勢R值在2009年最低, 其后至2016年始終保持穩步增長, 2016年增長尤為顯著。結合指標層, 生活勢R值最低出現在2009年主要由于2007—2009年農村與城市人均收入差異從8263元拉大至12688元, 而申請專利授權率從2015年的41.16%迅速提升至2016年的83.02%使得生活勢R值發生顯著增長。

生態勢板塊包含資源條件及利用和環境生態質量與安全2個因子, 說明研究區環境質量和安全程度。生態勢R值在2011年出現明顯轉折, 2007—2011年R值呈現上升趨勢, 2011—2016年處于波動中下降階段。2011年人均水資源量明顯增多達到388m3, 可能和該年年降水量大幅度增加相關, 促使生態勢R值達到10年中的最高值, 而其后至2016年由于人均水資源量和工業固廢綜合利用率指標值一直在波動中降低, 導致生態勢R值出現明顯下降, 但因該年生產力、生活勢和生機度R值的增長而產生抵消作用, 使得西安城市生態系統生命力指數呈穩步上升趨勢。

生機度板塊包含管理與調控能力和系統協調度2個因子, 代表研究區生態系統的綜合服務能力。生機度R值在2007—2016年間一直處于平穩上升階段。2016年生機度R值相對其他年增長顯著, 主要受環保投入占GDP比重指標值影響,R值從0.0713上升至0.1127。

根據目標層和準則層生命力與參考序列關聯度R值的相對情況, 可具體制定并采取相應措施來促進城市生態系統生命力的發展, 有針對性地改善其發展環境。基于準則層, 應保持生活勢良好的發展勢頭, 重點克服生機度各因子對城市生態系統生命力發展存在的限制作用, 增強生產力和生態勢發展上升趨勢的平穩性。

結合指標層(表3)具體來看, 固定資產投資占GDP比重R值使經濟推動力的關聯度偏低且存在波動, 對生產力發展有一定抑制作用。如2013年和2014年西安固定資產投資占GDP比重顯著上升且均超過1, 投資增長過快, 易出現產能過剩、負債過重情況。對此, 西安市政府和企業應注重固定資產投資的合理增長, 調整投資結構; 結合指標層(表4), 社會公平R值波動明顯, 主要表現為農村與城市人均收入差異增大, 其R逐年降低, 是限制生活勢穩步發展的瓶頸因素。城鄉收入差距的拉大會降低地區整體幸福指數, 容易激發社會矛盾, 導致城市生態系統生命力發展環境的不穩定。對此, 西安市應著力于實施鄉村振興戰略, 堅持農村優先發展, 加快推進農業現代化, 以縮小城鄉間差距; 結合指標層(表5), 資源條件及利用R值在人均水資源量、工業用水重復利用率和工業固廢綜合利用率3個指標影響下長期處于波動較大狀態, 進而導致生態勢R值始終上下波動, 增長有限; 結合指標層(表6), 在單位GDP能耗和單位GDP水耗影響下生機度R值整體偏低。以上五個指標都和資源利用效率密切相關。對此, 西安市應推進資源全面節約和循環利用, 構建清潔低碳、安全高效的能源體系, 降低能耗、物耗, 實現生產系統和生活系統循環鏈接。加強社會的資源能源節約和環保意識, 特別要推行國家節水行動。加強對企業創新的支持, 促進科技成果轉化, 依托科學技術提高企業資源利用效率和實現清潔生產。完善企業清潔生產的各項管理規章制度, 加強法制建設, 充分發揮監督作用, 為西安城市生態系統生命力健康發展提供良好的環境基礎。

3 討論

2007—2016年西安城市生態系統生命力發展總體處于上升階段, 但在2009年R值有小的回落并低于2008年, 主要由于GDP增長率降低、農村與城市人均收入差異拉大及工業廢水排放達標率下降共同所致; 城市生活勢板塊發展狀況良好, 生產力和生態勢板塊次之, 生機度板塊發展欠佳。10年間, 生產力、生活勢、生機度R值皆有不同程度的增長, 而生態勢R值在單位GDP能耗和單位GDP水耗2個指標的限制作用下一直處于波動狀態, 總體增長不明顯。

本文主要依托城市自身指標評價了西安城市生態系統生命力發展狀況, 但對城市生態的非自給系統, 即其所依賴的外界環境的評價較少, 考慮到城市可持續發展是離不開外界系統支持的, 因而結論有一定的局限性, 故后續研究中的評價指標體系應增設城市周邊支持系統的相關因子, 充分考慮城市生態大系統的可持續性, 使評價更具科學性。

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The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem

LUO Qinfang, CHEN Ying*

School of Geography and Tourism,Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

Taking Xi'an as a case, the paper, which based on the urban vitality index framework that covered productivity power, living status, ecological ascendance and vital force, evaluated the vitality of urban ecosystem from time series by grey correlation model. The paper aims to provide references for the construction of ecological civilization and sustainable development of Xi'an from the perspective of vitality. The results showed that, based on the target layer, from 2007 to 2016, the ranking of the correlation between Xi'an urban vitality and reference sequences was:R<R<R<R<R<R<R<R<R<R, except for a small decline in 2009, and the urban vitality development of Xi'an was in an ascendant stage. Based on the criteria layer, the living statusRvalue in Xi'an ranged from 0.1614 to 0.3368; it was in good condition and played a role in the development of urban vitality; theRvalues of the productivity power and ecological ascendance ranged from 0.1010 to 0.2276 and 0.1195 to 0.1647,respectively, and the development of them were secondary. There were some fluctuations in the ascent process, but overall they were conducive to the development of urban vitality. TheRvalue of vital force was between 0.0392 and 0.1127, the lowest level in the standard level; the development status was poor.Energy consumption per unit of GDP and the water consumption per unit of GDP were the limiting factors for the development of the vitality of Xi'an urban ecosystem.

urban ecosystem; urban vitality; relevancy; Xi’an

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.025

X321

A

1008-8873(2019)02-191-08

2018-04-20;

2018-05-16

國家科技基礎性工作專項“黃土高原生態系統與環境變化考察”(編號: 2014FY210100); 陜西省軟科學研究計劃項目“一帶一路背景下陜西對中亞五國直接投資的區域和產業選擇研究”(編號: 2016KRM035)

羅欽方(1995—), 女, 四川蒼溪人, 碩士, 主要從事全球化與區域發展研究, E-mail: 1551067929@qq.com

陳瑛, 女, 博導, 教授, 主要從事城市與區域發展、世界經濟地理研究, E-mail: chenying@snnu.edu.cn

羅欽方, 陳瑛. 西安城市生態系統生命力評價[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 191-198.

LUO Qinfang, CHEN Ying. The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 191-198.