西部地區中心城市碳排放與經濟發展關系研究——以西安市為例

王瑛，何艷芬

西部地區中心城市碳排放與經濟發展關系研究——以西安市為例

王瑛，何艷芬*

西北大學城市與環境學院，西安 710127

以西安市為研究對象, 通過擬合人均碳排放與人均GDP的線性關系以檢驗其是否符合環境庫茲涅茨曲線。選取1997—2016年規模以上工業企業9種能源消費量計算得到的人均碳排放數據, 并繪制時間序列曲線。時間序列曲線具有波動式上升的特征, 但近年來處于明顯的下降階段; 通過擬合人均碳排放與人均GDP之間的關系, 發現二者之間呈現倒“U”型曲線關系, 西安市人均碳排放與人均GDP之間的關系符合庫茲涅茨曲線, 并且碳排放隨著經濟的發展已經超過峰值, 說明隨著人均GDP增長環境污染已有所改善。結合同期GDP總量、城鎮化水平、產業結構及其變化以及技術進步系數進行了灰色關聯分析, 表明人均碳排放與這些指標均存在相當的關聯度。

環境庫茲涅茨曲線; 西安市; 碳排放; 灰色關聯度分析

0 前言

20世紀70年代以來, 伴隨著全球經濟的快速發展, 人口劇增、環境污染、資源耗竭、自然災害等環境問題日益突出, 經濟發展與環境之間的關系成為學者們關注的焦點。關于經濟發展與環境污染的定量關系, 最經典的論斷是環境庫茲涅茨曲線(Environ-mental Kuznets Curves, EKC)理論。該論斷由美國經濟學家Grossman和Krueger基于66個國家14種污染物12年的變動情況的分析提出, 該假說認為: 在經濟發展初期, 環境污染隨著經濟的發展不斷惡化, 當經濟發展達到某一水平時環境污染達到最大程度, 過了該轉折點后, 隨著經濟的進一步發展, 環境污染程度隨之降低, 環境質量得以改善, 即經濟發展與環境污染呈倒“U”型的曲線關系[1]。自該假說提出以來, 學者們對此進行了多角度的檢驗。國外學者如Shafik等[2]對SO2和SPM的排放, Lucas[3]對SO2、BOD5、NO2、鉛、CFCs及固體廢物, Selden等[4]對SO2、CO2、NO2和SPM的排放, Xepapadeas等[5]對大氣中SO2的濃度, Shunji等[6]對SO2等的研究均表明這些環境指標和人均收入二者具有“先上升后下降”的環境庫茲涅茨曲線特征; 國內學者在驗證過程中選取了不同指標來衡量環境污染的情況, 其研究結果也呈現多樣化特征(N型, 倒U+U型, 倒U型曲線左側, U型曲線左側, 倒U型)[7-11]。

關于二氧化碳環境指標和經濟發展關系的研究方面: 在國家級層次上, 許廣月等[12]認為中國及其東部地區和中部地區存在人均碳排放環境庫茲涅茨曲線, 而西部地區不存在該曲線; 李國志等[13]表明東中部地區存在人均碳排放EKC, 西部地區人均碳排放與經濟增長呈線性關系; 在省級層次上, 邵鋒祥等[14]研究陜西省碳排放與經濟增長之間的關系, 發現陜西省碳排放存在倒“U”型曲線; 在城市層面, 王莉雯等[15]對沈陽市碳排放與經濟發展進行研究, 發現沈陽市碳排放與人均GDP擬合曲線符合“N”型特征, 沈陽市的年均碳排放已經跨過了轉折點; 吳振信等[16]研究北京市碳排放與經濟增長相關性, 其曲線呈倒“N”型。也有部分學者對西安市經濟發展與環境污染水平關系進行了關注: 如薛東前等[17]研究工業三廢與經濟發展的關系, 表明三廢排放量與人口因素和經濟規模因素密切相關, 而與能源消費狀況相關程度相對較低; 李紅艷等[18]研究工業三廢與人均GDP的關系, 表明廢氣和廢水排放與人均GDP呈倒“N”形曲線關系, 固體廢棄物與人均GDP呈“U”形曲線關系; 王長燕等[19]研究工業廢氣與人均GDP的關系, 表明兩者呈“N”形曲線關系。

總體來看, 以往研究多集中于選取工業三廢作為衡量環境污染水平的指標, 選取二氧化碳的相對較少, 主要集中于國家級、省級、東中西部層面, 而關于市級層面的研究, 尤其是生態脆弱性較強的西部城市的研究較少。研究存在的不足之處有: 主要是對曲線特征進行描述以及簡單說明, 并未對曲線的軌跡分析其深層次的原因。本文以西安市為研究對象, 選取人均GDP指標表征經濟發展水平, 選取人均碳排放指標表征環境污染水平, 研究其是否存在環境庫茲涅茨曲線？探討其經濟發展與環境污染的影響因素？旨在為西安市今后的可持續發展提供理論依據。

1 西安市環境庫茲涅茨曲線分析

1.1 研究區概況

西安市總面積達10097 km2, 2016年末常住人口883.21萬, 城鎮化率達66.94%。在全國區域經濟布局上, 西安作為新亞歐大陸橋中國段——隴海蘭新鐵路沿線經濟帶上最大的西部中心城市, 是國家實施西部大開發戰略的橋頭堡, 具有承東啟西、連接南北的重要戰略地位, 其經濟的快速發展必然帶來環境的污染, 尤其是近幾年的霧霾天氣備受關注[20-21]。在“十二五”規劃中, 陜西省作為低碳試點省份, 研究其省會城市西安市的經濟發展與二氧化碳排放的關系具有重要意義, 同時對于西安市未來的發展具有一定借鑒意義。

1.2 數據來源

文章選取1997—2016年西安市人均二氧化碳排放量指標表征環境污染狀況, 選取人均GDP指標表征經濟發展水平。數據來源于《西安統計年鑒》(1998—2017年)。

1.3 數據估算

目前, 關于二氧化碳排放量沒有明確的統計數據, 本文采用表面能源消費量估算法[13]來進行碳排放量的估算。首先將各種能源的實際消費量按照一定的系數折算成標準統計量, 然后再乘以各自的碳排放系數即可得到二氧化碳排放總量, 具體指標見表1。其公式為:

式(1)中:E為第年西安市碳排放總量;為能源種類;A為第種能源第年的消費量;B為第種能源的碳排放系數。

表1 各類能源的折標準煤參考系數和碳排放系數

資料來源:《中國統計年鑒》(2008); IPCC(1995)

如圖1所示: 在1997—2016年期間, 西安市人均GDP呈上升趨勢, 從0.74萬元增加到7.16萬元, 增加了9.68倍。其中, 1997—2008年, 人均GDP增長緩慢; 2009—2016年, 人均GDP增長迅速, 主要得益于西部大開發戰略的實施, 西安市的各項投資迅速增加, 帶動了經濟的發展。人均二氧化碳排放在此期間呈波動式, 整體上具有上升趨勢, 從0.3 t增加到0.57 t, 增加了1.90倍, 但近年來呈明顯的下降趨勢。其中, 1997—2003年, 人均二氧化碳排放增長幅度比較平穩, 由于經濟發展速度較慢, 各類能源的消耗較低, 碳排放總量少; 2004—2013年, 人均二氧化碳排放增長迅速, 原因在于工業的快速發展, 需要消耗大量能源, 以及人們購買各類機動車和家電數量的增多, 其廢氣的排放對于環境污染至關重要; 2014—2016年, 人均二氧化碳排放又呈現降低的趨勢, 主要得益于產業結構的轉型, 技術的進步, 以及相關政府部門對二氧化碳排放的治理力度的加強。從整體來看, 人均GDP的增長幅度大于人均二氧化碳排放的增長幅度, 經濟發展對于二氧化碳排放的驅動作用比較明顯。

圖1 西安市1997—2016年人均GDP、人均碳排放圖

Figure 1 Xi'an 1997-2016 GDP per capita, per capita carbon emissions

1.4 模型選取及擬合分析

目前EKC研究選用的模型主要有: 二次模型, 三次模型, 對數模型[10]。

通過SPSS軟件對三種模型分別進行擬合分析, 其中三次函數的擬合度系數最高,R=0.868, 接近于1, 擬合優度最高, 對于環境庫茲涅茨曲線具有充分的解釋意義。擬合函數為:0.005＋0.477－0.059X＋0.002X。如圖2所示。

根據擬合曲線(圖2)可以得知: 西安市1997—2016年人均二氧化碳排放與人均GDP呈現倒“U”型, 說明西安市人均碳排放與人均GDP在研究時段內存在環境庫茲涅茨曲線。在人均GDP尚未達到4.0萬元(2010年)時, 隨著人均GDP的增加, 人均二氧化碳的排放逐漸增多; 當人均GDP達到4.0萬元后, 隨著人均GDP的增加, 人均二氧化碳的排放呈現下降趨勢。結合西安市產業結構, 環境政策, 科技進步, 環保投入等要素進一步分析其原因。

圖2 西安市人均二氧化碳排放與人均GDP擬合曲線

Figure 2 Xi'an fitting curve of per capita carbon emissions and GDP per capita

(1)如圖3所示, 西安市在研究時段內是“三、二、一”的產業結構, 三次產業結構由1997年的10.50:40.50:49.00轉變為2016年的3.69:35.02: 61.29。第一產業所占比例小且一直呈下降趨勢, 第二產業在1997—2010年呈緩慢增長趨勢, 2010—2016年呈下降趨勢, 第三產業在1997—2010年呈緩慢增長趨勢, 2010—2016年增長速度較快。自西部大開發以來, 西安市通過對紡織、電子、機械制造業等傳統工業結構進行調整, 逐漸形成了以高新技術產業、裝備制造業、旅游業、文化產業、現代服務業等為主的新型產業結構, 并且使其發展成為西安市的主導產業。尤其2016年西安市高新技術產業增速較快(其中: 計算機、通信和其他電子設備制造業增加值增長36.0%, 汽車制造業增長10.8%, 電氣機械和器材制造業增長15.9%), 而六大高耗能行業增長9.9%。在未來, 西安市將重點發展汽車、電子信息、高端裝備制造、航空航天、醫藥、食品加工制造、新材料與新能源等七個支柱產業。產業結構的優化是影響二氧化碳排放的關鍵因素。

產業碳排放主要集中在6大高耗能工業部門, 包括石油加工煉焦及核燃料加工業, 化學原料及化學制品制造業, 非金屬礦物制品業, 黑色金屬冶煉及壓延加工業, 有色金屬冶煉及壓延加工業, 電力、熱力的生產和供應業等, 這些產業也是煤炭和石油等高碳能源使用最為集中的產業[22]。選取西安市1997—2016年規模以上工業企業6大高耗能工業部門的綜合能源消費量, 如圖4所示, 從圖中可以看出: 2005—2016年6大高耗能工業部門的綜合能源消費量呈現波動式, 電力、熱力的生產和供應業部門的能源消耗量呈現波動式的上升, 其余5大部門均呈現波動式下降, 這些高耗能工業企業資源消耗量的減少對于環境質量的改善至關重要。

圖3 西安市三次產業占比變化趨勢圖

Figure 3 The changes of the proportion of tertiary industry of Xi’an

(2)2013—2015年, 西安市累計拆除燃煤鍋爐1335臺, 每年可削減燃煤約179萬t。2015年, 大幅壓縮, 整合煤炭市場, 關停197個煤炭市場, 從源頭提高了用煤質量。5.2萬戶蜂窩煤用戶實施了電、天然氣、液化氣、潔凈煤替代。“十二五”期間, 陜西省作為低碳試點省份, 這一政策的推行, 對于減少西安市碳排放起到了關鍵作用。通過全面修訂《西安市機動車排氣污染防治條例》, 《“十三五”生態環境保護規劃》(2016), 以及近些年來推行的“治污減霾”、“限行”等政策。此外, 陜西省出臺了《陜西省節約能源條例》、《陜西省太陽能光伏和半導體照明產業發展振興規劃》等政策來減少環境污染。這一系列政策的推行有助于改善西安市環境質量。

圖4 西安市六大高耗能工業部門綜合能源消費量

Figure 4 Xi'an six energy-intensive industrial sectors integrated energy consumption

(3)科技進步可以推動經濟發展, 也可以提高能源利用率, 緩解環境壓力。西安市近些年來大力發展各項高新技術產業, 2016年計算機、通信和其他電子設備制造業增加值增長36.0%, 汽車制造業增長10.8%, 電氣機械和器材制造業增長15.9%。未來, 西安市將重點發展汽車、電子信息、高端裝備制造、航空航天、醫藥、食品加工制造、新材料與新能源等七個支柱產業。其次, 西安市近些年來各個工業園區(高新技術產業開發區、經濟技術開發區、曲江新區、浐灞生態區、閻良國家航空高新技術產業基地、西安國家民用航天產業基地、國際港務區、灃渭新區)的建立, 大力發展高新技術, 也是西安市環境質量改善的原因。

(4)根據發達國家經驗, 環保投入要占到國內生產總值的1%—1.5%, 才能有效控制住環境污染; 達到3%才能使環境質量得到改善[8]。西安市在2009年環境保護投資已達到53.19億元, 占地區生產總值的1.96%, 在一定程度上控制了環境污染。

2 影響因素分析

2.1 理論依據

一個國家或地區在經濟發展初期其環境污染水平較低, 隨著經濟的發展, 其環境污染也隨之加劇; 當經濟發展達到一定程度時(轉折點的出現), 隨著經濟的進一步發展, 其環境污染有所減緩, 環境質量得以改善[23]。從經濟發展, 產業結構, 技術進步等三方面來具體分析經濟發展與環境污染的關系。

(1)經濟發展: 城鎮化引發的碳排量占全球碳排放總量的78%, 人類活動已成為影響全球變化的主要因素[24]。伴隨著經濟和城鎮化的發展, 會造成環境的污染。故選取GDP總量以及城鎮化率來反映經濟發展水平。

(2)產業結構: 不同的產業對環境影響程度不同, 第二產業對環境污染最大, 第一產業次之, 第三產業最小[8]。故選取一二三產業的產值占總產值的比重來反映產業結構。

(3)技術進步: 技術進步在推動經濟發展的同時有利于緩解環境壓力, 技術進步有助于革新生產設備, 提高能源利用率, 從而減少各污染氣體的排放。故選取單位GDP能耗來反映技術進步(受統計資料影響, 選取2005—2016年)。

2.2 因素分析

一方面, 西安市的二氧化碳排放是根據各個能源的消耗量估算得來, 并非精準數據; 另一方面, 二氧化碳的排放受到經濟發展、社會、人為活動、技術水平等各個方面的影響, 是典型的灰色系統, 所以比較適合用灰色關聯分析方法[19]來進行分析。根據上述分析選取以下影響因素, 見表2。

2.3 建立模型

(1)選擇參考序列和比較序列

(2)指標值規范化處理

(3)計算關聯系數

(4)計算關聯度,計算結果見表3。

2.4 結果分析

根據分析結果發現: 西安市二氧化碳排放的變化是經濟發展, 產業結構, 技術進步共同作用的結果, 均受到以上各個因素不同程度的影響。

(1) 人均二氧化碳的排放與GDP總量(0.72)的關聯度最大, 說明經濟的發展對西安市二氧化碳的排放影響較大。尤其是近些年來經濟的快速發展, 人們購買各類機動車, 家電等高耗能產品的數量急劇增多, 經濟的快速發展使得全社會車輛數擁有量在2016年已達到258.85萬輛, 比2000年的31.03萬輛增漲了8.34倍。此外, 居民的消費需求從以“衣、食”支出為主逐漸向“住、行、樂”等方面發展, 與之相關的碳排放也相應增多。

表2 環境影響因素

數據來源:《西安統計年鑒》(1998—2017); 城鎮化率=城鎮人口/總人口, 其余各數據均是統計年鑒數據。

表3 灰色關聯度計算結果

人均二氧化碳的排放與城鎮化率的關聯度較高(0.63)。西安市城鎮化率2016年已達到66.94%, 一方面人口的增加對資源的需求和消耗持續增加, 這無疑會加大對生態環境的破壞, 從而污染環境; 另一方面, 人口的集聚, 經濟的發展, 人口素質的提高以及環保意識的增強, 會使人們在追求經濟發展的同時更注重生活質量的需求, 在一定程度上會緩解乃至改善環境質量。

(2)三次產業中, 第一產業主要以綠色植物為主, 對環境的影響相對較小, 在一定程度上還可以起到改善環境質量的作用, 第二產業以大量消耗礦產資源和能源為代價, 對環境危害較大, 第三產業對資源依賴性較小, 但是旅游業的過度開發, 交通運輸業的快速發展, 餐飲業的繁榮發展等等也會對環境造成惡性影響。

三次產業占比情況第一產業(0.55)、第二產業(0.62)、第三產業(0.62)與人均二氧化碳排放的關聯度, 其中第一產業關聯度最小。在近年來西安市第一產業比重已降至很低, 對西安市二氧化碳的排放影響較小。第二產業和第三產業與碳排放的關聯度較高, 西安市第二產業在研究時段內所占比重也相對較高, 并沒有形成第三產業主導的發展模式, 而第三產業尤其是西安市作為十三朝古都, 厚重的歷史文化使其擁有眾多著名的旅游景點, 而近些年來對旅游業的過度開發, 以及接待游客數量的大量增加, 在增加收入的同時也污染了環境。

(3)單位GDP能耗(0.57)對二氧化碳的排放影響相對較小。技術進步一方面可以提高能源利用率, 在一定程度上間接減少污染物的排放, 另一方面可以革新生產設備, 改進生產技術和方法直接減少污染物的排放。西安市擁有較強的科技實力, 在今后應充分發揮其科技優勢, 促使技術進步帶動經濟的發展和環境質量的改善。

3 結論與討論

3.1 結論

(1)西安市1997—2016年人均GDP和人均碳排放的時間序列表明, 人均GDP總體呈上升趨勢, 在研究時段內增加了9.68倍; 人均碳排放整體上呈現上升趨勢, 在研究時段內增加了1.9倍, 但近年來呈現明顯的下降趨勢。從整體來看, 人均GDP的增長幅度大于人均二氧化碳排放的增長幅度, 經濟發展對于二氧化碳排放的驅動作用比較明顯。

(2)采用環境庫茲涅茨模型對西安市1997—2016年人均GDP與人均二氧化碳排放的數據進行分析, 結果表明: 1997—2010年, 人均碳排放隨著經濟的發展而增多, 2011—2016年, 人均碳排放隨著經濟的進一步發展而減少, 擬合曲線呈倒“U”型, 存在環境庫茲涅茨曲線。說明隨著經濟的發展, 環境質量有所改善, 這與產業結構優化、環境政策、科技進步和環保投入有著直接的關系。

(3)從灰色關聯分析來看, 西安市二氧化碳的排放受到經濟發展、產業結構和技術進步的共同影響。經濟的快速發展使得居民購買機動車、家電等高耗能產品的數量增多, 消費需求從以“衣、食”支出為主向“住、行、樂”支出轉變, 從而引起碳排放的增多; 城鎮化率對環境質量具有兩面性, 一方面城鎮人口的增多會加大對能源的消耗, 另一方面人口的高度集聚會使一些基礎設施、公共資源得以共享, 在一定程度上減少能源消耗。三次產業中, 第一產業在一定程度上可以改善環境質量, 第二產業屬于高耗能型, 對環境污染較大, 第三產業的過度開發以及大量接待游客, 使得能源消耗增多。技術進步可以革新生產設備, 提高能源利用率, 從而改善環境質量。

3.2 建議

(1)合理控制經濟增長速度, 保持適度的經濟增長。在經濟新常態的時代背景下, 西安市應綜合考慮各方面因素, 調整經濟結構, 轉變經濟增長方式, 協調好投資、消費、出口“三駕馬車”的拉動作用。在綠色發展理念的指導下, 制定合理的減排政策, 切實處理好經濟發展與環境保護的關系, 實現經濟的可持續性發展。伴隨西安市城鎮化的快速發展, 注重人口素質的提高, 人口的高度集聚, 要使得公共基礎設施和公共資源得以最大化利用。政策的制定方面, 西安市在引進人才過程中, 應注重考慮城市的合理容納度。

(2)目前, 西安市呈現“三、二、一”的產業發展格局, 協調好三次產業的發展結構, 對于西安市走可持續發展之路至關重要。近年來, 西安市第一產業比重已降至很低, 在未來發展過程中, 應保證基本的耕地資源, 發展城郊型農業, 推廣循環農業模式和低碳農業技術, 不僅可以供給西安市場, 獲得收益, 還可以吸收碳排放, 改善空氣質量。在城區建設中, 應增加植被覆蓋率, 擴大綠化面積, 可以吸收城市廢氣、凈化城市空氣; 優化第二產業結構, 繼續淘汰和關停高污染高耗能企業, 加大創新力度, 增加科研投入, 通過革新生產設備, 提高能源利用率, 創造綠色、低碳、附加值高的產品。大力扶持生產規模大、裝備先進、低物耗低能耗的工業企業來西安投資設廠, 重點發展高附加值、高技術含量和低污染的產業, 走低碳環保可持續之路; 第三產業作為西安市的主要拉動產業, 應注重優化內部結構, 提升產業結構層次, 依托厚重的歷史文化遺產資源, 注重文化底蘊的發展, 提升文化軟實力。借助現有的科教和人才資源優勢, 大力培育并發展新材料與新能源、高科技、節能環保型的產業, 大力發展信息產業、環保產業、綠色產業等新型產業。

(3)西安市利用自身的科教資源和人才優勢, 依托現有的產業園(高新技術產業開發區、浐灞生態區、閻良國家航空高新技術產業基地等等), 加大科研投入力度, 延伸園區產業鏈, 大力培育以信息技術為核心的高科技產業, 促進知識密集型和技術密集型的新型環保產業的發展。在促進經濟發展的同時, 改善環境質量, 建設可持續發展的現代化城市。

4 討論

(1)本文對西安市碳排放與經濟發展之間的關系進行了研究, 得出初步的結論, 為西安市今后的發展提供理論依據。但由于時間序列較短, 不能全面的反映西安市經濟增長與環境污染水平之間的關系。希望在今后的研究中可以彌補這一不足。

(2)二氧化碳的排放來源于三次產業生產活動、居民生活消費等各個方面, 而本研究僅僅選取規模以上工業企業9種能源消費量, 存在一定的局限性, 希望后期研究可以從不同角度著手收集二氧化碳排放數據進行研究。

(3)環境質量受多方面的影響, 本研究僅僅選取二氧化碳排放這一指標, 雖然擬合結果呈倒“U”型, 但不能誤認為隨著經濟的進一步發展環境質量會一直改善, 也不能走“先污染, 后治理”的道路。環境質量的改善需要調整好產業結構, 制定合理的政策, 增加環保投入, 需要政府、企業和公民的共同努力, 正所謂“既要金山銀山, 也要綠水青山”。

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A study on the relationship between carbon emissions and economic develop-ment in the central region of western China:a case of Xi'an city

WANG Ying, HE Yanfen

College of Urban and Environmental Science, Northwest University, Xi'an 710127, China

Taking the city of Xi'an as the research object, the existence of Environmental Kuznets Curve is verified by fitting the linear relationship between per capita carbon emission and per capita GDP. The per capita carbon emission data obtained from 9 kinds of energy consumption in Industrial Enterprises above scale from 1997 to 2016 were selected and the time series curves were drawn. Time series curve had the characteristics of increasing, but in recent years in the decline stage. By fitting the relationship between per capita carbon emission and per capita GDP, it was found that there was an inverted "U" curve relationship between the two, and there existed Environmental Kuznets Curve between per capita GDP carbon emissions and per capita in Xi'an, and the carbon emissions exceeded the peak of the economy, which all showed that with the per capita GDP growth, the environmental pollution improved. Combined with the total GDP in the same period, the urbanization level, the industrial structure and its change as well as the technological progress the Grey Correlation were analyzed, which showed that there was a significant correlation between per capita carbon emissions and these indicators.

environmental Kuznets curve; Xi’an city; carbon emissions; grey correlation analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.029

K901

A

1008-8873(2019)04-217-08

2018-07-26;

2018-10-15

陜西省土地整治重點實驗室項目(編號: 211927180168)

王瑛(1993—), 女, 陜西渭南人, 碩士研究生, 主要從事資源與環境可持續發展研究, E-mail: 1412191347@qq.com

何艷芬, 女, 博士, 副教授, 主要從事資源環境遙感和地理信息系統應用研究, E-mail: 546947015@qq.com

王瑛，何艷芬. 西部地區中心城市碳排放與經濟發展關系研究——以西安市為例[J]. 生態科學, 2019, 38(4): 217-224.

WANG Ying, HE Yanfen. A study on the relationship between carbon emissions and economic development in the central region of western China: a case of Xi'an city[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 217-224.