山西省生態環境演變及驅動因素研究

郭鵬程 張小平

摘要：將山西省作為評價單元，以主要社會經濟數據為基礎，從結構變化和污染與治理入手，分析了2005-2016年山西省生態環境演變過程與趨勢，構建了生態環境演變驅動因素指標體系，運用主成分分析法探討山西省生態環境演變驅動因素。結果表明，2005-2016年山西省生態環境經歷先惡化后改善的演變過程，并呈現逐步好轉趨勢;第一主成分為主驅動因素，反映出經濟系統對山西省生態環境演變起主要驅動作用;產業結構與環境治理分別為區域生態環境演變的內在和外在驅動力;污染物排放與農業生產為次要驅動因素;社會經濟發展理念與區域生態環境質量相互影響，共同推進區域可持續發展。

關鍵詞：生態環境演變;驅動因素;主成分分析;山西省

中圖分類號：X821

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 08-0164-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439- 8114.2020.08.038

生態環境是一定空間范圍內由生物群落及非生物自然因素組成的各種生態系統的總和[1]。生態環境演變受到自然環境要素與社會經濟要素的共同作用，自然環境要素作用涵蓋度廣、時間尺度長、穩定性高;社會經濟要素作用更加迅速、深刻。研究社會經濟要素對區域生態環境演變的驅動作用是研究區域生態環境演變的重要組成部分。隨著社會經濟發展，人類對資源與能源的利用程度和開發強度呈上升趨勢，人與生態環境關系趨于緊張，人地關系矛盾加深。因此，探討人地關系并研究區域生態環境演變的驅動因素可有效解決區域生態環境面臨的困境[2]。

面對日益加深的生態環境壓力和人地矛盾，研究者開始分析經濟發展與污染物排放的二者關系，推動區域控排與減排問題的解決[3.4]，而城鎮建設[5]、新農村建設[6]等在不同尺度下土地利用方式及土地政策與生態系統、生態環境的關系進行研究，使得土地這一有限的資源在生態環境演變中的影響得到重視[7]。隨著生態環境效應研究的不斷深入，眾多研究者利用不同研究方法，針對不同尺度下行政區[8]、河流源區[9]、湖泊濕地[10]、流域[11]等區域，從景觀格局演變[12]、城市綠地環境[13.14]、土地利用覆被[1]以及水土流失[15]等方向，對區域生態環境演變做了大量研究。本研究在汲取已有研究成果基礎上，選取山西省作為研究區域，以統計、監測數據為支撐，選擇社會經濟要素中的產業結構、用地結構、污染物排放及環境治理等內容，分析2005-2016年山西省生態環境演變過程與趨勢，并構建山西省生態環境演變驅動因素指標體系，進一步對其驅動因素進行分析，以期為研究區及其他類似區域的生態政策調控及可持續發展提供理論借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1研究區概況

山西省地處黃土高原東翼，華北地區西部，國土面積為15.67x10⁴km2，占全國總面積的1.6%。地貌類型復雜多樣，多山地丘陵，地勢呈東北高西南低。屬于暖溫帶、中溫帶大陸性氣候，年降水量400-650 mm。地形、海拔、緯度、坡向等因素造成了山西省水熱條件時空分布不均，河流呈季節性變化。

山西省水資源多年平均值為99.12x10⁸m3，人均水資源量為231.84 m3，遠低于人均1 000 m3的國際水資源緊缺標準。水資源作為重要的生產生活物資，水資源短缺會造成農業減產、經濟縮水、生態環境破壞等問題[16]。山西省土地資源的有限性決定了當人類對土地的開發利用強度接近或達到承載力臨界時，土地作為子生態系統會對區域生態環境產生負反饋。研究期內山西省的建設用地明顯增加，其他用地變化趨于穩定，非農業人口的增加對城鎮基礎設施帶來的壓力促使11個地市建設用地逐步擴張[17]。煤炭作為山西省經濟發展長期依賴的化石能源，大量煤炭的開采、運輸、利用，帶來經濟效益的同時也帶來巨大的環境破壞，包括水污染、大氣污染、土壤污染、水土流失及礦山塌陷危害[18]。山西省社會經濟發展對各種資源的需求對山西省生態環境帶來巨大影響，解決經濟發展與環境保護之間的矛盾是山西省社會經濟可持續發展的關鍵。

1.2數據來源

本研究中所涉及的數據來源包括《山西省統計年鑒》（ 2006-2017）《山西省環境狀況公報》（2006-2017）及《中國環境統計年鑒》（2006-2017），部分數據來源于《中國縣（市）社會經濟統計年鑒暨中國縣域統計年鑒》（ 2006-2017）。

2 山西省生態環境演變特征分析

構成生態環境的各子生態系統隨時間發展而變化，其發展變化的推動力體現在自然環境與社會經濟兩方面，基于二者對區域生態環境演變影響的特征，選擇從社會經濟方面人手，其中包含產業結構、用地結構、污染物排放及環境治理等內容，依據上述內容在2005-2016年的變化狀況，對山西省生態環境演變特征進行探討分析。

2.1 山西省產業結構變化

產業結構是一個地區經濟發展水平和發展階段的標志，山西省產業結構在2005-2016年經歷了轉型升級，如圖1所示，其第一二三產業占比從2005年的6.28%、56. 300-/0、37.42%轉變為2016年的6.05%、38.28%、55.67%，其中工業經濟占比由49.25%降為31.49%，產業結構及工業經濟占比的變動幅度高于同期全國水平。一個地區的資源稟賦很大程度上影響甚至決定了該地區的產業結構，山西省煤炭資源的豐富度，不僅使山西省成為國家能源基地，也使其工業體系圍繞煤炭產業開展，而資源依賴性強的產業結構特征勢必對資源消耗和污染物排放規律產生直接影響。隨著產業結構的變化，山西省單位CDP耗水量及能源消耗均出現大幅下降，緩解了山西省面臨的水資源困局及能源壓力，進一步降低了污染物排放壓力，推動了區域生態環境向好的方向發展。

用地結構變化直接或間接導致區域生態環境變化。2005-2016年山西省用地結構發生了很大變化，在五類主要利用方式中，耕地面積小幅波動，園地、林地、草地面積均出現不同程度下滑，而建設用地面積卻增加了20.13%，建設用地的大量增加也反映了城市化建設給該區域帶來了巨大的生態環境壓力。山西省城鎮化水平由2005年的42.11%增加到2016年的56.21%，城鎮基礎設施的不斷完善，城市人口集聚，推動經濟發展的同時也使生態環境負效應凸顯出來，城鄉環境質量呈下降態勢。大規模的基建活動導致生態脆弱區的水土流失加重及植被退化，特有的黃土地貌在大力開發下存在地質隱患[18]。

2.2污染物排放與環境治理

山西省主要污染物載體及所含污染成分在2005-2016年變化趨勢如圖2、3所示，其中廢污水排放量增幅為46.47%;工業固廢排放量總體呈增加趨勢，但增幅較緩;工業廢氣排放量在2011年前呈增加趨勢，并在2009-2011年出現異常快速增長，之后呈逐年遞減趨勢。主要污染物中，煙（粉）塵排放量波動幅度最為明顯，與二氧化硫排放量變化趨勢同為總體下降，化學需氧量與氨氮排放量經2011年波動后呈逐年下降趨勢。

污染物來源涉及生產生活中的各個環節，而生產生活集中體現在以居民點、工礦企業、交通運輸、農業等為代表的“點、線、面”中，在空間上構成山西省污染物排放格局。

1）居民點包含城鎮和鄉村，但兩者對于生態環境影響的廣度和深度存在很大差距，城鎮人類活動強度大，并且眾多的工礦企業與城鎮分布緊密相關，城鎮周圍區域生態環境壓力大，污染物排放多，是生活環境問題的突出區域。城鎮生活垃圾和工業三廢是區域污染物的主要來源，2016年城鎮生活污水占各類廢水排放量的79.53%，生活垃圾的無序排放及城鎮擴張導致城鎮生態用地遭到破壞，數量與質量均呈下降趨勢。

2）山西省作為煤炭生產大省，在供應省內外市場時，需進行大量運輸，而大規模運輸造成了污染范圍的延伸，在鐵路與公路兩種主要運輸方式中，鐵路運輸帶來的污染特點為量大、線路固定，公路運輸則存在污染分散的特點，公路兩側50-100 m范圍內影響較為嚴重。作為運輸工具的汽車，其擁有量大幅上漲導致汽車尾氣排放強度的不斷加劇。交通線成為了“點”之間的污染通道，分割原有景觀，增加景觀破碎度，進一步影響了生態系統的結構與功能。

3）分布于城鎮周圍及交通線兩側的鄉村，主要從事農業生產活動。山西省山地多的地理條件決定了耕地資源的有限性，不合理生產行為導致了農區面源污染及水土流失。機械、化肥、農藥、塑料薄膜等農資投入的不斷增加，帶來農作物產量提升的同時，也帶來生態環境負效應，如耕地土壤板結、肥力下降、地下水污染及地表徑流的富營養化等環境問題。而坡耕地的不合理利用造成了嚴重的水土流失[19]。為有效緩解農業區生態環境壓力，2005-2016年山西省逐步推進退耕還林和農業綜合開發治理工程，在保證耕地數量基礎上，增加灌溉面積34.97 x10⁴hm2，年均造林28.67x10⁴hm2，年均治理水土流失面積547.3lx10⁴hm2，森林覆蓋率從13.29%增加到20.50%，保障農業生產的同時改善了區域生態環境。

針對已有生態環境問題，2005-2016年山西省增加了環保投資力度，投資額由48.5x10⁸元增加到525.7x10⁸元，環境治理取得初步成效。在人類活動強度最大的城鎮區域，生活垃圾無害化處理率從13.1%快速增長到94.6%，建成區綠化覆蓋率從24.6%增加為40.5%，城鎮人居環境得到改善，山西省水環境和大氣環境也得到改善。地表水水質優良率由11.6%提升到48.0%，空氣質量達優良天數占比從61.9%提高到68.2%。

綜上所述，2005-2016年山西省產業結構、用地結構、污染物排放和環境治理等變化影響了區域生態環境演變的過程及趨勢，根據主要檢測指標的變化，山西省生態環境經歷先惡化后改善的發展過程，并呈逐步好轉趨勢。為進一步分析山西省生態環境演變的驅動因素，構建驅動指標體系，采用主成分分析法對生態環境演變驅動因素進行判斷與討論。

3 山西省生態環境演變驅動因素分析

3.1 指標體系構建

依據研究區環境與社會經濟狀況，參考相關文獻[1，20]，并遵循數據可獲得原則構建山西省生態環境演變驅動因素指標體系。選取36個指標，并分為人口、社會經濟發展、農業生產、資源與能源消耗、用地結構、污染物排放、環境治理7個類別，詳見表1。

3.2結果與分析

利用SPSS 22.0軟件計算選取的36個指標的特征值、貢獻率及累積貢獻率，并以特征值>1且累積貢獻率>85%為標準得到4個主成分，經過提取后得到主成分的特征值、貢獻率及累積貢獻率，詳見表2。4個主成分中第一主成分的特征值為23.290，貢獻率為64.695%，其對山西省生態環境演變的驅動作用最突出。提取的4個主成分反映原數據92.148%的信息，滿足分析要求，可進行相關分析。

表3為因子載荷矩陣，反映主成分與因子之間的相關關系，因子載荷絕對值越大，該因子對主成分的影響越大。以各指標分別與4個主成分之間的相關性大小為依據進行分析。第一主成分與指標的相關性表現更為明顯，第一主成分在人口、社會經濟發展、資源與能源消耗、用地結構、環境治理等方面大部分有較大載荷，這些驅動因素的集中反映是因為2005-2016年山西省經濟得到很大發展，GDP漲幅為201.55%，經濟水平提升促使人民生活水平、現代化建設水平提高，整個社會事業的發展均圍繞經濟發展展開，資金再分配帶來各行業科技投入的增加，并反作用于經濟發展。隨著人民基本生活需求的滿足，經濟發展著眼于日益凸顯的人地矛盾與逐漸惡化的生態環境，為實現區域可持續發展，社會發展理念從一味追求經濟發展轉變為追求人與自然的和諧發展。因此，圍繞人運行的經濟系統對區域生態環境有著重要驅動作用。

第二主成分在第二產業比重、第三產業比重、工業經濟比重、地表水水質優良率及建成區綠化覆蓋率上有絕對值較大的因子載荷，凸顯產業結構與環境治理作為驅動因子在區域生態環境演變中的作用。2005-2016年山西省產業結構的變化改變了長期依賴能源產業的發展局面，對能源產業的約束與精益求精帶來技術革新與產能優化，使第二產業帶來的高耗能、高污染局面得到控制，并使得山西省產業結構對區域生態環境帶來的負面效應降低。環境治理在短時間內取得的成果加速了山西省生態環境的恢復與重建，對生態環境的驅動作用表現為正向驅動。2006年起，山西省實施“藍天碧水”工程，從城市人手關閉或整治“三高”企業，同時提升產業準入門檻，源頭阻斷與后期治理兩手抓;農村生態環境問題如農村生活垃圾、農業生產過程中產生的污染，已成為現階段農村環境問題的癥結所在;加強重點區域的環境監管，如水源地、河流、生態脆弱區等。環境治理工作呈現出“點一線一面”的發展趨勢，由于各地產業結構和經濟水平的差異，環境治理工作進度不同，但最終都在對全省范圍內的生態環境問題進行預防和治理。

第三主成分在工業固體廢物產生量、煙（粉）塵排放總量上有較大載荷，反映了污染物排放對區域生態環境的影響，各類污染物排放對山西省生態環境產生很大壓力，由于山西省是以煤炭產業為主導的工業體系，煤炭開采及其相關產業發展所帶來的環境破壞需得到重視[18]。

第四主成分在第一產業比重、農林牧漁產值比重和化肥施用強度上有較大載荷，表明農業生產過程中投入與產出對區域生態環境演變產生了作用。化肥與農藥的適量施用會提升農作物產量，但過量施用則會導致多余的化肥與農藥通過各種形式進入大氣、土壤及水體中，造成大氣污染、土壤板結和水體富營養化等不利后果。農業經濟在區域經濟中的比重維持在穩定狀態，有利于區域生態環境的恢復與重建。

4討論與結論

4.1討論

在山西省生態環境演變分析過程中，因數據可獲得性受限，未對全省11個地市進行具體分析，只在以“點一線一面”特征構成的山西省污染物排放格局中對生態環境演變的空間變化進行分析，尚有不足。在選取的36個指標中，空氣質量達優良天數比重這一指標數據存在異常波動，其數值在2013年由95.34%銳減到50.14%，造成數據波動的是近年來空氣污染壓力迫使國家在2012年實施新的空氣質量標準（ GB3095-2012），用空氣質量指數（AQI）代替原空氣污染指數（ API），污染物檢測指標由3項增加為6項，更加嚴格、客觀地反映了區域空氣質量。

4.2結論

以山西省主要社會經濟指標為基礎，從結構變化和污染與治理兩方面對2005-2016年山西省生態環境演變過程與趨勢進行分析，并借助SPSS 22.0軟件、主成分分析法對該時段山西省生態環境演變驅動因素進行探討。結果表明，2005-2016年山西省生態環境經歷先惡化后改善的發展過程，并呈現逐步好轉的趨勢。

經主成分分析，得到累積貢獻率為92.148%的4個主成分，其中，第一主成分貢獻率達到64.695%，為主驅動成分，其所包含的指標反映了各項社會事業運行發展所圍繞的經濟系統對山西省生態環境演變起最集中的驅動作用，包含于經濟系統中的各項社會因子及其變化共同導致了山西省生態環境的演變趨勢;第二主成分反映了產業結構和環境治理在區域生態環境演變中的作用，其中，產業結構作為經濟系統的內在機制，產業結構的升級會促進區域經濟的進一步發展，可視為內驅動力，而環境治理作為干預經濟發展過程中表現的環境污染與生態破壞的機制，可視為外驅動力，兩者共同影響山西省生態環境演變;第三主成分與第四主成分所反映的污染物排放與農業生產為次要驅動因素，兩者在一定程度上污染與破壞區域生態環境，但對兩者的規范與管理可從污染源頭改善區域生態環境。社會經濟發展理念對區域生態環境具有重大影響，生態環境演變反作用于區域社會經濟發展。社會經濟發展理念與區域生態環境質量在相互影響中共同推進區域可持續發展。

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收稿日期：2019-10-15

作者簡介：郭鵬程（1995-），男，山西文水人，在讀碩士研究生，研究方向為區域環境與生態產業，（電話）15101238384（電子信箱）2921088293@qq.com;通信作者，張小平，教授，主要從事區域環境與生態產業研究，（電子信箱）zxp296@163.com。