資源與環(huán)境約束下京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平時空特征及演變趨勢

索貴彬，楊建勛

河北地質(zhì)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050031

0 引 言

習(xí)近平總書記強調(diào)，京津冀協(xié)同發(fā)展是個大思路、大戰(zhàn)略，要調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，走出一條內(nèi)涵集約發(fā)展的新路子，促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，形成新的增長極。京津冀三地土地面積21.8萬平方千米，占全國總面積的2.27%，人口1.12億人，占全國總?cè)丝诘?.07%。2018年京津冀三地地區(qū)生產(chǎn)總值合計8.32萬億元，占全國的9.24%。京津冀區(qū)域以約2%的土地面積、8%的人口，創(chuàng)造了9%的地區(qū)生產(chǎn)總值。京津冀區(qū)域生態(tài)安全體系較為薄弱，水土流失、荒漠化等問題嚴重，資源與環(huán)境約束趨緊。生態(tài)文明建設(shè)是中國特色社會主義建設(shè)的重要內(nèi)容，是21世紀中華民族實現(xiàn)跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。中國經(jīng)濟、社會發(fā)展的不均衡性、不充分性比較普遍，區(qū)域之間的資源、環(huán)境差異較大，中國特色的生態(tài)文明建設(shè)應(yīng)立足于各區(qū)域的經(jīng)濟、社會發(fā)展水平和資源、環(huán)境狀況，選擇差異化的發(fā)展路徑。相應(yīng)的，京津冀三地應(yīng)基于京津冀區(qū)域的實際情況，選擇科學(xué)的生態(tài)文明建設(shè)道路。

國內(nèi)許多學(xué)者分別對生態(tài)文明建設(shè)的內(nèi)涵、特征、效率、路徑等問題進行了研究[1]，但針對生態(tài)文明如何同中國現(xiàn)實國情相結(jié)合，同區(qū)域的資源、環(huán)境狀況相結(jié)合的研究相對較少。從中國特色生態(tài)文明建設(shè)研究的評價尺度上看，主要有城市[2]、省域[3]和國家[4]三個層次，針對區(qū)域?qū)哟危绕涫顷P(guān)于京津冀區(qū)域的生態(tài)文明建設(shè)研究更少。崔鐵寧、張聰應(yīng)用生態(tài)位理論分析了京津冀6個城市5個年度的生態(tài)文明建設(shè)水平[5]，胡悅教授等將京津冀地區(qū)作為載體，運用組合賦權(quán)方法研究其2010—2015年間的生態(tài)文明發(fā)展水平情況[6]，陳潤羊等通過構(gòu)建生態(tài)文明指數(shù)評價指標體系，分析了“十二五”時期京津冀區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)狀況[7]。以上研究均存在幾個問題：一是京津冀生態(tài)文明建設(shè)評價指標體系中沒有突出京津冀的資源環(huán)境約束，沒有將生態(tài)文明建設(shè)與空間地理結(jié)合在一起；二是研究對象僅限于北京、天津和河北省(或河北省個別城市)，且時間跨度較短(最長為6個年度)；三是研究方法比較傳統(tǒng)。

本文基于京津冀的資源環(huán)境約束，以京津冀區(qū)域13個城市為研究單元，分析其在1998—2017年期間的生態(tài)文明建設(shè)狀況；進一步采用Kernel密度估計、探索性空間數(shù)據(jù)分析方法，對京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平的時空特征和演變趨勢進行研究，分析京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平收斂過程中與空間背景之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性與依賴性，從而為京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平的動態(tài)演變提供新的解釋視角及理論支持。

1 研究方法介紹

核密度估計(Kernel Density Estimation)屬于密度制圖，憑借其優(yōu)良的統(tǒng)計特性，較直方圖估計更加準確且平滑性好(徐現(xiàn)祥，2004)[8]。設(shè)隨機變量的密度函數(shù)為f(x)，對于隨機變量x有n個獨立同分布的觀測值，分別為x1,x2,…,xn，x為其均值，則Kernel密度函數(shù)的估計量為：

(1)

其中，n為研究區(qū)域個數(shù)，h為窗寬(bandwidth)，K(·)為隨機核函數(shù)，是一種加權(quán)函數(shù)或平滑轉(zhuǎn)換函數(shù)，包括高斯核、Epanechnikov核、三角核(Triangular)、四次核(Quartic)等類型，通常滿足：

(2)

帶寬的選擇決定了所估計密度函數(shù)的平滑程度。帶寬越大，核密度估計的方差越小，密度函數(shù)曲線越平滑，但估計的偏差越大(王謙、董艷玲，2018)[9]。因此，最佳帶寬的選擇必須在核估計的方差和偏差之間進行權(quán)衡，使均方誤差最小。根據(jù)葉阿忠(2005)的相關(guān)研究，對應(yīng)的最佳窗寬h=cN-0.2(c為常數(shù))[10]。本文采用高斯正態(tài)分布的核密度函數(shù)，窗寬設(shè)定為h=0.9SeN-0.2(即c=0.9Se，Se是隨機變量觀測值的標準差)。Kernel密度估計在E-Views軟件內(nèi)完成。

2 京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平評價

2.1 京津冀區(qū)域資源、環(huán)境狀況

2.1.1 國土資源狀況

京津冀三地人均土地面積約占全國人均土地面積的28.70%。京津冀區(qū)域人口增加、經(jīng)濟增長及快速城鎮(zhèn)化，對建設(shè)用地的剛性需求大幅增加，土地供需矛盾凸顯。京津冀區(qū)域面臨著既要滿足經(jīng)濟建設(shè)必需的用地需求，又要落實耕地保護責(zé)任，同時兼顧環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)，土地資源日益緊張。

2.1.2 水資源狀況

京津冀區(qū)域是典型的資源性缺水地區(qū)，水是京津冀地區(qū)重要的資源約束因子。京津冀地區(qū)水資源總量僅占全國的0.63%，2018年，北京的人均水資源量為161.4立方米，天津人均水資源量為121.1立方米，河北為184.4立方米，分別約為全國的7.20%、5.40%、8.23%。水資源匱乏的現(xiàn)象比較突出。

2.1.3 大氣污染狀況

長期以來，京津冀地區(qū)大氣受煤煙型污染、沙塵污染的困擾。近年來，雖然通過努力傳統(tǒng)型大氣污染的惡化態(tài)勢有所遏制，但這些歷史性問題還未能得到根本解決。與此同時，以機動車尾氣為主體的新型排放源導(dǎo)致京津冀大氣污染的性質(zhì)發(fā)生了根本性變化。煤煙型污染、沙塵污染與機動車尾氣污染發(fā)生疊加，形成了新的復(fù)合型大氣污染。其中，以PM2.5為重要組成。2018年，京津冀區(qū)域二氧化硫、氮氧化物和煙(粉)塵每平方千米排放量分別為5.57、6.66和9.23噸，而全國相應(yīng)數(shù)據(jù)為1.14、1.44和1.05噸。

2.2 資源環(huán)境約束下京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平評價指標體系構(gòu)建

目前，我國生態(tài)文明建設(shè)理論與實踐進入了新的歷史階段。以楊開忠教授為首席科學(xué)家的研究小組結(jié)合我國生態(tài)文明發(fā)展的特點和需求，創(chuàng)新性地將以空氣質(zhì)量水平為核心指標的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)納入到總體生態(tài)文明水平的評價中[11]。本文借鑒楊開忠教授的研究成果，在對京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平進行評價時，基于區(qū)域資源環(huán)境約束，在兼顧生態(tài)效益的同時，突出環(huán)境效益，建立京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平評價指標體系(見表1)，其中自然環(huán)境污染指標有工業(yè)固體廢物排放量、SO2、煙(粉)塵排放量，廢水排放總量，COD 排放量綜合而成。

2.3 數(shù)據(jù)來源、處理及評價結(jié)果

隨著京津冀協(xié)同發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，區(qū)域間的空間依賴性和關(guān)聯(lián)性越來越密切，但是區(qū)域內(nèi)部的差距也在日益擴大。本文以京津冀城市為研究單元，包括北京、天津和河北省的11個地級市，探索京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)的空間溢出與演變走勢，并揭示河北省與京津兩市的差距。本文研究時間范圍為1993—2018年，所需數(shù)據(jù)來源于歷年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境年鑒》《中國水資源公報》等。各指標權(quán)重確定采用專家意見法，強調(diào)京津冀的資源環(huán)境約束，突出環(huán)境效益(參見楊開忠：《2014年中國省市區(qū)生態(tài)文明水平報告》)，在計算京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平時，生態(tài)效益權(quán)重為0.4，環(huán)境效益權(quán)重為0.6。

2018年京津冀城市城市生態(tài)文明建設(shè)水平評價結(jié)果見圖1(限于文章篇幅，此處只給出了2018年的評價結(jié)果)。

表1 京津冀生態(tài)文明建設(shè)水平評價指標體系

圖1 2018京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平示意圖Fig.1 2018 Beijing-Tianjin-Hebei city ecologicalcivilization construction level schematic diagram

生態(tài)效益衡量一個地區(qū)消耗單位生態(tài)資源所換取的經(jīng)濟、社會發(fā)展程度。2018年京津冀13城市的生態(tài)效益均值為0.25，偏低，說明京津冀地區(qū)整體生態(tài)資源的利用效率不高。北京、天津、廊坊、唐山排在前四位，且生態(tài)效益高于平均值，其他城市低于平均值。

環(huán)境效益表征人們的生活環(huán)境質(zhì)量，2018年京津冀13城市的環(huán)境效益均值為0.37，偏低，但比生態(tài)效益高12個百分點。近幾年京津冀區(qū)域環(huán)境效益有較大改善，特別是相對于生態(tài)效益而言環(huán)境改善更為明顯，這得益于京津冀地區(qū)持續(xù)推進生態(tài)文明建設(shè)，調(diào)整發(fā)展方向，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。張家口、北京、承德、秦皇島、唐山排在前五位，且高于平均值，其他城市低于平均值。

2018年京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)均值為0.33，偏低。北京、張家口、承德、秦皇島、唐山五個城市的生態(tài)文明建設(shè)水平排在前五位，且高于平均值，其他城市低于平均值。

3 京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平的時空特征分析

3.1 京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平的時間集聚特征分析

為探索京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平隨時間演變的集聚差異及離散程度，采用高斯正態(tài)分布的非參數(shù)Kernel核密度函數(shù)，選擇1998年、2004年、2010年及2016年4個年份為觀測時點對京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)、生態(tài)效益指數(shù)和環(huán)境效益指數(shù)分別進行核密度估計，得到不同時點的分布狀況(圖2)，波峰的高度反映城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)在不同城市間的集聚程度。通過觀察不同指數(shù)的分布圖，可得出以下特征：(1)整體來看，生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)呈現(xiàn)出由右向左、由單峰逐漸向雙峰演變，但波峰的高度和寬度變化較小的過程，表明京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)略有下降，而且經(jīng)歷了先上升后逐漸下降的過程，當前多數(shù)城市集中在小于0.4的左峰內(nèi)，而右峰內(nèi)只集聚了個別城市，城市間生態(tài)文明建設(shè)水平存在較大差距；(2)生態(tài)效益指數(shù)則呈現(xiàn)出波峰的高度“低→高→低”、寬度“寬→窄→寬”的演變態(tài)勢，生態(tài)效益表現(xiàn)為先上升后下降的過程。當前生態(tài)效益指數(shù)呈現(xiàn)“1個主峰為主、多個次峰為輔”的格局，但主峰位于[0.1,0.4]的區(qū)間內(nèi)，多數(shù)城市處于分布圖的左側(cè)，表明京津冀城市的生態(tài)效益仍處于較低的水平，只有北京、天津等發(fā)達城市處于高水平，地區(qū)間的差距將長期共存；(3)環(huán)境效益指數(shù)的演變與生態(tài)文明綜合指數(shù)相似的是由右向左變化且波峰的高度和寬度變化較小，不同的是演變態(tài)勢由初期的偏右型雙峰逐漸變化為當前的偏左型雙峰，當前多數(shù)城市位于小于0.5的左峰內(nèi)，京津冀城市的環(huán)境效益同樣表現(xiàn)為下降態(tài)勢，城市間也存在差距。綜合來看，京津冀多數(shù)城市的生態(tài)文明是下降的，只有少數(shù)城市是上升的，城市間雖有差距，但未表現(xiàn)出兩極分化態(tài)勢。

圖2 京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平指數(shù)Kernel密度估計Fig.2 Kernel density estimation of urban ecological civilizationconstruction level index in Beijing-Tianjin-Hebei

3.2 京津冀城市生態(tài)文明指數(shù)的空間集聚特征

為進一步探索京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平的空間分異特征，接下來采用全局Moran’ s I 指數(shù)和LISA集聚的方法分析其空間變化特征，Moran’ s I指數(shù)采用邊界相鄰原則(Contiguity Edges only)將空間關(guān)系概念化，并進行ROW標準化(表2)。結(jié)果顯示，京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)存在顯著的空間自相關(guān)關(guān)系，即存在正向的集聚和依賴特征，該正向關(guān)系經(jīng)歷了先上升后略微下降的變化走勢，集聚趨同性仍舊顯著。但通過指數(shù)分解后的生態(tài)效益指數(shù)和環(huán)境效益指數(shù)的全局Moran’ s I存在差異，生態(tài)效益指數(shù)未通過顯著性檢驗，其Moran’ s I經(jīng)歷了由負向正轉(zhuǎn)變的過程，一定程度上能夠反映集聚程度的提高；環(huán)境效益指數(shù)的大小與顯著性水平與綜合指數(shù)保持一致，環(huán)境效益能夠較大程度反映生態(tài)文明的集聚水平。

在此基礎(chǔ)上，在95%的置信區(qū)間下，將京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)及其分解劃分為4種高低不同的類型，以生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)為例：①高高集聚(High-High)，城市自身與周邊城市生態(tài)文明都較高；②低低集聚(Low-Low)，城市自身與周邊城市生態(tài)文明都較低；③高低集聚(High-Low)，城市自身生態(tài)文明較高，但周邊城市較低；④低高集聚(Low-High)，城市自身生態(tài)文明較低，但周邊城市較高。據(jù)此做出1998-2017年京津冀城市生態(tài)文明及其生態(tài)效益和環(huán)境效益的LISA集聚圖(圖3)。

限于文章篇幅，只報告了1998年和2017年的LISA集聚圖，從圖中對比可以看出京津冀城市生態(tài)文明指數(shù)的空間特征表現(xiàn)為：(1)京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)LISA分布的高高集聚經(jīng)歷了以承德市為核心向以張家口市、承德市為核心轉(zhuǎn)變的演化過程，而低低集聚則經(jīng)歷了以衡水市、滄州市為核心向以石家莊市、衡水市和滄州市為核心的轉(zhuǎn)變過程，可以反映出京津冀北部地區(qū)生態(tài)文明在向好發(fā)展，而南部地區(qū)霧霾污染比較嚴重，生態(tài)文明并未向好發(fā)展，且低水平生態(tài)文明的城市有擴散增多趨勢，與Kernel密度估計的演變特征相似，生態(tài)文明整體上有下降的走勢。另外，不存在高低集聚、低高集聚的城市，表明京津冀城市生態(tài)文明“北好南差”的空間格局比較分明。(2)生態(tài)效益指數(shù)的Moran’ s I檢驗未通過顯著性檢驗，但其LISA分布的演變特征較明顯，經(jīng)歷了以承德市為核心的低高集聚、以石家莊市為核心的低低集聚向以承德市為核心的低高集聚、以石家莊市為核心的低低集聚、以天津市為核心的高高集聚的變化過程，承德市較低的生態(tài)效益指數(shù)對生態(tài)文明綜合指數(shù)產(chǎn)生一定的拖累，天津及其周圍地區(qū)的生態(tài)效益指數(shù)有所上升，而南部的石家莊市及其周邊地區(qū)仍處于較低水平的生態(tài)效益。(3)通過分解的環(huán)境效益指數(shù)的LISA分布呈現(xiàn)出與生態(tài)文明綜合指數(shù)相似的空間特征，京津冀北部仍表現(xiàn)出以承德市為核心的高高集聚，而南部的低低集聚同樣經(jīng)歷了以衡水市、滄州市為核心向以石家莊市、衡水市和滄州市為核心的轉(zhuǎn)變過程，可以說京津冀城市生態(tài)文明的增長主要依賴于環(huán)境效益的提升。總體而言，京津冀城市間生態(tài)文明建設(shè)水平仍然不均衡，南部與北部相比仍然存在差距，冀南地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)水平的提升仍然任重而道遠。

圖3 京津冀城市生態(tài)文明指數(shù)的LISA集聚圖Fig.3 LISA agglomeration chart of beijing-tianjin-hebeiurban ecological civilization index

4 結(jié)論與啟示

由以上分析可以看出，京津冀城市生態(tài)文明建設(shè)水平在時間上呈現(xiàn)由單峰逐漸向雙峰演變，城市間生態(tài)文明建設(shè)水平存在較大差距的現(xiàn)象，空間上表現(xiàn)為高高集聚由以承德市為核心向以張家口市、承德市為核心轉(zhuǎn)變，低低集聚由以衡水市、滄州市為核心向以石家莊市、衡水市和滄州市為核心轉(zhuǎn)變，反映出京津冀北部生態(tài)文明向好發(fā)展，而南部低水平生態(tài)文明城市擴散增多趨勢，京津冀城市生態(tài)文明“北好南差”的空間格局依然明顯。

表2 京津冀城市生態(tài)文明指數(shù)的Global Moran’ s I 指數(shù)檢驗

在統(tǒng)籌京津冀協(xié)同發(fā)展的同時，實施分類指導(dǎo)、區(qū)別對待。一是加強京津冀頂層設(shè)計。成立京津冀生態(tài)文明建設(shè)委員會，由京津冀生態(tài)環(huán)境、自然資源、城鄉(xiāng)建設(shè)、水利、交通和發(fā)展改革等職能部門人員構(gòu)成，基于京津冀的資源環(huán)境狀況，明確京津冀生態(tài)文明建設(shè)方向，合理規(guī)劃京津冀生態(tài)功能區(qū)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)。二是采取差異化的政策和措施。對于環(huán)境效益不好的城市(如河北省中部和南廂城市)，發(fā)展重點是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高資源的利用效率，大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，加快城市環(huán)境保護基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強城鄉(xiāng)環(huán)境綜合治理，控制城市污染，推進循環(huán)經(jīng)濟和循環(huán)社會的建設(shè)；對于生態(tài)效益欠佳的區(qū)域，經(jīng)濟社會發(fā)展應(yīng)與生態(tài)功能區(qū)的定位保持一致，在此基礎(chǔ)上，大力發(fā)展綠色能源、農(nóng)業(yè)、體育和旅游業(yè)等綠色經(jīng)濟。對于北京、天津、唐山、秦皇島等生態(tài)文明建設(shè)水平綜合指數(shù)較高的城市，要加強生態(tài)城市建設(shè)，控制城市規(guī)模，合理布局城市功能組團，加強城市發(fā)展規(guī)劃。