京津冀地區(qū)生態(tài)安全評價及障礙因子診斷*

胡 悅 馬 靜 李雪燕 陳國鷹

(河北工業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院，天津 300401)

自國家全面啟動京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略以來，當前該地區(qū)已成為中國經(jīng)濟發(fā)展格局中最具活力和潛力的前沿陣地之一[1]。但是，粗獷的發(fā)展模式對能源和資源的投入需求量高，使得京津冀地區(qū)生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題非常凸出，加上該地區(qū)本身的生態(tài)脆弱性，生態(tài)安全問題逐漸成為了制約該地區(qū)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸。因此，加強對京津冀地區(qū)生態(tài)安全評價研究，并厘清制約生態(tài)安全的障礙因子，是解決京津冀地區(qū)生態(tài)安全問題、協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的重要保障。其中，科學地測度及評價地區(qū)的生態(tài)安全水平是關鍵[2]，重點在于指標體系的構(gòu)建[3-4]。DPSIR模型能夠針對生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，全部考慮人口、經(jīng)濟、資源、環(huán)境等多方面因素，從系統(tǒng)整體性的角度綜合分析影響地區(qū)生態(tài)安全的各影響因子間的相互作用[5]，精確地勾勒出經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、人類活動間的耦合關系[6]，所以本研究利用DPSIR模型構(gòu)建生態(tài)安全評價指標體系，采用加入時間變量的改進熵值法[7]進行指標賦權(quán)，來評價京津冀地區(qū)的生態(tài)安全水平，并進一步利用障礙度模型識別出影響該地區(qū)生態(tài)安全的障礙因子，為保障京津冀地區(qū)生態(tài)安全提供科學依據(jù)與決策參考。

1 研究方法

1.1 DPSIR模型

1.1.1 指標體系

參考生態(tài)安全評價指標體系已有研究成果[8-9]，結(jié)合京津冀地區(qū)的自然屬性和社會經(jīng)濟發(fā)展特點，從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應5個系統(tǒng)層出發(fā)，構(gòu)建了11個因素層共計25個指標(見表1)。

表1 京津冀地區(qū)生態(tài)安全評價指標體系

1.1.2 指標的標準化處理

為使各指標能夠相互比較，采用極差法[10]對數(shù)據(jù)進行標準化處理。正指標使用式(1)進行標準化，負指標使用式(2)進行標準化。各變量單位根據(jù)實際情況而定。

(1)

(2)

式中：i為年份序號；j為指標序號；Cij、Xij分別為i年j指標的標準化值和原始值；Xmin、Xmax分別為所有統(tǒng)計年份中j指標的最大值、最小值。

1.1.3 指標權(quán)重確定

加入時間變量的改進熵值法打破了傳統(tǒng)熵值法只能用于單一年份的局限性，先根據(jù)式(3)計算j指標的信息熵(Hj)，然后再根據(jù)式(4)計算權(quán)重(Wj)。

(3)

(4)

式中：m為參與評價的省市數(shù)目，本研究中為3；n為統(tǒng)計年份數(shù)，本研究中為10。

1.1.4 生態(tài)安全綜合指數(shù)計算

采用式(5)綜合評價京津冀地區(qū)各省市的生態(tài)安全水平[11]。

(5)

式中：ESIi為i年的生態(tài)安全綜合指數(shù)。

1.1.5 等級劃分

借鑒相關研究[12-13]，將生態(tài)安全水平分為重度預警、中度預警、輕度預警、臨界安全、一般安全、安全、理想狀態(tài)6個等級，等級劃分標準見表2。

1.2 障礙度模型

障礙度模型通過j指標的因子貢獻度(Uj)和i年j指標的指標偏離度(Jij)來計算i年j指標的障礙度(Mij)，并進行排序來確定障礙因子的主次關系[14]，選擇前6大障礙因子進行分析。障礙度計算公式如下：

Uj=Wj×Wr

(6)

Jij=1-Cij

(7)

(8)

式中：Wr為j指標所屬的系統(tǒng)層r的權(quán)重，由其各項指標的權(quán)重加和得到。

1.3 數(shù)據(jù)來源

北京市、天津市和河北省2008—2017年的指標原始數(shù)據(jù)主要來源于中國統(tǒng)計年鑒，若有數(shù)據(jù)缺失則查找地方統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)加以補充，但是環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率原始數(shù)據(jù)來自北京市、天津市、河北省的2008—2017年的(生態(tài))環(huán)境狀況公報。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)安全評價結(jié)果分析

京津冀地區(qū)的生態(tài)安全評價結(jié)果見表3。北京市的生態(tài)安全綜合指數(shù)2008—2010年從0.503 3上升到0.535 7，處于臨界安全狀態(tài)；2011—2015年生態(tài)安全綜合指數(shù)為>0.4～0.5，處于輕度預警狀態(tài)；2016、2017年的生態(tài)安全指數(shù)分別為0.588 0、0.615 0，分別處于臨界安全和一般安全狀態(tài)。2008—2014年，天津市的生態(tài)安全水平長期處于中度預警狀態(tài)，僅2011年是輕度預警狀態(tài)，2015年生態(tài)安全綜合指數(shù)突破0.6，達到一般安全狀態(tài)，但2016、2017年又回落到臨界安全狀態(tài)。河北省的生態(tài)安全水平總體呈向好趨勢，逐步實現(xiàn)了中度預警—輕度預警—臨界安全—一般安全的轉(zhuǎn)變?？偟膩碚f，京津冀地區(qū)的生態(tài)安全水平向好發(fā)展。

京津冀地區(qū)系統(tǒng)層的生態(tài)安全綜合指數(shù)變化趨勢見圖1。

北京市的驅(qū)動力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)總體上呈先降后升趨勢，人口數(shù)量和經(jīng)濟活動等在北京市的聚集提高了驅(qū)動力系統(tǒng)層對生態(tài)安全的需求；壓力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈向好發(fā)展趨勢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級以及人們消費方式的轉(zhuǎn)變減輕了城市的生態(tài)安全承載壓力；狀態(tài)、影響和響應系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動變化狀態(tài)，說明北京市的有關生態(tài)環(huán)境保護政策和污染治理制度落實缺乏連續(xù)性和穩(wěn)定性。

表2 生態(tài)安全等級劃分標準

表3 京津冀地區(qū)的生態(tài)安全評價結(jié)果

圖1 京津冀地區(qū)系統(tǒng)層的生態(tài)安全綜合指數(shù)變化趨勢Fig.1 Change trend of ecological security comprehensive index in view of system layer in Beijing-Tianjin-Hebei region

天津市驅(qū)動力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈下降趨勢，主要是受北京市影響，驅(qū)動了天津市人口和經(jīng)濟的持續(xù)增長；壓力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動變化狀態(tài)，天津市的環(huán)境壓力主要受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響；狀態(tài)系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)保持穩(wěn)定增長趨勢，這得益于天津市科學研究和高技術(shù)服務業(yè)行業(yè)對環(huán)境狀態(tài)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改善；影響系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)在2009—2011、2014—2017年分別呈增長狀態(tài)，而在2012—2014年偏低，在此期間響應系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)卻相對較高，說明天津市在生態(tài)環(huán)境方面的響應系統(tǒng)還未完全跟上影響系統(tǒng)。

河北省的驅(qū)動力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)總體在2011年前上升，2011年后下降，主要是受GDP增長率的影響，折射出河北省經(jīng)濟發(fā)展動力不足；壓力和狀態(tài)系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)的持續(xù)增長趨勢是因為河北省降耗政策的實施和節(jié)能技術(shù)的應用；影響系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)先降后升，主要是因為影響產(chǎn)生具有一定的滯后性；河北省服從國家重大戰(zhàn)略布局，始終以構(gòu)建京津冀生態(tài)安全支撐區(qū)為使命，持續(xù)加大國土綠化和生態(tài)修復力度，統(tǒng)籌推進生態(tài)敏感區(qū)和脆弱區(qū)的造林綠化，不斷提高生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和服務質(zhì)量，因此河北省響應系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)能夠保持持續(xù)、緩慢的增長趨勢。

2.2 生態(tài)安全障礙因子分析

由表4可見，在北京市6大生態(tài)安全障礙因子中出現(xiàn)頻率最高的4個因子依次是每萬人擁有公共交通工具數(shù)(9次)、GDP增長率(7次)、SO2排放量(6次)和城市人口密度(6次)。2008—2010年SO2排放量為北京市生態(tài)安全的第一障礙因子，2011—2017年GDP增長率上升為第一障礙因子且障礙度呈逐年上升趨勢，2017年達到21.67%。由此可見，北京市每萬人擁有公共交通工具數(shù)出現(xiàn)了冗余，生態(tài)建設的經(jīng)濟支撐不足，今后為保障生態(tài)安全必須把調(diào)控重點放在合理規(guī)劃公共交通、控制SO2排放、促使資源環(huán)境承載力與經(jīng)濟發(fā)展相匹配上。

表4 北京市障礙因子診斷結(jié)果1)

由表5可見，在天津市6大生態(tài)安全障礙因子中出現(xiàn)頻率最高的4個因子依次是人口自然增長率(9次)、SO2排放量(8次)、城鎮(zhèn)失業(yè)人口登記率(7次)和城鎮(zhèn)化率(7次)。2008—2014年城鎮(zhèn)失業(yè)人口登記率為天津市生態(tài)安全的第一障礙因子，人口自然增長率為第二或第三障礙因子，SO2排放量也始終排在前三位；2015—2016年有效灌溉面積上升為第一障礙因子；2017年人口自然增長率為第一障礙因子，有效灌溉面積為第二障礙因子。由此可見，天津市的主要問題是城市人口擴增所帶來的失業(yè)增加和有效灌溉面積減少，使生態(tài)赤字加大。

由表6可見，在河北省6大生態(tài)安全障礙因子中出現(xiàn)頻率最高的4個因子依次是SO2排放量(8次)、第二產(chǎn)業(yè)對GDP增加值的貢獻率(6次)、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例(6次)和廢水排放總量(6次)。2008—2017年河北省生態(tài)安全的第一障礙因子經(jīng)歷由SO2排放量—第二產(chǎn)業(yè)對GDP增加值的貢獻率—廢水排放總量—GDP增長率的轉(zhuǎn)變過程，這些因子基本都是第一障礙因子或第二障礙因子。由此可見，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對河北省生態(tài)安全具有重大影響。同時，SO2排放和廢水排放等污染的排放也是河北省生態(tài)安全的障礙因子。這主要是由河北省自主創(chuàng)新能力薄弱以及技術(shù)成果轉(zhuǎn)化較低導致的。

3 結(jié)論與建議

京津冀地區(qū)2008—2017年的生態(tài)安全水平整體呈現(xiàn)向好的趨勢。北京市影響生態(tài)安全的主要障礙因子為GDP增長率、SO2排放量和每萬人擁有公

表5 天津市障礙因子診斷結(jié)果

表6 河北省障礙因子診斷結(jié)果

共交通工具數(shù)，應合理規(guī)劃公共交通、控制SO2排放、促使資源環(huán)境承載力與經(jīng)濟發(fā)展相匹配；天津市的主要問題是城市人口擴增所帶來的失業(yè)增加和有效灌溉面積減少，生態(tài)赤字加大；影響河北省生態(tài)安全的障礙因子主要在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和污染排放方面。

針對人口聚集、環(huán)境容量有限的京津地區(qū)，要采取雙向調(diào)控政策，一是設定人口、產(chǎn)業(yè)的進京津標準，二是將人口疏散至周邊地區(qū)，降低人口密度，減輕資源環(huán)境承載壓力；針對第二產(chǎn)業(yè)負擔重的河北省，應加快產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，建立適宜的綠色產(chǎn)業(yè)體系，引導高耗能產(chǎn)業(yè)向生態(tài)化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)高碳行業(yè)的低污染、低排放，以建立高速發(fā)展的生態(tài)經(jīng)濟；京津冀地區(qū)還應形成生態(tài)治理合力，強化監(jiān)管，完善區(qū)域生態(tài)保護體系，繼續(xù)推行生態(tài)文明建設，倡導環(huán)保的生活方式，落實科學治理措施以減低生態(tài)環(huán)境風險。