京津冀經濟發展與生態足跡的時空演變與耦合關系

李建龍，孫 鈺,，崔 寅

(1.天津商業大學公共管理學院，天津 300134；2.天津大學管理與經濟學部，天津 300072)

引言

在京津冀協同發展戰略背景下，京津冀已然成為推動我國經濟發展的重要引擎，然而在其經濟快速發展的過程中，資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態承載力不足的生態困境卻成為阻礙京津冀經濟社會持續發展的桎梏，妨礙了經濟發展的穩定性和可持續性。生態足跡(Ecological footprint)是指能夠容納人類所排放廢棄物的生物生產性土地(或水域)面積，它可以定量判斷某一地域的可持續發展程度。目前，國內外學界關于經濟發展與生態足跡的相關問題展開了大量的研究，主要聚焦于以下兩個方面：一是聚焦于生態足跡的發展現狀及其社會經濟動因的分析。如學者葉文偉、王立群、Luo Huan等就分別基于省域、市域的研究尺度研究了其生態足跡的現狀及其經濟驅動因素。任海軍、李少坤等還分析了生態足跡區域差異的影響因素，結果表明：經濟發展差距是影響區域生態足跡不平等的重要因素。馬劍鋒等學者認為，經濟發展水平與社會技術進步的交替上升，使得我國整體生態足跡呈現出波動變化的態勢，且不同區域間差異明顯，而提高能源利用效率、促進產業結構升級并放緩城鎮人口化進程是降低生態足跡、促進城鎮化可持續發展的重要途經。二是聚焦于生態足跡(生態環境)與經濟發展的關系探索。以王榮森、王剛毅等為代表的學者就研究了省域范圍內生態足跡與城鎮化率和經濟增長之間的關系，結果表明：生態足跡和生態承載力與城鎮化率明顯相關，且均隨著城鎮化率的提高而增長，即一定程度的經濟增長導致了生態足跡水平的提升；Khan Irfan、Lu Wencheng、Chen Yang、傅春等還研究了生態足跡與旅游產業、貿易開放、人力資本和城市化、經濟產業等之間的關系；王德錄等還在研究區域生態足跡與經濟發展關系的同時進一步探究了其經濟社會動因。

從對上述文獻的梳理回顧來看，已有研究雖從多個方面豐富了經濟發展與生態足跡等相關問題的探索，但本文認為還需在以下三個方面進一步完善：第一，在評價指標方面，考慮到京津冀資源環境形勢嚴峻等地域實際，本文將“可持續發展”要素納入到經濟發展系統的指標體系之中，力求體現生態文明融入經濟建設的要求。第二，在研究方法方面，對于某一地域生態足跡的測算，部分學者采用的是國際普遍均衡因子，并不符合京津冀的地域實際。第三，在測度區域經濟發展與生態足跡時空演變特征的基礎上進行兩者耦合關系及驅動力因素的研究成果尚為鮮見。基于此，本文通過構建體現京津冀發展特征的經濟發展評價指標體系，在對京津冀13個地級及以上城市的經濟發展水平和生態足跡狀況進行定量化評價的基礎上，分析并挖掘了兩系統之間的耦合協調關系及背后的驅動力因素，以期為京津冀實現經濟發展與生態環境的協調共進提出策略建議。

一、研究方法與數據來源

(一)經濟發展的評價指標體系和區域生態足跡的測算

1.經濟發展的評價指標體系

我國經濟已由高速增長轉向高質量發展階段，在新形勢下評價經濟的發展水平，不應僅僅統計經濟數值的增長，也應涵蓋社會發展、生態環境等方面，以達到全面評價的目的。基于此，本文在參考發展改革委印發的《綠色發展指標體系》和相關學者研究的基礎之上，遵循指標選取的可獲取性、代表性和科學性的原則，基于京津冀資源環境約束趨緊、經濟發展方式亟待轉型等的地域特征，從經濟增長、人民生活和可持續發展三個方面選取指標進而構建了經濟發展的評價指標體系，并用熵值法確定了各指標的權重，見表1。其中，要素層“經濟增長”由GDP增長率、人均GDP、人均地方財政收入、單位GDP能耗等指標構成；要素層“人民生活”由城鎮化率、居民人均可支配收入、建成區綠化覆蓋率、城鎮登記失業率等指標構成；要素層“可持續發展”由生活垃圾無害化處理率、工業固體廢棄物綜合利用率、人均二氧化碳排放量、人均工業粉塵排放量等指標構成。

表1 京津冀經濟可持續發展指標體系及權重

2.京津冀生態足跡的測算。

生態足跡的測算則在參考淳陽等研究的基礎上，結合京津冀生產消費的實際情況，將其生態足跡賬戶分為生物資源性賬戶和能源消費賬戶(見表2)。另外，由于不同類型土地的生產力以及不同地域的生態環境和技術水平存在差異，故在生態足跡的計算過程中不能進行簡單的加總運算，需要引入均衡因子對數據進行調整處理，本文直接引用了學者劉某承等對北京、天津、河北的均衡因子的測算結果，具體見表3。

表2 京津冀生態足跡賬戶分類及權重

表3 京津冀三地六類土地類型的均衡因子

生態足跡的計算公式為：

(公式1)

式中，EF為總生態足跡，N為總人口數，ef為人均生態足跡，ci為第i類生物資源人均消費量。

(二)研究方法

1.利用熵值法確定各指標權重并進而計算兩系統的綜合評價得分。計算步驟如下：

第一步，計算第j項指標第i個值的比重

(公式2)

第二步，計算第j項指標的熵值

(公式3)

第三步，計算第j項指標的熵權

第四步， 計算綜合評價得分。

(公式4)

(公式5)

上式中，ESI(e)、ESI(f)分別為經濟發展和生態足跡系統的綜合評價得分；wj、wjf分別為兩系統中指標j的權重；Yij、Yijf分別為兩系統中第j項指標第i個值的標準化值；m為指標的個數。

2.基于兩系統的綜合評價得分，應用耦合協調度模型分析兩系統間相互作用關系。本文構建的經濟發展與生態足跡系統的耦合協調度模型為：

C={[ESI(e)×ESI(f)/([ESI(e)+
ESI(f)]/2)2]k}(k≥2)
D=(C×T)1/2
T=α×ESI(E)+β×ESI(f)

(公式6)

上式中，C為耦合度，取值范圍為[0,1]， 數值越大，耦合度越高、兩系統的相互作用越強；ESI(e)、ESI(f)分別為經濟發展系統和生態足跡系統的綜合評價得分；k為調節系數，本文取k=2。D為耦合協調度，取值范圍為[0,1]， 數值越大，表明兩系統的耦合協調度越高；T為綜合協調指數，α、β為加權系數且和為1，同時，本文認為經濟發展和生態足跡的重要程度在該系統中相同，故α和β的均取值均為0.5。

3.基于兩系統耦合協調度的測算結果，運用灰色關聯分析法來分析影響京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調度的影響因素，分析步驟如下：

第一步，確定該評價模型中的參考數列和比較數列。本文以2008—2017年京津冀經濟發展與生態足跡系統的耦合協調度D為參考數列：X0=(X0(1),X0(2),…,X0(k))； 以人口數量、人均GDP、城鎮化率、人均公園綠地面積等10個影響因素構成比較數列：Xi=(Xi(1),Xi(2),…,Xi(k))。

第二步，在對原始數據進行無量綱化處理之后，計算比較數列對參考數列在k時刻的灰色關聯系數ξi(k)。 式中，ρ為分辨系數，取值為0.5。

(公式7)

第三步，計算關聯度ri。ri的值越大表明比較數列對參考數列的影響越大。

(公式8)

第四步，Pearson相關系數檢驗。借鑒李瓊等的研究方法，為保證灰色關聯分析結果的客觀可靠性，采用Pearson相關系數進行驗證。若Pearson相關系數p通過顯著性檢驗，則表明灰色關聯分析的結果可靠。Pearson相關系數p的取值范圍為[-1,1]，絕對值越大即相關性越高，0為完全不想關。其計算公式為：

(公式9)

(三)數據來源

本文的原始統計數據均來自于《北京統計年鑒》《天津統計年鑒》《河北統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》以及各城市的國民經濟和社會發展統計公報。為力求數據的完整性和準確性，對于無法收集到的缺省數據，以缺失值鄰近點的算術平均值進行替代。

二、京津冀經濟發展與生態足跡時空演變特征

(一)京津冀經濟發展與生態足跡的時序演進

從時間脈絡演進發現，2008年到2017年，京津冀經濟發展與生態足跡的綜合評價得分逐年增大(見圖1)，這表明，研究期內京津冀的經濟發展雖呈逐年增長的態勢，但其增長模式還是處在以土地換發展的過程當中，通過依賴土地的占用和能源的消耗來換取經濟的高速增長，區域發展的可持續性不高。具體來說，就經濟發展而言，京津冀經濟發展綜合得分均值在研究期內增長顯著，由2008年的0.3239增長到2017年的0.8199，其中，張家口、天津、北京、衡水等地的經濟發展水平綜合得分增長最為明顯，分別增長了74%、68%、68%和66%；廊坊的經濟發展水平綜合得分增幅最低，僅為7.3%。就生態足跡而言，京津冀人均生態足跡由2008年的3.09hm2/人增長到2017年的3.41hm2/人，增長了百分之十左右，其中，北京、秦皇島、張家口、天津等地的人均生態足跡增幅最大，分別為17.8%、14.9%、12.5%和11.3%；滄州、承德等地的增幅最小，均不足5%。

圖1 2008-2017年京津冀經濟發展與人均生態足跡的發展狀況

同時，本文利用變異系數CV來刻畫2008-2017年京津冀經濟發展與生態足跡的變動趨勢。由圖2可知，京津冀經濟發展的變異系數整體呈下降的趨勢，由2008年的0.209下降到2017年的0.110，表明在研究期內，京津冀經濟發展的區域差異正在逐步減小；生態足跡的變異系數整體呈上升的趨勢，由2008年的0.033上升到2017年的0.061，表明京津冀在研究期內生態足跡的區域差異正在逐步增大。

圖2 京津冀經濟發展與生態足跡的變異系數

(二)京津冀經濟發展與生態足跡的空間分異

應用自然間斷點分級法，將2008年與2017年的京津冀經濟發展與生態足跡的綜合評價得分歸為5大類，分別是經濟發展低水平、較低水平、中等水平、較高水平和高水平；生態足跡低可持續發展水平、較低可持續發展水平、中等可持續發展水平、較高可持續發展水平和高可持續發展水平，并對其進行了可視化呈現。

從圖3中我們可以看出，從2008年到2017年，京津冀的經濟發展水平空間分布格局總體趨于穩定，僅局部發生變化，大致呈現出東北部高、西南部低的分布特征，北京和天津在該區域內的核心地位比較突出。具體來說，在2008年，北京、天津和唐山，是經濟發展高水平城市；石家莊、廊坊、秦皇島、滄州等四地處于經濟發展較高水平區域，這兩級別城市占到了京津冀城市數量的一半以上；而位于京津冀西南部地區的承德、邯鄲、衡水等地，則屬于經濟發展較低水平城市；保定和邢臺，則位于京津冀各市經濟發展水平的末端。到了2017年，唐山的經濟發展水平略有下降，從2008年的高水平城市掉到了第二梯隊；承德由中等經濟發展水平城市上升到較高水平經濟發展城市，邯鄲、衡水和張家口等由較低水平突圍到中等水平，同時，在該時間段內，京津冀中等以上經濟發展水平城市已達11個，占區域內城市數量的85%以上，區域整體的經濟發展水平顯著提升。

圖3 京津冀2008年與2017年經濟發展水平區域差異

京津冀人均生態足跡的空間分布格局整體呈現“中部高、南北低”的分布特征(見圖4)，且在2008年—2017年研究期內，區域整體生態足跡呈逐年上升的態勢，有一半以上的城市生態足跡變化顯著，京津冀各城市發展的可持續性正在走低。具體來說，處在京津冀北部邊緣地帶的承德市，作為區域內著名旅游城市，其區域可持續發展水平最高；邯鄲、滄州、保定三地的生態足跡下降，由2008年的中等、較低、低可持續發展上升為2017年的中等可持續發展和較高可持續發展；廊坊、天津、石家莊、秦皇島、衡水和北京等地的生態足跡上升，可持續發展水平降低，其中以廊坊、天津、秦皇島和北京變化最為顯著，分別由高持續、較高可持續、中等可持續下降到中等、較低和低可持續水平；各分類級別城市數量總體呈現“中等可持續>較高可持續>較低可持續>低可持續>高可持續”的局面。

圖4 京津冀2008年與2017年生態足跡區域差異

三、京津冀經濟發展與生態足跡的耦合關系研究

(一)京津冀經濟發展與生態足跡的耦合互動關系

通過對京津冀經濟發展與生態足跡時空演變特征的分析發現，京津冀經濟發展與生態足跡系統之間存在著聯系，即經濟發展水平高的某些地域，其生態足跡的值也相對較高，發展的可持續性較低，這也從一定程度上說明了經濟發展對以生態足跡表征的生態環境具有負面的影響作用。為進一步探究這種“聯系”，本文應用耦合協調度模型測算了京津冀各市2008年、2012年和2017年經濟可持續發展和生態足跡的耦合度和耦合協調度，并參考謝園園、梁麗英等的劃分標準，采取中值分段法對其進行了等級劃分(見表4)。

表4 耦合度和耦合協調度的等級劃分

從圖5的計算結果來看，京津冀各市“經濟發展—生態足跡”系統的耦合度C的平均值在0.61-0.65之間，且各城市耦合度C的值逐年升高，表明在研究期內，該區域兩系統的相互作用影響程度正在逐步增強；而大部分城市的耦合協調度D的平均值在0.45-0.55之間，表明該區域在研究期內位于瀕臨失調階段，區域發展的可持續性不高。

圖5 京津冀經濟發展與生態足跡的耦合協調度

具體來說：(1)2008年，位于良好協調階段的城市只有張家口、承德兩市，耦合協調度D值分別為0.8524、0.8172；位于低度協調階段的城市有6市，包括北京、天津、唐山、廊坊、秦皇島、滄州等；位于中度失調階段的城市有石家莊、保定、衡水、邢臺和邯鄲等5市。(2)2012年，位于良好協調階段的城市只有承德，耦合協調度D值為0.7255，數量較上一統計年份有所下降；位于低度協調階段的城市有北京、天津、石家莊、唐山、廊坊、秦皇島、滄州、張家口等8市，數量較2008年有所增長；位于中度失調階段的城市仍為保定、衡水、邢臺、邯鄲等4市。(3)2017年，位于良好協調階段的城市有承德、廊坊、石家莊等3市，耦合協調度D的均值為0.7429；位于低度協調階段的城市有北京、天津、唐山、秦皇島、滄州、張家口、衡水等7個城市；位于中度失調階段的城市有保定、邢臺和邯鄲等3市。從對上述的分析結果來看，京津冀“經濟發展—生態足跡”系統的耦合態勢整體變化平穩，多數城市位于低度協調階段，各年份中均未出現嚴重失調的城市，承德市一直位于研究期內的良好協調階段，而像北京、天津、石家莊、唐山等經濟發展好、城鎮化水平高的城市則面臨經濟發展與生態環境失衡的困局；但同時，中度失調城市數目的減少、低度協調和良好協調城市數目的增加也從側面反映了近年來京津冀地區整體“經濟—生態”協調發展的改善。

(二)京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調的驅動因素

通過對上述京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調的分析來看，雖然該區域在研究期內位于瀕臨失調階段，但是其整體的耦合協調度正在逐年提高，表明區域內經濟系統與生態系統的協調程度正在逐步改善。為進一步探究其改善的原因，本文借鑒相關研究并在參考已建立的經濟發展評價指標中，選取了人口數量(X1)、人均GDP(X2)、城鎮化率(X3)、城鎮居民人均可支配收入(X4)、城鎮居民恩格爾系數(X5)、第二產業增加值占GDP比重(X6)、第三產業增加值占GDP比重(X7)、建成區綠化覆蓋率(X8)、人均公園綠地面積(X9)、環境污染治理占GDP比重(X10)等10個來綜合反映人口增長、經濟發展、產業結構、綠化治理等因素的指標構成比較數列(Xi)，以測算其對參考數列耦合協調度的影響。

表5 灰色關聯度和Pearson相關系數

圖6 京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調改善的驅動因素

總體來看，10個驅動因素對京津冀經濟發展與生態足跡的耦合協調影響程度大小依次為：人口數量(0.55)>第三產業增加值占GDP比重(0.54)>城鎮化率(0.51)>城鎮居民恩格爾系數(0.49)>第二產業增加值占GDP比重(0.49)>人均公園綠地面積(0.47)>城鎮居民人居可支配收入(0.38)>建成區綠化覆蓋率(0.35)>人均GDP(0.33)>環境污染治理占GDP比重(0.33)。

具體來說，以人口數量表征的人口因素，從Pearson相關系數來看，3個年份的相關系數均為負值且均在5%的水平下通過顯著性檢驗，表現出較強的負相關性。從灰色關聯度的變化來看，3個年份的關聯度均在0.50以上，相關度較高，且這種關聯程度呈逐年增大的態勢。這表明，人口因素是阻礙京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調改善的關鍵驅動力。2017年，京津冀常住人口突破11247萬人，比2008年增加了1311萬人；常住人口密度為519人每平方公里，是同期全國的3.6倍。人口數量的增加必然會引起糧食、能源等相關資源消耗的增加，使區域內的生態壓力增大，從而不利于經濟發展與生態足跡耦合協調的改善。

經濟因素：人均GDP和城鎮化率。從Pearson相關系數來看，人均GDP在2008年和2012年均未通過顯著性檢驗，2017年在10%的水平下通過顯著性檢驗，相關性較低，且這三個年份的灰色關聯度也較低，這表明人均GDP對該系統耦合協度的改善影響程度不大；城鎮化率在3個年份均通過10%顯著性檢驗，且相關系數均在0.50以上，表現出較強的相關性，灰色關聯度在0.50左右，且呈現逐年增大的態勢，這表明城鎮化率對京津冀經濟可持續發展與生態足跡的耦合協調改善影響程度較大。城鎮化率是一個地區城鎮人口占總人口規模的比率，通常認為隨著城鎮化率的提高、城市化的擴張將會降低人均生態足跡，加大生態壓力，但之所以會出現與現實相悖的實證結論，可能是由于城鎮化率的提高可能會帶來土地集約利用、能源高效利用上的優勢。

財富水平：人均可支配收入、城鎮居民人居恩格爾系數。從Pearson相關系數來看，城鎮居民人均可支配收入在3個年份均沒有通過顯著性檢驗，且灰色關聯度較低，這表明城鎮居民人均可支配收入對該系統耦合協調度的改善影響不大；城鎮居民人居恩格爾系數在2008年未通過顯著性檢驗，在2012年和2017年均在10%的水平下通過顯著性檢驗，表現出較強的相關性，灰色關聯度的數值也聚集在0.50左右，表明城鎮居民人居恩格爾系數對京津冀經濟可持續發展與生態足跡的耦合協調程度的改善有著較大的影響。恩格爾系數是指食物消費支出占個人消費總支出的比重，從2008年到2017年，京津冀城鎮居民恩格爾系數(由各市恩格爾系數均值代替)由36.16%下降到27.70%，食物消費比重的減少，精神層面和服務類消費比重的增加，可在一定程度上降低區域生態足跡，減輕生態壓力，推動區域經濟發展與生態足跡耦合協調的改善。

產業結構因素：第二產業、第三產業增加值占GDP比重。從Pearson相關系數來看，第二產業增加值占GDP比重在2008年未通過顯著性檢驗，在2012年和2017年均在5%的水平下通過顯著性檢驗，第三產業增加值占GDP比重在這三個年份均通過5%顯著性檢驗，表現出較強的正相關性。從灰色關聯度的變化來看，第三產業增加值占GDP比重在三個年份的灰色關聯度均值為0.54，相關度較高，且略大于第二產業增加值占GDP比重，并呈現逐年增大的態勢。這表明，第三產業、第二產業增加值占GDP比重是影響京津冀經濟發展與生態足跡耦合協調改善的又一關鍵驅動力。2008年，京津冀第三產業增加值占GDP比重為49.1%，到了2017年，這一數值上升到60.1%，各類服務或商品創造的價值在GDP中所占比例上升；2008年，京津冀第二產業增加值占GDP比重為44.0%，到了2017年，這一數值下降到35.7%，工業生產創造的價值在GDP中所占比例下降。這一產業結構的變化，對于緩解經濟發展過程中面臨資源約束趨緊、環境污染形式嚴峻的生態困境具有重要的意義。

綠化治理因素：建成區綠化覆蓋率、人均公園綠地面積和環境污染治理占GDP比重。從Pearson相關系數來看，建成區綠化覆蓋率在2008年和2012年均未通過顯著性檢驗，2017年在5%的水平下通過顯著性檢驗，相關性較低，且這三個年份的灰色關聯度也不高，這表明，雖然在研究期內京津冀建成區綠化覆蓋率(由各市均值代替)由2008年的38.7%上升到2017年的42.15%，但該指標因素對該系統耦合協度的改善影響程度不大。人均公園綠地面積除2008年外，其余兩個年份均通過顯著性檢驗，雖呈現出正向相關性，但相關性并不強。環境污染治理占GDP比重僅在2008年通過顯著性水平檢驗，相較于其他驅動力因素，灰色關聯度數值偏低，這表明雖然研究期內京津冀人均公園綠地面積由2008年的10.1(平方米/人)上升到2017年的14.7(平方米/人)，環境污染治理占GDP比重逐年升高，但上述因素并非是推動京津冀經濟發展與生態足跡的耦合協調改善的關鍵驅動力。

四、結論與展望

(一)研究結論

1.京津冀整體的經濟發展水平較高，但不同城市間差異顯著，大致呈現東北部經濟發展水平高、西南部經濟發展水平低的空間分布格局；京津冀人均生態足跡在研究期內呈逐年增長的態勢，表明區域發展的可持續性正在走低，且在地理位置上大致呈“中部高、南北低”的空間分布特征，同時各城市間生態足跡的差異正在逐步增大。

2.京津冀“經濟發展—生態足跡”系統在研究期內位于瀕臨失調階段，區域發展的可持續性不高，還未出現嚴重不協調的城市。

3.在影響京津冀經濟發展與生態足跡協調發展的驅動因素中，人口數量、城鎮化率、城鎮居民恩格爾系數、第三產業增加值占GDP比重等是關鍵的影響因素。

(二)策略建議

針對上述研究結論，本文從因地制宜優化區域生態空間格局、加大生態環境的保護力度、采取有效措施合理控制外來人口的大量涌入等角度提出促進兩系統協調發展的策略建議：

1.因地制宜優化區域生態空間格局。如北京、保定等可持續發展水平較低的城市應大力開展觀賞性旅游生態建設；位于北部地界的承德、石家莊等可持續發展水平較高的城市要重點開展風沙治理、荒山造林和平原造林等生態涵養區的建設，加強區域聯防聯控，彌合逐步增大的區域差異。另外，三地政府要在統一調配下，根據其人口規模、財力狀況和功能定位等區域差異建立合理的生態補償機制，通過生態補償對生態環境進行共建共享，實現京津冀3省市生態共享、經濟互補和可持續發展。

2.加大生態環境的保護力度。從企業層面來講，要加大科技投入，引進先進的技術和經驗，提高資源利用效率，降低單位產能能耗；從政府視角來看，要建立和完善生態環境保護法規體系，加大對污染行為的防控和預警，嚴格落實環境責任追究制度，同時京津冀三地政府還要繼續深化跨區域合作，施行聯防聯控、共同治理，建立京津冀生態建設專項資金，積極鼓勵和引導民間資本投入生態建設，推動區域經濟發展與生態足跡耦合協調的改善。

3.采取有效措施合理控制外來人口的大量涌入，引導人口從生態脆弱、生態壓力大的地區向生態盈余地區遷移，緩解京津冀區域內的生態足跡壓力，同時還要全面提升人口素質，引導人們樹立綠色、低碳的生活方式和生態消費觀念，建立生態消費模式，減輕生態足跡壓力，為京津冀發展的可持續性創造良好的人口環境。