河南省區(qū)域綜合承載力動(dòng)態(tài)評價(jià)研究

劉明華，趙 爽，楊秀花

(1.信陽師范學(xué)院 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 信陽464000;2.河南大學(xué)環(huán)境規(guī)劃學(xué)院，河南開封475004)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國出現(xiàn)了人口增長較快、資源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)危機(jī)重重等問題［1］。如何協(xié)調(diào)區(qū)域人口、資源、環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系成為可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。區(qū)域承載力是指在一定時(shí)期內(nèi)，在確保資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的條件下，資源環(huán)境能夠承載的人口數(shù)量及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)社會總量的能力，它受到資源環(huán)境、區(qū)域發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技水平、人口數(shù)量與素質(zhì)以及人們的生活質(zhì)量等多方面的影響。區(qū)域綜合承載力是研究區(qū)域中兩種或兩種以上承載力的有機(jī)結(jié)合，其綜合性表現(xiàn)在空間、要素、影響、政策、工具、系統(tǒng)6個(gè)方面上的綜合［2］。因此，區(qū)域綜合承載力是衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志，并可定量地揭示區(qū)域發(fā)展中存在的主要問題，為該區(qū)域?qū)嵤┛沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供具有可操作性的調(diào)控對策［2-4］。目前，用于區(qū)域綜合承載力評價(jià)的主要方法有綜合評價(jià)法［5-6］、狀態(tài)空間法［7-10］、主成分分析法［11］、模糊綜合評價(jià)法［12-13］及灰色關(guān)聯(lián)分析法［14］。這些方法在衡量區(qū)域綜合承載力問題中有一定的可操作性，但是存在著程序復(fù)雜、受人為因素影響大等問題，且已有研究大部分是對單項(xiàng)承載力的研究，對綜合承載力的研究很少;研究區(qū)域主要集中在我國的東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和西部生態(tài)脆弱地區(qū)［5，7-10］，對于中部地區(qū)的河南省區(qū)域綜合承載力的研究尚沒有報(bào)道。結(jié)合已有的研究，建立河南省區(qū)域綜合承載力指標(biāo)體系，利用模糊物元的評價(jià)方法對河南省區(qū)域綜合承載力進(jìn)行定量評價(jià)，分析2001—2012年間河南省區(qū)域綜合承載力各單項(xiàng)指標(biāo)對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的影響程度，為河南省社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展政策的制定提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河南省位于中國的心臟腹地，位于110°21'～116°39'E、31°23'～36°22'N 之間，屬于北亞熱帶與暖溫帶過渡區(qū)氣候，具有四季分明、雨熱同期、復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，適宜于農(nóng)、林、牧、漁各業(yè)發(fā)展;地勢西高東低，北坦南凹。北、西、南三面有太行山、伏牛山、桐柏山、大別山四大山脈環(huán)繞，間有陷落盆地，中部和東部為遼闊的黃淮海沖積大平原，山區(qū)丘嶺面積占44.3%。河南省包括17個(gè)地級市和1個(gè)省直轄市濟(jì)源市，土地總面積為167 000 km2，約占全國的1.74%。據(jù)2012年底統(tǒng)計(jì)資料，河南省總?cè)丝?0 543萬人，常住人口為9 405萬人，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值29 810.14億元，為全國經(jīng)濟(jì)增長做出了較大貢獻(xiàn)。河南省地處晉冀魯豫四省交界區(qū)域，明顯的區(qū)位交通優(yōu)勢在全國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著承東啟西、連南貫北的重要作用［11］。因此，河南省區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展顯得尤其重要，有必要對河南省區(qū)域綜合承載力進(jìn)行研究。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

在建立區(qū)域綜合承載力指標(biāo)體系時(shí)，不僅遵循承載力研究的共同原則(科學(xué)性、可操作性、動(dòng)態(tài)性等)，還要遵循主導(dǎo)性和區(qū)域性原則，找出能反映河南省區(qū)域綜合承載力的主導(dǎo)性因素。河南省資源豐富，綜合實(shí)力較強(qiáng)，是我國的重要糧食生產(chǎn)基地，但是，社會發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后。近年來隨著“中原崛起”和“中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)”等國家發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，河南省進(jìn)入快速發(fā)展階段，但是，這也給資源和環(huán)境帶來較大的壓力。在綜合考慮這些因素的基礎(chǔ)上，確定河南省區(qū)域綜合承載力指標(biāo)體系由三大子系統(tǒng)組成。一是壓力類指標(biāo):主要反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展給生態(tài)環(huán)境施加的壓力，包括人口數(shù)量和人口質(zhì)量，以及對環(huán)境造成的污染和消耗［12］。二是承壓類指標(biāo):主要包括反映承載體的狀態(tài)與發(fā)展方面的指標(biāo)，如該區(qū)域擁有的自然資源量以及可提高承載能力的潛力類指標(biāo)，如科技發(fā)展水平、生活質(zhì)量水平等。三是區(qū)域交流類指標(biāo):每個(gè)區(qū)域都是個(gè)開放的系統(tǒng)，區(qū)域間的人際交流、物流、資金流以及鐵路公路的密度都會改變該區(qū)域的承載力狀況。根據(jù)以上原則，構(gòu)建了河南省區(qū)域綜合承載力指標(biāo)體系(表1)。

表1 河南省區(qū)域綜合承載力評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Indicator system of the regional carrying capacity in Henan Province

2.2 區(qū)域綜合承載力評價(jià)模型

在模糊物元分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊集合與歐氏貼近度概念，建立基于歐氏貼近度的模糊物元模型，使其適于區(qū)域綜合承載力評價(jià)，其特點(diǎn)是物理概念清楚，計(jì)算過程簡單，方法易懂［15］。

2.2.1 復(fù)合模糊物元。對于給定的年份M，其各個(gè)特征指標(biāo)C和其量值x，組成有序的三元組R=(M，C，x)作為描述待評價(jià)事物的基本元。若M有n個(gè)特征指標(biāo)C1，C2，…，Cn及其相應(yīng)的指標(biāo)量值 x1，x2，…，xn，則稱 R為n維物元，m個(gè)年份的n維物元組合在一起便構(gòu)成m年的n維復(fù)合物元Rmn，若將Rmn的量值改寫為模糊物元量值，稱為Mi年的n維復(fù)合模糊物元Rmn，記作:

式中:Rmn為m個(gè)年份的n個(gè)特征指標(biāo)的復(fù)合模糊物元;xij為第i年的第j個(gè)特征指標(biāo)對應(yīng)的模糊量值。

2.2.2 從優(yōu)隸屬度。各單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值，從屬于最優(yōu)指標(biāo)值各對應(yīng)評價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值隸屬度程度，稱為從優(yōu)隸屬度。從優(yōu)隸屬度越大越優(yōu)型:uij=xij/max xij;越小越優(yōu)型:uij=min xij/xij。式中:xij為從優(yōu)隸屬度;min xij和max xij分別為每年中每一評價(jià)指標(biāo)中的最小值和最大值。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)模糊物元和差平方模糊物元。由于各指標(biāo)從優(yōu)隸屬度不同，導(dǎo)致在計(jì)算時(shí)各個(gè)指標(biāo)不統(tǒng)一，在計(jì)算了上述的從優(yōu)隸屬度后，使其歸一化。標(biāo)準(zhǔn)模糊物元Run是由從優(yōu)隸屬度模糊物元中各評價(jià)指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度的最大值或最小值加以確定，若以Tij=(uojuij)2表示標(biāo)準(zhǔn)模糊物元Run與復(fù)合模糊物元Rmn中對應(yīng)各項(xiàng)差的平方，則組成差平方復(fù)合模糊物元RT。2.2.4 熵值法確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。區(qū)域綜合承載力各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的重要程度不同，為克服由于主觀因素的影響造成評價(jià)結(jié)果的不合理性，在研究中用熵值法確定權(quán)重系數(shù)，使評價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際。

(1)構(gòu)建m年n個(gè)評價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣:R=(rij)mn。

(2)將判斷矩陣R進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化矩陣B，B的元素為:bij=(rij-rmin)/(rmax-rmin)。式中:rmax和rmin分別為同一評價(jià)指標(biāo)下不同年份中最滿意者或最不滿意者。

(4)定義權(quán)重W和熵權(quán)wi:W=(wi)1×m;wi=(1-

2.2.5 歐氏貼近度復(fù)合模糊物元。在模糊理論中，歐氏貼近度常用于描述2個(gè)方案或樣本相互接近的程度，其值越大表示兩者越接近，反之越遠(yuǎn)。通過這一方式定量描述河南省區(qū)域綜合承載力大小，能夠比較2001—2012年河南省區(qū)域綜合承載力發(fā)展優(yōu)劣狀況。歐氏貼近度用下式表示為:

式中:Pj為第j個(gè)特征指標(biāo)與理想值或標(biāo)準(zhǔn)值之間的歐氏貼近度。以此構(gòu)建歐氏貼近度的復(fù)合模糊物元RP。

2.3 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒(2002—2013)》［16］、河南省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展公報(bào)(2001—2012年)，以及參考河南省環(huán)保局、水利局的相關(guān)數(shù)據(jù)，也有部分是經(jīng)過分析推算而得。

3 區(qū)域綜合承載力評價(jià)與分析

3.1 區(qū)域綜合承載力評價(jià)過程

對區(qū)域綜合承載力的評價(jià)需要建立評價(jià)的各個(gè)指標(biāo)的理想值。研究中各指標(biāo)的理想值以專家打分法作為基礎(chǔ)，參考相關(guān)研究的理想值［2，4-11］，并結(jié)合研究區(qū)的具體情況進(jìn)行必要的調(diào)整，最終確定河南省區(qū)域綜合承載力的理想值(表2)。各指標(biāo)的理想值符合區(qū)域綜合承載力評價(jià)的要求，有利于模型的計(jì)算以及與其他區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r的比較。將河南省2001—2012年的數(shù)據(jù)以及理想的標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)作為12個(gè)事物，用其39個(gè)特征構(gòu)造復(fù)合模糊物元矩陣(表2)。

表2 2001—2012年河南省區(qū)域綜合承載力復(fù)合模糊物元Tab.2 The bearing capacity composite fuzzy matter-element of Henan Province during 2001—2012

根據(jù)從優(yōu)隸屬度的計(jì)算方法確定萬元GDP廢水排放量、萬元GDP廢氣排放量、萬元GDP固體廢棄物排放量、萬元GDP能源消耗量、萬元GDP水資源消耗量、萬元GDP鋼材消耗量、人口自然增長率、人口密度以及文盲率等指標(biāo)按越小越優(yōu)型計(jì)算，其余則按越大越優(yōu)型計(jì)算。根據(jù)從優(yōu)隸屬度公式計(jì)算從優(yōu)隸屬度復(fù)合物元的最大值，組成差平方復(fù)合模糊物元RT。并構(gòu)建12個(gè)事物39個(gè)評價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣R，進(jìn)行歸一化處理。分別計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的熵Hi、熵權(quán)wi。最后，采用歐氏貼近度公式，得到2001—2012年河南省各年度及各指標(biāo)層的評價(jià)樣本貼近度(表3)。

表3 2001—2012年河南省區(qū)域綜合承載力歐氏貼近度Tab.3 The annual Euclid approach degree of regional carrying capacity in Henan Province from 2001 to 2012

3.2 區(qū)域綜合承載力評價(jià)結(jié)果分析

3.2.1 區(qū)域綜合承載力分析。①河南省綜合承載力處于平穩(wěn)上升趨勢，可持續(xù)發(fā)展能力逐步提高。根據(jù)表3中的評價(jià)結(jié)果可以看出，2001—2012年間河南省的區(qū)域綜合承載力整體上呈平穩(wěn)上升趨勢。其中，在2001—2003，2010—2012年呈緩慢的上升態(tài)勢，2004—2010年間呈良好的線性上升，尤其2008年河南省的區(qū)域綜合承載能力得到明顯提升(圖1)，表明此階段河南省資源優(yōu)化配置程度得到提高，河南省可持續(xù)發(fā)展能力得到逐步提高，并不斷得到優(yōu)化。②壓力類指標(biāo)是限制區(qū)域綜合承載力進(jìn)一步增強(qiáng)的主要原因。在高層指標(biāo)中，雖然承壓類指標(biāo)處于持續(xù)增加的過程，但是除2008年外，2001—2012年間壓力類指標(biāo)貼近度均高于承壓類指標(biāo)貼近度，從圖1可以看出，近年來壓力類指標(biāo)的增長大于承壓類指標(biāo)，說明河南省區(qū)域綜合承載力在不斷提高，可持續(xù)發(fā)展程度日趨優(yōu)化，但是也存在經(jīng)濟(jì)增長的質(zhì)量和效益不高、資源環(huán)境瓶頸制約加劇、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的要求十分緊迫等方面的問題。③基礎(chǔ)設(shè)施薄弱是限制區(qū)域綜合承載力的重要影響因素。雖然河南省路網(wǎng)密度較高、社會客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量大，但是資金流入量較小限制了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從圖1可見，2001—2008年區(qū)域交流類指標(biāo)貼近度均低于壓力類和承壓類指標(biāo)，是限制區(qū)域綜合承載力提高的重要影響因素;但是，從2005年以后區(qū)域交流類指標(biāo)貼近度呈大幅度上升，并在2009年超過承壓類指標(biāo)，在一定程度上促進(jìn)了區(qū)域綜合承載力的提升。

圖1 2001—2012年高層指標(biāo)貼近度Fig.1 High-level indicators approach degree from 2001 to 2012

3.2.2 壓力類指標(biāo)特征分析。① GDP及產(chǎn)業(yè)增長率是影響A1的主要因素。河南省區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，A1的貼近度從2001年的0.415 0增長到2011年的0.783 4，因此，A1給區(qū)域綜合承載力帶來較大的壓力。其中，B1增長波動(dòng)較大，這主要是受到宏觀經(jīng)濟(jì)的影響，究其內(nèi)在原因是其GDP及產(chǎn)業(yè)增長率等速率指標(biāo)發(fā)展緩慢且極其不穩(wěn)定，尤其在2006年以后速率指標(biāo)發(fā)展呈下降趨勢，2010—2012年間出現(xiàn)較大幅度的下降(圖2)。② B2和B3偏高給區(qū)域綜合承載力帶來較大壓力。壓力類指標(biāo)主要受到B2和B3的影響(圖2)，雖然近年來環(huán)境污染和物耗有所降低，但是，這兩個(gè)指標(biāo)給區(qū)域綜合承載力帶來較大壓力，是限制區(qū)域綜合承載力的重要因素。③人口類指標(biāo)對壓力類指標(biāo)的影響較小。2001—2012年間河南省C14提高較快;同期的A2中的其他3個(gè)指標(biāo)相對比較平穩(wěn)，表明河南省的人口類指標(biāo)給區(qū)域綜合承載力帶來的壓力不大。

圖2 2001—2012年壓力類指標(biāo)貼近度Fig.2 Pressure indicators approach degree from 2001 to 2012

3.2.3 承壓類指標(biāo)特征分析。①B5是影響A3的重要因素。2001—2012年間，河南省環(huán)境治理指標(biāo)(B6)雖有小幅波動(dòng)，但總體保持小幅平穩(wěn)增長，表明該指標(biāo)一直處在良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。自然資源指標(biāo)(B5)存在一定程度的波動(dòng)現(xiàn)象，2001年較低，其貼近度為0.629 9，2003年和2010年較高，其貼近度分別為0.811 2和0.840 5，其他年份介于二者之間并存在小幅波動(dòng)現(xiàn)象。因此，河南省的資源環(huán)境類指標(biāo)(A3)的總體趨勢受自然資源指標(biāo)(B5)影響較大，其主要特征是增長緩慢，并存在一定的波動(dòng)現(xiàn)象，其貼近度在2001年較低僅有 0.672 0，2003年和2010年較高，分別為0.824 6和0.863 7(圖3)。因此，承壓類指標(biāo)總體表現(xiàn)為雖存在波動(dòng)現(xiàn)象，但仍處于較好的發(fā)展趨勢。②A4處于快速增長的趨勢，但仍是制約承壓類指標(biāo)的重要因素。A4增長速度較快，其貼近度從2001年的0.477 8增長到2012年的0.903 7，顯示出河南省的區(qū)域綜合承載能力提升潛力較大。其主要原因是B7～B9的逐步升高(圖4)。但是，A4中也存在一些問題，如2012年河南省人均GDP為31 753.45元，全國排名第23位，不僅與東部發(fā)達(dá)省份有較大差距，而且與全國相比也有一定的差距;第三產(chǎn)業(yè)比重偏低，并且存在多年發(fā)展不足，主要原因是河南省是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，第一產(chǎn)業(yè)仍然在經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，近年來第二產(chǎn)業(yè)得到了一定的發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)比重仍然偏低，諸如C31偏低、C25小等問題。近年來雖然取得了較快增長，但是，由于基礎(chǔ)差、底子薄，仍是制約河南省的區(qū)域綜合承載力的進(jìn)一步提升的重要因素。

圖3 2001—2012年資源環(huán)境指標(biāo)貼近度Fig.3 Resources and environment indicators approach degree from 2001 to 2012

圖4 2001—2012年潛力指標(biāo)貼近度Fig.4 Potential indicators approach degree from 2001 to 2012

3.2.4 區(qū)域交流類指標(biāo)特征分析。2001—2012年間，河南省的區(qū)域交流(A5)呈現(xiàn)了先緩慢、后快速的發(fā)展趨勢，其中，2001—2005年間增長速度較慢，其貼近度從2001年的 0.269 2緩慢增長到 2005年的 0.361 2，2006—2012年處于快速增長發(fā)展階段，其貼近度從2005年的0.361 2增長到2012年的 0.955 6。區(qū)域交流(A5)這一發(fā)展趨勢取決于其下級指標(biāo)的貢獻(xiàn)，5個(gè)指標(biāo)均在一定程度上存在先緩慢后快速的增長趨勢。因此，隨著全社會客、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量和資金流入量的持續(xù)增加，河南省區(qū)域交流持續(xù)增強(qiáng)，顯示出未來較強(qiáng)的發(fā)展動(dòng)力。

4 結(jié)論

構(gòu)建區(qū)域綜合承載力指標(biāo)體系，并用模糊物元分析方法對2001—2012年河南省區(qū)域綜合承載力進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算出其貼近度。結(jié)果表明，2001—2012年河南省區(qū)域綜合承載力逐步增強(qiáng)，可持續(xù)發(fā)展能力緩慢提高，處于較好的發(fā)展階段;從其計(jì)算過程中也得出促進(jìn)和制約河南省區(qū)域綜合承載力的影響因素，這為河南省未來的發(fā)展提供了良好的依據(jù)。但只是對河南省區(qū)域綜合承載力作了時(shí)間序列方面的研究，區(qū)域綜合承載力的評價(jià)模型、區(qū)域綜合承載力的區(qū)域差異和演變格局等需要進(jìn)一步研究。

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