京津冀地區(qū)污染物排放與城市化過程的耦合關(guān)系

陳　向,周偉奇,*,韓立建,虞文娟

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京　100085

京津冀地區(qū)污染物排放與城市化過程的耦合關(guān)系

陳向1,2,周偉奇1,2,*,韓立建1,虞文娟1,2

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100085

2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京100049

我國快速的城市化發(fā)展不僅帶來了經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的大量聚集,同時也對資源和環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響。在城市化進(jìn)程較為快速的城市群地區(qū),城市化帶來的生態(tài)環(huán)境脅迫尤為突出。以典型污染物為指標(biāo),定量研究了京津冀地區(qū)13個城市在2000年、2005年、2010年的工業(yè)和生活污染物的排放總量、人均排放量、排放效率、排放強(qiáng)度的時空特征,研究了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與污染物排放的定量響應(yīng)模式,以探討污染物排放與城市化的耦合關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：(1)京津冀地區(qū)的污染物排放空間分異特征顯著,其中北京的生活污水、生活COD等污染物排放總量為地區(qū)內(nèi)最高,唐山、天津、石家莊等城市的工業(yè)污染物排放高于其它城市。(2)北京、天津工業(yè)污染物的排放效率較高,人均排放量、排放強(qiáng)度低于其它城市。(3)2000—2010年間,京津冀地區(qū)的生活污水、工業(yè)廢氣、工業(yè)固廢排放顯著增加(P>0.05),而其它生活和工業(yè)污染物排放量、排放效率和排放強(qiáng)度等呈顯著下降趨勢(P>0.05)。(4)京津冀地區(qū)的工業(yè)廢水、工業(yè)和生活SO2、生活煙塵、工業(yè)固廢和工業(yè)廢氣等污染物的排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在環(huán)境庫茲涅茲曲線特征(R2<0.5,P<0.05)。定量揭示了京津冀地區(qū)污染物排放的時空分布特征及其與城市化發(fā)展的關(guān)系,可為城市群區(qū)域污染物排放的管理及環(huán)境保護(hù)政策的制定提供科學(xué)參考。

京津冀地區(qū);污染物排放量;環(huán)境庫茲涅茲曲線

改革開放以來,我國社會經(jīng)濟(jì)與城市化發(fā)展迅速。尤其是2000年以來,經(jīng)濟(jì)快速增長,到2010年,經(jīng)濟(jì)總量已位列世界第二。我國的人口城市化率從1978年的17.9%增長到2014年的54.77%,預(yù)計到2020年將達(dá)到60%[1]。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的大規(guī)?？焖偌?對資源與環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響,如水資源短缺和水污染[2]、大氣污染[3]、土壤污染[4]及城市熱島[5-6]等一系列的問題。這些問題在我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的城市和城市群地區(qū)中尤為突出。

“十一五”規(guī)劃及《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》均指出,我國將以城市群為主體形態(tài),推進(jìn)我國的新型城市化發(fā)展。在國家戰(zhàn)略的推動下,城市群的發(fā)展無疑將對我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展發(fā)揮更加重要的作用,而同時,也可能因此產(chǎn)生更為復(fù)雜的城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題[1,7]。因此,急需開展以城市群為對象,研究城市群發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的影響。

目前,城市群尺度上開展的生態(tài)環(huán)境問題研究,主要針對地區(qū)整體性影響[8- 10],而對城市群內(nèi)部環(huán)境的時空異質(zhì)性關(guān)注較少[11]。已有的一些研究顯示,城市群內(nèi)部生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有明顯的空間差異。如長三角地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在空間上呈現(xiàn)以上海—蘇錫?！暇榻?南面最好,北面次之,中間最差的格局[12]。在京津冀地區(qū),城市污染物排放空間差異明顯。研究表明,北京市的生活污染物已經(jīng)成為京津冀地區(qū)水污染的主要來源,而工業(yè)污染物則主要來源于天津及河北省各城市[13]。但是總體而言,對城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、污染物排放的空間特征,及其演變的研究尚顯不足。而在城市群尺度,對如何協(xié)調(diào)快速的經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境污染之間的關(guān)系的研究相對較少。眾多的學(xué)者主要在城市尺度,基于環(huán)境庫茨涅茨曲線(Environment Kuznets Curve, EKC),研究了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染之間的關(guān)系[14]。發(fā)現(xiàn)當(dāng)人均GDP處于較低階段時,經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致環(huán)境惡化,而當(dāng)人均GDP達(dá)到某拐點(diǎn)后經(jīng)濟(jì)增長對環(huán)境污染的改善則有積極作用[15- 20]。

鑒于城市群尺度研究的重要性和研究不足的現(xiàn)狀,本文選取我國城市化發(fā)展迅速、生態(tài)環(huán)境問題突出的京津冀城市群為研究對象,進(jìn)行定量研究：1)城市群內(nèi)部污染物排放的時空分異特征,及2)污染物排放與城市化指標(biāo)之間的關(guān)系,進(jìn)而探討3)京津冀城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)展與各污染物之間是否存在EKC特征,4)以確定京津冀地區(qū)主要污染物的排放規(guī)律,為該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)及政策的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1研究區(qū)域

圖1　京津冀地區(qū)內(nèi)城市行政邊界　Fig.1　The administrative boundaries of the cities in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

京津冀城市群位于華北地區(qū)與東北地區(qū)間的結(jié)合部,是我國華北平原核心區(qū)域,包含北京、天津兩個直轄市和河北省的11個地級市(圖1),總面積為21.58萬km2,占全國總面積的2.3%。該區(qū)域是我國繼長江三角洲和珠江三角洲之后又一經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的地區(qū),到2010年,地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)達(dá)43954億元。區(qū)域內(nèi)人口稠密,人口密度達(dá)442人/km2。京津冀城市群城市化發(fā)展迅速,1980—2010年,人口城市化率從22%增長至41.3%。然而,區(qū)域內(nèi)的人口城市化率差異明顯。2010年,北京和天津均超過60%。尤其是北京,其人口城市化率高達(dá)79.36%,遠(yuǎn)高于地區(qū)41.3%的平均水平。2000—2010年,京津冀地區(qū)積極實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,生態(tài)環(huán)境急劇惡化的趨勢有所減緩。但與國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比仍有一定的差距,PM2.5濃度超標(biāo)及河湖水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等逐漸成為突出的環(huán)境問題[2,21]。

1.2數(shù)據(jù)及來源

人口、經(jīng)濟(jì)及城市面積數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計年鑒(表1)。污染物排放數(shù)據(jù)主要來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》及《全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估項(xiàng)目》及地區(qū)環(huán)境狀況公報等。

表1　本文所用數(shù)據(jù)及來源

1.3研究方法

本文以工業(yè)廢水、生活污水、工業(yè)和生活SO2、工業(yè)和生活COD、工業(yè)和生活煙粉塵、工業(yè)固廢和工業(yè)廢氣等污染物排放為研究指標(biāo),以城市群內(nèi)13個城市為研究對象,定量分析2000年,2005年和2010年污染物排放總量的時空特征及污染物排放總量與城市化的關(guān)系。城市化過程主要包括城市人口的增長,經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市空間擴(kuò)張等方面[22]。因此,本文用污染物人均排放量、單位GDP污染物排放量及單位國土面積污染物排放量等指標(biāo)研究污染物排放與城市化程度的關(guān)系(表2)。

為了探究京津冀城市群是否存在“環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)”現(xiàn)象,即人均GDP的增長和污染物排放之間是否存在倒“U”型曲線的關(guān)系,以及這種倒“U”型曲線關(guān)系在各種污染物之間是否有差別,本文對各污染物排放與人均GDP的關(guān)系進(jìn)行了研究。本文中的人口數(shù)據(jù)為統(tǒng)計年鑒中用到的常住人口。GDP是以2000年為基準(zhǔn)價進(jìn)行環(huán)比指數(shù)連乘法計算后得到的不變價GDP[23]。

表2　京津冀地區(qū)污染物排放與城市化關(guān)系分析內(nèi)容、指標(biāo)、方法及意義

2　結(jié)果

2.1京津冀城市群污染物排放總量的時空特征

京津冀城市群污染物排放總量時空差異明顯(圖2)。其中,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模較大的北京、天津、唐山、石家莊,其污染物排放總量高于其它城市。2000—2010年,各城市生活污水、工業(yè)廢氣及工業(yè)固廢等污染物排放總量仍呈現(xiàn)上升趨勢,但其它污染物排放總量呈下降趨勢。具體表現(xiàn)為：

時間上,2000—2010年,總體而言,地區(qū)生活污染物排放量和工業(yè)污染物排放量呈下降趨勢,尤其在2005—2010年間,工業(yè)污染物排放量下降明顯。但是個別類似的工業(yè)污染物,如工業(yè)廢氣和工業(yè)固廢,其排放總量在多數(shù)城市中有明顯上升的趨勢。尤其是唐山市,其工業(yè)廢氣排放量從2000年的26.66×106萬標(biāo)m3上升至2010年的16.87×107萬標(biāo)m3,增長了5.3倍。不同于其他類型的生活污染物,生活污水排放量在多數(shù)城市呈現(xiàn)上升趨勢。如北京市,2000年,生活污水排放量為66300萬t,2010年增長到128217萬t,約占京津冀地區(qū)2010年污水排放量的40%。

空間上,北京、天津、唐山、石家莊4個城市的污染物排放量大、約占京津冀地區(qū)污染物排放量的37%—69%。其中,北京的生活污水及生活COD排放量遠(yuǎn)高于其它城市,平均分別達(dá)到94237萬t和116215t。而以工業(yè)發(fā)展為主的唐山、石家莊等城市,工業(yè)污染物排放量則高于生活污染物排放量。

圖2　污染物在京津冀地區(qū)各城市中的排放空間差異及時間變化特征Fig.2　Spatial and temporal variation of total amount of pollutants emissions in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

2.2京津冀城市群污染物排放與城市化的耦合關(guān)系

本部分分析了污染物排放與人口、GDP及單位國土面積等城市化指標(biāo)之間的關(guān)系。

2.2.1污染物人均排放量的時空特征

京津冀地區(qū)的污染物人均排放量時空差異明顯(圖3)?？傮w而言,在北京、天津等人口密度高的城市,污染物人均排放量低于河北其它城市;除生活污水、工業(yè)廢氣和工業(yè)固廢外,其它類型污染物人均排放量在各個城市均呈下降趨勢。具體表現(xiàn)為：

時間上,人均生活污水排放量逐年增加。其它污染物,如COD、SO2、煙粉塵等,人均排放量在多數(shù)城市中呈下降趨勢。其中石家莊的人均工業(yè)煙粉塵排放量下降最快,從2000年的31.1 kg/人下降到2010年的4.7 kg/人,減少了近85%。受排放總量增加的影響,京津冀地區(qū)的人均工業(yè)廢氣及人均工業(yè)固廢排放量均呈上升趨勢,其中廊坊的人均工業(yè)廢氣排放量增加最為明顯,從2000年的0.25萬標(biāo)m3/人增長到2010年的20萬標(biāo)m3/人。

空間上,以工業(yè)發(fā)展為主的唐山、石家莊等城市,人均工業(yè)污染物排放量較大。由于天津市人口較多,雖然排放總量大,但部分人均工業(yè)污染物排放量低于石家莊、邯鄲、張家口等城市。北京市不僅生活污水排放總量大,其人均生活污水排放量也遠(yuǎn)高于其它城市。2010年,北京市人均生活污水排放量達(dá)到101938 kg/人,遠(yuǎn)高于京津冀地區(qū)29011 kg/人的平均人均排放水平。

圖3　京津冀地區(qū)人均污染物排放空間差異及時間變化特征Fig.3　Spatial and temporal variation of pollutants emissions per capita in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

2.2.2污染物排放效率時空特征

圖4　京津冀地區(qū)單位GDP污染物排放空間差異及時間變化特征Fig.4　Spatial and temporal variation of pollutants emissions per unit of GDP in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

京津冀地區(qū)的污染物排放效率時空差異明顯(圖4)。2000—2010年,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,多數(shù)城市的單位GDP污染物排放量在下降,排放效率逐步提高。在經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大、發(fā)展較好的地區(qū),如北京、天津等,污染物排放效率高于其它城市,具體表現(xiàn)為：

時間上,京津冀地區(qū)的單位GDP污染物排放量在逐漸降低,排放效率提高。北京市的單位GDP生活污染排放量雖然較高,但已經(jīng)從2000年的26700 kg/萬元下降到2010年的17000 kg/萬元,排放效率提高明顯。其它城市的單位GDP污染物排放量均有不同程度的下降。如天津的單位GDP生活煙塵排放量從2000年的3.62 kg/萬元下降到2010年的0.16 kg/萬元,排放效率提高了21倍。

空間上,除北京的單位GDP生活污水排放量較高外,北京、天津、保定、滄州等地的單位GDP污染物排放相對較低,污染物排放效率高于其它城市。在天津,雖然生活和工業(yè)污染物排放量較大,但單位GDP污染物排放量比石家莊、張家口、邯鄲、邢臺等城市相對較低。而在北京,由于排放量較大,生活污水排放效率平均在21295 kg/萬元之間,遠(yuǎn)高于地區(qū)11914 kg/萬元的平均水平。

2.2.3污染物排放強(qiáng)度時空特征

與污染物人均排放及排放效率類似,污染物排放強(qiáng)度同樣表現(xiàn)出明顯的時空差異(圖5)。北京、天津的生活污染物排放強(qiáng)度高于其它城市,而天津、唐山的工業(yè)污染物排放強(qiáng)度高于其它城市。2000—2010年間,生活污水、工業(yè)廢氣、工業(yè)固廢排放強(qiáng)度有上升的趨勢,而其它污染物排放強(qiáng)度呈下降的趨勢,具體表現(xiàn)為：

時間上,2000—2010年間,除生活污水外,工業(yè)廢水、COD、SO2、煙粉塵等污染物的排放強(qiáng)度總體呈下降的趨勢,而工業(yè)固廢、工業(yè)廢氣的排放強(qiáng)度在多數(shù)城市中呈上升趨勢。其中,廊坊的工業(yè)廢氣排放強(qiáng)度增長最快,從2000年的148萬標(biāo)m3/km2增長到2010年的13104萬標(biāo)m3/km2,排放強(qiáng)度甚至超過唐山2010年的12522萬標(biāo)m3/km2。

空間上,天津、唐山的工業(yè)污染排放強(qiáng)度高于其它地區(qū),尤其是唐山市,各污染物的單位國土面積排放量均相對較高。而北京、天津的生活污染物排放強(qiáng)度高于其它城市。其中,北京市的生活污水排放強(qiáng)度為地區(qū)最高,平均達(dá)到5.71×106kg/ km2,遠(yuǎn)高于區(qū)域平均1.47×106kg/ km2;而天津的生活COD排放強(qiáng)度高于其它地區(qū),平均達(dá)到9969 kg/ km2。

圖5　京津冀地區(qū)單位國土面積污染物排放空間差異及時間變化特征Fig.5　Spatial and temporal variation of pollutants emissions per unit of area in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

2.3京津冀地區(qū)污染物排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的EKC特征

在京津冀地區(qū),隨著城市人均GDP的增加,工業(yè)類污染物如工業(yè)COD、工業(yè)煙粉塵等的排放量在逐漸下降。而工業(yè)廢水、工業(yè)固廢、工業(yè)廢氣、生活煙塵及生活SO2等污染物排放量則隨著人均GDP的增加出現(xiàn)先上升后逐漸下降的趨勢,呈現(xiàn)一定的EKC特征(R2<0.5,P<0.05)(圖6)。結(jié)果顯示,在京津冀地區(qū),當(dāng)人均GDP為4萬元/人左右時出現(xiàn)EKC的拐點(diǎn)值,即人均GDP低于4萬元/人時,污染物排放量有增加的趨勢;當(dāng)人均GDP高于4萬元/人時,污染物排放量呈下降的趨勢。到2010年,在京津冀地區(qū)人均GDP高于4萬元/人的城市只有北京、天津和唐山,而其它城市除石家莊達(dá)到3萬元/人外,其它城市均低于3萬元/人,甚至在邯鄲、邢臺、張家口、承德及衡水等城市的人均GDP低于2萬元/人。然而,雖然多數(shù)工業(yè)污染物排放呈現(xiàn)出一定的EKC特征,但京津冀地區(qū)的生活污水及生活污水中的COD排放量卻仍在隨著人均GDP的增長出現(xiàn)增加。

圖6　人均GDP與污染物排放量之間的相關(guān)性Fig.6　Relationships of pollutants emissions and per capita GDP in Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration from 2000 to 2010

3　討論

國家及各地區(qū)頒布的“減排”宏觀政策對京津冀地區(qū)主要污染物排放的控制具有積極的作用。2000—2010年,國家相繼出臺的“十五”和“十一五”計劃明確提出污染物排放總量控制目標(biāo)。尤其在“十一五”計劃期間,首次將主要污染物排放的減排量作為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的約束性指標(biāo)以來,全國范圍內(nèi)的SO2、COD污染物排放量分別下降了14.29%和12.45%。同時,京津冀地區(qū)各城市也出臺了一系列污染物排放管理的政策和措施,如北京市的《北京市環(huán)境污染防治目標(biāo)和對策》、天津市的“藍(lán)天碧水工程”及河北省的《河北省減少污染物排放條例》等,廣泛采取企業(yè)污染治理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、餐飲油煙及秸稈焚燒整治、城鄉(xiāng)綠化美化等措施,同時大力控制煤煙型污染、機(jī)動車尾氣污染及揚(yáng)塵污染,使京津冀地區(qū)范圍內(nèi)的工業(yè)廢水、COD、SO2、煙粉塵等污染物排放量呈逐漸下降的趨勢。然而,由于污染物排放量較大,京津冀地區(qū)的污染物排放強(qiáng)度仍高于其它地區(qū)[24]。

各項(xiàng)政策的實(shí)施使主要的傳統(tǒng)污染物排放呈下降趨勢,但京津冀地區(qū)的工業(yè)廢氣、工業(yè)固廢排放量及生活污水仍在逐年增加,主要污染物發(fā)生變化。特別是工業(yè)廢氣,與燃煤、機(jī)動車排放物混合產(chǎn)生的PM10和PM2.5等新型污染物已經(jīng)取代SO2成為京津冀地區(qū)的主要污染物,嚴(yán)重影響到該地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量[3,25]。但是,由于城市發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的差異,各城市的污染源不盡相同。如在北京,機(jī)動車尾氣排放對大氣影響最為明顯。據(jù)統(tǒng)計,其對北京市的PM10和PM2.5貢獻(xiàn)率分別達(dá)到23%和28%[24];而天津及河北各城市的工業(yè)污染及燃煤對大氣影響較為嚴(yán)重。如中國最大的鋼鐵生產(chǎn)基地——唐山市,鋼鐵產(chǎn)業(yè)對全市污染物排放量貢獻(xiàn)率分別為氮氧化物25%,SO233%,PM1012%,PM2.519%[24]。此外,由于大量的人口不斷進(jìn)入北京、天津等主要城市,致使這些城市的生活污染物,如生活污水及生活COD等,不僅排放量大,而且還有快速增加的趨勢。大量的生活污染物排放到城市河流中,給城市河流生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的影響[26-27]。

京津冀地區(qū)各城市污染物排放差異顯著,因此在不同城市,污染物控制應(yīng)有所側(cè)重。為了區(qū)域協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的順利進(jìn)行,保證地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,京津冀地區(qū)采取聯(lián)防聯(lián)控的大氣污染控制機(jī)制[21],以及水污染防治及水資源的聯(lián)合管理等方式[2],以期解決區(qū)域性、復(fù)合型的生態(tài)環(huán)境問題。本文的研究結(jié)果顯示,在進(jìn)行大氣污染物和水體污染物排放區(qū)域協(xié)同控制時,不同的城市,應(yīng)該各有側(cè)重。如北京市的生活廢水及人均生活廢水排放量在逐年增大,因此在京津冀地區(qū)內(nèi)應(yīng)該重點(diǎn)對北京的生活污水排放進(jìn)行控制,如可以通過多建污水處理廠等設(shè)施以降低過量的生活污水排放[28]。同時,進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜丝诳刂埔灿欣跍p少生活污水排放量。而唐山、天津、石家莊等工業(yè)污染物排放總量較大的城市,則可以通過環(huán)保投資及總量控制管理等機(jī)制加快技術(shù)升級改造及提高生產(chǎn)效率等方式降低工業(yè)污染物排放[29]。

京津冀地區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢對環(huán)境保護(hù)的支持逐漸顯現(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人均GDP與污染物排放量呈現(xiàn)出一定的EKC特征,但效果還不明顯(圖6)。在2005年—2010年,當(dāng)京津冀地區(qū)人均GDP達(dá)到4萬元左右時,工業(yè)廢水、生活煙塵、生活SO2、工業(yè)固廢和工業(yè)廢氣排放量隨人均GDP的增長出現(xiàn)下降的趨勢,與吳玉萍等[18]預(yù)測的時間基本一致。根據(jù)人均GDP及污染物排放確定EKC拐點(diǎn)已成為研究地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染關(guān)系的核心。但在不同區(qū)域,由于地區(qū)收入水平、環(huán)境容量、社會因素及地區(qū)環(huán)境政策、環(huán)境投資及公眾環(huán)境意識等差別較大[18],EKC拐點(diǎn)有所不同。如Selden和Song[30]估計SO2和懸浮顆粒人均排放量的拐點(diǎn)應(yīng)發(fā)生在8000美元左右,而Panayotou[31]估計它們的拐點(diǎn)分別在2900美元到3800美元之間。在京津冀地區(qū)的北京、天津和唐山等城市人均GDP達(dá)到4萬元后,污染物排放量有下降的趨勢。可能是隨著經(jīng)濟(jì)總量的增加,這些城市更具環(huán)保投資能力,同時也改變了人們的傳統(tǒng)消費(fèi)理念和生活方式及促進(jìn)了工業(yè)技術(shù)革新[32]等原因,從而減少了污染物排放量,提高了污染排放效率,對京津冀地區(qū)的污染物控制起到了重要推動作用。

4　結(jié)論

本文選擇6種典型污染物,以京津冀城市群的13個城市為研究對象,定量分析了污染物排放的時空特征,及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。主要結(jié)論包括：

(1)2000—2010年,隨著城市化程度的提高,京津冀城市群的污染物排放呈下降趨勢,尤其在“十一五”規(guī)劃(2005—2010年)期間,工業(yè)污染物排放下降明顯。但由于各城市的城市化水平不同,主要污染物排放總量、排放效率及排放強(qiáng)度等均差異較大。人口規(guī)模較大的北京和天津,生活廢水及生活COD的排放量、人均排放量和排放強(qiáng)度較高,而以工業(yè)發(fā)展為主的唐山、石家莊等城市,工業(yè)污染物的排放量、人均排放量及排放強(qiáng)度相對較高。

(2)隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長,京津冀地區(qū)的主要污染物排放量與人均GDP呈現(xiàn)一定的環(huán)境庫茲涅茨曲線特征,特別是2005年之后,由于“十一五”規(guī)劃出臺及在北京、天津及唐山市的人年均GDP相繼達(dá)到4萬元后,主要污染物的排放量下降明顯。

由于城市化程度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式存在差異,因此,在京津冀環(huán)境污染防治過程中,不論是大氣污染防治的聯(lián)防聯(lián)控,還是水資源及水污染的聯(lián)合管理,在不同城市應(yīng)有所側(cè)重,如生活污水排放方面應(yīng)重點(diǎn)控制北京市的排放總量,而在工業(yè)污染排放方面應(yīng)主要控制唐山等城市的排放量。同時,經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展可為污染防治提供所需的大量資金、防治技術(shù)的發(fā)展與先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn),加上京津冀區(qū)域一體化戰(zhàn)略下強(qiáng)有力的環(huán)境政策支持,將為京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供良好的保障,有利于減緩京津冀地區(qū)的環(huán)境污染。

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Spatiotemporal variations of pollutant emissions and their relationship with the urbanization of the Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration

CHEN Xiang1,2, ZHOU Weiqi1,2, *, HAN Lijian1, YU Wenjuan1,2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Rapid urbanization in China has led to tremendous socio-economic development, but has also caused a variety of environmental problems. The Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) agglomeration is one of the most rapidly urbanizing areas in China, and is currently facing with considerable resource depletion challenges and severe local and regional pollution. In order to understand the impact of urbanization on regional environments, we investigated the spatiotemporal characteristic of the emissions of 10 types of pollutants in the 13 cities in the BTH region, from 2000 to 2010. The pollutants included: domestic sewage (DS), industrial waste water (IWW), industrial and domestic chemical oxygen demand (ICOD; DCOD), industrial and domestic sulfur dioxide (ISO2; DSO2), industrial and domestic smoke and dust (ISD; DSD), industrial solid waste (ISW), and industrial waste gas (IWG). Pollutant emissions per capita (PEPC), pollutant emissions per unit of GDP (PEPUG), and pollutant emissions per unit of area (PEPUA) were calculated for 2000, 2005, and 2010. We further examined the relationship between the emissions and economic development to investigate whether pollutant emissions in the region fit an environmental Kuznets curve (EKC). The results showed that: (1) There was considerable variation in the pollutant emissions among the cities. Four cities (Beijing, Tianjin, Tangshan, and Shijiazhuang) accounted for 37% to 69% of the total pollutant emissions in the region. Higher average DS and DCOD emissions were noted for Beijing (942.37 million t and 116214 t, respectively) than for the other cities. In contrast, the IWW, ICOD, ISO2, ISD, ISW, and IWG emissions were higher in Tianjin, Tangshan, and Shijiazhuang than in the other cities; (2) Compared to the other cities, the highest domestic and industrial pollutant emissions were noted in Beijing and Tianjin, respectively. However, the PEPC, PEPUG, and PEPUA were lower in these two cities than in the other cities, except for the DS pollutant. In fact, the PEPC, PEPUG, and PEPUA for DS were much higher in Beijing than in the other cities. For example, the PEPUG for DS in Beijing was 21295 kg/10000 Yuan, while the regional average was 11914 kg/10000 Yuan; (3) From 2000 to 2010, changes in pollutant emissions varied among the cities. The total PEPC and PEPUA for the DS, ISW, and IWG emissions increased for most of the cities. For example, IWG emissions in Tangshan increased from 266.6 billion Nm3in 2000 to 1687 billion Nm3in 2010. However, IWW, ICOD, DCOD, ISO2, DSO2, ISD, and DSD emissions, decreased from 2000 to 2010; and (4) There were EKC characteristics for the IWW, ISW, IWG, DSO2, and DSD pollutants in the region (R2<0.5,P<0.05). The turning point for pollutant emissions typically occurred when the per capita GDP reached approximately 40000 Yuan. Overall, the considerable variations in total emissions and emission intensity among cities in the region suggested that differentiated policies and actions should be taken to either reduce the total emissions of certain types of pollutants, or increase the efficiency of resource utilities. For example, Beijing should focus more on the reduction of DS emissions, whereas Tangshan, Tianjin, Shijiazhuang, and other industrial cities should focus on controlling the emissions of industrial pollutants. The results further revealed the relationship between pollutant emissions and the degree of urban development, which enhances our understanding of the effect of urbanization on local and regional environments.

Beijing-Tianjin-Hebei region; pollutant emissions; environmental Kuznets curve (EKC)

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41301199);國家自然科學(xué)基金重大資助項(xiàng)目(41590840)

2015- 12- 09;

2016- 05- 09

10.5846/stxb201512092463

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wzhou@rcees.ac.cn

陳向,周偉奇,韓立建,虞文娟.京津冀地區(qū)污染物排放與城市化過程的耦合關(guān)系.生態(tài)學(xué)報,2016,36(23):7814- 7825.

Chen X, Zhou W Q, Han L J, Yu W J.Spatiotemporal variations of pollutant emissions and their relationship with the urbanization of the Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration .Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7814- 7825.