西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力評價

羅欽方, 陳瑛

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西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力評價

羅欽方, 陳瑛*

陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 西安 710119

以西安市為案例地, 借助包含生產(chǎn)力、生活勢、生態(tài)勢和生機(jī)度的城市生命力指數(shù)框架, 運用灰色關(guān)聯(lián)分析模型, 從時間序列上進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)生命力評價, 以期從生命力視角對西安市的生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供參考。評價結(jié)果顯示, 基于目標(biāo)層, 2007—2016年西安城市生命力與參考序列的關(guān)聯(lián)度排序為:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年, 10年間, 除2009年有小的回落外, 西安城市生命力發(fā)展?fàn)顩r總體屬上升階段?；跍?zhǔn)則層, 西安市生活勢R值范圍為0.1614—0.3368, 發(fā)展?fàn)顩r良好, 在城市生命力發(fā)展中起促進(jìn)作用; 生產(chǎn)力和生態(tài)勢R值范圍分別為0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 發(fā)展?fàn)顩r次之, 雖在上升過程中存在一定波動, 但總體趨勢有利于城市生命力發(fā)展; 生機(jī)度R值在0.0392—0.1127間, 在準(zhǔn)則層中處于最低水平, 發(fā)展?fàn)顩r欠佳, 生機(jī)度下的單位GDP能耗和單位GDP水耗因子是西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展的限制性因素。

城市生態(tài)系統(tǒng); 城市生命力; 關(guān)聯(lián)度; 西安

0 前言

城市生態(tài)系統(tǒng)是人類聚居地, 是社會、經(jīng)濟(jì)、自然的復(fù)合體, 它是特定地域內(nèi)的資源、環(huán)境、人口在各種相互依存的關(guān)系下建立起來的[1]。簡單看, 城市生態(tài)系統(tǒng)是由城市人類這個中心和它相應(yīng)的生存環(huán)境組成的, 而從內(nèi)部構(gòu)成、功能作用、變化規(guī)律等方面來看, 它帶有生命體特征。如資源型城市, 因自身條件優(yōu)勢, 初期發(fā)展迅速猶如青壯年, 后期隨著資源的枯竭或能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變等, 優(yōu)勢喪失, 發(fā)展進(jìn)入衰弱期, 恰似人從年輕到年老的一生。鑒于此, 基于生命體的新視角展開城市生態(tài)系統(tǒng)評價, 符合城市產(chǎn)生、成長、壯大、衰落的發(fā)展演變規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文以西安市11區(qū)2縣作為研究范圍, 西安市地形平坦, 河網(wǎng)密集, 以渭河水系為主。城市總面積為10108 km2。截至2016年末, 常住人口883.21萬, 城鎮(zhèn)人口648.54萬, 城鎮(zhèn)化水平約73.4%。西安是國家歷史文化名城, 曾為13朝故都所在地, 現(xiàn)為西北地區(qū)位居首位的中心城市, 是西北的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心, 旅游資源豐富, 以歷史文化系列為主。西安聚集80多所高校、100多個國家級和省級重點科研院所, 各種有利的自然和社會經(jīng)濟(jì)條件保證了較高的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。

1.2 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

城市是以人為中心的自然—社會—經(jīng)濟(jì)三者高度復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng), 城市生命力特定的涵義正源于這些特征。強(qiáng)大的城市生命力離不開自然、經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)各子系統(tǒng)的活力, 人類要立足整體、統(tǒng)籌兼顧, 通過發(fā)揮能動性促使各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展, 以保持城市強(qiáng)大的生命力[9], 最終服務(wù)于城市的生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。城市生命力指數(shù)包含4個板塊, 即生產(chǎn)力、生活勢、生態(tài)勢、生機(jī)度, 分別從經(jīng)濟(jì)、社會、自然及生態(tài)調(diào)控系統(tǒng)反映城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展?fàn)顟B(tài)。具體指標(biāo)框架如圖1:

圖1 指標(biāo)框架圖(來源: 參考文獻(xiàn)[9])

Figure 1 Framework of index

城市生命力評價指標(biāo)體系根據(jù)城市生態(tài)系統(tǒng)生命力內(nèi)涵進(jìn)行構(gòu)建, 本文選取指標(biāo)體系時結(jié)合蘇美蓉等[9, 11]、李蘇[12]相關(guān)研究成果, 在遵循指標(biāo)選取科學(xué)性、綜合性、可操作性等原則基礎(chǔ)上, 結(jié)合研究區(qū)的特征及數(shù)據(jù)可獲得性進(jìn)行篩選, 分別確定生產(chǎn)力、生活勢、生態(tài)勢和生機(jī)度4個準(zhǔn)則層, 12個要素層, 33個指標(biāo)層, 以此構(gòu)建城市生命力評價指標(biāo)體系(表1)。指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《西安統(tǒng)計年鑒》、陜西省水資源公報、西安市環(huán)境空氣質(zhì)量公報、西安市教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報。針對個別年份數(shù)據(jù)缺失問題, 在EXCEL軟件中采用trend函數(shù)進(jìn)行線性內(nèi)插、移動平均法推算得到。由于各項指標(biāo)單位不統(tǒng)一, 首先其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行Min—Max標(biāo)準(zhǔn)化處理, 以消除量綱影響, 再通過熵權(quán)法公式(1)、(2)計算得出各指標(biāo)權(quán)重。

表1 城市生命力指數(shù)評價指標(biāo)體系

1.3 基于灰色關(guān)聯(lián)分析評價模型的城市生命力指數(shù)計算

灰色關(guān)聯(lián)分析作為灰色系統(tǒng)分析的一個重要方法, 基本原理與方法是從所有綜合評價對象的樣本中確定一個最優(yōu)樣本, 以此為參考數(shù)列, 通過一系列運算得出各樣本序列與參考序列的關(guān)聯(lián)度[20], 對被評價對象的關(guān)聯(lián)度做出綜合比較、排序和評價。依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小可明確灰色系統(tǒng)中各因素間的變化和影響程度, 找出主要矛盾[21]。城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展是動態(tài)的, 其影響因子數(shù)據(jù)的不斷變化也間接影響這個生態(tài)系統(tǒng)生命力的發(fā)展態(tài)勢。從時間序列上對城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展進(jìn)行分析評價, 有助于診斷出城市生命力發(fā)展的限制性因素, 掌握其發(fā)展的整體趨勢。具體步驟如下:

2)第個指標(biāo)的信息熵值:

3)定義城市生命力各指標(biāo)的熵權(quán):

5)計算樣本序列與參考序列的絕對差值

6)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

7)計算城市生命力要素層關(guān)聯(lián)度。城市生命力準(zhǔn)則層和目標(biāo)層關(guān)聯(lián)度通過相應(yīng)要素層的關(guān)聯(lián)度值累加得到。

2 結(jié)果與分析

基于式(3)、(4), 計算出2007—2016年西安市城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展在各層級的關(guān)聯(lián)度值R, 如城市生命力目標(biāo)層及準(zhǔn)則層(表2)、生命力(表3)、生活勢(表4)、生態(tài)勢(表5)、生機(jī)度(表6)。

圖2較直觀地描述了2007—2016年西安市城市生命力發(fā)展與參考序列關(guān)聯(lián)度值R的相對狀況, 結(jié)合表2進(jìn)行關(guān)聯(lián)度排序:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年。關(guān)聯(lián)度值R越接近1, 表明城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展?fàn)顩r越好; 越接近0, 表明生命力發(fā)展?fàn)顩r欠佳。2007—2016年西安市城市生命力發(fā)展與參考序列關(guān)聯(lián)度從0.4338提升至0.8271, 在目標(biāo)層上總體發(fā)展趨勢可觀, 其中2009年的R值為0.4351低于2008年, 出現(xiàn)小的回落。各年關(guān)聯(lián)度的增長幅度不同, 以2016年發(fā)生0.138的增幅最為顯著, 2008年和2012年都是小幅度增長。

表2 城市生命力目標(biāo)層及準(zhǔn)則層關(guān)聯(lián)度值

表3 生產(chǎn)力要素層及指標(biāo)層關(guān)聯(lián)度值

表4 生活勢要素層及指標(biāo)層關(guān)聯(lián)度值

表5 生態(tài)勢要素層及指標(biāo)層關(guān)聯(lián)度值

表6 生機(jī)度要素層及指標(biāo)層關(guān)聯(lián)度值

圖2 2007—2016年城市生命力發(fā)展?fàn)顩r

Figure 2 The development status of urban vitality from 2007 to 2016

為進(jìn)一步分析4個準(zhǔn)則層生命力發(fā)展?fàn)顩r及其對城市生命力指數(shù)的影響, 圖3給出了其在2007—2016年中生命力發(fā)展相對狀況。

圖3 2007—2016年準(zhǔn)則層生命力發(fā)展?fàn)顩r

Figure 3 The development status of criterion layer vitality from 2007 to 2016

在4個準(zhǔn)則層中, 生活勢R值范圍為0.1614—0.3368, 生命力發(fā)展?fàn)顩r良好, 對西安市生命力發(fā)展起促進(jìn)作用; 生產(chǎn)力和生態(tài)勢R值范圍分別為0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 發(fā)展次之, 雖發(fā)展趨勢處于波動中上升, 但總體有利于城市生命力發(fā)展; 生機(jī)度R值在0.0392—0.1127間, 在準(zhǔn)則層中處最低水平, 生命力發(fā)展?fàn)顩r欠佳, 生機(jī)度各因子對西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展存在限制作用。除生機(jī)度R值在2009年有細(xì)微的增長外, 生產(chǎn)力、生活勢和生態(tài)勢的R值在該年都出現(xiàn)小幅度下降, 導(dǎo)致西安市總體城市生態(tài)系統(tǒng)生命力指數(shù)在2009年發(fā)生小的回落。

生產(chǎn)力板塊包含經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)推動力和經(jīng)濟(jì)競爭力4個因子, 代表研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿ΑＩa(chǎn)力R值在2013年前處于波動上升階段, 之后上升顯著, 生產(chǎn)力發(fā)展總體處于上升狀態(tài)。結(jié)合指標(biāo)層, 主要由于2009年GDP增長率降低導(dǎo)致生產(chǎn)力R值出現(xiàn)小幅度降低, 而2014年出口總額占GDP比重指標(biāo)值發(fā)生明顯增長, 促使生產(chǎn)力R值從2013年的0.1259上升至0.1796。

生活勢板塊包含社會公平、科教水平、人群健康和生活質(zhì)量4個因子, 反映研究區(qū)社會生活水平和人民幸福指數(shù)。生活勢R值在2009年最低, 其后至2016年始終保持穩(wěn)步增長, 2016年增長尤為顯著。結(jié)合指標(biāo)層, 生活勢R值最低出現(xiàn)在2009年主要由于2007—2009年農(nóng)村與城市人均收入差異從8263元拉大至12688元, 而申請專利授權(quán)率從2015年的41.16%迅速提升至2016年的83.02%使得生活勢R值發(fā)生顯著增長。

生態(tài)勢板塊包含資源條件及利用和環(huán)境生態(tài)質(zhì)量與安全2個因子, 說明研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量和安全程度。生態(tài)勢R值在2011年出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折, 2007—2011年R值呈現(xiàn)上升趨勢, 2011—2016年處于波動中下降階段。2011年人均水資源量明顯增多達(dá)到388m3, 可能和該年年降水量大幅度增加相關(guān), 促使生態(tài)勢R值達(dá)到10年中的最高值, 而其后至2016年由于人均水資源量和工業(yè)固廢綜合利用率指標(biāo)值一直在波動中降低, 導(dǎo)致生態(tài)勢R值出現(xiàn)明顯下降, 但因該年生產(chǎn)力、生活勢和生機(jī)度R值的增長而產(chǎn)生抵消作用, 使得西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力指數(shù)呈穩(wěn)步上升趨勢。

生機(jī)度板塊包含管理與調(diào)控能力和系統(tǒng)協(xié)調(diào)度2個因子, 代表研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的綜合服務(wù)能力。生機(jī)度R值在2007—2016年間一直處于平穩(wěn)上升階段。2016年生機(jī)度R值相對其他年增長顯著, 主要受環(huán)保投入占GDP比重指標(biāo)值影響,R值從0.0713上升至0.1127。

根據(jù)目標(biāo)層和準(zhǔn)則層生命力與參考序列關(guān)聯(lián)度R值的相對情況, 可具體制定并采取相應(yīng)措施來促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)生命力的發(fā)展, 有針對性地改善其發(fā)展環(huán)境。基于準(zhǔn)則層, 應(yīng)保持生活勢良好的發(fā)展勢頭, 重點克服生機(jī)度各因子對城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展存在的限制作用, 增強(qiáng)生產(chǎn)力和生態(tài)勢發(fā)展上升趨勢的平穩(wěn)性。

結(jié)合指標(biāo)層(表3)具體來看, 固定資產(chǎn)投資占GDP比重R值使經(jīng)濟(jì)推動力的關(guān)聯(lián)度偏低且存在波動, 對生產(chǎn)力發(fā)展有一定抑制作用。如2013年和2014年西安固定資產(chǎn)投資占GDP比重顯著上升且均超過1, 投資增長過快, 易出現(xiàn)產(chǎn)能過剩、負(fù)債過重情況。對此, 西安市政府和企業(yè)應(yīng)注重固定資產(chǎn)投資的合理增長, 調(diào)整投資結(jié)構(gòu); 結(jié)合指標(biāo)層(表4), 社會公平R值波動明顯, 主要表現(xiàn)為農(nóng)村與城市人均收入差異增大, 其R逐年降低, 是限制生活勢穩(wěn)步發(fā)展的瓶頸因素。城鄉(xiāng)收入差距的拉大會降低地區(qū)整體幸福指數(shù), 容易激發(fā)社會矛盾, 導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展環(huán)境的不穩(wěn)定。對此, 西安市應(yīng)著力于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略, 堅持農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展, 加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化, 以縮小城鄉(xiāng)間差距; 結(jié)合指標(biāo)層(表5), 資源條件及利用R值在人均水資源量、工業(yè)用水重復(fù)利用率和工業(yè)固廢綜合利用率3個指標(biāo)影響下長期處于波動較大狀態(tài), 進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)勢R值始終上下波動, 增長有限; 結(jié)合指標(biāo)層(表6), 在單位GDP能耗和單位GDP水耗影響下生機(jī)度R值整體偏低。以上五個指標(biāo)都和資源利用效率密切相關(guān)。對此, 西安市應(yīng)推進(jìn)資源全面節(jié)約和循環(huán)利用, 構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系, 降低能耗、物耗, 實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)循環(huán)鏈接。加強(qiáng)社會的資源能源節(jié)約和環(huán)保意識, 特別要推行國家節(jié)水行動。加強(qiáng)對企業(yè)創(chuàng)新的支持, 促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化, 依托科學(xué)技術(shù)提高企業(yè)資源利用效率和實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。完善企業(yè)清潔生產(chǎn)的各項管理規(guī)章制度, 加強(qiáng)法制建設(shè), 充分發(fā)揮監(jiān)督作用, 為西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力健康發(fā)展提供良好的環(huán)境基礎(chǔ)。

3 討論

2007—2016年西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展總體處于上升階段, 但在2009年R值有小的回落并低于2008年, 主要由于GDP增長率降低、農(nóng)村與城市人均收入差異拉大及工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率下降共同所致; 城市生活勢板塊發(fā)展?fàn)顩r良好, 生產(chǎn)力和生態(tài)勢板塊次之, 生機(jī)度板塊發(fā)展欠佳。10年間, 生產(chǎn)力、生活勢、生機(jī)度R值皆有不同程度的增長, 而生態(tài)勢R值在單位GDP能耗和單位GDP水耗2個指標(biāo)的限制作用下一直處于波動狀態(tài), 總體增長不明顯。

本文主要依托城市自身指標(biāo)評價了西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力發(fā)展?fàn)顩r, 但對城市生態(tài)的非自給系統(tǒng), 即其所依賴的外界環(huán)境的評價較少, 考慮到城市可持續(xù)發(fā)展是離不開外界系統(tǒng)支持的, 因而結(jié)論有一定的局限性, 故后續(xù)研究中的評價指標(biāo)體系應(yīng)增設(shè)城市周邊支持系統(tǒng)的相關(guān)因子, 充分考慮城市生態(tài)大系統(tǒng)的可持續(xù)性, 使評價更具科學(xué)性。

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The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem

LUO Qinfang, CHEN Ying*

School of Geography and Tourism,Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

Taking Xi'an as a case, the paper, which based on the urban vitality index framework that covered productivity power, living status, ecological ascendance and vital force, evaluated the vitality of urban ecosystem from time series by grey correlation model. The paper aims to provide references for the construction of ecological civilization and sustainable development of Xi'an from the perspective of vitality. The results showed that, based on the target layer, from 2007 to 2016, the ranking of the correlation between Xi'an urban vitality and reference sequences was:R<R<R<R<R<R<R<R<R<R, except for a small decline in 2009, and the urban vitality development of Xi'an was in an ascendant stage. Based on the criteria layer, the living statusRvalue in Xi'an ranged from 0.1614 to 0.3368; it was in good condition and played a role in the development of urban vitality; theRvalues of the productivity power and ecological ascendance ranged from 0.1010 to 0.2276 and 0.1195 to 0.1647,respectively, and the development of them were secondary. There were some fluctuations in the ascent process, but overall they were conducive to the development of urban vitality. TheRvalue of vital force was between 0.0392 and 0.1127, the lowest level in the standard level; the development status was poor.Energy consumption per unit of GDP and the water consumption per unit of GDP were the limiting factors for the development of the vitality of Xi'an urban ecosystem.

urban ecosystem; urban vitality; relevancy; Xi’an

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.025

X321

A

1008-8873(2019)02-191-08

2018-04-20;

2018-05-16

國家科技基礎(chǔ)性工作專項“黃土高原生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境變化考察”(編號: 2014FY210100); 陜西省軟科學(xué)研究計劃項目“一帶一路背景下陜西對中亞五國直接投資的區(qū)域和產(chǎn)業(yè)選擇研究”(編號: 2016KRM035)

羅欽方(1995—), 女, 四川蒼溪人, 碩士, 主要從事全球化與區(qū)域發(fā)展研究, E-mail: 1551067929@qq.com

陳瑛, 女, 博導(dǎo), 教授, 主要從事城市與區(qū)域發(fā)展、世界經(jīng)濟(jì)地理研究, E-mail: chenying@snnu.edu.cn

羅欽方, 陳瑛. 西安城市生態(tài)系統(tǒng)生命力評價[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(2): 191-198.

LUO Qinfang, CHEN Ying. The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 191-198.