京津冀地區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)及障礙因子診斷*

胡 悅 馬 靜 李雪燕 陳國(guó)鷹

(河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300401)

自國(guó)家全面啟動(dòng)京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略以來(lái)，當(dāng)前該地區(qū)已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(duì)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(wèn)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(wèn)題逐漸成為了制約該地區(qū)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸。因此，加強(qiáng)對(duì)京津冀地區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(wèn)題、協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的重要保障。其中，科學(xué)地測(cè)度及評(píng)價(jià)地區(qū)的生態(tài)安全水平是關(guān)鍵[2]，重點(diǎn)在于指標(biāo)體系的構(gòu)建[3-4]。DPSIR模型能夠針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，全部考慮人口、經(jīng)濟(jì)、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(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、人類活動(dòng)間的耦合關(guān)系[6]，所以本研究利用DPSIR模型構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用加入時(shí)間變量的改進(jìn)熵值法[7]進(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)，來(lái)評(píng)價(jià)京津冀地區(qū)的生態(tài)安全水平，并進(jìn)一步利用障礙度模型識(shí)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(xué)依據(jù)與決策參考。

1 研究方法

1.1 DPSIR模型

1.1.1 指標(biāo)體系

參考生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，從驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5個(gè)系統(tǒng)層出發(fā)，構(gòu)建了11個(gè)因素層共計(jì)25個(gè)指標(biāo)(見(jiàn)表1)。

表1 京津冀地區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1.2 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

為使各指標(biāo)能夠相互比較，采用極差法[10]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。正指標(biāo)使用式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，負(fù)指標(biāo)使用式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。各變量單位根據(jù)實(shí)際情況而定。

(1)

(2)

式中：i為年份序號(hào)；j為指標(biāo)序號(hào)；Cij、Xij分別為i年j指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值和原始值；Xmin、Xmax分別為所有統(tǒng)計(jì)年份中j指標(biāo)的最大值、最小值。

1.1.3 指標(biāo)權(quán)重確定

加入時(shí)間變量的改進(jìn)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(jì)算j指標(biāo)的信息熵(Hj)，然后再根據(jù)式(4)計(jì)算權(quán)重(Wj)。

(3)

(4)

式中：m為參與評(píng)價(jià)的省市數(shù)目，本研究中為3；n為統(tǒng)計(jì)年份數(shù)，本研究中為10。

1.1.4 生態(tài)安全綜合指數(shù)計(jì)算

采用式(5)綜合評(píng)價(jià)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(jí)劃分

借鑒相關(guān)研究[12-13]，將生態(tài)安全水平分為重度預(yù)警、中度預(yù)警、輕度預(yù)警、臨界安全、一般安全、安全、理想狀態(tài)6個(gè)等級(jí)，等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.2 障礙度模型

障礙度模型通過(guò)j指標(biāo)的因子貢獻(xiàn)度(Uj)和i年j指標(biāo)的指標(biāo)偏離度(Jij)來(lái)計(jì)算i年j指標(biāo)的障礙度(Mij)，并進(jìn)行排序來(lái)確定障礙因子的主次關(guān)系[14]，選擇前6大障礙因子進(jìn)行分析。障礙度計(jì)算公式如下：

Uj=Wj×Wr

(6)

Jij=1-Cij

(7)

(8)

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

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

北京市、天津市和河北省2008—2017年的指標(biāo)原始數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，若有數(shù)據(jù)缺失則查找地方統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)加以補(bǔ)充，但是環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率原始數(shù)據(jù)來(lái)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(bào)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果分析

京津冀地區(qū)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)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(yù)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(zhǎng)期處于中度預(yù)警狀態(tài)，僅2011年是輕度預(yù)警狀態(tài)，2015年生態(tài)安全綜合指數(shù)突破0.6，達(dá)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(shì)，逐步實(shí)現(xiàn)了中度預(yù)警—輕度預(yù)警—臨界安全—一般安全的轉(zhuǎn)變?？偟膩?lái)說(shuō)，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(shì)見(jiàn)圖1。

北京市的驅(qū)動(dòng)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(shì)，人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等在北京市的聚集提高了驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)層對(duì)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(shì)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)以及人們消費(fèi)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(yīng)系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動(dòng)變化狀態(tài)，說(shuō)明北京市的有關(guān)生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策和污染治理制度落實(shí)缺乏連續(xù)性和穩(wěn)定性。

表2 生態(tài)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 京津冀地區(qū)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)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(shì)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(dòng)力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，主要是受北京市影響，驅(qū)動(dòng)了天津市人口和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)；壓力系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動(dòng)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(zhǎng)趨勢(shì)，這得益于天津市科學(xué)研究和高技術(shù)服務(wù)業(yè)行業(yè)對(duì)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(zhǎng)狀態(tài)，而在2012—2014年偏低，在此期間響應(yīng)系統(tǒng)層生態(tài)安全綜合指數(shù)卻相對(duì)較高，說(shuō)明天津市在生態(tài)環(huán)境方面的響應(yīng)系統(tǒng)還未完全跟上影響系統(tǒng)。

河北省的驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)率的影響，折射出河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)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(zhǎng)趨勢(shì)是因?yàn)楹颖笔〗岛恼叩膶?shí)施和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)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?yàn)橛绊懏a(chǎn)生具有一定的滯后性；河北省服從國(guó)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(guó)土綠化和生態(tài)修復(fù)力度，統(tǒng)籌推進(jìn)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(wù)質(zhì)量，因此河北省響應(yīng)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(zhǎng)趨勢(shì)。

2.2 生態(tài)安全障礙因子分析

由表4可見(jiàn)，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(gè)因子依次是每萬(wàn)人擁有公共交通工具數(shù)(9次)、GDP增長(zhǎng)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(zhǎng)率上升為第一障礙因子且障礙度呈逐年上升趨勢(shì)，2017年達(dá)到21.67%。由此可見(jiàn)，北京市每萬(wàn)人擁有公共交通工具數(shù)出現(xiàn)了冗余，生態(tài)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)支撐不足，今后為保障生態(tài)安全必須把調(diào)控重點(diǎn)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(jì)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(jiàn)，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(gè)因子依次是人口自然增長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiàn)，天津市的主要問(wèn)題是城市人口擴(kuò)增所帶來(lái)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(jiàn)，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(gè)因子依次是SO2排放量(8次)、第二產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP增加值的貢獻(xiàn)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(duì)GDP增加值的貢獻(xiàn)率—廢水排放總量—GDP增長(zhǎng)率的轉(zhuǎn)變過(guò)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(jiàn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)河北省生態(tài)安全具有重大影響。同時(shí)，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(dǎo)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(shì)。北京市影響生態(tài)安全的主要障礙因子為GDP增長(zhǎng)率、SO2排放量和每萬(wàn)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(yīng)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(jì)發(fā)展相匹配；天津市的主要問(wèn)題是城市人口擴(kuò)增所帶來(lái)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(duì)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(shè)定人口、產(chǎn)業(yè)的進(jìn)京津標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)第二產(chǎn)業(yè)負(fù)擔(dān)重的河北省，應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，建立適宜的綠色產(chǎn)業(yè)體系，引導(dǎo)高耗能產(chǎn)業(yè)向生態(tài)化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，實(shí)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(jì)；京津冀地區(qū)還應(yīng)形成生態(tài)治理合力，強(qiáng)化監(jiān)管，完善區(qū)域生態(tài)保護(hù)體系，繼續(xù)推行生態(tài)文明建設(shè)，倡導(dǎo)環(huán)保的生活方式，落實(shí)科學(xué)治理措施以減低生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。