基于“三線一單”指標體系的生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局一致性評價

陸文濤 尹彩春 張揚 付正輝 郭懷成 于雷 劉毅

1. 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100084; 2. 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院, 北京 100012; 3. 北京師范大學(xué)陸地表層系統(tǒng)科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院, 北京 100875; 4. 北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100871; 5. 中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準與風(fēng)險評估國家重點實驗室, 北京 100012; ? 通信作者, E-mail: yulei@caep.org.cn (于雷), yi.liu@tsinghua.edu.cn (劉毅)

在資源環(huán)境保護與人類經(jīng)濟社會活動之間的矛盾愈發(fā)突出的背景下, 作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的重要命題, 生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局之間的關(guān)系備受環(huán)境生態(tài)學(xué)、資源與環(huán)境經(jīng)濟學(xué)等學(xué)界的關(guān)注[1-3]。生態(tài)承載力是生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力、資源與環(huán)境子系統(tǒng)的供容能力、可維持的社會經(jīng)濟活動強度和一定生活水平的人口數(shù)量[4-5], 與產(chǎn)業(yè)布局有雙向作用的關(guān)系, 生態(tài)承載力是區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),同時約束著產(chǎn)業(yè)的布局、類型及規(guī)模[6], 區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局也影響著生態(tài)承載力的狀態(tài)和可持續(xù)性[7]。對兩者的一致性評價, 主要指基于生態(tài)承載力的理論與方法以及國家和地區(qū)對生態(tài)環(huán)境空間的管控要求, 評價或判斷某一區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)對產(chǎn)業(yè)布局的支撐能力和狀態(tài)[8]。已有研究主要利用生態(tài)足跡法[9]、供需平衡法[3]、綜合指標評價法[4]和生態(tài)承載力評估模型[5]等方法, 對區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局現(xiàn)狀與生態(tài)承載力狀況進行綜合評價[10], 并提出相應(yīng)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化策略[11]?，F(xiàn)階段針對特定產(chǎn)業(yè)或某一地區(qū)的案例較多, 缺少一套具有普適性的方法或指標體系, 部分指標缺少全國尺度的數(shù)據(jù)支撐, 因此, 需要進一步探索可行性高、全國范圍內(nèi)適用以及符合當前我國生態(tài)環(huán)境評價工作的方法和指標體系。

2017 年 10 月, 原環(huán)境保護部印發(fā)《長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略環(huán)境評價工作》, 啟動“生態(tài)保護紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和環(huán)境準入負面清單”(簡稱“三線一單”)編制工作。預(yù)計全國范圍內(nèi)的“三線一單”編制與成果入庫工作將于 2021 年年底完成?！叭€一單”工作采用統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范, 全國統(tǒng)一開展工作, 建立全國尺度統(tǒng)一的指標體系和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 為其他領(lǐng)域的科研工作提供全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的指標體系和部分指標的階段性閾值(分階段的大氣、水、土環(huán)境質(zhì)量目標, 大氣和水的環(huán)境容量, 以及資源承載能力等)。此外, 劃定生態(tài)空間為區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局提供關(guān)鍵生態(tài)限制因素?！叭€一單”工作為評價產(chǎn)業(yè)布局與生態(tài)承載力一致性提供了新的思路, 使不同地區(qū)的生態(tài)承載力評價具有較為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺、指標選取標準以及指標閾值,使得評價工作在全國不同地區(qū)均具有可行性和可比性。

本文選取上海市青浦區(qū)為研究對象, 結(jié)合目前國家大力開展的區(qū)域“三線一單”編制工作, 基于“三線一單”指標體系, 分別計算青浦區(qū)單因素生態(tài)承載率和綜合生態(tài)承載率, 進而識別區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局的關(guān)鍵生態(tài)限制因素, 對研究區(qū)生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局的一致性進行評價研究, 為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)空間布局調(diào)整和優(yōu)化提供決策支持。

1 研究區(qū)域概況

青浦區(qū)是中國上海市市轄區(qū), 位于東經(jīng) 120°53′—121°17′, 北緯 30°59′—31°16′之間, 地處上海市西部, 太湖下游, 黃浦江上游, 總面積為 668.54 km2。東與虹橋綜合交通樞紐毗鄰, 西連江蘇省吳江、昆山兩市, 南與松江區(qū)、金山區(qū)及浙江省嘉善縣接壤, 北與嘉定區(qū)相接, 為長江三角洲經(jīng)濟圈中心地帶。境內(nèi)轄有上海市最大的淡水湖泊——淀山湖, 轄區(qū)內(nèi)水域面積占全區(qū)土地總面積的 18.6%。近年來, 區(qū)域經(jīng)濟運行總體平穩(wěn), 2019 年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值 1166.25 億元, 比上年增長 5.8%, 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二、第三產(chǎn)業(yè)為主。全區(qū)共有 8 個鎮(zhèn), 3 個街道, 分別是趙巷鎮(zhèn)、徐涇鎮(zhèn)、華新鎮(zhèn)、重固鎮(zhèn)、白鶴鎮(zhèn)、朱家角鎮(zhèn)、練塘鎮(zhèn)、金澤鎮(zhèn)、夏陽街道、盈浦街道和香花橋街道(圖 1)。

圖1 青浦區(qū)位置(a)和行政區(qū)劃(b)Fig. 1 Geographical location (a) and administrative division (b) of Qingpu District

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 構(gòu)建評價指標體系

“三線一單”包括一套覆蓋全域的生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控體系, “三線”也包含一套全國尺度上統(tǒng)一的指標體系, 為評估區(qū)域生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局一致性提供基礎(chǔ), 同時為全國范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境資源承載能力的評價工作構(gòu)建統(tǒng)一平臺。本文結(jié)合《“生態(tài)保護紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和環(huán)境準入負面清單”編制技術(shù)指南》、《“三線一單”編制技術(shù)要求》等指導(dǎo)原則和說明文件, 結(jié)合各省份“三線一單”編制經(jīng)驗, 在已有指標體系的基礎(chǔ)上進行取舍和細化, 提出本套指標體系(表 1)。

表1 基于“三線一單”的區(qū)域生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局一致性評價指標體系Table 1 Index system of regional ecological carrying capacity and industrial layout consistency based on “Three Lines One Permit”

指標落地說明: 1) 大氣環(huán)境指標。如果未超載,按照區(qū)縣尺度的實際數(shù)值進行計算; 如果超載, 根據(jù)污染源排放清單, 選取排放強度較大的區(qū)域作為超載區(qū), 若沒有污染源排放清單數(shù)據(jù), 選擇大氣高排放區(qū)作為超載區(qū), 按實際情況賦值, 其他區(qū)域采用各指標均值。2) 水環(huán)境指標。按照控制單元的尺度賦值。以上數(shù)據(jù)均可在“三線一單”成果中獲取, 但是考慮到部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境的實際情況以及不同區(qū)域之間數(shù)據(jù)可獲取性的差異, 部分指標可能缺失, 應(yīng)根據(jù)各地區(qū)實際情況以及“三線一單”工作基礎(chǔ)進一步確定。

2.1.2 一致性評價方法

根據(jù)青浦區(qū)實際情況確定具體指標后, 將“三線一單”成果中確定的允許排放量和規(guī)劃期指標作為評價的標準閾值, 評價區(qū)域的承載力情況。

1) 單因素生態(tài)承載力指數(shù):

式中,Ci為指標i的承載力情況,Ai為目前該指標的現(xiàn)狀值,Li為目前該指標在“三線一單”成果中的計算值。

2) 生態(tài)承載力綜合指數(shù):

式中,n為因子數(shù), IC 用于表征評價區(qū)域的總體承載力情況。當 0≤IC≤1 時, 區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展強度沒有超過區(qū)域生態(tài)承載力, IC 越小表明區(qū)域越有開發(fā)潛力; 當IC ＞1 時, 表明區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展強度超過生態(tài)承載力。

2.2 數(shù)據(jù)來源

生態(tài)保護紅線指標數(shù)據(jù)主要來自自然資源部門的生態(tài)保護紅線優(yōu)化調(diào)整成果和“三線一單”工作劃定的一般生態(tài)空間; 環(huán)境質(zhì)量底線指標數(shù)據(jù)主要來自第二次污染源普查或環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)、本地大氣源清單數(shù)據(jù)、“三線一單”環(huán)境容量或允許排放量計算結(jié)果、土壤詳查工作成果等; 資源利用上線指標主要來自發(fā)改委統(tǒng)計數(shù)據(jù)、節(jié)能減排工作綜合實施方案、土地利用規(guī)劃(國土空間規(guī)劃)、用水總量控制方案和水資源“三條紅線”等相關(guān)文件和規(guī)劃。

研究數(shù)據(jù)采用地理信息系統(tǒng)軟件進行處理?？臻g尺度為區(qū)縣/鄉(xiāng)鎮(zhèn)、控制單元類別的數(shù)據(jù)需要先錄入到矢量數(shù)據(jù)中, 再轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)進行計算;空間尺度為空間網(wǎng)格的指標則直接參加計算。數(shù)據(jù)準備過程中需要確保所有數(shù)據(jù)分辨率和空間范圍一致。所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后, 采用柵格計算器進行計算。

3 上海市青浦區(qū)生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局一致性評價

3.1 評價指標的選取

結(jié)合“三線一單”技術(shù)指南和上海市“三線一單”編制成果, 本研究在上海市青浦區(qū)案例中, 選取生態(tài)空間、大氣環(huán)境、水環(huán)境和土壤環(huán)境 4 個方面的指標, 通過Ci分析各單項指標的承載情況, 通過 IC分析區(qū)域綜合生態(tài)承載情況。能源、水資源和土地資源的部分現(xiàn)狀指標尚不明確, 因此未將其納入分析過程。其中生態(tài)保護紅線和生態(tài)空間范圍指標,主要通過空間尺度上分析產(chǎn)業(yè)是否布局在生態(tài)紅線及生態(tài)空間內(nèi), 進而判定其布局的一致性, 不參與具體承載力指標的計算。

3.2 單因素生態(tài)承載力評價

青浦區(qū)生態(tài)保護紅線和一般生態(tài)空間的空間分布范圍如圖 2 所示, 青浦區(qū)西部集中分布著淀山湖生物多樣性維護紅線、青浦大蓮湖生物多樣性維護紅線、黃浦江上游金澤水源涵養(yǎng)紅線以及黃浦江上游飲用水水源保護區(qū)(青浦區(qū))等生態(tài)空間, 屬于環(huán)境管控的優(yōu)先保護區(qū), 通過遙感影像和土地利用類型判定是否存在沖突區(qū)域。分析結(jié)果表明, 青浦區(qū)目前不存在沖突區(qū)域, 生態(tài)空間維持良好。該區(qū)域注重淀山湖及黃浦江上游水源地生態(tài)保護, 嚴格實施項目準入及現(xiàn)有項目退出, 禁止設(shè)置禽畜養(yǎng)殖場等污染性生產(chǎn)活動, 區(qū)域環(huán)境管控要求嚴格, 產(chǎn)業(yè)園區(qū)布局與生態(tài)空間的一致性較好。

圖2 青浦區(qū)生態(tài)空間分布Fig. 2 Ecological spatial distribution of Qingpu District

青浦區(qū)主要涉及淀峰、黃渡、臨江和太浦河橋4 個水環(huán)境控制單元, 根據(jù)“三線一單”成果和《青浦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況公報》等統(tǒng)計結(jié)果可知, 青浦區(qū)的主要水環(huán)境污染物為氨氮、總磷和化學(xué)需氧量,故單因素生態(tài)承載力主要考慮這 3 個指標(表 2)。圖 3 顯示, 4 個水環(huán)境控制單元對氨氮、總磷和化學(xué)需氧量的承載率均大于 1, 水環(huán)境整體上呈超載狀態(tài), 主要是由于人口和產(chǎn)業(yè)承載壓力大, 城鎮(zhèn)生活污染、農(nóng)村面源污染及工業(yè)污染物的排放沒有得到有效的管控和處理。工業(yè)方面, 存在廢水直接排入環(huán)境的情況; 農(nóng)業(yè)方面, 青浦區(qū)仍然存在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場, 同時有大量設(shè)施菜地等高污染種植方式需要調(diào)整, 農(nóng)業(yè)面源導(dǎo)致的水體污染現(xiàn)象仍然存在,農(nóng)業(yè)面源污染控制力度有待加強。

圖3 水環(huán)境控制單元及單因素承載率分布情況Fig. 3 Distribution of water environment control units and single factor carrying rate

表2 水環(huán)境控制單元主要指標排放現(xiàn)狀、容量和生態(tài)承載率(萬噸)Table 2 Discharge status, capacity and ecological carrying rate of main indicators of water environment control units (104 tons)

大氣環(huán)境主要考慮 SO2, NOX, PM2.5和 VOCs 四項指標。由于缺少污染源排放清單數(shù)據(jù), 故本研究選擇大氣高排放區(qū)作為超載區(qū)進行賦值計算, 其他區(qū)域采用各指標均值。根據(jù)青浦區(qū)大氣環(huán)境主要指標的排放現(xiàn)狀以及“三線一單”中規(guī)定的大氣污染物允許排放量, 計算得到大氣環(huán)境單因素生態(tài)承載率(表 3)。結(jié)果顯示, 在承載率大小方面, 除 PM2.5的承載率小于 1 外, 其他三項污染物均使大氣環(huán)境存在超載情況, 其中 SO2和 VOCs 超載最嚴重; 在空間分布方面, 以上污染物帶來的生態(tài)超載問題集中在青浦區(qū)工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi)(圖 4)。目前, 青浦區(qū)正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的階段, 但仍然以傳統(tǒng)工業(yè)類型為主, 涂料生產(chǎn)、合成材料、有機化工、設(shè)備涂裝、電子設(shè)備、木材加工和家具制造等行業(yè)對大氣環(huán)境的生態(tài)承載力影響較大。

圖4 大氣環(huán)境單因素承載率分布情況Fig. 4 Distribution of single factor carrying rate of atmospheric environment

表3 大氣環(huán)境主要指標排放現(xiàn)狀、容量和承載率(萬噸)Table 3 Discharge status, capacity and ecological carrying rate of main indicators of atmospheric environment(104 tons)

對于土壤環(huán)境, 主要考慮產(chǎn)業(yè)布局是否與農(nóng)用地污染風(fēng)險重點管控區(qū)、污染地塊或疑似污染地塊產(chǎn)生空間上的沖突。根據(jù)“三線一單”已有成果和工業(yè)園區(qū)布局范圍, 青浦區(qū)不涉及產(chǎn)業(yè)布局侵占土壤污染風(fēng)險重點管控區(qū)的問題。由于涉及“三線一單”成果屬于保密資料, 本文不展示相關(guān)數(shù)據(jù)和圖件。

3.3 綜合生態(tài)承載力評價

基于上述單因素生態(tài)承載力評價的結(jié)果計算區(qū)域綜合承載力, 結(jié)果如圖 5 所示。青浦區(qū)生態(tài)承載力絕大部分呈超載狀態(tài), 東部、北部和西部的綜合生態(tài)承載力指數(shù)均大于 1, 說明產(chǎn)業(yè)發(fā)展對當?shù)氐拇髿猸h(huán)境、水環(huán)境造成較大的承載壓力, 超載較為嚴重的區(qū)域集中在工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi); 僅南部的練塘鎮(zhèn)存在綜合指數(shù)小于 1 的不超載區(qū)域, 說明其開發(fā)強度與其生態(tài)承載力基本上協(xié)調(diào)。整體而言, 青浦區(qū)的生態(tài)承載力受到產(chǎn)業(yè)布局的顯著影響, 生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局的一致性較差。

圖5 青浦區(qū)綜合承載力評價結(jié)果(1 km 分辨率)Fig. 5 Comprehensive ecological carrying capacity of Qingpu District (1 km resolution)

將綜合生態(tài)承載力超載嚴重的區(qū)域與“三線一單”成果中青浦區(qū)的環(huán)境管控單元(圖略)相比較, 可知大氣環(huán)境和水環(huán)境生態(tài)超載范圍與重點管控區(qū)及一般管控區(qū)的空間范圍整體上吻合, 淀山湖和黃浦江上游水源地的生態(tài)保護紅線范圍為青浦區(qū)環(huán)境管控的優(yōu)先保護區(qū), 體現(xiàn)關(guān)鍵限制因素對生態(tài)承載力的重要影響。整體而言, 本研究的綜合生態(tài)承載力評價結(jié)果與青浦區(qū)環(huán)境管控單元以及未來生態(tài)環(huán)境管理的方向一致, 選取的評價指標符合當?shù)貙嶋H情況且較為關(guān)鍵, 能客觀地反映產(chǎn)業(yè)布局與生態(tài)承載力間的關(guān)系。

在青浦區(qū)未來的發(fā)展中, 應(yīng)該重點加強青浦工業(yè)區(qū)的管控, 提高污染物治理水平, 加強污染物排放控制, 嚴格執(zhí)行污染物總量替代要求, 同時強化白鶴鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、華新工業(yè)園區(qū)、徐涇綠色工業(yè)園區(qū)、練塘鎮(zhèn)綠色產(chǎn)業(yè)園和朱家角產(chǎn)業(yè)地塊的管控,持續(xù)降低污染物排放水平。

4 結(jié)論與建議

用單因素生態(tài)承載率法分別量化各個指標, 能夠清晰地反映區(qū)域社會經(jīng)濟活動與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)程度以及關(guān)鍵限制性因素。基于單因素生態(tài)承載率, 計算綜合生態(tài)承載率指數(shù), 能更加直觀地說明區(qū)域產(chǎn)業(yè)對生態(tài)承載力的累積影響。

單因素生態(tài)承載率計算結(jié)果表明, 青浦區(qū)產(chǎn)業(yè)布局與生態(tài)空間和土壤環(huán)境生態(tài)承載力的沖突較小, 但是產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成的污染物排放問題給水環(huán)境和大氣環(huán)境帶來較大的環(huán)境壓力。綜合生態(tài)承載率計算結(jié)果表明, 青浦區(qū)生態(tài)環(huán)境整體上呈超載狀態(tài),生態(tài)承載力與產(chǎn)業(yè)布局的一致性較弱。

產(chǎn)業(yè)布局一致性評價結(jié)果與青浦區(qū)環(huán)境管控單元劃定成果的一致性較高, 超載的重點區(qū)域集中在重點管控單元, 表明該指標體系客觀可行, 可為相關(guān)評價和研究工作提供參考, 可推廣至全國。對于一致性問題突出區(qū)域, 建議加強主要工業(yè)園區(qū)的污染物排放管控, 結(jié)合區(qū)域生態(tài)承載力的實際情況,制訂相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)準入門檻、產(chǎn)業(yè)規(guī)模控制以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向引導(dǎo)等調(diào)控對策。