河南省引黃受水區(qū)資源－生態(tài)－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價與耦合協(xié)調(diào)分析

韓春輝 左其亭 張修宇 任少華

摘 要：資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的互饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全及協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系到一個地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與穩(wěn)定。以河南省引黃受水區(qū)涉及的14個地級市為研究區(qū)，采用熵權(quán)法與耦合協(xié)調(diào)度模型，評價和分析了2011—2018年各地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全水平和子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，結(jié)果表明：①河南省引黃受水區(qū)各地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全水平普遍不高，安全評價指數(shù)均在0.70以下；②失業(yè)率、城鄉(xiāng)生活環(huán)境用水占比、人均用水量是影響資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵性指標(biāo)；③資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的空間不均衡發(fā)展是制約資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的根本原因；④資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部存在強(qiáng)烈的作用關(guān)系，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平有待進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)；安全評價；耦合協(xié)調(diào)度；引黃受水區(qū)；河南省

中圖分類號：TV213.4；TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.013

引用格式：韓春輝，左其亭，張修宇，等.河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價與耦合協(xié)調(diào)分析[J].人民黃河，2022，44（1）：61-66，93.

SafetyEvaluationandCouplingCoordinationAnalysisofResource Ecology EconomySystem oftheYellowRiverWaterSupplyAreainHenanProvince

HANChunhui1，2，ZUOQiting3，ZHANGXiuyu1，2，RENShaohua4

（1.CollegeofWaterResources，NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower，Zhengzhou450046，China；2.HenanKeyLaboratoryofWaterResourcesConservationandIntensiveUtilizationintheYellowRiverBasin，Zhengzhou450046，China；3.SchoolofWaterConservancyEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China；4.ZhengzhouChangzhuangReservoirManagementOffice，Zhengzhou450042，China）

Abstract：Theresource ecology economic（REE）systemisacomplexmutualfeedbacksystem.Thesafetyandcoordinateddevelopmentof thesystemarerelatedtothesustainabledevelopmentandstabilityofanarea.Thispapertookthe14prefecture levelcitiesinvolvedinthe YellowRiverwatersupplyareainHenanProvinceasaresearcharea，andadoptedentropymethodandcouplingcoordinationdegreemodelto evaluatetheREEsecuritylevelofeachcityandthecouplingandcoordinationrelationshipsbetweensystemsfrom2011to2018.Theresults showthat：a）thesecurityleveloftheREEofvariouscitiesintheYellowRiverwatersupplyareainHenanProvinceisgenerallynothigh，andallsafetyevaluationindexesarebelow0.70；b）unemploymentrate，proportionofurbanandrurallivingenvironmentwaterconsumption，andpercapitawaterconsumptionarekeyindicatorsthataffectthesecurityofREE；c）theunbalancedspatialdevelopmentofresources，e cology，andeconomicsystemsisthefundamentalreasonthatrestrictsthesecurityofREE；d）therearestronginteractionswithinREE，but thelevelofcoupledandcoordinateddevelopmentstillneedstobefurtherimproved.

Keywords：resource ecology economysystem；securityevaluation；couplingcoordinationdegree；YellowRiverwatersupplyarea；HenanProvince

1 引 言

關(guān)于系統(tǒng)安全性評價方面的研究有很多，但主要側(cè)重于對單一系統(tǒng)或兩個系統(tǒng)安全性的評價，如吳景全等[1]評價了西北諸河流域多年來土地生態(tài)安全變化狀況，黃昌碩等[2]以省級行政區(qū)為單元對中國水資源及水生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評價，Liu等[3]采用模糊多屬性決策分析方法對黃河流域9個省（區(qū)）的水資源安全狀況進(jìn)行了評價，王兆峰等[4]從糧食安全和生態(tài)安全視角評價了耕地資源利用的安全性，Wang等[5]對中亞五國的水安全進(jìn)行了評價，高志剛[6]對中國和西北周邊主要國家經(jīng)濟(jì)安全進(jìn)行了評價，Zhang等[7]對中國能源安全整體狀況進(jìn)行了評價；對于3個相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合系統(tǒng)安全評價研究較少，比如李鵬飛等[8]評價了新疆瑪納斯河流域水資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的安全性，李東林等[9]評價了“一帶一路”非洲區(qū)水-能源-糧食的安全程度。在耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究方面，針對地區(qū)和流域的研究較多，比如Zhou等[10]評價了中國西部地區(qū)石油-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，趙良仕等[11]對2007—2017年黃河流域水-能源-糧食安全系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行了測算，宋冬凌等[12]以河南省為例分析了黃河流域綠色水資源利用率與經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的耦合關(guān)系。筆者以河南省引黃受水區(qū)涉及的14個地級市為研究區(qū)域，結(jié)合熵權(quán)法與耦合協(xié)調(diào)度模型，通過構(gòu)建資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全綜合評價指標(biāo)體系，定量評價資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的安全水平和系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，以期為河南省引黃受水區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的路徑優(yōu)選提供參考。

2 研究區(qū)概況

河南省引黃受水區(qū)包括鄭州市、開封市、洛陽市、平頂山市、安陽市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市、焦作市、濮陽市、許昌市、三門峽市、商丘市、周口市和濟(jì)源市14個地級市（見圖1），總面積10.23萬km2，占全省面積的61.3%，跨黃河、海河、淮河三大流域。河南省引黃受水區(qū)涉及中原經(jīng)濟(jì)區(qū)、鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)、鄭洛新國家自主創(chuàng)新示范區(qū)、中國（河南）自貿(mào)區(qū)等，糧食生產(chǎn)核心區(qū)、鄭州國家中心城市、大運(yùn)河文化保護(hù)傳承利用河南段均布局在該區(qū)域。由于該區(qū)域資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)交互作用強(qiáng)度較大，因此保障其資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全性及耦合協(xié)調(diào)發(fā)展顯得十分重要。2018年，河南省引黃受水區(qū)常住人口6988萬人，占全省的73.1%；GDP總量38806億元，占全省的80.8%；耕地面積457.2萬hm2、有效灌溉面積357.3萬hm2、實(shí)灌面積318.7萬hm2，分別占全省的60.7%、65.5%和70.1%。

3 研究方法

3.1 資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指標(biāo)體系構(gòu)建

資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是由資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)3個子系統(tǒng)組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間彼此作用和聯(lián)系。本文基于前人研究成果[13-15]，同時結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，遵循科學(xué)、全面、主客觀結(jié)合、可操作等原則，從資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展3個層面，篩選出28個具有獨(dú)立性、靈敏性的指標(biāo)，構(gòu)建資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指標(biāo)體系（見表1），其中：資源開發(fā)利用層面主要用水、能源、糧食三大戰(zhàn)略資源的數(shù)量和開發(fā)利用情況相關(guān)指標(biāo)（X1～X9）表示，生態(tài)環(huán)境保護(hù)層面用主要污染物排放水平、污水處理水平和綠化水平相關(guān)指標(biāo)（X10～X19）表示，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展主要用發(fā)展實(shí)力、生產(chǎn)水平和效率、居民生活水平相關(guān)指標(biāo)（X20～X28）表示。所有指標(biāo)分為正向和逆向，正向指標(biāo)數(shù)值越大越好，逆向指標(biāo)數(shù)值越小越好。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用的河南省引黃受水區(qū)14個地級市2011—2018年的數(shù)據(jù)大部分在《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省水資源公報》《河南省環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報》、各地級市《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報》中直接獲取，部分無法直接獲取的數(shù)據(jù)通過相關(guān)指標(biāo)計(jì)算間接獲得。

3.3 熵權(quán)法指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

熵權(quán)法是一種基于信息熵理論的客觀賦值方法，即數(shù)據(jù)越離散、所含信息越多，則對綜合評價影響越大。指標(biāo)權(quán)重計(jì)算步驟如下。

3.5 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合協(xié)調(diào)度模型是一種分析兩個及兩個以上系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平的方法。資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間相互影響、相互制約。為此，本文構(gòu)建資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全耦合協(xié)調(diào)度模型來探討3個子系統(tǒng)安全耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，模型構(gòu)建步驟如下。

（1）計(jì)算資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)安全評價指數(shù)。采用熵權(quán)法分別計(jì)算資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的指標(biāo)權(quán)重，再通過加權(quán)求和計(jì)算得到3個子系統(tǒng)的安全評價指數(shù)：

4 結(jié)果與討論

4.1 河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價

基于熵權(quán)法計(jì)算的權(quán)重，通過加權(quán)求和計(jì)算得到2011—2018年河南省引黃受水區(qū)14個地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指數(shù)，見圖2?？梢钥闯?，河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全水平普遍不高，均在0.70以下，其中：鄭州市和濟(jì)源市安全評價指數(shù)在0.60～0.70之間波動，表現(xiàn)為相對安全和穩(wěn)定；商丘市、周口市、開封市、平頂山市、新鄉(xiāng)市、濮陽市的安全評價指數(shù)相對較小，雖然個別地級市的安全評價指數(shù)隨時間呈緩慢增大趨勢，但是仍小于0.50。從時間變化上來看，14個地級市中除鄭州市和三門峽市的安全評價指數(shù)呈負(fù)增長、平頂山市基本保持穩(wěn)定外，其他11個地級市的安全評價指數(shù)均表現(xiàn)為隨時間呈緩慢增大趨勢，其中增幅最大的為開封市（0.17），這得益于其生態(tài)旅游經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。各地級市在資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)方面對系統(tǒng)安全評價指數(shù)貢獻(xiàn)的差異顯著，除濟(jì)源市外，其他地級市資源的貢獻(xiàn)普遍偏小，特別是鄭州市，雖然其資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指數(shù)相對較大，但是資源對系統(tǒng)安全評價指數(shù)的貢獻(xiàn)多年來都在0.1以下。資源稟賦差是造成各地級市資源對系統(tǒng)安全評價指數(shù)貢獻(xiàn)普遍較小的重要原因，比如鄭州市雖然在能源方面有優(yōu)勢，但是在水資源和糧食方面卻與其他地級市相比處于劣勢，水-能源-糧食關(guān)系的空間不均衡極大降低了河南省引黃受水區(qū)各地級市的資源安全性，進(jìn)而拉低了資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的整體水平。

為了進(jìn)一步分析各指標(biāo)對資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的影響，基于熵權(quán)法的計(jì)算結(jié)果，繪制了河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指標(biāo)的多年平均權(quán)重對比圖（見圖3）。根據(jù)信息論中熵的特征可知，熵值既可用來判斷事件的隨機(jī)性及無序程度，也可用來判斷某個指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對評價結(jié)果的影響（權(quán)重）越大。從圖3可以看出，有10個指標(biāo)的權(quán)重在0.04以上，大小排序?yàn)閄28>X16>X22>X2>X1>X5>X18>X25>X6>X20。由此可知，資源系統(tǒng)中的降水量、人均水資源量、人均能耗、人均用電量，生態(tài)系統(tǒng)中的城鄉(xiāng)生活環(huán)境用水占比、城鎮(zhèn)建成區(qū)植被覆蓋率，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的人均GDP、人均用水量、城鎮(zhèn)化率、失業(yè)率是影響資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵性指標(biāo)，同時這些指標(biāo)也反映出河南省引黃受水區(qū)各地級市在水資源稟賦、能源利用、用水結(jié)構(gòu)、發(fā)展水平等方面離散程度較高、空間差異性較大。

4.2 河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)分析

為了明晰各子系統(tǒng)的發(fā)展水平，運(yùn)用資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型，計(jì)算了2011—2018年14個地級市的資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的安全評價指數(shù)，結(jié)果見圖4。從資源子系統(tǒng)來看，濟(jì)源市和三門峽市的資源安全評價指數(shù)相對較大，其中：濟(jì)源市資源子系統(tǒng)安全評價指數(shù)多年來位居河南省引黃受水區(qū)首位，表現(xiàn)出相對較高的資源安全水平；三門峽市前期資源安全水平僅次于濟(jì)源市，但隨著水資源短缺加劇、人口增長帶來的糧食和能源安全水平降低，其資源安全水平呈顯著降低趨勢。從生態(tài)子系統(tǒng)來看，2011年各地級市生態(tài)安全評價指數(shù)相互間存在較大差距，但是隨著2012年開始的全國生態(tài)文明建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，各地級市之間的生態(tài)安全評價指數(shù)差距逐漸縮小，生態(tài)安全水平整體上有了顯著的提升，其中鄭州市、洛陽市、許昌市和三門峽市多年來生態(tài)安全評價指數(shù)位居前4位，反映出這4個地級市生態(tài)安全水平較高。從經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)來看，鄭州市遙遙領(lǐng)先于其他地級市，顯示出省會城市經(jīng)濟(jì)安全的絕對主導(dǎo)地位，緊跟其后的是濟(jì)源市、鶴壁市和焦作市，也具有相對較高的經(jīng)濟(jì)安全水平；平頂山市、商丘市和周口市的經(jīng)濟(jì)安全評價指數(shù)居后3位，相對于其他地級市來說安全水平較低。值得注意的是，各地級市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的安全評價指數(shù)隨時間變化相比資源子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)來說變化幅度不大，一方面表明河南省引黃受水區(qū)14個地級市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)而穩(wěn)定，另一方面表明資源子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素較多，是今后踐行黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注和提高的兩個方面。

2011—2018年河南省引黃受水區(qū)14個地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合度見圖5?？梢钥闯?，各地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合度均在0.85以上，絕大多數(shù)地級市甚至超過0.95，表現(xiàn)出非常高的耦合水平，且發(fā)展趨勢較為穩(wěn)定，說明資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間存在非常緊密和強(qiáng)烈的作用關(guān)系。經(jīng)濟(jì)的增長需要資源的投入和生態(tài)環(huán)境容量的支撐，資源和生態(tài)的質(zhì)量和數(shù)量決定了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高質(zhì)量水平，因此資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間極易出現(xiàn)矛盾，從而產(chǎn)生各種問題與危機(jī)，因而如何協(xié)調(diào)三者之間的關(guān)系是需要重點(diǎn)關(guān)注和解決的難題。

2011—2018年河南省引黃受水區(qū)各地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況見圖6。整體上來看，西北部的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度大于東南部地區(qū)，與資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指數(shù)空間分布狀況一致。2011年僅鄭州市、濟(jì)源市、三門峽市達(dá)到中級協(xié)調(diào)水平，安陽市、鶴壁市、焦作市、洛陽市、平頂山市、許昌市均為初級協(xié)調(diào)，東部地級市則多數(shù)處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)水平，特別是周口市處于瀕臨失調(diào)的狀態(tài)。

造成河南省引黃受水區(qū)各地級市資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平較低的原因是多方面的，首先西北部資源豐富，資源稟賦及開發(fā)利用水平都高于東南部；其次東南部人口多、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，導(dǎo)致整體發(fā)展水平偏低；另外東南部農(nóng)業(yè)和工業(yè)體量大，但是技術(shù)水平不高，污染物排放及經(jīng)濟(jì)增長造成的生態(tài)環(huán)境代價較大。2011年之后，隨著水生態(tài)文明建設(shè)、中原經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃、河南自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)等政策的實(shí)施，河南省引黃受水區(qū)各地級市資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平逐步得到提升，但整體距離優(yōu)質(zhì)的協(xié)調(diào)水平還有很大差距。到2018年14個地級市耦合協(xié)調(diào)度雖然均在初級協(xié)調(diào)水平以上，但僅濟(jì)源市達(dá)到良性協(xié)調(diào)水平，鄭州、洛陽、許昌、焦作、安陽5個地級市達(dá)到中級協(xié)調(diào)水平，這與文獻(xiàn)[20]的研究結(jié)論一致，這也是造成各地級市系統(tǒng)安全評價指數(shù)2018年仍然處于0.70以下的重要原因。可見，河南省引黃受水區(qū)需注重資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)同步發(fā)展，只有3個子系統(tǒng)同時達(dá)到較高水平，才能從整體上提高區(qū)域的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全水平。

5 結(jié)論與建議

本文針對河南省引黃受水區(qū)14個地級市開展了資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全及耦合協(xié)調(diào)研究，分析和評價了2011—2018年各地級市的資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全評價指數(shù)、各子系統(tǒng)安全評價指數(shù)、耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的變化情況。主要結(jié)論和建議如下：①從資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全來看，河南省引黃受水區(qū)14個地級市的安全水平普遍不高，綜合安全評價指數(shù)均在0.70以下，面對資源稟賦差異顯著且短時期難以彌補(bǔ)的問題，需要將重心放在經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式調(diào)整上，同時避免走“生態(tài)換經(jīng)濟(jì)”的老路；②從資源子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)安全評價指數(shù)來看，各地級市均具有明顯的不均衡特征，大部分地級市在3個子系統(tǒng)都存在短板，需要提高協(xié)調(diào)發(fā)展水平；③河南省引黃受水區(qū)資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合度高，相互作用強(qiáng)度大，應(yīng)盡快開展系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用機(jī)制研究，以應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)變化帶來的不確定性問題；④2011年之后河南省引黃受水區(qū)各地級市的耦合協(xié)調(diào)度有了較為明顯的提高，但是整體上距離優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)水平還有很大距離，影響到資源-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的整體安全，這是實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展必須盡快攻克的一個難題。

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【責(zé)任編輯 張華興】