黃河流域資源環(huán)境承載力評價研究

王 艷，雷淑珍

（1.西安理工大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，陜西 西安 710048； 2.西北大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西 西安 710127）

黃河流域在我國經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位［1］。 黃河流域在工業(yè)化進程中遭受了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，傳統(tǒng)的粗放發(fā)展模式加劇了黃河流域生態(tài)脆弱性和資源環(huán)境超載等，成為生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展中亟須解決的現(xiàn)實問題［2］。隨著環(huán)境問題的日益突出，資源環(huán)境承載力已成為評價一個國家或地區(qū)可持續(xù)發(fā)展程度的重要依據(jù)［3－4］。承載力概念起源于對生物學(xué)與生態(tài)學(xué)的認識，許多學(xué)者從單一資源要素如土地、礦產(chǎn)、人口、大氣、海洋、水資源等出發(fā)對資源環(huán)境承載力進行研究［5－10］，此類研究具有較強的針對性。 隨著各資源要素與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的關(guān)系日益密切，以及伴隨著資源消耗及環(huán)境污染等問題的日益突出，在對區(qū)域、城市等復(fù)合系統(tǒng)承載力進行分析時，應(yīng)考慮多要素、多指標、多層次評價的思路已成為基本共識［11－14］。 對資源環(huán)境承載力測算的具體方法有情景分析法、突變級數(shù)法、熵值法、生態(tài)足跡法、系統(tǒng)動力學(xué)法等［7，13，15－19］，經(jīng)歷了從單要素加權(quán)求和向構(gòu)建綜合指標體系的發(fā)展，從現(xiàn)有文獻來看，測度資源環(huán)境承載力所選指標有所不同、對經(jīng)濟發(fā)展方面的測度尚有欠缺。 筆者在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用熵權(quán)－TOPSIS 法測度2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力，采用障礙因子診斷模型確定主要障礙因子，以期揭示黃河流域資源環(huán)境承載力的變化趨勢和空間差異、為黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究方法

1.1 構(gòu)建資源環(huán)境承載力評價指標體系

資源環(huán)境承載力評價旨在判斷資源承載力、環(huán)境承載力是否與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展相協(xié)調(diào)。 筆者參考雷勛平等［15］和孫永勝等［20］的研究方法和成果，結(jié)合黃河流域?qū)嶋H情況，充分體現(xiàn)黃河流域水資源保護及水土流失治理的長期效果，從社會經(jīng)濟、資源、環(huán)境3 個子系統(tǒng)中選取20 個指標構(gòu)成資源環(huán)境承載力評價指標體系，見表1（各指標同時作為障礙診斷因子）。 其中：社會經(jīng)濟子系統(tǒng)主要測度社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、經(jīng)濟實力以及居民生活狀況（這是黃河流域資源環(huán)境承載力的經(jīng)濟基礎(chǔ)），選取全社會固定投資、城鎮(zhèn)化水平、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平等9 個指標；資源子系統(tǒng)主要測度黃河流域經(jīng)濟發(fā)展的資源稟賦、利用與消耗情況，選取單位能耗下降率、人均耕地面積、人均水資源量等5個指標；環(huán)境子系統(tǒng)主要測度社會經(jīng)濟發(fā)展過程中生態(tài)保護、環(huán)境污染治理狀況，選取工業(yè)污染治理完成投資、森林覆蓋率、城鎮(zhèn)建成區(qū)綠化覆蓋率等6 個指標（考慮到黃河流域水土流失嚴重的現(xiàn)實狀況，除選取多數(shù)研究普遍選用的生態(tài)環(huán)境保護治理指標外，還選取了水土流失治理面積指標）。

表1 黃河流域資源環(huán)境承載力評價指標體系

1.2 構(gòu)建評價指標標準化矩陣

由2008—2019 年黃河流域九?。▍^(qū)）的20 個資源環(huán)境承載力評價指標構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣X＝（xij）m×n，對X進行標準化（歸一化）處理，得到評價指標標準化矩陣R＝（rij）m×n。 正向指標即數(shù)值越大越好的指標標準化公式為

負向指標即數(shù)值越小越好的指標標準化公式為

式中：i、j分別為評價指標序號、年份序號；m、n分別為指標個數(shù)、評價年數(shù)；xij為第i個指標第j年的原始數(shù)值；rij為第i個指標第j年的標準化數(shù)值；max（xi）、min（xi）分別為第i個指標的最大值、最小值。

1.3 計算資源環(huán)境承載力

熵權(quán)法能夠克服定量分析中主觀性過強的缺點，因此用熵權(quán)反映指標的重要程度，一般而言，指標的熵權(quán)越小表明指標越不重要［15］。 TOPSIS 法被稱為逼近理想解排序法，主要用于解決有限方案的多目標決策問題，是系統(tǒng)工程中常用的決策技術(shù)。 本研究采用熵權(quán)法計算各項指標權(quán)重，采用TOPSIS 法計算資源環(huán)境承載力及3 個子系統(tǒng)的承載力。

（1）計算指標熵權(quán)。 熵值（信息熵）用于度量指標的信息量、判斷指標的離散程度，熵值越小指標值的離散程度越高、對綜合評價的影響越大，即權(quán)重越大。 熵權(quán)的計算公式為

式中：wi為指標i的熵權(quán)；ei為指標i的熵值；fij為第i個指標第j年的特征比重。

（2）構(gòu)建評價矩陣。 依據(jù)評價指標標準化矩陣R和各指標熵權(quán)wi，構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化評價矩陣Y：

（3）確定正負理想解。 由各指標的歷年最優(yōu)值（正向評價指標的最大值和負向指標的最小值）構(gòu)成正理想解Y＋、由各指標的歷年最差值（正向評價指標的最小值和負向指標的最大值）構(gòu)成負理想解Y－：

（4）計算與理想解的距離。 選取歐氏距離表示各指標與正、負理想解的距離：

（5）計算資源環(huán)境承載力。 資源環(huán)境承載力計算公式為

式中：Kj為第j年資源環(huán)境承載力。

資源環(huán)境承載力值域為［0，1］，其值越大說明資源環(huán)境承載力越大（越接近最優(yōu)水平），參考孫永勝等［20］的研究，依據(jù)Kj值對資源環(huán)境承載力水平進行等級劃分：0～0.30 為低級，0.31 ～0.60 為中級，0.61 ～0.90為良好，0.91～1.00 為優(yōu)質(zhì)。

1.4 計算各因子障礙度

資源環(huán)境承載力障礙因子診斷，可找出資源環(huán)境承載力的短板、有針對性地為提高資源環(huán)境承載力指明方向。 障礙因子診斷模型（計算公式）［21］為

式中：Oij為指標i第j年的障礙度，%；Fij＝1－rij。

2 黃河流域資源環(huán)境承載力實證研究

2.1 數(shù)據(jù)來源

鑒于各指標數(shù)據(jù)的可獲取性，本文研究時段為2008—2019 年。 為確保指標數(shù)據(jù)的可比性及統(tǒng)計口徑的一致性，研究所需的各指標數(shù)據(jù)均來源于黃河流域九省（區(qū)）統(tǒng)計公報、統(tǒng)計年鑒等。 把九?。▍^(qū)）20個指標原始數(shù)據(jù)的合計值或平均值，作為黃河流域的原始指標數(shù)據(jù)。 針對個別?。▍^(qū)）個別年份缺失的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，采取線性插值法予以補充。

2.2 實證計算結(jié)果

按照前述方法計算的各指標權(quán)重見表2，2008—2019 年黃河流域指標值與正、負理想解的距離見表3，2008—2019 年黃河流域各子系統(tǒng)承載力和資源環(huán)境承載力見表4。

表2 指標權(quán)重

表3 2008—2019 年黃河流域指標值與正、負理想解的距離

表4 2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力

2.3 資源環(huán)境承載力演變趨勢分析

為了更清晰地描述黃河流域資源環(huán)境承載力的演變趨勢，點繪了2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力及3 個子系統(tǒng)承載力變化過程線，見圖1。

圖1 2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力變化過程線

（1）資源環(huán)境承載力演變趨勢。 由表4、圖1 可知，2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力整體呈穩(wěn)步上升趨勢，具體而言：2008—2010 年資源環(huán)境承載力低于0.30，處于低級水平；2011—2016 年資源環(huán)境承載力由之前低于0.30 提升至0.375 ～0.600，處于中級水平；2017—2019 年資源環(huán)境承載力繼續(xù)提升至0.728～0.809，處于良好水平（2019 年較2018 年有小幅度回落，應(yīng)引起重視）。

（2）社會經(jīng)濟承載力演變趨勢。 由圖1 可知，黃河流域社會經(jīng)濟承載力在2008—2017 年呈現(xiàn)逐年上升的趨勢、2018—2019 年呈現(xiàn)下降趨勢。 社會經(jīng)濟發(fā)展對于資源環(huán)境承載力來說是一把“雙刃劍”：一方面，社會經(jīng)濟發(fā)展以消耗一定資源、對環(huán)境造成一定破壞為前提，給資源、環(huán)境子系統(tǒng)造成壓力；另一方面，社會經(jīng)濟的繁榮發(fā)展推動技術(shù)不斷進步和生產(chǎn)方式優(yōu)化進而有效提高資源利用率、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染等，同時財富的積累使更多的經(jīng)濟資源用于受損的資源、環(huán)境子系統(tǒng)的修復(fù)。 由表4 可知，2008—2019 年黃河流域社會經(jīng)濟承載力從0.200 上升到0.699（其中2017 年社會經(jīng)濟承載力達0.843），承載力水平從低級逐步提升至良好，說明黃河流域經(jīng)濟實力的增強為資源環(huán)境承載力提升奠定了較為堅實的經(jīng)濟基礎(chǔ)。

（3）資源承載力演變趨勢。 由圖1、表4 可知，2008—2019 年黃河流域資源承載力起點較高但波動較大，總體呈現(xiàn)M 形變化趨勢，其中：2008—2011 年呈現(xiàn)上升趨勢，從0.356 上升到0.672，由中級水平提升到良好水平；2012—2016 年呈現(xiàn)下降趨勢，從之前的良好水平退回中級水平；2017—2018 年又上升至良好水平，但2019 年再次降到中級水平。 資源承載力波動較大的原因是資源子系統(tǒng)各指標尤其是人均水資源量、人均耕地面積波動較大，如豐水年2018 年人均水資源量為2 762 m3、枯水年2015 年人均水資源量僅為1 923 m3。

（4）環(huán)境承載力演變趨勢。 由圖1、表4 可知，黃河流域環(huán)境承載力除2015 年小幅度下降外呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，由2008 年的0.074（屬低級水平）上升到2019 年的0.866（屬良好水平）。 對該子系統(tǒng)的6 個指標逐年變化情況分析可知，2008—2019 年各指標均有所提升，帶動了環(huán)境承載力的提升，這離不開各地政府對環(huán)境保護的重視。

2.4 資源環(huán)境承載力空間差異分析

上述黃河流域資源環(huán)境承載力演變特征，是由黃河流域各?。▍^(qū)）資源環(huán)境承載力共同作用的結(jié)果。為分析黃河流域資源環(huán)境承載力空間差異，按照上述方法測算了2008 年、2019 年黃河流域九省（區(qū)）的資源環(huán)境承載力，結(jié)果見表5。 需要說明的是，表5 中2008 年、2019 年各?。▍^(qū)）資源環(huán)境承載力及其均值與表4 中黃河流域整體資源環(huán)境承載力差別較大，原因是計算黃河流域整體資源環(huán)境承載力采用的指標值是各?。▍^(qū)）的加和或均值，囿于熵值法的局限性，分省（區(qū)）計算的各指標權(quán)重與按黃河流域整體計算的權(quán)重存在差異，造成資源環(huán)境承載力計算結(jié)果也存在差異。

表5 2008 年、2019 年各?。▍^(qū)）資源環(huán)境承載力

由表5 可知：黃河流域各省（區(qū)）資源環(huán)境承載力水平總體較低且存在明顯差異，具體而言，山東資源環(huán)境承載力水平相對較高（處于中級水平、接近良好水平）、甘肅資源環(huán)境承載力狀況較差（處于低級水平），其他省（區(qū)）介于這兩省之間（均處于中級水平）。 從2008—2019 年各?。▍^(qū)）資源環(huán)境承載力變化情況看，四川、內(nèi)蒙古、河南、青海四?。▍^(qū)）有所提升，其中四川省提升幅度較大，而山西、山東、陜西、甘肅、寧夏五?。▍^(qū)）有小幅度下降。

2.5 資源環(huán)境承載力主要障礙因子診斷分析

逐年計算資源環(huán)境承載力評價的20 個因子（指標）的障礙度并從大到小進行排序，發(fā)現(xiàn)歷年排序第1位至第9 位的因子均為生活垃圾清運量（x20）、水土流失治理面積（x19）、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP 比重（x9）、農(nóng)民消費性支出（x6）、單位能耗下降率（x10）、人均GDP（x5）、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平（x3）、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)個數(shù)（x7）、工業(yè)污染治理完成投資（x15），這9 個因子的障礙度合計值大于52%（見表6），因此把這9 個因子作為主要障礙因子。

表6 資源環(huán)境承載力主要障礙因子的障礙度 %

上述9 個主要障礙因子分屬社會經(jīng)濟、資源、環(huán)境3 個子系統(tǒng)，其中社會經(jīng)濟子系統(tǒng)5 個、資源子系統(tǒng)1個、環(huán)境子系統(tǒng)3 個；排序前3 位的主要障礙因子障礙度均在6%以上，其中排序前2 位的生活垃圾清運量和水土流失治理面積屬環(huán)境子系統(tǒng)、排序第3 位的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP 比重屬社會經(jīng)濟子系統(tǒng)。 由此表明，提升黃河流域資源環(huán)境承載力的關(guān)鍵是改善環(huán)境子系統(tǒng)和社會經(jīng)濟子系統(tǒng)中主要障礙因子（提升指標值），努力提高環(huán)境承載力和社會經(jīng)濟承載力進而提升資源環(huán)境承載力。 具體來說，排在首位的生活垃圾清運量反映的是生活垃圾處理效果，城鄉(xiāng)生活垃圾全面有效處理的難度非常大，因此其是資源環(huán)境承載力的最主要障礙因子；排在第2 位的水土流失治理面積反映生態(tài)環(huán)境保護狀況，雖然2008—2019 年水土流失治理面積逐年增加，但黃河流域水土流失面積大、強度高的問題依然嚴重［22］，因此其仍然是黃河流域資源環(huán)境承載力提升的主要障礙因子；排在第3 位的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP 比重主要衡量產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況，黃河流域以能源化工為主的產(chǎn)業(yè)體系加重了資源環(huán)境的負擔(dān)［23］，因此也是黃河流域資源環(huán)境承載力提升的主要障礙因子。屬社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的農(nóng)民消費性支出、人均GDP、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)個數(shù)等反映了經(jīng)濟發(fā)展水平和社會發(fā)展水平，相較而言，黃河流域存在經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱、西部省份交通不便等問題，支撐生態(tài)保護、環(huán)境治理的能力有限，是資源環(huán)境承載力提升的短板；單位能耗下降率為資源子系統(tǒng)的主要障礙因子，原因是黃河流域高能耗的生產(chǎn)模式為資源環(huán)境帶來壓力；工業(yè)污染治理完成投資屬環(huán)境子系統(tǒng)的另一主要障礙因子，2008—2019 年黃河流域工業(yè)污染治理完成投資額累計達3 178.899 億元，雖然取得了一定的成效，但環(huán)境治理是一項長期的任務(wù)，仍然需要繼續(xù)加強治理，否則環(huán)境污染將制約資源環(huán)境承載力的提升。因此，應(yīng)改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，最大限度降低單位能耗、真正做到節(jié)能環(huán)保，發(fā)展低能耗、高效率的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并大力發(fā)展服務(wù)業(yè)等，進一步提升資源環(huán)境承載力，促進黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展。

3 結(jié) 論

（1）2008—2019 年黃河流域資源環(huán)境承載力呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，從低級水平穩(wěn)步上升到良好水平；社會經(jīng)濟承載力和環(huán)境承載力也呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，而資源子系統(tǒng)起點較高但波動較大，原因是資源子系統(tǒng)中人均水資源量等指標波動較大。

（2）從空間差異來看，黃河流域各?。▍^(qū)）資源環(huán)境承載力存在顯著差異，其中山東資源環(huán)境承載力相對較高（接近良好水平）、甘肅資源環(huán)境承載力相對較低（處于低級水平），其他省份處于中級水平。

（3）影響黃河流域資源環(huán)境承載力提升的主要障礙因子有生活垃圾清運量、水土流失治理面積、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP 比重、農(nóng)民消費性支出、單位能耗下降率、人均GDP、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)個數(shù)、工業(yè)污染治理完成投資等9 個。