制造業(yè)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評價研究

鄧思欣，司徒淑娉，鄺敏兒，廖文輝

（1.廣東省佛山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 佛山 528000；2.廣東金融學院，廣東 廣州 510520）

黨的十八大報告把生態(tài)文明建設納入中國特色社會主義“五位一體”總體布局，綠水青山就是金山銀山理念是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價值與經(jīng)濟價值的雙重體現(xiàn)[1]。城市是經(jīng)濟、能源和環(huán)境沖突最激烈的地方，城市生態(tài)系統(tǒng)面臨環(huán)境污染、能源匱乏、生態(tài)破壞、社會矛盾加劇等問題[2]。城市生態(tài)系統(tǒng)是由自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)組成的復合生態(tài)系統(tǒng)，自然可持續(xù)是基礎，經(jīng)濟可持續(xù)是動力，社會可持續(xù)是目標[3]。如何定量評價社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的壓力，客觀評價城市生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，以系統(tǒng)思維厘清各子系統(tǒng)之間的關系與演變規(guī)律，是促進區(qū)域經(jīng)濟與生態(tài)效益協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。

經(jīng)濟增長與資源環(huán)境壓力的關系研究應遵循“檢驗因果關系-識別拐點/脫鉤狀態(tài)-評估生態(tài)效率強度-判定耦合協(xié)調(diào)階段”，因果檢驗表明能源消耗與技術進步對廣東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的貢獻顯著，廣東自2000年開始已出現(xiàn)明顯拐點，演變?yōu)榈湍芎母呓?jīng)濟增長模式[4,5]。需要進一步對區(qū)域生態(tài)效率強度（經(jīng)濟增長與資源環(huán)境壓力的單向關系）和系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平（多系統(tǒng)互動）開展綜合評價。目前我國城市生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價并未形成規(guī)范化的指引，常用的城市生態(tài)承載力評價、生態(tài)系統(tǒng)健康評價等方法，多是通過構建相應的指標體系，基于綜合評價模型，耦合不同的協(xié)調(diào)度評價模型優(yōu)化而形成[4,6-8]。不同評價方法的適用性與優(yōu)劣各不相同，石惠春等[9]從可持續(xù)發(fā)展的角度，利用在不確定系統(tǒng)多屬性評價中廣泛應用的集對分析模型，對蘭州市經(jīng)濟、環(huán)境、社會多個指標系統(tǒng)開展評價。該方法能夠識別多系統(tǒng)間的交互作用，能對不確定性加以客觀分析，更能表征復合系統(tǒng)年際間的相對發(fā)展水平，綜合評價整個城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)。

佛山是全國重要的制造業(yè)基地，2015年國家發(fā)展和改革委員會批復佛山為全國制造業(yè)轉型升級綜合改革試點。近年來，隨著政府積極開展產(chǎn)業(yè)轉型與環(huán)境治理，城市生態(tài)環(huán)境狀況變化明顯。研究表明，佛山市1995-2004年生態(tài)系統(tǒng)適宜度趨于穩(wěn)定，1996-2013年生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體呈上升趨勢[10,11]。目前，對于“五位一體”總體布局確定以來佛山生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的報道尚不多見，本文利用徐福留等[12]設計的綜合評價模型生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)（ESI），評價佛山市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的壓力；通過耦合集對分析方法評價生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平和質(zhì)量；通過綜合分析自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平與最優(yōu)評價集的相對貼近度，評價城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過程中各個子系統(tǒng)之間的可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)程度。結果可為同類型城市的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)評價提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 評價指標體系

經(jīng)濟社會指標主要有規(guī)模與效益指標，資源環(huán)境指標主要來源于壓力-狀態(tài)-響應概念模型[13]。同時考慮將其用于年度評價的業(yè)務化應用，結合指標的系統(tǒng)性、動態(tài)性和可獲取性，建立佛山市生態(tài)系統(tǒng)評價指標體系。2011-2019年指標數(shù)據(jù)來源于佛山市統(tǒng)計年鑒和環(huán)境質(zhì)量公布。

系統(tǒng)層包括：自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)。要素層包括：自然子系統(tǒng)下的資源能源消耗和環(huán)境質(zhì)量；經(jīng)濟子系統(tǒng)下的經(jīng)濟發(fā)展和結構和生態(tài)環(huán)境污染；社會子系統(tǒng)下的科學與教育、醫(yī)療衛(wèi)生水平和公共建設與源頭控制。

指標層包括：資源能源消耗：森林覆蓋率（d1）、建成區(qū)綠化覆蓋率（d2）、全社會用電量（d3）、主要工業(yè)能源消耗量（d4）、人口密度（d5）；環(huán)境質(zhì)量：晝間平均等效聲級（d6）、二氧化氮（NO2）年均濃度（d7）、二氧化硫（SO2）年均濃度（d8）、可吸入顆粒物（PM10）年均濃度（d9）、空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例（d10）、酸雨發(fā)生頻率（d11）、細顆粒物（PM2.5）年均濃度（d12）、臭氧日最大8 小時滑動平均濃度的第90 百分位數(shù)（d13）；經(jīng)濟發(fā)展和結構：人均生產(chǎn)總值（d14）、地區(qū)生產(chǎn)總值增長率（d15）、出口總額占GDP 比例（d16）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比例（d17）、全社會固定資產(chǎn)投資占GDP 比例（d18）；生態(tài)環(huán)境污染：廢水排放總量（d19）、工業(yè)廢水排放量（d20）、廢水化學需氧量排放量（d21）、廢水氨氮排放量（d22）、工業(yè)廢氣排放量（d23）、工業(yè)煙（粉）塵排放量（d24）、工業(yè)二氧化硫排放量（d25）、工業(yè)氮氧化物排放量（d26）、放射源數(shù)量（d27）、重點企業(yè)工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量（d28）、民用車輛擁有量（d29）；科學與教育：發(fā)明專利申請授權量（d30）、城鎮(zhèn)登記失業(yè)人數(shù)（d31）、普通高等學校在校學生數(shù)（d32）；醫(yī)療衛(wèi)生水平：醫(yī)療衛(wèi)生機構床位數(shù)（d33）、衛(wèi)生技術人員數(shù)（d34）、衛(wèi)生和社會工作投資額占全年固定資產(chǎn)投資比例（d35）；公共建設與源頭控制：年末實有公共汽（電）車營運車輛數(shù)（d36）、水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)投資額占全年固定資產(chǎn)投資比例（d37）、廢氣處理能力（d38）、工業(yè)廢水日處理能力（d39）、生活垃圾無害化處理率（d40）、工業(yè)固體廢物綜合利用率（d41）、工業(yè)能源中潔凈燃氣消耗量（d42）、城鎮(zhèn)污水處理率（d43）。

1.2 評價模型

1.2.1 生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)評價模型

生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)（E）由兩個分指數(shù)構成，即資源能源消耗分指數(shù)（R）和生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)（Q）。其計算公式如下：

式中，Ri為第i 個資源能源消耗指標的指數(shù)值；Qi為第i個生態(tài)環(huán)境污染指標的指數(shù)值；W 為分指數(shù)的權重，取值0.5；r 為資源能源消耗指標的實際值；q 為生態(tài)環(huán)境污染指標的實際值；w為指標的權重；n為評價集對應的指標個數(shù)；k為年份。

1.2.2 基于集對分析法的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平評價模型

集對分析是關于確定及不確定系統(tǒng)的同、異、反定量分析的系統(tǒng)分析方法。利用集對分析方法開展城市可持續(xù)發(fā)展水平相對狀況評價，其計算公式如下：

對于效益型指標：

對于成本型指標：

式中，T 為城市可持續(xù)發(fā)展水平與最優(yōu)評價集的相對貼近度；P為平均同一隸屬度；Z為平均對立隸屬度；p為同一隸屬度，表示城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標實際值與最優(yōu)值的接近程度；z 為對立隸屬度，表示城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標實際值與最劣值的接近程度；d 為城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標的實際值；w 為城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標的權重；n為城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標個數(shù)；k為年份（k=1,2,…,K）。

1.2.3 城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)度評價模型

計算公式如下：

式中，Y為可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)度；S為樣本空間{T1,T2,T3}的標準差；T1，T2，T3為自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平與最優(yōu)評價集的相對貼近度?？沙掷m(xù)發(fā)展水平和可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)度在[0,1]內(nèi)可劃分為6類[9]，見表1。

表1 可持續(xù)發(fā)展程度分類等級

1.2.4 指標權重的確定

城市生態(tài)系統(tǒng)評價的計算中確定指標權重的方法有客觀賦權法和主觀賦權法，本文采用客觀賦權熵權法。

采用極值標準化法將數(shù)據(jù)歸一化處理：

第i個指標的權重計算方法如下：

式中，k、d、n 的含義與集對分析模型中各式意義相同。

2 結果與討論

2.1 生態(tài)環(huán)境壓力

根據(jù)生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)分級標準，即0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 分別對應壓力很小、小、中等、大、很大5種狀態(tài)，評價佛山市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境壓力[12]。如圖1所示，2011-2019年佛山經(jīng)濟社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的壓力整體處于大壓力狀態(tài)，呈波動下降趨勢。其中，2011-2014年壓力變化較為平穩(wěn)，為很大壓力狀態(tài)；以2015年為節(jié)點，壓力明顯下降，2015-2016年下降幅度最大；2017-2019年壓力變化較為平穩(wěn)，生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)為64～66，為偏中等的大壓力狀態(tài)。2011-2019年，自然子系統(tǒng)權重較大的全社會用電量指標呈上升的趨勢，社會消耗的資源能源逐年增加，經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的壓力增加；經(jīng)濟子系統(tǒng)權重較大的工業(yè)SO2排放量指標呈持續(xù)下降趨勢，在2015-2017年呈斷崖式下降，2017年d30 數(shù)量是2014年的4.4 倍，經(jīng)濟發(fā)展使污染治理技術不斷提升，抵消了由于發(fā)展所需消耗能源對環(huán)境造成的壓力，特別自2015年以來，佛山積極推動污染防治攻堅戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境壓力下降明顯。

圖1 2011-2019年佛山市生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)、全社會用電量和工業(yè)SO2排放量變化趨勢

2011-2019年資源能源消耗分指數(shù)和生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)的相互關系如圖2所示，2011-2014年資源能源消耗分指數(shù)為75～84，整體較為平穩(wěn)，呈持續(xù)小幅上升趨勢；2011-2014年生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)處于80～100 區(qū)間，且呈逐漸下降趨勢，生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)較大，為偏向生態(tài)環(huán)境污染型壓力，尾部有向資源能源消耗型壓力過度趨勢；2015-2016年，生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)由60～80區(qū)間降至40～60區(qū)間，下降顯著，佛山市已由生態(tài)環(huán)境污染型壓力轉變?yōu)橘Y源能源消耗型壓力；2017-2019年，資源能源消耗分指數(shù)增大至90 以上，生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)下降至20～40 區(qū)間，佛山市資源能源消耗型壓力特征顯著。

圖2 2011-2019年資源能源消耗分指數(shù)和生態(tài)環(huán)境污染分指數(shù)的相互關系

2.2 可持續(xù)發(fā)展水平與系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度

計算2011-2019年佛山市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平與最優(yōu)評價集的相對貼近度，得出基于可持續(xù)發(fā)展水平的城市生態(tài)系統(tǒng)相對情況，如圖3所示。佛山市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平呈逐年上升的趨勢，其中2011-2014年平緩上升，生態(tài)系統(tǒng)處于弱可持續(xù)發(fā)展水平；2015-2017年加速上升，生態(tài)系統(tǒng)整體處于基本可持續(xù)發(fā)展水平，2017年已達到良好可持續(xù)發(fā)展水平；2018-2019年上升速度放緩，可持續(xù)發(fā)展水平為0.69～0.71，生態(tài)系統(tǒng)處于良好可持續(xù)發(fā)展水平。從具體指標看，2015-2019年，佛山市地區(qū)生產(chǎn)總值持續(xù)增長，2019年邁進國內(nèi)經(jīng)濟總量超萬億城市行列，制造業(yè)轉型升級和供給側結構性改革初見成效，全社會固定資產(chǎn)投資、公共管理事業(yè)投入、高等教育投入等不斷增加，d17和d18在9年間分別上升了7和11個百分點；城市綠化覆蓋率持續(xù)提升，深入推進國家和省各項總量減排措施，d19～d21、d25～d27等生態(tài)環(huán)境污染指標在2015-2017年間下降明顯，環(huán)境質(zhì)量改善獲得階段性的成績，PM2.5濃度在2018-2019年連續(xù)2年達到國家二級標準。

系統(tǒng)發(fā)展的水平除質(zhì)量狀態(tài)外還包括發(fā)展過程各個子系統(tǒng)的和諧程度。如圖3所示，2011-2019年佛山市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)度整體呈持續(xù)上升的趨勢。其中2011年3 個子系統(tǒng)處于一般協(xié)調(diào)狀態(tài)，2012-2013年處于一般協(xié)調(diào)向良好協(xié)調(diào)的過度階段；2014-2016年協(xié)調(diào)程度上升明顯，3 個系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展整體處于良好協(xié)調(diào)；2017-2019年協(xié)調(diào)程度變化平穩(wěn)，2018-2019年略有下降，整體處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài)，其中2017年協(xié)調(diào)程度最高，接近優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)水平。從具體指標看，2017年佛山經(jīng)濟保持穩(wěn)中向好，地區(qū)生產(chǎn)總值增長率為8.3%，保持在2014-2016年水平；水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)投資額占全年固定資產(chǎn)投資比例為10.1%，為研究期間最大；工業(yè)廢水、廢氣排放量在研究期內(nèi)處于較低水平，完成國家“大氣十條”考核目標，獲得全國森林城市榮譽稱號；普通高等學校在校學生數(shù)較2016年增長超過1 倍。2017年在經(jīng)濟子系統(tǒng)保持平穩(wěn)向好的情況下，自然和社會子系統(tǒng)明顯向好，而2018-2019年地區(qū)生產(chǎn)總值增長率下降至6.3%～6.9%，因此2017年各系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度最高。

圖3 2011-2019年佛山市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度與協(xié)調(diào)度相對變化趨勢

如表2所示，從各子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的相對情況來看，自然子系統(tǒng)（T1）與社會子系統(tǒng)（T3）于2015年最先達到基本可持續(xù)發(fā)展水平，經(jīng)濟子系統(tǒng)（T2）可持續(xù)發(fā)展進步相對較慢，2016年3 個子系統(tǒng)均達到基本可持續(xù)水平，2017-2019年均達到良好可持續(xù)水平。

表2 佛山市城市生態(tài)系統(tǒng)子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平相對情況

3 結論

（1）2011-2019年佛山經(jīng)濟社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的壓力整體處于大壓力狀態(tài)，呈波動下降趨勢。經(jīng)濟發(fā)展使科學技術不斷進步，抵消了由于發(fā)展消耗能源對生態(tài)環(huán)境造成的壓力。城市生態(tài)系統(tǒng)資源能源消耗型壓力特征顯著。

（2）佛山市生態(tài)系統(tǒng)處于良好可持續(xù)發(fā)展水平，可持續(xù)發(fā)展水平逐年上升，2015-2019年生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度改善較大。自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度良好。

（3）聯(lián)用生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)法與基于集對分析法的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平評價模型，能較好地評價城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的相對情況，方法簡便，指標全面、易獲取，為環(huán)境監(jiān)測部門每年開展生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)狀況監(jiān)控提供有益借鑒。