淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染的時空格局演變特征

陳 然， 仇方道

(1.江蘇師范大學(xué) 地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116； 2.江蘇第二師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211200)

改革開放以來，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展推動了我國經(jīng)濟(jì)高速增長和綜合國力持續(xù)提升[1]，但這種過度依賴資源消耗的發(fā)展方式，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)規(guī)?？焖贁U(kuò)張的同時，也產(chǎn)生了大量工業(yè)污染，阻礙了綠色發(fā)展，成為我國生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因[2-4].近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)和綠色發(fā)展理念的貫徹落實(shí)，工業(yè)污染雖有所緩解，但污染的累積和集聚造成的環(huán)境問題仍十分嚴(yán)重，這使得經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的矛盾愈加尖銳[5].因此，探討區(qū)域工業(yè)污染排放的格局演變及驅(qū)動機(jī)制，對于推動工業(yè)綠色發(fā)展、實(shí)現(xiàn)工業(yè)污染的影響最小化及區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展都具有重要意義.目前，關(guān)于工業(yè)污染排放格局的研究，內(nèi)容上主要圍繞碳排放強(qiáng)度[6]、環(huán)境污染源[7]、工業(yè)污染的變化趨勢和驅(qū)動機(jī)制[8-10]等方面，方法上主要有重心轉(zhuǎn)移曲線[11]、空間自相關(guān)分析[12]、LMDI模型[13-14]、環(huán)境Kuznets曲線[15]、STIRPAT模型[16]以及偏最小二乘法[17]等，研究區(qū)域則多從全國、省域、市域等不同尺度[7,18-20]展開.既有成果以單一污染源研究居多，而有關(guān)多種污染源導(dǎo)致的工業(yè)污染源時空格局特征研究尚需深化；研究區(qū)域上多注重不同層級行政區(qū)域，而對省際邊界等特殊類型區(qū)域的探討尚未引起足夠的重視.

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)是我國較為典型的省際邊界地區(qū)，也是我國東部沿海地區(qū)重要的能源基地.目前，已有的關(guān)于淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的研究主要集中于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[21]、城鄉(xiāng)融合[22]、綠色發(fā)展[23]、城市群[24]等方面，而關(guān)于工業(yè)污染格局的研究成果尚不多見.因此，本研究以淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)為案例，運(yùn)用重心偏移軌跡、地理集中度等方法，開展省際邊界區(qū)域工業(yè)污染的時空異質(zhì)性特征研究，力圖為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)綠色發(fā)展提供依據(jù).

1 研究區(qū)域、方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)地處蘇魯豫皖4省交界地區(qū)，是我國“一帶一路”建設(shè)的空間戰(zhàn)略支點(diǎn).依據(jù)《淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃》，該區(qū)域包括徐州、連云港、宿遷、宿州、淮北、商丘、棗莊、濟(jì)寧、臨沂、菏澤10市，面積為9.63萬km2.2020年該區(qū)域GDP為34 464.56億元，人均GDP為52 366元，工業(yè)增加值為11 108.83億元，分別占全國的3.39%、72.23%和3.55%.顯然，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)水平不高，工業(yè)化程度較低.除連云港、商丘和菏澤外，該區(qū)域其余7市均為資源型城市[25]，資源密集型產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)著工業(yè)化進(jìn)程及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，導(dǎo)致區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一、脆弱，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，阻礙區(qū)域工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展.因此，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的首要任務(wù).研究該地區(qū)的工業(yè)污染時空特征，對于省際邊界區(qū)域工業(yè)生態(tài)化轉(zhuǎn)型具有典型的代表意義.

1.2 研究方法

1.2.1 工業(yè)污染測度模型科學(xué)地評估工業(yè)污染程度是揭示區(qū)域工業(yè)污染特征的前提.本研究采用工業(yè)污染綜合指數(shù)表征城市區(qū)域工業(yè)污染程度[4].選取工業(yè)廢水、SO2和煙粉塵排放量3大指標(biāo)，使用極差法對所有指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用能夠降低評價者主觀性的熵值法確定權(quán)重[26]，進(jìn)而運(yùn)用加權(quán)求和法計算工業(yè)污染綜合指數(shù).指數(shù)值越大，表明工業(yè)污染程度越高.

1.2.2 變差系數(shù)又稱標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，通常用數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差和均值之比表示，可以反映數(shù)據(jù)之間的離散程度，用來分析淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染區(qū)域差異的演變特征，具體計算過程見文獻(xiàn)[27].

1.2.3 重心模型重心是指區(qū)域空間的某一點(diǎn)，在該點(diǎn)各個方向上的地理要素分布能夠維持均衡[28]，其決定因素只有地理坐標(biāo)和屬性變化.由于各城市空間中心的位置不變，其變化實(shí)際上就是地理要素屬性的變化[29].本研究中，當(dāng)某一城市的工業(yè)污染綜合指數(shù)在總體中所占比例較大且增長較快時，區(qū)域工業(yè)污染重心就會發(fā)生偏移.不同年份的區(qū)域工業(yè)污染重心的偏移軌跡，可以反映淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染排放空間格局的變化[11].具體計算步驟見文獻(xiàn)[11].

1.2.4 地理集中度指數(shù)地理集中度是反映區(qū)域內(nèi)部地理要素空間聚集狀態(tài)的重要指標(biāo)，用區(qū)域內(nèi)某城市某一要素占總體的比例與城市面積占總體的比例之比來表示，可反映出該城市這一要素在區(qū)域的地位[30].本研究中，地理集中度指數(shù)可反映淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染綜合指數(shù)和工業(yè)GDP的空間集聚程度，據(jù)此可分析工業(yè)污染排放空間集聚變化特征以及與工業(yè)GDP集聚變化的關(guān)系.具體計算步驟見文獻(xiàn)[30].

1.2.5 空間自相關(guān)分析根據(jù)地理學(xué)第一定律，任何地區(qū)的地理事物都不是獨(dú)立存在的，與其他空間鄰近的事物都是相關(guān)的，具有空間相關(guān)性.空間自相關(guān)方法可分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)兩種[31].本研究采用該方法分析淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染的空間關(guān)聯(lián)特征和空間格局演變特征，具體計算過程和步驟見文獻(xiàn)[31].

1.3 數(shù)據(jù)來源

工業(yè)污染是指工業(yè)生產(chǎn)過程中所形成的廢氣、廢水和固體排放物對環(huán)境的污染.考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性和代表性，本研究選取工業(yè)SO2排放量、工業(yè)廢水排放量和工業(yè)煙粉塵排放量3項(xiàng)指標(biāo).文中數(shù)據(jù)主要來源于2000—2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)所屬10市統(tǒng)計年鑒、相應(yīng)年份的蘇魯豫皖4省統(tǒng)計年鑒以及《中國城市統(tǒng)計年鑒》.空間數(shù)據(jù)上，本研究采用淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)各地級市行政中心地理坐標(biāo)作為各市的空間中心.

2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染格局特征分析

2.1 總體變化特征

研究期淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染程度整體上呈現(xiàn)波動性降低趨勢，工業(yè)污染指數(shù)由0.382減少到0.086，而區(qū)域差異整體上呈現(xiàn)擴(kuò)大態(tài)勢，變差系數(shù)由0.665演變?yōu)?.223(圖1).這表明2000年以來，工業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響有減弱之勢，而工業(yè)污染程度的區(qū)域異質(zhì)性呈加劇之勢，反映出工業(yè)發(fā)展與污染治理能力存在巨大差異性.同期，工業(yè)污染的全局莫蘭I數(shù)總體呈下降趨勢，表明工業(yè)污染程度在空間上趨于分散，且不同地區(qū)工業(yè)污染在地理空間上隨機(jī)性增強(qiáng).總之，近20年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)和非資源依賴型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染逐漸減弱，而其空間差異拉大且分布趨于隨機(jī).

圖1 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染指數(shù)、變差系數(shù)與莫蘭I數(shù)變化圖Fig.1 Changes of industrial pollution index,coefficient of variation and Moran I in Huaihai Economic Zone

2.2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染空間演變特征

選取2000、2010、2020年3個年份作為橫斷面，運(yùn)用ArcGIS 10.7對工業(yè)污染指數(shù)進(jìn)行可視化(圖2)，比較3個年份的工業(yè)污染空間格局.

圖2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染空間格局演變Fig.2 Spatial evolution of industrial pollution in Huaihai Economic Zone(地圖底圖來源于審圖號為GS(2020)4632號的標(biāo)準(zhǔn)地圖.下同)

2000年，工業(yè)污染程度呈中心高外圍低的空間特征，包括徐州、棗莊、濟(jì)寧3市的核心區(qū)工業(yè)污染指數(shù)平均為0.683，而外圍地區(qū)平均為0.253.

2010年，工業(yè)污染程度高的城市逐漸向北部轉(zhuǎn)移，整個區(qū)域呈現(xiàn)北高南低的空間格局.菏澤、濟(jì)寧2市工業(yè)污染顯著，工業(yè)污染指數(shù)平均為0.620，主要是此2市資源型產(chǎn)業(yè)發(fā)展加劇了環(huán)境污染.

2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)高污染區(qū)域減少至2個，低污染區(qū)域增至4個，空間上呈現(xiàn)中心低外圍高的空間格局特征，特別是位居區(qū)域中心的徐州、棗莊2市工業(yè)污染指數(shù)平均為0.001，而外圍區(qū)域平均為0.107，顯示出明顯的“碟”型格局.2000年以來，棗莊、徐州2市加快資源型城市轉(zhuǎn)型，非資源型產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，因此工業(yè)污染快速下降.

總之，進(jìn)入21世紀(jì)后，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染呈現(xiàn)由核心-外圍演變?yōu)橹行牡屯鈬叩目臻g格局，顯示出中心城市工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型加快，而外圍城市受技術(shù)、資源等制約，工業(yè)污染依然嚴(yán)重.

2.3 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染空間集聚變化特征

計算2000—2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染指數(shù)和工業(yè)增長值的重心坐標(biāo)和地理集中度，并利用ArcGIS 10.7進(jìn)行可視化，得到工業(yè)污染及工業(yè)增長值的重心偏移路徑(圖3)以及集中度分布(表1).

表1 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染和工業(yè)GDP地理集中度指數(shù)Tab.1 Geographical concentration index of industrial pollution and GDP in Huaihai Economic Zone

圖3 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染及工業(yè)GDP重心軌跡(2000—2020年)Fig.3 Shifting path of industrial pollution and GDP center in Huaihai Economic Zone from 2000 to 2020

研究期淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染排放重心先向西南方向移動，然后再向東躍遷.2000—2010年，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染重心由濟(jì)寧向西南方向偏移到徐州，移動了9.194 km，主要是徐州、宿遷等市化工、機(jī)械、鋼鐵等重工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得工業(yè)污染加重；與此同時，工業(yè)增加值重心向西遷移，表明工業(yè)污染重心與工業(yè)增長重心大致呈同向移動趨勢.2010—2020年，受東隴海沿線地區(qū)，特別是邳州、新沂等地工業(yè)化快速發(fā)展的影響，工業(yè)污染重心快速向東遷移，重心東移達(dá)53.587 km；同期，工業(yè)增加值重心波動性東移，但移動距離小于工業(yè)污染重心，表明工業(yè)增長重心與工業(yè)污染重心偏移具有同向但不同步特性，以工業(yè)污染重心移動更為顯著.

從工業(yè)污染集中度來看，2000—2010年的高值區(qū)包括棗莊、淮北2市，均為資源枯竭型城市，主要是此2市資源型產(chǎn)業(yè)造成的污染累積效應(yīng)加劇以及資源開發(fā)引起的生態(tài)破壞顯著所致；同期，工業(yè)GDP空間集聚與之基本一致.2010—2020年的高值區(qū)演變?yōu)樗捱w市，主要是由于：棗莊、淮北等市大力推進(jìn)資源型城市轉(zhuǎn)型，資源性產(chǎn)業(yè)發(fā)展衰退，接續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)污染持續(xù)減弱；而宿遷市由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，工業(yè)污染加劇，成為新的工業(yè)污染高度集中區(qū).同期，工業(yè)GDP空間集聚與之呈錯位分布，以徐州市最為顯著.

總體而言，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染和工業(yè)增長重心呈現(xiàn)同向轉(zhuǎn)移趨勢，但工業(yè)污染重心偏移程度更為顯著；淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染與工業(yè)增長的空間集聚由同步態(tài)勢向二者空間錯位趨勢演變.

2.4 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染空間關(guān)聯(lián)演變特征

為更好地揭示2000—2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染的空間格局演變特征，在對各城市工業(yè)污染綜合指數(shù)計算的基礎(chǔ)上，利用GeoDa和ArcGIS 10.7繪制淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染局部莫蘭I數(shù)散點(diǎn)圖(圖4)，進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)特征分析.

圖4 2000—2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染空間散點(diǎn)圖Fig.4 Moran I scatter plot about industrial pollution in Huaihai Economic Zone from 2000 to 2020

1)H-H型(高-高型)，是指自身與周邊工業(yè)污染程度較高且空間差異較小的城市.此類城市呈現(xiàn)由中部地區(qū)逐漸向東部地區(qū)轉(zhuǎn)移、聚集的趨勢；數(shù)量上先由2000年的2個減少至2010年的0個，后增加至2020年的1個.這表明20年來淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)高污染城市由沿京滬線集聚向沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移.

2)L-L型(低-低型)，是指自身與周邊工業(yè)污染程度均較低，且空間差異較小的城市.研究期該類城市基本分布于淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)東西兩側(cè)邊緣；數(shù)量上也沒有變化，一直為4個，其中菏澤、宿遷、連云港3市由低污染演變?yōu)楦呶廴?，而淮北、棗莊2市則由高污染演變?yōu)榈臀廴?這表明20年來淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)低污染城市集聚的空間格局保持較為穩(wěn)定.

3)H-L型(高-低型)，是指自身工業(yè)污染程度較高而周邊工業(yè)污染程度較低的城市.2000—2010年，該類型城市在空間上沒有發(fā)生改變，數(shù)量上也保持2個；而2010—2020年，該類型城市由資源枯竭型城市(淮北、棗莊)演變?yōu)橘Y源成熟型城市，空間上由中部、西南部逐漸向西北、東南部演變，數(shù)量增加至3個，表明淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染極化型城市增多，趨異現(xiàn)象加劇.

4)L-H型(低-高型)，是指自身工業(yè)污染程度較低但周邊工業(yè)污染程度較高的城市.研究期此類城市從西南和東北逐漸向中部集聚，數(shù)量上先由2000年的2個增加至2010年的4個，后又減少至2020年的2個，表明此類城市空間上由分散走向聚集，且近10年來此種集聚趨勢有所減弱.

3 結(jié)論與建議

以地級市為研究單元，采用重心模型、地理集中度、空間自相關(guān)等方法，研究了2000—2020年淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染時空格局演變特征.淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染程度整體上呈下降趨勢，但區(qū)域差異呈擴(kuò)大之勢，且空間上趨于分散.空間上，工業(yè)污染由核心-邊緣型格局向“碟”型格局演變，說明中心城市工業(yè)向綠色發(fā)展的方向轉(zhuǎn)型，降低了工業(yè)污染，而外圍城市受技術(shù)、資源等制約，工業(yè)污染程度依然較高.研究期工業(yè)污染和工業(yè)增長重心呈現(xiàn)同向轉(zhuǎn)移趨勢，但工業(yè)污染重心偏移程度更為顯著；從地理集中度上看，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染與工業(yè)增長的空間集聚由同步向二者空間錯位趨勢演變.從空間關(guān)聯(lián)看，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染可分為H-H型、H-L型、L-H型和L-L型4類，其中，H-H型城市呈現(xiàn)向沿海轉(zhuǎn)移之勢，H-L型、L-H型兩類城市居于主體地位.

據(jù)此，提出以下建議：一是樹立綠色發(fā)展理念，遵循源頭減量化、過程清潔化、末端再循環(huán)的思路，大力推進(jìn)資源型工業(yè)綠色發(fā)展；大力發(fā)展接續(xù)產(chǎn)業(yè)，推動工業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化.二是建立區(qū)域綠色技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，依據(jù)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)部各城市固有發(fā)展基礎(chǔ)，開展綠色技術(shù)創(chuàng)新，建立綠色技術(shù)創(chuàng)新區(qū)域網(wǎng)絡(luò).三是構(gòu)建區(qū)域綠色協(xié)同網(wǎng)絡(luò).依據(jù)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)部各城市產(chǎn)業(yè)特色，濟(jì)寧、徐州、棗莊、淮北4市以煤炭為優(yōu)勢資源，應(yīng)以轉(zhuǎn)型發(fā)展為主導(dǎo)；宿遷、宿州、菏澤、商丘等市應(yīng)以資源綜合開發(fā)為主，重點(diǎn)在于資源高效、循環(huán)、綜合利用；連云港市應(yīng)大力發(fā)展臨海型工業(yè)，重點(diǎn)推動工業(yè)清潔化；臨沂市應(yīng)依托小商品市場，大力發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品加工，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型.