周 成, 趙亞玲, 張旭紅, 周 霖, 任敏敏
(1.山西財經(jīng)大學文化旅游與新聞藝術學院,山西 太原 030006;2.西安理工大學經(jīng)濟與管理學院,陜西 西安 710054;3.西北師范大學旅游學院,甘肅 蘭州 730070)
生態(tài)韌性是生態(tài)系統(tǒng)吸收外界干擾、自身系統(tǒng)重組及持續(xù)性發(fā)展的能力,主要由抵抗力和恢復力兩方面構(gòu)成[1]。生態(tài)效率則側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過程中表現(xiàn)出的最小生態(tài)損耗及最大產(chǎn)出效應[2],生態(tài)韌性與效率之間存在協(xié)調(diào)發(fā)展關系[3],二者均是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的重要目標。一方面,通過強化生態(tài)環(huán)境的外部抵抗力與內(nèi)部恢復力,可降低單位資源損耗與環(huán)境污染,進而為區(qū)域生態(tài)效率的提高提供基礎條件[4]。另一方面,生態(tài)效率發(fā)展主要是基于生態(tài)期望產(chǎn)出提高與生態(tài)要素投入降低,這既是區(qū)域經(jīng)濟科技化與產(chǎn)業(yè)綠色化過程,也可為區(qū)域生態(tài)韌性的增強提供支持與保障[5]。近年來,隨著生態(tài)文明建設的推進以及節(jié)能環(huán)保技術的升級,我國生態(tài)資源產(chǎn)出能力不斷增強,資源利用、工業(yè)投資與科技發(fā)展等均朝著附加值最大化和資源耗費最小化方向發(fā)展。但與此同時,一些地區(qū)及河流流域一方面在增加生態(tài)產(chǎn)出、提高經(jīng)濟效率,另一方面也造成資源消耗巨大、環(huán)境污染嚴重等問題,使當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境韌性受損。黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障,生態(tài)系統(tǒng)復雜多樣[6],又是重要的“能源流域”和工礦企業(yè)集聚區(qū),生態(tài)保護形勢嚴峻[7]。2019 年后,黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展正式上升成為重大國家戰(zhàn)略,為流域生態(tài)治理帶來重大機遇。黃河流域生態(tài)韌性與效率發(fā)展處于何種水平?二者間呈現(xiàn)怎樣的協(xié)調(diào)發(fā)展關系?回答這些問題,將為推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展切實提供理論依據(jù)。
“韌性”一詞最初源于工程學領域,后作為一種具有演化動態(tài)性和非線性研究范式受到了經(jīng)濟、社會、環(huán)境等領域?qū)W者的廣泛關注[8]。美國學者Holling 最早提出生態(tài)韌性概念,認為生態(tài)韌性是自然系統(tǒng)在面對自然或人為原因引起的生態(tài)變化所能夠承受或吸收的擾動程度[9]。當前,國外生態(tài)韌性相關研究主要圍繞理論構(gòu)建[10]、形成機理[11]、對策路徑[12]等內(nèi)容展開,國內(nèi)研究則主要涉及韌性表現(xiàn)[13]、發(fā)展特征[14]與評價測度[15-16]等內(nèi)容。如臧鑫宇等[17]認為生態(tài)韌性包括抵抗力和恢復力兩方面表現(xiàn)形式。沈潔等[18]則指出生態(tài)韌性具有防御能力、響應能力和學習能力等幾大發(fā)展特征。此外,學者們借助社會網(wǎng)絡分析[19]、遙感影像技術[20]、耦合協(xié)調(diào)模型[21]等方法對不同區(qū)域生態(tài)韌性進行了量化測度。國內(nèi)外關于生態(tài)效率的研究則較為成熟。其中,對生態(tài)效率的評價測度涉及到企業(yè)[22]、行業(yè)[23]及區(qū)域[24]等多個層面。測度方法包括單一比值法、多指標體系法[25]、生態(tài)足跡法[26]及DEA 拓展模型[27]等。單一比值法指標無法體現(xiàn)不同環(huán)境下生態(tài)效率的差異[28]。多指標體系法雖能較多地考慮相關影響因素,但囿于指標賦權(quán)方法差異,使得該方法應該范圍狹窄[29]。DEA 拓展模型基于指標選取全面、非主觀賦權(quán)等優(yōu)點,已成為當下生態(tài)效率測度的主流工具之一。如趙哲等[30]運用超效率DEA 模型并結(jié)合Malmquist 指數(shù)分析了2001—2015 年呼倫貝爾各旗縣的生態(tài)效率時空差異;Moutinho 等[31]基于兩階段DEA 模型測算了歐盟27個國家的生態(tài)效率演變特征。由上可知,當前生態(tài)韌性與效率研究仍多局限于各自維度之內(nèi),缺乏兩者間協(xié)調(diào)發(fā)展關系的探究。研究對象多以我國省域和全國層面為主,對大流域、跨省區(qū)及城市間的綜合測度相對較少。本研究以黃河流域57 個城市為研究靶區(qū),借助加權(quán)求和法和SBM 模型對其生態(tài)韌性與效率的時空演化特征給予研究。進一步,引入耦合協(xié)調(diào)模型探究其生態(tài)韌性與效率的協(xié)調(diào)發(fā)展關系,以期為黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù)。
黃河由西向東流經(jīng)青海省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省和山東省,全長約5464 km。黃河流域作為連接三江源、祁連山、汾渭平原、華北平原等“生態(tài)高地”的巨型生態(tài)廊道,在我國生態(tài)建設中具有重要地位。本研究所選的黃河流域城市以《黃河文化百科全書》所錄的66個地級市為依據(jù),其中阿壩羌族、臨夏回族、甘南藏族、海北藏族、黃南藏族、海南藏族、果洛藏族、玉樹藏族和海西蒙古族藏族等自治州數(shù)據(jù)缺失較多,予以剔除,將剩余57 個地級市作為本研究案例靶區(qū)(圖1)。此外,參照水利部黃河水利委員會標準,將以上城市劃分為上、中、下游3個區(qū)域,其中,上游區(qū)域從西寧市到呼和浩特市,中游區(qū)域從呼和浩特市到鄭州市,下游區(qū)域從鄭州市到東營市。
圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area
數(shù)據(jù)主要源于《中國城市統(tǒng)計年鑒(2010—2019 年)》《中國能源統(tǒng)計年鑒(2010—2019 年)》及相關城市《國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。對于查閱資料后仍無法獲取指標,采用趨勢外推法給予賦值處理。其中,個別指標為加工后數(shù)據(jù),包括人均綠地面積(城市綠地面積與年末總?cè)丝诒戎担⑷f元GDP 能耗量(能源消費總量與GDP 比值)以及萬元GDP水耗量(供水總量與GDP比值)、萬元GDP電耗量(全社會用電量與GDP比值)。
2.2.1 加權(quán)求和法本研究采用加權(quán)求和法對黃河流域城市的生態(tài)韌性給予分析。首先需對原始數(shù)據(jù)進行極值標準化預處理,其次通過熵值法對指標進行賦權(quán),最后運用加權(quán)求和法計算各城市生態(tài)韌性的綜合評價值。計算公式如下:
式中:x′ij為第i個研究單元中第j項指標的標準化值;λj為第j項指標的權(quán)重;Yi為第i個研究單元的生態(tài)韌性值。
2.2.2 SBM模型Tone[32]提出基于松弛變量的非徑向、非角度SBM 模型,該模型不僅包含投入產(chǎn)出變量的等比例改進,還能有效處理非期望產(chǎn)出,進而提高了測度準確性。本研究采用SBM 模型測度黃河流域城市的生態(tài)效率值。計算公式如下
2.2.3 耦合協(xié)調(diào)模型耦合指不同系統(tǒng)通過相互作用彼此影響的過程。協(xié)調(diào)則為系統(tǒng)間相互配合、良性循環(huán)的發(fā)展關系。本研究采用耦合協(xié)調(diào)模型來分析黃河流域城市生態(tài)韌性與效率兩子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展程度[20]。計算公式如下:
式中:Yi、E分別為生態(tài)韌性與效率值;C為兩子系統(tǒng)的耦合度;D為兩子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度;T為兩子系統(tǒng)綜合發(fā)展評價值;考慮到生態(tài)韌性與效率在生態(tài)建設中同等重要,故將α、β值均設為0.5。
在遵循客觀性、獨立性與可操作性原則下,本研究構(gòu)建出2 個子系統(tǒng)、22 個具體指標構(gòu)成的黃河流域生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展評價體系(表1)。
表1 黃河流域城市生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展評價體系Tab.1 Evaluation system for the coordinated development of urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin
生態(tài)韌性子系統(tǒng)主要借鑒了經(jīng)濟[3-8]、城市[13-14]與環(huán)境韌性[15-17]相關成果,將其細分為抵抗力和恢復力2 個維度。其中,抵抗力表示生態(tài)系統(tǒng)通過主動抵御環(huán)境干擾,使之不會突破自身穩(wěn)定狀態(tài)的臨界值而受到損壞的能力[3],地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、社會基礎是影響生態(tài)抵抗力的主要因素。恢復力則側(cè)重于當環(huán)境干擾超過生態(tài)系統(tǒng)所能承受的臨界值后,生態(tài)恢復至穩(wěn)定狀態(tài)的能力[17],恢復力主要受生態(tài)重建、污染治理等因素影響。
生態(tài)效率子系統(tǒng)則主要參考了能源、工業(yè)等生態(tài)效率[26-30]相關文獻,將其分為投入度和產(chǎn)出度2個維度。其中,投入度指生態(tài)系統(tǒng)為區(qū)域社會經(jīng)濟提供服務所消耗的資源和能源,以及在此過程中社會資金和勞動力等投入指標[25]。產(chǎn)出度側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)為滿足人類生活所提供的產(chǎn)品和服務價值[29-30],主要涉及期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出兩方面。
如圖2 所示,黃河流域城市生態(tài)韌性在2009—2018 年總體處于波動下降趨勢,由2009 年0.239 下降到2018 年0.206,流域面臨較大的生態(tài)威脅與環(huán)保壓力,這也是2019 年黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略提出的宏觀背景與客觀要求。2008年后受全球金融危機及國內(nèi)經(jīng)濟形勢影響,流域沿線多個城市為追求經(jīng)濟規(guī)模和發(fā)展速度致力于基建投入和項目上馬,使得流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境韌性有所下降。2015 年后中共中央、國務院相繼頒布《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》《生態(tài)文明體制改革總體方案》等政策,相關城市社會經(jīng)濟更多考慮了生態(tài)環(huán)保因素,生態(tài)文明建設也取得了較大成效,韌性降幅減緩并在部分年份呈上升態(tài)勢。從上、中、下游看,生態(tài)韌性由高到低為下游區(qū)域>上游區(qū)域>中游區(qū)域。下游地區(qū)城市社會經(jīng)濟基礎較好,生態(tài)環(huán)境受外界因素威脅時抵抗力較強,其生態(tài)韌性值較高;上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境雖較脆弱,但環(huán)保力度和資金投入較大,生態(tài)韌性次之;黃河中游是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)、自然災害頻發(fā)區(qū)及重化工能源區(qū),社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境矛盾突出,生態(tài)韌性值也較低。
圖2 黃河流域城市生態(tài)韌性演變趨勢Fig.2 Evolution trend of urban ecological resilience in the Yellow River Basin
對黃河流域城市2009—2018 年生態(tài)韌性均值進行計算,并以0.1、0.3、0.5為閾值將生態(tài)韌性分為高等、較高、較低和低等4 個類型。由圖3 可知,生態(tài)韌性高等類型有西安市、鄭州市和濟南市3 個省會城市,以上城市經(jīng)濟社會基礎良好,近年來高度重視產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與生態(tài)保護,其生態(tài)韌性與流域其他城市相比具有絕對優(yōu)勢。此外,東營市、淄博市、呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市、烏海市、銀川市、石嘴山市、蘭州市9個城市為生態(tài)韌性較高類型,以上多為省會及周邊城市,其生態(tài)環(huán)境抵抗力和恢復力具有保障。運城市、固原市、晉中市、海東市、呂梁市、臨汾市、忻州市等城市屬于生態(tài)韌性低等類型,其中運城市、晉中市、呂梁市所屬的山西省為我國重要能源化工基地,自然環(huán)境受外界影響較大,生態(tài)韌性受損嚴重。固原市、海東市和定西市氣候干旱少雨、蒸發(fā)劇烈,加之人為不合理的墾、牧、伐、占等現(xiàn)象嚴重,使其生態(tài)韌性降低。
圖3 黃河流域城市生態(tài)韌性空間差異Fig.3 Spatial difference of urban ecological resilience in the Yellow River Basin
黃河流域城市生態(tài)效率發(fā)展總體上呈現(xiàn)“U”形演變特征,即2009—2015 年生態(tài)效率值由0.332 下降到0.256,2015 年之后效率由低轉(zhuǎn)高,從0.256 上升到0.435(圖4)。2015年前,沿線城市經(jīng)濟發(fā)展側(cè)重于資源、環(huán)境等要素投入,能源化工等傳統(tǒng)工業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占主導性地位,生態(tài)效率較低且呈下降趨勢。2015年后“十三五”期間,沿線城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級加快,傳統(tǒng)高耗能、高污染、高排放的經(jīng)濟模式向集約型、高質(zhì)量發(fā)展方向轉(zhuǎn)變,黃河流域生態(tài)效率不斷提升。從黃河上、中、下游看(圖5),上游區(qū)域生態(tài)效率值較高,中游次之,而下游最低。長期以來,黃河上游高度重視生態(tài)維護與環(huán)境治理,生態(tài)非期望產(chǎn)出處于較低水平,生態(tài)效率值與中、下游相比較高。中、下游城市社會經(jīng)濟基礎良好,但前期經(jīng)濟建設中對環(huán)境的損耗較嚴重,導致其生態(tài)效率值較低。值得注意的是,近年來下游區(qū)域積極推進新舊動能轉(zhuǎn)換、產(chǎn)業(yè)騰籠換鳥,其生態(tài)效率呈快速上升態(tài)勢。
圖4 黃河流域城市生態(tài)效率演變趨勢Fig.4 Evolution trend of urban eco-efficiency in the Yellow River Basin
圖5 黃河流域城市生態(tài)效率空間差異Fig.5 Spatial difference of urban eco-efficiency in the Yellow River Basin
從生態(tài)效率的城市間差異看(圖5),定西市、隴南市、慶陽市、鄂爾多斯市、固原市和洛陽市6 個城市為生態(tài)效率高等類型,以上城市在多個年份生態(tài)效率值均為1,即實現(xiàn)了生產(chǎn)單元有效。此外,海東市、武威市、中衛(wèi)市、天水市為生態(tài)效率較高城市,這主要是由生態(tài)非期望產(chǎn)出較低所致。除個別城市之外,生態(tài)效率高等與較高等級類型均位于黃河上游區(qū)域。而生態(tài)效率低等類型城市則主要位于黃河中、下游的山西省、河南省和山東省,這與前述生態(tài)效率在黃河上、中、下游的區(qū)域差異結(jié)果相印證。具體而言,生態(tài)效率低等類型城市包括山西省的太原市、晉中市、長治市和晉城市,河南省的焦作市、鄭州市、新市鄉(xiāng)和安陽市以及山東省的聊城市、德州市、濱州市、淄博市和臨沂市等,以上城市經(jīng)濟發(fā)展資源型路徑依賴較強,生態(tài)投入高而期望產(chǎn)出低,因而其生態(tài)效率處于低位,亟需從轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、注重生態(tài)環(huán)境治理等方面來提升其生態(tài)效率。
黃河流域城市2009—2018 年生態(tài)韌性與效率的協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢與生態(tài)效率子系統(tǒng)相似,由不斷下滑轉(zhuǎn)向逐步回升(圖6)。2009—2015年協(xié)調(diào)指數(shù)由0.480 下降至0.440,到2018年時兩子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)指數(shù)又回升至0.495,這表明2015年以后流域城市韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展不斷增強。近年來,黃河沿線城市不僅注重發(fā)展技術密集、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè),還積極出臺環(huán)保政策、法規(guī),持續(xù)推進流域生態(tài)文明建設,使得兩者間協(xié)調(diào)性有大幅提升。從黃河上、中、下游來看,兩子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)指數(shù)由高到低依次為上游區(qū)域>下游區(qū)域>中游區(qū)域。中、下游區(qū)域協(xié)調(diào)指數(shù)雖低于流域整體均值,但近幾年基于生態(tài)改善和效率提升等原因,其效率與韌性間協(xié)調(diào)程度呈上升趨勢。上游區(qū)域協(xié)調(diào)指數(shù)雖高于流域整體均值,但隨著上游城市工業(yè)化進程的加快,其韌性與效率協(xié)調(diào)指數(shù)顯現(xiàn)下降趨勢,這應當引起足夠重視。
圖6 黃河流域城市生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展關系的演變趨勢Fig.6 Evolution trend of coordinated development between urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin
為動態(tài)了解黃河流域各城市生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展空間差異,以研究時段起止年份(2009 年和2018 年)為例,對兩子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)指數(shù)進行圖形呈現(xiàn)。由圖7 可知,黃河流域生態(tài)韌性與效率間良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)型城市數(shù)量有所增加。其中,良好協(xié)調(diào)型從2009年的0個增加到2018年的西安市和濟南市2 個(圖7a),以上城市由于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生態(tài)治理顯著,生態(tài)韌性與效率均有提升且二者間協(xié)調(diào)性不斷增強。中度協(xié)調(diào)型則由2009年6個增加到2018年7個,除去濟南市和呼和浩特市之外,其余中度協(xié)調(diào)城市在研究時段均有所變化,這反映了黃河流域生態(tài)韌性與效率中度協(xié)調(diào)型城市具有較大的變動性。進一步,勉強協(xié)調(diào)型的城市由45個減少到38個,中度失調(diào)型城市有由6個增加到了10個(圖7b),黃河流域生態(tài)治理是一個漫長且艱巨的過程,生態(tài)韌性與效率間協(xié)調(diào)發(fā)展勢頭不斷顯現(xiàn),但短期來看經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間矛盾仍較為突出,山西省的呂梁市、長治市、晉城市和運城市以及河南省的安陽市、山東省的聊城市由2009年的勉強協(xié)調(diào)性降低為2018年的中度失調(diào)型,以上城市應通過降低生態(tài)污染、促進產(chǎn)業(yè)升級等方式來增強生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)關系。
圖7 黃河流域城市生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)發(fā)展空間差Fig.7 Spatial difference of coordinated development between urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin
黃河流域作為我國重要的生態(tài)安全屏障、能源化工基地及經(jīng)濟發(fā)展地區(qū),在國家生態(tài)文明建設和社會經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位。近年來,黃河流域生態(tài)環(huán)境保護和高質(zhì)量發(fā)展已與京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟帶、長江三角洲區(qū)域一體化、大灣區(qū)建設等一道上升成為了國家重大戰(zhàn)略,這為流域內(nèi)生態(tài)治理和環(huán)境保護帶來了重大機遇。本研究對黃河流域城市的生態(tài)韌性分析與李連剛等[3]、張筱娟等[33]研究結(jié)論相一致,流域城市亟需采取產(chǎn)業(yè)升級、動能轉(zhuǎn)換和生態(tài)保護等措施以扭轉(zhuǎn)生態(tài)韌性總體下降的態(tài)勢[15]。生態(tài)效率所得結(jié)論與陳明華等[4]研究具有一定差異,主要是兩研究在效率評價體系與效率測度時段的不同所導致。本研究主要貢獻是把生態(tài)韌性與效率置于同一分析框架之中,通過分析黃河流域城市生態(tài)韌性與效率的演化特征和協(xié)調(diào)關系,一定程度上拓展了當前生態(tài)韌性相關研究視角與案例應用。
與此同時,本研究也存在如下不足。其一,在體系構(gòu)建中,生態(tài)韌性重點關注了人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響,對土地類型、氣候變化和生物多樣性等自然因素則考量較少,未來可加入更多自然環(huán)境相關變量以構(gòu)建更為全面的協(xié)調(diào)發(fā)展評價體系。其二,在研究時段上,受限于數(shù)據(jù)可得性和統(tǒng)一口徑等原因,僅將研究時段限定于2009—2018 年,即黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略提出之前。未來可在更新數(shù)據(jù)的基礎上,探尋黃河流域戰(zhàn)略提出后流域城市生態(tài)韌性與效率的演化趨勢及內(nèi)在規(guī)律。
(1)2009—2018 年,黃河流域城市生態(tài)韌性總體上處于波動下降趨勢,流域面臨較大的生態(tài)威脅和環(huán)保壓力。下游區(qū)域生態(tài)保護相對良好且韌性較高,上游次之,而中游區(qū)域韌性值較低。此外,西安市、鄭州市和濟南市3 個省會城市生態(tài)韌性具有優(yōu)勢,而固原市、定西市、海東市、呂梁市等城市生態(tài)韌性值較低。
(2)黃河流域城市生態(tài)效率在2009—2018 年呈現(xiàn)“U”形演化特征,即2009—2015 年生態(tài)效率由0.332 下降到0.256,2015 年后效率值由低轉(zhuǎn)高。此外,上游地區(qū)生態(tài)效率值較高、中游次之、下游最低。城市差異看,定西市、隴南市、慶陽市、鄂爾多斯市、固原市和洛陽市6 個城市為生態(tài)效率高等類型,多數(shù)城市位于黃河上游區(qū)域,生態(tài)效率低等類型城市主要位于山西省、河南省和山東省等流域中、下游省區(qū)。
(3)黃河流域城市生態(tài)韌性與效率協(xié)調(diào)關系與生態(tài)效率子系統(tǒng)相似,由下滑轉(zhuǎn)向回升。2015 年后,沿線城市不僅注重發(fā)展技術密集、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè),還持續(xù)推進流域生態(tài)文明建設。此外,2009—2018年生態(tài)韌性與效率良好協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)型城市有所增加,勉強協(xié)調(diào)型城市有所減少,生態(tài)韌性與效率間協(xié)調(diào)發(fā)展勢頭不斷顯現(xiàn),但短期來看其經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護間矛盾仍較為突出。