基于Dagum—GM 的安徽省資源承載力評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

孔 玉,何 剛,張靜怡,何訓(xùn)喜,彭振軍

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,安徽 淮南 232001)

21 世紀(jì)以來,安徽省在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),也對(duì)環(huán)境資源產(chǎn)生了一定壓力,這種壓力在對(duì)資源本身造成破壞的同時(shí),更是嚴(yán)重阻礙了該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,因此,對(duì)該地區(qū)資源承受能力的研究尤為重要。

用資源承載力來研究資源承受能力,在本質(zhì)上就是尋求在特定的時(shí)間、空間條件下,通過對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的資源深入探究、調(diào)研,采用定性、定量相結(jié)合的方法,分析生態(tài)資源、經(jīng)濟(jì)資源、社會(huì)資源等方面的變化對(duì)該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響,從而來測(cè)度該區(qū)域應(yīng)對(duì)這些變化的承受能力。 馬爾薩斯早在18 世紀(jì)初便提出了有關(guān)環(huán)境承載力的觀點(diǎn),明確提出資源對(duì)人類生存的影響。 該概念20 世紀(jì)90 年代才開始在我國使用,曾維華等[1]引入新概念發(fā)展變量和限制變量,將環(huán)境承載力定義為限制因子分別到達(dá)限度值時(shí),環(huán)境能承受的人類活動(dòng)影響的最大值。 目前承載力用到最多的兩種概念為承載的上限或者平衡狀態(tài)[2],劉殿生[3]在對(duì)秦皇島的資源與環(huán)境承載力研究中,使用發(fā)展變量和制約變量對(duì)資源環(huán)境承載力進(jìn)行分級(jí)和定量分析。 資源承載力是一個(gè)綜合的概念,既包括了環(huán)境的各個(gè)方面,還包括各類資源,如水土資源[4-14]、生態(tài)資源[15]、經(jīng)濟(jì)社會(huì)資源[16]等。 大多學(xué)者將資源環(huán)境結(jié)合起來,研究區(qū)域的資源環(huán)境承載力[17-19],陶偉良[9]在對(duì)安徽省土地承載力評(píng)價(jià)時(shí),將TOPSIS 法用方差最大化均方差及熵權(quán)法進(jìn)行改進(jìn)。 范德政等[10]采用CRITIC-熵權(quán)-TOPSIS 評(píng)價(jià)2012—2019 年寧夏地區(qū)水土資源承載力,并運(yùn)用障礙度模型探究其影響因素,運(yùn)用R/S 法預(yù)測(cè)水土資源承載力的未來趨勢(shì)。 基于現(xiàn)有學(xué)者對(duì)資源承載力的研究,缺少對(duì)資源體系的研究,且較少學(xué)者對(duì)安徽省資源承載力進(jìn)行分區(qū)比較研究,本研究通過構(gòu)建資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用熵權(quán)法,計(jì)算出各市的資源承載力綜合得分,由此來分析安徽省各市的資源承載力情況,借助Dagum 基尼系數(shù)對(duì)安徽省資源承載力進(jìn)行分區(qū)差異解析,最后使用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)安徽省2022—2026 年資源承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)概況

安徽省地處華東長江三角洲地區(qū),屬于我國東部經(jīng)濟(jì)區(qū),有沿江城市群和皖江城市帶可以承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū),是連接我國東西部的重要紐帶,面積達(dá)140 100 km2。 截至2021 年底,安徽省常住人口6 113 萬人,國民生產(chǎn)總值42 959.18 億元,其中第一產(chǎn)業(yè)3 360. 6 億元,第二產(chǎn)業(yè)17 613.19 億元,第三產(chǎn)業(yè)21 985.39 億元;能源生產(chǎn)總量9 317.48 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤,而能源消費(fèi)總量達(dá)15 342.63 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤,是長三角地區(qū)、淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶、皖江城市群、長三角經(jīng)濟(jì)圈極為重要的能源基地,是沿海城市群的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移區(qū)。 安徽省在長三角區(qū)域的作用越來越被重視。 安徽省占長三角地區(qū)39%的面積,擁有28%的人口,是長三角地區(qū)重要的勞動(dòng)力輸出地,生態(tài)資源良好,有大量的煤炭資源。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來自2007—2021 年《安徽統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《全國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國城市群發(fā)展的區(qū)域比較分析》,以及安徽省各市2007—2021 年統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

對(duì)于資源環(huán)境承載力的研究評(píng)價(jià)不能從單一方面進(jìn)行,而是需要從多角度、多方面進(jìn)行多維度的分析與研究,從生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多方面進(jìn)行分析,這樣的研究結(jié)果才能更加客觀并且準(zhǔn)確地反映事實(shí)。 并且,多方面的分析可以使得研究更加全面、真實(shí)可靠,結(jié)果更具說服力。 根據(jù)資源承載力的含義一級(jí)特征,結(jié)合安徽省的實(shí)際情況,遵循科學(xué)的、客觀的規(guī)則,借鑒過去學(xué)者的研究成果,將資源承載力研究劃分為三個(gè)一級(jí)指標(biāo):經(jīng)濟(jì)資源承載力、社會(huì)資源承載力、生態(tài)資源承載力。 構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1 所示。

表1 安徽省資源承載力評(píng)價(jià)體系

2.3 熵權(quán)—TOPSIS 法

本研究以科學(xué)性、客觀性為原則,用客觀性強(qiáng)的熵權(quán)法結(jié)合TOPSIS 法對(duì)安徽省進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),這種方法處理的數(shù)據(jù)結(jié)果可信度較強(qiáng)。 具體計(jì)算步驟如下:

評(píng)價(jià)指標(biāo)的初始矩陣為:

式中:xij——第i個(gè)城市的第j個(gè)指標(biāo)數(shù)值。

(1)無量綱化處理

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使得數(shù)據(jù)間可以進(jìn)行對(duì)比,并且可以得出標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)矩陣。

正向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化:

負(fù)向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化:

(2)消除0 值

因?yàn)殪刂捣ǖ挠?jì)算過程中不可以出現(xiàn)0 值,所以需要把進(jìn)行無量綱化后的指標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)平移,這樣做可以將無量綱化后出現(xiàn)的0 值處理掉。

對(duì)x′ij進(jìn)行平移:

式中:zij——x′ij平移后的數(shù)值;A——平移的幅度,取值越小,評(píng)價(jià)的結(jié)果就越可觀顯著,本體系中A取值0.002。 處理后,計(jì)算第i個(gè)樣本值占第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重:

(3)對(duì)Xij的熵值ej和冗余度dj進(jìn)行計(jì)算

(4)計(jì)算zij的權(quán)重Wj

(5)運(yùn)用熵權(quán)Wj構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化矩陣Y

TOPSIS 也稱“逼近理想解排序方法”,是在系統(tǒng)工程研究中經(jīng)常使用的決策法,通過對(duì)研究區(qū)賦權(quán)后的指標(biāo)進(jìn)行分析,計(jì)算其目標(biāo)的距離與正、負(fù)理想解的偏差距離,可以此來估算安徽省資源環(huán)境承載力,并且還能較全面且客觀地反映出區(qū)域資源環(huán)境承載力的變化趨勢(shì)。

(6)確定正負(fù)理想解

設(shè)Y+為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中第i個(gè)指標(biāo)在第j年的最大值,即為正理想解;Y-為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中第i個(gè)指標(biāo)在第j年的最小值,即為負(fù)理想解,計(jì)算方法如下:

(7)距離計(jì)算

式中:yij——第i個(gè)指標(biāo)在第j年加權(quán)后的規(guī)范化值。

(8)在以上計(jì)算基礎(chǔ)上,計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與理想解的貼近度

為進(jìn)一步對(duì)比分析安徽省各城市水資源承載力水平的地區(qū)差異,基于2007—2021 年16 地級(jí)市逐年的資源承載力水平計(jì)算結(jié)果,利用標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)法將資源承載力水平劃分為低承載力、較低承載力、中等承載力、較高承載力、高承載力五個(gè)等級(jí),劃分結(jié)果如表2 所示。

表2 資源承載力水平等級(jí)劃分

2.4 Dagum 基尼系數(shù)

采用Dagum 基尼系數(shù)分解法對(duì)安徽省2007—2021 年資源承載力的區(qū)域差異分解,探究安徽省區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)資源承載力的差異,基尼系數(shù)的定義式如下:

式中:yij——j分區(qū)內(nèi)的各地級(jí)市資源承載力水平;yhr——h分區(qū)內(nèi)的各地級(jí)市資源承載力水平;ˉ——安徽省內(nèi)資源承載力平均值;n——地級(jí)市個(gè)數(shù);k——安徽省分區(qū)數(shù),本研究將安徽省分為皖中、皖南、皖北三個(gè)區(qū),皖中包括合肥、六安、滁州、安慶4 市,皖南包括黃山、蕪湖、馬鞍山、銅陵、宣城、池州6 市,皖北包括宿州、淮北、蚌埠、阜陽、淮南、亳州6 市;nj——安徽省j分區(qū)內(nèi)城市數(shù)量;G——總體基尼系數(shù);h——k個(gè)安徽省分區(qū)的不同分區(qū),且j=1,2,…,k;r——分區(qū)內(nèi)的不同城市。 Dagum 基尼系數(shù)分解法是將總的基尼系數(shù)G分解為區(qū)域內(nèi)差異貢獻(xiàn)GW,區(qū)域間凈值差異貢獻(xiàn)Gnb,超變密度貢獻(xiàn)Gt,四者滿足關(guān)系式:

區(qū)域內(nèi)差異貢獻(xiàn)的計(jì)算公式為:

式中:pj=nj/n,為j分區(qū)地級(jí)市的數(shù)量與安徽省地級(jí)市總數(shù)的比值;j=1,2,…,k;Djh——j分區(qū)和h分區(qū)的資源承載力相對(duì)影響。

將djh定義為各區(qū)域間承載力的差值,即j分區(qū)和h分區(qū)中滿足yij-yhr>0 條件的所有資源承載力值之和的數(shù)學(xué)期望;Pjh定義為超變一矩陣,表示j、h分區(qū)中所有滿足yij-yhr＜0 的資源承載力值之和的數(shù)學(xué)期望;Fj、Fh分別為j、h分區(qū)的累積密度分布函數(shù)。

2.5 灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)模型又稱GM(1,1)模型,本研究通過灰色關(guān)聯(lián)對(duì)安徽省資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)體系中各因素對(duì)該體系的影響程度進(jìn)行分析,建立模型并求解,將原始序列定義為,經(jīng)過第一次累加之后生成序列,得出GM(1,1)模型的一階線性常系數(shù)方程,公式如下所示:

式中:a、u分別為待確定的未知參數(shù);t——時(shí)間。

GM(1,1)模型對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)型解為:

還原模型為:

由此得到一組預(yù)測(cè)數(shù)列:

3 實(shí)證分析

3.1 資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

給指標(biāo)賦權(quán)有多種方法,如變異系數(shù)法、層次分析法、二項(xiàng)系數(shù)法等,這些方法在賦權(quán)時(shí)往往更加偏好于主觀,而忽略了指標(biāo)的客觀情況。 熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法,可以有效避免人為的主觀因素影響,利用SPSSAU 求解出安徽省資源承載力各指標(biāo)權(quán)重,結(jié)果如表3 所示。

表3 安徽省資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

由表3 可知,在16 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中,經(jīng)濟(jì)資源子系統(tǒng)中的指標(biāo)對(duì)安徽省資源承載力的影響比較大,其中經(jīng)濟(jì)密度(A4)的權(quán)重最大,為0.146 3,說明對(duì)該地區(qū)資源承載力的影響程度最大;其次是節(jié)能環(huán)保支出占比(A13),權(quán)重為0.120 1,全社會(huì)用電量(A5)占比為0.098 2;影響最小的是社會(huì)資源子系統(tǒng)中的人均用水量(A6)和生態(tài)資源子系統(tǒng)中的城市污水處理率(A12),比重分別為0.014 3 和0.011 8,說明該指標(biāo)對(duì)資源承載力的影響程度最小。

3.2 安徽省資源承載力

本研究通過熵權(quán)法計(jì)算得出個(gè)指標(biāo)權(quán)重,借此構(gòu)建規(guī)范化矩陣,借助TOPSIS 方法得出正、負(fù)理想解,使用SPSSAU 求得安徽省2007—2021 年資源承載力靠近(或偏離)正(或負(fù))理想解的距離。 安徽省2007—2021 年承載力如圖1 所示。

圖1 安徽省2007—2021 年承載力

由圖1 可知,安徽省2007—2021 年安徽省經(jīng)濟(jì)資源承載力整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),2007—2014 年上升幅度較為平緩,2015 年稍有下降后,2015—2021 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)承載力提升幅度明顯增大;而生態(tài)資源承載力在2007—2015 年呈螺旋式上升,且上升幅度較小,2016 年出現(xiàn)短暫峰值,于2017 年驟降,后又在2019—2021 年明顯上升;社會(huì)資源承載力整體上呈較穩(wěn)定的上升趨勢(shì),在2020 年后稍有下降,總體較為穩(wěn)定。 資源承載力整體來看較為平穩(wěn),呈緩慢上升趨勢(shì),每年保持穩(wěn)定上升。

3.3 安徽省資源承載力時(shí)空分異

為更加深入分析安徽省資源承載力變化,選取安徽省16 市2007 年、2014 年、2021 年的資源承載力進(jìn)行分析,結(jié)果如圖2 所示。

圖2 安徽省資源承載力情況

從安徽省資源承載力整體發(fā)展來看,由2007年低水平發(fā)展為2021 年較高水平,具體表現(xiàn)為:2007 年安徽省低承載力水平的城市有13 個(gè),2 個(gè)較低承載力水平城市,1 個(gè)較高承載力水平城市,總體承載力水平低;2014 年低承載力水平城市5 個(gè),5 個(gè)較低承載力水平城市,4 個(gè)中等承載力水平城市,2 個(gè)較高承載力水平城市;2021 年低承載力水平城市全部上升為更高等級(jí)承載力,其中6 個(gè)較低承載力水平城市,2 個(gè)中等承載力水平城市,3 個(gè)較高承載力水平城市和5 個(gè)高承載力水平城市。

從安徽省總體來看,皖南地區(qū)承載力水平最高,其次是皖中地區(qū),皖北地區(qū)承載力水平最低。原因主要為如下幾點(diǎn):皖南地區(qū)的人均GDP、人口密度、人均耕地面積、環(huán)境狀況等總體優(yōu)于皖中和皖北地區(qū)的,其中黃山市旅游業(yè)發(fā)達(dá),環(huán)境狀況良好,人口密度和人均收入處于較高水平,故其資源承載力較高水平;合肥市作為安徽省省會(huì),教育資源、科研經(jīng)費(fèi)等投入較多,故其承載力處于高水平;皖北地區(qū)大多借助于工業(yè),其環(huán)境狀況較差、人口眾多等多方面因素導(dǎo)致其承載力水平較低。總體來看,安徽省資源承載力水平2007—2021 年有較大幅度提升,且剛進(jìn)入較高水平階段,未來安徽省各市整體發(fā)展統(tǒng)籌規(guī)劃、因地制宜,最大限度發(fā)揮各地優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作,實(shí)現(xiàn)安徽省資源的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 安徽省資源承載力區(qū)域分異及分解

運(yùn)用Dagum 基尼系數(shù)分解法對(duì)2009 年、2012年、2015 年、2018 年、2021 年安徽省資源承載力水平總體差異、區(qū)域內(nèi)差異以及區(qū)域間差異分解。

3.4.1 安徽省資源承載力總體差異分析

安徽省總體資源承載力如圖3 所示。

圖3 安徽省總體資源承載力

總體基尼系數(shù)(G)由2009 年的0.138 上升到2012 年的0.164,漲幅為18.84%。 表明研究期內(nèi)安徽省資源承載力水平總體差異呈上升趨勢(shì)。 資源承載力水平總體差異變化過程呈現(xiàn)顯著的階段性,2012—2018 年的基尼系數(shù)總體降低顯著,由2012 年的0.164 降低到2018 年的0.127,降幅達(dá)22.6%。 2018—2021 年的總體差異呈現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢(shì),總體基尼系數(shù)由0.127 上漲為0.150,漲幅達(dá)18.1%。

3.4.2 安徽省資源承載力分區(qū)區(qū)內(nèi)差異分析

將安徽省分為皖南、皖中、皖北三個(gè)區(qū)域,分析區(qū)域內(nèi)差異的特征,如圖4 所示。

圖4 安徽省資源承載力區(qū)域內(nèi)差異分析

從區(qū)域內(nèi)差異變化的趨勢(shì)來看,皖南區(qū)域內(nèi)部差異總體呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì),其中2009—2012年,皖南地區(qū)內(nèi)部差異變化顯著,基尼系數(shù)從2009 年的0.126 降低至2012 年的0.006,降幅為95.2%。 皖中地區(qū)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。 基尼系數(shù)由2009 年的0.022 上升至2021 年的0.091,漲幅為313.64%,整體來看,皖中地區(qū)內(nèi)部差距變化較大,區(qū)域內(nèi)部資源承載日益增大。 皖北地區(qū)內(nèi)部差異波動(dòng)較大,基尼系數(shù)先增后降,整體波幅較大。

3.4.3 安徽省資源承載力分區(qū)區(qū)間差異分析

安徽省皖南、皖中、皖北三個(gè)區(qū)域間的差異如圖5 所示。

圖5 安徽省資源承載力區(qū)域間差異分析

從區(qū)域差異變化的趨勢(shì)來分析,皖中與皖南之間差異整體呈下降趨勢(shì),而皖中與皖北、皖北與皖南的差異都是先增大后減小,而后增大的趨勢(shì)。2009—2012 年,皖中與皖北之間差異變化最為顯著,由0.092 上升至0.194,漲幅約110.9%。

3.5 安徽省資源承載力預(yù)測(cè)

基于安徽省2007—2021 年承載力數(shù)據(jù)分析,借助灰色預(yù)測(cè)方法,運(yùn)用SPSSAU 軟件對(duì)安徽省2022—2026 年的資源承載力情況進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果如表4 所示。

表4 2022—2026 年安徽省資源承載力預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)

2022—2026 年安徽省資源承載力呈上升趨勢(shì),并且預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合良好,表明本次預(yù)測(cè)結(jié)果符合安徽省資源承載力現(xiàn)狀,借助GM(1,1)模型對(duì)殘差值、相對(duì)誤差、極比偏差值進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果如表5 所示。

表5 GM(1,1)檢驗(yàn)結(jié)果

GM(1,1)模檢表主要針對(duì)包括相對(duì)誤差、級(jí)比偏差在內(nèi)的殘差進(jìn)行測(cè)試;相對(duì)誤差值越小越好,低于20%表示符合要求,低于10%表示符合更高要求;等級(jí)比偏差值越小越好,小于0.2 表示符合要求,小于0.1 表示符合更高要求。 由表6可知,相對(duì)誤差與級(jí)比偏差值可以在模型構(gòu)建完成后分析,從而對(duì)模型的效果進(jìn)行驗(yàn)證;模型的相對(duì)誤差值的最大值為0.066＜0.1,表示模型的擬合效果符合更高的要求。 鑒于等級(jí)比偏差值,數(shù)值小于0.2 表示符合要求,小于0.1 表示符合較高要求;模型的相對(duì)誤差值最大值為0.075＜0.1,表示模型的擬合效果符合更高的要求。

4 結(jié)論

本研究主要從時(shí)空視角對(duì)安徽省資源承載力進(jìn)行分析,探究了安徽省2007—2021 年經(jīng)濟(jì)資源子系統(tǒng)、社會(huì)資源子系統(tǒng)、生態(tài)資源子系統(tǒng)以及整體資源子系統(tǒng)的承載力,得出結(jié)論:(1)安徽省資源承載力整體來看發(fā)展較為平穩(wěn),呈緩慢上升趨勢(shì),每年保持穩(wěn)定上升,且全省資源承載力開始進(jìn)入較高水平階段。 (2)經(jīng)濟(jì)密度和節(jié)能環(huán)保支出占比對(duì)安徽省資源承載力影響較大,人均用水量和城市污水處理率影響較小。 (3)整體來看,安徽省資源承載力分區(qū)較為明顯,區(qū)域間差異較大,皖南的承載力水平普遍高于皖中、皖北地區(qū),呈現(xiàn)出由南向北遞減態(tài)勢(shì),主要在于皖北大多以工農(nóng)業(yè)發(fā)展為主,人口眾多,城市資源大量使用導(dǎo)致環(huán)境狀況下降、人口眾多導(dǎo)致城市過載,多種原因疊加導(dǎo)致皖北資源承載力普遍較低。 皖南、皖中地區(qū)多以旅游業(yè)、高新技術(shù)等產(chǎn)業(yè)為主,環(huán)境友好、人口數(shù)量適中等使得皖南地區(qū)承載力較高。

基于以上分析,提高安徽省資源承載力的關(guān)鍵在于因地制宜,皖北地區(qū)在發(fā)展工農(nóng)業(yè)的同時(shí),注重生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù),提高土地綜合利用率,合理劃分產(chǎn)業(yè)區(qū)域;加強(qiáng)污水處理、工業(yè)固廢處理監(jiān)管,大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì),提高資源的可持續(xù)發(fā)展能力。 皖南、皖中地區(qū)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,發(fā)展高新技術(shù)的同時(shí),鼓勵(lì)綠色科技、生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,積極引進(jìn)人才。 全省統(tǒng)籌發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、生態(tài)產(chǎn)業(yè),向著資源可持續(xù)發(fā)展繼續(xù)前進(jìn)。