隋修志, 閆志剛, 康東偉, 申國珍, 張玉波
(1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北 石家莊 050061;2.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,北京 100083;3.中國科學(xué)院 植物研究所,北京 100093)
在地理條件、區(qū)域氣候、城市化等因素作用下,京津冀區(qū)域環(huán)境問題已由城市層面演變?yōu)閰^(qū)域性難題。由于缺乏有效的協(xié)同聯(lián)動機制,區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護的深層次矛盾有待破解[1-2]。圍繞京津冀區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境相互關(guān)系,梁龍武等采用系統(tǒng)指數(shù)評估模型與耦合協(xié)調(diào)度模型研究了兩者相互作用與協(xié)同發(fā)展格局[2],別同等針對城市化人口遷移的空氣污染問題進行了評估研究[3],鄧越等對城市化進程引發(fā)的區(qū)域生境質(zhì)量時空變化格局進行了研究[4],呂金霞等針對濕地景觀時空變化及其驅(qū)動力進行了研究[5];同時,一部分學(xué)者針對京津冀區(qū)域發(fā)展?jié)摿εc生態(tài)環(huán)境相互關(guān)系進行了探討,何音等圍繞經(jīng)濟增長與環(huán)境資源時空演變關(guān)系進行了分析[6],郭軻等對京津冀地區(qū)資源環(huán)境承載力以及影響因素等進行了研究[7],張達等評估了資源環(huán)境限制性要素及地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力[8],汪東川等基于土地利用探討了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性[9]??傮w而言,國內(nèi)研究主要集中于區(qū)域生態(tài)環(huán)境宏觀演化問題,或針對空氣、水資源等單一要素展開,基于協(xié)同發(fā)展視角下對區(qū)域生態(tài)安全與城際差異化相關(guān)研究較少。
京津冀區(qū)域存在著突出的經(jīng)濟社會發(fā)展不均衡性和顯著的自然生態(tài)地區(qū)差異性,城市間生態(tài)環(huán)境風險及主要制約因素呈現(xiàn)出復(fù)雜性與多樣化。對區(qū)域生態(tài)安全城際差異性的研究,對于制定精細化環(huán)境政策、實施精準化個性保護具有現(xiàn)實意義,構(gòu)成了京津冀生態(tài)文明協(xié)同發(fā)展的重要內(nèi)容。以環(huán)境承載力理論為基礎(chǔ),通過構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全定量分析模型與障礙因子診斷模型,分析京津冀區(qū)域生態(tài)環(huán)境風險狀況,識別生態(tài)環(huán)境風險主要制約因子,為構(gòu)建科學(xué)合理的區(qū)域生態(tài)安全保護格局提供支持。
1.熵權(quán)法
熵權(quán)法是一種基于信息熵理論的客觀賦權(quán)法。信息的基本作用是消除人們關(guān)于事物的不確定性,熵是系統(tǒng)無序程度的度量,信息熵是對信息有效性的度量。指標數(shù)據(jù)的有序程度越高,指標的信息熵越小,效用值則越高,進而賦予較高權(quán)重[10]。計算步驟如下:
①系統(tǒng)指標數(shù)據(jù)標準化處理,并構(gòu)造m×n的矩陣xi×j(0≤i≤m,0≤j≤n);
②求解各系統(tǒng)指標熵值ej與效用值dj
(1)
③確定權(quán)重wj
dj=1-ej
(2)
(3)
④對于多層次指標體系,基于熵的可加性,可以對下層指標效用值dj求和,得到上層指標的效用值Dk,進而得到相應(yīng)上層指標權(quán)重Wk[11]
(4)
2.突變級數(shù)法
突變級數(shù)法是基于突變理論進行系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)分析的數(shù)學(xué)方法。突變理論是研究系統(tǒng)“量變”與“質(zhì)變”演化的數(shù)學(xué)理論,研究對象是系統(tǒng)的勢函數(shù)f=f(x,u)。勢函數(shù)是由反映系統(tǒng)行為狀態(tài)的狀態(tài)變量x=(x1,x2,…,xn)和影響系統(tǒng)行為狀態(tài)的控制變量u=(u1,u2,…,un)組成。聯(lián)合方程Df(x)=0和ΔH(f)=detH(f)=0,求得系統(tǒng)分歧點集方程,當控制變量u滿足分歧點集方程時,系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換[11],相關(guān)公式見表1。
表1 突變模型相關(guān)公式
突變級數(shù)法的應(yīng)用步驟如下:
①構(gòu)建具有層次結(jié)構(gòu)的指標體系,并根據(jù)重要性進行指標排序。
由于控制變量不超過4個,所以由上層指標分解到下層子指標的數(shù)量也不超過4個。指標過多時,需進行降維處理。突變級數(shù)法沒有提供指標排序方法,本文依據(jù)指標權(quán)重wj排序。
②根據(jù)子指標(即控制變量)數(shù)量確定突變類型,如某指標分解的子指標數(shù)為3,則為燕尾突變。
③原始數(shù)據(jù)標準化處理,并利用歸一公式逐級向上求解,完成系統(tǒng)狀態(tài)分析。
3.障礙因子診斷模型
引入障礙因子診斷模型以識別影響區(qū)域生態(tài)安全主要因子[12],公式如下:
(5)
式中,Mj為第j項指標障礙度;Pj為第j項指標對于指標體系的貢獻率,可用該指標的權(quán)重表示,即Pj=wj;Rj為第j項指標對于生態(tài)安全目標的偏離度,取Rj=1-wj。根據(jù)障礙度Mj大小排序即可確定障礙因子主次關(guān)系。
環(huán)境問題主要受環(huán)境風險源、環(huán)境承載力、防控機制等多因素影響,環(huán)境問題的爆發(fā)往往也是多因素相互作用的結(jié)果[13-14]。環(huán)境風險源主要反映自然因素、人為因素以及經(jīng)濟社會發(fā)展水平對生態(tài)環(huán)境的影響,一般以污染源釋放的形式直接對環(huán)境造成損害;環(huán)境承載力主要反映自然環(huán)境系統(tǒng)的敏感程度以及恢復(fù)能力,防控機制主要反映人類社會預(yù)防環(huán)境風險形成與恢復(fù)環(huán)境健康的能力。京津冀環(huán)境問題已由城市演變?yōu)閰^(qū)域性難題,對京津冀生態(tài)安全的研究需立足于區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境,而不應(yīng)局限于單一城市[15]。以京津冀城市群——北京、天津、石家莊、保定、唐山、秦皇島、邯鄲、張家口、承德、滄州、廊坊、邢臺、衡水等13座城市為研究對象,借鑒了劉海濱、田佩芳等人的研究成果[16-17],從生態(tài)環(huán)境壓力、經(jīng)濟社會發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境承載力3個維度構(gòu)建了區(qū)域生態(tài)安全指標體系,如表2所示。
表2 京津冀區(qū)域生態(tài)安全指標體系
1.研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源
京津冀地區(qū)位于東經(jīng)113°11′~119°45′、北緯36°05′~42°37′,地形呈西北高東南低;屬溫帶大陸性季風氣候,四季分明;區(qū)域生態(tài)資源豐富,河北省是我國唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份。京津冀地區(qū)國土面積為21.8萬km2,人口總數(shù)1.1億,2018年京津冀GDP總量為8.5萬億元[18],是我國北方經(jīng)濟規(guī)模最大的地區(qū),也是國內(nèi)大氣污染最為嚴重的區(qū)域之一。京津冀城市群三級指標數(shù)據(jù)均為2018年度數(shù)據(jù),“市區(qū)環(huán)境噪聲等效聲級”“空氣質(zhì)量監(jiān)測站點密度”“地表水水質(zhì)監(jiān)測站點密度”指標數(shù)據(jù)來源于京津冀三地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心網(wǎng)站,其他指標數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》《北京統(tǒng)計年鑒》《天津統(tǒng)計年鑒》《河北經(jīng)濟年鑒》[19-22]。
2.數(shù)據(jù)處理
根據(jù)指標特性將其分為正向指標、負向指標和固定型指標。正向指標即數(shù)值越大越有利的指標,負向指標則相反,固定型指標指的是數(shù)值與某一理想值x*越接近越有利的指標類型,標準化公式如下:
(6)
數(shù)據(jù)標準化后,采用熵權(quán)法計算各層級指標權(quán)重,依據(jù)權(quán)重大小進行指標排序;應(yīng)用突變級數(shù)法歸一公式逐級向上求解,完成系統(tǒng)分析;依據(jù)障礙因子診斷模型,識別影響區(qū)域生態(tài)安全的主要障礙因子。
根據(jù)承載力理論,區(qū)域生態(tài)安全主要受三個方面影響,即:①資源供給,包括水、土地、生物量、能源供給量等;②經(jīng)濟社會發(fā)展水平,包括經(jīng)濟實力、污染治理投資、公用設(shè)施水平、人口密度等;③生態(tài)環(huán)境容納能力,包括排污量、綠化狀況、凈化能力等[23]。生態(tài)安全是這些要素綜合作用的結(jié)果。京津冀城市群生態(tài)安全量值及排序見表3。
表3 京津冀城市群生態(tài)安全量值及排序
從表3可以看出,京津兩地的生態(tài)安全在該區(qū)域處于領(lǐng)先地位,河北城市生態(tài)安全均低于京津兩地;河北省城市群中,秦皇島、廊坊、石家莊三地居于前列,量值均高于0.950。從經(jīng)濟社會發(fā)展來看,京津在區(qū)域城市群中具有顯著的強勢地位,兩地在產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、金融資源、人才梯隊等方面具有很強的洼地效應(yīng);京津冀由于產(chǎn)業(yè)聯(lián)系不夠緊密,區(qū)域相互依托、相互協(xié)同的產(chǎn)業(yè)鏈條尚未建立,對于河北省而言,京津冀協(xié)同發(fā)展的紅利沒有完全釋放,在一定程度上制約著河北省的快速發(fā)展;近年來隨著天津落戶新政的推出,人才虹吸效應(yīng)加強,強化了區(qū)域人才的競爭力度;石家莊作為省會城市,構(gòu)成南部地區(qū)資源洼地,廊坊由于瀕臨京津,受益于兩地的溢出效應(yīng)。從生態(tài)環(huán)境與區(qū)位優(yōu)勢來看,歷史上張、承、保等地素有京畿重地之稱,長期被列為軍事禁區(qū),社會經(jīng)濟發(fā)展受到制約,兼負有保護首都水源和涵養(yǎng)生態(tài)的特殊使命,產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到限制,生態(tài)環(huán)境脆弱且承擔著沉重的生態(tài)保護義務(wù),由于缺乏合理的生態(tài)補償機制,導(dǎo)致了生態(tài)抑制型貧困發(fā)生,同時,由于南北核心城市的虹吸效應(yīng),資源與人才匱乏,加大了地區(qū)生態(tài)風險[24-27]。
從安全量值地域排序趨勢線分析來看,13座城市生態(tài)安全量值呈現(xiàn)線性分布態(tài)勢,沒有出現(xiàn)嚴重的兩極分化現(xiàn)象,也沒有出現(xiàn)顯著的同化現(xiàn)象。這一結(jié)果表明,京津冀區(qū)域當前實施的經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護等相關(guān)政策具有一定的科學(xué)性和有效性,保障了經(jīng)濟社會的平穩(wěn)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的整體提升;同時表明了區(qū)域生態(tài)安全具有提升潛力,應(yīng)充分考慮不同地區(qū)在經(jīng)濟社會發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境資源等方面的差異,強化政策在制定與實施環(huán)節(jié)的針對性、個性化與精準性,以取得更好的效果。
從發(fā)展現(xiàn)狀分析,除北京以外,其他城市在推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方面任重道遠。近年來,北京形成了以信息技術(shù)、科技創(chuàng)新等第三產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟格局,產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級成功;天津作為我國北方最大的工業(yè)中心,由于重化工業(yè)的發(fā)展路徑依賴,長期累積的深層次問題逐漸顯現(xiàn),亟需培養(yǎng)發(fā)展新動能,實現(xiàn)創(chuàng)新型城市轉(zhuǎn)型[28];河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以鋼鐵、石油、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)為主,對環(huán)境影響較大,省內(nèi)東南部經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)以高耗能產(chǎn)業(yè)支撐,經(jīng)濟實力與應(yīng)對環(huán)境問題的能力較強,但受地理及氣候條件影響,易引發(fā)污染物聚集,西北地區(qū)集中分布著主要的生態(tài)脆弱區(qū)[29],生態(tài)保護任務(wù)艱巨,但經(jīng)濟落后,應(yīng)對環(huán)境問題能力較弱,整體生態(tài)安全不容樂觀。
生態(tài)環(huán)境壓力、經(jīng)濟社會發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境承載力各項指標障礙度計算結(jié)果如表4、表5、表6所示。
表4 生態(tài)環(huán)境壓力指標體系障礙度及排序
表5 經(jīng)濟社會發(fā)展水平指標體系障礙度及排序
表6 生態(tài)環(huán)境承載力指標體系障礙度及排序
工業(yè)固廢以及機動車保有量構(gòu)成主要障礙因子,需注重加強工業(yè)固廢綜合利用和機動車規(guī)范管理。應(yīng)充分結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),依托河北省承德市工業(yè)資源綜合利用示范基地寶貴經(jīng)驗,促進工業(yè)資源高值化、規(guī)?;瘧?yīng)用,提高了資源的利用效率,形成經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一;同時,2019年京津冀機動車保有量近3 000萬輛[30],在加強機動車管理的同時,構(gòu)建高效城市交通網(wǎng)絡(luò)、提倡低碳出行對于大氣污染治理尤為重要。
經(jīng)濟社會發(fā)展水平指標中,制約區(qū)域生態(tài)安全的主要障礙因子為資金投入與人口壓力。經(jīng)濟社會的發(fā)展引起機動車保有量、能源需求量的快速提升,區(qū)域生態(tài)環(huán)境壓力變大,進而又引發(fā)加大環(huán)境管理與治理資金投入的客觀要求。京津冀區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的深層次矛盾,本質(zhì)上是我國當前社會主要矛盾的一種體現(xiàn),即京津冀地區(qū)人民日益增長的美好生活需要和地區(qū)發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾,因此,平衡好經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護之間的關(guān)系至關(guān)重要。
從生態(tài)環(huán)境承載力指標障礙度計算值來看,由于實施了高度嚴格的環(huán)保政策,污染物治理相關(guān)3項指標處于最后,主要障礙因子體現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測能力以及對生態(tài)資源建設(shè)與保護。嚴格的環(huán)保政策在短期內(nèi)明顯緩解了區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題;未來應(yīng)進一步提升生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、保護、恢復(fù)等綜合管理能力,實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合提升。
京津冀區(qū)域生態(tài)安全城際差異主要受歷史原因、區(qū)位優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展模式等因素影響,表現(xiàn)為經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護之間的深層次矛盾,本質(zhì)上是我國當前社會主要矛盾在京津冀地區(qū)的體現(xiàn)。立足于京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略,因地制宜促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,探索構(gòu)建京津冀生態(tài)補償機制,實現(xiàn)地區(qū)均衡充分發(fā)展,是解決區(qū)域生態(tài)環(huán)境難題、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的重要路徑。
生態(tài)環(huán)境保護是京津冀協(xié)同發(fā)展與區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容,同時,京津冀生態(tài)環(huán)境難題也只有立足于區(qū)域整體才能得到根本性解決。基于京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略,實施統(tǒng)一的區(qū)域標準,實現(xiàn)生態(tài)信息共享,探索構(gòu)建區(qū)域生態(tài)環(huán)境統(tǒng)一監(jiān)測與管理平臺,積極落實區(qū)域生態(tài)補償機制,強化生態(tài)環(huán)境保護的系統(tǒng)性建設(shè),將有助于改善京津冀協(xié)同環(huán)保政策實施效果,提升應(yīng)對區(qū)域系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性環(huán)境風險的能力??茖W(xué)分析不同地區(qū)的生態(tài)安全短板,確定區(qū)域生態(tài)保護目標,統(tǒng)籌規(guī)劃大氣、水、土壤等相關(guān)要素的區(qū)域一體化保護總格局,建立健全區(qū)域統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境保護標準,細化區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護工作保障制度,科學(xué)制定區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一的大氣污染、水污染、土壤污染治理等相關(guān)政策,探索構(gòu)建區(qū)域內(nèi)生態(tài)資源與生態(tài)環(huán)境統(tǒng)一管理工作機制。同時,建立生態(tài)環(huán)境補償長效機制,以互相合作、資源共享為原則,健全區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護工作公平公正制度,促進區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展。對京津冀三地生態(tài)環(huán)境保護實施資金、人才、技術(shù)多元化補償,加強受償?shù)貐^(qū)人才資源建設(shè)、提升其科技實力與技術(shù)水準,形成發(fā)展?jié)摿Γ嵘a(chǎn)力水平,避免因經(jīng)濟發(fā)展需求等形成生態(tài)環(huán)境的二次破壞風險,全面提高生態(tài)環(huán)境保護工作效果。
京津冀生態(tài)環(huán)境區(qū)域性難題形成的根本原因在于區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、發(fā)展落差大,沒有形成平滑過渡的梯度發(fā)展格局。同時,京津冀在資源、技術(shù)、人才等方面雖然具有一定優(yōu)勢,但與長三角、珠三角區(qū)域相比,生產(chǎn)要素流通性方面明顯滯后。因此,破解京津冀區(qū)域生態(tài)環(huán)境難題,實現(xiàn)生態(tài)安全提升,根本上在于破除經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的深層次矛盾,解決區(qū)域內(nèi)城市群均衡充分發(fā)展問題。京津冀協(xié)同發(fā)展意味著在區(qū)域城市群中實現(xiàn)資源共享,并在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面起到了相互支持與補充的作用。因此,基于“協(xié)同發(fā)展”和“資源共享”的前提,圍繞《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》,強化頂層設(shè)計,統(tǒng)一落實發(fā)展定位,統(tǒng)籌構(gòu)建發(fā)展路徑。在實現(xiàn)京津兩地穩(wěn)健發(fā)展的同時,河北省一方面應(yīng)充分發(fā)揮載體供給及資源儲備優(yōu)勢,在積極承接京津產(chǎn)業(yè)、資金、技術(shù)轉(zhuǎn)移過程中,加快自身新舊動能轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升,另一方面基于區(qū)域地理地形布局,科學(xué)構(gòu)建河北省城市群發(fā)展布局,形成特色產(chǎn)業(yè)。東南部城市發(fā)展重點主要是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、提高能源利用率等,西北部城市作為京津冀生態(tài)屏障、水涵養(yǎng)地,應(yīng)重點健全醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)體系、大力發(fā)展清潔能源基地,構(gòu)建高新技術(shù)和高質(zhì)量人居環(huán)境擴散地,助力破解區(qū)域要素流通活力不足的問題。
由于缺乏合理的生態(tài)補償機制與經(jīng)濟發(fā)展模式導(dǎo)致了生態(tài)抑制型貧困,形成了地理上與環(huán)京津貧困帶相重合的生態(tài)環(huán)境高風險地區(qū)。受制于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟發(fā)展水平,河北省形成了西北部生態(tài)保護任務(wù)艱巨與生態(tài)保護能力薄弱、東南部產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)達與污染物擴散條件差的生態(tài)安全的“悖論”,整體生態(tài)安全局勢不容樂觀。
京津冀區(qū)域生態(tài)安全問題表現(xiàn)為京津冀地區(qū)人民日益增長的美好生活需要和區(qū)域不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾,同時,京津冀區(qū)域生態(tài)安全提升潛力較大,京津冀協(xié)同發(fā)展的政策紅利沒有完全釋放。圍繞《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》,河北省應(yīng)明確整體定位與城市群個體定位,充分發(fā)揮自身資源優(yōu)勢,在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與成果轉(zhuǎn)化、促進區(qū)域要素流通等方面實現(xiàn)突破,進而破解經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護之間的深層次矛盾,構(gòu)建京津冀區(qū)域生態(tài)安全格局。