京津冀地區生態安全評價及障礙因子診斷*

胡 悅 馬 靜 李雪燕 陳國鷹

(河北工業大學經濟與管理學院，天津 300401)

自國家全面啟動京津冀協同發展戰略以來，當前該地區已成為中國經濟發展格局中最具活力和潛力的前沿陣地之一[1]。但是，粗獷的發展模式對能源和資源的投入需求量高，使得京津冀地區生態破壞和環境污染問題非常凸出，加上該地區本身的生態脆弱性，生態安全問題逐漸成為了制約該地區經濟高質量發展的瓶頸。因此，加強對京津冀地區生態安全評價研究，并厘清制約生態安全的障礙因子，是解決京津冀地區生態安全問題、協調經濟發展與環境保護的重要保障。其中，科學地測度及評價地區的生態安全水平是關鍵[2]，重點在于指標體系的構建[3-4]。DPSIR模型能夠針對生態系統的復雜性，全部考慮人口、經濟、資源、環境等多方面因素，從系統整體性的角度綜合分析影響地區生態安全的各影響因子間的相互作用[5]，精確地勾勒出經濟發展、生態環境、人類活動間的耦合關系[6]，所以本研究利用DPSIR模型構建生態安全評價指標體系，采用加入時間變量的改進熵值法[7]進行指標賦權，來評價京津冀地區的生態安全水平，并進一步利用障礙度模型識別出影響該地區生態安全的障礙因子，為保障京津冀地區生態安全提供科學依據與決策參考。

1 研究方法

1.1 DPSIR模型

1.1.1 指標體系

參考生態安全評價指標體系已有研究成果[8-9]，結合京津冀地區的自然屬性和社會經濟發展特點，從驅動力、壓力、狀態、影響、響應5個系統層出發，構建了11個因素層共計25個指標(見表1)。

表1 京津冀地區生態安全評價指標體系

1.1.2 指標的標準化處理

為使各指標能夠相互比較，采用極差法[10]對數據進行標準化處理。正指標使用式(1)進行標準化，負指標使用式(2)進行標準化。各變量單位根據實際情況而定。

(1)

(2)

式中：i為年份序號；j為指標序號；Cij、Xij分別為i年j指標的標準化值和原始值；Xmin、Xmax分別為所有統計年份中j指標的最大值、最小值。

1.1.3 指標權重確定

加入時間變量的改進熵值法打破了傳統熵值法只能用于單一年份的局限性，先根據式(3)計算j指標的信息熵(Hj)，然后再根據式(4)計算權重(Wj)。

(3)

(4)

式中：m為參與評價的省市數目，本研究中為3；n為統計年份數，本研究中為10。

1.1.4 生態安全綜合指數計算

采用式(5)綜合評價京津冀地區各省市的生態安全水平[11]。

(5)

式中：ESIi為i年的生態安全綜合指數。

1.1.5 等級劃分

借鑒相關研究[12-13]，將生態安全水平分為重度預警、中度預警、輕度預警、臨界安全、一般安全、安全、理想狀態6個等級，等級劃分標準見表2。

1.2 障礙度模型

障礙度模型通過j指標的因子貢獻度(Uj)和i年j指標的指標偏離度(Jij)來計算i年j指標的障礙度(Mij)，并進行排序來確定障礙因子的主次關系[14]，選擇前6大障礙因子進行分析。障礙度計算公式如下：

Uj=Wj×Wr

(6)

Jij=1-Cij

(7)

(8)

式中：Wr為j指標所屬的系統層r的權重，由其各項指標的權重加和得到。

1.3 數據來源

北京市、天津市和河北省2008—2017年的指標原始數據主要來源于中國統計年鑒，若有數據缺失則查找地方統計年鑒的數據加以補充，但是環境空氣質量優良率原始數據來自北京市、天津市、河北省的2008—2017年的(生態)環境狀況公報。

2 結果與分析

2.1 生態安全評價結果分析

京津冀地區的生態安全評價結果見表3。北京市的生態安全綜合指數2008—2010年從0.503 3上升到0.535 7，處于臨界安全狀態；2011—2015年生態安全綜合指數為>0.4～0.5，處于輕度預警狀態；2016、2017年的生態安全指數分別為0.588 0、0.615 0，分別處于臨界安全和一般安全狀態。2008—2014年，天津市的生態安全水平長期處于中度預警狀態，僅2011年是輕度預警狀態，2015年生態安全綜合指數突破0.6，達到一般安全狀態，但2016、2017年又回落到臨界安全狀態。河北省的生態安全水平總體呈向好趨勢，逐步實現了中度預警—輕度預警—臨界安全—一般安全的轉變。總的來說，京津冀地區的生態安全水平向好發展。

京津冀地區系統層的生態安全綜合指數變化趨勢見圖1。

北京市的驅動力系統層生態安全綜合指數總體上呈先降后升趨勢，人口數量和經濟活動等在北京市的聚集提高了驅動力系統層對生態安全的需求；壓力系統層生態安全綜合指數總體呈向好發展趨勢，產業結構優化升級以及人們消費方式的轉變減輕了城市的生態安全承載壓力；狀態、影響和響應系統層生態安全綜合指數呈波動變化狀態，說明北京市的有關生態環境保護政策和污染治理制度落實缺乏連續性和穩定性。

表2 生態安全等級劃分標準

表3 京津冀地區的生態安全評價結果

圖1 京津冀地區系統層的生態安全綜合指數變化趨勢Fig.1 Change trend of ecological security comprehensive index in view of system layer in Beijing-Tianjin-Hebei region

天津市驅動力系統層生態安全綜合指數總體呈下降趨勢，主要是受北京市影響，驅動了天津市人口和經濟的持續增長；壓力系統層生態安全綜合指數呈波動變化狀態，天津市的環境壓力主要受產業結構影響；狀態系統層生態安全綜合指數保持穩定增長趨勢，這得益于天津市科學研究和高技術服務業行業對環境狀態和產業結構的改善；影響系統層生態安全綜合指數在2009—2011、2014—2017年分別呈增長狀態，而在2012—2014年偏低，在此期間響應系統層生態安全綜合指數卻相對較高，說明天津市在生態環境方面的響應系統還未完全跟上影響系統。

河北省的驅動力系統層生態安全綜合指數總體在2011年前上升，2011年后下降，主要是受GDP增長率的影響，折射出河北省經濟發展動力不足；壓力和狀態系統層生態安全綜合指數的持續增長趨勢是因為河北省降耗政策的實施和節能技術的應用；影響系統層生態安全綜合指數先降后升，主要是因為影響產生具有一定的滯后性；河北省服從國家重大戰略布局，始終以構建京津冀生態安全支撐區為使命，持續加大國土綠化和生態修復力度，統籌推進生態敏感區和脆弱區的造林綠化，不斷提高生態系統的結構穩定性和服務質量，因此河北省響應系統層生態安全綜合指數能夠保持持續、緩慢的增長趨勢。

2.2 生態安全障礙因子分析

由表4可見，在北京市6大生態安全障礙因子中出現頻率最高的4個因子依次是每萬人擁有公共交通工具數(9次)、GDP增長率(7次)、SO2排放量(6次)和城市人口密度(6次)。2008—2010年SO2排放量為北京市生態安全的第一障礙因子，2011—2017年GDP增長率上升為第一障礙因子且障礙度呈逐年上升趨勢，2017年達到21.67%。由此可見，北京市每萬人擁有公共交通工具數出現了冗余，生態建設的經濟支撐不足，今后為保障生態安全必須把調控重點放在合理規劃公共交通、控制SO2排放、促使資源環境承載力與經濟發展相匹配上。

表4 北京市障礙因子診斷結果1)

由表5可見，在天津市6大生態安全障礙因子中出現頻率最高的4個因子依次是人口自然增長率(9次)、SO2排放量(8次)、城鎮失業人口登記率(7次)和城鎮化率(7次)。2008—2014年城鎮失業人口登記率為天津市生態安全的第一障礙因子，人口自然增長率為第二或第三障礙因子，SO2排放量也始終排在前三位；2015—2016年有效灌溉面積上升為第一障礙因子；2017年人口自然增長率為第一障礙因子，有效灌溉面積為第二障礙因子。由此可見，天津市的主要問題是城市人口擴增所帶來的失業增加和有效灌溉面積減少，使生態赤字加大。

由表6可見，在河北省6大生態安全障礙因子中出現頻率最高的4個因子依次是SO2排放量(8次)、第二產業對GDP增加值的貢獻率(6次)、第三產業占GDP比例(6次)和廢水排放總量(6次)。2008—2017年河北省生態安全的第一障礙因子經歷由SO2排放量—第二產業對GDP增加值的貢獻率—廢水排放總量—GDP增長率的轉變過程，這些因子基本都是第一障礙因子或第二障礙因子。由此可見，產業結構對河北省生態安全具有重大影響。同時，SO2排放和廢水排放等污染的排放也是河北省生態安全的障礙因子。這主要是由河北省自主創新能力薄弱以及技術成果轉化較低導致的。

3 結論與建議

京津冀地區2008—2017年的生態安全水平整體呈現向好的趨勢。北京市影響生態安全的主要障礙因子為GDP增長率、SO2排放量和每萬人擁有公

表5 天津市障礙因子診斷結果

表6 河北省障礙因子診斷結果

共交通工具數，應合理規劃公共交通、控制SO2排放、促使資源環境承載力與經濟發展相匹配；天津市的主要問題是城市人口擴增所帶來的失業增加和有效灌溉面積減少，生態赤字加大；影響河北省生態安全的障礙因子主要在產業結構和污染排放方面。

針對人口聚集、環境容量有限的京津地區，要采取雙向調控政策，一是設定人口、產業的進京津標準，二是將人口疏散至周邊地區，降低人口密度，減輕資源環境承載壓力；針對第二產業負擔重的河北省，應加快產業的轉型升級，建立適宜的綠色產業體系，引導高耗能產業向生態化產業轉化，實現高碳行業的低污染、低排放，以建立高速發展的生態經濟；京津冀地區還應形成生態治理合力，強化監管，完善區域生態保護體系，繼續推行生態文明建設，倡導環保的生活方式，落實科學治理措施以減低生態環境風險。