基于PSR 與熵值-TOPSIS 模型的京津冀城市群生態承載安全評價及協同發展研究

李麗紅，張 敏，李洪燕，李 禎

（1.河北大學，河北 保定 071002；2.河北科技工程職業技術大學，河北 邢臺 054035）

一、引言

近年來以首都為核心的京津冀城市群迅速發展，世界級城市群建設逐步推進。然而伴隨著人口集中，城市的資源、生態壓力也逐步增大，已經成為城市群進一步發展的桎梏。2018 年《中共中央國務院關于建立更加有效的區域協調發展新機制的意見》指出：以疏解北京非首都功能為“牛鼻子”推動京津冀協同發展，調整區域經濟結構和空間結構，可見合理定位城市發展功能、提升城市承載力、保障生態安全對于城市群的協同發展意義重大。城市綜合承載力是在一定時間尺度上，一個城市系統的資源、生態環境、基礎設施、社會發展、經濟發展等水平能夠容納的最大人口規模和活動強度[1]。目前京津冀城市群內各城市承載力并不均衡，一些城市面臨人口、交通承載壓力不斷加大、生態功能弱化、生態安全嚴重威脅等問題，已嚴重影響到城市群整體的協同發展。基于此，科學評價京津冀城市群生態承載安全狀況，定位承載優勢與承載短板，加強城市群之間優勢互補具有其現實緊迫性。

二、生態承載安全的研究現狀

以往文獻針對生態安全評價展開了廣泛研究。評價主體上可分為土地生態安全評價、林業生態安全評價、濕地生態安全評價、礦區生態安全評價等，承載力與生態安全評價方法也在不斷豐富，主要涉及PSR 模型[2]、模糊綜合評價法[3]、改進熵值法[4]、DPSIR-EES 模型[5]、組合賦權法[6]等。承載力評價與生態安全在城市發展中的作用研究也日益受到重視，科學評價生態安全水平是關鍵。然而，生態安全在城市群協同發展方面的成果還較為少見，生態安全評價方法上很多研究采取主觀賦權法確定指標權重，使得評價主觀性較強，尚需要進一步完善評價體系，并且將綜合考量承載力優勢互補置于城市群范圍的研究還比較少，這也為本研究提供了空間。

本文基于城市群內生態安全系統的構成與差異性，引入壓力-狀態-響應（PSR）模型，突破靜態、單一方法的生態安全評價技術，進而運用熵值法和TOPSIS 方法評估京津冀城市群安全情況，分析影響生態承載安全的影響因素，基于區域比較優勢與聯動狀況，探索城市群間承載優勢互補的協同發展思路。

三、指標體系與模型構建

（一）基于PSR 模型指標體系的構建

京津冀城市群生態承載安全的評價涉及多個方面，包含當地的經濟發展狀況、人口、資源狀況、空氣質量、環境保護等。將選取的17 個指標分為壓力、狀態與響應三大類，指標體系如表1 所示：

表1 生態承載安全評價指標體系

（二）模型構建

本文選用熵值法與TOPSIS 相結合分析綜合指數。具體步驟如下：

第二，計算各指標熵值并計算出權重：

第五，通過計算各方案與最優最劣方案的歐式距離，進行方案排序：

第六，計算各方案與理想方案的差距：

（三）生態承載安全狀態等級的設定

根據以上步驟測度的指數，進行生態環境安全狀態的劃分，參考王磊等[7]及以往研究文獻，劃分為五個區間，見表2。

表2 生態承載安全狀態劃分標準

四、生態承載安全指數計算與分析

（一）數據來源

數據來源于2009-2019 年《中國城市統計年鑒》《河北經濟年鑒》《天津統計年鑒》《北京統計年鑒》、2008-2018 年各市國民經濟和社會發展統計公報與國家統計局中的國家數據等。

（二）生態環境壓力指數

分析京津冀各地級市在2008-2018 年間在壓力、狀態、響應及總指數方面的變化情況：

由圖1 可以看出，除北京與天津外其他市在2017 年均有較大變動。承德與張家口在11 年中生態環境壓力一直處于高強度狀態，尤其2017 年壓力為最大，這年承德是13 市中壓力指數最大的城市，為0.9483，張家口壓力指數排名第二，為0.7992；其余年份兩市的生態壓力指數處于平穩狀態。秦皇島生態壓力指數排第三，總體有緩慢增長的趨勢，2017 年因第一產業與農業污染對生態環境的影響，造成壓力驟增。北京、滄州、唐山與天津的生態環境壓力指數類似，處于壓力指數的中間階段，其中4 市歷年最低為天津市，且較為平穩；在2013-2018 年滄州生態環境壓力指數排名第四，生態環境壓力指數在逐年增長。

圖1 各市生態環境壓力指數變化趨勢

廊坊、衡水與保定的生態環境壓力指數相近，其中衡水整體增速最快，廊坊增速三市中最慢，衡水在2017 年壓力指數位居13 市中第五位，生態環境壓力較大。石家莊的生態環境壓力指數波動較大，2008-2013 年較為穩定，2013-2014 年發生明顯的下降，2014-2016 年壓力又有所回升，2017 年發生激增，2018 年壓力略微下降。邯鄲的生態環境壓力指數一直在13 市中屬于最低的，但整體壓力呈上升趨勢，最低值在2014 年，為0.2819，最高值在2017 年，為0.3944，這與工業污染、農業污染與第一產業對環境造成的影響有關。邢臺是繼邯鄲壓力指數后2008-2016 年第二低的，在2017 年壓力指數突增超過了天津、北京、石家莊、廊坊、保定成為第五位。

（三）生態環境狀態指數

根據各市生態環境狀態指數的變化趨勢（如圖2），從長期來看均體現出上升的走勢，但增長幅度不盡相同。北京與天津發展最好，北京一直處于第一，天津在2017 年以外的年份一直排名第二，兩市在2013年有明顯的增長，2014 年有所下降，2015 年開始一直處于增長狀態。唐山在2014 與2017 年以外的其他年份均處于第三的位置，2008-2013 年增速最快，2013-2015 年狀態指數有所下降，2015 年以后又開始增長。秦皇島的生態環境狀態水平波動較大，2013-2014 年激增，2014 年狀態指數排名超過天津成為第三名，2014-2015 年驟降，2015-2016 年增長，但是2016 年未超過2014 年，隨后兩年開始下降。廊坊、滄州、石家莊、北京與天津生態環境狀態指數增長速度較快，廊坊在2017 年達到峰值為0.5107，排名第四；滄州在2017 年的增長是13 市中最多的，超過天津成為第二名，這與2017 年滄州人均地區生產總值激增有關，但在2018 年又急速回落。承德在2013 年存在明顯的下降為歷年最低0.1809，隨后上升，在2017 年最高為0.411，2018 年有所回落。邯鄲、保定、衡水與邢臺整體增速較慢，其中邢臺發展狀態波動最大，2009、2015 與2017 年分別經歷峰值，在2017 年發展狀態最好指數為0.2202；衡水在四市中2017 年的增長值最大；邯鄲2008-2012 年增速較快，2012-2018 年有下降趨勢，但2018 年狀態指數比2008 年大。張家口生態發展狀態在前三年一直處于13 市中最低值，但其一直處于穩步增長狀態，2018 年超過了邯鄲、保定、衡水與邢臺。

圖2 各市生態環境狀態指數變化趨勢

（四）生態環境響應指數

生態環境響應指數方面（如圖3），整體上看北京、唐山、滄州、張家口、邯鄲等城市變動較大。北京的生態環境響應指數11 年間一直處于最高位，同時波動也較為明顯，總體呈現下降趨勢，在2010 與2014 分別達到峰值，2010 年最高為0.7853，2016 年達到谷底最低為0.6303，主要是科技支出占比下降明顯。天津在11 年間響應指數排名第二，總體處于波動上升狀態，但每年的指數值與北京有一定差距，2014年指數值最大為0.5033。唐山生態環境響應指數呈現倒“U”型，2012 年達到峰值為0.2659，該年科技投入最高。邢臺生態環境響應指數波動很大呈“M”型，2008-2010 年上升達到第一個峰值，2010-2012年突減，2012 年最低值為0.1091，隨后快速增長，在2015 年達到峰值，2015 年為11 年最高0.304，在13 市中當年排名第三，2015 年后又開始降低。衡水同時波動較大但整體呈略微上升趨勢，2009-2012 年直線下降，在2012 年達谷底，也是13 市中該年最低，這年衡水整體的污染治理水平最低，2013 年激增但響應指數值略小于2009 年，該年污水處理水平與科技投入較高。滄州總體呈上升趨勢同時波動較大，第一個峰值出現在2010 年，2016 年達到第二個峰值，是歷年最高，該年在13 市中排名第三。

圖3 各市生態環境響應指數變化趨勢

石家莊生態環境響應指數整體呈緩慢下降趨勢，2009 與2014 年有明顯下降，2014 年為歷年最低0.2084，2014-2016 年有較明顯增長。廊坊在2016 年以前響應指數較為穩定，2016 年有明顯增長，這與科技投入與公共交通發展水平提升有關，該年排名上升為第四，隨后兩年響應指數雖有回落但仍高于2016年以前的值，這得益于與第三產業的發展。2008-2015 年秦皇島響應指數較為穩定，2016-2017 年有明顯增長，這主要是由于科技投入占比的增加。邯鄲響應指數最高值在2014 年，主要是科技的發展，隨后響應指數開始下降。保定響應指數總體在緩慢上升，但波動性較大，2010 與2013 年分別達到峰值，2013年最高為0.1751，得益于公共交通的發展，2013 年以后指數較為平穩。張家口在2009 年達到峰值后迅速下降，隨后波動中慢慢上升，2009 年工業污染治理水平、科技發展水平與第三產業產值有明顯提升。承德在13 市排名中有7 年最低，但其總體趨勢在波動中較快上升，承德十年間一直不斷提升對生態環境的保護，但生態壓力較大，排名靠后。

（五）生態承載安全評價綜合指數

地區生態承載安全評價綜合指數是由壓力、狀態、響應三者結合而形成。根據圖4 計算劃分的生態承載安全指數預警區間，可以發現：北京一直處于較安全階段，且生態承載安全指數呈上升狀態。在2008-2009 年間，天津處于較危險階段，2011-2018 年處于預警階段，總體呈上升階段。河北省各市生態承載安全質量均較差且較為集中，均處于預警線以下的危險與較危險階段，但整體各市的生態承載安全指數呈上升趨勢。從圖中可以看到，2017 年的滄州生態承載安全最接近預警線，是河北省11 年間生態承載安全評分最高的；處于危險狀態的有：2008 年的衡水與邢臺，2008-2009 年的保定，2008-2011 年的邯鄲，2011 年的衡水，2011-2012 年的保定，2011-2013 年的邢臺，2014 年的衡水，2015 年的保定，2016年的邯鄲；其余年份河北省各市生態承載安全狀態不容樂觀。唐山總體生態承載安全指數在河北省較高，保定生態承載安全指數雖然在上升但在13 市中處于末端。

圖4 各市生態承載安全指數變化趨勢

四、對策建議

（一）加快經濟結構轉型，減少環境污染

由實證結果可知，人口密度與第一產業給生態環境帶來的壓力最高，工業三廢的排放對水域、空氣、土地的污染程度也最大。所以京津冀各城市在發展過程中，應重視對污染源的監控以及監管，嚴格把控三廢排放和農藥化肥的過度使用，降低工業污染和農藥化肥的影響；可以通過增加就業的方式合理分布人口數量，緩解區域生態承載壓力。與此同時，應盡快尋找經濟結構轉型的路徑，大力發展第三產業。結合當地特色，發展特色文化產業和旅游產業，通過發展綠色產業、科技產業推進綠色產業體系建設，轉化自然資源為經濟收益，推進生態價值的實現。

（二）運用大數據技術，完善信息管理及監測機制

運用大數據、物聯網等新技術，完善各市信息管理制度，完善跨區聯防聯控治理體系。以地面調查為主，遙感技術為輔，建設和完善環境監測網點，開展全面調查及空間區劃，利用GIS 軟件、GPS 定位及空間計量等技術，將大氣、水資源、各類用地監測相銜接，完善京津冀城市群污染源、空氣質量檢測、河流斷面等可視化數據平臺，推進監測數據接口的對接，實時共享生態數據。建議成立專門的京津冀生態環境聯合檢測管理機構，負責跨區生態環境建設、數據的動態互通、監測評估生態環境治理效果。

（三）完善生態補償機制，合理利用資源

完善京津冀城市群之間的生態補償機制。根據各城市功能特點，生態建設為主的城市作為受償主體，經濟發展為主的城市作為補償主體，依據生態產品的供給情況加強協商，推進橫向生態補償機制的完善。根據各區域生態建設投入與產出效果、主體發展功能等制定有差別的生態補償標準，豐富現金補償、科技補償、政策補償等不同方式，降低生態壓力大的城市的環境壓力，并通過生態補償將壓力轉化為環境保護和建設的動力，奠定生態承載安全保護基礎。在維護生態系統完整性與生態功能的前提下，合理開發利用生態資源。

（四）加強社會宣傳力度，提高公眾生態環境保護意識

增強公眾的環境保護意識，鼓勵公眾參與生態環境的保護與治理，積極向公眾宣傳普及生態環境保護知識。加強公眾參與的公開性與透明度，多渠道引導公眾參與生態環境保護。設立生態保護宣傳相關的公益崗位，增加環境保護區居民種田以外的環保收入，增加生態承載安全保障的積極性。逐步完善生態保護志愿者制度，引導更多的志愿者參與生態環境保護工作。