制造業城市生態系統可持續發展評價研究

鄧思欣，司徒淑娉，鄺敏兒，廖文輝

（1.廣東省佛山生態環境監測站，廣東 佛山 528000；2.廣東金融學院，廣東 廣州 510520）

黨的十八大報告把生態文明建設納入中國特色社會主義“五位一體”總體布局，綠水青山就是金山銀山理念是生態系統生態價值與經濟價值的雙重體現[1]。城市是經濟、能源和環境沖突最激烈的地方，城市生態系統面臨環境污染、能源匱乏、生態破壞、社會矛盾加劇等問題[2]。城市生態系統是由自然子系統、經濟子系統和社會子系統組成的復合生態系統，自然可持續是基礎，經濟可持續是動力，社會可持續是目標[3]。如何定量評價社會經濟發展對生態環境的壓力，客觀評價城市生態系統現狀，以系統思維厘清各子系統之間的關系與演變規律，是促進區域經濟與生態效益協調發展，實現社會、經濟、環境可持續發展的關鍵問題。

經濟增長與資源環境壓力的關系研究應遵循“檢驗因果關系-識別拐點/脫鉤狀態-評估生態效率強度-判定耦合協調階段”，因果檢驗表明能源消耗與技術進步對廣東地區經濟發展的貢獻顯著，廣東自2000年開始已出現明顯拐點，演變為低能耗高經濟增長模式[4,5]。需要進一步對區域生態效率強度（經濟增長與資源環境壓力的單向關系）和系統協調發展水平（多系統互動）開展綜合評價。目前我國城市生態系統現狀評價并未形成規范化的指引，常用的城市生態承載力評價、生態系統健康評價等方法，多是通過構建相應的指標體系，基于綜合評價模型，耦合不同的協調度評價模型優化而形成[4,6-8]。不同評價方法的適用性與優劣各不相同，石惠春等[9]從可持續發展的角度，利用在不確定系統多屬性評價中廣泛應用的集對分析模型，對蘭州市經濟、環境、社會多個指標系統開展評價。該方法能夠識別多系統間的交互作用，能對不確定性加以客觀分析，更能表征復合系統年際間的相對發展水平，綜合評價整個城市生態系統發展狀態。

佛山是全國重要的制造業基地，2015年國家發展和改革委員會批復佛山為全國制造業轉型升級綜合改革試點。近年來，隨著政府積極開展產業轉型與環境治理，城市生態環境狀況變化明顯。研究表明，佛山市1995-2004年生態系統適宜度趨于穩定，1996-2013年生態系統健康狀況總體呈上升趨勢[10,11]。目前，對于“五位一體”總體布局確定以來佛山生態系統現狀的報道尚不多見，本文利用徐福留等[12]設計的綜合評價模型生態環境壓力指數（ESI），評價佛山市區域經濟發展對生態環境的壓力；通過耦合集對分析方法評價生態系統可持續發展水平和質量；通過綜合分析自然子系統、經濟子系統和社會子系統的可持續發展水平與最優評價集的相對貼近度，評價城市生態系統發展過程中各個子系統之間的可持續發展協調程度。結果可為同類型城市的生態系統發展狀態評價提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 評價指標體系

經濟社會指標主要有規模與效益指標，資源環境指標主要來源于壓力-狀態-響應概念模型[13]。同時考慮將其用于年度評價的業務化應用，結合指標的系統性、動態性和可獲取性，建立佛山市生態系統評價指標體系。2011-2019年指標數據來源于佛山市統計年鑒和環境質量公布。

系統層包括：自然子系統、經濟子系統和社會子系統。要素層包括：自然子系統下的資源能源消耗和環境質量；經濟子系統下的經濟發展和結構和生態環境污染；社會子系統下的科學與教育、醫療衛生水平和公共建設與源頭控制。

指標層包括：資源能源消耗：森林覆蓋率（d1）、建成區綠化覆蓋率（d2）、全社會用電量（d3）、主要工業能源消耗量（d4）、人口密度（d5）；環境質量：晝間平均等效聲級（d6）、二氧化氮（NO2）年均濃度（d7）、二氧化硫（SO2）年均濃度（d8）、可吸入顆粒物（PM10）年均濃度（d9）、空氣質量優良天數比例（d10）、酸雨發生頻率（d11）、細顆粒物（PM2.5）年均濃度（d12）、臭氧日最大8 小時滑動平均濃度的第90 百分位數（d13）；經濟發展和結構：人均生產總值（d14）、地區生產總值增長率（d15）、出口總額占GDP 比例（d16）、第三產業占GDP 比例（d17）、全社會固定資產投資占GDP 比例（d18）；生態環境污染：廢水排放總量（d19）、工業廢水排放量（d20）、廢水化學需氧量排放量（d21）、廢水氨氮排放量（d22）、工業廢氣排放量（d23）、工業煙（粉）塵排放量（d24）、工業二氧化硫排放量（d25）、工業氮氧化物排放量（d26）、放射源數量（d27）、重點企業工業固體廢棄物產生量（d28）、民用車輛擁有量（d29）；科學與教育：發明專利申請授權量（d30）、城鎮登記失業人數（d31）、普通高等學校在校學生數（d32）；醫療衛生水平：醫療衛生機構床位數（d33）、衛生技術人員數（d34）、衛生和社會工作投資額占全年固定資產投資比例（d35）；公共建設與源頭控制：年末實有公共汽（電）車營運車輛數（d36）、水利、環境和公共設施管理業投資額占全年固定資產投資比例（d37）、廢氣處理能力（d38）、工業廢水日處理能力（d39）、生活垃圾無害化處理率（d40）、工業固體廢物綜合利用率（d41）、工業能源中潔凈燃氣消耗量（d42）、城鎮污水處理率（d43）。

1.2 評價模型

1.2.1 生態環境壓力指數評價模型

生態環境壓力指數（E）由兩個分指數構成，即資源能源消耗分指數（R）和生態環境污染分指數（Q）。其計算公式如下：

式中，Ri為第i 個資源能源消耗指標的指數值；Qi為第i個生態環境污染指標的指數值；W 為分指數的權重，取值0.5；r 為資源能源消耗指標的實際值；q 為生態環境污染指標的實際值；w為指標的權重；n為評價集對應的指標個數；k為年份。

1.2.2 基于集對分析法的生態系統可持續發展水平評價模型

集對分析是關于確定及不確定系統的同、異、反定量分析的系統分析方法。利用集對分析方法開展城市可持續發展水平相對狀況評價，其計算公式如下：

對于效益型指標：

對于成本型指標：

式中，T 為城市可持續發展水平與最優評價集的相對貼近度；P為平均同一隸屬度；Z為平均對立隸屬度；p為同一隸屬度，表示城市生態系統評價指標實際值與最優值的接近程度；z 為對立隸屬度，表示城市生態系統評價指標實際值與最劣值的接近程度；d 為城市生態系統評價指標的實際值；w 為城市生態系統評價指標的權重；n為城市生態系統評價指標個數；k為年份（k=1,2,…,K）。

1.2.3 城市生態系統可持續發展協調度評價模型

計算公式如下：

式中，Y為可持續發展協調度；S為樣本空間{T1,T2,T3}的標準差；T1，T2，T3為自然子系統、經濟子系統、社會子系統的可持續發展水平與最優評價集的相對貼近度。可持續發展水平和可持續發展協調度在[0,1]內可劃分為6類[9]，見表1。

表1 可持續發展程度分類等級

1.2.4 指標權重的確定

城市生態系統評價的計算中確定指標權重的方法有客觀賦權法和主觀賦權法，本文采用客觀賦權熵權法。

采用極值標準化法將數據歸一化處理：

第i個指標的權重計算方法如下：

式中，k、d、n 的含義與集對分析模型中各式意義相同。

2 結果與討論

2.1 生態環境壓力

根據生態環境壓力指數分級標準，即0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 分別對應壓力很小、小、中等、大、很大5種狀態，評價佛山市區域經濟發展對生態環境壓力[12]。如圖1所示，2011-2019年佛山經濟社會發展對生態環境的壓力整體處于大壓力狀態，呈波動下降趨勢。其中，2011-2014年壓力變化較為平穩，為很大壓力狀態；以2015年為節點，壓力明顯下降，2015-2016年下降幅度最大；2017-2019年壓力變化較為平穩，生態環境壓力指數為64～66，為偏中等的大壓力狀態。2011-2019年，自然子系統權重較大的全社會用電量指標呈上升的趨勢，社會消耗的資源能源逐年增加，經濟發展對生態環境造成的壓力增加；經濟子系統權重較大的工業SO2排放量指標呈持續下降趨勢，在2015-2017年呈斷崖式下降，2017年d30 數量是2014年的4.4 倍，經濟發展使污染治理技術不斷提升，抵消了由于發展所需消耗能源對環境造成的壓力，特別自2015年以來，佛山積極推動污染防治攻堅戰，生態環境壓力下降明顯。

圖1 2011-2019年佛山市生態環境壓力指數、全社會用電量和工業SO2排放量變化趨勢

2011-2019年資源能源消耗分指數和生態環境污染分指數的相互關系如圖2所示，2011-2014年資源能源消耗分指數為75～84，整體較為平穩，呈持續小幅上升趨勢；2011-2014年生態環境污染分指數處于80～100 區間，且呈逐漸下降趨勢，生態環境污染分指數較大，為偏向生態環境污染型壓力，尾部有向資源能源消耗型壓力過度趨勢；2015-2016年，生態環境污染分指數由60～80區間降至40～60區間，下降顯著，佛山市已由生態環境污染型壓力轉變為資源能源消耗型壓力；2017-2019年，資源能源消耗分指數增大至90 以上，生態環境污染分指數下降至20～40 區間，佛山市資源能源消耗型壓力特征顯著。

圖2 2011-2019年資源能源消耗分指數和生態環境污染分指數的相互關系

2.2 可持續發展水平與系統協調程度

計算2011-2019年佛山市生態系統可持續發展水平與最優評價集的相對貼近度，得出基于可持續發展水平的城市生態系統相對情況，如圖3所示。佛山市生態系統可持續發展水平呈逐年上升的趨勢，其中2011-2014年平緩上升，生態系統處于弱可持續發展水平；2015-2017年加速上升，生態系統整體處于基本可持續發展水平，2017年已達到良好可持續發展水平；2018-2019年上升速度放緩，可持續發展水平為0.69～0.71，生態系統處于良好可持續發展水平。從具體指標看，2015-2019年，佛山市地區生產總值持續增長，2019年邁進國內經濟總量超萬億城市行列，制造業轉型升級和供給側結構性改革初見成效，全社會固定資產投資、公共管理事業投入、高等教育投入等不斷增加，d17和d18在9年間分別上升了7和11個百分點；城市綠化覆蓋率持續提升，深入推進國家和省各項總量減排措施，d19～d21、d25～d27等生態環境污染指標在2015-2017年間下降明顯，環境質量改善獲得階段性的成績，PM2.5濃度在2018-2019年連續2年達到國家二級標準。

系統發展的水平除質量狀態外還包括發展過程各個子系統的和諧程度。如圖3所示，2011-2019年佛山市城市生態系統可持續發展協調度整體呈持續上升的趨勢。其中2011年3 個子系統處于一般協調狀態，2012-2013年處于一般協調向良好協調的過度階段；2014-2016年協調程度上升明顯，3 個系統可持續發展整體處于良好協調；2017-2019年協調程度變化平穩，2018-2019年略有下降，整體處于良好協調狀態，其中2017年協調程度最高，接近優質協調水平。從具體指標看，2017年佛山經濟保持穩中向好，地區生產總值增長率為8.3%，保持在2014-2016年水平；水利、環境和公共設施管理業投資額占全年固定資產投資比例為10.1%，為研究期間最大；工業廢水、廢氣排放量在研究期內處于較低水平，完成國家“大氣十條”考核目標，獲得全國森林城市榮譽稱號；普通高等學校在校學生數較2016年增長超過1 倍。2017年在經濟子系統保持平穩向好的情況下，自然和社會子系統明顯向好，而2018-2019年地區生產總值增長率下降至6.3%～6.9%，因此2017年各系統協調程度最高。

圖3 2011-2019年佛山市生態系統可持續發展程度與協調度相對變化趨勢

如表2所示，從各子系統可持續發展水平的相對情況來看，自然子系統（T1）與社會子系統（T3）于2015年最先達到基本可持續發展水平，經濟子系統（T2）可持續發展進步相對較慢，2016年3 個子系統均達到基本可持續水平，2017-2019年均達到良好可持續水平。

表2 佛山市城市生態系統子系統可持續發展水平相對情況

3 結論

（1）2011-2019年佛山經濟社會發展對生態環境的壓力整體處于大壓力狀態，呈波動下降趨勢。經濟發展使科學技術不斷進步，抵消了由于發展消耗能源對生態環境造成的壓力。城市生態系統資源能源消耗型壓力特征顯著。

（2）佛山市生態系統處于良好可持續發展水平，可持續發展水平逐年上升，2015-2019年生態系統可持續發展程度改善較大。自然子系統、經濟子系統和社會子系統協調程度良好。

（3）聯用生態環境壓力指數法與基于集對分析法的生態系統可持續發展水平評價模型，能較好地評價城市生態系統可持續發展水平的相對情況，方法簡便，指標全面、易獲取，為環境監測部門每年開展生態環境系統狀況監控提供有益借鑒。