甘肃省生态文明水平时空演变趋势及协调性分析

陈穗穗，王 帅，赵 煜

(兰州财经大学 统计学院，甘肃 兰州 730020)

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，生态文明建设的重要性日益凸显[1]，中国作为负责任的大国，积极重视生态文明的建设工作.党的十七大首次提出生态文明，并将“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”提到了发展战略的高度[2].党的十八大将生态文明建设纳入社会主义事业的总体布局，生态文明建设地位提高到前所未有的高度.然而，长期以来，我国粗放的经济发展方式导致生态环境日益恶化，影响了经济社会的可持续发展，阻碍了我国全面进入生态文明社会.省域生态文明建设作为全面进入生态文明社会的中观主体和重要力量，是推进美丽中国建设的关键环节[3]593.纵观生态文明的研究发现，目前的研究多集中在对生态文明内涵的界定[4-5]、生态文明指标评价体系的构建[6-7]、生态文明研究主体的实证分析[8-11].梳理文献发现，在生态文明主体中，研究对象多为东、中部省份，较大城市群或经济特区，对我国西部地区省市的研究较为缺乏，而我国西部地区大部分省市处于生态脆弱区，经济较为落后，生态环境较为脆弱，因此加强对我国西部省市生态文明现状的研究，对于丰富我国西部地区生态文明建设研究工作，促进经济发展与生态环境良好互动提供理论支撑.

在此背景下，论文基于地理学评价视角，构建甘肃省生态文明指标体系，评价当前生态文明水平，采用空间自相关分析方法分析甘肃省14个市州生态文明的集聚演变趋势，构建耦合协调度模型，借助ArcGIS空间分析工具揭示其空间差异性，以期为甘肃省生态文明建设工作提供参考性建议.

1 研究方法与数据来源

1.1 熵值法

在生态文明建设综合评价中，核心问题是指标权重系数的确定.熵权法是基于外部环境的原始信息，确定基于指标相关性和索引信息含量的指标权重，是一种客观求取指标权重的方法，能避免由于主观因素造成的误差，因此，运用熵值法对各个指标进行加权.具体步骤如下[12]：

1)指标数据预处理

由于所选取指标的正负取向、指标量纲的问题，无法直接对原始数据进行计算，因此需要对指标数据进行规范化与标准化处理.

对于正向指标：

(1)

对于负向指标：

(2)

式中，pij(i=1,2，…，n;j=1,2,…，m)表示无量纲处理的指标系数，xij表示第i个城市第j项指标的实际数值，max(xij)表示指标系列的最大值，min(xij)表示指标系列的最小值.

2)指标的标准化处理

由于采用标准化处理的数据有部分数据为0，因此在此类数据的处理结果后需加上一个略大于零的正数，采用加 0.001 进行处理，可以避免赋值数的无意义.

(3)

(4)

3)计算第i个市州第j项指标值的比重：

(5)

4)计算指标的信息熵：

(6)

5)计算信息熵冗余度：

dij=1-eij.

(7)

6)计算指标权重：

(8)

1.2 生态文明发展指数测度方法

区域生态文明发展指数主要从区域经济发展、社会进步、基础保障和生态质量4个维度进行测度，计算公式为：

Aj=aEj+bSj+gRj+lBj,

(9)

式中：Ej表示经济发展指数；Sj表示社会进步发展指数；Rj表示基础保障指数；Bj表示生态质量发展指数；Aj表示区域生态文明综合发展指数；a,b,g,l分别表示经济发展、社会进步、基础保障和生态质量子系统的权重.

以甘肃省14个市州为研究对象进行实证分析，测度生态文明发展指数，反映区域生态文明水平.在生态文明建设过程中，认为经济发展、社会进步、基础保障和生态质量4个维度发挥同等重要的作用，因此采用等权法对4个维度进行赋权.

1.3 全局空间自相关

全局空间自相关是对属性值在整个区域的空间特征的描述.采用Moran′sI用于衡量空间要素的相互关系，其计算公式[13]如下：

(10)

式中，I表示Moran指数，Wij表示空间权重矩阵.对于空间权重矩阵，其表达形式为：

Moran′sI指数的取值范围在[-1，1]，当Moran′sI>0时，表示存在空间正相关；当Moran′sI<0时，则表示存在空间负相关，其取值越大说明空间集聚程度越高.

1.4 Jenks 自然最佳断裂点聚类

Jenks 自然最佳断裂聚类法是基于数据内部的内在联系自然分组，使得组间差距最大化组内相似值最优化，分组点选在数据变量值出现相对最大变化处[14]，将运用生态文明发展指数测度方法得到的区域生态文明综合指数通过ArcGIS 10.0软件的Jenks 自然间断点分级功能分别聚类.

1.5 耦合度与协调度评价模型

1.5.1 耦合度模型

耦合度模型是指两个系统或多个系统之间相互作用、相互影响的强度.参考李裕瑞等[15]的研究将耦合度模型推演得到经济发展指数、社会进步发展指数、基础保障指数和生态质量指数的相互作用耦合度模型：

(11)

式中，Cj表示第j个区域的耦合度，其数值介于[0，1]，其值越大，说明生态文明水平4个子系统的耦合程度越好，反之，耦合程度越差.

1.5.2 耦合协调度模型

耦合度只能反映耦合程度的高低，无法反映各子系统发展水平的协调程度，因此引入耦合协调度模型，既考察生态文明4个子系统相互作用的强度，又关注4个子系统各自发展的水平，其公式[16]如下：

(12)

式中，Dj表示第j个区域的耦合协调度，Cj表示第j个区域的耦合度，Aj表示第j个区域生态文明发展指数.

为了直接得到甘肃省各市州生态文明协调度结果，反映各市州不同发展阶段生态文明协调发展水平，参考前人研究经验[17]，设定协调度的等级及其划分标准，见表1.

表1 协调度等级评价结果

1.6 数据来源

研究所需要的数据主要来源于2009—2016年中国经济与社会发展统计数据库、中国及甘肃省统计局网站、电子年鉴，相关的数据经计算整理得到，其中，个别指标在个别年份的缺失通过插值法进行填补.

2 生态文明建设评价指标构建

2.1 指标体系构建思路

生态文明建设评价是为摸清区域生态文明水平现状，明确区域下一步重点发展方向.基于此，在遵循评价指标体系的完整性、科学性和全面性的原则基础上结合甘肃省生态文明现状特点，构建一套符合甘肃省特色的生态文明评价指标体系.

2.2 甘肃省14个市州生态文明评价指标体系

根据指标体系构架思路，构建甘肃省生态文明测度评估指标体系如表2.

表2 甘肃省14个市州的生态文明评价指标体系

其中，

(13)

式中，ASO2表示SO2排放量的归一化系数，ACOD表示化学需氧量的归一化系数，Asol表示固体废物排放量的归一化系数.

(14)

式中，Abio表示生物丰度指数的归一化系数.

(15)

式中，Aveg表示植被覆盖指数的归一化系数.

(16)

式中，Ariv表示河流长度的归一化系数，Alak表示湖库面积的归一化系数，Ares表示水资源量的归一化系数.

3 甘肃省生态文明水平测度及时空演变实证结果

3.1 甘肃省各市州生态文明水平结果

根据区域生态文明发展指数测度方法，计算出甘肃省2010—2016年生态文明发展指数结果如表3所示.

表3 甘肃省各市州生态文明水平评价结果

从各市州生态文明发展指数分析，甘肃省城市生态文明建设时序演化整体上趋势良好.截止到2016年，生态文明发展指数最低的是定西市，最高的是嘉峪关市，后者是前者的3倍.这种生态文明建设失衡现象制约着甘肃省生态文明建设的健康发展.嘉峪关市、兰州市和金昌市生态文明发展指数自2010—2016年一直保持在前三甲的位置，生态文明建设保持良好.定西市、陇南市、临夏州和甘南州4个市州6年来排名虽然靠后，但生态文明发展指数增长率较为显著，说明虽然4市州生态文明水平较低，但由于积极响应号召，使得自身生态文明水平较以往有了很大的提升.

从生态文明水平增长率分析，2010—2016年甘肃省除金昌市和天水市外，其余12个市州生态文明水平总体呈现上升趋势.其中，临夏州生态文明水平提升最为明显，相比2010年，2016年生态文明水平增长47.901%，居甘肃省市州增长率之首；张掖市、兰州市、武威市增长率超20%，表明近年来通过不断的努力，各市州的生态文明建设取得了显著的成效，保持了良好的发展势头.

3.2 基于环境库兹涅茨曲线理论的结果解释

生态文明发展指数只能从整体上反映甘肃省生态文明水平，无法反映各城市经济发展与生态文明水平之间的关系，基于此，引入环境库兹涅茨曲线理论[18]，对造成甘肃省14个市州生态文明发展水平的差异性进行分析.环境库兹涅茨曲线理论认为，在经济发展初期，人均GDP与环境污染呈现正相关，环境的恶化程度随着经济的增长而加剧，此时环境质量与经济发展处于“两难区间”，但是到达某个临界点以后，两者的关系进入“双赢区间”.基于此理论构建生态文明库兹涅茨曲线，使用多项式函数进行拟合，得到2016年的拟合曲线，拟合优度为0.894 3，拟合结果见图1.

由图1可得，嘉峪关市、金昌市位于生态文明库兹涅茨曲线的右上端，经济的边际贡献较高，显著促进了生态文明水平的提高；兰州市和酒泉市经济发展状况良好，但是却位于曲线的下端，生态文明水平滞后于经济发展速度；临夏州、定西市和陇南市经济社会发展较为落后，导致点位横向平移至曲线的下端，同时缺乏环境保护与生态保育意识，生态文明水平也相对较低，因此落入“两难区间”；平凉市虽然经济发展水平不高，但点位却位于曲线上端的“双赢区间”，这与平凉市在生态文明建设工作中积极探索.大胆实践有关，截止到2017年，平凉市是西北五省区唯一进入第一批国家生态文明建设示范市的城市；张掖市和金昌市都位于曲线中上端，处于“双赢区间”，两个城市在地理区位上毗邻，可进一步加强合作，在优先保障生态功能提升的基础上，增强自身实力，提高生态文明水平.

总体分析可得，位于甘肃省生态文明库兹涅茨曲线上端的城市，随着经济发展水平的提高，生态文明水平随之提高，因此，这些城市应在不破坏生态环境的前提下，在原有经济水平的基础上进一步发展经济；而位于生态文明库兹涅茨曲线下端的城市，经济发展水平的提高对生态文明建设的贡献作用并不明显，因此这些城市在自然环境保护、生态容量提高和生态保育工作方面需要投入更多的努力.

3.3 生态文明水平全局空间自相关

为了摸清甘肃省14个市州生态文明建设的整体演变趋势，运用stata软件测算2010—2016年甘肃省14个市州生态文明发展指数的全局指数Moran′sI指数、Z得分和P值，所得结果如表4所示.

表4 甘肃省14个市州生态文明发展指数

2010—2016年，Moran′sI指数均大于0，小于1，呈现出微弱的正相关性，即微弱的集聚分布状态.但到2016年Z得分为1.255，相比于其他年份，较为接近临界值1.96，虽然生态文明水平仍为随机分布，但表现出较强的集聚分布倾向.

3.4 Jenks 自然最佳断裂点聚类分析

因区域间聚集性不强，只显示了微弱的相关性，并不适合进一步做局部自相关聚类分析，因此，采用Jenks自然最佳断裂点聚类分析法将甘肃省14个市州分为5个等级，分别为高级生态文明建设区、较高级生态文明建设区、中等生态文明建设区、较低级生态文明建设区和低级生态文明建设区[3]595，表5是Jenks 自然最佳断裂点聚类结果.

表5 2010年和2016年生态文明水平自然最佳断裂点聚类结果

由表5分析可知，从生态文明水平来看，甘肃省14个市州生态文明水平不高，2010年14个市州中有9个市州处于低级和较低级生态文明建设区，超过市州总数的64%，表明甘肃省生态文明建设基础较为薄弱；从生态文明水平时序演化趋势来看，甘肃省生态文明水平朝着良好趋势演化，2010—2016 年甘肃省 14 个市州生态文明水平在时间序列上大体呈现上升的发展趋势，由低水平生态文明建设区向高水平生态文明建设区发展.截至 2016 年，仅有定西市处于低级生态文明建设区，处于低级、较低级生态文明建设区的城市数量明显减少，大部分市州已由生态文明建设低级水平向较低级和中等水平转变，并且具有进一步向较高级水平转变的趋势，这主要得益于甘肃省政府及地方政府对生态文明建设工作的重视，着重在生态文明体制改革、资源环境问题解决、绿色产业建设等方面进行生态文明制度的构建，推进甘肃省生态文明水平整体向前迈进.

为更清晰地看出甘肃省生态文明水平在空间上的差异性，运用Arcgis 10.0软件进行可视化分析，见图2.

从图2中可以看出，甘肃省各市州不仅生态文明发展差异较大，其空间分布也不均衡，生态文明水平大体上呈现出集群化、梯度化、极差化的分异特征.“集群化”特征表明甘肃省生态文明建设可以分为河西走廊地区、陇中地区、陇东地区、陇东南地区和民族地区.其中，河西走廊地区各市生态文明发展指数较高，这些地区的经济发展较为良好，在不断发展经济的同时也加大了对生态环境的保护力度，且部分地区在不断发展旅游业的同时也改善了当地的生态环境；民族地区和陇东地区生态文明建设较为落后，大部分市州处于较低级生态文明建设区.“梯度化”特征表现为生态文明水平整体上呈现出西北部高、东南部低的梯度性差异.“极差化”特征表现为市州之间存在巨大的差异，嘉峪关市、金昌市、兰州市生态文明水平较高，属于生态文明建设高水平地区，但与兰州市紧邻的定西市生态文明发展指数仅为0.233，属于低级生态文明建设区，这两个类型的生态文明发展指数呈现“极差化”分异特征.

4 甘肃省各市州生态文明耦合度和协调度格局演变

生态文明的耦合协调度评价是对一个地区的经济发展、社会进步、基础设施和生态质量的耦合协调性的评价.基于此，运用上述4个子系统数据，结合耦合协调度模型，对甘肃省生态文明协调度进行计算，结果见表6，同时借助Arcgis 10.0软件对甘肃省14个市州2016年生态文明建设耦合协调度空间分布格局进行可视化分析，见图3.

表6 2010年和2016年甘肃省各市州生态文明建设协调度数值及等级

根据耦合协调度评价结果可知，甘肃省各市州生态文明协调度整体处于较低的状态，2010年和2016年甘肃省14个市州生态文明建设耦合协调度均值分别为0.474和0.507，由濒临失调状态调整到勉强协调状态，生态文明建设耦合协调性总体上略有提升.但分区域来看各区域之间耦合协调性差异较大，河西走廊地区整体协调度较高，而民族地区和陇东南地区等边缘地区协调度偏低，因地理区位因素，周边没有核心城市的带动作用，导致这些地区经济基础较为薄弱，基础设施和社会发展方面较为迟缓.

5 结论和建议

5.1 结论

以2010—2016年为数据背景，以甘肃省14个市州为研究对象，构建生态文明发展指标评级体系，运用耦合协调度模型分析甘肃省14个市州生态文明建设的协调度演化规律，并借助Arcgis 10.0软件进行空间分析，得到结论如下：

1)2010—2016年，甘肃省14个市州生态文明水平总体呈现上升趋势；

2)2010—2016年，甘肃省14个市州生态文明聚类特征由微弱的正相关向较强的集聚倾向演变，且2016年集聚倾向最为明显；

3)甘肃省各市州不仅生态文明发展差异较大，空间分布也不均衡，生态文明水平大体上呈现出集群化、梯度化、极差化的分异特征;

4)甘肃省14个市州生态文明建设离高水平协调发展的目标仍然存在较大的差距，河西走廊地区整体协调性较好，陇东南地区和民族地区协调性较差.

5.2 建议

根据论文的分析结果，结合甘肃省实际发展情况，对甘肃省生态文明建设提出以下几点建议：

1)生态文明建设分区治理，由于甘肃省各市州生态文明发展差异较大，各市州生态文明水平内部驱动机制差异较大，无法制定统一的发展政策，因此需要分区治理.兰州市作为陇中地区高生态文明建设的热点区域，应积极起到辐射带动作用，以兰—白都市经济圈为发展中心，带动定西市乃至周边城市的发展；民族地区要想提高城市生态文明水平，除自身发展外，还应和周边处于高级生态文明建设区的城市加强合作，既发挥自身优势产业，又汲取其他城市的经济活力，最终提高自身建设水平；河西走廊地区总体生态文明水平较高，应以高级生态文明建设区位——嘉峪关市为合作对象，进一步提高自身生态文明水平.

2)从耦合协调度模型来看，甘肃省需要加强对陇中地区、陇东地区、陇东南地区和民族地区的协调性建设，兰州市、嘉峪关市应起到辐射带动作用，带动周围低级生态文明城市的发展；民族地区需要加速经济发展，弥补经济基础较为落后的短板，以“绿水青山”为优势，发展民族特色经济.

3)借助优越的地理区位和有力的政策支持促进区域生态文明建设.比如，国家“一带一路”倡议的施行，可为甘肃省各市州充分发挥区位优势，提高自身生态文明建设带来新机遇；兰西城市群的设立也为甘肃省各市州的发展带来机遇.