典型资源型地区山西省经济-资源-环境系统承载力及协调发展研究

任娇, 尹诗杰 曹源圆

典型资源型地区山西省经济-资源-环境系统承载力及协调发展研究

任娇1,*, 尹诗杰1, 曹源圆2

1. 山西财经大学 资源型经济转型协同创新中心, 太原 030006; 2. 陕西师范大学 西北历史环境与经济社会发展研究院, 西安710119

资源型地区的区域协调发展问题值得关注, 要实现经济的高质量发展, 首先应对其资源环境承载力进行科学研判。以资源型地区山西省为例, 利用熵权法从全省和地级市两个层面对比分析2005—2017年经济-资源-环境系统(以下简称ERE系统)承载力的时空格局和演变特征, 探究各市的承载力变化规律及限制性因素。结果表明: (1)近十年间山西省整体ERE系统承载力呈波动上升趋势, 环境和经济子系统承载力之间存在相互制约关系。(2)从空间格局上看, 山西省地级市综合承载力的省内差距逐渐缩小, 区域一体化程度不断加强: 由2005年的1个中等承载力、6个较低承载力和4个极低承载力城市跃升为2015年的3个较高承载力城市和8个中等承载力城市。(3)综合考量ERE系统发展水平和耦合协调度, 可将山西省综合承载力划分为五个等级: 晋中和晋城市为第一梯队, 属于良好协调优质发展型, 省会太原市位列其次, 而阳泉和运城市属于轻度不协调衰退型。(4)人均水资源量短缺、环境污染重、产业结构和城市基础设施是目前阻碍山西资源环境承载力的主要障碍因子。

资源环境; 承载力; 协调发展; 山西

0 前言

自1992年联合国环境与发展会议发布《21世纪议程》以来, 可持续发展战略、资源合理利用和环境保护已经成为国内外学者关注的热点[1-3]。2018年我国将“贯彻新发展理念”写入宪法, 明确推动生态文明建设, 促进社会经济和资源环境的协调发展。绿色发展作为新发展理念的重要组成部分, 注重解决人与自然的和谐问题。《中国可持续发展评价报告(2019)》显示, 中国经济发展总体走势不断向好, 但资源环境承载能力仍有较大短板。在资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化、而人民群众对清新空气、干净饮水、优美环境的要求日益强烈的新时期, 使资源环境承载力与经济社会发展相适应就显得尤为重要。“区域资源环境承载力”指的是不同尺度区域在一定时期内, 在确保资源合理开发利用和生态环境向良性循环的条件下, 资源环境能够承载的人类经济社会活动的能力[4-5]，它反映的是经济-资源-环境三大系统相互作用又相互制约的关系。

资源环境承载力的研究开始于20世纪80年代, 最初是由威廉·福格特在提出“承载力”一词, 随后国内外学者开始从研究要素、研究方法以及研究区域等方面对其进行不断深入的研究[6]。在研究领域方面, 早期的研究主要以水资源、土地资源、森林资源以及人口承载力等单要素研究为主[7-9]。随着研究的深入, 国内外学者开始将资源环境作为整体, 对其进行综合性指标体系评价研究。主要包括两大部分: 一是研究方法上的发展。资源环境承载力的研究方法有很多种, 其中包括主成分分析法、层次分析法、熵权法、能值分析法、DEA法以及生态足迹法等[10-14]。二是研究范围的不同。学者们从国家、城市群、省、市、县等不同层面, 对资源环境承载力的时空演变规律、影响因素和提升路径进行研究[15-16]。总体来看, 资源环境承载力的研究经历了由单要素到综合评价、由单个区域到全国各省市、由单一年份到具有代表性的时间段、由单一方法到与系统耦合协调度、障碍因子等相结合的过程, 研究逐渐深入和全面[17-19]。然而, 目前已有文献更多关注京津冀、长三角、山东半岛、中原城市群等大城市群的资源环境承载力变化[20-23], 而针对资源型地区的研究相对缺乏。《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020)》中指出, 我国拥有262个资源型城市, 占到全国城市总数的40%, 是我国重要的能源资源战略保障基地。伴随着“资源诅咒”, 这些资源型城市不同程度地出现了资源枯竭、环境污染、生态恶化和经济滞后等危机, 可持续发展面临更加严峻的挑战, 其资源环境承载力的时空演变规律和提升路径更加值得探索[24-26]。

山西省作为我国典型的煤炭资源型地区, 除太原市外的10个地级市均为资源型城市, 长期形成了对煤炭资源高度依赖的产业结构和经济体系, 由此产生了支柱产业单一、生态破坏严重、环境污染突出等一系列问题。2010年12月, 国务院批准在山西全省范围设立“国家资源型经济转型综合配套改革试验区”, 以“先行先试”探索破解产业转型、生态修复、城乡统筹、民生改善难题[27]。“综改区”设立以来, 山西的资源型经济转型取得了一定进展, 但经济社会发展与资源环境之间的矛盾依然突出, 如何提高资源环境承载力, 实现与经济社会发展的优质协调成为当前急需解决的问题。已有学者对山西省整体的可持续发展能力进行分析[27], 而针对城市层面的研究能够更好地梳理资源环境承载力的时空演变规律, 识别体现区域差异的限制性因素和提升路径。因此, 本文以山西省为例, 构建资源环境综合承载力评价指标体系, 利用熵权法对2005—2017年山西省的资源环境承载力水平进行测度分析, 在地级市层面探讨其时空格局和演变规律, 并结合耦合协调度模型分析ERE三维系统协调发展水平和制约因素, 旨在为山西省资源环境与社会经济协调可持续发展提供可靠的科学依据, 以期对全国资源型地区绿色转型发展提供借鉴参考。

1 研究方法

1.1 经济-资源-环境(ERE)系统承载力评价指标体系的构建

在参考资源环境承载力研究的基础上[15-20], 为了体现资源型地区的特殊性, 结合《全国资源型城市可持续发展指标》并考虑指标选取的科学性、代表性和可获得性原则, 本文构建了包含经济、资源和环境三个子系统, 7项二级指标, 20项三级指标的ERE系统承载力评价指标体系, 如表1所示。

1.2 数据来源及标准化处理

本文数据来源于2006—2018年《山西统计年鉴》和《中国城市统计年鉴》的统计数据。为了避免由指标单位不同和数值量级间的悬殊差别对结果带来的影响, 首先应对指标数据进行无量纲化处理, 转化为[0, 1]之间的数值。本文采用极差法进行数据标准化, 对于正向指标, 其标准化公式为:

式中,xmax和xmin分别为指标xij的最大值和最小值,=1, 2, …,;=1, 2, …,。

对于逆向指标, 标准化公式为:

1.3 指标权重的确定

熵权法是根据各项指标的变异程度, 利用信息熵计算指标的权重, 能够客观真实地反映数据信息, 常被用于多目标决策和综合评价中[13, 18]。指标的信息熵越小, 提供的信息量及其对综合评价的影响就越大, 因而该指标的权重越大; 反之亦然。熵权法确定各指标权重的具体步骤如下:

表1 经济-资源-环境系统承载力评价指标体系

(1) 归一化处理: 将标准化后的每一个数据进行加一平移, 进行对数非负化处理, 然后计算第个样本第项指标所占的比重:

(2) 计算第项指标的熵值j:

(3) 计算第项指标的差异系数gj:

(4) 求第项指标的权重w:

1.4 ERE系统综合承载力

根据上述得到的各指标权重和标准化后的数据, 采用线性加权即可计算得到三个子系统得分U1、U2、U3和ERE系统综合承载力。

1.5 耦合协调度

耦合度()能够反映多个系统之间相互作用、彼此影响的程度, 常被用于评价多系统的耦合协调作用[18]。但是耦合度并不能准确判断耦合的良性, 比如子系统发展水平同时较低的情况下, 耦合度仍会较高。为了体现ERE系统整体的协调发展关系, 本文考虑ERE系统综合发展度(), 利用耦合协调度()来反映系统的协调发展水平[18, 20]。计算方法如下:

其中为三个子系统间的耦合度;为ERE系统的综合发展度;为耦合协调度, 取值范围在[0, 1]之间, 越接近1说明系统的耦合协调度越高。、和为待定权重,++=1, 本文考虑ERE系统的协调发展水平, 认为三个子系统同等重要, 故取===1/3。

1.6 障碍因子识别

为了对山西资源环境承载力变化的阻碍因素进行剖析与进一步探究, 引入障碍度模型。参照文献[19, 28], 障碍度的计算方法如下,

式中,O为第项指标的障碍度;U为指标偏离度, 代表各指标与系统发展目标的差距, 用U=1-y表示,y为各指标的标准化值;w为各指标由熵权法确定的权重。

2 结果分析

2.1 山西省资源环境承载力的时空演变格局

如图1所示, 2005—2017年山西省经济社会子系统的承载力呈现大幅上升趋势, 从2005年的0.03跃升到2017年的0.90。其中, 2007年全省经济社会发展显著, 人均GDP大幅增长, 由2006年的14775元增加到17821元, 进而导致经济子系统得分在2007年增速最快, 增长率高达177%。而在2008年由于受到金融危机的影响, 加上山西省对资源型产业过度依赖, 三产占GDP比重停滞不前, 城镇居民人均可支配收入大幅下降, 经济出现下滑, 故经济子系统得分降低。在随后的2009—2012年, 山西经济社会得到较大发展, 注重优化调整产业结构和提升人民生活质量, 经济逐渐回稳, 2013年有小幅下降, 之后直到2017年经济社会子系统承载力仍然保持上升势头(图1)。资源承载力在2011年和2014达到高值, 而在随后的2012—2013年和2015—2016年由于人口的增加、水资源总量的不足以及用水量的增加导致人均水资源占有量和粮食产量显著降低,进而导致资源子系统得分呈现出下降态势。这表明随着经济社会发展对资源的利用和消耗, 资源对山西经济社会发展的支撑作用减弱, 其约束作用日益显著。与前俩者相比, 环境子系统承载力在十年间的波动较大: 2005—2012年呈倒U型曲线, 2012—2017年呈上升趋势, 表明山西省资源环境承载力表现出先增加后降低、又增加的波动规律(图1)。

图1 山西省2005—2017年经济-资源-环境子系统及综合承载力变化

Figure 1 Trend of ERE carrying capacity for Shanxi province from 2005 to 2017

从ERE系统综合承载力上看, 2005—2017年山西省整体资源环境综合承载力呈波动上升趋势, 由2005年的0.12到2017年的0.86(图1)。值得指出的是, 经济承载力和环境承载力之间存在一定的相互制约关系。例如, 2009年, 经济子系统的承载力达到低值, 而对应的环境子系统承载力达到峰值; 相反, 2012年, 山西整体的经济社会发展较好, 而环境子系统承载力降到谷底(图1)。这反映出山西省作为全国资源型地区的典型代表, 在历史上确实在存在以牺牲环境为代价换取经济增长的现象, 以2008—2012年表现最为明显。从2013年开始, 随着山西调整产业结构, 环境污染下降, 经济转型发展成效初现, 经济社会子系统和环境子系统承载力同步上升(图1)。

2.2 山西省地级市资源环境承载力分析

考虑到区域内经济社会发展和资源环境禀赋的差异, 本文进一步从城市层面探索山西资源环境承载力的时空演变规律, 运用ArcGIS空间分析方法对山西省11个地级市的资源环境承载力进行可视化分析, 探索各地级市可持续发展的限制性因素和提升路径。在时间序列上, 基于时效性特点, 选择国家“十五”、“十一五”和“十二五”规划的截止年份2005、2010和2015年三个时间截面进行承载力的对比分析(见图2)。

十年间, 山西省11个地市的经济-资源-环境综合承载力变异系数从2005年的22%下降到2015年的8%, 表明城市间差距逐渐缩小, 区域一体化程度不断加强。结合国内资源环境承载力评价研究中的相关标准[20], 本文将山西资源环境承载力划分为5个等级: 0—0.3、0.3—0.45、0.45—0.70、0.70—0.85、0.85—1.0, 分别为承载力极低、承载力较低、承载力中等、承载力较高和承载力极高。

如图2所示, 2005年山西资源环境承载力分为3个等级: 太原市为中等承载力, 临汾、运城、朔州和忻州市四个城市为承载力极低, 其他城市为承载力较低区; 2010年, 各城市的资源环境承载力都在2005年的基础上有所提升, 除吕梁、临汾和运城属于承载力较低水平, 其余城市都已经达到了中等承载力, 中等承载力的城市数量急剧增加为8个; 到2015年, 全省资源环境承载力的空间差异减弱, 大部分城市都进入中等承载力行列, 而太原、晋中和晋城市跃迁为较高承载力城市, 成为第一梯队。总体来看, 随着国家2010年在山西全省范围设立“国家资源型经济转型综合配套改革试验区”以及山西省生态建设和环境治理相关政策的实施, 山西省各市资源环境承载力整体都有提升, 目前有较高承载力城市3个, 中等承载力城市8个。第二, 山西省资源环境承载力的空间分布格局具有一定的空间集聚特征, 省会太原周边的城市资源环境承载力较高, 如晋中市; 而晋西南的吕梁、临汾和运城地区常常是资源环境承载力最低的地区。第三, 十年间全省各市的资源环境承载力都有提升, 但提升的幅度存在明显差异。十年间朔州市的环境子系统承载力变化最大, 年均增长率达35.3%; 运城、忻州和临汾市的资源子系统承载力提升明显, 年均增长率分别为14.1%、8.5%和7.5%; 吕梁和运城市的经济社会发展进步最大; 朔州、运城和忻州市三个城市的资源环境综合承载力年均增长率最快。第四, 目前山西的大多数地区仍处于资源环境承载力中等水平, 承载力极高城市数量为0, 发展中的资源环境“瓶颈”问题仍然突出, 节能减排和环境保护任务较重, 该方面的投入有待加强。

图2 2005、2010和2015年山西资源环境综合承载力空间分布格局

Figure 2 Spatial pattern of ERE carrying capacity in Shanxi province from 2005 to 2015

2.3 山西ERE三维系统协调度水平

为了反映经济-资源-环境系统之间交互耦合的协调程度, 本文使用耦合协调度模型对山西省地级市ERE系统的耦合协调发展水平进行测度, 限于篇幅, 表2以2017年为例呈现出了相关结果。研究表明, 山西省地级市层面的经济-资源-环境系统的耦合度较高, 均位于0.95以上, 区域间差异较小。综合发展水平在0.67—0.83之间, 耦合协调度为0.81—0.91之间(表2)。在参考资源环境承载力评价相关研究的分级标准基础上[20], 本文采用Jenks自然断裂法将综合发展水平分为四类: <0.70、0.70—0.75、0.75—0.80、0.80—0.85, 分别为轻度衰退、基本发展、良好发展和优质发展; 将耦合协调度按照: <0.85、0.85—0.90、>0.90划分为轻度不协调、基本协调和良好协调三个类型。

表2 2017年山西省地级市资源环境承载力和耦合协调发展水平

综合考量ERE综合承载力、系统发展水平和系统耦合协调度3个因素, 可将山西11个地级市的资源环境协调发展水平划分为5个等级, 见表3。第一梯队为晋中和晋城市, 其资源环境承载力较高, 耦合协调度最高(大于0.90), 属于良好协调优质发展型, 可持续发展能力强。太原市为第二梯队, 作为山西省省会, 其总体发展水平较高, 资源环境与经济社会系统处于基本协调状态。第三和第四梯度为基本协调发展型和基本协调轻度衰退型, 包括朔州、忻州、长治、吕梁、临汾和大同6个城市。最后, 阳泉和运城市属于轻度不协调衰退型, 二者的资源环境承载力在全省排名靠后, 且发展水平和耦合协调度最低(表3)。

2.4 限制因素识别

为了便于横向直观比较, 识别各城市资源环境承载力的限制性因素, 图3用雷达图展示出了2017年山西省11个地级市的经济-资源-环境子系统承载力。通过对比三个子系统承载力的得分可以看出, 太原市和阳泉市属于资源环境滞后型, 忻州市属于典型的经济发展滞后型, 而其余城市大多都属于资源滞后型。这表明各市在资源环境利用和保护工作中应当有所侧重, 同时该结果将为提升山西省可持续发展能力提供有针对性的参考依据。

表3 山西省资源环境承载力及协调发展水平分级

图3 2017年山西省地级市经济-资源-环境子系统承载力比较

Figure 3 Comparison of carrying capacity of subsystems for cities of Shanxi province in 2017

同时, 本文采用障碍度大于4%作为识别障碍因子的筛选标准[19], 统计2005年、2010年、2015年和2017年障碍因子出现的频率, 得到山西省资源环境承载力障碍因素诊断分析结果, 如表4所示。研究结果显示, 出现频率最高的因子为人均GDP、第三产业占比、千人拥有医生数、人均城市道路面积、人均拥有移动电话数、人均水资源占有量、人均粮食产量、人均公共绿地面积、人均用水量和人均工业废水排放量。这表明水资源、耕地资源、绿地生态资源水平、环境污染、经济发展质量和城市基础设施已经成为阻碍山西资源环境承载力提升的关键因素。从时间变迁上看, 2005—2017年之间, 人均城市道路面积、人均拥有移动电话数、单位GDP能耗和生活垃圾无害化处理率的障碍度逐渐减小, 而人均用水量、人均水资源占有量、第三产业占比和固废综合利用率对资源环境承载力的影响逐渐增大。这表明山西高耗能粗放型经济转型取得一定成效, 随着山西经济社会整体的发展, 环境治理效果明显改善, 而水资源约束和产业结构优化是目前加强区域资源环境承载力亟需解决的问题。

3 结论与讨论

本文运用熵权法和耦合协调度模型对山西省2005—2017年间经济-资源-环境系统承载力进行了测度, 主要得出以下结论: (1)从时间变迁上看, 近十年山西省整体经济-资源-环境系统承载力呈波动上升趋势, 而且环境和经济子系统承载力存在相互制约关系, 资源子系统对山西经济社会发展的约束作用日益凸显。(2)从空间格局上看, 山西省地级市综合承载力的省内差距逐渐缩小, 区域一体化程度不断加强: 由2005年的1个中等承载力、6个较低承载力和4个极低承载力城市提升为2010年的3个较低承载力和8个中等承载力城市, 最后跃升为2015年的3个较高承载力城市和8个中等承载力城市, 环境保护和生态文明建设取得了一定成效。(3)结合ERE承载力和系统发展水平, 可将2017年山西省经济-资源-环境耦合协调发展水平分为五个等级: 晋中和晋城市属于第一梯队, 为良好协调优质发展型, 可持续发展能力强; 第二梯队为省会太原市, 属于良好协调发展型; 第三和第四梯度为基本协调发展型和基本协调轻度衰退型; 阳泉和运城市属于轻度不协调衰退型, 承载力严重不足。(4)进一步对限制因素和障碍因子的分析表明, 人均水资源量短缺、环境污染重、产业结构和城市基础设施是目前阻碍山西资源环境承载力的主要因素。

表4 山西省资源环境承载力障碍因子及其频率(%)

针对上述结论和对山西ERE系统承载力障碍因子的分析, 本文认为可从以下几个方面考虑提升该地区的资源环境承载力: (1)严格遵循主体功能定位, 区分重点开发区和生态保护区, 优化区域功能布局。生态环境是我们赖以生存发展的基础, 正确处理好人与自然的关系是区域可持续发展的关键。对于承载力较好、具有较大发展潜力的城市应该重点开发, 例如太原、晋中和晋城市。建议太原率先发展现代服务业和高新技术产业, 加快产业绿色转型, 将其建设为具有影响力的区域性中心城市, 同时加快推进太原晋中同城化发展。同时, 应加大对资源环境承载力较低城市的保护力度, 尤其是重点生态功能区和环境脆弱区, 如吕梁地区, 只有保护好以汾河干流为骨架, 以吕梁、太行山脉为两翼的生态安全大格局, 才能实现山西经济社会的稳步发展。(2)加快产业转型升级, 提高资源利用率, 推动建设绿色城市群。从全国来看, 太原城市群仍处于形成阶段, 可塑性较强。省内以煤炭为主的行业必须加快转型发展, 对煤炭资源进行整合, 推进煤炭产业的延伸发展和煤炭的固废综合利用水平, 大力发展循环经济, 构建绿色价值链体系。同时, 提高水资源利用水平和城市空间利用率, 抓好节能降耗和资源综合利用。(3)加强区域合作和协调联动, 实现生态共建环境共治。环境治理是一项长期而艰巨的任务, 要坚持不懈才能收到良好效果。针对山西环境污染严重、生态脆弱的现状, 各地市应加强区域合作, 加强大气、水、土壤污染的综合系统治理。尤其是太原、阳泉、大同和运城市都属于资源环境滞后型城市, 构建优良的区域生态环境才能为经济社会发展提供资源环境支撑, 增强区域整体的可持续发展能力。

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Carrying capacity and coordinated development of ERE system in the typical resource-based areaof Shanxi Province

REN Jiao1,*, YIN ShiJie1, CAO Yuanyuan2

1. Cooperative Innovation Center for Transition of Resource-Based Economics, Shanxi University of Finance & Economics, Taiyuan 030006, China 2. Northwest Institute of Historical Environment and Socio-Economic Development, Shanxi Normal University, Xi’an 710119, China

The problem of regional coordinated development in resource-based areas deserves our attention. In order to achieve high-quality economic development, scientific research and judgment on the carrying capacity of resources and environment should be carried out first. Based on resource-based regions of Shanxi Province as a typical example, this paper made an evaluation on the spatial and temporal patterns of carrying capacity of economic-resources-environment system (hereinafter referred to as ERE system) from 2005 to 2017, to explore the variation and restrictive factors for cities. The results showed that (1) In the past ten years, the overall ERE system carrying capacity in Shanxi Province showed a rising trend, and the difference in the province gradually weakened, and there was a certain restriction relationship between the carrying capacity of environmental and economic subsystem. (2)From the perspective of spatial pattern, the provincial gap of comprehensive carrying capacity of prefecture-level cities in Shanxi Province was gradually narrowed, and the degree of regional integration was continuously strengthened: from 1 medium carrying capacity, 6 lower carrying capacity and 4 very low carrying capacity cities in 2005 to 3 higher carrying capacity cities and 8 medium carrying capacity cities in 2015. (3) Considering the development level of ERE system and coupling coordination degree, the carrying capacity of Shanxi Province could be divided into five grades: Jinzhong and Jincheng belonging to first echelon, of good coordination and high-quality development type, Taiyuan ranking second, while Yangquan and Yuncheng of mild uncoordinated recession type. (4) The shortage of water resources per capita, heavy environmental pollution, industrial structure and urban infrastructure were the main obstacles hindering the resources and environment carrying capacity of Shanxi Province.

resources and environment; carrying capacity; coordinated development; Shanxi Province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.06.019

X826; K903

A

1008-8873(2020)06-146-09

2019-10-03;

2019-12-03

国家自然科学基金青年项目(41807456); 山西财经大学青年科研基金(QN-2018010); 山西财经大学资源型经济转型协同创新中心项目(ZX2017308)

任娇(1990—)女, 山西忻州人, 博士, 副教授,主要从事区域资源环境与可持续发展研究, E-mail: renjiao_sxufe@163.com

任娇