人水和谐视角下黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展水平评价

李金铠, 孟慧红, 魏伟

(1.郑州大学 管理学院 能源-环境-经济研究中心,河南 郑州 450000; 2.郑州大学 黄河流域资源环境经济协调发展研究中心,河南 郑州 450000; 3.郑州大学 黄河生态保护与区域协调发展研究院,河南 郑州 450000)

黄河是中华民族永续发展的源泉所系,是中华民族坚定文化自信的重要根基,在我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。黄河流域是一个大流域,其高质量发展更是复杂且独特的系统工程,既要保证区域经济健康发展和生态环境持续改善,还要注重地域文化的保护与传承,经济、文化、生态3个子系统之间相辅相成[1]才能共同推动其高质量发展。从某种程度上讲,高质量发展的最终目的就是要达到一种和谐状态,即系统内各因素最稳定、最平衡的状态[2],评价黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平,对于推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。

目前,对于系统和谐发展水平评价的相关研究已有较多成果。在理论方面,左其亭和马军霞[3]指出和谐的目的是形成“协调、平衡、适应”关系,和谐论是旨在研究多要素共同实现和谐行为的理论和方法。在研究方法方面,左其亭等[4]首次提出“单指标量化-多指标综合-多准则集成”评价方法,用于评价各系统之间的和谐发展水平。在研究内容方面,已有研究多侧重于经济与生态系统[5]、经济与资源系统[6]等方面。如:吴捷和丁林[7]基于和谐理论计算出了黑河流域不同水平年不同情景模式下的体系综合和谐度,为黑河流域水资源-社会经济-生态环境三者协调发展提供了决策参考;吴青松等[8]研究得出塔里木河流域各地水资源-经济社会-生态环境耦合系统的和谐程度均未达到基本和谐状态。在黄河流域生态保护和高质量发展方面,已有研究多集中于水资源开发利用[9]、高质量发展评价[10]、生态经济均衡发展[11-12]等方面。如:于磊等[13]研究了能源开采、粮食生产与水资源利用之间的和谐关系,系统描述了三者的和谐发展状况,识别出了主要影响因子;左其亭等[14]分析了人水关系作用的过程,提出利用和谐调控解决人水关系问题的基本思路和理论方法;赵荣钦[15]从解析人类发展史人地关系演变过程的角度,构建了基于人地系统优化的未来黄河流域生态保护和高质量发展的思路和框架。

从现有研究成果来看,分析经济系统与生态系统之间发展态势的研究较多,而忽视了黄河文化所蕴含的时代价值,更鲜有将文化系统融入经济社会发展和生态安全保护的综合定量评估研究。文化作为推动高质量发展的增长极,在提高文化软实力、推动经济高质量发展方面潜力十足[16]。自黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家重大战略以来,经济发展、文化传承和生态保护对于高质量发展产生的综合作用力比以往更加突出。客观评估黄河流域经济、文化、生态系统之间的和谐发展水平,对于其高质量发展具有重要意义。基于此,本文选取黄河流域56个地级市作为研究对象,引入人水和谐理论,综合评价黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平,并分析其时空差异性及障碍因素,以期为黄河流域的区域协调发展和文化传承保护提供参考。

1 研究区概况

黄河流域是我国重要的经济地带和生态屏障,拥有多个国家公园和国家重点生态功能区。同时黄河流域还是华夏文明延续千年的根基,是全国政治、经济、文化中心,在全国经济社会发展和生态文明建设格局中具有举足轻重的战略地位。但受地理条件等因素的制约,黄河流域生态系统脆弱等问题长期存在,其水土流失面积占流域总面积的58%[17],且沿黄各省份之间经济交流、协同发展意识不强。黄河流域长期以农业生产、能源开发等为主的经济社会发展方式与流域资源环境特点和流域承载能力不相适应,经济发展滞后、局部生态脆弱和文化遗产系统保护挖掘不足等问题突出[18]。为综合评价黄河流域经济-文化-生态系统的发展水平,本文以水利部黄河水利委员会给出的黄河流域范围为基础,基于数据的可获得性与准确性,选取56个地市作为研究区域,研究区范围如图1所示。

图1 研究区范围

2 研究方法及数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 和谐发展水平定量评价方法

人水和谐不仅强调人类社会与水资源之间的和谐发展关系,更能体现经济、文化、生态各系统间的和谐共生,而3个系统的和谐发展水平正反映了黄河流域的高质量发展水平。其中,经济子系统作为推动文化发展的基础,是高质量发展的外在保障;文化子系统作为高质量发展的内生动力,可促进经济发展和生态保护;生态子系统作为本底资源,是黄河流域可持续发展的根本保障。唯有三者之间和谐发展,才能共同推进黄河流域高质量发展。各子系统与高质量发展间的关系如图2所示。

图2 经济、文化、生态子系统与高质量发展的关系

为评价黄河流域经济、文化和生态子系统间的和谐发展水平,引入由左其亭提出的人水和谐理论[4],利用单指标量化-多指标综合-多准则集成评价方法,综合评价黄河流域56个地级市经济-文化-生态系统的和谐发展水平。评价方法的具体计算步骤如下:

步骤1指标体系构建。从经济、文化、生态3个子系统层中筛选出22个指标构建评价指标体系,见表1。

表1 黄河流域经济-文化-生态和谐发展水平评价指标体系

经济发展是黄河流域综合实力的体现,是黄河流域实现高质量发展的核心[5,19]。从经济规模、经济结构和经济效益3个维度选取相关指标来衡量黄河流域的经济发展水平。其中,选取GDP(国内生产总值)和全社会固定资产来体现经济规模;由于产业结构和外资利用水平对经济结构转变有重要作用,因此选取第三产业比重、实际利用外资额和旅游外汇收入来表示经济结构;经济效益方面主要选取城镇居民可支配收入和对外贸易依存度两个指标来衡量黄河流域居民生活水平和对外开放程度。

文化是黄河流域实现高质量发展的驱动力[20-21],主要从文化投入、文化特色与吸引力和文化水平3个方面评价文化发展水平。其中,推动文化建设必然要加大文化投入力度,选取教育经费占财政支出比重、人均公共图书馆馆藏数量和万人专利授权量来衡量文化投入水平;旅游相关成果可以直观反映黄河流域的文化吸引力,主要选取A级景区数量和旅游总收入占GDP的比重;文化水平主要通过大学生在校人数和居民教育文化和娱乐消费价格指数两个指标来衡量。

生态子系统的构建主要参考“压力-状态-响应”模型[22],该模型较为全面系统地反映了黄河流域人类活动和生态环境变化之间的因果关系。主要从环境压力、环境状态和环境响应3个维度选取相关指标。其中,环境压力维度主要选取二氧化碳排放量、工业废水排放量和化肥施用强度3个指标;环境状态维度主要选取人均绿地面积、产水模数和建成区绿化覆盖率3个指标;环境响应维度主要选取工业固体废物综合利用率和生活垃圾无害化处理率2个指标。

步骤2单指标量化。采用分段模糊隶属函数f(Xi,t)将各指标统一映射到[0,1]上,Xi,t为第i个指标在t时刻的数值(i=1、2、…、22),通过分段模糊隶属函数计算所得隶属度即为指标的和谐度(SHDi)。根据指标与和谐度的关系,将其分为正向指标和逆向指标。每个指标有最差值(a)、较差值(b)、及格值(c)、较优值(d)、最优值(e)5个特征值(表2)。

表2 各指标特征值

单个指标和谐度SHDi的计算公式见式(1)和式(2)。

对于正向指标:

(1)

对于逆向指标:

(2)

步骤3多指标综合。基于上述单指标和谐度及采用熵值法[23]计算出的指标权重,采用多指标加权平均综合计算的方法,综合评估经济、文化和生态子系统的和谐度,其计算公式为:

(3)

式中:DE,t、DS,t、DF,t分别为t时刻经济、文化、生态子系统的和谐度;wi为第i个指标的权重;SHDi,t为t时刻第i个指标的和谐度;n为系统中的指标编号,其中n1=7、n2=14、n3=22。

步骤4多准则集成。基于经济、文化、生态3个子系统的和谐度,采用加权平均综合计算得到t时刻经济-文化-生态系统的整体和谐度Dt,其计算公式为:

Dt=W1DE,t+W2DS,t+W3DF,t。

(4)

式中:W1、W2、W3分别为经济、文化、生态3个子系统和谐度的权重,考虑各系统的相对重要程度及协同发展的必要性,取W1=0.3、W2=0.3、W3=0.4。按整体和谐度数值大小进行评价等级划分,共分为7类[24]:完全不和谐、基本不和谐、较不和谐、接近和谐、较和谐、基本和谐、完全和谐(表3)。

表3 和谐发展水平评价标准

2.1.2 空间自相关

空间自相关分析可分为全局自相关和局部自相关,用于揭示黄河流域各空间单元要素的相关性。本文采用Moran′s I指数和LISA聚类图分别测度黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展的全局和局部相关性。其中,Moran′s I指数旨在从整体角度衡量研究区域间空间关联程度与差异性,LISA聚类图是在整体分析的基础上进一步探索每个地级市与周边区域的空间关联程度与差异程度。

全局自相关Moran′s I指数的计算公式为:

(5)

其中,

(6)

局部自相关指数Iu的计算公式为:

(7)

式中:Iu为区域u的局部Moran′s I指数,其为正值时表明研究区域u的周围有相似属性的区域,即存在空间集聚现象,其为负值时表明研究区域u与其周围区域的属性值差别较大。

2.1.3 障碍因子诊断模型

采用障碍因子诊断模型[25]识别制约黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展的主要因子。障碍因子诊断模型主要通过因子贡献度(单个指标对总目标的贡献程度)、指标偏离度(各指标与最优目标的差距)和障碍度(单项指标对系统的影响程度)3个指标进行分析和诊断。因子贡献度、指标偏离度和障碍度的计算公式分别为:

Fki=Wkwki;

(8)

Vki=1-Yki;

(9)

(10)

式中:Fki为第k个子系统中第i项指标的因子贡献度,k=1、2、3;当k=1时i的取值为1、2、…、7,当k=2时i的取值为8、9、…、14,当k=3时i的取值为15、16、…、22;Wk为第k个子系统的权重;wki为第k个子系统中第i项指标的权重;Vki为第k个子系统中第i项指标的偏离度;Yki为第k个子系统中第i项指标标准化后的数值;Mki为第k个子系统中第i项指标的障碍度,其值越大表示该项指标对于黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展障碍程度越高。

2.2 数据来源

各指标数据主要来源于各省份的统计年鉴、水资源公报、科技经费投入统计公报,各地市的统计公报和《中国城市统计年鉴》等。部分缺失数据采用插值法进行补充。

3 结果及分析

3.1 总体和谐发展水平分析

2001—2019年黄河流域经济-文化-生态系统及各子系统的和谐发展水平变化情况如图3所示。

图3 2001—2019年黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平

由图3可知:

1)黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平呈现稳定上升趋势,总体和谐度从2001年的0.344增长为2019年的0.559,由“较不和谐”向“接近不和谐”过渡,并有持续向好的趋势;但总体和谐度数值较低,距黄河流域真正实现高质量发展仍有较大差距。

2)各子系统的和谐度均呈现稳定上升趋势。其中,生态子系统的和谐度最大,文化子系统的次之,经济子系统的最小。具体来看:①对于生态子系统而言,其和谐度从“接近不和谐”到“接近和谐”,且在研究期间始终大于黄河流域经济-文化-生态系统的和谐度数值,较为贴近黄河流域高质量发展的生态环境健康准则[2]。其中,2002—2003年和2005—2006年的和谐度提升幅度较大,这期间水资源总量与建成区绿化覆盖率增加幅度较大对其有一定助力;2003—2004年与2016—2019年的和谐度出现小幅度下降,这与产水模数下降、工业废水排放总量增加及化肥施用强度增加有关。②对于文化子系统而言,和谐度变化情况以2014年为拐点,2014—2019年相比2001—2014年的增长幅度较大,这得益于此期间万人专利授权量与旅游总收入占GDP比重的大幅提升,尤其是自2011年提出文化强国战略后文化投入效果较为显著,通过科技水平提升和旅游带来的文化交流现象增多,黄河流域文化子系统得到不断完善。③对于经济子系统而言,研究期间其发展指数的提升程度是最大的,从2001年的0.186增加到2019年的0.498,由“基本不和谐”发展到“接近不和谐”,且向好的增长趋势十分明显。其间,2013—2019年增长幅度明显放缓,这是由于此时期流域的实际利用外资额与旅游外汇收入有所波动,加上其经济体量较大,经济发展更趋向于稳定。

3.2 各地市和谐发展水平分析

雷达图具有直观反映多维数据变化特征和变化趋势的优点,适用于对多维数据进行整体性、全局性评价。选取2001年、2005年、2010年、2015年和2019年作为代表年份,对各地市的和谐度依次进行排序,并以雷达图直观展示其变化过程(图4)。由图4可知:2001年,56个城市均处于“较不和谐”与“接近不和谐”状态;2005年,济南市达到“基本和谐”的状态;2010年,淄博市、太原市、郑州市、西安市等黄河中下游省会城市也相继达到了“基本和谐”的发展状态;2015年,呼和浩特市与泰安市也达到了“基本和谐”的发展状态;2019年,各地市发展指数提升幅度较小,没有城市达到和谐状态。整体而言,雷达图逐渐趋于圆形,表明各地市的和谐发展水平间的差异在逐步缩小,更加趋于均衡发展。

图4 黄河流域各地市的和谐发展水平变化情况

3.3 空间演化特征分析

1)空间集聚特征。通过对2001年、2005年、2010年、2015年和2019年黄河流域和谐发展水平进行空间自相关检验,得到全局莫兰指数分别为:0.096 9、0.192 6、0.242 7、0.297 7、0.369 6。对莫兰指数进行显著性检验发现:从时间上看,除2001年外,2005—2019年的莫兰指数逐年上升,且均通过1%或5%的显著性水平检验,表明黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平呈现良好的上升态势,且地市之间的空间集聚性逐渐增强;从空间上看,莫兰指数的高值和低值均存在明显的集聚现象,表明和谐发展水平具有强烈的正向空间关联性,邻近地市间的空间集聚效应明显。

2)空间分异特征。为进一步探究黄河流域各空间要素的相关程度,更准确地把握其空间分异特征,借助ArcGIS和Geoda软件计算得到代表年份黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平LISA聚类示意图,如图5所示。由图5可知:2001—2019年,共有23个地市出现了空间集聚现象,主要呈现出东优西劣的发展态势,具体表现为以山东省为核心的高-高集聚和以黄河流域中上游个别地市为核心的低-低集聚格局,且集聚效应越来越明显;黄河流域各地市之间存在着明显的空间溢出效应,和谐发展水平较高或较低的地市都会对周围邻近的地市产生较大影响。

图5 代表年份黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展水平的LISA聚类示意图

总体来看:①高-高集聚现象主要出现在山东省,主要是由于山东省濒临渤海,经济发展水平和生态环境治理水平均较高,且“三孔”作为文化旅游的代表,文化特色吸引力较高,文化交流较为频繁,文化保护与传承工作较为突出。②低-低集聚现象主要出现在黄河中上游的山西省临汾市、陕西省延安市、内蒙古自治区鄂尔多斯市、甘肃省东北部与宁夏回族自治区的大部分地区,主要由于这些地区经济发展较为落后,与周边地区的经济、文化交流较少,且经济发展方式较为粗放,生态环境保护力度较弱,在今后的发展过程中仍需寻找适宜的发展道路。③高-低集聚现象在兰州市、银川市、西宁市与太原市出现,主要由于这几个城市作为省会和省会周边发达城市,较周边地区的经济发达、文化旅游热度高、生态环境质量好,借助“兰西城市群”“宁夏沿黄城市群”和“山西中部城市群”得到了较好的发展资源。④低-高集聚现象主要出现在山东省的德州市、滨州市和东营市,主要由于在研究期前期这3个城市的工业废水排放总量较大,工业固体废弃物综合利用率、旅游外汇收入、实际大学生在校人数和万人专利授权量均较低,综合发展水平明显低于周边城市。但在研究期后期,在周边城市的带动下,这3个城市的发展水平逐步从低-高集聚转变为高-高集聚。

3.4 障碍因子分析

由于本研究的指标因子较多,只列出排名前5的障碍因子的障碍度,见表4。

由表4可知:①2001—2019年,影响黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展的主要指标为实际利用外资额、旅游外汇收入、人均绿地面积、A级景区数量、工业废水排放量、产水模数,且各指标的障碍度均呈现增强趋势。②在经济子系统中,经济结构准则层对子系统和谐发展的影响程度最大,具体体现在实际利用外资额、旅游外汇收入两个方面,表明经济对外开放对黄河流域经济-文化-生态和谐发展的影响程度较大,黄河流域在未来发展中应进一步调整经济结构,重视与周边地区的经济交流。③在文化子系统中,文化特色与吸引力准则层下的指标A级景区数量对子系统和谐发展的影响程度较大,旅游是文化表达的载体,A级景区数量在一定程度上可以直观反映黄河流域在文化挖掘和传承方面的成果。因此,在文化子系统发展过程中,文化特色与吸引力应作为重要的考虑因素,要结合黄河文化打造具有特色和影响力的A级景区并将其作为黄河文化表达与传承的载体。④在生态子系统中,生态环境禀赋和生态环境压力两个准则层下的指标障碍度较高,涉及人均绿地面积、产水模数和工业废水排放量。黄河流域经济发展方式中传统工业化程度较高,且水资源紧缺一直是黄河流域面临的重大问题。在未来发展中,要转变经济粗放发展方式,优化生态结构,引入创新科技手段,提高水资源利用率。

4 结论与建议

4.1 结论

1)黄河流域经济-文化-生态系统的和谐发展水平总体较低,由“较不和谐”向“接近不和谐”过渡,并有持续向好的趋势。

2)生态子系统的和谐发展指数最高,文化子系统的次之,经济子系统的最小。

3)各地市和谐发展水平差异逐步缩小,趋于均衡化发展。从时间上看,各地市经济-文化-生态系统的和谐发展水平具有强烈的正相关性,集聚现象明显;从空间上看,其主要呈现出高-高集聚和低-低集聚的现象,高-低集聚和低-高集聚现象并不明显。

4)阻碍黄河流域经济-文化-生态系统和谐发展的主要指标为实际利用外资额、旅游外汇收入、人均绿地面积、A级景区数量、工业废水排放量、产水模数,且各指标的障碍度均呈现增强趋势。

4.2 建议

结合以上结论,本文提出以下建议:

1)建立文化产业生态链,为黄河流域高质量发展提供永续动力。系统梳理黄河流域文化资源,发展特色文化旅游产业,建立黄河文化生态保护区,系统保护黄河文化遗产,实现文化生态有机融合,推动沿黄文化带建设,打造文化产业链条,提升转化空间。

2)加强生态保护工程建设,形成黄河流域高质量发展生态优势。利用智能科学技术、绿色生产技术等提高流域产业发展的资源利用率。中游地区对于黄河生态保护和高质量发展有着承上启下作用,应加强黄土高原的生态治理,优化植被结构,实现生态环境良性循环发展。

3)综合构建经济-文化-生态系统协调发展格局,推动黄河流域和谐发展。黄河流域内部实现相互带动发展,鼓励发展较快的山东省、河南省在自身发展的基础上帮扶发展速度较慢的黄河中上游省份,共享经济、文化、生态系统的发展经验和发展资源。依托相应政策倾斜,聚力推动中上游省份的经济发展、文化保护和生态修复。同时,黄河中上游省份应结合自身优势,通过汲取发展经验、广纳人才、转变经济发展方式、发展文化优势产业、加快生态修复进程等来实现黄河流域上中下游各地区经济-文化-生态系统的和谐发展。