王振波,梁龍武,方創(chuàng)琳,*,莊汝龍

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 華東師范大學(xué)中國現(xiàn)代城市研究中心,上海 200333

快速的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程是20世紀(jì)以來中國社會(huì)發(fā)展的最顯著特征,但是在這個(gè)過程中所伴隨的粗放式發(fā)展模式進(jìn)一步惡化了中國原本脆弱的生態(tài)環(huán)境[1],也對(duì)我國經(jīng)濟(jì)全球化競爭、區(qū)域生態(tài)格局、可持續(xù)發(fā)展以及國家安全產(chǎn)生較大影響[2-4]。隨著生態(tài)環(huán)境問題越來越受到政府的廣泛關(guān)注,20世紀(jì)80年代初期“生態(tài)安全”逐步成為國際生態(tài)環(huán)境研究領(lǐng)域的熱點(diǎn),以及人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的新主題[5]；90年代后期,生態(tài)安全主題開始受到國內(nèi)學(xué)者的高度重視,有關(guān)研究成果迅速涌現(xiàn)[6]。生態(tài)安全反映出人類在生活、生產(chǎn)以及健康等方面受到生態(tài)破損和環(huán)境污染影響的保障程度,而生態(tài)安全評(píng)價(jià)是對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)下生態(tài)系統(tǒng)完整性和可持續(xù)能力的識(shí)別和研判[7]。

作為學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問題之一,生態(tài)安全已經(jīng)取得了豐富的研究成果[8-13],研究內(nèi)容涉及土地[14]、濕地[15]、綠心區(qū)[16]、生態(tài)屏障[17]以及生態(tài)承載力[18]等；研究方法主要有遙感與GIS高新技術(shù)[19]、熵值與模糊數(shù)學(xué)組合方法[20]、生態(tài)足跡[21]、微粒群-馬爾科夫復(fù)合模型[22]等；研究區(qū)域主要以大區(qū)域和城市為主,城市群生態(tài)安全的研究較少。陳利頂?shù)萚23]構(gòu)建了京津冀城市群的生態(tài)安全格局；王祥榮等[24]探討了長三角城市群的生態(tài)安全調(diào)控機(jī)理,并構(gòu)建出決策支持體系；黃國和等[25]研發(fā)了珠三角城市群的生態(tài)安全保障技術(shù)；楊天榮等[26]總結(jié)了關(guān)中城市群的生態(tài)空間優(yōu)化布局模式。整體來看,當(dāng)前城市群生態(tài)安全理論研究較多,定量研究相對(duì)較少。生態(tài)安全是新型城鎮(zhèn)化的核心目標(biāo)。城市群作為推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài),其生態(tài)安全的科學(xué)診斷具有重大意義,而指標(biāo)體系是保障評(píng)估結(jié)果科學(xué)性的根本依據(jù)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,有關(guān)生態(tài)安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要有驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴露-響應(yīng)[27]、驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)[28]、狀態(tài)-壓力-響應(yīng)(Pressure-State-Response,PSR)[29]等。PSR指標(biāo)體系由聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development,OECD)和環(huán)境規(guī)劃署(United Nations Environment Programme,UNEP)提出,用于描述區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中人類活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境相互作用過程的3個(gè)基本問題：“原因”、“現(xiàn)狀”及政府等行為,優(yōu)勢(shì)在于可以有效診斷生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性和剖析系統(tǒng)內(nèi)部的因果關(guān)系,還可以實(shí)現(xiàn)京津冀城市群生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果與國內(nèi)外其他區(qū)域的有效對(duì)比。

京津冀城市群是中國5個(gè)特大城市群之一[30],已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中最具活力和潛力的前沿陣地[31]。改革開放以來,京津冀城市群社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,GDP從1978年的374.55億元提升至2015年的64034.99億元,但是高耗能、高污染、高排放、低收益的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式仍然未得到根本改變,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源的高需求和高投入促使區(qū)域生態(tài)破壞和環(huán)境污染等問題更加凸出。該區(qū)域的霧霾污染已經(jīng)成為人民日常生活中的一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題[32],區(qū)域“污染同受”等不良現(xiàn)象頻繁發(fā)生,各類環(huán)境問題已經(jīng)成為制約京津冀城市群健康發(fā)展的重要因素[33]。在黨和國家提出將生態(tài)文明理念全面融入城市發(fā)展的背景下,定量評(píng)價(jià)京津冀城市群生態(tài)安全問題,是面向國家戰(zhàn)略需求,對(duì)推動(dòng)區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的高效與可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

基于此,本文以空間尺度為基礎(chǔ)構(gòu)建“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)”城市群生態(tài)安全協(xié)同會(huì)診指標(biāo)體系,采用層次分析和熵值法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行主客觀賦權(quán),運(yùn)用TOPSIS和灰色關(guān)聯(lián)組合方法測(cè)度生態(tài)安全綜合指數(shù)(Comprehensive Index of Ecological Security,CIES),結(jié)合ArcGIS空間分析模型對(duì)京津冀城市群生態(tài)安全綜合指數(shù)的時(shí)空格局與變化規(guī)律進(jìn)行空間可視化分析,基于因子分析方法提取主要因素,并通過多元線性回歸方法計(jì)算上述因素對(duì)生態(tài)安全的影響程度,最后基于研究結(jié)論提出有關(guān)政策建議。以期為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)空間布局和安全管理提供科學(xué)參考。

圖1 京津冀城市群范圍 Fig.1 Spatial schematic diagram of Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來源及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1.1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

京津冀城市群(Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration, BTHUA) 是中國的“首都經(jīng)濟(jì)圈”,五大國家級(jí)城市群之一,包括北京、天津和河北省石家莊、保定、滄州、承德、邯鄲、衡水、廊坊、秦皇島、唐山、邢臺(tái)、張家口等13個(gè)地級(jí)以上城市,總面積21.72萬km2,占全國總面積的2.26%(圖1)。京津冀是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長極之一,但是快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程也給該區(qū)域帶來了嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題。為此,本文選擇京津冀城市群13個(gè)地級(jí)市以上行政單元為研究對(duì)象,研究時(shí)段為2000—2015年。

研究數(shù)據(jù)來源于2001—2016年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《北京市水資源公報(bào)》、《天津市水資源公報(bào)》、《河北省水資源公報(bào)》、《中國科技統(tǒng)計(jì)年鑒》及地方統(tǒng)計(jì)年鑒、中國環(huán)境監(jiān)測(cè)官方網(wǎng)站及地區(qū)官方網(wǎng)站。碳排放量數(shù)據(jù)參考《各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤及碳排放參考系數(shù)》求解得到。人均研發(fā)投入和專利授權(quán)量兩個(gè)指標(biāo)的部分年份缺失數(shù)據(jù),采用綜合增長率估算法,以多年歷史平均增長率或分段平均增長率為基礎(chǔ),補(bǔ)充缺失數(shù)據(jù)。

1.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)涉及自然、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)方面,學(xué)術(shù)界迄今還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。本文依據(jù)京津冀特大城市群實(shí)際情況、數(shù)據(jù)可得性和類似研究中使用頻度較高的指標(biāo)初步建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并采用共線性檢驗(yàn)及條件指數(shù)和方差膨脹因子檢驗(yàn),對(duì)初選評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選,最終構(gòu)建“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)”城市群生態(tài)安全協(xié)同會(huì)診指標(biāo)體系(表1)。

在上述評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中,“壓力”表示人類活動(dòng)給生態(tài)安全帶來的負(fù)荷,包含人口承載、人口增長、城鎮(zhèn)擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、社會(huì)發(fā)展、水資源保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度、能源消費(fèi)等“九大”生態(tài)安全壓力；“狀態(tài)”表示研究區(qū)域狹義的生態(tài)安全狀態(tài),包含能源消費(fèi)、水資源、碳排放、生態(tài)破壞、城鎮(zhèn)綠化、濕地水域、工業(yè)環(huán)境、大氣環(huán)境等“八大”生態(tài)安全狀態(tài)；“響應(yīng)”表示人類面臨生態(tài)安全問題時(shí)所采取的對(duì)策[34],包含產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生活、工業(yè)、社會(huì)、水資源、科技等“七大”生態(tài)安全響應(yīng),即形成“9+8+7”的“三層、三維”評(píng)價(jià)體系。生態(tài)安全壓力加重生態(tài)危機(jī)(狀態(tài))、生態(tài)安全狀態(tài)集聚生態(tài)安全壓力；生態(tài)安全壓力促進(jìn)生態(tài)安全響應(yīng),生態(tài)安全響應(yīng)削弱生態(tài)安全壓力；生態(tài)安全狀態(tài)引發(fā)生態(tài)安全響應(yīng),生態(tài)安全響應(yīng)消減生態(tài)安全危機(jī)(狀態(tài)),三大因素層通過指標(biāo)之間的相互影響,形成整個(gè)生態(tài)安全系統(tǒng)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的動(dòng)態(tài)影響機(jī)制(圖2)。

表1 京津冀城市群生態(tài)安全協(xié)同會(huì)診指標(biāo)體系

圖2 京津冀城市群生態(tài)安全評(píng)價(jià)PSR模型框架Fig.2 Framework of PSR ecological security evaluation model in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration

1.2 研究方法

在綜合評(píng)價(jià)分析中,評(píng)價(jià)指標(biāo)的目的和含義的差異導(dǎo)致各指標(biāo)具有不同的量綱和數(shù)量級(jí)。通常采用標(biāo)準(zhǔn)化處理方法消除不同量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響,以此降低隨機(jī)因素的干擾。

1.2.1 層次分析法和熵值法計(jì)算權(quán)重

常用的指標(biāo)賦權(quán)方法通常可以歸納為三類：第一類是主觀賦權(quán)法,即根據(jù)專家的專業(yè)知識(shí)和人生經(jīng)驗(yàn)主觀研判指標(biāo)權(quán)重,決策結(jié)果存在一定的主觀隨意性,如層次分析法(AHP),專家調(diào)查法(Delphi)等；第二類是客觀賦權(quán)法,即依據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和數(shù)理特性計(jì)算權(quán)重,具有較強(qiáng)的客觀性與數(shù)理依據(jù),但是缺乏對(duì)指標(biāo)本身的概念分析,如變異系數(shù)、熵值法等；第三類是組合主觀和客觀兩類方法綜合計(jì)算指標(biāo)權(quán)重,該類方法主客觀結(jié)合,結(jié)果更為科學(xué)。本文綜合AHP法和熵值法進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合賦權(quán),具體步驟如下：

(1)AHP法計(jì)算主觀權(quán)重

采用1—9標(biāo)度方法,依據(jù)中國科學(xué)院、北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京師范大學(xué)等科研單位35位本領(lǐng)域內(nèi)專家的主觀賦權(quán)意見來構(gòu)造判斷矩陣,獲得第s個(gè)系統(tǒng)層相對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重as(s=1,2,…,5),第s個(gè)系統(tǒng)層下第k個(gè)指標(biāo)對(duì)第s個(gè)系統(tǒng)層的權(quán)重bk(k=1,2,...,m),則第s個(gè)系統(tǒng)層下第k個(gè)指標(biāo)相對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為：

ck=as×bk

(1)

式中,指標(biāo)權(quán)重向量為c=c1,c2,...,cn。

獲得判斷矩陣后,需要對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過,則權(quán)重分配合理；否則,需要重新構(gòu)造判斷矩陣計(jì)算權(quán)重,所得主觀權(quán)重詳見表1。同理,計(jì)算因素層權(quán)重,壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個(gè)因素層的權(quán)重比值為3∶4∶3。由于AHP方法在文獻(xiàn)中應(yīng)用較多,具體計(jì)算過程不再贅述。

(2)熵值法計(jì)算客觀權(quán)重

熵值法(Entropy Method)是一種基于數(shù)據(jù)內(nèi)部的離散程度客觀計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的客觀賦權(quán)方法。通常,信息熵值越大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越均衡,差異系數(shù)越小,指標(biāo)的權(quán)重就越?。环粗畡t指標(biāo)的權(quán)重越大。計(jì)算步驟如下[35]：

第一步：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

第二步：確定比重

(2)

第三步：求解熵值

(3)

第四步：求解變異系數(shù)

γj=1-ej

(4)

第五步：求解權(quán)重,權(quán)重向量v=v1,v2,...,vn

(5)

(3)組合權(quán)重的確定

考慮到主客觀賦權(quán)具有同等效益,本文采用算術(shù)平均值方法[36],綜合主客觀權(quán)重,得到組合權(quán)重向量w=w1,w2,...,wn。組合權(quán)重表達(dá)為公式(6),權(quán)重結(jié)果見表1。

wj=cj+vj/2

(6)

1.2.2 TOPSIS與灰色關(guān)聯(lián)方法解析

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)由Hwang和Yoon于1981年首次提出[37],是一種逼近于理想解的多目標(biāo)決策分析方法。TOPSIS方法對(duì)研究數(shù)據(jù)的要求較低,較于理解,而且計(jì)算簡便,已經(jīng)在諸多研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。該方法是通過比較系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)和理想狀態(tài)之間的歐氏距離來研判系統(tǒng)的發(fā)展水平,但是其只能反映數(shù)據(jù)曲線之間的位置關(guān)系,而無法體現(xiàn)數(shù)據(jù)序列的動(dòng)態(tài)變化情況。

灰色關(guān)聯(lián)分析方法(Grey Relation Analysis)在被鄧聚龍教授提出后就獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[38]。其基本思想是依據(jù)綜合評(píng)價(jià)序列組成的曲線族和參照序列組成的曲線對(duì)之間的幾何相似度來確定數(shù)據(jù)序列的關(guān)聯(lián)度[39-40],幾何形狀越相近,數(shù)據(jù)序列的關(guān)聯(lián)度就越大,反之越小。該方法可以用于計(jì)算系統(tǒng)要素間緊密程度,從而很好地體現(xiàn)系統(tǒng)的變化態(tài)勢(shì)[41]。

鑒于此,本文綜合TOPSIS思想與灰色關(guān)聯(lián)理論,構(gòu)建主體功能區(qū)生態(tài)安全協(xié)同會(huì)診模型,通過歐氏距離與灰色關(guān)聯(lián)度來反映不同主體功能區(qū)生態(tài)狀態(tài)與該類區(qū)域理想狀態(tài)的相近程度。

(1)求解加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

(2)確定不同主體功能區(qū)的正負(fù)理想解

式中,正理想解為同一主體功能區(qū)各指標(biāo)的理想最優(yōu)值的集合,負(fù)理想解為同一主體功能區(qū)各指標(biāo)的最劣值的集合。

(3)求解灰色關(guān)聯(lián)相對(duì)貼近度

(7)

則各評(píng)價(jià)單元與正理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與正理想解的灰色關(guān)聯(lián)度為：

(8)

同理,第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與負(fù)理想解的灰色關(guān)聯(lián)度為：

(9)

灰色關(guān)聯(lián)相對(duì)貼近度：

(10)

貼近度的數(shù)值越大,說明該功能區(qū)當(dāng)期生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,系統(tǒng)狀況越好；反之,貼近度數(shù)值越小,說明該功能區(qū)當(dāng)期生態(tài)發(fā)展拮抗,系統(tǒng)狀況越劣。

作為生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)的等級(jí)研判尺度,城市群生態(tài)安全評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)有研究框架內(nèi)還尚未統(tǒng)一,本文在參考相關(guān)研究成果[43-44],將京津冀城市群生態(tài)安全的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分為7個(gè)等級(jí)(表2)。

表2 京津冀城市群生態(tài)安全綜合指數(shù)(Comprehensive Index of Eco-security, CIES)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

灰色關(guān)聯(lián)相對(duì)貼進(jìn)度C表征京津冀城市群生態(tài)安全綜合指數(shù)值

2 結(jié)果分析

2.1 京津冀城市群生態(tài)安全時(shí)空演變特征分析

圖3 2000—2015年京津冀城市群生態(tài)安全綜合指數(shù)均值變化趨勢(shì)Fig.3 The trend of eco-security comprehensive index average in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration from 2000 to 2015

根據(jù)上述相關(guān)數(shù)據(jù)和公式(7)—(10),計(jì)算得到2000—2015年京津冀城市群13個(gè)地級(jí)以上城市的生態(tài)安全綜合指數(shù),值越大,表示生態(tài)安全越高,反之越低。京津冀城市群生態(tài)安全演變特征如下：

(1)2000—2015年京津冀城市群生態(tài)安全呈波動(dòng)狀態(tài),波動(dòng)幅度整體較小(圖3)。2000—2003年生態(tài)安全指數(shù)呈下降趨勢(shì)。2004年國家發(fā)改委協(xié)同京津冀達(dá)成加強(qiáng)區(qū)域合作的“廊坊共識(shí)”,并組織編制《京津冀都市圈區(qū)域規(guī)劃》,推動(dòng)區(qū)域合作實(shí)現(xiàn)第一次跨越,生態(tài)安全指數(shù)出現(xiàn)第一個(gè)高值,之后呈緩慢下降趨勢(shì)。2012年,國家發(fā)改委再次組織新一輪《首都經(jīng)濟(jì)圈區(qū)域規(guī)劃》,實(shí)現(xiàn)了上一輪規(guī)劃的升級(jí)與擴(kuò)展,推動(dòng)京津冀區(qū)域合作實(shí)現(xiàn)第二次跨越,生態(tài)安全指數(shù)也隨之出現(xiàn)第二個(gè)高值,但2013年再次下降。2014年,京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略正式拉開帷幕,生態(tài)環(huán)境保護(hù)成為該戰(zhàn)略的核心內(nèi)容之一,京津冀城市群生態(tài)安全指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由此可見,城市群的總體規(guī)劃、國家與區(qū)域政策支撐對(duì)城市群生態(tài)安全指數(shù)具有顯著影響效應(yīng)。

(2)不同城市生態(tài)安全指數(shù)的演變趨勢(shì)差異顯著。2000—2015年京津冀城市群13個(gè)城市生態(tài)安全的演變趨勢(shì)同樣具有波動(dòng)性,其中8個(gè)城市呈上升趨勢(shì),5個(gè)城市呈下降趨勢(shì)(圖4)。生態(tài)安全指數(shù)上升的8個(gè)城市中,首都北京在國家的宏觀政策支撐下,呈持續(xù)上升趨勢(shì)；秦皇島、張家口和保定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較好,呈現(xiàn)先提升再降低再提升的“N”型趨勢(shì),表明2005年之后工業(yè)化進(jìn)程導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境受損,而2010年之后的生態(tài)文明和國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略實(shí)施又促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的恢復(fù)與提升；石家莊、滄州、天津和邯鄲呈“V”型趨勢(shì),其中滄州和石家莊拐點(diǎn)在2005年,而天津和邯鄲拐點(diǎn)在2010年,表明前者生態(tài)安全更早地實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型。生態(tài)安全指數(shù)下降的5個(gè)城市中,承德生態(tài)安全系數(shù)全區(qū)最高,但呈持續(xù)下降狀態(tài)；廊坊為倒“V”型趨勢(shì),拐點(diǎn)在2005年,生態(tài)安全系數(shù)仍在下降；衡水、唐山和邢臺(tái)均為“V”型趨勢(shì),拐點(diǎn)在2010年,表明3個(gè)城市生態(tài)安全在2010年之后已經(jīng)步入恢復(fù)狀態(tài)。總體來看,承德和廊坊應(yīng)該立即采取措施遏制生態(tài)安全下降的趨勢(shì),衡水、唐山和邢臺(tái)則需要加大生態(tài)恢復(fù)的扶持力度；其他城市仍需要不斷完善生態(tài)環(huán)境保障體系,以實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全狀態(tài)持續(xù)提升。

圖4 2000—2015年京津冀城市群生態(tài)安全綜合指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.4 The trend of eco-security comprehensive index in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration from 2000 to 2015

(3)京津冀城市群生態(tài)安全整體等級(jí)不高,呈現(xiàn)“北高南低,西高東低”的空間格局(圖5)。2000—2005年期間,秦皇島生態(tài)安全轉(zhuǎn)優(yōu),由敏感級(jí)升為臨界安全級(jí),但2005—2015年又降為敏感級(jí),二產(chǎn)比重增加導(dǎo)致區(qū)域碳排放量和生態(tài)病理程度的上升；同樣,唐山、衡水生態(tài)安全由敏感級(jí)轉(zhuǎn)為風(fēng)險(xiǎn)級(jí)，也受制于過大的二產(chǎn)比重。2017年,唐山二產(chǎn)比重為57.4%,以鋼鐵和裝備制造業(yè)等高耗高排重工業(yè)為主；衡水二產(chǎn)比重為46.2%,主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為食品加工、紡織毛皮、化學(xué)肥料、塑料制品、玻璃鋼、鋼材等傳統(tǒng)低端高耗高排的工業(yè)類型,均具有較大的生態(tài)脅迫效應(yīng)。2010—2015年,北京由敏感級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全級(jí),表明近年來污染企業(yè)的整頓和外遷優(yōu)化了北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),勞動(dòng)生產(chǎn)率和地均生產(chǎn)率大幅提高,2017年服務(wù)業(yè)占GDP的比重已經(jīng)高于80%,明顯地改善了首都的生態(tài)環(huán)境狀況。承德和張家口生態(tài)安全一直保持在安全級(jí)。作為首都的生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)和水源涵養(yǎng)功能區(qū),兩市一直將生態(tài)安全戰(zhàn)略置于區(qū)域發(fā)展的重要地位?？傮w來看,京津冀城市群生態(tài)安全等級(jí)不高,最高等級(jí)僅為一般安全級(jí),表明其生態(tài)安全問題已經(jīng)比較嚴(yán)峻,需要國家和地區(qū)政府多部門合作,建立協(xié)同聯(lián)防聯(lián)控的治理機(jī)制,以實(shí)現(xiàn)區(qū)域“同城化,一體化”的綠色可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

圖5 2000—2015年京津冀城市群生態(tài)安全等級(jí)空間分布格局Fig.5 The spatial distribution pattern of eco-security in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration from 2000 to 2015

2.2 京津冀城市群生態(tài)安全的影響因素分析

利用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和Bartlett球形檢驗(yàn),得到KMO檢驗(yàn)值為0.771,大于閾值0.5,Bartlett檢驗(yàn)值為0.0037,小于閾值0.01,結(jié)果顯著水平較高,反映適合對(duì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析。對(duì)24個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主要因子提取,得出6個(gè)特征根大于1的因子,且6個(gè)新因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)水平達(dá)到79.36%,即6個(gè)新因子的原始變量所丟失的信息較少,因子分析效果良好[45],可以充分表征24個(gè)變量信息。基于方差極大法對(duì)影響因素進(jìn)行降維處理,對(duì)因子載荷矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn),得到旋轉(zhuǎn)成份矩陣(表3)。

其中因子1對(duì)城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)廢棄物綜合利用率、建成區(qū)綠化覆蓋率具有較高荷載,因子2對(duì)工業(yè)總產(chǎn)值、區(qū)域開發(fā)指數(shù)具有較高荷載,因子3對(duì)GDP增長率、第三產(chǎn)業(yè)比重具有較高荷載,因子4對(duì)人均生態(tài)用地面積、碳排放總量生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)病理程度、濕地覆蓋度、PM2.5濃度具有較高荷載,因子5對(duì)生活垃圾無害化處理率、就業(yè)率具有較高荷載,因子6對(duì)人均研發(fā)投入、專利授權(quán)量具有較高荷載。基于上述結(jié)果,參考專家意見,將6個(gè)因子重新命名為城鎮(zhèn)化(Z1)、開發(fā)水平(Z2)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展(Z3)、生態(tài)病理度(Z4)、社會(huì)發(fā)展(Z5)、技術(shù)進(jìn)步(Z6)。

以京津冀城市群2000—2015年面板數(shù)據(jù)作為研究樣本,選取生態(tài)安全值(Y)為因變量,采用SPSS 20.0軟件對(duì)因子分析所提取的6個(gè)因子進(jìn)行多元線性回歸分析,F檢驗(yàn)值為30.494,P顯著性檢驗(yàn)值為0,在0.01顯著性水平下顯著,說明該方程合理度較高。計(jì)算結(jié)果如表4所示,線性函數(shù)關(guān)系式為：

Y=0.641+0.023Z1-0.582Z2-0.017Z3-0.446Z4+0.304Z5+0.045Z6

城鎮(zhèn)化、社會(huì)發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步均在0.01水平下對(duì)生態(tài)安全具有顯著正相關(guān)性,三者每提升1個(gè)單位,生態(tài)安全系數(shù)分別上升0.022、0.304和0.045(表4)。城鎮(zhèn)化是世界各國在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化過程中城鄉(xiāng)人口、空間與社會(huì)變遷的狀態(tài)響應(yīng)。中國的城鎮(zhèn)化發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)城鎮(zhèn)化階段和新型城鎮(zhèn)化階段。傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)化過程提升了城市綜合服務(wù)能力,改善了人居環(huán)境,但也造成了農(nóng)業(yè)人口市民化進(jìn)程滯后、城鎮(zhèn)用地粗放、城鎮(zhèn)規(guī)模不合理等城市病的發(fā)生。2003年黨的十六大提出的“走中國特色城鎮(zhèn)化道路”理念開啟了中國的新型城鎮(zhèn)化歷程。社會(huì)發(fā)展可以有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人口素質(zhì)提升。尤其是2007年十七大提出生態(tài)文明戰(zhàn)略,將可持續(xù)發(fā)展理念提升到綠色發(fā)展的高度,社會(huì)發(fā)展對(duì)城市群生態(tài)安全的促進(jìn)作用更加顯著。新型城鎮(zhèn)化著力提升城鎮(zhèn)化質(zhì)量,以生態(tài)文明理念為指導(dǎo)的集約、智能、綠色、低碳的城鎮(zhèn)化路徑。京津冀城市群是中國新型城鎮(zhèn)化的前沿陣地,生態(tài)安全也是其核心任務(wù)之一。2000年以來,新型城鎮(zhèn)化的理念與進(jìn)程有效促進(jìn)了京津冀城市群的生態(tài)安全[46]。技術(shù)進(jìn)步可以從源頭上降低工業(yè)及生活污染物的產(chǎn)生與排放量,削減自然資源與能源的消耗,減少地區(qū)防污治污的人力與物力投入,從而保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境。

表3 旋轉(zhuǎn)成分矩陣

表4 各提取因子的偏回歸方程系數(shù)矩陣

***表示在0.01水平下具有顯著意義

開發(fā)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)病理度均在0.01水平下對(duì)生態(tài)安全具有顯著負(fù)相關(guān)性,三者每提升1個(gè)單位,生態(tài)安全系數(shù)分別下降0.582、0.017和0.446個(gè)單位(表4)。城市群是新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài),也是城鎮(zhèn)開發(fā)活動(dòng)最為集中、最為劇烈的區(qū)域。隨著京津冀城市群開發(fā)程度的不斷提升,其建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)展,同時(shí)也消耗了大量的資源與能源,并對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成損傷。雖然近年來京津冀城市群響應(yīng)國家綠色可持續(xù)化發(fā)展的要求,積極探索地區(qū)發(fā)展新模式,但是高耗能、高污染、高排放的產(chǎn)業(yè)模式依舊突出,生態(tài)環(huán)境為此付出了沉重的代價(jià),生態(tài)破損和環(huán)境污染問題非常嚴(yán)峻。京津冀地區(qū)存在不少國家級(jí)貧困縣,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民缺乏資金、技術(shù)等,思想觀念也落后,這導(dǎo)致區(qū)域土地過墾、草原過牧現(xiàn)象比較普遍,水土流失及荒漠化現(xiàn)象日益嚴(yán)重,生態(tài)病理程度較高。

3 結(jié)論與建議

第一,京津冀城市群生態(tài)安全的最高等級(jí)僅為一般安全級(jí),生態(tài)安全已經(jīng)達(dá)到了預(yù)警狀態(tài),需要京津冀三地多部門聯(lián)合,建立協(xié)同聯(lián)防聯(lián)控的生態(tài)安全防治機(jī)制,以實(shí)現(xiàn)區(qū)域“同城化,一體化”的綠色可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

從時(shí)間演變來看,2000—2015年期間,京津冀城市群生態(tài)安全狀況在小幅波動(dòng)中呈現(xiàn)改善趨勢(shì)。整個(gè)過程中,城市群的總體規(guī)劃、國家與區(qū)域政策支撐對(duì)城市群生態(tài)安全指數(shù)的拉動(dòng)效應(yīng)具有階段性特征,表明政策的實(shí)施保障機(jī)制并不健全,難以推動(dòng)生態(tài)安全格局持續(xù)穩(wěn)定提升。由此,京津冀城市群在出臺(tái)相關(guān)規(guī)劃與政策的同時(shí),應(yīng)該建立更加完善的專項(xiàng)規(guī)劃、配套政策及其實(shí)施評(píng)估機(jī)制,尤其需要出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)支撐協(xié)同聯(lián)防聯(lián)控的生態(tài)安全防治機(jī)制,建立確保形成穩(wěn)固的生態(tài)安全格局。

在空間來看,京津冀城市群13地市生態(tài)安全指數(shù)的演變趨勢(shì)差異性顯著。北京、秦皇島、張家口、保定、石家莊、滄州、天津和邯鄲等8個(gè)城市生態(tài)安全指數(shù)呈上升趨勢(shì),得益于國家生態(tài)文明戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略實(shí)施過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的高度重視。承德、廊坊、衡水、唐山和邢臺(tái)等5個(gè)城市生態(tài)安全指數(shù)呈下降趨勢(shì),一方面大力加強(qiáng)京津冀北部張承地區(qū)的生態(tài)環(huán)境支撐和水源涵養(yǎng)的功能建設(shè)；同時(shí)積極推進(jìn)衡水、唐山和邢臺(tái)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),不斷完善生態(tài)環(huán)境保障體系,遏制并扭轉(zhuǎn)其生態(tài)安全狀態(tài)的下降趨勢(shì)。

第二,京津冀城市群生態(tài)安全影響因素分析結(jié)果顯示,城鎮(zhèn)化、社會(huì)發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步對(duì)京津冀城市群生態(tài)安全具有顯著的正相關(guān)性,其中生活垃圾無害化處理率、就業(yè)率因子為表征的社會(huì)發(fā)展水平對(duì)生態(tài)安全促進(jìn)作用最大。由此,京津冀城市群應(yīng)該在深化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)改革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)建設(shè)城市群生態(tài)環(huán)境治理力度,構(gòu)建一體化、公平化社會(huì)服務(wù)體系,保障基層勞動(dòng)者的基本生活條件,提升全民素質(zhì)與環(huán)保意識(shí),完善就業(yè)、養(yǎng)老、醫(yī)療、保險(xiǎn)等社會(huì)制度,以保障城市群生態(tài)安全格局。同時(shí),城市群各級(jí)政府應(yīng)該持續(xù)增加生態(tài)技術(shù)研發(fā)投入,扶持科研院所及相關(guān)企業(yè)開展生態(tài)技術(shù)等方面的研發(fā)活動(dòng),全面提升生態(tài)技術(shù)水平。另外,建立健全城市群部門間協(xié)調(diào)機(jī)制,加快城市群生態(tài)空間的一體化、系統(tǒng)化保護(hù)與修復(fù),在保持生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)供給的條件下,基于生態(tài)資源優(yōu)勢(shì)促進(jìn)生態(tài)工業(yè)、旅游業(yè)及農(nóng)業(yè)的發(fā)展,在獲得“金山銀山”的同時(shí)保持“綠水青山”,降低區(qū)域生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)。

第三,開發(fā)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)病理度對(duì)京津冀城市群生態(tài)安全具有顯著的負(fù)相關(guān)性,以工業(yè)總產(chǎn)值、區(qū)域開發(fā)指數(shù)為表征的開發(fā)水平和病理程度對(duì)生態(tài)安全阻礙作用更大。所以,應(yīng)深入調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),扭轉(zhuǎn)京津冀城市群生態(tài)脅迫的源頭。河北省在承接京津產(chǎn)業(yè)疏解轉(zhuǎn)移的同時(shí),要嚴(yán)格限制在生態(tài)脆弱地區(qū)建設(shè)高耗能和高污染的行業(yè)項(xiàng)目,制定并適時(shí)調(diào)整京津冀限制、禁止、淘汰類項(xiàng)目目錄,淘汰落后產(chǎn)能和壓縮過剩產(chǎn)能。提高環(huán)保、能耗、安全、質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn),倒閉區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí),包括從嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn),發(fā)展清潔能源,防治機(jī)動(dòng)車污染等多項(xiàng)措施并舉。同時(shí),劃定并嚴(yán)守城市群生態(tài)保護(hù)紅線,控制空間開發(fā)強(qiáng)度與速度,遏制生態(tài)惡化,保障生態(tài)安全。2017年2月,中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見》。目前,京津冀生態(tài)保護(hù)紅線的劃定工作已經(jīng)完成,應(yīng)加快出臺(tái)嚴(yán)守紅線的具體保障措施。更重要的是,京津冀城市群生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)部空間尚存在的城鎮(zhèn)化用地效率低、開發(fā)速度過快、功能結(jié)構(gòu)不合理等問題,均會(huì)導(dǎo)致城市群生態(tài)環(huán)境惡化。所以,有效限制京津冀城市群城鄉(xiāng)空間開發(fā)速度,優(yōu)化國土空間開發(fā)格局,規(guī)范空間開發(fā)秩序,科學(xué)構(gòu)建生態(tài)安全格局,是保障生態(tài)空間安全的必由之路。