制造业城市生态系统可持续发展评价研究

邓思欣，司徒淑娉，邝敏儿，廖文辉

（1.广东省佛山生态环境监测站，广东 佛山 528000；2.广东金融学院，广东 广州 510520）

党的十八大报告把生态文明建设纳入中国特色社会主义“五位一体”总体布局，绿水青山就是金山银山理念是生态系统生态价值与经济价值的双重体现[1]。城市是经济、能源和环境冲突最激烈的地方，城市生态系统面临环境污染、能源匮乏、生态破坏、社会矛盾加剧等问题[2]。城市生态系统是由自然子系统、经济子系统和社会子系统组成的复合生态系统，自然可持续是基础，经济可持续是动力，社会可持续是目标[3]。如何定量评价社会经济发展对生态环境的压力，客观评价城市生态系统现状，以系统思维厘清各子系统之间的关系与演变规律，是促进区域经济与生态效益协调发展，实现社会、经济、环境可持续发展的关键问题。

经济增长与资源环境压力的关系研究应遵循“检验因果关系-识别拐点/脱钩状态-评估生态效率强度-判定耦合协调阶段”，因果检验表明能源消耗与技术进步对广东地区经济发展的贡献显著，广东自2000年开始已出现明显拐点，演变为低能耗高经济增长模式[4,5]。需要进一步对区域生态效率强度（经济增长与资源环境压力的单向关系）和系统协调发展水平（多系统互动）开展综合评价。目前我国城市生态系统现状评价并未形成规范化的指引，常用的城市生态承载力评价、生态系统健康评价等方法，多是通过构建相应的指标体系，基于综合评价模型，耦合不同的协调度评价模型优化而形成[4,6-8]。不同评价方法的适用性与优劣各不相同，石惠春等[9]从可持续发展的角度，利用在不确定系统多属性评价中广泛应用的集对分析模型，对兰州市经济、环境、社会多个指标系统开展评价。该方法能够识别多系统间的交互作用，能对不确定性加以客观分析，更能表征复合系统年际间的相对发展水平，综合评价整个城市生态系统发展状态。

佛山是全国重要的制造业基地，2015年国家发展和改革委员会批复佛山为全国制造业转型升级综合改革试点。近年来，随着政府积极开展产业转型与环境治理，城市生态环境状况变化明显。研究表明，佛山市1995-2004年生态系统适宜度趋于稳定，1996-2013年生态系统健康状况总体呈上升趋势[10,11]。目前，对于“五位一体”总体布局确定以来佛山生态系统现状的报道尚不多见，本文利用徐福留等[12]设计的综合评价模型生态环境压力指数（ESI），评价佛山市区域经济发展对生态环境的压力；通过耦合集对分析方法评价生态系统可持续发展水平和质量；通过综合分析自然子系统、经济子系统和社会子系统的可持续发展水平与最优评价集的相对贴近度，评价城市生态系统发展过程中各个子系统之间的可持续发展协调程度。结果可为同类型城市的生态系统发展状态评价提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 评价指标体系

经济社会指标主要有规模与效益指标，资源环境指标主要来源于压力-状态-响应概念模型[13]。同时考虑将其用于年度评价的业务化应用，结合指标的系统性、动态性和可获取性，建立佛山市生态系统评价指标体系。2011-2019年指标数据来源于佛山市统计年鉴和环境质量公布。

系统层包括：自然子系统、经济子系统和社会子系统。要素层包括：自然子系统下的资源能源消耗和环境质量；经济子系统下的经济发展和结构和生态环境污染；社会子系统下的科学与教育、医疗卫生水平和公共建设与源头控制。

指标层包括：资源能源消耗：森林覆盖率（d1）、建成区绿化覆盖率（d2）、全社会用电量（d3）、主要工业能源消耗量（d4）、人口密度（d5）；环境质量：昼间平均等效声级（d6）、二氧化氮（NO2）年均浓度（d7）、二氧化硫（SO2）年均浓度（d8）、可吸入颗粒物（PM10）年均浓度（d9）、空气质量优良天数比例（d10）、酸雨发生频率（d11）、细颗粒物（PM2.5）年均浓度（d12）、臭氧日最大8 小时滑动平均浓度的第90 百分位数（d13）；经济发展和结构：人均生产总值（d14）、地区生产总值增长率（d15）、出口总额占GDP 比例（d16）、第三产业占GDP 比例（d17）、全社会固定资产投资占GDP 比例（d18）；生态环境污染：废水排放总量（d19）、工业废水排放量（d20）、废水化学需氧量排放量（d21）、废水氨氮排放量（d22）、工业废气排放量（d23）、工业烟（粉）尘排放量（d24）、工业二氧化硫排放量（d25）、工业氮氧化物排放量（d26）、放射源数量（d27）、重点企业工业固体废弃物产生量（d28）、民用车辆拥有量（d29）；科学与教育：发明专利申请授权量（d30）、城镇登记失业人数（d31）、普通高等学校在校学生数（d32）；医疗卫生水平：医疗卫生机构床位数（d33）、卫生技术人员数（d34）、卫生和社会工作投资额占全年固定资产投资比例（d35）；公共建设与源头控制：年末实有公共汽（电）车营运车辆数（d36）、水利、环境和公共设施管理业投资额占全年固定资产投资比例（d37）、废气处理能力（d38）、工业废水日处理能力（d39）、生活垃圾无害化处理率（d40）、工业固体废物综合利用率（d41）、工业能源中洁净燃气消耗量（d42）、城镇污水处理率（d43）。

1.2 评价模型

1.2.1 生态环境压力指数评价模型

生态环境压力指数（E）由两个分指数构成，即资源能源消耗分指数（R）和生态环境污染分指数（Q）。其计算公式如下：

式中，Ri为第i 个资源能源消耗指标的指数值；Qi为第i个生态环境污染指标的指数值；W 为分指数的权重，取值0.5；r 为资源能源消耗指标的实际值；q 为生态环境污染指标的实际值；w为指标的权重；n为评价集对应的指标个数；k为年份。

1.2.2 基于集对分析法的生态系统可持续发展水平评价模型

集对分析是关于确定及不确定系统的同、异、反定量分析的系统分析方法。利用集对分析方法开展城市可持续发展水平相对状况评价，其计算公式如下：

对于效益型指标：

对于成本型指标：

式中，T 为城市可持续发展水平与最优评价集的相对贴近度；P为平均同一隶属度；Z为平均对立隶属度；p为同一隶属度，表示城市生态系统评价指标实际值与最优值的接近程度；z 为对立隶属度，表示城市生态系统评价指标实际值与最劣值的接近程度；d 为城市生态系统评价指标的实际值；w 为城市生态系统评价指标的权重；n为城市生态系统评价指标个数；k为年份（k=1,2,…,K）。

1.2.3 城市生态系统可持续发展协调度评价模型

计算公式如下：

式中，Y为可持续发展协调度；S为样本空间{T1,T2,T3}的标准差；T1，T2，T3为自然子系统、经济子系统、社会子系统的可持续发展水平与最优评价集的相对贴近度。可持续发展水平和可持续发展协调度在[0,1]内可划分为6类[9]，见表1。

表1 可持续发展程度分类等级

1.2.4 指标权重的确定

城市生态系统评价的计算中确定指标权重的方法有客观赋权法和主观赋权法，本文采用客观赋权熵权法。

采用极值标准化法将数据归一化处理：

第i个指标的权重计算方法如下：

式中，k、d、n 的含义与集对分析模型中各式意义相同。

2 结果与讨论

2.1 生态环境压力

根据生态环境压力指数分级标准，即0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 分别对应压力很小、小、中等、大、很大5种状态，评价佛山市区域经济发展对生态环境压力[12]。如图1所示，2011-2019年佛山经济社会发展对生态环境的压力整体处于大压力状态，呈波动下降趋势。其中，2011-2014年压力变化较为平稳，为很大压力状态；以2015年为节点，压力明显下降，2015-2016年下降幅度最大；2017-2019年压力变化较为平稳，生态环境压力指数为64～66，为偏中等的大压力状态。2011-2019年，自然子系统权重较大的全社会用电量指标呈上升的趋势，社会消耗的资源能源逐年增加，经济发展对生态环境造成的压力增加；经济子系统权重较大的工业SO2排放量指标呈持续下降趋势，在2015-2017年呈断崖式下降，2017年d30 数量是2014年的4.4 倍，经济发展使污染治理技术不断提升，抵消了由于发展所需消耗能源对环境造成的压力，特别自2015年以来，佛山积极推动污染防治攻坚战，生态环境压力下降明显。

图1 2011-2019年佛山市生态环境压力指数、全社会用电量和工业SO2排放量变化趋势

2011-2019年资源能源消耗分指数和生态环境污染分指数的相互关系如图2所示，2011-2014年资源能源消耗分指数为75～84，整体较为平稳，呈持续小幅上升趋势；2011-2014年生态环境污染分指数处于80～100 区间，且呈逐渐下降趋势，生态环境污染分指数较大，为偏向生态环境污染型压力，尾部有向资源能源消耗型压力过度趋势；2015-2016年，生态环境污染分指数由60～80区间降至40～60区间，下降显著，佛山市已由生态环境污染型压力转变为资源能源消耗型压力；2017-2019年，资源能源消耗分指数增大至90 以上，生态环境污染分指数下降至20～40 区间，佛山市资源能源消耗型压力特征显著。

图2 2011-2019年资源能源消耗分指数和生态环境污染分指数的相互关系

2.2 可持续发展水平与系统协调程度

计算2011-2019年佛山市生态系统可持续发展水平与最优评价集的相对贴近度，得出基于可持续发展水平的城市生态系统相对情况，如图3所示。佛山市生态系统可持续发展水平呈逐年上升的趋势，其中2011-2014年平缓上升，生态系统处于弱可持续发展水平；2015-2017年加速上升，生态系统整体处于基本可持续发展水平，2017年已达到良好可持续发展水平；2018-2019年上升速度放缓，可持续发展水平为0.69～0.71，生态系统处于良好可持续发展水平。从具体指标看，2015-2019年，佛山市地区生产总值持续增长，2019年迈进国内经济总量超万亿城市行列，制造业转型升级和供给侧结构性改革初见成效，全社会固定资产投资、公共管理事业投入、高等教育投入等不断增加，d17和d18在9年间分别上升了7和11个百分点；城市绿化覆盖率持续提升，深入推进国家和省各项总量减排措施，d19～d21、d25～d27等生态环境污染指标在2015-2017年间下降明显，环境质量改善获得阶段性的成绩，PM2.5浓度在2018-2019年连续2年达到国家二级标准。

系统发展的水平除质量状态外还包括发展过程各个子系统的和谐程度。如图3所示，2011-2019年佛山市城市生态系统可持续发展协调度整体呈持续上升的趋势。其中2011年3 个子系统处于一般协调状态，2012-2013年处于一般协调向良好协调的过度阶段；2014-2016年协调程度上升明显，3 个系统可持续发展整体处于良好协调；2017-2019年协调程度变化平稳，2018-2019年略有下降，整体处于良好协调状态，其中2017年协调程度最高，接近优质协调水平。从具体指标看，2017年佛山经济保持稳中向好，地区生产总值增长率为8.3%，保持在2014-2016年水平；水利、环境和公共设施管理业投资额占全年固定资产投资比例为10.1%，为研究期间最大；工业废水、废气排放量在研究期内处于较低水平，完成国家“大气十条”考核目标，获得全国森林城市荣誉称号；普通高等学校在校学生数较2016年增长超过1 倍。2017年在经济子系统保持平稳向好的情况下，自然和社会子系统明显向好，而2018-2019年地区生产总值增长率下降至6.3%～6.9%，因此2017年各系统协调程度最高。

图3 2011-2019年佛山市生态系统可持续发展程度与协调度相对变化趋势

如表2所示，从各子系统可持续发展水平的相对情况来看，自然子系统（T1）与社会子系统（T3）于2015年最先达到基本可持续发展水平，经济子系统（T2）可持续发展进步相对较慢，2016年3 个子系统均达到基本可持续水平，2017-2019年均达到良好可持续水平。

表2 佛山市城市生态系统子系统可持续发展水平相对情况

3 结论

（1）2011-2019年佛山经济社会发展对生态环境的压力整体处于大压力状态，呈波动下降趋势。经济发展使科学技术不断进步，抵消了由于发展消耗能源对生态环境造成的压力。城市生态系统资源能源消耗型压力特征显著。

（2）佛山市生态系统处于良好可持续发展水平，可持续发展水平逐年上升，2015-2019年生态系统可持续发展程度改善较大。自然子系统、经济子系统和社会子系统协调程度良好。

（3）联用生态环境压力指数法与基于集对分析法的生态系统可持续发展水平评价模型，能较好地评价城市生态系统可持续发展水平的相对情况，方法简便，指标全面、易获取，为环境监测部门每年开展生态环境系统状况监控提供有益借鉴。