西安城市生态系统生命力评价

罗钦方, 陈瑛



西安城市生态系统生命力评价

罗钦方, 陈瑛*

陕西师范大学地理科学与旅游学院, 西安 710119

以西安市为案例地, 借助包含生产力、生活势、生态势和生机度的城市生命力指数框架, 运用灰色关联分析模型, 从时间序列上进行城市生态系统生命力评价, 以期从生命力视角对西安市的生态文明建设和可持续发展提供参考。评价结果显示, 基于目标层, 2007—2016年西安城市生命力与参考序列的关联度排序为:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年, 10年间, 除2009年有小的回落外, 西安城市生命力发展状况总体属上升阶段。基于准则层, 西安市生活势R值范围为0.1614—0.3368, 发展状况良好, 在城市生命力发展中起促进作用; 生产力和生态势R值范围分别为0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 发展状况次之, 虽在上升过程中存在一定波动, 但总体趋势有利于城市生命力发展; 生机度R值在0.0392—0.1127间, 在准则层中处于最低水平, 发展状况欠佳, 生机度下的单位GDP能耗和单位GDP水耗因子是西安城市生态系统生命力发展的限制性因素。

城市生态系统; 城市生命力; 关联度; 西安

0 前言

城市生态系统是人类聚居地, 是社会、经济、自然的复合体, 它是特定地域内的资源、环境、人口在各种相互依存的关系下建立起来的[1]。简单看, 城市生态系统是由城市人类这个中心和它相应的生存环境组成的, 而从内部构成、功能作用、变化规律等方面来看, 它带有生命体特征。如资源型城市, 因自身条件优势, 初期发展迅速犹如青壮年, 后期随着资源的枯竭或能源结构的转变等, 优势丧失, 发展进入衰弱期, 恰似人从年轻到年老的一生。鉴于此, 基于生命体的新视角展开城市生态系统评价, 符合城市产生、成长、壮大、衰落的发展演变规律。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本文以西安市11区2县作为研究范围, 西安市地形平坦, 河网密集, 以渭河水系为主。城市总面积为10108 km2。截至2016年末, 常住人口883.21万, 城镇人口648.54万, 城镇化水平约73.4%。西安是国家历史文化名城, 曾为13朝故都所在地, 现为西北地区位居首位的中心城市, 是西北的政治、经济和文化中心, 旅游资源丰富, 以历史文化系列为主。西安聚集80多所高校、100多个国家级和省级重点科研院所, 各种有利的自然和社会经济条件保证了较高的社会经济发展速度。

1.2 构建评价指标体系

城市是以人为中心的自然—社会—经济三者高度复合的生态系统, 城市生命力特定的涵义正源于这些特征。强大的城市生命力离不开自然、经济、社会和生态各子系统的活力, 人类要立足整体、统筹兼顾, 通过发挥能动性促使各子系统协调发展, 以保持城市强大的生命力[9], 最终服务于城市的生态文明建设和可持续发展。城市生命力指数包含4个板块, 即生产力、生活势、生态势、生机度, 分别从经济、社会、自然及生态调控系统反映城市生态系统生命力发展状态。具体指标框架如图1:

图1 指标框架图(来源: 参考文献[9])

Figure 1 Framework of index

城市生命力评价指标体系根据城市生态系统生命力内涵进行构建, 本文选取指标体系时结合苏美蓉等[9, 11]、李苏[12]相关研究成果, 在遵循指标选取科学性、综合性、可操作性等原则基础上, 结合研究区的特征及数据可获得性进行筛选, 分别确定生产力、生活势、生态势和生机度4个准则层, 12个要素层, 33个指标层, 以此构建城市生命力评价指标体系(表1)。指标数据来源于《西安统计年鉴》、陕西省水资源公报、西安市环境空气质量公报、西安市教育事业发展统计公报。针对个别年份数据缺失问题, 在EXCEL软件中采用trend函数进行线性内插、移动平均法推算得到。由于各项指标单位不统一, 首先其原始数据进行Min—Max标准化处理, 以消除量纲影响, 再通过熵权法公式(1)、(2)计算得出各指标权重。

表1 城市生命力指数评价指标体系

1.3 基于灰色关联分析评价模型的城市生命力指数计算

灰色关联分析作为灰色系统分析的一个重要方法, 基本原理与方法是从所有综合评价对象的样本中确定一个最优样本, 以此为参考数列, 通过一系列运算得出各样本序列与参考序列的关联度[20], 对被评价对象的关联度做出综合比较、排序和评价。依据关联度大小可明确灰色系统中各因素间的变化和影响程度, 找出主要矛盾[21]。城市生态系统生命力发展是动态的, 其影响因子数据的不断变化也间接影响这个生态系统生命力的发展态势。从时间序列上对城市生态系统生命力发展进行分析评价, 有助于诊断出城市生命力发展的限制性因素, 掌握其发展的整体趋势。具体步骤如下:

2)第个指标的信息熵值:

3)定义城市生命力各指标的熵权:

5)计算样本序列与参考序列的绝对差值

6)计算关联系数

7)计算城市生命力要素层关联度。城市生命力准则层和目标层关联度通过相应要素层的关联度值累加得到。

2 结果与分析

基于式(3)、(4), 计算出2007—2016年西安市城市生态系统生命力发展在各层级的关联度值R, 如城市生命力目标层及准则层(表2)、生命力(表3)、生活势(表4)、生态势(表5)、生机度(表6)。

图2较直观地描述了2007—2016年西安市城市生命力发展与参考序列关联度值R的相对状况, 结合表2进行关联度排序:2007年<2009年<2008年<2010年<2011年<2012年<2013年<2014年<2015年<2016年。关联度值R越接近1, 表明城市生态系统生命力发展状况越好; 越接近0, 表明生命力发展状况欠佳。2007—2016年西安市城市生命力发展与参考序列关联度从0.4338提升至0.8271, 在目标层上总体发展趋势可观, 其中2009年的R值为0.4351低于2008年, 出现小的回落。各年关联度的增长幅度不同, 以2016年发生0.138的增幅最为显著, 2008年和2012年都是小幅度增长。

表2 城市生命力目标层及准则层关联度值

表3 生产力要素层及指标层关联度值

表4 生活势要素层及指标层关联度值

表5 生态势要素层及指标层关联度值

表6 生机度要素层及指标层关联度值

图2 2007—2016年城市生命力发展状况

Figure 2 The development status of urban vitality from 2007 to 2016

为进一步分析4个准则层生命力发展状况及其对城市生命力指数的影响, 图3给出了其在2007—2016年中生命力发展相对状况。

图3 2007—2016年准则层生命力发展状况

Figure 3 The development status of criterion layer vitality from 2007 to 2016

在4个准则层中, 生活势R值范围为0.1614—0.3368, 生命力发展状况良好, 对西安市生命力发展起促进作用; 生产力和生态势R值范围分别为0.1010—0.2276和0.1195—0.1647, 发展次之, 虽发展趋势处于波动中上升, 但总体有利于城市生命力发展; 生机度R值在0.0392—0.1127间, 在准则层中处最低水平, 生命力发展状况欠佳, 生机度各因子对西安城市生态系统生命力发展存在限制作用。除生机度R值在2009年有细微的增长外, 生产力、生活势和生态势的R值在该年都出现小幅度下降, 导致西安市总体城市生态系统生命力指数在2009年发生小的回落。

生产力板块包含经济发展水平、经济结构、经济推动力和经济竞争力4个因子, 代表研究区经济发展潜力。生产力R值在2013年前处于波动上升阶段, 之后上升显著, 生产力发展总体处于上升状态。结合指标层, 主要由于2009年GDP增长率降低导致生产力R值出现小幅度降低, 而2014年出口总额占GDP比重指标值发生明显增长, 促使生产力R值从2013年的0.1259上升至0.1796。

生活势板块包含社会公平、科教水平、人群健康和生活质量4个因子, 反映研究区社会生活水平和人民幸福指数。生活势R值在2009年最低, 其后至2016年始终保持稳步增长, 2016年增长尤为显著。结合指标层, 生活势R值最低出现在2009年主要由于2007—2009年农村与城市人均收入差异从8263元拉大至12688元, 而申请专利授权率从2015年的41.16%迅速提升至2016年的83.02%使得生活势R值发生显著增长。

生态势板块包含资源条件及利用和环境生态质量与安全2个因子, 说明研究区环境质量和安全程度。生态势R值在2011年出现明显转折, 2007—2011年R值呈现上升趋势, 2011—2016年处于波动中下降阶段。2011年人均水资源量明显增多达到388m³, 可能和该年年降水量大幅度增加相关, 促使生态势R值达到10年中的最高值, 而其后至2016年由于人均水资源量和工业固废综合利用率指标值一直在波动中降低, 导致生态势R值出现明显下降, 但因该年生产力、生活势和生机度R值的增长而产生抵消作用, 使得西安城市生态系统生命力指数呈稳步上升趋势。

生机度板块包含管理与调控能力和系统协调度2个因子, 代表研究区生态系统的综合服务能力。生机度R值在2007—2016年间一直处于平稳上升阶段。2016年生机度R值相对其他年增长显著, 主要受环保投入占GDP比重指标值影响,R值从0.0713上升至0.1127。

根据目标层和准则层生命力与参考序列关联度R值的相对情况, 可具体制定并采取相应措施来促进城市生态系统生命力的发展, 有针对性地改善其发展环境。基于准则层, 应保持生活势良好的发展势头, 重点克服生机度各因子对城市生态系统生命力发展存在的限制作用, 增强生产力和生态势发展上升趋势的平稳性。

结合指标层(表3)具体来看, 固定资产投资占GDP比重R值使经济推动力的关联度偏低且存在波动, 对生产力发展有一定抑制作用。如2013年和2014年西安固定资产投资占GDP比重显著上升且均超过1, 投资增长过快, 易出现产能过剩、负债过重情况。对此, 西安市政府和企业应注重固定资产投资的合理增长, 调整投资结构; 结合指标层(表4), 社会公平R值波动明显, 主要表现为农村与城市人均收入差异增大, 其R逐年降低, 是限制生活势稳步发展的瓶颈因素。城乡收入差距的拉大会降低地区整体幸福指数, 容易激发社会矛盾, 导致城市生态系统生命力发展环境的不稳定。对此, 西安市应着力于实施乡村振兴战略, 坚持农村优先发展, 加快推进农业现代化, 以缩小城乡间差距; 结合指标层(表5), 资源条件及利用R值在人均水资源量、工业用水重复利用率和工业固废综合利用率3个指标影响下长期处于波动较大状态, 进而导致生态势R值始终上下波动, 增长有限; 结合指标层(表6), 在单位GDP能耗和单位GDP水耗影响下生机度R值整体偏低。以上五个指标都和资源利用效率密切相关。对此, 西安市应推进资源全面节约和循环利用, 构建清洁低碳、安全高效的能源体系, 降低能耗、物耗, 实现生产系统和生活系统循环链接。加强社会的资源能源节约和环保意识, 特别要推行国家节水行动。加强对企业创新的支持, 促进科技成果转化, 依托科学技术提高企业资源利用效率和实现清洁生产。完善企业清洁生产的各项管理规章制度, 加强法制建设, 充分发挥监督作用, 为西安城市生态系统生命力健康发展提供良好的环境基础。

3 讨论

2007—2016年西安城市生态系统生命力发展总体处于上升阶段, 但在2009年R值有小的回落并低于2008年, 主要由于GDP增长率降低、农村与城市人均收入差异拉大及工业废水排放达标率下降共同所致; 城市生活势板块发展状况良好, 生产力和生态势板块次之, 生机度板块发展欠佳。10年间, 生产力、生活势、生机度R值皆有不同程度的增长, 而生态势R值在单位GDP能耗和单位GDP水耗2个指标的限制作用下一直处于波动状态, 总体增长不明显。

本文主要依托城市自身指标评价了西安城市生态系统生命力发展状况, 但对城市生态的非自给系统, 即其所依赖的外界环境的评价较少, 考虑到城市可持续发展是离不开外界系统支持的, 因而结论有一定的局限性, 故后续研究中的评价指标体系应增设城市周边支持系统的相关因子, 充分考虑城市生态大系统的可持续性, 使评价更具科学性。

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The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem

LUO Qinfang, CHEN Ying*

School of Geography and Tourism,Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

Taking Xi'an as a case, the paper, which based on the urban vitality index framework that covered productivity power, living status, ecological ascendance and vital force, evaluated the vitality of urban ecosystem from time series by grey correlation model. The paper aims to provide references for the construction of ecological civilization and sustainable development of Xi'an from the perspective of vitality. The results showed that, based on the target layer, from 2007 to 2016, the ranking of the correlation between Xi'an urban vitality and reference sequences was:R<R<R<R<R<R<R<R<R<R, except for a small decline in 2009, and the urban vitality development of Xi'an was in an ascendant stage. Based on the criteria layer, the living statusRvalue in Xi'an ranged from 0.1614 to 0.3368; it was in good condition and played a role in the development of urban vitality; theRvalues of the productivity power and ecological ascendance ranged from 0.1010 to 0.2276 and 0.1195 to 0.1647,respectively, and the development of them were secondary. There were some fluctuations in the ascent process, but overall they were conducive to the development of urban vitality. TheRvalue of vital force was between 0.0392 and 0.1127, the lowest level in the standard level; the development status was poor.Energy consumption per unit of GDP and the water consumption per unit of GDP were the limiting factors for the development of the vitality of Xi'an urban ecosystem.

urban ecosystem; urban vitality; relevancy; Xi’an

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.025

X321

A

1008-8873(2019)02-191-08

2018-04-20;

2018-05-16

国家科技基础性工作专项“黄土高原生态系统与环境变化考察”(编号: 2014FY210100); 陕西省软科学研究计划项目“一带一路背景下陕西对中亚五国直接投资的区域和产业选择研究”(编号: 2016KRM035)

罗钦方(1995—), 女, 四川苍溪人, 硕士, 主要从事全球化与区域发展研究, E-mail: 1551067929@qq.com

陈瑛, 女, 博导, 教授, 主要从事城市与区域发展、世界经济地理研究, E-mail: chenying@snnu.edu.cn

罗钦方, 陈瑛. 西安城市生态系统生命力评价[J]. 生态科学, 2019, 38(2): 191-198.

LUO Qinfang, CHEN Ying. The vitality assessment for Xi’an urban ecosystem[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 191-198.