山东省生态文明建设综合评价及时空演变研究——基于DPSIR模型

任传堂,任建兰2,韦素琼

(1.福建师范大学 地理研究所,福建 福州 350007;2.山东师范大学 地理与环境学院,山东 济南 250358)

生态文明是人类文明史上崭新的台阶,其内涵是一种新型人地和谐文明形态[1-4]。生态文明建设是新时代全方位、系统性、多途径、影响深远的文明发展方式[5]。长期以来,我国经济的粗放式发展导致环境污染和不可持续问题严重,高耗能、高污染、低效益的经济发展方式严重透支了我国的绿色经济发展潜力,为我国全面进入生态文明社会、推进美丽中国建设留下了长期隐患。省域生态文明建设作为全面进入生态文明社会的中观主体和重要力量,是推进美丽中国建设的关键环节。然而,在传统工业文明绩效考核模式下的经济角逐游戏中,省域的博弈之间难逃“囚徒困境”,导致其发展过分追求经济效益，忽视环境和社会效益。随着我国迈进新时代,生态文明被提上前所未有的高度,目前已上升为国家战略[6]，因此加强生态文明建设的相关研究,既符合社会发展需要,同时也能带动相关学科发展。

当前国内外学者对生态文明建设的研究主要表现在以下方面:①概念的界定与辨析。大量学者从哲学理念[7]、概念体系与内在逻辑[8]、人地关系[9]等多维视角对生态文明的定义和内涵进行了阐释，为生态文明相关研究奠定了基本的概念基础。②不同尺度的区域主体研究。宏观尺度主要是从全国省域探究生态文明建设的整体规律或省际差异[10-12];中观尺度注重自身发展环境的区域特色与问题所在相结合，力求针对性地解决自身生态文明建设问题，包括城市群、经济带或单个省份等[13-15];微观尺度注重突出代表性的小区域特色,包括经济区[16]、单个城市[17-20]、县域[21-23]、矿区[24，25]等。③评价方法方面,大多数研究基于不同方法按照“目标—系统—变量”的思路建立指标体系进行综合测度[26-28],部分学者基于PSR和改进模型研究生态文明系统的内部作用机制[9,12,29]。通过梳理发现当前研究还存在一系列亟待解决和反思的问题,如缺乏对生态文明建设内部系统层相互作用及前后因果关系的深入研究。本文以山东省为案例,基于具有内部因果作用关系链框架的DPSIR模型,对山东省生态文明建设进行研究,分析其时空演变和内部系统因果作用关系，以期丰富山东省生态文明建设的研究工作，为全面进入生态文明社会和加速“美丽山东”建设提供借鉴。

1 基于DPSIR模型的生态文明建设评价体系

1.1 DPSIR模型内涵

DPSIR模型是20世纪90年代由欧洲环境署(EEA)在经合组织(OECD)提出的,该模型可追溯到20世纪70年代加拿大统计局提出的SR模型[30]。随后,在经合组织和联合国(UN)等机构的推动下,先后开发出PSR、DSR和PSIR等模型[31]。上述模型经过不断完善,其合理性和实用性得到了大大增强,但逻辑上仍不够严谨。为了更准确地描述生态环境系统的复杂性和系统内各部分相互之间的因果关系,1993年欧洲环境署在经合组织提出了DPSIR模型,随后该模型逐渐被学术界接纳,广泛运用于环境管理与保护、资源保护与可持续发展等领域。DPSIR模型是一种基于因果关系链条组织信息的框架,其目的在于构建“驱动力—压力—状态—影响—响应”的逻辑因果链[32]。模型框架通过潜在、直接、再次和倒逼作用依次递进,人类系统通过响应对各系统进行反馈调节,具体表现为增强驱动力、减弱压力、优化状态和平衡影响(图1)。

图1 DPSIR模型的作用机制

1.2 基于DPSIR模型的评价体系

生态文明建设是一个涉及多方面的复杂巨系统。作为一个有机整体，生态文明建设内部存在着前后关联的因果效应和反馈机制。本文基于具有因果关系链框架的DPSIR模型,遵循科学性、系统性和可比性等原则设计指标体系(表1)。

表1 山东省生态文明建设评价指标体系

依据模型各维度分别建立生态文明建设指标系统层,各系统层内涵具体为:“生态驱动力”是引发生态环境变化的潜在因素,是推动区域环境变化的内部根本动力;“生态压力”是指在驱动力作用下对区域环境健康和可持续发展造成的障碍力,是区域环境变化的直接原因;“生态健康”是在上述压力下区域环境内各要素在质和量的综合表现;“生态影响”是环境对人类社会的反馈,主要表现为对社会经济、资源环境等方面的影响;“生态环境管理”是人类依据当前环境的状态和其造成的影响所采取的手段和措施,实质上是人类对环境变化的再反馈,目的是维护环境健康。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

生态文明建设水平测度模型:首先，采用极差法对原始数据进行标准化处理,以消除不同量纲对计算结果的影响,权重计算采用熵值法。然后，通过加权综合法构建生态文明建设的生态驱动力指数D(d)、生态压力指数P(p)、生态健康指数S(s)、生态影响指数I(i)和生态环境管理指数R(r)各系统层的水平值:

(1)

式中,αl、βj、ηk、δy、λt表示权重;dl、pj、sk、iy、rt表示5个系统层的标准化值。

生态文明建设指数(ECI)模型为:

T(ECI)=φ1D(d)+φ2P(p)+φ3S(s)+φ4S(s)+φ5R(r)

(2)

式中,T(ECI)为生态文明建设指数测度结果;φi为权重,和为1。考虑到生态文明建设是一个不可分割的整体,各系统层之间前后存在因果效应裢关系及可持续发展的要求,因此该研究φi均取1/5。

耦合度与协调度评价模型:耦合度是指多个系统之间相互作用、相互影响的强度,通过参考廖重斌等学者的研究成果[33-35],将其拓展到DPSIR模型的5个系统层相互作用的耦合度模型:

(3)

式中,C为耦合度,取值范围[0,1]。C=1系统之间的耦合度最高,表示系统达到良性共振耦合;C=0,表示系统之间处于完全无关状态。

耦合度只能表示系统间相互作用的强弱,不能反映系统间的协调情况[36]。为了测度协调性引入协调度,计算公式为:

(4)

式中,D为协调度;C为耦合度;T为生态文明建设综合指数。

2.2 数据来源

研究数据主要来源于2011—2017年《山东省统计年鉴》和对应年份的各地市统计年鉴。部分数据来源于《山东省国民经济和社会发展统计公报》和《山东省环境状况公报》,其中部分指标经过换算得出，个别缺失数据由插值法补齐。

3 结果及分析

3.1 山东省生态文明建设时空差异分析

山东省生态文明建设时序演化分析:参考学者们的研究成果[5,13,37],结合山东省生态文明建设指数(ECI)的高低,在(0,1)区间划分4个阶段,依次对应相对落后、相对均衡、均衡发展和较为发达四种生态文明状态(表2),以分析各地市生态文明建设的时序演化特征。

表2 山东省生态文明建设阶段划分

表2划分结果显示,山东省生态文明建设整体上时序演化趋势良好,2010—2016年山东省17个地市生态文明建设水平在时间序列上大体呈现上升的发展趋势,由低水平生态文明向高水平阶段发展。截至2016年，山东省绝大部分地市脱离相对落后状态,仅有莱芜市、临沂市、滨州市和菏泽市的生态文明建设处于均衡发展状态,其他地市均处于相对发达状态(表3)。同时,山东省生态文明建设的时序演化表现出局部波动不稳定特征,甚至部分年份出现倒退现象,如临沂市2010—2012年由均衡发展状态倒退为相对均衡状态。

表3 2010—2016年山东省17个地市生态文明建设ECI

注:各年份指标权重采用2010—2016年权重算数平均值。

山东省生态文明建设空间差异分析:首先，选取2016年山东省各地市生态文明建设指数和5个系统层得分进行空间差异分析；然后，采用自然断裂法将17个地市的ECI划分为5个等级(图2),分别对应为高级生态文明建设区、较高级生态文明建设区、中等生态文明建设区、较低级生态文明建设区和低级生态文明建设区。结果显示,山东省生态文明建设空间差异显著,大体上呈现集群化、梯度化、极差化的分异特征。①“集群化”表现为山东生态文明建设可划分为山东半岛、鲁中南和鲁西北3个子区域。其中,山东半岛地区ECI较高,各地市生态文明建设水平均位于中等及以上水平;鲁中南地区生态文明建设落后,处于较低级和低级生态文明建设类型区;鲁西北地区除济南外各地市生态文明建设也相对较为落后,处于中等及以下水平;济南市作为山东省会城市,城市发展基础好、文化底蕴深厚,其生态文明建设处于高级水平。②“梯度化”表现为生态文明建设水平整体上呈东高西低的梯度性差异,其中山东省的济南市凭借政治优势和先发优势等因素在梯度化中表现为异类。③“极差化”表现为地市间存在巨大差异,山东省青岛、威海和济南3地市为高级生态文明建设区,ECI得分均较高,而滨州、临沂、菏泽和莱芜4地市为低级生态文明建设区,ECI得分均较低,两者生态文明建设水平呈现出“极差化”分异特征。

图2 2016年山东省生态文明建设指数空间格局

ECI只能从整体上反映山东省各地市的生态文明建设情况,而无法反映生态文明建设系统内部的差异和问题所在,因此需要进一步分析5个系统层(图3)。从系统层之间来看,整体上生态压力系统得分最低,而生态影响系统得分最高,这表明当前生态文明建设过程中人类系统对区域环境健康造成的障碍力较大,但对人类社会发展的影响相对较小,这可能是因为人类系统科技发展和通过反馈响应积极调节的结果。从单个系统层来看,生态驱动力系统空间差异最小,均值为0.681,标准差最低为0.091,这表明全省各地市引发环境变化的内部根本动力相接近,各市环境和土地对当前人类活动的承载量差异较小。生态压力系统得分最低均值为0.467,远低于5个系统层的均值0.649。其中，聊城市较高为0.648,东营等地市低于0.30,这主要是能源消耗和污染物排放强度较高造成的,与山东省工业化中期发展阶段密切相关,其中煤电等能源消耗是区域生态压力产生的重要因素。生态健康系统表现为“极差化”分异特征,最高得分为日照市(0.912),最低得分为滨州市(0.279),两者相差3倍以上,生态健康与区域污染物排放量直接相关。其中，日照市“三废”排放强度相对较低,同时植被覆盖率较高，具有一定的净化作用，而滨州市生态健康状态欠佳。山东省生态影响系统得分最高均值为0.807,青岛、济南等超过0.90,表明目前环境变化对人类系统的影响相对较小,这与人类的经济结构优化和社会福利反馈调节等密切相关。山东省生态环境管理系统的区域性最强,青岛和威海等山东半岛地区得分较高,内陆城市除济南之外均较低,生态环境管理需投入大量人力与物力,因此与当地的社会进步和经济发展水平相关。

图3 2016年山东省17个地市的5个系统层得分

图4 山东省生态文明建设耦合度空间格局

3.2 生态文明建设协调发展空间格局演变

耦合度空间格局演变分析:运用ACRGIS10.2中的自然断裂法对耦合度划分为5个等级(图4)。整体来看,2010—2016年山东省生态文明建设耦合度值均较高,2010年和2016年均值分别为0.940和0.942,处于高度耦合水平。2010—2016年山东省生态文明建设耦合度水平变动微弱,但空间格局时序变动较大。表明山东省生态文明建设的DPSIR系统耦合共振良好,同时体现出生态文明建设系统在DPSIR模型框架下内部前后作用因果链效应显著,但内部稳定性较差。从空间差异来看,2010年山东省耦合度呈现相对均匀的分布特征,菏泽、聊城和德州西部三地市耦合度较低均值为0.824,而青岛、威海和淄博耦合性较高均超过0.97,其它地市耦合度差异较小(图4a)。2016年耦合度呈现出一定的梯度规律性,鲁西和鲁北等省内陆边缘地市的耦合度偏低,日照市的耦合度最高为0.986,其它地市的耦合度差异较小(图4b)。从耦合度来看,未来山东省生态文明建设需继续保持高耦合度优势,同时应提高内部地市间耦合度的稳定性,带动西部地市的耦合度提升。

图5 山东省生态文明建设协调度空间格局

协调度空间格局演变分析:耦合度仅显示出各系统间相互作用的强弱,而系统间协调情况需进一步分析。2010年和2016年山东省各地市生态文明建设协调度均值分别为0.602和0.632,处于中度协调水平。整体来看，2010—2016年山东省生态文明建设的协调度略有提升。在空间格局方面,济南周边和山东半岛的青岛等地市处于高度协调水平,这与山东省“双核”空间模式带动下的经济发展格局基本吻合,菏泽等山东省内陆西部边缘地市协调度偏低,这与其背离山东省“双核”空间模式向东辐射的地缘区位有关,导致其经济基础薄弱,公共基础设施和环境保护等方面发展迟缓。2010年,山东省东部沿海和济南周边地市协调度较高,而鲁西和鲁南等地市协调度偏低(图5a),整体上其空间格局与耦合度格局较为吻合。相比之下,2016年山东省生态文明建设协调度和其空间格局均变动不大(图5b)。整体上,协调度与耦合度相比,协调度时序变化表现出更为稳定的特点。从协调度来看,未来山东省生态文明建设需全面提升协调度,重点加强鲁西和鲁南地区的协调性建设,继续发挥山东省“双核”模式优势,带动鲁西和鲁南地区发展。

4 结论与建议

4.1 结论

本文主要基于DPSIR模型对2010—2016年山东省生态文明建设水平进行综合评价及时空演变分析,得出以下几条结论:①山东省生态文明建设水平由相对落后向相对发达阶段演变,2016年绝大部分地市达到相对发达阶段,但局部时序演化表现出波动不稳定特征。②2016年山东省生态文明建设水平差异显著,主要表现为“集群化、梯度化、极差化”分异特征。5个系统层在时空特征上表现各异,整体上生态压力系统得分最低,生态影响系统得分最高。③2010—2016年山东省生态文明建设处于高度耦合水平,但耦合格局时序变化较大,内部地市间耦合度稳定性有待提升;山东省协调度处于中度协调水平,协调空间格局表现出更为稳定的特征,时序变动较小。

4.2 建议

根据以上分析结果,提出以下建议:①生态文明建设分区治理。山东省生态文明建设空间差异显著,各地市生态文明建设水平高低和内部驱动机制差异较大,需要针对性地分区治理。其中,东部半岛地区经济效益较高，而社会效益和环境效益是生态文明建设的短板，因此需要更加注重社会和谐，促进环境健康保护工作的开展,搞好生态环境治理工作;鲁中南和鲁西北地区整体较为落后，需加速经济发展,弥补经济基础落后的短板，同时兼顾社会进步与环境保护，避免走“先发展后保护”的弯路。山东省西部地区缺乏经济发展的活力，各地市需要结合自身的区位特色和产业优势实现加速发展。如济南市周边地区可借助临近济南“增长极”的区位优势，提升产业的外向度。枣庄市应摆脱资源依赖型的发展惯性，大力发展旅游业，开采后的矿区发展“矿区旅游”等新型旅游业。②降低生态环境的外部压力,提升生态环境承载力。从5个系统层来看,生态压力系统是山东省生态文明建设的短板,减轻生态环境压力可从“人”和“地”两方面入手。一是合理控制城市人口数量,大力提倡低碳减排的生活方式,以降低人类日常生活物质消耗对生态环境的索取强度;二是优化“地”的生态系环境统结构,提升生态环境承载力,尤其是脆弱地区生态环境承载力。③稳定生态文明建设的耦合度,提高其协调度。当前山东省生态文明建设耦合度偏高但稳定性差,而其协调度偏低但稳定性较好。未来山东省生态文明建设需从5个系统层入手,在提高耦合度稳定性的同时继续保持高耦合度优势,带动西部地市耦合度提升;提升协调度需重点加强鲁西和鲁南地区的协调性建设,继续发挥山东省“双核”模式优势,带动鲁西和鲁南地区发展。