基于PSR模型的城市生态韧性成长力评价指标体系构建及应用

张 阳,谭良敏,田 鸣,王宏鹏

(1.河海大学商学院,江苏 南京 211100; 2.江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心,江苏 南京 211100;3.江苏省决策咨询研究基地(企业国际化发展),江苏 南京 211100)

随着我国经济社会发展不断深入,生态文明建设地位和作用日益凸显[1]。党的二十大报告也提出:“推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节。”[2]绿色发展、低碳经济依然是各地城市发展风向标,不断构建城市生态文明的新篇章。生态文明建设为提高城市生态韧性提供了理论支撑,而增强城市生态韧性则是生态文明建设的实践体现。如何维持和提高城市生态韧性,使各城市能够演化出一套针对当地资源、环境、能源等情况的多维度发展模式,已成为城市生态文明建设亟须解决的重要问题。

城市生态韧性的强化是实现生态文明建设的重要举措。城市发展的过程中难以避免地存在城市生态风险,在一些人口稠密、资源短缺的地区,生态环境遭到破坏,森林植被减少、旱涝灾害频繁、沙漠化严重、物种多样性降低等生态问题依然存在[3]。这些问题不仅影响了城市居民的正常生活条件,也限制了经济的健康发展,对城市资源和环境造成了很大的压力和影响。因此,如何提高城市应对生态风险的能力和生态恢复力,成为城市可持续发展的重要目标[4]。2015年,中央城市工作会议曾为城市发展指明新的方向,即通过提高城市管理能力将城市发展模式转变为可持续发展[5]。基于此,政府积极推动绿色城市、森林城市和海绵城市的建设,其中海绵城市的建设强调城市的复原力、低影响开发和可持续资源管理,以提高城市应对与雨洪相关灾害的能力[6]。海绵城市的概念具有前瞻性和有效性,其主要在应对雨洪灾害方面具有很好的“弹性”,可解决城市水生态环境问题。然而,城市遭受的冲击不仅包含雨水洪涝灾害,还包括环境污染、能源危机等多方面问题。因此,有必要在海绵城市这一概念的基础上对城市可持续发展的内涵进行扩充,即以增强城市生态韧性为目标,提高城市生态韧性成长力,为抵御气候变化带来的灾害、城市化等问题筑牢生态保护屏障。

目前,虽然已有研究者对城市韧性进行了研究探索,将社会、经济、人力、制度、生态、基础设施等因素作为城市韧性的重要组成部分,构建了城市韧性评价指标体系[7-8],但对城市生态韧性的关注并不充分。随着生态文明建设的地位日益提高,有必要将城市生态韧性放在更突出的位置,对其进行讨论并构建评价指标体系。此外,已有的城市生态韧性评价研究多是基于静态视角对城市以往或目前的生态韧性进行评价,无法反映城市生态韧性的发展变化情况。城市生态韧性在时间的变化下往往伴随着压力和状态的改变。这些改变影响着人类社会与生态环境间的互动关系,使得城市生态韧性不断变化。城市生态韧性成长力水平不仅可以反映城市生态的发展状况,更能为有关部门制定战略规划提供参考信息。因此,构建合适的评价体系指标对城市生态韧性成长力进行测度,对了解城市自身发展中存在的生态问题以及提高城市生态韧性极为重要。本研究剖析城市生态韧性成长力各维度的构成要素后,设计评价指标体系,对除港澳台之外的31个直辖市和省会城市的生态韧性成长力进行评价分析。

1 城市生态韧性成长力评价的PSR模型

1.1 城市生态韧性成长力概念

城市生态韧性成长力评价指标体系的构建必须建立在对其概念充分理解的基础上。自“韧性”这一概念被提出,众多学者就其内涵展开了讨论[3,9]。韧性最初被理解为受到冲击后“恢复到原始状态”的能力,其后,韧性的概念不断演进,在不同学科领域中被赋予不同含义。虽然对韧性概念的讨论还没有一致定论,但区别于脆弱性与适应性,“韧性是由弹性和恢复力共同构成”的观点得到了学界的广泛认同,为后来的城市韧性理论奠定了思想基础[10]。城镇化数量的粗放增长伴随着全球变化引发的多种灾害,城市随时面临不确定风险的冲击,城市系统变得脆弱不堪[11]。2002年,倡导地区可持续发展国际理事会(ICLEI)将建设“韧性城市”纳入议题,掀起了城市韧性的研究浪潮。基于特定的理论视角,国内外众多学者展开了对城市韧性的研究,包含了城市经济韧性研究、社会韧性研究等多方面研究内容,涵盖了经济、人口、制度、基础设施、安全等多维度的城市韧性评价指标,从不同侧重点丰富了城市韧性的基本内涵[12-13]。随着生态文明理念的深入贯彻,生态韧性发展为城市生态环境与空间形态关系研究的新切入点。生态韧性的内涵也从最初“自然系统应对自然或人为原因引起的生态系统变化时的持久性”转变为“生态系统在重新组织成新结构前能化解不确定风险的抵抗-适应-恢复能力”[14]。

Folke[15]对韧性内涵提出了3种观点,即工程韧性、生态韧性和社会-生态韧性。工程韧性被定义为受到扰动后恢复原状的速度,这一概念假定了单一稳定的状态。生态韧性则强调的是在保持关键阈值前提下对外在干扰的承受程度以及新稳态的塑造,区别于外在压力下恢复到系统原始状态的速度,体现的是“反抗和适应能力”[16-17]。社会-生态韧性理论认为,韧性并不只是返回原有状态的能力,更重要的是复杂的社会-生态系统在面对压力与张力时的变化、适应、转化的能力[14,18]。Walker等[19]提出的演化韧性强调了在这种能力下系统的自我重组和持续适应过程。本研究中的城市生态韧性成长力与传统的生态韧性不同,传统生态韧性更多强调通过系统自我调节能力达到新的稳态,而城市生态韧性成长力是一种变化的过程,包含了“人”的参与,与社会-生态韧性所提出的持续不断变化、适应和转化的动态属性更为相符,是既包含城市生态资源抵挡外部冲击的能力,又包含人为动态响应的过程。

总之,城市生态韧性成长力就是要在生态文明建设中充分考虑各类影响生态系统的不确定性风险,采取趋利避害的行动,通过加强生态环境保护以及改善生态系统管理水平增强城市生态韧性,建设能够应对各种环境冲击、有强恢复力的城市。城市生态韧性成长力既强调系统适应的不确定性、生态系统不断优化的动态能力,又强调冲击下城市外部生态系统和预防、准备、响应等内部生态治理机制的统一性和功能运行的持续性。城市生态韧性成长力概念的提出使城市更好地应对发展过程中遇到的生态风险,有利于构建城市可持续发展的新模式。

1.2 城市生态韧性成长力评价指标体系的构建依据

压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型常用于评价生态安全、生态资源可持续等[20-21]。压力指人类活动可能给环境造成的不利影响;状态指环境、自然资源与生态系统现状;响应指人类面临环境问题所采取的对策与措施[22-23]。PSR模型不仅能反映城市当前的生态状况,而且能把导致环境状态发生变化的原因以及人为响应的结果纳入分析框架,揭示系统、动因和人类活动三者间的相互作用。城市生态韧性是由城市中存在的重大风险、用于抵御风险的资源以及采取的响应措施共同决定的。根据社会-生态韧性的内涵,即受到干扰后抵制扰动的一般资源能力与响应转化能力,城市生态韧性包括了扰动前的压力、扰动中的状态以及扰动后的响应3个要素,可以看作系统不断适应生态风险与扰动的循环过程。基于此,本研究将PSR模型运用到城市生态韧性的研究中,构建城市生态韧性成长力评价指标体系的3个维度。

虽然杜娟等[24]指出PSR模型中的“压力、状态、响应”要素之间互为因果,是一个以时间为轴的开放性螺旋形循环链关系,但鲜有研究将三要素的动态变化过程纳入评价体系构建,致使对PSR模型中各要素发展变化趋势的认知不足。本研究考虑城市生态韧性在状态、压力与响应相互作用下,存在适应性提升的动态过程,这一过程体现为城市生态韧性成长力,进而构建城市生态韧性成长力评价指标体系。城市生态韧性成长力强调的是城市生态韧性的变化过程,而三螺旋理论多用于分析因素间相互作用关系,该理论的纵向进化特征恰好与城市生态韧性成长机制中外部压力,资源状态以及系统对风险的动态响应相契合。因此,在PSR模型基础上,引入三螺旋理论,进一步解释城市生态韧性成长力的内涵。三螺旋理论强调三者间的相互作用,三者在动态过程中构成系统的整体性不断提升[25]。而城市生态韧性成长力中的“压力、状态、响应”间的关系恰好符合这一特征,通过三螺旋理论探究城市生态韧性成长力,可以更好地理解“压力、状态、响应”三要素间的互动机制,如图1所示。

图1 城市生态韧性成长力PSR模型框架

1.3 城市生态韧性成长力PSR模型的机理分析

对于城市生态韧性成长力而言,压力指危及生态系统的干扰,包括人类活动给生态系统带来的直接压力和间接压力。这些压力最终都会对城市的生态系统形成冲击[26]。状态指生态系统现状及存在问题,已有的城市生态资源能够帮助城市抵挡生态破坏,存在的不利问题则需要得到相应改善[27]。响应指政府机构等对生态韧性的建设能力,包括资金的投入、制度的建设等[28]。根据三螺旋理论,城市生态韧性成长力的压力、状态、响应三要素互相作用,在动态循环的过程中促使城市生态韧性整体性不断提升。

具体而言,基于城市原本的压力形成资源状态,拥有的资源状态可以作为抵御风险的能力,在对已有生态资源充分认识的基础上,人为对现有状态做出的响应,保障城市生态系统内部要素发生形变时不受到破坏,在动态响应过程中原本的压力状态发生改变,而原本的压力状态决定了城市还能够再承受的生态风险冲击程度,进一步影响生态环境状态并再次响应,循环往复[29]。一种是产生正向循环的过程,即具有正向成长力,例如,温室气体的过度排放等会加重环境污染,对生态系统造成压力,政府部门基于不利状态采取加建污水处理厂等响应措施。污水处理厂对污水的处理降低了温室气体排放给环境带来的压力,构成了下一阶段的初始压力。另一种为负成长性,即在压力下缺少必要的能力储备和响应机制导致逆向循环,最终致使城市生态系统崩溃。在城市生态韧性的成长过程中,针对三螺旋理论的有效运作,其压力、状态和响应三要素需要同步性变化,如果其中有某一要素发展较弱,无法与其他要素的变化相匹配,那么它们之间的相互作用就会受到损坏,螺旋上升的趋势也会被打破。可见,城市的生态韧性变化并非是受到某一因素影响的线性过程,它的成长是城市生态韧性压力、状态、响应三维结构螺旋发展的结果,演进后城市形成的生态韧性新水平与前一阶段生态韧性水平的差异即为城市生态韧性成长力。

2 城市生态韧性成长力评价指标体系构建

2.1 指标选取

本研究基于PSR模型框架,构建了以城市生态韧性成长力综合指数为目标层,以“压力、状态、响应”的变化为系统层,以16个可以反映各城市生态韧性实际变化情况的具体评价指标为指标层的城市生态韧性成长力评价指标体系,如表1所示。考虑到统计年鉴以及政府工作通常以年为测算单位,城市生态韧性成长力评价指标以单位年城市生态韧性变化值进行衡量。评价指标体系构建的主要依据为国内与生态文明建设相关的文件[30-31],通过对文件的解读提炼出城市生态韧性成长力的基本指标。压力指标选取对生态环境直接产生压力和间接产生压力的有关指标,状态指标选取能体现可持续发展过程中的生态系统状态指标,响应指标选取能够表征地方政府针对压力活动做出响应措施的相关指标。城市生态韧性成长力为压力指标、状态指标和响应指标与前一阶段指标的差值。

表1 城市生态韧性成长力评价指标体系

2.1.1压力指标

压力指标用于描绘生态系统中受到的压力,包括给生态系统直接带来的压力和人类活动带来的间接压力,压力成长力反映压力变化情况[32-33]。其中间接压力主要为:我国当前正处于工业化和城镇化的中间阶段,人口密度的增大加大了对环境的生态压力;人均日生活用水量反映的水资源压力。直接压力是指直接影响生态系统的压力,是生态系统遭到破坏的重要因素,如:工业废水排放量和工业二氧化硫排放量对环境系统的干扰,其排放量远远超过生态系统自身的净化能力;可运往垃圾填埋场和中转站的生活垃圾数量,生活垃圾清运量越多,对正常生活和环境的影响就越小[34]。

2.1.2状态指标

状态指标用来描绘城市已有的生态环境和资源现状,状态成长力则是指状态变化情况。具体而言,建成区绿化覆盖率反映了植被资源应对经济社会发展的侵扰能力,体现城市绿化状态[35]。城市公园数量、公园绿地面积是分别从数量和面积维度衡量城市生态环境的重要因素,公园绿地不仅有休闲娱乐的功能,还在调节城市维湿度,提高二氧化碳转化率等方面发挥重要作用,有必要推进公园形态与城市空间有机融合,将其纳入城市生态韧性成长力重要的状态指标[36]。空气质量状态主要反映了城市空气污染状况,空气质量的好坏直接影响城市的适宜居住度,对城市发展产生重要影响[37]。水是生命源泉,是城市发展的基础资源,水资源量在一定程度上能表现出该地区的生态自然禀赋状态[38]。

2.1.3响应指标

响应指标用来描述地方政府针对生态环境的压力和现有状态的响应,用于表征城市生态韧性的建设能力,既要最大限度地保护城市的自然生态环境,使开发建设活动保持在自然环境的承载能力之内,又要弥补对自然环境的消极影响,改善自然环境的健康状况。成长力的响应指标主要从响应方式的完善,如资金、设备的投入变化,以及响应的结果如污染处理率改善等两个层面进行衡量,不仅要关注是否采取特定的措施,还要关注采取的措施是否有效[39]。具体而言,衡量指标包括市容环卫专用车辆设备总数、无害化处理厂数量、排水管道长度、污水处理投资力度,这些指标直接关乎着城市环境质量的改善效果;还包括工业固体综合利用率、生活垃圾无害化处理率,这些指标反映了对废弃物的再利用、对生活垃圾的生态环境处理能力,体现当经济和社会发展活动对环境造成压力时,地方政府通过反应性措施管理生态环境的能力。

2.2 数据来源

选取我国除港澳台之外的31个省会城市和直辖市作为分析样本,对我国2017—2020年城市生态韧性成长力进行评价。数据来源于《中国环境统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国统计年鉴》及样本城市2016—2020年政府工作报告、各级政府所公布的数据。对于部分年份的缺失数据,参照文献[40],使用插值法补充完整。

2.3 评价方法

本研究采用极差法对数据进行标准化处理[41]。利用主成分分析法和熵值法计算各指标权重,将权重的均值作为最终的指标权重,以得到较为准确的评价依据[42],权重计算结果见表1。将各指标的评价值与权重系数相乘后加总即为城市生态韧性成长力的评价值,进一步基于离散系数和距离函数得出各城市的生态韧性成长力耦合度和耦合协调度。依据评价结果,对样本城市生态韧性成长力各因子得分情况和变化趋势进行分析,提出进一步提高城市生态韧性的对策建议。

3 评价结果与分析

3.1 城市生态韧性整体评价

根据指标权重和各指标层指标标准化评价值,测算各城市的生态韧性成长力评价值,如表2所示。

表2 城市生态韧性成长力评价值 单位:%

城市生态韧性成长力是变化的,受“生态韧性压力、生态韧性状态和生态韧性响应”的综合影响。从表2结果来看,2017—2020年城市生态韧性成长力除乌鲁木齐外总体均呈现出先上升后下降再平稳的变化趋势。2020年虽然存在上升或降低的情况,但与2019年差异不大,变化水平趋于稳定。我国生态文明建设工作任务量大面广、异常繁重,生态治理的过程并非一蹴而就,虽然党的十八大以来,城市生态环境问题不断取得新进展、新突破,但资源有限、污染严重、生态系统退化和环境治理基础薄弱等问题在2017年依然存在。而2018年是全面贯彻党的十九大精神的开局之年,是中国生态环境保护发展史上具有重要意义的一年[43]。针对2017年生态环境存在的显著问题,2018年中共中央、国务院印发《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》,要求各地区、各部门采取切实措施,改善生态环境质量[44]。此外,还利用各种制度规定来指导城市环境的发展,如《关于生态环境领域进一步深化“放管服”改革,推动经济高质量发展的指导意见》,强调了经济高质量发展与高水平环境保护之间的协同作用[45]。随着生态环境领域“放管服”的推进,2019年起,城市生态韧性的建设不再由政府管理,政府从建设者的角色转变为监督者的角色,通过完善政策和制度促进企业和公众参与生态韧性成长力的建设[46]。2017年,生态问题发现阶段,城市生态韧性成长力较低,甚至为负水平;2018年,生态突出问题治理阶段,城市生态韧性成长力有较大增长;2019年,生态环境领域的“放管服”阶段,城市生态韧性成长力水平降低;2020年,生态环境治理的常态化阶段,城市生态韧性成长力趋于平稳。总之,城市生态韧性水平是不断提高的,城市生态韧性呈螺旋上升的趋势。

乌鲁木齐的生态韧性成长力呈下降趋势。由于干旱的地理环境特征,自然生态系统的生物量低、结构简单、协调性差,乌鲁木齐的生态环境容易受到破坏且不易恢复[47]。为加快改善环境质量,2017年,乌鲁木齐以中央生态环境保护督察为契机,不仅相继建立了一系列资源环境管理制度,还全面落实国务院办公厅印发的《生态文明建设目标评价考核办法》,将大气污染防治、水污染防治、土壤污染防治、生态建设保护四个方面列为重点任务和措施,取得积极进展,2017年乌鲁木齐城市生态韧性成长力水平有了很大程度的提升。然而,提高城市生态韧性需要大量的资金支持,新疆维吾尔自治区由于经济实力的不足,难以持续性的消耗大量资金对城市生态韧性投入,并且随着时间变化,法律法规执行力度存在着减弱的可能,致使2018—2020年乌鲁木齐城市生态韧性成长力逐渐降低。虽然其他城市都满足城市生态韧性成长力总体水平先上升后下降的变化趋势,但城市生态韧性成长力每年的排名情况并不相同,只有上海和广州连续4年城市生态韧性成长力排名位于前10名内,证明广州和上海的生态韧性建设一直位于全国前列。从各区域来看,本研究发现广州、福州、长沙、武汉、合肥2017—2020年的生态韧性成长力排名在不断上升,说明中部和东部地区城市生态韧性成长力水平不断提高,超越了部分西部地区城市生态韧性成长力水平,这可能是因为在生态韧性建设的过程中,东、中部地区资金设备投入充足、环保技术发达、监督机制完善,城市生态韧性成长力更加显著。

3.2 城市生态韧性成长力协调度分析

城市生态韧性的压力-状态-响应具有相互促进、相互制约的耦合互动关系,改善子系统的协调度有助于生态韧性成长力的良性持续发展和增加生态韧性管理能力的产出水平。因此,构建城市生态韧性成长力的压力-状态-响应耦合度测量模型,并引入耦合协调指数以构建城市生态韧性成长力耦合协调模型。参照周正柱等[48]的方法,基于离散系数和距离函数计算得出各城市的生态韧性成长力耦合度和耦合协调度,并对城市耦合协调程度进行分级,包括极度失调、严重失调、中度失调、轻度失调、濒临失调、勉强协调、初级协调、中级协调、良好协调和优质协调10个等级,如表3所示。

表3 城市生态韧性成长力耦合协调度评价结果

从表3可以看出,2017—2020年城市生态韧性成长力耦合协调度的变化情况主要包含3类:第一类为先上升再下降,大多数城市属于此类,包括上海、南京、南宁等28个城市;第二类为不断上升,包括长沙、重庆2个城市;第三类为先下降后上升,但总体呈下降趋势,只有乌鲁木齐1个城市。基于2017年影响城市生态韧性的突出问题,2018年,通过减小生态压力,改善生态状态以及增加生态响应,全面提升了城市的生态韧性。2019年,城市生态韧性建设取得一定成效并趋于相对稳定,伴随着《关于生态环境领域进一步深化“放管服”改革推动经济高质量发展的指导意见》的印发,要求城市除了要专注于生态韧性建设的稳妥推进,还要突出“精准”性[49]。因此,对于第一类城市,在2019年城市生态韧性压力、状态和响应协调发展的基础上,开始有针对性地对生态韧性相对薄弱点进行强化治理与改善,致使2019年、2020年城市生态韧性成长力耦合协调度出现一定的下降趋势。对于第二类城市,生态韧性则在“精准”提升的同时,也注重其他各方面的同步提升。乌鲁木齐生态韧性耦合协调度的降低可能是粗放型治理导致的,即由于同步协调发展观念理念的缺失,乌鲁木齐在提升生态韧性过程中“缺哪治哪”,忽视了生态系统压力、状态和响应的全面协同发展,导致城市生态韧性成长力耦合协调度总体呈下降趋势。

4 结论与建议

基于PSR模型框架构建城市生态韧性成长力评价指标体系,该体系包括生态韧性压力、状态和响应3个子系统、16个指标,各子系统及其内部各指标从不同层面和角度反映了各城市生态韧性成长力水平。运用主成分分析法和熵值法确定指标综合权重,对31个样本城市2017—2020年生态韧性成长力进行评价,考虑到城市生态韧性的压力、状态和响应三者间存在着相互促进、相互依赖的耦合互动关系,引入耦合协调指数以构建城市生态韧性成长力耦合协调模型。研究发现,2017—2020年城市生态韧性成长力水平均为正向,在这过程中城市生态韧性中的压力、状态和响应互相作用,与三螺旋理论中循环上升的逻辑一致,城市生态韧性不断提升。就2017—2020年城市生态韧性成长力水平比较而言,除乌鲁木齐外,所有城市基本满足城市生态韧性成长力先上升后下降再平稳的变化趋势,是因为在不同年份经历了发现问题、治理问题、生态“放管服”的过程。此外,2017—2020年城市生态韧性成长力的耦合协调度也多从失调向协调转变,且较多城市生态韧性成长力耦合协调度为先上升再下降,这可能是全面生态治理后精准治理造成的结果,还有部分城市的生态韧性成长力耦合协调度不断上升,只有乌鲁木齐总体呈下降趋势。基于评价结果,提出以下建议:

a.促进城市生态韧性稳步提升。从评价结果看出2017—2020年城市生态韧性成长力处在波动变化的适应调整阶段。为保障城市生态韧性成长力的稳定性,则要求各城市探索出适合各自稳定发展的生态韧性成长方案,补齐各自存在的短板。对于东部地区,可以通过增加绿化面积、改善空气质量等方式;对于西部地区,尽管很多城市的自然生态环境基础较好,但环境条件复杂,生态环境系统脆弱,应更加重视保护现有资源和补充缺失资源。

b.重视城市生态韧性耦合协调发展。通过分析发现,近年来虽然我国主要城市的生态韧性呈现出螺旋上升趋势,但城市生态韧性成长力耦合协调度还有待加强。要注重城市生态韧性成长力耦合协调度子系统的同步性变化,通过化解压力,改善状态,提升响应,以全面提升城市生态韧性水平,实现城市的可持续发展。

c.要求多主体共同参与。提高城市生态韧性成长力不仅仅是政府的责任。企业作为市场经济的主体和生态环境问题的主要制造者,也理应承担起推进城市生态韧性建设的责任,有必要将生态型发展理念融入生产经营的过程中,发展循环经济、低碳经济。同时,政府也应有效发挥监管作用,制定严格的环境保护措施,逐步完善地方环境保护监管体系,并特别注意加强乌鲁木齐等偏远地区的环境执法监督,以达到坚守生态红线的目的。此外,要通过生态环境保护宣传教育,让公众从根本上认识到提升生态韧性的重要性,全民自发节约生态资源、降低生态压力,改善生态环境,积极参与提升城市生态韧性的活动。