黑河流域产业结构与生态环境耦合关系辨识

中国人口·资源与环境　2005年　第15卷　第4期　　CH INA POPUL AT ION , RESOURCES AND ENVIRONME NT 　Vol . 15　No . 4　2005

黑河流域产业结构与生态环境

耦合关系辨识

＊

赵雪雁　周　健　王录仓

(西北师范大学地理与环境科学学院, 甘肃兰州　730070)

摘要　产业结构作为人类作用于生态环境的主要环节, 与区域资源、环境存在着显著的互动关系。在生态环境脆弱、水资源紧缺的西北干旱区内陆河流域, 由于产业发展与流域生态环境及水资源的空间分布不相吻合, 导致生态环境严重退化, 目前亟需深入研究产业结构与生态环境的耦合关系。本文以黑河流域为典型研究区, 通过建立生态环境质量及产业结构效益指标体系, 对黑河流域上、中、下游的生态环境质量和产业结构效益作了综合评价, 并对二者的耦合关系进行了定量辨识。结果表明:黑河流域产业结构效益自上游向下游在空间上呈倒“U ”型, 而生态环境质量与环境产业协调度沿河自上游向下游具有基本一致的变化趋势, 都依次降低, 说明现阶段黑河流域沿河自上游向下游, 产业结构对生态环境的依赖性逐渐降低, 而破坏性逐渐上升。关键词　黑河流域; 产业结构; 生态环境; 耦合关系

中图分类号　FO62. 2　　　文献标识码　A 　　　文章编号　1002-2104(2005) 04-0069-05

　　产业结构作为人类作用于生态环境的主要环节, 与区域资源、环境存在着显著的互动关系。当微观的环境污染治理效果越来越受到局限, 资源供给越来越紧缺, 环境自净能力越来越低下, 人们便把目光转向产业结构调整。自全球环境变化人文因素计划(IHD P ) 提出产业转型(I T ) 研究计划以来, 迅速引起了国际社会和科学家的广泛关注。旨在揭示促使产业体系向可持续发展转型的社会机制及人类驱动力、通过了解环境受到的影响来限制和改进产业活动的产业转型(IT ) 研究目前已成为多学科综合研究的国际性前沿问题[1, 2, 3]。2004年8月30日, 我国成立了国际全球环境变化人文因素计划中国国家委员会(CN C -I HD P ) , 产业转型也成为我国I HDP 计划研究的核心问题。但是, 我国在产业转型研究方面还很难与国际接轨, 尚未将资源环境变化与产业结构转型有机耦合起来, 定量探讨二者交互胁迫机制的规律性, 尤其对国内人口集中、经济发展潜力大且生态环境脆弱区域的产业转型问题研究更显得薄弱。

西北干旱区内陆河流域虽然气候干旱、生态环境脆弱、水资源紧缺、单位面积环境容量小[4], 但它不仅是西北干旱区人口最集中的地区, 也是目前西北经济最发达且最具开发潜力的地区, 更是我国生态环境建设的重要地带。然而, 由于产业发展与流域生态环境及水资源的空间分布不相吻合, 导致流域生态环境严重退化。近年来, 尽管西

收稿日期:2005-04-27

北干旱区各内陆河流域都试图通过建设节水型产业、节水型社会和节水型城市等途径协调水资源短缺与产业发展及生态环境保护的关系, 但受水资源、资金投入、观念、利益驱动等因素的影响, 水资源、生态环境与产业发展至今仍处于不协调的状态, 流域生态环境并没有得到根本改善, 目前亟需深入研究西北干旱区内陆河流域产业结构与生态环境的耦合关系。为此, 本文以开发历史较为悠久、产业发展与生态环境之间矛盾较为尖锐的西北干旱区第二大内陆河流域———黑河流域作为典型研究区, 定量测算产业结构、生态环境状况及两者的耦合状态, 旨在为促使干旱区内陆河流域产业转型、建立全流域的水—生态—经济社会协调发展系统提供一定的理论依据。

1　研究区概况

黑河流域是我国西北干旱区第二大内陆河流域, 也是我国重要的商品粮基地之一[5]。黑河介于38°～42°N , 98°00′～101°30′E 之间, 发源于青海省祁连山中段, 流至内蒙古自治区额济纳旗的居延海, 流域面积13×104km 2, 干流全长821km , 流经青海、甘肃及内蒙古3省区。黑河从发源地至居延海, 途经山地—绿洲—荒漠三种不同的自然地理单元, 按照地貌分异, 可明显地区分为上游祁连山地、中游走廊平原和下游阿拉善高原三个地貌类型。

作者简介:赵雪雁, 副教授, 博士, 主要研究方向为区域经济与可持续发展。

＊霍英东基金会高等院校青年教师基金(91086) ; 国家自然基金重点项目(40235053) 资助。

中国人口·资源与环境　2005年　第4期

上游以莺落峡为界, 包括青海省祁连县和甘肃省肃南县, 为祁连山水源保护区, 气候高寒阴湿, 是整个流域内降水量最大, 蒸发量最小的地区, 植被生长良好, 以草原畜牧业为主。但由于长期以来乱砍滥伐和不合理利用土地, 造成森林带退缩, 森林覆盖率下降, 天然植被严重退化, 生物多样性减少, 水土流失严重; 中游以莺落峡—正义峡为界, 包括甘肃省山丹、民乐、甘州、临泽、高台、肃州等区县, 为人工绿洲农牧区, 是甘肃省主要的综合农副产品基地, 以灌溉农业经济为主。目前面临地下水位下降、土地沙漠化严重、沙尘暴频繁等生态问题; 下游以正义峡以下为界, 包括甘肃省金塔县和内蒙古额济纳旗, 金塔县为走廊沙漠戈壁亚区, 盐化耕地占耕地总面积的13. 2%,内蒙古额济纳旗的三角洲地带为湖盆三角洲沙漠化地区, 以荒漠牧业为主, 降水极少, 蒸发强烈, 生态系统极其脆弱。目前面临土地荒漠化、盐碱化迅速扩张, 绿洲萎缩, 草场退化, 湖泊干涸、水质恶化等生态问题

[6]

土地垦殖率; 植被覆盖因子包括森林覆盖率、林草覆盖率

。

图1　黑河流域生态环境质量综合评价指标体系

Fig . 1　Index syste m of ecological e nv iron mental quality

assess ment of the Heihe R iv er basin 2. 2　数据标准化

在上述指标体系中, 有些指标与生态环境质量是正相关的, 即该指标数据越大, 则生态环境质量越高, 如生态用水比例、年降水量、森林/林草覆盖率等指标; 有些指标则与生态环境质量呈反相关, 如干燥度、土壤侵蚀比率等。

对于正相关指标, 其标准化公式为:

X i -X min

Q i ma x min

对于负相关指标, 其标准化公式为:

X i -X min

Q i =1X ma x -X min

式中:Q i 为i 指标的标准化值, X i 为i 指标的原始值, X ma x 、X min 为评价区内i 指标的最大、最小值。2. 3　生态环境质量综合评价模型及结果

采用多级加权求和的方法来实现研究区生态环境质量的定量评价。计算公式为:

m

。

按照国务院批准的黑河干流分水方案, 在正常年份要确保正义峡下泻水量达到9. 5×108km 3, 供应下游基本的生态与生活用水, 全流域生态用水量要达到7. 3×108km 3, 丰水年份有一定水量进入居延海, 使生态环境不再恶化。为了落实国务院的分水方案, 加大黑河生态环境建设步伐, 国家投资23. 6×108元启动了黑河流域综合治理应急工程, 重点进行黑河源头治理、草地围栏封育、封山育林、人工造林、节水灌溉、退耕还草、结构调整、用水效益提高和生态环境建设, 而要完成这一计划, 必须调整现有以水为代价获取经济效益的粗放经济发展模式, 协调好上、中、下游用水空间结构[7]。

2　研究区生态环境质量评价

2. 1　建立评价指标体系

以黑河流域生态环境质量的综合评价为目标, 结合干旱区内陆河流域自然环境状况及主要生态问题, 本文选取气候因子(权值0. 2) 、水资源因子(权值0. 2) 、土地因子(权值0. 3) 、植被覆盖因子(权值0. 3) 四组指标建立黑河流域生态环境质量评价指标体系

[8, 9]

E =i ∑W i ·Q i =1

　　式中:Q i 为i 指标的标准化值, W i 为i 指标的权重, E 为生态环境质量指数。

利用上述模型可计算黑河流域上游、中游、下游的生态环境质量得分(表1) 。

。其中气候因子包

括年降水量、干燥度; 水资源因子包括降水资源量、人均水资源量、生态用水比例; 土地因子包括土壤侵蚀比率、

表1　黑河流域生态环境质量

Tab . 1Ec ologic al and envir onme nt le vel of the Heihe River basin

项目

气候指数

水资源指数土地指数

植被覆盖指数

生态环境质量指数

上游祁连、肃南10. 50. 850. 980. 88

山丹、民乐

0. 860. 690. 640. 970. 79

中游

甘州、临泽、高台、肃州

0. 580. 6950. 570. 160. 47

　　　下游金塔

0. 380. 640. 500. 354

额济纳旗

00. 50. 50. 350. 355

赵雪雁等:黑河流域产业结构与生态环境耦合关系辨识

　　从生态环境质量指数分析, 黑河流域生态环境质量具有明显的区域差异, 自上游向下游具有恶化趋势。生态环境质量最好的是上游地区, 其次为中游的山丹、民乐, 再次为中游的甘州、临泽、高台、肃州, 最差的是下游的金塔和额济纳旗。这是因为, 黑河流域上游作为产流区, 降水多、干燥度小、植被覆盖良好, 因而生态环境质量最好, 生态环境质量指数高达0. 88; 而中游降水量减少、干燥度增加、水土资源开发利用强度提高, 成为全流域人类活动最频繁的地区, 因而生态环境质量降低, 生态环境质量指数分别达到0. 79、0. 47; 下游作为径流散失区, 降水极少、蒸发强烈, 植被覆盖率非常低, 因而生态环境质量最差, 生态环境质量指数仅为0. 355

。

根据上述模型, 可以计算出研究区产业结构的综合效益(表2) 。

表2　黑河流域产业结构效益

Ta b . 2　Industrial structure benefit of Heihe R iv er basin

上游

项目产业结构

效益指数

肃南0. 5

山丹、民乐0. 328

中游

甘州、临泽、

高台、肃州0. 728

下游金塔0. 65

　　从产业结构效益指数分析, 黑河流域产业结构效益自上游向下游在空间上呈倒“U ”型, 表现为上游下游、上游

。

图2　黑河流域生态环境指数自上游向下游的变化

Fig . 2　D iffer entiation of all kinds of ec o -e nviron ment

along the Heihe R ive r basin

3　研究区产业结构效益测算

3. 1　指标体系及标准化

为了准确、客观地描述产业结构的效应, 可以从经济效益、资源效率和资源供需、环境承载力等方面出发, 构建指标体系进行分析。其中, 经济效益可以用人均GD P 、农民人均纯收入、全员劳动生产率、总资产贡献率、成本费用利润率、人均社会消费品零售额来衡量; 资源效率、资源供需主要用水资源、土地资源来衡量; 环境效应用大气环境、水环境来衡量。在此, 仅从经济效益一个侧面来反映黑河流域产业结构的效益[10, 11]。

上述指标的标准化处理:

E i -E min

P i E max -E min

式中:P i 为i 指标的标准化值, E i 为i 指标的原始值, E ma x 、E min 为评价区内i 指标的最大、最小值。3. 2　产业结构的效益分析

黑河流域产业结构的效益可以根据下式计算:

U =i ∑W i ·P i

=1

　　式中:U 为该种产业结构的效益指数; P i 为各指标的标准化值, W i 为各指标的权重。

6

图3　黑河流域产业结构效益指数自上游向下游的变化

Fig . 3　Industrial str uc ture benefit inde x along the

Heihe R iv er basin

4　生态环境与产业结构耦合关系的辨识

产业结构作为衡量经济发展水平的状态指标, 与资源、环境之间存在着显著的互动关系, 一方面, 产业结构的组合类型和强度在很大程度上决定了经济效益、资源利用效率和对环境的胁迫; 另一方面, 区域自然资源的质量、数量及结构决定着主导产业、支柱产业的选择, 环境通过环境承载力对产业的发展起到制约作用。

现阶段, 黑河流域除上游的生态环境质量指数大于产业结构效益指数以外, 中游和下游的生态环境质量指数都小于产业结构效益指数。生态环境质量与产业结构效益呈反相关, 即生态环境质量好的地区, 产业结构效益低; 生态环境质量差的地区, 产业结构效益反而高。这说明, 黑河流域上游地区的产业发展尚未充分发挥生态环境的承载潜力, 而中、下游地区的产业发展已超过生态环境的承载能力, 对生态环境已产生了较大胁迫。

　　为了衡量西北干旱区内陆河流域产业结构与生态环境的关系, 可以引入环境产业协调度来定量描述该区域的

中国人口·资源与环境　2005年　第4期

产业结构与生态环境质量之间的耦合程度[12]

。

自上游向下游具有恶化趋势

。

图5　黑河流域环境产业协调度自上游向下游的变化

图4　黑河流域自上游向下游产业结构效益

指数与生态环境质量指数的变化

Fig . 5　The c oordinated index of environ ment -industrial

str uc ture along the Heihe R iver basin 　　(2) 黑河流域产业结构效益自上游向下游在空间上呈倒“U ”型, 中游地区产业结构效益最高, 下游次之, 上游最低。

(3) 现阶段黑河流域环境产业协调度自上游向下游依次降低, 与生态环境质量指数的变化趋势一致。

(4) 自上游向下游, 产业结构对生态环境的依赖性逐渐降低, 而破坏性逐渐上升。

为了有效地解决黑河流域上、中、下游地区生态-生产-生活系统之间的失调发展问题, 确保上游—中游—下游之间、山地—绿洲—荒漠系统之间、生态—生产—生活系统之间的相互协调和共同发展, 必须积极促进全流域产业转型。黑河流域上游应以加强天然林保护和天然草场建设为主, 恢复上游地区的生态功能和水源涵养功能; 中游应建立国家级高效节水示范区, 调整农林牧结构, 压缩农田面积, 限制高耗水作物种植及高耗水、高污染的产业, 加大节水型经济结构调整力度; 下游应建设正义峡水库和内蒙古输水干渠, 建立国家级生态保护示范区, 提高灌溉水平, 加强人工绿洲建设, 搞好额济纳绿洲的生态建设与环境保护[13]。

(编辑:刘文政)

参考文献(References )

0. 5

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Fig . 4　The industrial structur e benefit and the

eco -environment level along the He ihe River basin 　　环境产业协调度是指生态环境与产业结构在发展过程中彼此和谐一致的程度, 是区域生态经济系统得以健康发展的根本保证。作为生态环境与产业结构功效的综合反映, 环境产业协调度可利用线性加权平均法进行计算。

C =E ·W e +U ·W u

式中:C 为环境产业协调度, E , U , W e , W u 分别为生态环境质量指数、产业结构效益指数及其权重。

显然, 0≤C ≤1。当C =1时, 协调度最大, 区域生态经济系统将走向新的有序结构; 当C =0时, 协调度最小, 区域生态经济系统将向无序发展。

根据上述模型, 可以计算出研究区的环境产业协调度(表3和图5) 。

表3　黑河流域环境产业协调度

Ta b . 3The coor dinated inde x of envir onment -industrial

str ucture of heihe R iv er basin

上游

项目环境产业协调度

肃南0. 69

山丹、民乐0. 56

中游

甘州、临泽、

高台、肃州

0. 6

下游金塔

　　从环境产业协调度分析, 黑河流域环境产业协调度自上游向下游依次降低, 上游最高, 为0. 69; 中游的甘州、临泽、高台、肃州次之, 为0. 6; 山丹、民乐为0. 56; 下游最低, 为0. 5。这一变化趋势与生态环境质量指数的变化趋势一致(图5) 。说明黑河流域自上游向下游, 产业结构对生态环境的依赖性逐渐下降, 而破坏性则逐渐上升。

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5　结论

根据对黑河流域生态环境质量、产业结构效益及二者耦合关系的定量分析, 可得出以下结论:

(1) 黑河流域生态环境质量具有明显的区域性差异,

赵雪雁等:黑河流域产业结构与生态环境耦合关系辨识

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Quantitative Research on the Coupling Relationships Between Industrial

Structure and Eco -Environment In the Heihe River Basin

ZHA O Xue -yan 　ZHO U Jian 　W ANGLu -cang

(College of Geography and Environment Science , North west Normal University , Lanzhou Gans u 730070, China )

A bstract 　As the key link of human activities on eco -environment , the industrial structure is interrelated to resources and environ men t . Res ources are the base of indus trial structure , and environment capacity restricts indus trial struture . Moreover , the combination type and intensity of industrial s tructure determine the economic benefit , resources efficiency and stress on environ ment . In the continental watersheds in North west China , environ -ment is fragile , per unit area environment capacity is small and water resource is ins ufficient . Because of the space distribu tion malposition bet ween ind ustrial development and watersheds eco -environ ment capacity an d water resource , the waters heds are destroyed serious ly . Now , it is urgent to study the coupling relationships between eco -en vironment and industrial structure . Analyzing a case stud y at the mid dle reaches of Heihe R iver basin , the paper sets up the index s ystem of eco -environment quality and industrial structure benefit , evaluates the eco -environ ment level an d industrial structure benefit along the Heihe River basin . Moreover , the article makes a q uantitative research on the coupling relations hips . The res ults are as follows :the ind ustrial structure benefit is invers e “U ”curve sp atially , the middle -reaches is 0. 728, the lower -reaches is 0. 65, the upper -reaches is 0. 5, but the eco -en vironment level and the coord inated in dex reduce from the u pper to lower reaches al ong the Heihe River . The eco -environment level of the up -per , middle and lower reaches are 0. 88, 0. 79, 0. 47, 0. 355; the coordinated index are 0. 69, 0. 56, 0. 6, 0. 5. All of the above shows that from the upper to lower reaches ; the dependence of industrial s tructure on eco -en vironment is reducing , but the destruction is rising . Key words 　Heihe River basin ; industrial structure ; eco -environment ; the coupling relationships