基于EKC模型的經(jīng)濟(jì)增長與城市土地生態(tài)安全關(guān)系研究

王鵬，曾輝,

1. 北京大學(xué)城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 深圳 518055；2. 北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100871

土地生態(tài)安全是指陸地表層由各種有機(jī)物和無機(jī)物構(gòu)成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沒有受到破壞，同時為人類提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展需要的一種系統(tǒng)賦存狀態(tài)，是土地資源可持續(xù)利用的重要研究內(nèi)容[1-2]?，F(xiàn)有研究表明土地生態(tài)安全狀態(tài)的變化通常受到社會、自然和經(jīng)濟(jì)因素的組合影響，需要篩選合適的手段，建立土地生態(tài)安全水平與各類影響因素之間的響應(yīng)關(guān)系，以期弄清土地生態(tài)安全的各類關(guān)鍵性影響因素及其作用機(jī)制，為土地管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。

環(huán)境庫茲涅其曲線(EKC)在上個世紀(jì)90年代被提出來用以反映人均收入與某些環(huán)境指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。EKC模型顯示環(huán)境指標(biāo)的變化隨著經(jīng)濟(jì)的增長呈倒“U”型分布，即在一定發(fā)展水平下，環(huán)境逐漸惡化的趨勢將隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到一定水平后出現(xiàn)拐點(diǎn)，此后的環(huán)境狀況將呈現(xiàn)逐步好轉(zhuǎn)的趨勢[3]。近年來這一方法也被用于評價區(qū)域土地安全水平與社會經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，但由于評價因子選擇、地區(qū)差異、數(shù)據(jù)積累年限和判定標(biāo)準(zhǔn)等方面缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)的研究結(jié)論差別較大。本文嘗試選擇一些有代表性的城市，利用EKC模型思路，在進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，綜合分析城市尺度土地生態(tài)安全水平與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系并進(jìn)行成因探討，以期更好地剖析土地生態(tài)安全隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動態(tài)趨勢，為相關(guān)理論和實(shí)踐研究提供積累和借鑒。

1 模型、數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 模型構(gòu)建

反映經(jīng)濟(jì)變化的自變量用區(qū)域人均GDP來表示[4]，區(qū)域土地生態(tài)安全水平將使用多因子層次分析法獲得的綜合土地生態(tài)安全值來反映[5]。經(jīng)典的EKC模型因變量是某種環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)增長的擬合，通常指標(biāo)越大反映出環(huán)境質(zhì)量越差，因此經(jīng)典模型曲線為倒“U”型。本模型中綜合生態(tài)安全值越高反映區(qū)域土地生態(tài)安全狀況越好，如果EKC模型機(jī)理在本項(xiàng)研究中成立的話，模型曲線應(yīng)呈正“U”型。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取6個國內(nèi)土地生態(tài)安全研究的案例城市數(shù)據(jù)作為本項(xiàng)研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，這些研究案例具有如下特點(diǎn)：（1）所選取案例都采用土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系進(jìn)行了評價，具有共通的邏輯評價基礎(chǔ)和一定的可比性；（2）選取的案例都是以全市范圍為研究對象；（3）案例的研究時序至少為5 a的實(shí)際評價(不使用預(yù)測值)；（4）不同案例選用的評價指標(biāo)和對指標(biāo)賦予的權(quán)重存在細(xì)微的差別，評價指標(biāo)從16個到21個不等(表1)。土地生態(tài)安全值所選案例城市分別為哈爾濱[6]、雙鴨山[7]、成都[8]、重慶[9]、南充[10]和西安[11]6個城市，人均GDP數(shù)據(jù)來源選自相關(guān)省份、城市等統(tǒng)計(jì)年鑒。

需要說明的是，6個案例城市盡管因?yàn)槌鞘猩鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境條件差異，土地生態(tài)安全評價的指標(biāo)選取有所不同，但各城市所選指標(biāo)基本可以歸并為土地自然生態(tài)安全、土地社會生態(tài)安全、土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全和土地環(huán)境生態(tài)安全4個方面。土地自然生態(tài)安全層面包括如森林綠地覆蓋率、人均耕地等指標(biāo)內(nèi)容，主要反映對土地對自然資源的人均或地均保有量；土地社會生態(tài)安全層面包括人口密度、產(chǎn)業(yè)就業(yè)比例等指標(biāo)，反映了社會資源的人均分配狀況；土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全包括人均GDP、地均擁有動力等指標(biāo)，這些指標(biāo)反映了在土地方面人均或地均的投入或產(chǎn)出狀況；土地環(huán)境生態(tài)安全層面包括廢水、固廢的回收處理率、化肥施用量、水土流失等指標(biāo)，這類指標(biāo)表征了土地利用所面臨的環(huán)境風(fēng)險狀況。從這一層面看，各城市的評估結(jié)果還是具有一定的橫向比較基礎(chǔ)的。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

1.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為使不同城市土地生態(tài)安全值具有相互的可比性，首先將案例城市的土地生態(tài)安全值進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。不同城市的土地生態(tài)安全值的差異體現(xiàn)在兩個方面，一是由于指標(biāo)權(quán)重和選取指標(biāo)層的差異使得年際間的數(shù)值變化速率存在差異；二是由于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法差異，導(dǎo)致不同城市的安全評價標(biāo)準(zhǔn)值存在差異。針對上述問題，本文采用的標(biāo)準(zhǔn)化方法是，首先解決變化速率的差異，將每一個城市在評價區(qū)間的最低值定為0%，最大值定為100%，使各個城市的生態(tài)安全值都在0~1的相同變化范圍內(nèi)；然后基于相同人均GDP收入范圍內(nèi)的土地生態(tài)安全水平具有相對一致的假設(shè)，將各個城市的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1.3.2 數(shù)據(jù)擬合

通過EXCEL和SPSS軟件系統(tǒng)，以人均GDP為自變量x，分別以上述選取的城市標(biāo)準(zhǔn)化后的土地生態(tài)安全值為因變量y，進(jìn)行曲線回歸模擬。為了使分析全面、客觀，本文選用線性、二次多項(xiàng)式曲線、三次多項(xiàng)式和對數(shù)函數(shù)等多種曲線模型擬合。根據(jù)曲線擬合結(jié)果、模型檢驗(yàn)參數(shù)，在各個函數(shù)模型中進(jìn)行優(yōu)選。

2 結(jié)果

2.1 案例城市土地生態(tài)安全值與人均GDP的擬合結(jié)果

表1 不同案例城市所選土地生態(tài)安全評價指標(biāo) Table 1 Urban land ecological security evaluation index

案例城市土地生態(tài)安全值與人均GDP的擬合結(jié)果如圖1所示，擬合結(jié)果參數(shù)如表1所示。表1中F值通過95%置信度檢測，擬合方程具有統(tǒng)計(jì)意義。比較各種擬合的R2值可以看出，不同城市Cubic三次多項(xiàng)式和對數(shù)函數(shù)具有較好的擬合效果。擬合結(jié)果表明各案例城市土地生態(tài)安全水平與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系均與EKC經(jīng)典的倒U型擬合關(guān)系有顯著差異。

圖1 城市土地生態(tài)安全與人均GDP擬合結(jié)果 Fig. 1 Urban land ecological security and per capita GDP fitting results

2.2 綜合擬合結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)化后各個城市土地生態(tài)安全值具有可比性，各城市綜合土地生態(tài)安全水平與人均GDP的關(guān)系如圖2所示，相關(guān)擬合參數(shù)參見表2。從表2中可以看出，所有城市的綜合擬合結(jié)果中，對數(shù)函數(shù)具有最好的相關(guān)性，且其擬合結(jié)果同樣不符合EKC的規(guī)律。

2.3 各案例城市及其綜合擬合結(jié)果的時序特征

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化土地生態(tài)安全值與人均GDP關(guān)系 Fig. 2 Standardization land ecological secure value and per capita GDP

各個城市的擬合方程和區(qū)間變化規(guī)律如表3所示。線性擬合顯示所有城市在研究區(qū)間內(nèi)均表現(xiàn)出單調(diào)上升的狀態(tài)，即隨著經(jīng)濟(jì)的增長，城市的土地安全值升高，城市的整體生態(tài)安全水平顯著提高。二次多項(xiàng)式的擬合呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，除雙鴨山外，其他5個城市處于函數(shù)單調(diào)上升的區(qū)間；雙鴨山市的擬合結(jié)果是先遞增后遞減，即出現(xiàn)極大值拐點(diǎn)。三次多項(xiàng)式擬合結(jié)果則存在3種狀態(tài)：雙鴨山、重慶、成都和南充4市均表現(xiàn)為單調(diào)遞增的狀態(tài)；西安的擬合結(jié)果是先遞增后遞減出現(xiàn)峰值；哈爾濱則呈現(xiàn)先遞減再遞增的低谷。綜合結(jié)果的所有擬合曲線均顯示為單調(diào)遞增狀態(tài)。

表2 城市土地生態(tài)安全擬合曲線估計(jì)參數(shù) Table 2 Urban land ecological security fitting curve parameters

3 討論

3.1 研究結(jié)果的一般趨勢總結(jié)

研究結(jié)果表明，案例城市的綜合土地生態(tài)安全狀況隨著區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐步得到提高，少數(shù)案例城市出現(xiàn)的顯著波動（如西安1999—2000年區(qū)間和2003—2005年區(qū)間）。經(jīng)仔細(xì)分析其評價指標(biāo)選取和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這種波動是因?yàn)槎虝r間內(nèi)人口數(shù)量、土地利用結(jié)構(gòu)和社會固定資產(chǎn)投資等關(guān)鍵指標(biāo)因內(nèi)外部因素的影響而出現(xiàn)劇烈變化的短期結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)化后6個城市的綜合結(jié)果顯示，土地生態(tài)安全水平隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展而呈現(xiàn)出顯著單調(diào)上升趨勢。說明過去一段時間內(nèi)，我國市域范圍內(nèi)土地生態(tài)安全水平得到不斷提升具有一定的普遍性，并且同等發(fā)展水平下，不同地區(qū)的土地生態(tài)安全水平也的確表現(xiàn)出明顯的趨同性。

表3 城市土地生態(tài)安全與人均GDP擬合方程 Table 3 Urban land ecological security and per capita GDP fitting equation

各案例城市乃至綜合評價結(jié)果均表明土地生態(tài)安全水平與區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長的擬合關(guān)系不符合EKC的規(guī)律，即土地綜合生態(tài)安全指標(biāo)不具有單項(xiàng)環(huán)境污染指標(biāo)的變化特征。從不同樣本的整體評價指標(biāo)體系構(gòu)成看，土地生態(tài)安全水平受到自然、經(jīng)濟(jì)和社會因素的共同作用。盡管有研究表明某些指標(biāo)具有EKC模型的變化規(guī)律[12-14]，但其隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的拐點(diǎn)出現(xiàn)位置可能差異較大，表現(xiàn)出綜合的評價結(jié)果不符合EKC規(guī)律[15-17]。加上一些社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不具有EKC的經(jīng)典變化規(guī)律，導(dǎo)致多指標(biāo)權(quán)重疊加后得出的土地生態(tài)安全水平隨經(jīng)濟(jì)增長的變化規(guī)律不滿足EKC模型。

分析不同城市的土地生態(tài)安全評價因子選擇不難發(fā)現(xiàn)(表1)，不同性質(zhì)的評價因子隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動態(tài)變化差異非常明顯且交互作用復(fù)雜。土地自然生態(tài)評價因子通常符合EKC的變化規(guī)律，這一點(diǎn)已經(jīng)為研究所證實(shí)[18]；土地社會評價因子通常受到人為調(diào)控的影響，一般不存在和經(jīng)濟(jì)增長的直接因果變化關(guān)系；土地經(jīng)濟(jì)評價因子通常隨著經(jīng)濟(jì)的增長而呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，所以不符合EKC式的變化模式；土地生態(tài)環(huán)境因子可能會隨著經(jīng)濟(jì)增長而出現(xiàn)拐點(diǎn)，并呈現(xiàn)出不斷改良的趨勢。然而，這類因子也可能會因?yàn)殡A段性發(fā)展需求迫切而出現(xiàn)反復(fù)，或者拐點(diǎn)遲遲難以顯現(xiàn)的狀況。

3.2 關(guān)于土地生態(tài)安全水平不斷提升的成因思考

土地生態(tài)安全水平隨著經(jīng)濟(jì)增長而趨于提高，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不會導(dǎo)致土地生態(tài)安全風(fēng)險的必然增加，相反社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)步可能是解決資源環(huán)境問題，提高土地生態(tài)安全水平的必由之路[19]。根據(jù)本項(xiàng)研究的初步成果，總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究積累不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對土地生態(tài)安全水平的提高主要源于技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化和人們對環(huán)境服務(wù)的需求[20]等3個方面的拉動作用。

首先，在市場需求、資源環(huán)境等條件相對穩(wěn)定的前提下，技術(shù)的進(jìn)步可以削減生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)率或減少污染，從而減小社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的資源環(huán)境壓力。不過，技術(shù)進(jìn)步因素的作用效果往往受到市場剛性需求變化的強(qiáng)烈影響[21]，例如，近百年來汽車在能源利用效率提升幅度巨大，但需求激增仍使得汽車的總體能耗在不斷增加[22]。因此技術(shù)進(jìn)步在EKC模型拐點(diǎn)上的作用效果通常受到市場剛性需求的影響，但在土地生態(tài)安全管理上，技術(shù)進(jìn)步有利于土地資源的合理保護(hù)和利用，這點(diǎn)毋庸置疑。

第二，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，即污染性產(chǎn)業(yè)向區(qū)域外轉(zhuǎn)移使得區(qū)域生態(tài)安全狀況改良。本研究結(jié)果顯示各區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全狀況日趨良好，其中一個原因是生態(tài)資源消耗的產(chǎn)業(yè)向區(qū)域外轉(zhuǎn)移。這一結(jié)果的啟示在于，一方面經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)改變使得各個城市的生態(tài)安全狀況有所改善，但對于城市相關(guān)地區(qū)的影響有待研究；在更大的尺度上看，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變革中，我國作為一個發(fā)展中國家，可能長期扮演生態(tài)輸出的角色，其結(jié)果將是經(jīng)濟(jì)不斷增長而看不到環(huán)境改良的拐點(diǎn)。調(diào)整我國所處的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造高附加值、低環(huán)境成本的產(chǎn)業(yè)是生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展方向。

第三，對環(huán)境服務(wù)的需求也是土地生態(tài)安全改良原因之一。隨著經(jīng)濟(jì)的增長，人們對生態(tài)安全的關(guān)注和需求日漸增加而產(chǎn)生改良的動力。然而值得注意的是，盡管人們對環(huán)境服務(wù)主觀上的需求能促進(jìn)區(qū)域環(huán)境的改良，但對于某些生態(tài)風(fēng)險能否被人們意識到或已意識到的風(fēng)險能否在現(xiàn)有的科技水平下得到改善，是限制主觀環(huán)境服務(wù)需求動力的因素之一。另外，越來越多的生態(tài)環(huán)境問題解決需要大尺度的通力合作，一個區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長帶來的環(huán)境服務(wù)需求作用不足以顯效。

4 結(jié)論

各個城市的土地生態(tài)安全綜合值與經(jīng)濟(jì)增長存在顯著的相關(guān)關(guān)系，研究時段內(nèi)土地生態(tài)安全水平普遍提高；各個城市隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長，土地生態(tài)安全水平呈現(xiàn)先增長，后趨于平穩(wěn)的動態(tài)變化格局。土地生態(tài)安全值與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系不符合EKC模型的倒U型分布關(guān)系。

在技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化和人們對環(huán)境服務(wù)需求等3方面因素作用下，經(jīng)濟(jì)增長與土地生態(tài)安全值形成指數(shù)型相關(guān)關(guān)系。在土地安全管理方面，這3個因素也是調(diào)和經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)安全的重點(diǎn)。

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