山西省生態(tài)環(huán)境演變及驅動因素研究

郭鵬程 張小平

摘要：將山西省作為評價單元，以主要社會經濟數(shù)據(jù)為基礎，從結構變化和污染與治理入手，分析了2005-2016年山西省生態(tài)環(huán)境演變過程與趨勢，構建了生態(tài)環(huán)境演變驅動因素指標體系，運用主成分分析法探討山西省生態(tài)環(huán)境演變驅動因素。結果表明，2005-2016年山西省生態(tài)環(huán)境經歷先惡化后改善的演變過程，并呈現(xiàn)逐步好轉趨勢;第一主成分為主驅動因素，反映出經濟系統(tǒng)對山西省生態(tài)環(huán)境演變起主要驅動作用;產業(yè)結構與環(huán)境治理分別為區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的內在和外在驅動力;污染物排放與農業(yè)生產為次要驅動因素;社會經濟發(fā)展理念與區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量相互影響，共同推進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：生態(tài)環(huán)境演變;驅動因素;主成分分析;山西省

中圖分類號：X821

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 08-0164-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439- 8114.2020.08.038

生態(tài)環(huán)境是一定空間范圍內由生物群落及非生物自然因素組成的各種生態(tài)系統(tǒng)的總和[1]。生態(tài)環(huán)境演變受到自然環(huán)境要素與社會經濟要素的共同作用，自然環(huán)境要素作用涵蓋度廣、時間尺度長、穩(wěn)定性高;社會經濟要素作用更加迅速、深刻。研究社會經濟要素對區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的驅動作用是研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的重要組成部分。隨著社會經濟發(fā)展，人類對資源與能源的利用程度和開發(fā)強度呈上升趨勢，人與生態(tài)環(huán)境關系趨于緊張，人地關系矛盾加深。因此，探討人地關系并研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的驅動因素可有效解決區(qū)域生態(tài)環(huán)境面臨的困境[2]。

面對日益加深的生態(tài)環(huán)境壓力和人地矛盾，研究者開始分析經濟發(fā)展與污染物排放的二者關系，推動區(qū)域控排與減排問題的解決[3.4]，而城鎮(zhèn)建設[5]、新農村建設[6]等在不同尺度下土地利用方式及土地政策與生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境的關系進行研究，使得土地這一有限的資源在生態(tài)環(huán)境演變中的影響得到重視[7]。隨著生態(tài)環(huán)境效應研究的不斷深入，眾多研究者利用不同研究方法，針對不同尺度下行政區(qū)[8]、河流源區(qū)[9]、湖泊濕地[10]、流域[11]等區(qū)域，從景觀格局演變[12]、城市綠地環(huán)境[13.14]、土地利用覆被[1]以及水土流失[15]等方向，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變做了大量研究。本研究在汲取已有研究成果基礎上，選取山西省作為研究區(qū)域，以統(tǒng)計、監(jiān)測數(shù)據(jù)為支撐，選擇社會經濟要素中的產業(yè)結構、用地結構、污染物排放及環(huán)境治理等內容，分析2005-2016年山西省生態(tài)環(huán)境演變過程與趨勢，并構建山西省生態(tài)環(huán)境演變驅動因素指標體系，進一步對其驅動因素進行分析，以期為研究區(qū)及其他類似區(qū)域的生態(tài)政策調控及可持續(xù)發(fā)展提供理論借鑒。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

山西省地處黃土高原東翼，華北地區(qū)西部，國土面積為15.67x10⁴km2，占全國總面積的1.6%。地貌類型復雜多樣，多山地丘陵，地勢呈東北高西南低。屬于暖溫帶、中溫帶大陸性氣候，年降水量400-650 mm。地形、海拔、緯度、坡向等因素造成了山西省水熱條件時空分布不均，河流呈季節(jié)性變化。

山西省水資源多年平均值為99.12x10⁸m3，人均水資源量為231.84 m3，遠低于人均1 000 m3的國際水資源緊缺標準。水資源作為重要的生產生活物資，水資源短缺會造成農業(yè)減產、經濟縮水、生態(tài)環(huán)境破壞等問題[16]。山西省土地資源的有限性決定了當人類對土地的開發(fā)利用強度接近或達到承載力臨界時，土地作為子生態(tài)系統(tǒng)會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產生負反饋。研究期內山西省的建設用地明顯增加，其他用地變化趨于穩(wěn)定，非農業(yè)人口的增加對城鎮(zhèn)基礎設施帶來的壓力促使11個地市建設用地逐步擴張[17]。煤炭作為山西省經濟發(fā)展長期依賴的化石能源，大量煤炭的開采、運輸、利用，帶來經濟效益的同時也帶來巨大的環(huán)境破壞，包括水污染、大氣污染、土壤污染、水土流失及礦山塌陷危害[18]。山西省社會經濟發(fā)展對各種資源的需求對山西省生態(tài)環(huán)境帶來巨大影響，解決經濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾是山西省社會經濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究中所涉及的數(shù)據(jù)來源包括《山西省統(tǒng)計年鑒》（ 2006-2017）《山西省環(huán)境狀況公報》（2006-2017）及《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2006-2017），部分數(shù)據(jù)來源于《中國縣（市）社會經濟統(tǒng)計年鑒暨中國縣域統(tǒng)計年鑒》（ 2006-2017）。

2 山西省生態(tài)環(huán)境演變特征分析

構成生態(tài)環(huán)境的各子生態(tài)系統(tǒng)隨時間發(fā)展而變化，其發(fā)展變化的推動力體現(xiàn)在自然環(huán)境與社會經濟兩方面，基于二者對區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變影響的特征，選擇從社會經濟方面人手，其中包含產業(yè)結構、用地結構、污染物排放及環(huán)境治理等內容，依據(jù)上述內容在2005-2016年的變化狀況，對山西省生態(tài)環(huán)境演變特征進行探討分析。

2.1 山西省產業(yè)結構變化

產業(yè)結構是一個地區(qū)經濟發(fā)展水平和發(fā)展階段的標志，山西省產業(yè)結構在2005-2016年經歷了轉型升級，如圖1所示，其第一二三產業(yè)占比從2005年的6.28%、56. 300-/0、37.42%轉變?yōu)?016年的6.05%、38.28%、55.67%，其中工業(yè)經濟占比由49.25%降為31.49%，產業(yè)結構及工業(yè)經濟占比的變動幅度高于同期全國水平。一個地區(qū)的資源稟賦很大程度上影響甚至決定了該地區(qū)的產業(yè)結構，山西省煤炭資源的豐富度，不僅使山西省成為國家能源基地，也使其工業(yè)體系圍繞煤炭產業(yè)開展，而資源依賴性強的產業(yè)結構特征勢必對資源消耗和污染物排放規(guī)律產生直接影響。隨著產業(yè)結構的變化，山西省單位CDP耗水量及能源消耗均出現(xiàn)大幅下降，緩解了山西省面臨的水資源困局及能源壓力，進一步降低了污染物排放壓力，推動了區(qū)域生態(tài)環(huán)境向好的方向發(fā)展。

用地結構變化直接或間接導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化。2005-2016年山西省用地結構發(fā)生了很大變化，在五類主要利用方式中，耕地面積小幅波動，園地、林地、草地面積均出現(xiàn)不同程度下滑，而建設用地面積卻增加了20.13%，建設用地的大量增加也反映了城市化建設給該區(qū)域帶來了巨大的生態(tài)環(huán)境壓力。山西省城鎮(zhèn)化水平由2005年的42.11%增加到2016年的56.21%，城鎮(zhèn)基礎設施的不斷完善，城市人口集聚，推動經濟發(fā)展的同時也使生態(tài)環(huán)境負效應凸顯出來，城鄉(xiāng)環(huán)境質量呈下降態(tài)勢。大規(guī)模的基建活動導致生態(tài)脆弱區(qū)的水土流失加重及植被退化，特有的黃土地貌在大力開發(fā)下存在地質隱患[18]。

2.2污染物排放與環(huán)境治理

山西省主要污染物載體及所含污染成分在2005-2016年變化趨勢如圖2、3所示，其中廢污水排放量增幅為46.47%;工業(yè)固廢排放量總體呈增加趨勢，但增幅較緩;工業(yè)廢氣排放量在2011年前呈增加趨勢，并在2009-2011年出現(xiàn)異?？焖僭鲩L，之后呈逐年遞減趨勢。主要污染物中，煙（粉）塵排放量波動幅度最為明顯，與二氧化硫排放量變化趨勢同為總體下降，化學需氧量與氨氮排放量經2011年波動后呈逐年下降趨勢。

污染物來源涉及生產生活中的各個環(huán)節(jié)，而生產生活集中體現(xiàn)在以居民點、工礦企業(yè)、交通運輸、農業(yè)等為代表的“點、線、面”中，在空間上構成山西省污染物排放格局。

1）居民點包含城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村，但兩者對于生態(tài)環(huán)境影響的廣度和深度存在很大差距，城鎮(zhèn)人類活動強度大，并且眾多的工礦企業(yè)與城鎮(zhèn)分布緊密相關，城鎮(zhèn)周圍區(qū)域生態(tài)環(huán)境壓力大，污染物排放多，是生活環(huán)境問題的突出區(qū)域。城鎮(zhèn)生活垃圾和工業(yè)三廢是區(qū)域污染物的主要來源，2016年城鎮(zhèn)生活污水占各類廢水排放量的79.53%，生活垃圾的無序排放及城鎮(zhèn)擴張導致城鎮(zhèn)生態(tài)用地遭到破壞，數(shù)量與質量均呈下降趨勢。

2）山西省作為煤炭生產大省，在供應省內外市場時，需進行大量運輸，而大規(guī)模運輸造成了污染范圍的延伸，在鐵路與公路兩種主要運輸方式中，鐵路運輸帶來的污染特點為量大、線路固定，公路運輸則存在污染分散的特點，公路兩側50-100 m范圍內影響較為嚴重。作為運輸工具的汽車，其擁有量大幅上漲導致汽車尾氣排放強度的不斷加劇。交通線成為了“點”之間的污染通道，分割原有景觀，增加景觀破碎度，進一步影響了生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能。

3）分布于城鎮(zhèn)周圍及交通線兩側的鄉(xiāng)村，主要從事農業(yè)生產活動。山西省山地多的地理條件決定了耕地資源的有限性，不合理生產行為導致了農區(qū)面源污染及水土流失。機械、化肥、農藥、塑料薄膜等農資投入的不斷增加，帶來農作物產量提升的同時，也帶來生態(tài)環(huán)境負效應，如耕地土壤板結、肥力下降、地下水污染及地表徑流的富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。而坡耕地的不合理利用造成了嚴重的水土流失[19]。為有效緩解農業(yè)區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力，2005-2016年山西省逐步推進退耕還林和農業(yè)綜合開發(fā)治理工程，在保證耕地數(shù)量基礎上，增加灌溉面積34.97 x10⁴hm2，年均造林28.67x10⁴hm2，年均治理水土流失面積547.3lx10⁴hm2，森林覆蓋率從13.29%增加到20.50%，保障農業(yè)生產的同時改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

針對已有生態(tài)環(huán)境問題，2005-2016年山西省增加了環(huán)保投資力度，投資額由48.5x10⁸元增加到525.7x10⁸元，環(huán)境治理取得初步成效。在人類活動強度最大的城鎮(zhèn)區(qū)域，生活垃圾無害化處理率從13.1%快速增長到94.6%，建成區(qū)綠化覆蓋率從24.6%增加為40.5%，城鎮(zhèn)人居環(huán)境得到改善，山西省水環(huán)境和大氣環(huán)境也得到改善。地表水水質優(yōu)良率由11.6%提升到48.0%，空氣質量達優(yōu)良天數(shù)占比從61.9%提高到68.2%。

綜上所述，2005-2016年山西省產業(yè)結構、用地結構、污染物排放和環(huán)境治理等變化影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變的過程及趨勢，根據(jù)主要檢測指標的變化，山西省生態(tài)環(huán)境經歷先惡化后改善的發(fā)展過程，并呈逐步好轉趨勢。為進一步分析山西省生態(tài)環(huán)境演變的驅動因素，構建驅動指標體系，采用主成分分析法對生態(tài)環(huán)境演變驅動因素進行判斷與討論。

3 山西省生態(tài)環(huán)境演變驅動因素分析

3.1 指標體系構建

依據(jù)研究區(qū)環(huán)境與社會經濟狀況，參考相關文獻[1，20]，并遵循數(shù)據(jù)可獲得原則構建山西省生態(tài)環(huán)境演變驅動因素指標體系。選取36個指標，并分為人口、社會經濟發(fā)展、農業(yè)生產、資源與能源消耗、用地結構、污染物排放、環(huán)境治理7個類別，詳見表1。

3.2結果與分析

利用SPSS 22.0軟件計算選取的36個指標的特征值、貢獻率及累積貢獻率，并以特征值>1且累積貢獻率>85%為標準得到4個主成分，經過提取后得到主成分的特征值、貢獻率及累積貢獻率，詳見表2。4個主成分中第一主成分的特征值為23.290，貢獻率為64.695%，其對山西省生態(tài)環(huán)境演變的驅動作用最突出。提取的4個主成分反映原數(shù)據(jù)92.148%的信息，滿足分析要求，可進行相關分析。

表3為因子載荷矩陣，反映主成分與因子之間的相關關系，因子載荷絕對值越大，該因子對主成分的影響越大。以各指標分別與4個主成分之間的相關性大小為依據(jù)進行分析。第一主成分與指標的相關性表現(xiàn)更為明顯，第一主成分在人口、社會經濟發(fā)展、資源與能源消耗、用地結構、環(huán)境治理等方面大部分有較大載荷，這些驅動因素的集中反映是因為2005-2016年山西省經濟得到很大發(fā)展，GDP漲幅為201.55%，經濟水平提升促使人民生活水平、現(xiàn)代化建設水平提高，整個社會事業(yè)的發(fā)展均圍繞經濟發(fā)展展開，資金再分配帶來各行業(yè)科技投入的增加，并反作用于經濟發(fā)展。隨著人民基本生活需求的滿足，經濟發(fā)展著眼于日益凸顯的人地矛盾與逐漸惡化的生態(tài)環(huán)境，為實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，社會發(fā)展理念從一味追求經濟發(fā)展轉變?yōu)樽非笕伺c自然的和諧發(fā)展。因此，圍繞人運行的經濟系統(tǒng)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境有著重要驅動作用。

第二主成分在第二產業(yè)比重、第三產業(yè)比重、工業(yè)經濟比重、地表水水質優(yōu)良率及建成區(qū)綠化覆蓋率上有絕對值較大的因子載荷，凸顯產業(yè)結構與環(huán)境治理作為驅動因子在區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變中的作用。2005-2016年山西省產業(yè)結構的變化改變了長期依賴能源產業(yè)的發(fā)展局面，對能源產業(yè)的約束與精益求精帶來技術革新與產能優(yōu)化，使第二產業(yè)帶來的高耗能、高污染局面得到控制，并使得山西省產業(yè)結構對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來的負面效應降低。環(huán)境治理在短時間內取得的成果加速了山西省生態(tài)環(huán)境的恢復與重建，對生態(tài)環(huán)境的驅動作用表現(xiàn)為正向驅動。2006年起，山西省實施“藍天碧水”工程，從城市人手關閉或整治“三高”企業(yè)，同時提升產業(yè)準入門檻，源頭阻斷與后期治理兩手抓;農村生態(tài)環(huán)境問題如農村生活垃圾、農業(yè)生產過程中產生的污染，已成為現(xiàn)階段農村環(huán)境問題的癥結所在;加強重點區(qū)域的環(huán)境監(jiān)管，如水源地、河流、生態(tài)脆弱區(qū)等。環(huán)境治理工作呈現(xiàn)出“點一線一面”的發(fā)展趨勢，由于各地產業(yè)結構和經濟水平的差異，環(huán)境治理工作進度不同，但最終都在對全省范圍內的生態(tài)環(huán)境問題進行預防和治理。

第三主成分在工業(yè)固體廢物產生量、煙（粉）塵排放總量上有較大載荷，反映了污染物排放對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，各類污染物排放對山西省生態(tài)環(huán)境產生很大壓力，由于山西省是以煤炭產業(yè)為主導的工業(yè)體系，煤炭開采及其相關產業(yè)發(fā)展所帶來的環(huán)境破壞需得到重視[18]。

第四主成分在第一產業(yè)比重、農林牧漁產值比重和化肥施用強度上有較大載荷，表明農業(yè)生產過程中投入與產出對區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變產生了作用?；逝c農藥的適量施用會提升農作物產量，但過量施用則會導致多余的化肥與農藥通過各種形式進入大氣、土壤及水體中，造成大氣污染、土壤板結和水體富營養(yǎng)化等不利后果。農業(yè)經濟在區(qū)域經濟中的比重維持在穩(wěn)定狀態(tài)，有利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復與重建。

4討論與結論

4.1討論

在山西省生態(tài)環(huán)境演變分析過程中，因數(shù)據(jù)可獲得性受限，未對全省11個地市進行具體分析，只在以“點一線一面”特征構成的山西省污染物排放格局中對生態(tài)環(huán)境演變的空間變化進行分析，尚有不足。在選取的36個指標中，空氣質量達優(yōu)良天數(shù)比重這一指標數(shù)據(jù)存在異常波動，其數(shù)值在2013年由95.34%銳減到50.14%，造成數(shù)據(jù)波動的是近年來空氣污染壓力迫使國家在2012年實施新的空氣質量標準（ GB3095-2012），用空氣質量指數(shù)（AQI）代替原空氣污染指數(shù)（ API），污染物檢測指標由3項增加為6項，更加嚴格、客觀地反映了區(qū)域空氣質量。

4.2結論

以山西省主要社會經濟指標為基礎，從結構變化和污染與治理兩方面對2005-2016年山西省生態(tài)環(huán)境演變過程與趨勢進行分析，并借助SPSS 22.0軟件、主成分分析法對該時段山西省生態(tài)環(huán)境演變驅動因素進行探討。結果表明，2005-2016年山西省生態(tài)環(huán)境經歷先惡化后改善的發(fā)展過程，并呈現(xiàn)逐步好轉的趨勢。

經主成分分析，得到累積貢獻率為92.148%的4個主成分，其中，第一主成分貢獻率達到64.695%，為主驅動成分，其所包含的指標反映了各項社會事業(yè)運行發(fā)展所圍繞的經濟系統(tǒng)對山西省生態(tài)環(huán)境演變起最集中的驅動作用，包含于經濟系統(tǒng)中的各項社會因子及其變化共同導致了山西省生態(tài)環(huán)境的演變趨勢;第二主成分反映了產業(yè)結構和環(huán)境治理在區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變中的作用，其中，產業(yè)結構作為經濟系統(tǒng)的內在機制，產業(yè)結構的升級會促進區(qū)域經濟的進一步發(fā)展，可視為內驅動力，而環(huán)境治理作為干預經濟發(fā)展過程中表現(xiàn)的環(huán)境污染與生態(tài)破壞的機制，可視為外驅動力，兩者共同影響山西省生態(tài)環(huán)境演變;第三主成分與第四主成分所反映的污染物排放與農業(yè)生產為次要驅動因素，兩者在一定程度上污染與破壞區(qū)域生態(tài)環(huán)境，但對兩者的規(guī)范與管理可從污染源頭改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。社會經濟發(fā)展理念對區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重大影響，生態(tài)環(huán)境演變反作用于區(qū)域社會經濟發(fā)展。社會經濟發(fā)展理念與區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量在相互影響中共同推進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2019-10-15

作者簡介：郭鵬程（1995-），男，山西文水人，在讀碩士研究生，研究方向為區(qū)域環(huán)境與生態(tài)產業(yè)，（電話）15101238384（電子信箱）2921088293@qq.com;通信作者，張小平，教授，主要從事區(qū)域環(huán)境與生態(tài)產業(yè)研究，（電子信箱）zxp296@163.com。