礦業(yè)城市相對(duì)資源承載力時(shí)空分異及阻力分析

何 剛,趙疏航

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,安徽 淮南 232001)

隨著我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn),國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)資源的需求日益增加,加劇了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)之間的矛盾[1-2]。資源的過度開采會(huì)導(dǎo)致礦業(yè)城市水土流失嚴(yán)重、資源存量不足、生態(tài)破壞加劇等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。盡管2021年安徽省的節(jié)能環(huán)保公共預(yù)算支出已達(dá)到199.454 1億元,但是省內(nèi)各礦業(yè)城市的生態(tài)環(huán)境依然十分脆弱[3],因此測(cè)算人類活動(dòng)是否超過資源環(huán)境的承載能力顯得至關(guān)重要[4]。

承載力在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛[5],Park等[6]在1921年提出“承載力”概念。承載力的演化與發(fā)展大體經(jīng)歷了種群承載力、資源承載力、環(huán)境承載力和生態(tài)承載力4個(gè)階段[7-8]。由于我國(guó)人口眾多且分布不均,同時(shí)資源稟賦差異明顯,因此,黃寧生等[9]提出相對(duì)資源承載力概念,比較各類資源相對(duì)承載力,比單一資源承載力更有意義。

相對(duì)資源承載力已經(jīng)在學(xué)術(shù)界被廣泛應(yīng)用。彭爭(zhēng)呈等[10]對(duì)相對(duì)資源承載力模型進(jìn)行擴(kuò)展,在自然資源子系統(tǒng)中,納入水資源、森林資源和水能資源3個(gè)指標(biāo);在社會(huì)資源子系統(tǒng)中,將人口質(zhì)量因素納入分析范疇。裴文濤等[11]采用相對(duì)資源承載力的研究方法,分析了天水市及各區(qū)縣的各類相對(duì)資源承載力變化趨勢(shì)。趙鵬宇等[12]采用改進(jìn)后的相對(duì)資源承載力模型探討了忻州市相對(duì)資源承載力的演變規(guī)律及空間差異。

綜上所述,有關(guān)研究學(xué)者多通過在模型上進(jìn)行優(yōu)化,使其更加匹配研究對(duì)象。但相對(duì)資源承載力的研究對(duì)象大部分是城市或者區(qū)域,所以筆者選擇礦業(yè)城市作為研究對(duì)象,同時(shí)選用熵權(quán)—突變級(jí)數(shù)法以避免主觀性賦權(quán)和簡(jiǎn)單線性加權(quán)等問題?；凇叭比诤侠砟?生產(chǎn)—生活—生態(tài))構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用熵權(quán)—突變級(jí)數(shù)法優(yōu)化相對(duì)資源承載力模型測(cè)度2012—2021年各類資源的相對(duì)承載力和相對(duì)資源綜合承載力,探究各城市的相對(duì)資源承載力時(shí)空分異,并用阻力模型診斷關(guān)鍵阻力因子,為礦業(yè)城市的生態(tài)文明建設(shè)提供理論支撐。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)榘不帐〉?0座礦業(yè)城市,分別為淮北、亳州、宿州、阜陽、淮南、滁州、馬鞍山、宣城、銅陵、池州[13],參照區(qū)域?yàn)榘不帐≌w(有16座城市)。2021年安徽省的能源生產(chǎn)總量為9 317.48萬t標(biāo)準(zhǔn)煤,能源消費(fèi)總量為15 342.63萬t標(biāo)準(zhǔn)煤,雖然這10座礦業(yè)城市的礦產(chǎn)資源賦存豐富,但因人口眾多導(dǎo)致資源消耗過快且生產(chǎn)模式單一化,這些因素都會(huì)影響城市的可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)良性發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)大部分來自于2013—2022年《安徽統(tǒng)計(jì)年鑒》,耕地面積和國(guó)土調(diào)查面積等數(shù)據(jù)來自于安徽省自然資源廳和國(guó)土調(diào)查成果共享應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。部分指標(biāo)數(shù)據(jù)通過相關(guān)公式計(jì)算得出。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

基于準(zhǔn)確性、層次性、可獲得性等原則,構(gòu)建“三生”融合的理論概念框架。維度層有3個(gè),分別是生產(chǎn)、生活和生態(tài)資源。指標(biāo)層有9個(gè),分別是土地資源、科技資源、經(jīng)濟(jì)資源、市政資源、教育資源、醫(yī)療資源、水資源、環(huán)保資源和防災(zāi)資源,如表1所示。

表1 安徽省礦業(yè)城市的相對(duì)資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

土地資源選取耕地面積作為衡量標(biāo)準(zhǔn),用來評(píng)測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平;科學(xué)技術(shù)作為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一生產(chǎn)力,故選取研究與試驗(yàn)發(fā)展(R&D)經(jīng)費(fèi)作為科技資源衡量標(biāo)準(zhǔn);考慮到價(jià)格因素的影響,選取實(shí)際地區(qū)生產(chǎn)總值作為經(jīng)濟(jì)資源衡量標(biāo)準(zhǔn)。

市政資源選取年末實(shí)有道路長(zhǎng)度,評(píng)測(cè)城市基礎(chǔ)建設(shè)水平;結(jié)合“新教育、新醫(yī)療”的理念,用普通高等學(xué)校畢業(yè)生數(shù)和醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)醫(yī)師數(shù)作為教育資源和醫(yī)療資源的衡量標(biāo)準(zhǔn),多維測(cè)度生活質(zhì)量水平。

水資源是人類生存的基本保障,選取水資源總量作為評(píng)價(jià)指標(biāo);學(xué)者們多從環(huán)境保護(hù)投資的角度出發(fā),立足于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防控的目的,選取節(jié)能環(huán)保公共預(yù)算支出和地質(zhì)災(zāi)害防治投資作為環(huán)保資源和防災(zāi)資源的衡量標(biāo)準(zhǔn),綜合探究生態(tài)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2 研究方法

2.1 相對(duì)資源承載力模型

計(jì)算來自3個(gè)維度9個(gè)指標(biāo)的相對(duì)資源承載力[9-14]:

(1)

2.2 熵權(quán)—突變級(jí)數(shù)法

采用熵權(quán)法和突變級(jí)數(shù)法相結(jié)合的方法來評(píng)價(jià)相對(duì)資源承載力[14-15]。突變理論由法國(guó)的Rene.Thom提出,突變級(jí)數(shù)法是基于突變理論所演變而來的[16]。先將評(píng)價(jià)指標(biāo)按照層次進(jìn)行劃分,根據(jù)控制變量個(gè)數(shù)選擇相應(yīng)的勢(shì)函數(shù),因控制變量單位不統(tǒng)一需通過分歧集導(dǎo)出歸一化公式來解決,最后計(jì)算得出總隸屬度,并按照其大小進(jìn)行排序分析。

1)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理:

(2)

2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值ej:

(3)

3)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重wj:

(4)

4)根據(jù)各層級(jí)指標(biāo)個(gè)數(shù)確定突變類型及對(duì)應(yīng)的勢(shì)函數(shù),對(duì)各層級(jí)指標(biāo)按照從大到小進(jìn)行排序,排除人為排序主觀誤差。

5)將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)代入歸一化公式計(jì)算各控制變量的突變級(jí)數(shù),然后取子系統(tǒng)的突變級(jí)數(shù)作為上一層評(píng)價(jià)系統(tǒng)各指標(biāo)的控制變量。因指標(biāo)體系內(nèi)各資源指標(biāo)之間存在互補(bǔ)性,屬于互補(bǔ)性突變模型,故選擇均值法取值。

6)建立等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橛?jì)算出的隸屬度通常相差較小,故難以比較。為了使研究更具有應(yīng)用價(jià)值,建立評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17-19],選取控制變量{0.2,0.4,0.6,0.8,1.0},逐級(jí)計(jì)算各層級(jí)隸屬度,最終得出總隸屬度,由此確定各評(píng)價(jià)等級(jí)的取值區(qū)間,見表2。

表2 相對(duì)資源承載力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 阻力模型

借助阻力模型診斷影響礦業(yè)城市相對(duì)資源承載力的關(guān)鍵阻力因子[20],計(jì)算公式如下:

(5)

式中:O為阻力值,表示因子的阻礙程度;sij為偏度,sij=1-xij,表示因子與最優(yōu)值的差值。

3 結(jié)果與分析

3.1 各類資源相對(duì)承載力時(shí)序變化

2012—2021年,安徽省礦業(yè)城市的人口總量呈先增后減,整體呈緩慢上升趨勢(shì),從2012年的3 322.30萬人增加到2021年的3 476.70萬人,增幅只有4.65%。運(yùn)用公式(1)計(jì)算出的2012—2021年安徽省礦業(yè)城市各類資源相對(duì)承載力見表3,變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 2012—2021年礦業(yè)城市各類資源相對(duì)承載力變化趨勢(shì)

表3 2012—2021年安徽省礦業(yè)城市各類資源相對(duì)承載力

從表3中平均值來看,人口總量為3 534.66萬人,除土地資源以外,超過各類資源相對(duì)承載力平均值,并且各類資源相對(duì)承載力存在較大差異,按照平均值排序:土地資源>醫(yī)療資源>水資源>經(jīng)濟(jì)資源>市政資源>防災(zāi)資源>環(huán)保資源>科技資源>教育資源。

首先,土地資源的相對(duì)承載力為3 815.57萬人,相比人口資源3 534.66萬人,超出280.91萬人,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他各類資源的相對(duì)承載力。安徽從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省逐漸邁向新興產(chǎn)業(yè)聚集地,優(yōu)化土地資源分配,不斷深入開展新型城鎮(zhèn)化建設(shè),對(duì)推動(dòng)安徽省礦業(yè)城市的高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。其次,礦業(yè)城市的醫(yī)療資源也相對(duì)充足,相對(duì)承載力為3 464.77萬人,相比人口資源只少了69.89萬人,為社會(huì)人口穩(wěn)步增長(zhǎng)打下關(guān)鍵基礎(chǔ)。但其他各類資源的相對(duì)承載力遠(yuǎn)低于人口資源,礦業(yè)城市教育資源的壓力最大,科技資源和環(huán)保資源也處于相對(duì)匱乏水平。

結(jié)合圖1可知:從時(shí)序趨勢(shì)的變化上看,土地資源的相對(duì)承載力整體呈穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),2012—2014年都為3 500多萬人,但是2015—2021年在3 900萬人左右波動(dòng),說明礦業(yè)城市的土地資源管理方面穩(wěn)中求進(jìn);醫(yī)療資源的相對(duì)承載力在2014—2015年呈現(xiàn)出較大的發(fā)展優(yōu)勢(shì),遠(yuǎn)超同年度的土地資源和人口資源,達(dá)到了近10年的最高水平,但之后就下降至3 300萬人上下波動(dòng),說明醫(yī)療資源是保障人口穩(wěn)定不可或缺的重要部分;水資源的相對(duì)資源承載力在2017年達(dá)到最高,并于2017—2021年在3 000萬人上下波動(dòng),說明人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大對(duì)水資源的需求壓力巨大;防災(zāi)資源的相對(duì)承載力在2 250萬～2 850萬人間波動(dòng)劇烈,相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)在提升對(duì)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)的同時(shí),降低地質(zhì)災(zāi)害所帶來的不確定性和危害性;環(huán)保資源的相對(duì)承載力變化幅度較大,上下波動(dòng)十分明顯,整體呈上升趨勢(shì),與防災(zāi)資源的變化趨勢(shì)相似;經(jīng)濟(jì)資源、市政資源、科技資源和教育資源的相對(duì)承載力保持相對(duì)穩(wěn)定,但與人口資源相比存在嚴(yán)重差距,明顯不能滿足礦業(yè)城市經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 相對(duì)資源綜合承載力橫向分析

在各類資源標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,基于熵權(quán)—突變級(jí)數(shù)模型可計(jì)算出安徽省礦業(yè)城市的相對(duì)資源綜合承載力。2012—2021年,礦業(yè)城市相對(duì)資源綜合承載力呈穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),總體增幅高達(dá)133.98%,如圖2所示。

圖2 2012—2021年礦業(yè)城市相對(duì)資源綜合承載力雷達(dá)圖

由圖2可知,2012年相對(duì)資源綜合承載力0.415為最低水平,2013年上升為0.760,增幅達(dá)83.13%,2014年突破0.800,2014—2015年處于0.800～0.900,2016年突破0.900,并在2021年達(dá)到峰值0.971。根據(jù)表2所示的相對(duì)資源承載力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),礦業(yè)城市相對(duì)資源綜合承載力等級(jí)的演變過程為:弱—較弱—中等—較弱—較強(qiáng)—強(qiáng),總體趨勢(shì)發(fā)展良好。由此表明,相對(duì)資源綜合承載力正在處于穩(wěn)步上升的狀態(tài),安徽省礦業(yè)城市正呈現(xiàn)出高質(zhì)量發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)。政府支持綠色礦山建設(shè)成效顯著的市縣創(chuàng)建示范區(qū),對(duì)綠色礦山建設(shè)給予金融支持,并支持綠色礦山用地用林,多途徑、差別化保障采礦用地合理需求?？赡芘c礦業(yè)城市在“生產(chǎn)—生活—生態(tài)”多維度下相對(duì)資源綜合承載力等級(jí)分布的變化有關(guān)。

3.3 相對(duì)資源綜合承載力時(shí)空分異

結(jié)合相對(duì)資源承載力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出2012年和2021年各礦業(yè)城市的相對(duì)資源綜合承載力指數(shù)和等級(jí),結(jié)果見表4～6。

表4 各城市相對(duì)資源綜合承載力指數(shù)及等級(jí)

結(jié)合表5和表6可以看出,各礦業(yè)城市的相對(duì)資源綜合承載力水平分布不均與地域位置差異有關(guān),指數(shù)變化較大的城市有淮北和池州,有等級(jí)變化的城市是阜陽、滁州和馬鞍山。

表5 2012年各維度相對(duì)資源綜合承載力等級(jí)

表6 2021年各維度相對(duì)資源綜合承載力等級(jí)

相對(duì)資源綜合承載力處于較強(qiáng)水平的城市只有滁州,等級(jí)水平由中等轉(zhuǎn)變?yōu)檩^強(qiáng)。滁州在2021年時(shí)生產(chǎn)資源維度上達(dá)到較強(qiáng)水平,整體有趨于強(qiáng)等級(jí)水平的態(tài)勢(shì)。

相對(duì)資源綜合承載力處于中等水平的城市是阜陽和馬鞍山,等級(jí)水平由較弱轉(zhuǎn)變?yōu)橹械?。阜陽是成長(zhǎng)型資源城市,煤炭?jī)?chǔ)量充足,在生態(tài)資源維度上從中等水平達(dá)到較強(qiáng)水平,表明城市的生態(tài)資源開采較為合理。馬鞍山是再生型資源城市,鐵礦資源優(yōu)勢(shì)明顯,借助產(chǎn)業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級(jí),所以在生產(chǎn)資源維度上有著明顯的提升,指數(shù)增長(zhǎng)了0.197,等級(jí)水平也由弱轉(zhuǎn)變?yōu)檩^弱,但在生活資源維度上從較弱水平下降至弱水平,表明生活水平質(zhì)量未與生產(chǎn)水平質(zhì)量保持同步,存在協(xié)調(diào)發(fā)展失衡的現(xiàn)象。

相對(duì)資源綜合承載力處于較弱水平的城市是亳州、宿州、淮南和宣城。亳州、宿州和淮南都位于皖北,擁有豐富的能源儲(chǔ)備,同時(shí)地處平原地區(qū),擁有得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,3個(gè)城市的相對(duì)資源綜合承載力變化都很小。宣城水資源豐富,2021年達(dá)到115.41億m3,但耕地面積較少導(dǎo)致農(nóng)業(yè)發(fā)展存在一定阻礙,同時(shí)教育資源和市政資源較為薄弱。

相對(duì)資源綜合承載力處于弱水平的城市是淮北、銅陵和池州。3個(gè)城市的承載力等級(jí)保持不變,但銅陵的承載力指數(shù)在上升,淮北和池州的承載力指數(shù)呈下降態(tài)勢(shì)?；幢笔前不帐∧茉串a(chǎn)量排名第2的城市,僅次于淮南,屬于衰退型資源城市,經(jīng)濟(jì)水平不高,同時(shí)水資源匱乏。銅陵和池州位于皖南,因地形原因?qū)е罗r(nóng)業(yè)耕地面積較少,醫(yī)療水平也十分有限。池州擁有豐富的旅游資源,但科技創(chuàng)新的R&D經(jīng)費(fèi)投入有限,所以經(jīng)濟(jì)排在礦業(yè)城市的末位。

3.4 相對(duì)資源綜合承載力阻力診斷

根據(jù)公式(5)對(duì)2012—2021年礦業(yè)城市進(jìn)行阻力診斷,計(jì)算得出各指標(biāo)資源和各維度資源的阻力值。礦業(yè)城市2012—2021年阻力值大小排列前3名的關(guān)鍵阻力因子見表7,礦業(yè)城市維度層阻力值如圖3所示,可以看出三者變化趨勢(shì)存在較大差異。

圖3 2012—2021年礦業(yè)城市各維度阻力值變化趨勢(shì)

表7 礦業(yè)城市關(guān)鍵阻力因子排序

由表7可知,2012—2014年制約相對(duì)資源綜合承載力的阻力因子主要聚集在生產(chǎn)資源維度,土地資源為第1阻力因子,科技資源為第3阻力因子,生態(tài)資源維度的水資源為第2阻力因子。

2015年主要集中在生態(tài)資源維度,第1阻力因子為防災(zāi)資源,水資源由第2阻力因子下降為第3阻力因子,目前的第2阻力因子是生產(chǎn)資源維度的科技資源。

2016年生產(chǎn)資源維度的科技資源上升到第1阻力因子,生活資源維度的市政資源為第2阻力因子,生態(tài)資源維度的環(huán)保資源為第3阻力因子,第一次3個(gè)維度的阻力因子都排進(jìn)前三。

2017—2018年,生態(tài)資源維度的水資源上升到了第1阻力因子,生活資源維度的市政資源仍然保持在第2阻力因子,生產(chǎn)資源維度的科技資源下降到第3阻力因子。

2019年主要集中在生態(tài)資源維度,水資源依然保持在第1阻力因子,防災(zāi)資源為第2阻力因子,生產(chǎn)資源維度的土地資源為第3阻力因子。

2020—2021年主要集中在生態(tài)資源維度,第1阻力因子和第3阻力因子都是土地資源和防災(zāi)資源,第2阻力因子分別是環(huán)保資源和水資源。

由圖3可以看出各維度阻力值的變化趨勢(shì),生產(chǎn)資源呈波動(dòng)變化趨勢(shì),但是2012年和2021年基本持平。土地資源或科技資源每年都在阻力因子的前三名,并在2012—2014、2016、2020—2021年排在首位。

生活資源呈波動(dòng)下降趨勢(shì),在2016超過生態(tài)資源,逼近生產(chǎn)資源,2017—2018略高于生產(chǎn)資源,直至2021年阻力值達(dá)到最低為0。2016年生活資源維度的市政資源阻力因子第一次擠進(jìn)前三名,且3年一直保持為第2阻力因子,阻力值先上升后下降。

生態(tài)資源呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì),在2015年、2017—2019年和2021年占據(jù)主導(dǎo)地位,其他時(shí)間都是被生產(chǎn)資源占據(jù)。水資源或防災(zāi)資源在2015、2017—2019年排在阻力因子的首位。

應(yīng)當(dāng)健全生產(chǎn)—生活—生態(tài)之間的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)防聯(lián)動(dòng)機(jī)制,大力推動(dòng)各維度資源的高效協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)束語

采用熵權(quán)—突變級(jí)數(shù)法優(yōu)化模型,探究安徽省礦業(yè)城市相對(duì)資源承載力時(shí)空分異,借助阻力模型深度診斷,剖析內(nèi)在演變規(guī)律。

土地資源的相對(duì)承載力最大,其次為醫(yī)療資源的,教育資源的最小。除土地資源以外,其他資源的相對(duì)承載力都小于人口資源的。安徽省礦業(yè)城市相對(duì)資源綜合承載力總體趨勢(shì)發(fā)展良好,等級(jí)水平由弱上升到強(qiáng),整體呈現(xiàn)出高質(zhì)量發(fā)展的態(tài)勢(shì)。滁州的相對(duì)資源綜合承載力水平最高,其次是阜陽和馬鞍山,水平最低的是淮北。除淮北和池州呈下降態(tài)勢(shì)以外,其他城市的相對(duì)資源綜合承載力水平都呈上升趨勢(shì)。生產(chǎn)資源和生態(tài)資源的阻力值一直占據(jù)主導(dǎo)地位,第1阻力因子主要集中在土地資源或水資源。

各礦業(yè)城市應(yīng)當(dāng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變,應(yīng)具備資源優(yōu)化配置和環(huán)境污染治理雙重特征,通過合理的新型城鎮(zhèn)化布局來實(shí)現(xiàn)對(duì)礦業(yè)城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向的把控,使礦業(yè)城市經(jīng)濟(jì)整體向環(huán)境友好態(tài)勢(shì)發(fā)展。