构建美好的生态文明即是促进人、社会、自然三者共同协调发展^[1]。在世界经济高速发展的今天, 周围环境状况日益恶劣。因此, 不能一味地把经济指标作为衡量一个城市发展水平的唯一标准, 人们应意识到经济社会发展的同时需兼顾环境的保育, 将重心放在生态文明建设上, 最终形成人与人、人与社会、人与自然和谐相处的美好局面。

我国已将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业五位一体总布局, 把建设生态文明提高到一个前所未有的高度^[2]。中共中央、国务院于2015年9月颁发《生态文明体制改革总体方案》, 提出要加快建立系统完整的生态文明制度体系。在已有学术研究中, 国外最早是由保罗·伯翰南在1971年预见了一种“后文明”即将出现^[3]; 随后威廉·莱斯指出必须建立“易于生存的社会”才可解决生态危机^[4-5]; 罗伊·莫里森把工业革命后的一种文明形式定义为生态文明^[6]。国内研究最早是由叶谦吉在1984年使用了生态文明的概念^[7]; 近年来, 生态文明方面的研究成为热点, 主要集中在生态文明概念和内涵^[8-11]、构建生态文明指标体系^[12-15]、生态文明建设实践^[16-17]等研究。因此, 本研究紧跟党和国家的战略政策及研究前沿, 通过时空的视角, 结合数据分析和图形可视化来呈现长江中游城市群各地区的生态文明建设水平、造成各城市生态文明水平差异的影响因素、各城市在生态文明水平上的差异及逐年演变的趋势, 为进一步推进生态文明建设和发展提供决策指导。

长江中游城市群是以武汉城市圈、环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群为主体形成的特大型城市群, 它承东启西、连南接北, 在我国区域发展格局中占有重要地位。同时, 在国土空间开发中, 长江中游城市群属于重点开发区, 又是江河湖集聚区, 因此, 在城市群建设过程中必须以生态文明为理念, 着眼于推动生态文明建设和提升可持续发展能力, 这样才能共同构筑生态屏障, 促进城市群绿色发展, 形成人与自然和谐发展的良好格局^[18]。

1 研究方法 1.1 熵权TOPSIS法

熵权TOPSIS法共由两部分组成：1)利用熵权法, 基于指标本身具有信息量的多少和数据间的差异性大小测算信息熵, 客观对指标赋权, 可以很好的反映各指标权重在时间上的变化情况^[19], 适用于时间序列的研究; 2)使用TOPSIS法计算每个指标值到理想指标值的相对贴近度, 即靠近正理想解和远离负理想解的程度, 进而得出各指标的优劣排序。流程如下^[20-22]：

创建p行×q列的原始数据矩阵A=(a_ij)p×q, p为研究样本个数, q为指标个数。

1.1.1 标准化处理

为了排除单位的影响, 将原始数据每个指标数值经过变换后最优值为1, 最劣值为0, 即所有指标数值均处于0-1之间。

使用极差法对原始数据进行处理：

正指标

(1)

逆指标

(2)

1.1.2 指标j的信息熵运算

(3)

1.1.3 指标j的熵权运算

(4)

1.1.4 采用加权的TOPSIS法测算贴近度并按优劣程度排序

理想解:

(5)

负理想解:

(6)

与理想解距离:

(7)

与负理想解距离:

(8)

利用贴近度C_i来描述理想距离与负理想距离的综合效应, 即C_i值越大, 表示评价结果越优良：

(9)

最终, 将测算出的所有对象贴近度C_i按降序排列, 进而进行优劣评价。

1.2 障碍度模型

障碍度模型分析诊断主要采用因子贡献度, 指标偏离度和障碍度3个指标, 通过障碍度大小排序厘清各因子的主次关系及对长江中游城市群生态文明水平的影响程度^[23-27]。

因子贡献度：

(10)

指标偏离度：

(11)

障碍度：

(12)

式中, W_j为第j个指标的权重值, X_ij为第i个城市第j个指标标准化后的值。

1.3 全局空间自相关

全局空间自相关方法用于分析整个区域间的空间聚类状况, 采用单一数值来衡量区域平均空间聚集程度。使用Global Moran′s I系数测度空间相邻或空间相近的观察值的相似程度^[28-29]。

(13)

式中, C_i、C_j为单元i和j的贴切度, 是所有城市贴切度的均值, p为研究样本的个数, W_ij为空间权重矩阵, 空间相邻权重为1, 不相邻权重为0。

1.4 Jenks自然最佳断裂聚类法

Jenks自然最佳断裂聚类法是基于数据内部的内在联系自然分组, 使得组间差距最大化组内相似值最优化, 分组点选在数据变量值出现相对最大变化处^[30]。将使用熵权TOPSIS法计算出的2009-2013年各地区的C_i值通过ArcGIS 10.2软件的Jenks自然间断点分级功能分别聚类, 并以C_i值的高低将聚类命名为生态文明极好地区、生态文明较好地区、生态文明一般地区、生态文明较差地区、生态文明极差地区, 最后将结果可视化。

2 构建指标体系和数据来源 2.1 指标体系的构建

参考著名生态学家马世骏提出的社会-经济-自然复合生态系统, 强调经济社会发展与自然环境的综合效益^[31-32], 并根据生态文明的科学内涵^[33-34], 本文在构建生态文明指标体系时主要考量生态环境状况及经济社会发展状况。生态环境状况主要由环境保护力度、环境污染治理状况和地区资源禀赋、资源消耗情况构成, 并按照选取指标具备代表性和可获得性原则, 综合前人研究成果^[35-39], 以生态环境保护、资源环境状况和经济社会发展构建准则层, 以城区绿化覆盖率、工业固体废弃物综合利用率、生活污水集中处理率、生活垃圾无害化处理率、人均水资源总量、单位GDP能耗、单位GDP水耗、单位GDP的SO₂排放强度、人口密度、人均国内生产总值、服务业增加值占GDP比重、人均居民社会消费品零售额、城镇居民年人均可支配收入、农民年人均纯收入这14项指标构建指标层。其中划分10项正指标、4项逆指标, 具体见表 1。

2.2 数据来源

各指标数据来源于2010-2014年的《湖北省统计年鉴》、《江西省统计年鉴》、《湖南省统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《湖北省水资源公报》、《湖南省水资源公报》、《江西省水资源公报》, 部分缺失数据通过各地级市2010-2014年地方统计年鉴补全。空间属性数据来源于国家1:400万基础地形图矢量化成果。

3 结果与分析 3.1 长江中游城市群生态文明指标权重及影响因素探究 3.1.1 基于熵权法的权重确定

以表 1构建的长江中游城市群生态文明水平评价指标体系为基础, 通过公式(1)-(4)逐一运算出2009-2013年连续5a共14项指标的信息熵值和权重, 所得结果在表 2中呈现。

按照信息熵及加权的基本原理, 所得的信息熵H_j越小, 各地区当年对于该指标的数值变异程度越大, 该指标进行解释需要的信息量就越小, 即指标本身含有的信息量越大, 则该指标的权重也应越大^[40]。反之, 信息熵H_j越大, 解释需要的信息量就越大, 指标本身具有的信息量越小, 因此该指标的权重就越小。通过表 2的数据计算结果可以看出：

2009-2013年, X1、X11、X13、X14指标权重逐年递增, 且增加幅度较大, 说明这些指标在评价长江中游城市群生态文明水平上变得越来越重要。而X3、X4、X8、X10、X12的权重呈现逐年下降的趋势, 各指标的信息熵逐年增加, 则各地区对于相应指标值的变异程度降低, 由此可知长江中游城市群各地区在X3、X4、X8、X10、X12指标上趋于稳定。

纵观各指标权重5年来的平均水平, X10(0.1711)、X12(0.1403)、X5(0.1243)、X11(0.0989)、X13(0.0817)名列前5名, 权重较大, 其中X10、X12、X13是衡量一个地区经济社会发展状况、评价当地居民收入和购买力水平的重要指标; X5主要评价了当地的水资源的禀赋情况; 与第二产业中的制造业相比, 服务业不论在资源消耗或是环境污染上都少得多, 增加服务业的比重(X11)有助于促进生态文明发展^[38], 通过熵权水平初步推测这5项指标为影响长江中游城市群生态文明的重要因素, 下文将利用障碍度模型进行诊断和验证, 进一步识别该区域生态文明的影响因子。

3.1.2 障碍度诊断

引入障碍度模型, 通过因子贡献度、指标偏移度和障碍度3个指标进行分析诊断, 科学的确定制约区域生态文明发展的重要障碍因子。从长江中游城市群年指标层的障碍度大小(表 3)和障碍因子出现的频率排序(表 4)^[24]可知：2009-2013年5年来, 在指标体系中存在普遍作用于众多城市的重要影响因素, 即出现在各城市单指标障碍度排名前5名的平均频数分别为X10(30次)、X12(29次)、X11(27次)、X5(24次)、X13(21次), 覆盖了2/3以上的地区; 无论是各年份障碍度大小排名还是障碍因子出现频率排名, 指标X5、X10、X11、X12、X13均分列前5, 因此这5项为影响长江中游城市群生态文明发展的重要因子。与前文通过权重预测的影响因子相契合, 从而验证和诊断了前文得出的生态文明影响因素的准确性和合理性。

从表 3还可发现, 指标X10、X12障碍程度较高, 虽逐年数值百分比有所下降, 仍是阻碍该区域生态文明发展的关键障碍因子; X11的障碍度5年来增长幅度较大, 至2013年障碍度排名已跃居第2名, 因此各地区政府在进行区域生态文明建设时应特别重视服务业增加值占GDP的比重, 明确工作重心, 实施“退二进三”的产业结构调整等方针政策。

3.2 TOPSIS综合评价及成因分析 3.2.1 TOPSIS综合评价

利用公式(5)-(9)逐一运算出长江中游城市群31个地区的指标值与理想解和负理想解的欧式距离以及与贴近度C_i, 将得到的C_i值按照降序进行排列, 即可得到长江中游城市群生态文明水平排名情况。

根据TOPSIS综合评价法原理, C_i值越大, 表明样本离负理想解的距离越远, 离理想解的距离就越近, 该地区生态文明的水平越好。C_i值越小, 表明样本距离负理想解越近, 距离理想解越远, 该地区生态文明的水平越差。笔者测算出2009-2013年的C_i值并进行排序, 从表 5中可以得到, 各地级市生态文明水平的差异及5年来的变化情况。

由排序可以直观看出, 自2009-2013年, 长沙市、武汉市、南昌市一直保持前3甲的位置未曾改变, 生态文明的建设和保持较好。而娄底市、孝感市、黄冈市、荆州市排名5年来均位于尾列, 生态文明水平低下并一直没有起色。湖北省的襄阳市、宜昌市的排序表现为逐年下降, 近年来生态文明水平存在持续低走的趋势。抚州市、鄂州市、吉安市5年来生态文明排名波动性较大, 分别于2010年及2012年、2010年及2013年、2009年及2011年排名达到较前的位置, 但良好的生态文明水平无法长年保持。

3.2.2 基于环境库兹涅茨曲线理论的评价结果解析

针对前文的综合评价结果, 引入环境库兹涅茨曲线理论^[41-43], 对造成长江中游城市群生态文明水平差异化格局的成因进行解释。环境库兹涅茨曲线假说认为在经济社会发展的早期, 人均GDP与环境污染呈正相关, 环境质量与经济发展处于“两难区间”; 当达到某个临界值后, 随着人均GDP进一步增长, 环境状况得到维护和改善, 二者的关系进入“双赢区间”。由此理念构建生态文明库兹涅茨曲线, 使用多项式函数进行拟合, 得到2009及2013年回归曲线, 拟合优度R²分别为0.8511、0.7032(图 1, 图 2)。

长沙市、武汉市、南昌市位于曲线的右上端, 位于“双赢区间”, 经济因素的边际贡献较高, 显著促进生态文明水平的提升, 并身为省会城市, 人均收入水平到达较高层面, 因此5年来生态文明水平稳居前列; 娄底市、孝感市、黄冈市、荆州市处于“两难区间”, 这些城市经济发展状况较落后, 多年来只注重经济的建设发展, 导致点位横向平移并落于生态文明库兹涅茨曲线的下端, 没有保护环境和节约资源的意识, 致使生态文明水平进一步降低, 并逐渐偏离曲线发展; 宜昌市和襄阳市在2009年的生态文明库兹涅茨曲线(图 1)中位于曲线的中上端, 处于“双赢区间”的两城市生态文明水平较好, 但近年来持续强调的“一主两副”战略快速促进宜昌、襄阳两市的经济增长, 政府的工作重心集中在推进经济社会的发展与进步, 而忽略了经济高速运行、城市化程度加剧对生态环境的极大破坏, 这导致到了2013年(图 2), 两市跌落至生态文明库兹涅茨曲线的下方, 人均收入增加对生态文明水平的弹性变差, 造成了两市生态文明状况逐年持续低走。

总体来看, 位于长江中游城市群生态文明库兹涅茨曲线上方的城市, 随着居民收入的增加, 生态文明的回报较高, 因此在不破坏生态环境的前提下, 可在近期主要将重心放于经济的建设和社会的发展; 而位于曲线下方的城市, 经济刺激对生态文明提升的贡献甚微, 需在自然资源的节约和保护、环境污染的治理等方面投入更多努力。

3.3 生态文明水平全局自相关分析

利用ArcGIS 10.2软件, 分别测算长江中游城市群2009-2013年的Moran′s I值、Z得分和P值, 如表 6所示。由于所得的Z得分均未在-1.96-1.96之间, 即未通过5%的显著性检验, 因此各地区间聚集程度不高。其中, 2009年、2010年、2011年的Moran′s I值分别为-0.1121、-0.7556、-0.3604, 表现为微弱的空间负相关性, 即微弱的离散分布状态。而2012年、2013年的Moran′s I值分别为0.1928、0.0574, 表现为微弱的空间相关性, 即微弱的集聚分布状态。总体来看, 从2009-2013年长江中游城市群由微弱负相关向微弱正相关演变。尤其是2012年, 所得的Z得分为1.647, 接近临界值1.96, 虽为随机分布, 但具有较强的集聚分布倾向。

3.4 Jenks自然最佳断裂点聚类分析

因区域间聚集性不强, 只显示了微弱的相关性, 不适合做进一步的局部自相关聚类分析, 因此, 本文采用Jenks自然最佳断裂聚类分析法进行可视化, 对长江中游城市群内部生态文明差异进行分析, 并通过比对5年来的局部变化分析其演变情况。

根据表 7可知, 长江中游城市群生态文明整体水平不高, 超过50%的城市处于生态文明水平一般和较差地区, 并结合图 3, 对长江中游城市圈内部3大子城市群(武汉城市圈, 环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群)进行分析。武汉城市圈中武汉市的生态文明水平表现为极好, 并与其他周边城市呈现两极化发展的势态, 验证了弗里德曼的“中心-外围”理论, 纵观5年的时间推移, 这种差异还在逐渐增大。环长株潭城市群以长沙市为中心, 株洲市为副中心, 带动周边城市生态文明稳步发展, 滞后型城市远离中心分布, 接收中心城市的辐射较弱, 具有明显的二元特征, 此格局5年来未曾改变。环鄱阳湖城市群区域间生态文明水平差异不大, 5年来各地区生态文明水平变化波动性较大, 但整体来看, 生态文明水平发生了本质的变化和提升, 大部分城市已经从生态文明较差水平向生态文明水平一般转变, 并具有进一步向较好以上演变的趋势, 这主要得益于近年来江西省政府及地方政府对生态文明建设加以重视, 共同努力将环境污染物的治理、生态资源的保护, 经济社会的发展做好, 推进江西省各区域生态文明整体实力向前一步发展。

从局部来看, 按照变化稳定和变化波动将局部特征及演变结果进行分类阐述。对于变化稳定的区域, 长沙市、武汉市一直处于生态文明极好的水平, 双核形体突出, 这样的格局5年来未曾改变。城市在生态文明的建设与保持方面做得相当到位, 南昌市的生态文明水平虽在5年中均处于较好以上, 但表现略显波动, 与长沙市与武汉市还有一定差距。相反, 娄底市、孝感市、黄冈市、荆州市则连续5年来一直处于生态文明水平极差的状态或是在生态文明极差与较差间徘徊, 表现为城市在绿化、污水废弃物的处理方面程度差, 资源消耗强度大, 人民生活水平低, 政府未采取有效措施来提高当地的生态文明水平。湘潭市、株洲市、岳阳市、景德镇市及常德市的生态文明处于中流偏上水平, 5年来均稳定于一般至较好之间。

对于变化不稳定的地区, 襄阳市、宜昌市作为湖北省第二批次城市, 生态文明逐年恶劣, 生态文明水平由2009年的较好水平跌至2013年的一般偏下水平, 主要因为近年来地区政府遵照“一主两副”战略方针, 全力发展GDP水平, 促进经济发展的同时, 忽略了生态环境的保护与资源的合理利用。有些城市2009至2013年生态文明水平演变呈无规律状态, 波动性很大。九江市的生态文明水平5年来年经历了3个档次变化, 在生态文明较好、一般及较差水平间徘徊, 并于2010年和2012年的生态文明表现最佳, 均处于较好水平。表明当地政府在建设生态文明方面做出了努力, 但维持和连续性差, 城市好的生态文明状态无法长期保持, 在取得良好的生态文明水平提升后次年立即出现大幅度下降。

4 结论与对策

通过分析, 得到以下结论：1)长江中游城市群生态文明的5大影响因素为：人均国内生产总值、人均居民社会消费品零售额、服务业增加值占GDP比重、人均水资源总量、城镇居民年人均可支配收入。2)长江中游城市群生态文明整体水平不高, 3大子城市圈形成差异化格局, 其中武汉城市圈以武汉市为核心, 与周边城市极化现象明显, 并这种两极化格局逐年加剧; 环长株潭城市群以长沙为中心, 对邻近城市生态文明建设有一定带动能力, 但对距离较远城市影响偏弱; 环鄱阳湖城市圈整体生态文明差异较小, 5年来生态文明水平进步明显, 但是演变过程不稳定。3)2009-2013年长江中游城市群生态文明聚类特征由微弱的负相关向微弱的正相关演变, 并于2012年存在较强的集聚倾向。4)作为长江中游城市群第二批次城市, 襄阳市、宜昌市生态文明水平逐年下降, 九江市生态文明建设持续性不够, 无法长期维持良好的生态文明水平, 起伏性较大。

针对以上结论, 笔者提出几点对策, 共促长江中游城市群生态文明健康发展：1)在武汉城市圈中, 由于武汉市周边城市多数位于生态文明库兹涅茨曲线下方, 可利用武汉市先进的科学技术及丰富的资金、人才和教学资源带领周边城市进行生态环境的保护和治理。具体可采用新型清洁能源代替传统能源, 使用新型节水灌溉技术提高水资源的利用效率; 通过制作环保主题宣传海报和影片并开展环保系列教育讲座, 提高周边城市居民环保理念和意识; 缓解两极化格局, 促进武汉城市圈生态文明整体水平进一步提高。襄阳市和宜昌市政府应改变观念, 需以绿色都市为主题理念进行城市建设, 优化产业结构, 促进工业结构的轻型化转变^[44]; 降低产能, 鼓励发展生态农业等环境友好型产业; 转变生产方式, 由“大生产、大消耗、大排放”的工业化生产方式转化为“低消耗、少污染、可循环”的生态化生态方式^[45]。并根据环境外部性理论^[46], 需健全生态补偿、环境税、环境责任险、排污交易权、环境信贷等市场机制, 促进环境损失和资源消耗“内部化”^[45], 逐步由“经济导向型”都市向“生态文明导向型”都市转变。2)环长株潭城市群各城市普遍处于生态文明库兹涅茨曲线的上方, 可适当进行社会经济建设, 提高居民的宜居度和生存舒适性。具体可建设点轴模式系统, 以主要铁路干线京广铁路和洛湛铁路为轴, 建设形成京广经济轴带和洛湛经济轴带, 促进沿线节点城市间的物资交流和信息传递, 推动各城市经济发展, 扭转二元特征。3)环鄱阳湖城市群5年来生态文明提升颇大, 政府在坚持原有政策方针的基础上, 应进一步扎实的遵照国家六部委批复的《江西省生态文明先行示范区建设实施方案》的各项要求, 加快建设江西省生态文明先行示范区。注重生态文明制度创新, 重点进行中部地区绿色崛起先行区、大湖流域生态保护与科学开发典范区、生态文明体制机制创新区“三区建设”, 构建“一湖五河三屏”为主体的生态安全格局, 打造“美丽中国”生态文明建设的“江西样板”^[47-48]。