張嘉琪，王春艷，寧雄，劉毅

(清華大學環(huán)境學院，北京 100084)

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長江中下游城市群“三大安全”水平分析

張嘉琪，王春艷，寧雄，劉毅

(清華大學環(huán)境學院，北京 100084)

糧食生產安全、流域生態(tài)安全和人居環(huán)境安全合稱“三大安全”，體現(xiàn)了區(qū)域生態(tài)、生產、生活環(huán)境的質量水平。通過設置指標體系，綜合分析長江中下游城市群28個地市“三大安全”的水平，得到各地市影響綜合安全水平提高的主要指標，從而提出改善區(qū)域“三大安全”的對策建議。研究結果表明，對比2012年，長江中下游城市群2030年流域生態(tài)安全和人居環(huán)境安全水平均有所上升，糧食生產安全水平呈現(xiàn)先下降后上升趨勢，2020年下降5.7%，2030年在2020年基礎上提高7.6%，未來“三大安全”整體水平有所上升。水資源潛力、單位面積農業(yè)機械動力、濕地生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)面積占比、城鎮(zhèn)化率、人口密度、建成區(qū)綠化覆蓋率等是制約安全水平提升的主要影響因子。

長江中下游城市群；糧食生產安全；流域生態(tài)安全；人居環(huán)境安全

近年來，長江中下游城市群人地關系、人水關系緊張，流域性水環(huán)境污染、城市群復合大氣環(huán)境污染形勢嚴峻，累積性污染風險不斷加大，自然生態(tài)特別是水生態(tài)惡化趨勢尚未根本扭轉，持續(xù)改善環(huán)境質量的任務十分艱巨。保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境可以具體歸結到糧食生產安全、流域生態(tài)安全和人居環(huán)境安全(以下簡稱“三大安全”)[1]。

隨著國家促進中部地區(qū)崛起、“兩橫三縱”城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略格局、依托黃金水道建設長江經濟帶等一系列開發(fā)戰(zhàn)略的實施，長江中下游城市群作為“中部崛起”和“長江經濟帶”的重要組成部分，其社會經濟可持續(xù)發(fā)展面臨的資源環(huán)境約束更加突出。探索確保流域生態(tài)安全、糧食生產安全和人居環(huán)境安全，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)建設、產業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護的模式與對策，對于促進工業(yè)化、新型城鎮(zhèn)化和農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，優(yōu)化國土空間開發(fā)格局，轉變發(fā)展方式、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義和深遠影響。

1 研究區(qū)域

長江中下游城市群包括武漢城市圈、長株潭城市群、鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)和皖江城市帶4個區(qū)域，涉及湖北、湖南、江西、安徽4省的25個地級市和3個省直轄區(qū)域，區(qū)域內涉及長江、鄱陽湖、洞庭湖、巢湖等全國主要河流與湖泊。國土面積為26.3萬平方公里，2012年全區(qū)總人口1.1億，地區(qū)生產總值4.1億元，分別占全國總量的2.7%、8.4%和7.2%。

安徽、湖北、湖南、江西4省地處《全國新增1000億斤糧食生產能力規(guī)劃(2009—2020年)》中劃定的糧食主產區(qū)。長江中下游平原地區(qū)由于地面高程普遍低于長江及其支流尾閭汛期洪水位數(shù)米至十余米，洪澇災害威脅極為頻繁嚴重，是長江流域防洪的重點地區(qū)；區(qū)域內涉及水資源一級區(qū)3處，二級區(qū)9處，三級區(qū)19處，對保障流域水安全具有極為重要的作用。該地區(qū)經濟發(fā)展水平較高，擁有密集的城鎮(zhèn)群體，地區(qū)人口總量大、密度高，并且涉及下游地區(qū)飲用水安全，是人居保障功能的重要地區(qū)。

2 研究方法

對長江中下游城市群的各城市現(xiàn)狀進行分析，建立具有地區(qū)代表性的“三大安全”指標體系。運用min-max標準化方法處理各子指標，并根據(jù)指標的實際意義，對于部分指標采取1減去歸一化后數(shù)值作為該項指標的水平值。處理后數(shù)值越大，表示該項指標的安全水平越高。指標類型分為預測性和約束性兩種：預測性指標可通過模型模擬預測，約束性指標為根據(jù)地區(qū)規(guī)劃所得的約束結果。針對農業(yè)相關預測指標，綜合國家到2020年新增糧食生產能力1000億斤目標，區(qū)域國家糧食主產區(qū)定位，以及各地農業(yè)相關規(guī)劃得出。在各地“十二五”規(guī)劃和“十二五”環(huán)保規(guī)劃基礎上，綜合產業(yè)空間布局、結構調整和未來技術水平提升，得出資源利用、污染排放等相關指標情景年水平。

2.1 糧食生產安全

糧食生產安全包括：糧食產量安全，主要指糧食生產應當最大限度地滿足國家對研究區(qū)域的糧食生產的產量要求；糧食質量安全，主要指糧食產品的質量得到保證；糧食生產要素安全，主要指盡可能滿足糧食生產過程中各生產要素的需求或要素生產效率的提升；糧食面源污染安全，指由于糧食生產帶來的環(huán)境污染問題[2-4]。依據(jù)上述對糧食生產安全四個維度的討論，建立指標體系，如表1所示。

表1 糧食生產安全指標

注：1.各城市河流水質中劣Ⅴ類監(jiān)測斷面的比重；2.各城市單位面積大氣Hg的沉降量；3.全社會用水總量(需水量)與水資源利用紅線的差值占農業(yè)總用水量(需水量)的比重；4.未來年耕地用量與評價年耕地用量的差值占評價年耕地用量的比重。

2.2 流域生態(tài)安全

流域生態(tài)安全最早關注與飲用水保障、水對人的影響相關問題，進一步拓展到對流域水體功能方面的研究，包括對人、環(huán)境、社會經濟發(fā)展等的支撐[5]。本研究從支撐社會經濟活動、保障自然生態(tài)的角度出發(fā)，提出流域生態(tài)安全的指標體系，如表2所示[6-7]。

表2 流域生態(tài)安全指標

注：1.考慮水資源時空分布等特征綜合得出的安全指數(shù)。

2.3 人居環(huán)境安全

根據(jù)地區(qū)人居環(huán)境的實際情況，具體將人居環(huán)境安全分為以下幾個部分：發(fā)展水平，主要指社會發(fā)展水平滿足人們生活需求，并能夠為人居環(huán)境改善提供經濟、空間上的支持；資源環(huán)境，主要指資源環(huán)境狀況對人居環(huán)境的影響，包括能源、水源、大氣和生態(tài)環(huán)境對人居環(huán)境改善的制約；城市生態(tài)，主要指城市生態(tài)環(huán)境對人居環(huán)境的影響，包括城市的綠化率、森林覆蓋率等指標；污染控制，主要指城市公共設施對人居環(huán)境的改善，包括對污水、生活垃圾的處理情況[8-9]。相關指標如表3所示。

表3 人居環(huán)境安全指標

注：現(xiàn)狀年各地市還未全面開展PM2.5監(jiān)測，導致數(shù)據(jù)缺失，PM2.5作為指標但不參與評價。

3 結果分析與討論

3.1 糧食生產安全水平分析

根據(jù)表1所選擇的糧食生產安全指標對長江中下游城市群進行糧食生產安全水平評估，如圖1所示。2012年長株潭城市群的糧食生產安全水平較差，水資源潛力、單位產量農機動力、單位面積氨氮排放量成為制約糧食生產安全的重要因素；武漢城市圈的單位面積糧食產量、水質達標率、單位產量農機動力是保障其糧食生產安全的主要因素；鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的單位面積COD和氨氮排放量是其未來提高糧食生產安全水平的重點方面；皖江城市帶的單位面積糧食產量和單位產量農業(yè)機械動力是糧食生產安全的重點影響因素。預計2020年糧食生產安全水平略有下降，主要是因為大氣Hg沉降量增加，農藥化肥施用強度、單位面積COD和氨氮排放量增加也是導致糧食生產安全水平下降的重要因素。2030年農業(yè)面源污染將得以控制，農藥、化肥濫用的情況也將逐步得到遏制，糧食生產安全水平得到進一步保障，鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的糧食生產安全水平依舊最好，其他三個地區(qū)較之還有差距。

從圖1可以看出，株洲、湘潭、合肥、鄂州、黃岡的糧食生產安全現(xiàn)狀水平比較低。到2020年、2030年，株洲、武漢、湘潭、合肥、鄂州及上饒的糧食生產安全水平均較低。其中影響株洲糧食生產安全水平的因素主要是水資源潛力較低；影響湘潭的因素主要是單位面積的COD和氨氮排放量較高；影響武漢的因素主要是單位面積糧食產量較低，大氣Hg沉降量高；影響鄂州的因素主要是單位面積糧食產量低，化肥濫用情況嚴重，水資源潛力相對較低和大氣重金屬沉降問題突出；影響合肥的因素主要是單位面積糧食產量低，單位面積農業(yè)機械動力小；影響上饒市的因素主要是單位面積農藥使用量較大。

圖1 長江中下游城市群各地市糧食生產安全水平Fig.1 The grain production security assessment result of the cities in YRUA

3.2 流域生態(tài)安全水平分析

長江中下游城市群各地市流域生態(tài)安全水平如圖2所示。可以看出，2012年，4個區(qū)域中長株潭城市群流域生態(tài)安全水平最高，皖江城市帶流域生態(tài)安全水平最低，武漢城市圈和鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)安全水平相當。皖江城市帶COD超載情況在4個區(qū)域中最為嚴重，未來保障流域生態(tài)安全的任務也最重。長株潭城市群多項指標在4個區(qū)域中居于首位，但濕地面積占比和水資源紅線占用率兩項指標排名末位，未來水資源壓力及濕地生態(tài)系統(tǒng)保護存在較大壓力。武漢城市圈在水資源安全等級、氨氮超載系數(shù)、森林生態(tài)占比3項指標中安全水平最低。鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)需重點關注工業(yè)廢水排放和污染物治理等方面。未來這4個地區(qū)流域生態(tài)安全水平均有提高，其中武漢城市圈提高最快；皖江城市帶超越鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)，成為區(qū)域流域生態(tài)安全水平排名第二的地區(qū)；鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)排名最后，COD超載系數(shù)指標對整體流域生態(tài)安全水平約束尤為嚴重。

池州、滁州、荊州、孝感等城市流域生態(tài)安全現(xiàn)狀水平較低，4個省會城市在28個城市中排名中上。目前長江中下游城市群流域生態(tài)安全主要受生態(tài)系統(tǒng)安全影響顯著，其次是污染治理壓力大。除長沙與合肥外，其余城市未來流域生態(tài)安全水平均有所提高，武漢2020年流域生態(tài)安全水平略有下降，到2030年又有所上升，且同2012年相比也有提高；荊州、孝感、池州、滁州等市改善效果明顯。

圖2 長江中下游城市群各地市流域生態(tài)安全水平Fig.2 The basin eco-security assessment result of the cities in YRUA

3.3 人居環(huán)境安全

長江中下游城市群各地市人居環(huán)境安全水平如圖3所示。2012年皖江城市帶的人居環(huán)境安全水平最好，武漢城市圈的人居環(huán)境安全水平最差。武漢城市圈4個要素中的發(fā)展水平、城市生態(tài)、污染控制在4個城市圈中都排在后兩位；長株潭城市群的發(fā)展水平、污染末端削減兩個指標最優(yōu)，主要制約因素為城市生態(tài)水平；鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的城市生態(tài)環(huán)境最優(yōu)，主要制約因素為資源環(huán)境；皖江城市帶的資源環(huán)境水平在4個地區(qū)中排名第一。

與人居環(huán)境2012年的安全水平對比可得，長江中下游未來人居環(huán)境安全水平將有所提高。2012—2030年，人居環(huán)境安全水平上升速度最快的城市是黃岡，對比2012年，2030年人居環(huán)境安全水平上升了52%。黃岡、荊州的人居環(huán)境安全仍然排在所有城市中的后兩位，但六安的人居環(huán)境安全水平排名有所上升，與2012年相比，人居環(huán)境安全水平提高了34%，安慶的排名降為第三差城市。2030年武漢城市圈人居環(huán)境安全水平最低，制約因素仍然是發(fā)展水平、城市生態(tài)和污染控制3個要素，長株潭城市群的人居安全水平躍居4個地區(qū)之首。

圖3 長江中下游城市群各地市人居環(huán)境安全水平Fig.3 The residential environment security assessment result of the cities in YRUA

3.4 “三大安全”綜合評價

綜上，4個地區(qū)綜合安全水平逐年提高，并表現(xiàn)出加速增長趨勢，未來研究區(qū)域整體安全水平將不斷提升，如圖4所示。武漢城市圈綜合安全水平在4個地區(qū)相對較差，“三大安全”水平整體偏低，尤其是人居環(huán)境安全水平，2012年和2020年均排名最后，但上升幅度最快。長株潭城市群在4個地區(qū)排名中游，安全水平提升比較緩慢，2030年安全水平排名降為末位。皖江城市帶和鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)分別排在4個地區(qū)前兩名，未來安全水平仍然較高，其中皖江城市帶安全水平增長幅度較快。

圖4 長江中下游城市群“三大安全”評價結果Fig.4 The assessment results of the “three securities” in YRUA

從城市角度來看，2020年武漢、鷹潭、合肥及安慶四地綜合安全水平較2012年有所下降，其他城市安全水平均有所好轉，至2030年全部城市安全水平均呈上升態(tài)勢，其中蕪湖、滁州上升水平最為顯著。銅陵市2012年、2020年、2030年綜合安全水平均為最高。2012年荊州、黃岡、滁州排名最后，此后荊州、黃岡兩地綜合安全水平整體上升緩慢，未來仍排在區(qū)域后三名。蕪湖、滁州上升速度最快，2030年綜合安全水平較2012年分別上升24.2%和23.4%。

4 結論

未來，長江中下游城市群的流域生態(tài)安全和人居環(huán)境安全水平將不斷提升，糧食生產安全水平2020年有所下降，但2030年優(yōu)于現(xiàn)狀，“三大安全”水平整體好轉。糧食生產安全水平長株潭城市群最低，地市中武漢市最低，主要影響因素是水資源潛力、糧食產量、大氣沉降、單位面積農業(yè)機械動力等問題。池州、滁州、荊州、孝感等城市流域生態(tài)安全水平較低，武漢、長沙、南昌、合肥4個省會城市排名中上。濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)面積占比低，污染治理壓力大，污染物排放量大是影響流域生態(tài)環(huán)境安全的最主要因素。武漢城市圈的人居環(huán)境安全水平最差，主要受發(fā)展水平、資源環(huán)評和污染控制3個要素影響，具體表現(xiàn)在城鎮(zhèn)化率、人口密度、建成區(qū)綠化覆蓋率、建成區(qū)排水管網密度、生活垃圾無害化處理率等指標影響。

針對上述問題，未來長江中下游城市群應加快發(fā)展特色經濟作物，鼓勵采用現(xiàn)代生物技術和環(huán)境友好的生產方式，積極推進種養(yǎng)平衡，逐步改善土壤質量。嚴格執(zhí)行生態(tài)空間管制，依托山—江—湖構筑區(qū)域生態(tài)網絡屏障，逐步提升森林生態(tài)服務功能，扭轉濕地生態(tài)系統(tǒng)惡化趨勢，積極開展紅線區(qū)生態(tài)修復。加強水資源紅線管理，嚴格控制區(qū)域用水總量過快增長，株洲、合肥、武漢等地需要率先實現(xiàn)工業(yè)用水新鮮用水，逐步減緩區(qū)域水資源超載現(xiàn)象，建立健全長江水資源有償使用制度。污染排放方面強化差別化排放標準，確保污染物總量控制，重污染城市及有條件地區(qū)建議火電、鋼鐵、有色、石化、紡織、化工等行業(yè)制定特別排放限值。同時還應加大環(huán)保投資額度，嚴格資源有償使用制度，健全生態(tài)補償制度，實行沿河的生態(tài)環(huán)境損害賠償制度，建立健全環(huán)境保護長效機制。

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Assessment of “Three Securities” in the Middle-Lower Yangtze River Belt

ZHANG Jia-qi, WANG Chun-yan, NING Xiong, LIU Yi

(School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

The “three securities” refer to the grain production security, basin eco-security and residential environmental security, representing the general level of the eco-environment, production and living standard. This paper proposes an index system to assess the securities in 28 cities in the middle-lower Yangtze River belt, confirms the main factors of the index, and provides some suggestions on improving the three securities. Study results shows that compared with the year 2012, the basin eco-security and residential environmental security is predicted to improve in 2030. The grain production security is predicted to go up by 7.6% from 2020 to 2030 after dropping by 5.7% from 2012 to 2020. Of all factors that influence the three securities, the main ones are: the water resource potentialities, agriculture machine power per unit area, area ratio of the wetland eco-system and forest eco-system, urbanization rate, population density, and green coverage rate.

urban agglomeration in the middle-lower Yangtze River belt; grain production security; basin eco-security; residential environmental security

2017-03-16

區(qū)域和行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)境評價財政專項(2110203)

張嘉琪(1989—)，女，遼寧鞍山人，科研助理，碩士，主要從事環(huán)境系統(tǒng)分析、戰(zhàn)略環(huán)境影響評價，E-mail：zhangjiaqi_1989@126.com

劉毅(1975—)，男，教授，博士，主要從事環(huán)境系統(tǒng)分析、復雜系統(tǒng)模擬與戰(zhàn)略環(huán)境影響評價，E-mail：yi.liu@tsinghua.edu.cn

10.14068/j.ceia.2017.04.008

X820

A

2095-6444(2017)04-0031-05