陳紫君，倪筱珈，趙先超

（湖南工業(yè)大學 城市與環(huán)境學院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

面對快速工業(yè)化和城鎮(zhèn)化時期的高額資源、環(huán)境成本，以及日益趨緊的社會經(jīng)濟發(fā)展約束條件，可持續(xù)發(fā)展理念逐漸發(fā)展為全球共識[1]。其理論基礎(chǔ)為一定時期內(nèi)，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所能承載的環(huán)境壓力、資源需求是有限的，人類想要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須將社會經(jīng)濟等人類活動控制在該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的承載范圍內(nèi)[2-4]。因此，通過對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與人類活動承載狀況的深入研究，定量分析區(qū)域生態(tài)承載力水平，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供有效的參考。

1921 年，R.E.Park 等[5]在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域引入了承載力（carrying capacity）概念，形成了生態(tài)承載力理論雛形。隨著生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾日趨尖銳，基于土地、人口、植被、資源環(huán)境、自然體系平衡等[6]不同角度的承載力研究被提上議程。生態(tài)承載力區(qū)別于以往單一的承載力，它既考慮社會經(jīng)濟與資源環(huán)境的平衡性，又關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)自身運行的可持續(xù)性和穩(wěn)定性，重點關(guān)注人類社會經(jīng)濟活動壓力對生態(tài)系統(tǒng)的壓力，人類社會經(jīng)濟發(fā)展的動態(tài)性、復雜性、多樣性決定了生態(tài)承載力的空間異質(zhì)性和不穩(wěn)定性[7]。

目前，國內(nèi)外學者在生態(tài)承載力的理論體系、評估方法及應(yīng)用領(lǐng)域等方面進行了諸多有益探索。理論體系上以生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力[8]、生態(tài)系統(tǒng)最大承載能力[9]、可供養(yǎng)種群數(shù)量[10]、經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展能力[11]4 個表征方式為主，但尚未形成科學統(tǒng)一的概念內(nèi)涵。研究內(nèi)容上，早期重點關(guān)注生態(tài)領(lǐng)域單因素承載力大小的測算和生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)及功能的研究，如環(huán)境承載力測算、資源承載力測算、海洋生態(tài)承載力測算等；后期逐漸將承載力概念從生態(tài)領(lǐng)域向社會經(jīng)濟領(lǐng)域延伸，如對城市公共設(shè)施承載力的測算[6]，但缺少對綜合生態(tài)承載力（comprehensive ecological carrying capacity）的評估和分析。指標體系構(gòu)建上形成了兩類主流，第一類從承載力屬性出發(fā)，將指標體系分為支持力-壓力體系[12]或生態(tài)彈性力-壓力-承載力體系[13]，第二類基于區(qū)域生態(tài)承載力構(gòu)成機制，將指標體系分為資源承載力-環(huán)境承載力-人口承載力-社會經(jīng)濟承載力體系[14]，或引入“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”（pressure-state-response，PSR）模型，先對人口、資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟等指標，按性質(zhì)分為壓力指標、狀態(tài)指標、響應(yīng)指標，然后細化指標體系[4]。研究方法上主要分為靜態(tài)現(xiàn)狀評估方法和動態(tài)仿真預測方法兩大類。生態(tài)足跡法[15-17]、人類凈初級生產(chǎn)力占用法[18-19]、碳氧平衡法[20-21]、狀態(tài)空間法[22-23]、綜合評價法[24-25]，及其他數(shù)理模型[26-27]被廣泛地應(yīng)用于靜態(tài)現(xiàn)狀評價中；而動態(tài)仿真預測方法則以系統(tǒng)動力學為主，通過構(gòu)建系統(tǒng)動力學仿真模型對承載力未來發(fā)展狀況進行預測。研究區(qū)域主要集中在流域[9-28]、海岸帶區(qū)域[29-30]、生態(tài)敏感性區(qū)域[31]、資源型城市[32]及區(qū)域核心城市[33]等典型空間。除此之外，隨著承載力理論的深化和外延，部分學者基于區(qū)域生態(tài)承載力評價，提出了功能區(qū)劃方案，指導產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、加強生態(tài)安全等方面的研究也是生態(tài)承載力研究的實踐應(yīng)用。上述研究多側(cè)重相關(guān)領(lǐng)域單因素承載力大小的靜態(tài)描述，在城市綜合生態(tài)承載力評估及其水平方面略顯不足，更鮮有學者結(jié)合城市轉(zhuǎn)型發(fā)展需求對城市綜合生態(tài)承載力進行深入研究，而如何將以城市綜合生態(tài)承載力為表征方式的生態(tài)文明建設(shè)理念滲透到城市轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，是亟待解決的問題。

傳統(tǒng)工業(yè)型城市是指建國初期國家布局建設(shè)、以重工業(yè)企業(yè)為依托的城市，是典型的“資源-環(huán)境-社會-經(jīng)濟”復合生態(tài)系統(tǒng)，其可持續(xù)發(fā)展不僅需要關(guān)注城市社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)資源環(huán)境的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，還要考慮生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)對恢復受損生態(tài)系統(tǒng)的能力及社會經(jīng)濟發(fā)展對受損生態(tài)系統(tǒng)的改善和治理能力。狀態(tài)空間法能定量描述復合生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)，更能反映系統(tǒng)內(nèi)不同變量的相互關(guān)系，克服了生態(tài)承載力評價的主觀隨意性。因此，本文嘗試從傳統(tǒng)工業(yè)型城市可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實角度，提出傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力概念，即在一定時間內(nèi)，特定區(qū)域的資源供給、環(huán)境循環(huán)、社會經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境治理、技術(shù)進步、居民觀念轉(zhuǎn)變等多方面耦合而成的支撐區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性運作的能力。以株洲市為案例城市，構(gòu)建了傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合承載力評價指標體系，并運用組合賦權(quán)法和狀態(tài)空間法相結(jié)合的手段，對株洲市2007—2018 年綜合生態(tài)承載力狀況進行評估，分析了制約株洲市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，為探討傳統(tǒng)工業(yè)型城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)建低碳城市試點工作等方面提供思路和對策建議。

2 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 區(qū)域概況

株洲市位于湖南省東部偏北位置，長株潭城市群核心城市之一。東起羅霄山脈西麓，與江西省西北部城市接壤，南至南嶺山脈，與衡陽市、郴州市相連，西鄰湘潭市，北與湖南省省會長沙市相鄰，全市土地總面積約11 247.55 km2。株洲市是“一五”計劃時期長江以南唯一新建的工業(yè)城市，先后建立了數(shù)百家冶煉、化工廠，“五礦株冶”“中鹽株化”等大型央企也在此扎根，為新中國經(jīng)濟發(fā)展提供了穩(wěn)健保障。然而，長期以破壞生態(tài)環(huán)境為代價的經(jīng)濟模式逐漸面臨發(fā)展的瓶頸，曾經(jīng)連續(xù)兩年被列入“全國十大污染城市”[34]。自2007 年“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型”（“兩型”）社會建設(shè)起，株洲市采取了“一般改造、落后淘汰、生態(tài)優(yōu)先、綠色轉(zhuǎn)型”等系列行動，以去除污染產(chǎn)能[34]，又通過強化拓展自身“火車-飛機-汽車”三大動力優(yōu)勢，增強內(nèi)生動力，保障新舊產(chǎn)能有效轉(zhuǎn)續(xù)。2018 年株洲市GDP 達到2 631.54億元，其中第三產(chǎn)業(yè)比例為49.20%，經(jīng)濟向后工業(yè)時期“三二一”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，全社會研究與試驗發(fā)展經(jīng)費支出占GDP 比例排全省第一，2013—2018 年單位GDP 能耗累計下降達27.19%，2018 年全市各地區(qū)工業(yè)二氧化硫去除率達96.10%，市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率較2017 年提高了5.70 個百分點，地表水水質(zhì)達標率達到100%，森林覆蓋率達61.95%。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所涉及的人口數(shù)據(jù)、社會數(shù)據(jù)及經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來自于《株洲市統(tǒng)計年鑒》（2007—2019）、《株洲市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》（2007—2018）；工業(yè)污染物排放及處理利用情況數(shù)據(jù)主要來自于《株洲市環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2007—2018）；水資源消耗總量和水資源總量數(shù)據(jù)來自于《株洲市水資源公報》（2007—2018）；耕地面積數(shù)據(jù)來自于株洲市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)（2007—2018）。

3 研究方法

3.1 指標篩選與構(gòu)建

為確保指標體系能準確、科學地反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和區(qū)域?qū)嶋H情況，指標篩選時應(yīng)遵循科學性、典型性、綜合性以及可得性等原則。在大量理論研究的基礎(chǔ)上，通過專家咨詢和實地調(diào)研，結(jié)合傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力的概念內(nèi)涵和株洲市的實際情況，本文對株洲市綜合生態(tài)承載力的評估設(shè)計了4層28 個具體指標，具體如表1 所示。

由表1 可知，本研究以城市綜合生態(tài)承載力為目標層，城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力、人類活動壓力、社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力為準則層。

1）城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力。城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力主要反映生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和人類通過治理環(huán)境來減輕城市生態(tài)系統(tǒng)壓力的支撐能力指標，包括地物覆被指標、資源供給指標、環(huán)境治理指標3 個維度。城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力為度量自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)耦合而成的復合生態(tài)系統(tǒng)承受人類經(jīng)濟活動壓力的閾值而設(shè)定。

2）人類活動壓力。人類活動壓力是主要反映社會經(jīng)濟發(fā)展和人類繁衍后代過程中對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生威脅的壓力指標，包括人口壓力指標、經(jīng)濟增長指標、環(huán)境污染指標、資源消耗指標4 個維度。人類活動壓力設(shè)定的意義在于度量人類為實現(xiàn)社會經(jīng)濟目的而采取的行動對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的種種影響和壓力。

3）社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力。社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力主要反映科技進步、居民生活水平提高、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型對提高城市綜合生態(tài)承載力的協(xié)調(diào)力指標，包括技術(shù)進步指標、生活質(zhì)量指標、經(jīng)濟發(fā)展指標3 個維度。社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力為度量社會觀念轉(zhuǎn)變和人類發(fā)揮主觀能動性提高城市綜合生態(tài)承載力的潛力而設(shè)定。

表1 株洲市綜合生態(tài)承載力評價指標體系Table 1 Assessment index system of comprehensive ecological carrying capacity in Zhuzhou city

3.2 城市綜合生態(tài)承載力評價方法

3.2.1 數(shù)據(jù)預處理

指標體系中各變量在測度量綱、量級及數(shù)據(jù)特征上存在較大差異，本研究采用極差標準化法對各變量原始數(shù)據(jù)進行處理。根據(jù)指標屬性，將指標分為正向指標和負向指標。

正向指標（效益型指標）：

負向指標（成本型指標）：

式中：Xij為第i項指標第j年的實際值；

Yij為第i項指標第j年的標準化值；

maxXi和minXi分別為第i項指標的最大值和最小值，且0 ≤Yij≤1。

無論是效益型指標還是成本型指標，經(jīng)過數(shù)據(jù)標準化處理后的值，其值越大越好。

3.2.2 指標權(quán)重的確定

由于各指標在整體評估城市綜合生態(tài)承載力中的相對重要水平不同，故評估前需要確定各項指標在整個指標體系中的權(quán)重。為剔除主觀因素的影響，本研究采用均方差決策法與熵值法組合賦權(quán)的方法。

1）熵值法常用于測度評價對象某項指標的變異程度。熵值法賦權(quán)已經(jīng)相對成熟，在此不對其計算過程進行詳細解釋。

2）均方差決策法是一項突出局部差異的客觀賦權(quán)法，具體方法如下：

①求均值。其計算式為式中G(Yij)為第i項指標在j年內(nèi)的均值。

②求指標集的均方差值。其計算式為

式中σ(Yi)為第i項指標的均方差值。

③求各指標權(quán)重。其計算式為

式中ci為運用均方差決策法求得的第i項指標的權(quán)重。

通過對上述兩種方法求得的權(quán)重取平均值后，可以得到評價對象第i項指標的最終權(quán)重wi，具體見表1 最后一列。

式中：wi為第i項指標的最終權(quán)重；

bi為運用熵值法求得的第i項指標權(quán)重。

3.2.3 城市綜合生態(tài)承載力評價

1）狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間法由系統(tǒng)內(nèi)各要素狀態(tài)向量的多維狀態(tài)空間軸組成，在歐氏幾何空間中常被用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)[22]。人類活動壓力軸、城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力軸以及社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力軸共同組成本研究的三維狀態(tài)空間。在該狀態(tài)空間中，各個軸的具體數(shù)值組合形成一個空間狀態(tài)點，代表一段時間內(nèi)綜合生態(tài)承載力測度要素的特定空間組合。當人類社會經(jīng)濟活動強度與城市復合生態(tài)系統(tǒng)支撐處于平衡狀態(tài)時，狀態(tài)點在空間上形成一個綜合生態(tài)承載力均衡曲面，而任何低于該曲面的狀態(tài)點表示在某一特定社會經(jīng)濟、資源環(huán)境的組合下，該區(qū)域處于可載狀態(tài)，反之則處于超載狀態(tài)。

通過分析三維空間內(nèi)任一狀態(tài)點與綜合生態(tài)承載力均衡曲面的相對位置關(guān)系，判斷區(qū)域綜合生態(tài)承載力狀況，由此區(qū)域綜合生態(tài)承載力的大小可由原點與空間狀態(tài)點之間的距離即有向矢量的模表示[22,29]，公式如下：

式中：Vcecc為區(qū)域綜合生態(tài)承載力現(xiàn)實值；

|M|為原點到狀態(tài)空間結(jié)束點的有向矢量的模；

Ci為第i項指標的標準化值；

n為指標數(shù)量。

由于各維度因子對區(qū)域綜合生態(tài)承載力的貢獻存在差異，需引入指標最終權(quán)重wi加以修正，公式如下：

2）理想?yún)⒈戎档拇_定

在狀態(tài)空間法中，利用區(qū)域綜合生態(tài)承載力實際值與理想值的偏差，作為區(qū)域綜合生態(tài)承載力定性與定量描述的基礎(chǔ)，因此各指標理想?yún)⒈戎档拇_定較為關(guān)鍵。指標理想?yún)⒈戎荡_定的方法有問卷調(diào)查法、參考相似研究區(qū)確定法、大小值法和平均值法等方法。平均值法具有反映區(qū)域資源利用、環(huán)境治理保護和社會經(jīng)濟發(fā)展等方面多年平均狀況的優(yōu)點，且本研究同一指標年際發(fā)展相對穩(wěn)定，不同指標間存在一定的相互作用關(guān)系，因此，選取2006—2017 年各指標的平均值作為其理想?yún)⒈戎怠?/p>

|M′|為原點到狀態(tài)空間中均衡曲面的有向矢量的模；

根據(jù)狀態(tài)空間模型，可將區(qū)域綜合生態(tài)承載力分為3 個等級：滿載、超載、可載。具體評判公式如下[29]：

Vcecc＞，區(qū)域生態(tài)承載力處于可載狀態(tài)；

Vcecc=，區(qū)域生態(tài)承載力處于滿載狀態(tài)；

Vcecc＜，區(qū)域生態(tài)承載力處于超載狀態(tài)。

3.2.4 貢獻度計算

引入“貢獻度”概念，用于進一步分析引起區(qū)域綜合生態(tài)承載力變化的主要原因。本研究“貢獻度”是指因素層指標生態(tài)承載力占區(qū)域綜合生態(tài)承載力的比例，由此，可通過因素層指標貢獻度大小來判斷某一因素層指標對區(qū)域綜合生態(tài)承載力的促進或抑制作用。貢獻度計算的數(shù)學表達式如下：

K為因素層指標個數(shù)；

γ為貢獻度。

4 結(jié)果與分析

4.1 城市綜合生態(tài)承載力評價

本文以傳統(tǒng)工業(yè)型城市株洲市為研究單元進行評估，分析2007—2018 年間株洲市綜合生態(tài)承載力變化趨勢，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 2007—2018 年株洲市綜合生態(tài)承載力變化Fig.1 changes of comprehensive ecological carrying capacity in Zhuzhou from 2007 to 2018

從圖1 可以看出，株洲市綜合生態(tài)承載力整體呈小幅度波動上升趨勢，12 年間平均增幅為15.08%，根據(jù)株洲市綜合生態(tài)承載力年均增長速率變化的特點，大致可將其分為3 個階段。其中，第一階段為2007—2011 年，城市綜合生態(tài)承載力年均增長速率為14.38%，該階段又可分為兩個時期，2007—2010年為前期，城市綜合生態(tài)承載力呈快速上升趨勢，漲幅最大，同比增長65.72%，年均增幅達16.43%；2010—2011 年為后期，該時期增長速度有所減慢。第二階段為2011—2015 年，年均增長速率為5.85%，城市綜合生態(tài)承載力重新呈現(xiàn)前期（2011—2013 年）快速上升，后期（2013—2015）緩慢上升的發(fā)展趨勢，分別與第一階段兩個時期相比，該階段前期年均增長速率下降了9.37%，后期下降了1.52%，前期下降幅度較為顯著。第三階段為2015—2018 年，城市綜合生態(tài)承載力沒有出現(xiàn)不穩(wěn)定波動，近似線性增長，年均增長速率為7.39%。

根據(jù)生態(tài)承載力水平評判原則，可以得出，2007—2010 年株洲市綜合生態(tài)承載力現(xiàn)實值小于理想?yún)⒈戎?，處于超載狀態(tài)；2011 年現(xiàn)實值無限接近理想?yún)⒈戎?，基本處于平衡狀態(tài)；2012 年后城市綜合生態(tài)承載力現(xiàn)實值大于理想?yún)⒈戎?，處于可載狀態(tài)。

4.2 因素層指標貢獻度分析

通過計算因素層10 個指標因子對株洲市綜合生態(tài)承載力的貢獻度，分別探討其對城市綜合生態(tài)承載力的影響差異。

4.2.1 城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力

城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力由地物覆被、資源供給、環(huán)境治理3 個指標因子構(gòu)成，其貢獻度如圖2 所示。由圖2 可以看出，資源供給的貢獻度呈波動下降趨勢，即從2007 年的17.84%下降到2018 年的0.03%，其中以人均水資源占有量的減少最為顯著，地物覆被的貢獻度呈先上升后下降的變化趨勢，說明株洲市作為一座因工業(yè)發(fā)展而崛起的城市，其可利用的林業(yè)產(chǎn)業(yè)、土地資源和水資源擁有重要作用，必須合理開發(fā)并切實開展各類污染物防治工作。2007—2009 年地物覆被和資源供給的貢獻度均高于環(huán)境治理的貢獻度，這主要是該階段株洲市處于工業(yè)化和城市化相互推進的加速時期，2009 年以前株洲市的發(fā)展對自然資源的依賴較大，隨著可利用資源的減少和環(huán)境破壞問題的加劇，其經(jīng)濟發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向以科技創(chuàng)新支撐。另一方面，12a 間環(huán)境治理的貢獻度呈現(xiàn)出先上升后下降又上升并趨于穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。2011 年最高，為31.39%，2014 年降為21.21%，2016 年又上升到24.15%，且2011 年后環(huán)境治理的貢獻度高于地物覆被和資源供給的貢獻度，這說明2007 年后株洲市以“兩型”社會建設(shè)為契機，發(fā)展清潔低碳技術(shù)，2010年以前環(huán)境治理取得了一定成效，但并沒有遏制資源消耗和污染物排放繼續(xù)破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡的趨勢。隨著“兩型”社會建設(shè)不斷深化，2011 年環(huán)境治理取得突破性進展。2013 年以后株洲市積極響應(yīng)“湘江流域污染治理”的號召，實施綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展模式，新興產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，社會經(jīng)濟穩(wěn)健發(fā)展，環(huán)境治理對于城市綜合承載力的貢獻逐漸下降。自2014 年后，株洲市大力推動清水塘老工業(yè)區(qū)搬遷改造工作，區(qū)內(nèi)企業(yè)、工廠陸續(xù)關(guān)停轉(zhuǎn)型，引進多項新技術(shù)、新工藝，從源頭上處理各類工業(yè)污染物，2015 年后環(huán)境治理的貢獻度小幅上漲。

圖2 2007—2018 年城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力中因素層指標因子的貢獻度變化Fig.2 change of contribution degree of index factors in factor layer of urban ecosystem support from 2007 to 2018

4.2.2 人類活動壓力

人類活動壓力由資源消耗、人口壓力、環(huán)境污染和經(jīng)濟增長4 個指標因子構(gòu)成，其貢獻度如圖3 所示。由圖可知，2007—2010 年人口壓力和經(jīng)濟增長的貢獻度高于資源消耗和環(huán)境污染的，說明2010 年之前株洲市發(fā)展壓力主要來自工業(yè)“三廢”排放和資源消耗。2011 年以后資源消耗和環(huán)境污染的貢獻度高于人口壓力和經(jīng)濟增長的，說明株洲市通過就地技術(shù)改造、推廣循環(huán)經(jīng)濟、污染物排放和資源消耗對城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力逐漸減弱。同時再次印證了控制各類工業(yè)污染物的排放、提高資源的綜合利用率是推動株洲市生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要因素。隨著對科技創(chuàng)新的投入不斷加大，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)比例大幅提升，居民生活質(zhì)量日益提高，后期資源消耗和環(huán)境污染對城市綜合生態(tài)承載力的貢獻度逐漸下降。2007—2017 年人口壓力的貢獻度持續(xù)下降，而2018 年又上升到8.91%，主要是2018 年株洲市人口自然增長率下降至3.75‰，較2017 年下降了3.25個千分點，二胎生育勢能集中釋放后的影響、生育旺盛期女性大幅下降等都是造成自然增長率大幅下降的原因[35]。12a 間經(jīng)濟增長的貢獻度總體呈波動下降趨勢，2010 年下降到3.79%，2010—2016 年上漲了4.61 個百分點，2018 年又下降到4.07%，主要是“十五規(guī)劃”期間，株洲市重點發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟實現(xiàn)了較快發(fā)展。面對粗放式經(jīng)濟發(fā)展帶來的沉疴，株洲市加快淘汰落后產(chǎn)能，實施綠色發(fā)展模式，經(jīng)濟實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，2010 年后經(jīng)濟增長的貢獻率有所上升，而隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)增長速度放慢，三次產(chǎn)業(yè)趨向協(xié)調(diào)發(fā)展，社會建設(shè)日益完善，其對城市綜合生態(tài)承載力的貢獻度逐漸下降。

圖3 2007—2018 年人類活動壓力中因素層指標因子的貢獻度變化Fig.3 change of contribution degree of index factors in factor level of human activity stress from 2007 to 2018

4.2.3 社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力

社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力由技術(shù)進步、生活質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展3 個指標因子構(gòu)成，其貢獻度如圖4 所示。由圖可知，2007—2011 年，社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力層指標因子的貢獻率水平整體偏低，均小于3%，且三者之間的差距較小，說明“十五”規(guī)劃期間整體科技支撐條件相對薄弱，居民生活水平和第三產(chǎn)業(yè)比例有待提高。十八大以后，株洲市通過全力淘汰落后產(chǎn)能，加大研發(fā)經(jīng)費投入強度和培育先進產(chǎn)業(yè)動能，經(jīng)濟逐漸向后工業(yè)時期“三二一”結(jié)構(gòu)靠近，技術(shù)進步和經(jīng)濟發(fā)展的貢獻度持續(xù)上升，為城市綜合生態(tài)承載力的提升奠定了堅實基礎(chǔ)。2011 年以后，生活質(zhì)量的貢獻度大于技術(shù)進步和經(jīng)濟發(fā)展的貢獻度，除2013 年出現(xiàn)大幅上升外，總體呈平穩(wěn)上升趨勢，這說明隨著綜合實力的不斷提升，城鄉(xiāng)居民可支配收入大幅提高，消費轉(zhuǎn)型升級步伐加快，服務(wù)消費所占比例不斷擴大，生活質(zhì)量對城市綜合生態(tài)承載力的促進作用，大于技術(shù)進步和經(jīng)濟發(fā)展的。2013 年，株洲市城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民人均食品支出為3 816 元和1 732 元，分別同比下降43%，31.23%，城鄉(xiāng)居民恩格爾系數(shù)大幅下降，生活質(zhì)量的貢獻度出現(xiàn)大幅上漲。

圖4 2007—2018 年社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力中因素層指標因子的貢獻度變化Fig.4 change of the contribution degree of index in the factor level of socio-economic coordination from 2007 to 2018

4.3 城市綜合生態(tài)承載力關(guān)鍵因子分析

為進一步探討影響株洲市綜合生態(tài)承載力水平的關(guān)鍵因子，首先，對準則層3 個一級指標進行Spearman 秩相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。

表2 準則層主要因素相關(guān)分析結(jié)果Table 2 correlation results of major factors at the criterion layer

由表2 可以得出，株洲市綜合生態(tài)承載力與生態(tài)系統(tǒng)支撐力、人類活動壓力和社會協(xié)調(diào)力均呈正相關(guān)，與城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力的相關(guān)系數(shù)最小，這說明在3 個因子中，城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力層各指標的協(xié)同作用對株洲市綜合生態(tài)承載力的影響最小。其次，對因素層10 個二級指標進行秩相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。

表3 因素層主要因素相關(guān)分析結(jié)果Table 3 correlation analysis results of major factors at the factor layer

從表3 可以得出，株洲綜合生態(tài)承載力與環(huán)境治理、資源消耗、環(huán)境污染、技術(shù)進步、生活質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展呈顯著正相關(guān)，其中經(jīng)濟發(fā)展與綜合生態(tài)承載力的秩相關(guān)系數(shù)為1，呈完全正相關(guān)，說明在10個因子中，經(jīng)濟發(fā)展對綜合生態(tài)承載力的影響最大。而環(huán)境治理、資源消耗、環(huán)境污染、技術(shù)進步、生活質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展6 個因子之間也存在正相關(guān)關(guān)系，這可能是指標之間自相關(guān)性導致的，需進一步分析。

在上述分析判斷的基礎(chǔ)上，對因素層10 個二級指標進行因子分析，進一步提取對綜合生態(tài)承載力起主導作用和協(xié)同作用的指標，得出KMO 等于0.59，大于0.5，巴特利特球形檢驗的顯著性P值小于0.001，通過因子分析條件檢驗。采用主成分分析法提取潛在變量，結(jié)果如表4 所示，前3 個成分特征根λ分別為6.270,1.758,1.055，大于1，其累計貢獻率高達90.725%，說明這3 個成分濃縮了原始變量90.725%的信息。從表5 所示旋轉(zhuǎn)成分矩陣中可以得出，環(huán)境治理、資源消耗、環(huán)境污染、技術(shù)進步、生活質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展同為第一成分，其累計貢獻率為62.599%，主要反映社會經(jīng)濟發(fā)展對城市綜合生態(tài)承載力產(chǎn)生的壓力和協(xié)調(diào)力。根據(jù)旋轉(zhuǎn)成分矩陣的計算結(jié)果對變量進行排序，由大到小依次為環(huán)境治理、環(huán)境污染、技術(shù)進步、經(jīng)濟發(fā)展、資源消耗、生活質(zhì)量，均大于其他變量在第二或第三成分上的載荷。由此可得，在生態(tài)系統(tǒng)支撐力層面上，環(huán)境治理對城市綜合生態(tài)承載力的影響占主導地位，社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力層各變量均與第一因子呈高度正相關(guān)，技術(shù)進步與經(jīng)濟發(fā)展對城市綜合生態(tài)承載力的影響最為顯著，而人類活動壓力層面上，環(huán)境污染對城市綜合生態(tài)承載力的影響居主導地位，資源消耗次之。因此，結(jié)合城市綜合生態(tài)承載力貢獻度分析和相關(guān)性分析的結(jié)果，可知環(huán)境治理、技術(shù)進步、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境污染、資源消耗將成為影響株洲市綜合生態(tài)承載力的主要因素，在未來的城市低碳轉(zhuǎn)型、環(huán)境管理和政策制定中應(yīng)予以重點關(guān)注。

表4 因素層主要變量的因子分析結(jié)果Table 4 Factor analysis results of major factors at the factor layer

表5 因素層主要變量的旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 5 Matrix of rotation components of major factors at the factor layer

5 結(jié)論

本文從傳統(tǒng)工業(yè)型城市可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實需求出發(fā)，充分考慮人類社會經(jīng)濟活動對城市生態(tài)系統(tǒng)造成的各種影響，構(gòu)建了傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力評估指標體系，以傳統(tǒng)工業(yè)型城市——株洲市為評估單元，利用組合賦權(quán)法和狀態(tài)空間法，對該市綜合生態(tài)承載力進行了評價，并采用貢獻度分析、相關(guān)性分析和因子分析的數(shù)據(jù)分析方法，探討了影響傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力的關(guān)鍵因子，為傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力分析和生態(tài)文明建設(shè)提供了新思路。其主要研究結(jié)論如下：

1）本文從城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力、人類活動壓力、社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力3 個方面構(gòu)建了傳統(tǒng)工業(yè)型城市綜合生態(tài)承載力多重評價指標體系，結(jié)合均權(quán)方差決策法和熵值法，對城市綜合生態(tài)承載力進行組合賦權(quán)，有效保證了評估結(jié)果的客觀性和科學性。評估結(jié)果表明，株洲市綜合生態(tài)承載力整體呈小幅度波動上升的發(fā)展態(tài)勢；2007—2010 年株洲市綜合生態(tài)承載力處于超載狀態(tài)，2011 年基本處于平衡狀態(tài)，2012 年后處于可載狀態(tài)；2015 年以來，城市綜合生態(tài)承載力沒有出現(xiàn)不穩(wěn)定波動，保持穩(wěn)定線性增長。

2）引入“貢獻度”概念，對因素層10 個二級指標進行了分析，探究了不同因子對城市綜合生態(tài)承載力的影響程度。結(jié)果表明，在人類活動壓力層中，經(jīng)濟增長和人口壓力波動下降，資源消耗和環(huán)境污染波動上升，2011 年后人口壓力和經(jīng)濟增長對城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力大于資源消耗和環(huán)境污染的；在城市生態(tài)系統(tǒng)支撐力和社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)力層中，地物覆被、資源供給先上升后下降，環(huán)境治理、生活質(zhì)量、技術(shù)進步及經(jīng)濟發(fā)展整體呈上升趨勢，2011 年后環(huán)境治理對城市綜合生態(tài)承載力的貢獻居主導地位。

3）在上述分析的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)性分析和因子分析，得出環(huán)境治理、技術(shù)進步、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境污染、資源消耗將成為制約城市綜合生態(tài)承載力的關(guān)鍵因素，在今后社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境管理的政策制定中應(yīng)給予重點關(guān)注。