淮海经济区工业污染的时空格局演变特征
时间：2023-02-26 17:25:08 来源：千叶帆 本文已影响人
陈 然， 仇方道
(1.江苏师范大学 地理测绘与城乡规划学院，江苏 徐州 221116；
2.江苏第二师范学院 地理科学学院，江苏 南京 211200)
改革开放以来，工业化和城镇化的快速发展推动了我国经济高速增长和综合国力持续提升[1]，但这种过度依赖资源消耗的发展方式，在促进经济规模快速扩张的同时，也产生了大量工业污染，阻碍了绿色发展，成为我国生态环境恶化的主要原因[2-4].近年来，随着生态文明建设的推进和绿色发展理念的贯彻落实，工业污染虽有所缓解，但污染的累积和集聚造成的环境问题仍十分严重，这使得经济与生态的矛盾愈加尖锐[5].因此，探讨区域工业污染排放的格局演变及驱动机制，对于推动工业绿色发展、实现工业污染的影响最小化及区域高质量发展都具有重要意义.目前，关于工业污染排放格局的研究，内容上主要围绕碳排放强度[6]、环境污染源[7]、工业污染的变化趋势和驱动机制[8-10]等方面，方法上主要有重心转移曲线[11]、空间自相关分析[12]、LMDI模型[13-14]、环境Kuznets曲线[15]、STIRPAT模型[16]以及偏最小二乘法[17]等，研究区域则多从全国、省域、市域等不同尺度[7,18-20]展开.既有成果以单一污染源研究居多，而有关多种污染源导致的工业污染源时空格局特征研究尚需深化；
研究区域上多注重不同层级行政区域，而对省际边界等特殊类型区域的探讨尚未引起足够的重视.
淮海经济区是我国较为典型的省际边界地区，也是我国东部沿海地区重要的能源基地.目前，已有的关于淮海经济区的研究主要集中于产业结构[21]、城乡融合[22]、绿色发展[23]、城市群[24]等方面，而关于工业污染格局的研究成果尚不多见.因此，本研究以淮海经济区为案例，运用重心偏移轨迹、地理集中度等方法，开展省际边界区域工业污染的时空异质性特征研究，力图为淮海经济区工业绿色发展提供依据.
1.1 研究区域
淮海经济区地处苏鲁豫皖4省交界地区，是我国“一带一路”建设的空间战略支点.依据《淮河生态经济带发展规划》，该区域包括徐州、连云港、宿迁、宿州、淮北、商丘、枣庄、济宁、临沂、菏泽10市，面积为9.63万km2.2020年该区域GDP为34 464.56亿元，人均GDP为52 366元，工业增加值为11 108.83亿元，分别占全国的3.39%、72.23%和3.55%.显然，淮海经济区经济水平不高，工业化程度较低.除连云港、商丘和菏泽外，该区域其余7市均为资源型城市[25]，资源密集型产业主导着工业化进程及经济发展，导致区域产业结构单一、脆弱，生态环境破坏严重，阻碍区域工业高质量发展.因此，促进产业与环境的协调发展，成为淮海经济区工业可持续发展面临的首要任务.研究该地区的工业污染时空特征，对于省际边界区域工业生态化转型具有典型的代表意义.
1.2 研究方法
1.2.1 工业污染测度模型科学地评估工业污染程度是揭示区域工业污染特征的前提.本研究采用工业污染综合指数表征城市区域工业污染程度[4].选取工业废水、SO2和烟粉尘排放量3大指标，使用极差法对所有指标数据进行标准化处理，采用能够降低评价者主观性的熵值法确定权重[26]，进而运用加权求和法计算工业污染综合指数.指数值越大，表明工业污染程度越高.
1.2.2 变差系数又称标准差系数，通常用数据的标准差和均值之比表示，可以反映数据之间的离散程度，用来分析淮海经济区工业污染区域差异的演变特征，具体计算过程见文献[27].
1.2.3 重心模型重心是指区域空间的某一点，在该点各个方向上的地理要素分布能够维持均衡[28]，其决定因素只有地理坐标和属性变化.由于各城市空间中心的位置不变，其变化实际上就是地理要素属性的变化[29].本研究中，当某一城市的工业污染综合指数在总体中所占比例较大且增长较快时，区域工业污染重心就会发生偏移.不同年份的区域工业污染重心的偏移轨迹，可以反映淮海经济区工业污染排放空间格局的变化[11].具体计算步骤见文献[11].
1.2.4 地理集中度指数地理集中度是反映区域内部地理要素空间聚集状态的重要指标，用区域内某城市某一要素占总体的比例与城市面积占总体的比例之比来表示，可反映出该城市这一要素在区域的地位[30].本研究中，地理集中度指数可反映淮海经济区工业污染综合指数和工业GDP的空间集聚程度，据此可分析工业污染排放空间集聚变化特征以及与工业GDP集聚变化的关系.具体计算步骤见文献[30].
1.2.5 空间自相关分析根据地理学第一定律，任何地区的地理事物都不是独立存在的，与其他空间邻近的事物都是相关的，具有空间相关性.空间自相关方法可分为全局空间自相关和局部空间自相关两种[31].本研究采用该方法分析淮海经济区工业污染的空间关联特征和空间格局演变特征，具体计算过程和步骤见文献[31].
1.3 数据来源
工业污染是指工业生产过程中所形成的废气、废水和固体排放物对环境的污染.考虑到数据的可获得性和代表性，本研究选取工业SO2排放量、工业废水排放量和工业烟粉尘排放量3项指标.文中数据主要来源于2000—2020年淮海经济区所属10市统计年鉴、相应年份的苏鲁豫皖4省统计年鉴以及《中国城市统计年鉴》.空间数据上，本研究采用淮海经济区各地级市行政中心地理坐标作为各市的空间中心.
2.1 总体变化特征
研究期淮海经济区工业污染程度整体上呈现波动性降低趋势，工业污染指数由0.382减少到0.086，而区域差异整体上呈现扩大态势，变差系数由0.665演变为1.223(图1).这表明2000年以来，工业发展对环境的影响有减弱之势，而工业污染程度的区域异质性呈加剧之势，反映出工业发展与污染治理能力存在巨大差异性.同期，工业污染的全局莫兰I数总体呈下降趋势，表明工业污染程度在空间上趋于分散，且不同地区工业污染在地理空间上随机性增强.总之，近20年来，随着生态文明建设的推进和非资源依赖型产业的发展，淮海经济区工业污染逐渐减弱，而其空间差异拉大且分布趋于随机.
图1 淮海经济区工业污染指数、变差系数与莫兰I数变化图Fig.1 Changes of industrial pollution index,coefficient of variation and Moran I in Huaihai Economic Zone
2.2 淮海经济区工业污染空间演变特征
选取2000、2010、2020年3个年份作为横断面，运用ArcGIS 10.7对工业污染指数进行可视化(图2)，比较3个年份的工业污染空间格局.
图2 淮海经济区工业污染空间格局演变Fig.2 Spatial evolution of industrial pollution in Huaihai Economic Zone(地图底图来源于审图号为GS(2020)4632号的标准地图.下同)
2000年，工业污染程度呈中心高外围低的空间特征，包括徐州、枣庄、济宁3市的核心区工业污染指数平均为0.683，而外围地区平均为0.253.
2010年，工业污染程度高的城市逐渐向北部转移，整个区域呈现北高南低的空间格局.菏泽、济宁2市工业污染显著，工业污染指数平均为0.620，主要是此2市资源型产业发展加剧了环境污染.
2020年淮海经济区工业高污染区域减少至2个，低污染区域增至4个，空间上呈现中心低外围高的空间格局特征，特别是位居区域中心的徐州、枣庄2市工业污染指数平均为0.001，而外围区域平均为0.107，显示出明显的“碟”型格局.2000年以来，枣庄、徐州2市加快资源型城市转型，非资源型产业发展迅速，因此工业污染快速下降.
总之，进入21世纪后，淮海经济区工业污染呈现由核心-外围演变为中心低外围高的空间格局，显示出中心城市工业绿色转型加快，而外围城市受技术、资源等制约，工业污染依然严重.
2.3 淮海经济区工业污染空间集聚变化特征
计算2000—2020年淮海经济区工业污染指数和工业增长值的重心坐标和地理集中度，并利用ArcGIS 10.7进行可视化，得到工业污染及工业增长值的重心偏移路径(图3)以及集中度分布(表1).
表1 淮海经济区工业污染和工业GDP地理集中度指数Tab.1 Geographical concentration index of industrial pollution and GDP in Huaihai Economic Zone
图3 淮海经济区工业污染及工业GDP重心轨迹(2000—2020年)Fig.3 Shifting path of industrial pollution and GDP center in Huaihai Economic Zone from 2000 to 2020
研究期淮海经济区工业污染排放重心先向西南方向移动，然后再向东跃迁.2000—2010年，淮海经济区工业污染重心由济宁向西南方向偏移到徐州，移动了9.194 km，主要是徐州、宿迁等市化工、机械、钢铁等重工业产业的发展，使得工业污染加重；
与此同时，工业增加值重心向西迁移，表明工业污染重心与工业增长重心大致呈同向移动趋势.2010—2020年，受东陇海沿线地区，特别是邳州、新沂等地工业化快速发展的影响，工业污染重心快速向东迁移，重心东移达53.587 km；
同期，工业增加值重心波动性东移，但移动距离小于工业污染重心，表明工业增长重心与工业污染重心偏移具有同向但不同步特性，以工业污染重心移动更为显著.
从工业污染集中度来看，2000—2010年的高值区包括枣庄、淮北2市，均为资源枯竭型城市，主要是此2市资源型产业造成的污染累积效应加剧以及资源开发引起的生态破坏显著所致；
同期，工业GDP空间集聚与之基本一致.2010—2020年的高值区演变为宿迁市，主要是由于：枣庄、淮北等市大力推进资源型城市转型，资源性产业发展衰退，接续产业发展迅速，工业污染持续减弱；
而宿迁市由于工业化和城镇化的快速推进，工业污染加剧，成为新的工业污染高度集中区.同期，工业GDP空间集聚与之呈错位分布，以徐州市最为显著.
总体而言，淮海经济区工业污染和工业增长重心呈现同向转移趋势，但工业污染重心偏移程度更为显著；
淮海经济区工业污染与工业增长的空间集聚由同步态势向二者空间错位趋势演变.
2.4 淮海经济区工业污染空间关联演变特征
为更好地揭示2000—2020年淮海经济区工业污染的空间格局演变特征，在对各城市工业污染综合指数计算的基础上，利用GeoDa和ArcGIS 10.7绘制淮海经济区工业污染局部莫兰I数散点图(图4)，进行空间关联特征分析.
图4 2000—2020年淮海经济区工业污染空间散点图Fig.4 Moran I scatter plot about industrial pollution in Huaihai Economic Zone from 2000 to 2020
1)H-H型(高-高型)，是指自身与周边工业污染程度较高且空间差异较小的城市.此类城市呈现由中部地区逐渐向东部地区转移、聚集的趋势；
数量上先由2000年的2个减少至2010年的0个，后增加至2020年的1个.这表明20年来淮海经济区高污染城市由沿京沪线集聚向沿海地区转移.
2)L-L型(低-低型)，是指自身与周边工业污染程度均较低，且空间差异较小的城市.研究期该类城市基本分布于淮海经济区东西两侧边缘；
数量上也没有变化，一直为4个，其中菏泽、宿迁、连云港3市由低污染演变为高污染，而淮北、枣庄2市则由高污染演变为低污染.这表明20年来淮海经济区工业低污染城市集聚的空间格局保持较为稳定.
3)H-L型(高-低型)，是指自身工业污染程度较高而周边工业污染程度较低的城市.2000—2010年，该类型城市在空间上没有发生改变，数量上也保持2个；
而2010—2020年，该类型城市由资源枯竭型城市(淮北、枣庄)演变为资源成熟型城市，空间上由中部、西南部逐渐向西北、东南部演变，数量增加至3个，表明淮海经济区工业污染极化型城市增多，趋异现象加剧.
4)L-H型(低-高型)，是指自身工业污染程度较低但周边工业污染程度较高的城市.研究期此类城市从西南和东北逐渐向中部集聚，数量上先由2000年的2个增加至2010年的4个，后又减少至2020年的2个，表明此类城市空间上由分散走向聚集，且近10年来此种集聚趋势有所减弱.
以地级市为研究单元，采用重心模型、地理集中度、空间自相关等方法，研究了2000—2020年淮海经济区工业污染时空格局演变特征.淮海经济区工业污染程度整体上呈下降趋势，但区域差异呈扩大之势，且空间上趋于分散.空间上，工业污染由核心-边缘型格局向“碟”型格局演变，说明中心城市工业向绿色发展的方向转型，降低了工业污染，而外围城市受技术、资源等制约，工业污染程度依然较高.研究期工业污染和工业增长重心呈现同向转移趋势，但工业污染重心偏移程度更为显著；
从地理集中度上看，淮海经济区工业污染与工业增长的空间集聚由同步向二者空间错位趋势演变.从空间关联看，淮海经济区工业污染可分为H-H型、H-L型、L-H型和L-L型4类，其中，H-H型城市呈现向沿海转移之势，H-L型、L-H型两类城市居于主体地位.
据此，提出以下建议：一是树立绿色发展理念，遵循源头减量化、过程清洁化、末端再循环的思路，大力推进资源型工业绿色发展；
大力发展接续产业，推动工业系统网络化.二是建立区域绿色技术协同创新机制，依据淮海经济区内部各城市固有发展基础，开展绿色技术创新，建立绿色技术创新区域网络.三是构建区域绿色协同网络.依据淮海经济区内部各城市产业特色，济宁、徐州、枣庄、淮北4市以煤炭为优势资源，应以转型发展为主导；
宿迁、宿州、菏泽、商丘等市应以资源综合开发为主，重点在于资源高效、循环、综合利用；
连云港市应大力发展临海型工业，重点推动工业清洁化；
临沂市应依托小商品市场，大力发展农副产品加工，实现产业绿色转型.
