周 成， 赵亚玲， 张旭红， 周 霖， 任敏敏

（1.山西财经大学文化旅游与新闻艺术学院，山西 太原 030006；2.西安理工大学经济与管理学院，陕西 西安 710054；3.西北师范大学旅游学院，甘肃 兰州 730070）

生态韧性是生态系统吸收外界干扰、自身系统重组及持续性发展的能力，主要由抵抗力和恢复力两方面构成［1］。生态效率则侧重于生态系统发展过程中表现出的最小生态损耗及最大产出效应［2］，生态韧性与效率之间存在协调发展关系［3］，二者均是区域生态系统发展的重要目标。一方面，通过强化生态环境的外部抵抗力与内部恢复力，可降低单位资源损耗与环境污染，进而为区域生态效率的提高提供基础条件［4］。另一方面，生态效率发展主要是基于生态期望产出提高与生态要素投入降低，这既是区域经济科技化与产业绿色化过程，也可为区域生态韧性的增强提供支持与保障［5］。近年来，随着生态文明建设的推进以及节能环保技术的升级，我国生态资源产出能力不断增强，资源利用、工业投资与科技发展等均朝着附加值最大化和资源耗费最小化方向发展。但与此同时，一些地区及河流流域一方面在增加生态产出、提高经济效率，另一方面也造成资源消耗巨大、环境污染严重等问题，使当地生态环境韧性受损。黄河流域是我国重要的生态屏障，生态系统复杂多样［6］，又是重要的“能源流域”和工矿企业集聚区，生态保护形势严峻［7］。2019 年后，黄河流域生态保护和高质量发展正式上升成为重大国家战略，为流域生态治理带来重大机遇。黄河流域生态韧性与效率发展处于何种水平？二者间呈现怎样的协调发展关系？回答这些问题，将为推动黄河流域生态保护和高质量发展切实提供理论依据。

“韧性”一词最初源于工程学领域，后作为一种具有演化动态性和非线性研究范式受到了经济、社会、环境等领域学者的广泛关注［8］。美国学者Holling 最早提出生态韧性概念，认为生态韧性是自然系统在面对自然或人为原因引起的生态变化所能够承受或吸收的扰动程度［9］。当前，国外生态韧性相关研究主要围绕理论构建［10］、形成机理［11］、对策路径［12］等内容展开，国内研究则主要涉及韧性表现［13］、发展特征［14］与评价测度［15-16］等内容。如臧鑫宇等［17］认为生态韧性包括抵抗力和恢复力两方面表现形式。沈洁等［18］则指出生态韧性具有防御能力、响应能力和学习能力等几大发展特征。此外，学者们借助社会网络分析［19］、遥感影像技术［20］、耦合协调模型［21］等方法对不同区域生态韧性进行了量化测度。国内外关于生态效率的研究则较为成熟。其中，对生态效率的评价测度涉及到企业［22］、行业［23］及区域［24］等多个层面。测度方法包括单一比值法、多指标体系法［25］、生态足迹法［26］及DEA 拓展模型［27］等。单一比值法指标无法体现不同环境下生态效率的差异［28］。多指标体系法虽能较多地考虑相关影响因素，但囿于指标赋权方法差异，使得该方法应该范围狭窄［29］。DEA 拓展模型基于指标选取全面、非主观赋权等优点，已成为当下生态效率测度的主流工具之一。如赵哲等［30］运用超效率DEA 模型并结合Malmquist 指数分析了2001—2015 年呼伦贝尔各旗县的生态效率时空差异；Moutinho 等［31］基于两阶段DEA 模型测算了欧盟27个国家的生态效率演变特征。由上可知，当前生态韧性与效率研究仍多局限于各自维度之内，缺乏两者间协调发展关系的探究。研究对象多以我国省域和全国层面为主，对大流域、跨省区及城市间的综合测度相对较少。本研究以黄河流域57 个城市为研究靶区，借助加权求和法和SBM 模型对其生态韧性与效率的时空演化特征给予研究。进一步，引入耦合协调模型探究其生态韧性与效率的协调发展关系，以期为黄河流域生态保护和高质量发展提供理论依据。

1 研究区概况

黄河由西向东流经青海省、四川省、甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区、陕西省、山西省、河南省和山东省，全长约5464 km。黄河流域作为连接三江源、祁连山、汾渭平原、华北平原等“生态高地”的巨型生态廊道，在我国生态建设中具有重要地位。本研究所选的黄河流域城市以《黄河文化百科全书》所录的66个地级市为依据，其中阿坝羌族、临夏回族、甘南藏族、海北藏族、黄南藏族、海南藏族、果洛藏族、玉树藏族和海西蒙古族藏族等自治州数据缺失较多，予以剔除，将剩余57 个地级市作为本研究案例靶区（图1）。此外，参照水利部黄河水利委员会标准，将以上城市划分为上、中、下游3个区域，其中，上游区域从西宁市到呼和浩特市，中游区域从呼和浩特市到郑州市，下游区域从郑州市到东营市。

图1 研究区概况Fig.1 Overview of the study area

2 数据与方法

2.1 数据来源

数据主要源于《中国城市统计年鉴（2010—2019 年）》《中国能源统计年鉴（2010—2019 年）》及相关城市《国民经济与社会发展统计公报》。对于查阅资料后仍无法获取指标，采用趋势外推法给予赋值处理。其中，个别指标为加工后数据，包括人均绿地面积（城市绿地面积与年末总人口比值）、万元GDP 能耗量（能源消费总量与GDP 比值）以及万元GDP水耗量（供水总量与GDP比值）、万元GDP电耗量（全社会用电量与GDP比值）。

2.2 研究方法

2.2.1 加权求和法本研究采用加权求和法对黄河流域城市的生态韧性给予分析。首先需对原始数据进行极值标准化预处理，其次通过熵值法对指标进行赋权，最后运用加权求和法计算各城市生态韧性的综合评价值。计算公式如下：

式中：x′ij为第i个研究单元中第j项指标的标准化值；λj为第j项指标的权重；Yi为第i个研究单元的生态韧性值。

2.2.2 SBM模型Tone［32］提出基于松弛变量的非径向、非角度SBM 模型，该模型不仅包含投入产出变量的等比例改进，还能有效处理非期望产出，进而提高了测度准确性。本研究采用SBM 模型测度黄河流域城市的生态效率值。计算公式如下

2.2.3 耦合协调模型耦合指不同系统通过相互作用彼此影响的过程。协调则为系统间相互配合、良性循环的发展关系。本研究采用耦合协调模型来分析黄河流域城市生态韧性与效率两子系统协调发展程度［20］。计算公式如下：

式中：Yi、E分别为生态韧性与效率值；C为两子系统的耦合度；D为两子系统的耦合协调度；T为两子系统综合发展评价值；考虑到生态韧性与效率在生态建设中同等重要，故将α、β值均设为0.5。

2.3 生态韧性与效率协调发展评价体系构建

在遵循客观性、独立性与可操作性原则下，本研究构建出2 个子系统、22 个具体指标构成的黄河流域生态韧性与效率协调发展评价体系（表1）。

表1 黄河流域城市生态韧性与效率协调发展评价体系Tab.1 Evaluation system for the coordinated development of urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin

生态韧性子系统主要借鉴了经济［3-8］、城市［13-14］与环境韧性［15-17］相关成果，将其细分为抵抗力和恢复力2 个维度。其中，抵抗力表示生态系统通过主动抵御环境干扰，使之不会突破自身稳定状态的临界值而受到损坏的能力［3］，地区经济发展、社会基础是影响生态抵抗力的主要因素。恢复力则侧重于当环境干扰超过生态系统所能承受的临界值后，生态恢复至稳定状态的能力［17］，恢复力主要受生态重建、污染治理等因素影响。

生态效率子系统则主要参考了能源、工业等生态效率［26-30］相关文献，将其分为投入度和产出度2个维度。其中，投入度指生态系统为区域社会经济提供服务所消耗的资源和能源，以及在此过程中社会资金和劳动力等投入指标［25］。产出度侧重于生态系统为满足人类生活所提供的产品和服务价值［29-30］，主要涉及期望产出和非期望产出两方面。

3 结果与分析

3.1 黄河流域城市生态韧性的时空演变特征

如图2 所示，黄河流域城市生态韧性在2009—2018 年总体处于波动下降趋势，由2009 年0.239 下降到2018 年0.206，流域面临较大的生态威胁与环保压力，这也是2019 年黄河流域生态保护和高质量发展国家战略提出的宏观背景与客观要求。2008年后受全球金融危机及国内经济形势影响，流域沿线多个城市为追求经济规模和发展速度致力于基建投入和项目上马，使得流域内生态环境韧性有所下降。2015 年后中共中央、国务院相继颁布《国家新型城镇化规划》《生态文明体制改革总体方案》等政策，相关城市社会经济更多考虑了生态环保因素，生态文明建设也取得了较大成效，韧性降幅减缓并在部分年份呈上升态势。从上、中、下游看，生态韧性由高到低为下游区域＞上游区域＞中游区域。下游地区城市社会经济基础较好，生态环境受外界因素威胁时抵抗力较强，其生态韧性值较高；上游地区生态环境虽较脆弱，但环保力度和资金投入较大，生态韧性次之；黄河中游是我国典型的生态脆弱区、自然灾害频发区及重化工能源区，社会经济和生态环境矛盾突出，生态韧性值也较低。

图2 黄河流域城市生态韧性演变趋势Fig.2 Evolution trend of urban ecological resilience in the Yellow River Basin

对黄河流域城市2009—2018 年生态韧性均值进行计算，并以0.1、0.3、0.5为阈值将生态韧性分为高等、较高、较低和低等4 个类型。由图3 可知，生态韧性高等类型有西安市、郑州市和济南市3 个省会城市，以上城市经济社会基础良好，近年来高度重视产业转型与生态保护，其生态韧性与流域其他城市相比具有绝对优势。此外，东营市、淄博市、呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、乌海市、银川市、石嘴山市、兰州市9个城市为生态韧性较高类型，以上多为省会及周边城市，其生态环境抵抗力和恢复力具有保障。运城市、固原市、晋中市、海东市、吕梁市、临汾市、忻州市等城市属于生态韧性低等类型，其中运城市、晋中市、吕梁市所属的山西省为我国重要能源化工基地，自然环境受外界影响较大，生态韧性受损严重。固原市、海东市和定西市气候干旱少雨、蒸发剧烈，加之人为不合理的垦、牧、伐、占等现象严重，使其生态韧性降低。

图3 黄河流域城市生态韧性空间差异Fig.3 Spatial difference of urban ecological resilience in the Yellow River Basin

3.2 黄河流域城市生态效率的时空演变特征

黄河流域城市生态效率发展总体上呈现“U”形演变特征，即2009—2015 年生态效率值由0.332 下降到0.256，2015 年之后效率由低转高，从0.256 上升到0.435（图4）。2015年前，沿线城市经济发展侧重于资源、环境等要素投入，能源化工等传统工业在产业结构中占主导性地位，生态效率较低且呈下降趋势。2015年后“十三五”期间，沿线城市产业转型升级加快，传统高耗能、高污染、高排放的经济模式向集约型、高质量发展方向转变，黄河流域生态效率不断提升。从黄河上、中、下游看（图5），上游区域生态效率值较高，中游次之，而下游最低。长期以来，黄河上游高度重视生态维护与环境治理，生态非期望产出处于较低水平，生态效率值与中、下游相比较高。中、下游城市社会经济基础良好，但前期经济建设中对环境的损耗较严重，导致其生态效率值较低。值得注意的是，近年来下游区域积极推进新旧动能转换、产业腾笼换鸟，其生态效率呈快速上升态势。

图4 黄河流域城市生态效率演变趋势Fig.4 Evolution trend of urban eco-efficiency in the Yellow River Basin

图5 黄河流域城市生态效率空间差异Fig.5 Spatial difference of urban eco-efficiency in the Yellow River Basin

从生态效率的城市间差异看（图5），定西市、陇南市、庆阳市、鄂尔多斯市、固原市和洛阳市6 个城市为生态效率高等类型，以上城市在多个年份生态效率值均为1，即实现了生产单元有效。此外，海东市、武威市、中卫市、天水市为生态效率较高城市，这主要是由生态非期望产出较低所致。除个别城市之外，生态效率高等与较高等级类型均位于黄河上游区域。而生态效率低等类型城市则主要位于黄河中、下游的山西省、河南省和山东省，这与前述生态效率在黄河上、中、下游的区域差异结果相印证。具体而言，生态效率低等类型城市包括山西省的太原市、晋中市、长治市和晋城市，河南省的焦作市、郑州市、新市乡和安阳市以及山东省的聊城市、德州市、滨州市、淄博市和临沂市等，以上城市经济发展资源型路径依赖较强，生态投入高而期望产出低，因而其生态效率处于低位，亟需从转变经济增长方式、注重生态环境治理等方面来提升其生态效率。

3.3 生态韧性与效率协调发展分析

黄河流域城市2009—2018 年生态韧性与效率的协调发展态势与生态效率子系统相似，由不断下滑转向逐步回升（图6）。2009—2015年协调指数由0.480 下降至0.440，到2018年时两子系统的耦合协调指数又回升至0.495，这表明2015年以后流域城市韧性与效率协调发展不断增强。近年来，黄河沿线城市不仅注重发展技术密集、环境友好型产业，还积极出台环保政策、法规，持续推进流域生态文明建设，使得两者间协调性有大幅提升。从黄河上、中、下游来看，两子系统的协调指数由高到低依次为上游区域＞下游区域＞中游区域。中、下游区域协调指数虽低于流域整体均值，但近几年基于生态改善和效率提升等原因，其效率与韧性间协调程度呈上升趋势。上游区域协调指数虽高于流域整体均值，但随着上游城市工业化进程的加快，其韧性与效率协调指数显现下降趋势，这应当引起足够重视。

图6 黄河流域城市生态韧性与效率协调发展关系的演变趋势Fig.6 Evolution trend of coordinated development between urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin

为动态了解黄河流域各城市生态韧性与效率协调发展空间差异，以研究时段起止年份（2009 年和2018 年）为例，对两子系统的耦合协调指数进行图形呈现。由图7 可知，黄河流域生态韧性与效率间良好协调、中度协调型城市数量有所增加。其中，良好协调型从2009年的0个增加到2018年的西安市和济南市2 个（图7a），以上城市由于经济结构优化和生态治理显著，生态韧性与效率均有提升且二者间协调性不断增强。中度协调型则由2009年6个增加到2018年7个，除去济南市和呼和浩特市之外，其余中度协调城市在研究时段均有所变化，这反映了黄河流域生态韧性与效率中度协调型城市具有较大的变动性。进一步，勉强协调型的城市由45个减少到38个，中度失调型城市有由6个增加到了10个（图7b），黄河流域生态治理是一个漫长且艰巨的过程，生态韧性与效率间协调发展势头不断显现，但短期来看经济发展与环境保护之间矛盾仍较为突出，山西省的吕梁市、长治市、晋城市和运城市以及河南省的安阳市、山东省的聊城市由2009年的勉强协调性降低为2018年的中度失调型，以上城市应通过降低生态污染、促进产业升级等方式来增强生态韧性与效率协调关系。

图7 黄河流域城市生态韧性与效率协调发展空间差Fig.7 Spatial difference of coordinated development between urban ecological resilience and efficiency in the Yellow River Basin

4 讨论

黄河流域作为我国重要的生态安全屏障、能源化工基地及经济发展地区，在国家生态文明建设和社会经济发展中具有举足轻重的地位。近年来，黄河流域生态环境保护和高质量发展已与京津冀协同发展、长江经济带、长江三角洲区域一体化、大湾区建设等一道上升成为了国家重大战略，这为流域内生态治理和环境保护带来了重大机遇。本研究对黄河流域城市的生态韧性分析与李连刚等［3］、张筱娟等［33］研究结论相一致，流域城市亟需采取产业升级、动能转换和生态保护等措施以扭转生态韧性总体下降的态势［15］。生态效率所得结论与陈明华等［4］研究具有一定差异，主要是两研究在效率评价体系与效率测度时段的不同所导致。本研究主要贡献是把生态韧性与效率置于同一分析框架之中，通过分析黄河流域城市生态韧性与效率的演化特征和协调关系，一定程度上拓展了当前生态韧性相关研究视角与案例应用。

与此同时，本研究也存在如下不足。其一，在体系构建中，生态韧性重点关注了人类活动对生态环境的影响，对土地类型、气候变化和生物多样性等自然因素则考量较少，未来可加入更多自然环境相关变量以构建更为全面的协调发展评价体系。其二，在研究时段上，受限于数据可得性和统一口径等原因，仅将研究时段限定于2009—2018 年，即黄河流域生态保护和高质量发展战略提出之前。未来可在更新数据的基础上，探寻黄河流域战略提出后流域城市生态韧性与效率的演化趋势及内在规律。

5 结论

（1）2009—2018 年，黄河流域城市生态韧性总体上处于波动下降趋势，流域面临较大的生态威胁和环保压力。下游区域生态保护相对良好且韧性较高，上游次之，而中游区域韧性值较低。此外，西安市、郑州市和济南市3 个省会城市生态韧性具有优势，而固原市、定西市、海东市、吕梁市等城市生态韧性值较低。

（2）黄河流域城市生态效率在2009—2018 年呈现“U”形演化特征，即2009—2015 年生态效率由0.332 下降到0.256，2015 年后效率值由低转高。此外，上游地区生态效率值较高、中游次之、下游最低。城市差异看，定西市、陇南市、庆阳市、鄂尔多斯市、固原市和洛阳市6 个城市为生态效率高等类型，多数城市位于黄河上游区域，生态效率低等类型城市主要位于山西省、河南省和山东省等流域中、下游省区。

（3）黄河流域城市生态韧性与效率协调关系与生态效率子系统相似，由下滑转向回升。2015 年后，沿线城市不仅注重发展技术密集、环境友好型产业，还持续推进流域生态文明建设。此外，2009—2018年生态韧性与效率良好协调、中度协调型城市有所增加，勉强协调型城市有所减少，生态韧性与效率间协调发展势头不断显现，但短期来看其经济发展与环境保护间矛盾仍较为突出。