中国沙漠 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (5): 194-208.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00105
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收稿日期:
2025-02-19
修回日期:
2025-07-03
出版日期:
2025-09-20
发布日期:
2025-09-27
作者简介:
陈锋(1988—),男,湖北孝感人,博士,教授,主要从事区域环境变化研究。E-mail: chenfeng@sxufe.edu.cn
基金资助:
Received:
2025-02-19
Revised:
2025-07-03
Online:
2025-09-20
Published:
2025-09-27
摘要:
黄河流域中游地区是中国重要的经济区域与增长极,但其自然-社会系统关键要素可持续发展的安全界限仍不明确。安全公正空间(SJOS)理论的应用有望为该区域的可持续发展提供一种新颖的评估视角。基于SJOS理论,以黄河流域中游四省区(内蒙古自治区、陕西省、山西省和河南省)为研究对象,利用1990—2023年可获得的环境监测、社会经济数据,构建衡量地区自然-社会系统的指标体系,评估研究区可持续发展的SJOS,并基于灰色预测模型预测其发展趋势。结果表明:黄河流域中游四省区的SJOS在时间序列上呈整体向好趋势,且四省区当前可持续性由优至劣的排序为内蒙古自治区>山西省>陕西省>河南省。但目前四省区仍共计有29项指标突破阈值。相关性分析和预测结果显示影响该地区SJOS的关键因素在自然维度为化肥使用量和淡水利用;在社会维度为产业创新、性别平等、可持续的城市和体面工作与经济增长。总之,黄河流域中游地区自然-社会系统面临诸多挑战,未来仍具有实现可持续发展的较大潜力。
中图分类号:
陈锋, 曲相昱. 黄河流域中游省区自然-社会系统可持续发展安全公正空间测度[J]. 中国沙漠, 2025, 45(5): 194-208.
Feng Chen, Xiangyu Qu. Measurement of safe and just operating space for sustainable development of natural-social systems in provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(5): 194-208.
自然系统 | 指标 | 环境界限 | 依据 |
---|---|---|---|
气候变化 | 大气中CO2的浓度(mg·kg-1) | 350~450 | 地球界限框架 |
水环境质量 | 地表水省考断面不低于Ⅲ类的比例(%) | 79.20~100 | 地表水环境质量标准(GB3838—2002) |
化学污染 | 地区地表水监测断面高锰酸盐浓度(mg·L-1) | ≤6 | 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质标准 |
省地表水监测断面化学需氧量浓度(mg·L-1) | <20 | 山西省《污水综合排放标准》(DB14/1928—2019) | |
地区地表水监测断面氨氮浓度(mg·L-1) | ≤1 | 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质标准 | |
省地表水监测断面氨氮浓度(mg·L-1) | <1.50 | 山西省《污水综合排放标准》(DB14/1928—2019) | |
化肥使用量 | 每公顷农作物化肥使用量(kg) | 120 | 农作物每公顷化肥使用量的世界平均水平 |
淡水利用 | 人均水资源占有量(m3) | 2 032 | 《内蒙古自治区“十四五”水资源配置利用规划》 |
381 | 2020年山西省人均水资源占有量 | ||
2 098.50 | 中国人均水资源占有量 | ||
土地转换 | 有林地占林地面积比例(%) | 30~50 | 温带林地占潜在林地面积比例 |
空气质量 | 年平均大气PM10浓度(μg·m-3) | ≤70 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) |
年平均大气SO2浓度(μg·m-3) | ≤60 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) | |
年平均大气NO2浓度(μg·m-3) | ≤40 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) | |
生物圈完整性变化 | 生态环境状况指数 | 40~100 | 生态环境状况评价技术规范 |
表1 自然系统对应指标、环境界限以及依据
Table 1 Corresponding indicators, environmental boundaries, and basis for natural systems
自然系统 | 指标 | 环境界限 | 依据 |
---|---|---|---|
气候变化 | 大气中CO2的浓度(mg·kg-1) | 350~450 | 地球界限框架 |
水环境质量 | 地表水省考断面不低于Ⅲ类的比例(%) | 79.20~100 | 地表水环境质量标准(GB3838—2002) |
化学污染 | 地区地表水监测断面高锰酸盐浓度(mg·L-1) | ≤6 | 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质标准 |
省地表水监测断面化学需氧量浓度(mg·L-1) | <20 | 山西省《污水综合排放标准》(DB14/1928—2019) | |
地区地表水监测断面氨氮浓度(mg·L-1) | ≤1 | 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质标准 | |
省地表水监测断面氨氮浓度(mg·L-1) | <1.50 | 山西省《污水综合排放标准》(DB14/1928—2019) | |
化肥使用量 | 每公顷农作物化肥使用量(kg) | 120 | 农作物每公顷化肥使用量的世界平均水平 |
淡水利用 | 人均水资源占有量(m3) | 2 032 | 《内蒙古自治区“十四五”水资源配置利用规划》 |
381 | 2020年山西省人均水资源占有量 | ||
2 098.50 | 中国人均水资源占有量 | ||
土地转换 | 有林地占林地面积比例(%) | 30~50 | 温带林地占潜在林地面积比例 |
空气质量 | 年平均大气PM10浓度(μg·m-3) | ≤70 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) |
年平均大气SO2浓度(μg·m-3) | ≤60 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) | |
年平均大气NO2浓度(μg·m-3) | ≤40 | 环境空气质量标准(GB3095—2012) | |
生物圈完整性变化 | 生态环境状况指数 | 40~100 | 生态环境状况评价技术规范 |
社会系统 | 指标 | 目标值 | |||
---|---|---|---|---|---|
内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||
无贫困 | 每人每日生活费1.25美元以上人口比例(%) | 100 | 100 | 100 | 100 |
良好健康与福祉 | 孕产妇每10万例活产死亡率 | ≤18 | ≤10.15 | ≤12.50 | ≤9.50 |
5岁以下儿童死亡率(‰) | ≤9.50 | ≤4.62 | ≤6.50 | ≤5.30 | |
教育 | 学前三年毛入园率(%) | ≥95 | ≥97.84 | >99.95 | ≥93 |
水资源及卫生 | 农村自来水普及率(%) | ≥82 | ≥95.50 | ≥92 | ≥93 |
农村卫生厕所普及率(%) | ≥32 | ≥85 | ≥65 | ≥90 | |
性别平等 | 出生人口性别比 | 103~107 | 103~107 | 103~107 | 103~107 |
体面工作与经济增长 | 城镇登记失业率(%) | ≤5.50 | ≤5.50 | ≤4.50 | ≤4.50 |
地区生产总值年增长率(%) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
能源安全 | 单位GDP能源消耗(吨标准煤/万元) | 1.33 | 0.4498 | 1.03 | 0.36 |
产业创新 | 高新技术企业数量(家) 高新技术生产总值占地区生产总值比重(%) | 2000 | 12 000 | 12 | 16 000 |
可持续的城市 | 空气质量优良天数(d) | 311.01 | 302.60 | 272 | 259.15 |
表2 社会系统对应指标及目标值
Table 2 Corresponding indicators and target values of social system
社会系统 | 指标 | 目标值 | |||
---|---|---|---|---|---|
内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||
无贫困 | 每人每日生活费1.25美元以上人口比例(%) | 100 | 100 | 100 | 100 |
良好健康与福祉 | 孕产妇每10万例活产死亡率 | ≤18 | ≤10.15 | ≤12.50 | ≤9.50 |
5岁以下儿童死亡率(‰) | ≤9.50 | ≤4.62 | ≤6.50 | ≤5.30 | |
教育 | 学前三年毛入园率(%) | ≥95 | ≥97.84 | >99.95 | ≥93 |
水资源及卫生 | 农村自来水普及率(%) | ≥82 | ≥95.50 | ≥92 | ≥93 |
农村卫生厕所普及率(%) | ≥32 | ≥85 | ≥65 | ≥90 | |
性别平等 | 出生人口性别比 | 103~107 | 103~107 | 103~107 | 103~107 |
体面工作与经济增长 | 城镇登记失业率(%) | ≤5.50 | ≤5.50 | ≤4.50 | ≤4.50 |
地区生产总值年增长率(%) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
能源安全 | 单位GDP能源消耗(吨标准煤/万元) | 1.33 | 0.4498 | 1.03 | 0.36 |
产业创新 | 高新技术企业数量(家) 高新技术生产总值占地区生产总值比重(%) | 2000 | 12 000 | 12 | 16 000 |
可持续的城市 | 空气质量优良天数(d) | 311.01 | 302.60 | 272 | 259.15 |
自然系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | |
气候变化 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 |
水环境质量 | 79.10(2023) | 99.9 | 97.80(2023) | 100 | 71.70(2022) | 90.5 | 83(2023) | 100 |
化学污染 | 4.11(2023) | 100 | 3.46(2024) | 100 | 16.03(2022) | 100 | 2.66(2023) | 100 |
0.12(2023) | 100 | 0.09(2024) | 100 | 0.51(2022) | 100 | 0.26(2023) | 100 | |
化肥使用量 | 196.56(2022) | 163.8 | 488.32(2022) | 406.9 | 267.48(2022) | 222.9 | 792.24(2022) | 660.2 |
淡水利用 | 2 121(2022) | 100 | 924.90(2022) | 44.1 | 441(2022) | 100 | 252.50(2022) | 12.0 |
土地转换 | 39.40(2014) | 100 | 89.30(2020) | 100 | 89.30(2021) | 100 | 97.50(2020) | 100 |
空气质量 | 47(2021) | 100 | 65(2023) | 100 | 74(2023) | 105.7 | 74(2023) | 105.7 |
11(2021) | 100 | 8(2023) | 100 | 12(2023) | 100 | 8(2023) | 100 | |
20(2021) | 100 | 30(2023) | 100 | 31(2023) | 100 | 25(2023) | 100 | |
生物圈完整性变化 | 62.68(2022) | 100 | 70.05(2023) | 100 | 52.11(2022) | 100 | 55.22(2023) | 100 |
表3 黄河流域中游四省区自然系统指标当前情况
Table 3 Current situation of natural system process indicators in four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
自然系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | |
气候变化 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 | 419.30(2022) | 100 |
水环境质量 | 79.10(2023) | 99.9 | 97.80(2023) | 100 | 71.70(2022) | 90.5 | 83(2023) | 100 |
化学污染 | 4.11(2023) | 100 | 3.46(2024) | 100 | 16.03(2022) | 100 | 2.66(2023) | 100 |
0.12(2023) | 100 | 0.09(2024) | 100 | 0.51(2022) | 100 | 0.26(2023) | 100 | |
化肥使用量 | 196.56(2022) | 163.8 | 488.32(2022) | 406.9 | 267.48(2022) | 222.9 | 792.24(2022) | 660.2 |
淡水利用 | 2 121(2022) | 100 | 924.90(2022) | 44.1 | 441(2022) | 100 | 252.50(2022) | 12.0 |
土地转换 | 39.40(2014) | 100 | 89.30(2020) | 100 | 89.30(2021) | 100 | 97.50(2020) | 100 |
空气质量 | 47(2021) | 100 | 65(2023) | 100 | 74(2023) | 105.7 | 74(2023) | 105.7 |
11(2021) | 100 | 8(2023) | 100 | 12(2023) | 100 | 8(2023) | 100 | |
20(2021) | 100 | 30(2023) | 100 | 31(2023) | 100 | 25(2023) | 100 | |
生物圈完整性变化 | 62.68(2022) | 100 | 70.05(2023) | 100 | 52.11(2022) | 100 | 55.22(2023) | 100 |
社会系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | |
无贫困 | 100(2023) | 100 | 100(2023) | 100 | 100(2022) | 100 | 100(2023) | 100 |
良好健康与福祉 | 9.90(2021) | 100 | 9.90(2021) | 100 | 12.80(2021) | 97.7 | 9.90(2021) | 95.8 |
7.80(2016) | 100 | 3.80(2020) | 100 | 5.27(2019) | 100 | 3.77(2022) | 100 | |
教育 | 94.40(2020) | 96.3 | 93.98(2021) | 96.1 | 99.97(2020) | 100 | 92.46(2023) | 99.4 |
水资源及卫生 | 83.65(2023) | 100 | 95.50(2020) | 100 | 94(2020) | 100 | 92.50(2023) | 99.5 |
35(2020) | 100 | 80.70(2023) | 94.9 | 68.40(2021) | 100 | 85(2020) | 94.4 | |
性别平等 | 106.88(2015) | 100 | 110.49(2022) | 96.8 | 105.11(2020) | 100 | 108.30(2020) | 98.4 |
体面工作与经济增长 | 3.66(2023) | 100 | 3.50(2021) | 100 | 2.30(2021) | 100 | 3.31(2022) | 100 |
9(2022) | 100 | 4.30(2022) | 86 | 5(2023) | 100 | 4.10(2023) | 82 | |
能源安全 | 1.27(2021) | 100 | 0.49(2022) | 42.7 | 0.85(2022) | 100 | 0.40(2022) | 32.8 |
产业创新 | 131(2022) | 6.6 | 16 100(2023) | 100 | 7.95(2021) | 66.3 | 12 977(2023) | 81.1 |
可持续的城市 | 90.8(2020) | 100 | 292.30(2023) | 96.6 | 272(2022) | 100 | 248.10(2023) | 95.7 |
表4 黄河流域中游四省区社会系统指标当前情况
Table 4 Current situation of social system indicators in the four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
社会系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | 当前值(年份) | 达成率/% | |
无贫困 | 100(2023) | 100 | 100(2023) | 100 | 100(2022) | 100 | 100(2023) | 100 |
良好健康与福祉 | 9.90(2021) | 100 | 9.90(2021) | 100 | 12.80(2021) | 97.7 | 9.90(2021) | 95.8 |
7.80(2016) | 100 | 3.80(2020) | 100 | 5.27(2019) | 100 | 3.77(2022) | 100 | |
教育 | 94.40(2020) | 96.3 | 93.98(2021) | 96.1 | 99.97(2020) | 100 | 92.46(2023) | 99.4 |
水资源及卫生 | 83.65(2023) | 100 | 95.50(2020) | 100 | 94(2020) | 100 | 92.50(2023) | 99.5 |
35(2020) | 100 | 80.70(2023) | 94.9 | 68.40(2021) | 100 | 85(2020) | 94.4 | |
性别平等 | 106.88(2015) | 100 | 110.49(2022) | 96.8 | 105.11(2020) | 100 | 108.30(2020) | 98.4 |
体面工作与经济增长 | 3.66(2023) | 100 | 3.50(2021) | 100 | 2.30(2021) | 100 | 3.31(2022) | 100 |
9(2022) | 100 | 4.30(2022) | 86 | 5(2023) | 100 | 4.10(2023) | 82 | |
能源安全 | 1.27(2021) | 100 | 0.49(2022) | 42.7 | 0.85(2022) | 100 | 0.40(2022) | 32.8 |
产业创新 | 131(2022) | 6.6 | 16 100(2023) | 100 | 7.95(2021) | 66.3 | 12 977(2023) | 81.1 |
可持续的城市 | 90.8(2020) | 100 | 292.30(2023) | 96.6 | 272(2022) | 100 | 248.10(2023) | 95.7 |
模型精度等级 | 后验差比C |
---|---|
高 | <0.35 |
合格 | <0.50 |
基本合格 | <0.65 |
不合格 | >0.65 |
表5 GM(1,1)模型精度等级参照表
Table 5 Reference table for accuracy level of GM (1,1) model
模型精度等级 | 后验差比C |
---|---|
高 | <0.35 |
合格 | <0.50 |
基本合格 | <0.65 |
不合格 | >0.65 |
图2 黄河流域中游四省区安全公正空间[灰色为超标指标及程度(|1-达成率|)]
Fig.2 Safe and just operating space of four provinces and autonomous region in the Middle Reaches of the Yellow River Basin[gray indicates the indicators and degrees of exceeding the standard (|1-Achievement rate|)]
图3 内蒙古自治区(A~D)、陕西省(E~L)突破阈值指标原始值、拟合值及预测值
Fig.3 Original, fitted, and predicted values of the breakthrough threshold indicators in Inner Mongolia Autonomous Region (A-D) and Shaanxi Province (E-L)
图6 黄河流域中游四省区突破阈值指标相关性
Fig.6 Correlation of threshold breakthrough indicators in the four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
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