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2025 , Vol. 45 >Issue 2: 69 - 79

DOI: https://doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2025.02.007

城市地理与新型城镇化

黄河流域城市群生态安全能级：区域差异、动态演化及提升路径

  • 柴国荣 , 1, 2 ,
  • 李佳音 , 1, 2, ※ ,
  • 付文昊 1, 2
展开
  • 1.兰州大学 管理学院，中国甘肃 兰州 730000
  • 2.兰州大学 应急管理研究中心，中国甘肃 兰州 730000
※ 李佳音（1998—），女，博士研究生，研究方向为生态安全。E-mail：

柴国荣（1976—），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为生态安全与高质量发展。E-mail：

收稿日期: 2024-03-25

  修回日期: 2024-07-24

  网络出版日期: 2025-05-12

基金资助

甘肃省哲学社会科学规划重点项目(2023ZD004)

收起

Ecological Security Level of Urban Agglomerations in the Yellow River Basin： Regional Difference， Dynamic Evolution and Improvement Path

  • CHAI Guorong , 1, 2 ,
  • LI Jiayin , 1, 2, ※ ,
  • FU Wenhao 1, 2
Expand
  • 1. School of Management， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China
  • 2. Research Center for Emergency Management， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China

Received date: 2024-03-25

  Revised date: 2024-07-24

  Online published: 2025-05-12

Fold

摘要

文章在深化WSR方法论学理认知的基础上，按照“理论指标构建—生态安全能级测度—时空特征刻画—提升路径剖析”的研究脉络，运用博弈论组合赋权法、Dagum基尼系数、核密度估计及模糊集定性比较分析，揭示了2010—2020年黄河流域七大城市群生态安全能级的区域差异、动态演化及提升路径。结果表明：①流域整体生态安全能级呈波动上升的趋势且存在明显的梯度效应。②在区域差异上，黄河流域城市群生态安全能级存在较大空间差异，其中城市群间的差异是生态安全能级差异的主要来源，超变密度贡献是次要来源。③在时空动态演化上，流域整体生态安全能级具有显著的空间相关性，城市群间生态安全能级存在极化现象。④在组态机制上，高生态安全能级是系统内部多因素交互的结果，任何单一要素均无法构成高生态安全能级的必要条件。黄河流域城市群共包括“事理主导下物理与人理联动型”“物理—人理双轮驱动型”“人理—物理双元逻辑下依托事理驱动型”“事理—物理联动型”及“物理—事理—人理三元协同驱动型”5种高生态安全能级提升路径，各城市群应从多要素联动的复杂系统视角进行灵活的差异化选择。据此提出打造城市群内部生态安全能级协同辐射的“沿黄朋友圈”、注入城市群间互联互通的“动力源”及畅通黄河流域城市群生态资源集约化、绿色化的“主动脉”3条建议。

关键词： 黄河流域; 生态安全; 城市群; 组态机制; WSR方法论; 区域差异; 生态保护

本文引用格式

柴国荣 , 李佳音 , 付文昊 . 黄河流域城市群生态安全能级：区域差异、动态演化及提升路径[J]. 经济地理, 2025 , 45(2) : 69 -79 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2025.02.007

Abstract

On the basis of deepening the theoretical cognition of WSR methodology and following the research context of "theoretical index construction, ecological security level measurement, spatiotemporal feature characterization, and promotion path analysis, this paper reveals the regional differences, dynamic evolution and upgrading path of the ecological security level of the seven major urban agglomerations in the Yellow River basin from 2010 to 2020 using the combination weighting method of game theory, Dagum Gini coefficient, kernel density estimation and fuzzy set qualitative comparative analysis. The results show that: 1) The overall ecological security level exhibits a fluctuating upward trend in the Yellow River basin, and there is an obvious gradient effect. 2) In terms of regional differences, there exists significant spatial difference in the ecological security level of urban agglomerations in the Yellow River basin, the differences between urban agglomerations are the main source of the differences in ecological security level, and the contribution of supervariable density is the secondary source. 3) In terms of spatio-temporal dynamic evolution, the whole ecological security level of the basin has a significant spatial correlation, and the ecological security level of the urban agglomerations has a polarization phenomenon. 4) In terms of configuration mechanism, high-level ecological security is the result of multi-factor interaction within the system, and no single factor can constitute the necessary conditions for high-level ecological security. There are five types of upgrading paths of high-level ecological security energy in urban agglomerations of the Yellow River basin: interconnection type between Wuli and Renli under the background of Wuli, two-wheel driving type of Wuli and Renli, two-wheel driving type of Renli and Wuli under the background of Shili, interconnection type between Shili and Wuli, interconnection type among Wuli, Shili and Renli, Various urban agglomerations should make flexible and differentiated choices from the perspective of complex system with multi-element linkage. Finally, it puts forward three suggestions: building the coordinated radiation circle of ecological security level in urban agglomerations of the Yellow River basin, injecting the "power source" of interconnection among urban agglomerations, and smoothing the "aorta" of ecological resource intensification and greening of urban agglomerations in the Yellow River basin.

Key words： Yellow River basin; ecological security; urban agglomeration; configuration mechanism; WSR methodology; regional differences; ecological protection

黄河流域作为我国重要的能源基地、资源宝库和经济地带[1]，是国家生态安全战略布局的重要板块[2]。城市群既是黄河流域在空间地理划分上的载体，也是推进黄河流域生态保护和高质量发展的重要引擎[1]。国家“十四五”规划从战略层面对“黄河流域生态保护和高质量发展”予以重视，明确提出以城市群为主体的发展格局是优化资源配置、提高城市综合承载力及筑牢国家生态安全屏障的重要举措[3]。近年来，受气候变化和人类活动双重影响，且在加快城市化进程中多采取粗放型发展模式，使得该区域生态安全风险增加，洪涝灾害、水资源短缺等问题层出不穷[4]。特别是黄河流域七大城市群地理位置、资源环境容量等客观条件不尽相同，导致其发育程度具有空间异质性[1]。综上，通过城市群由点及线到面优化空间结构、集聚资源要素，进而稳步提高生态安全能级，是发挥好其在“两屏三带”生态安全战略中核心作用的关键[5]。因此，科学测度黄河流域七大城市群的生态安全能级，深入剖析其时空分布、区域差异及动态演进的规律，并在此基础上明晰生态安全能级的提升路径，对助力“黄河流域生态保护和高质量发展”及“碳中和、碳达峰”等战略目标的实现有重大意义。
Brown[6]在环境变化中引入“安全”，并界定了国家生态安全的概念。“生态安全”是由自然、社会、经济等子系统构成的复杂人工生态系统，反映了国家或地区的生态资源能够保障人类生产生活需求和社会经济发展，同时避免或较少受到制约的状态[7]。国内外生态安全研究经历了从理论到应用的嬗变[8]，研究尺度由省域[9]精细到市域[2]和县域[10]，研究重点转向全球气候变化[11]、生态安全格局[12]及生态系统服务价值评估[13]等方面，这说明气候变化及生态退化对生态安全系统造成了威胁。“能级”源于物理学[14]，用于描述系统或组织某一功能或综合功能的能量与级别大小[15]，国外主要将能级运用在生态学中，用于描述生态系统的生产力、生物多样性及生态服务功能等[16]。在国内，“能级”最早由孙志刚引入到城市研究中[17]，且常以城市群为研究单元[18]，广泛应用在区域创新[19]和城市经济学[20]等领域，根据不同研究对象，被界定为经济能级[21]等。然而，关于生态安全能级的概念，学术界尚未形成明确的界定。参考既有文献并结合研究目的[15]，本文将生态安全能级视为在不影响人类生产生活与自然环境健康发展的基础上，该区域社会经济生态能够保持可持续性及稳定性的级别大小。具体而言，生态安全能级囊括自然资源的保护和管理、气候变化的应对、污染物的综合利用及人类活动的影响等。
国内外已有文献均将区域生态安全视为一个复杂系统问题，注重协同性、整体性治理。其中，国外学者主要基于生态系统健康和生态服务两个方面对其进行有益探索，如Holling[22]提出了生态系统的“恢复力”概念，强调生态系统在面对干扰时维持其功能和结构的能力；Rapport等[23]基于“生态健康”强调生态系统功能的完整性和服务能力；David等[24]指出应从能量学、等级制度和系统理论之间的关联考虑生态系统结构的运行方式；Costanza[25]提出了“生态经济系统”理论，将生态系统的功能与人类经济活动紧密联系起来。而国内学者则更多结合我国地域生态特色与社会经济背景，围绕生态安全的内涵、测度及生态安全格局的构建等进行探讨[2]。如王静等[26]基于“潜在”与“现实”两视角对可持续城市生态系统的资源承载力进行分析；刘小琼等[27]基于生态要素对生态安全格局进行模拟预测，认为要关注各生态要素之间相互依存的内在关系；张国兴等[2]基于状态—胁迫—免疫（SDI）模型对黄河流域资源型城市生态安全等级边界进行界定。以上为生态安全能级研究提供了富有洞见的理论支撑，且值得注意的是，基于复杂系统观的角度剖析生态安全能级问题已成为该领域研究的趋势[28]。
综上，已有文献虽研究对象较为精准、内容较为多元，但在区域分配、切入视角、方法创新方面仍有一些不足：①基于全域城市群尺度来研究黄河流域的生态安全能级并对城市群间的差异对比研究较少；②从生态安全能级出发，并从复杂系统的视角对其内在演化分析较少，难以综合评估生态系统是否安全的本质和发展潜力，且在不同研究区域中需因地制宜地构建科学的评价体系；③研究多考虑相关因素对生态安全能级的单向净效应，这忽略了内在多因素联动的发展逻辑及演化态势。
本文首先基于上文对生态安全能级概念的界定，从复杂系统（WSR方法论）的角度构建评价指标体系，并结合熵值法和CRITIC赋权的优点，对各指标进行综合赋权后结合线性加权法对生态安全能级进行综合评价；继而以黄河流域七大城市群为研究区域，一方面从静态角度对其生态安全能级测度，另一方面从动态角度采用莫兰指数、Dagum基尼系数、Kernel密度分析各城市群生态安全能级的空间特征、区域差异和时间上的动态演变；最后按照“理论指标构建—生态安全能级测度—时空特征刻画—提升路径剖析”的研究脉络，运用模糊集定性比较分析方法（fsQCA）从系统内部要素剖析提升生态安全能级的多条“殊途同归”的组态路径。

1 理论基础与评价指标体系构建

1.1 理论基础

1.1.1 WSR方法论阐释

倡导“懂物理、明事理及通人理”三元系统准则的“物理—事理—人理”方法论（简称WSR方法论）是由我国学者顾基发等[29]共同提出的，其注重在应对复杂的社会、自然问题时从整体系统的角度去剖析，遵循并把握客观规律，以达成系统高效率运行的实践目标。“物理”以“物质本源”的思想为中心，指客观存在的规律、特质以及机理，解释“是什么”；“事理”是指在处理复杂问题时的手段、道理和依据，给出“如何解决”的思路；“人理”强调人与人、人与物之间为优化问题或在自然状态下所发生的协调关系。

1.1.2 WSR方法论与生态安全能级评价的适用性分析

WSR方法论框架因其科学性而被广泛用于剖析绿色可持续[30]等生态环境本质问题，这为本研究提供了理论指标构建的切入点。①黄河流域从青藏高原到河口平原，经历高山、高原、丘陵、盆地及平原等多种地貌类型的变化，这导致不同地区的水文特征、气候条件及土地植被类型等各不相同，且短期内无法改变，这是生态安全能级存在客观差异的主要原因，符合“物理”；②虽各区域的生态禀赋不易改变，但可通过实施植被保护、环境监测和预警等措施减少资源损耗，以提高生境质量，符合“事理”；③坚持“以人民为中心”、坚持“满足人民对美好生活的愿望”，这是践行“人与自然和谐共生”的准则，因此，应考虑经济民生、绿色生活，通过增进民生福祉、优化产业结构等方式稳固生态安全根基，此过程符合“人理”。综上，“WSR方法论”与生态安全能级系统的目标、内涵高度契合。基于WSR方法论的复杂系统视角构建生态安全能级指标体系，有利于剖析生态安全能级的本质。

1.2 WSR方法论下黄河流域城市群生态安全能级指标体系构建

基于WSR方法论与本研究的适用性分析，参考相关文献及国家“十四五”规划时期生态环境相关要求，并结合黄河流域区域特点，在遵循指标科学性和适用性等原则的基础上，分别从“物理、事理及人理”3个层面构建区域生态安全能级评价体系（表1）。其中，“物理”强调客观存在且短期无法改变的特点，指各种污染物的排放及生态资源状况，包括环境压力、生态禀赋[30]；“事理”指为提高生态安全能级所采取的技术、管理手段，包括生态治理、政府支持；“人理”考虑了人民与生态安全的联系，包括经济民生、绿色生活[30]。
表1 区域生态安全能级的评价指标体系

Tab.1 Evaluation index system of regional ecological security energy level

一级指标 二级指标 三级指标（单位） 属性 熵值法 Critic赋权法 综合权重 参考文献
物理 环境压力 单位面积工业废水排放量（万t/km2） - 0.0101 0.0345 0.0117 [3]
单位面积工业SO2排放量（t/km2） - 0.0110 0.0361 0.0126 [3]
单位面积工业烟粉尘排放量（t/km2） - 0.0088 0.0333 0.0104 [2]
单位面积CO2排放量（百万t/km2） - 0.0086 0.0304 0.0100 [31]
PM2.5年均值浓度（μg/m3） - 0.0583 0.0589 0.0583 [3,5,32]
生态禀赋 空气质量大于二级天数（天） + 0.0382 0.0579 0.0395 [2,28]
气候变暖风险（标准化气温）（-） - 0.0426 0.0476 0.0429 [33]
建成区绿化覆盖率/% + 0.0195 0.0318 0.0203 [28,32]
人均水资源量（m3/人） + 0.1174 0.0389 0.1123 [2]
事理 生态治理 污水集中处理率（%） + 0.0120 0.0338 0.0135 [2]
生活垃圾无害化处理率（%） + 0.0138 0.0396 0.0155 [5]
一般工业固体废物综合利用率（%） + 0.0223 0.0527 0.0243 [1,28]
政府支持 水利、环境和公共设施管理业从业人口占比（%） + 0.1002 0.0382 0.0961 [30]
环保词频占比（%） + 0.0468 0.0406 0.0464 [34]
人均节能环保支出（千万元/人） + 0.1077 0.0426 0.1034 [30]
人理 经济民生 人均GDP（万元/人） + 0.0781 0.0326 0.0752 [3]
非农业产值占比（%） + 0.0282 0.0441 0.0292 [1]
城乡收入比（%）* - 0.0348 0.0610 0.0365 [1]
城镇失业登记率（%） - 0.0485 0.0524 0.0488 [2]
绿色生活 人口密度（人/km2） - 0.0190 0.0427 0.0206 [1,3]
人均日生活用水量（l/人） - 0.0280 0.0404 0.0288 [2]
用水普及率（%） + 0.0108 0.0356 0.0124 [35]
人均公园绿地面积（m2/人） + 0.0656 0.0369 0.0638 [2,3]
人均城市道路面积（m2/人） + 0.0698 0.0373 0.0677 [3,5]

注：“*”表示城乡收入比=城镇人口人均可支配收入/乡村人口人均可支配收入。

2 研究区域、方法及数据

2.1 研究区概况

借鉴方创琳[36]的研究，以《纲要》等政府文件为依据，确定黄河流域七大城市群包括山东半岛城市群、中原城市群、关中平原城市群、兰西城市群、晋中城市群、呼包鄂榆城市群和宁夏沿黄城市群。基于数据的可得性及区域规划文件，共涉及62个城市 ① （图1）。
图1 研究区域

Fig.1 Research area

2.2 研究方法

2.2.1 博弈论组合赋权

博弈论组合赋权被广泛运用于不同领域中，但均将主观和客观赋权相结合。本研究选择CRITIC赋权法和熵值法从博弈论寻找最优权重的思想出发进行组合赋权，理由如下：两者结合可较为全面地反映数据的离散程度、冲突程度和对比强度，流程如图2。
图2 基于博弈论组合赋权——线性累加法的生态安全能级评价流程

Fig.2 Evaluation process od ecological security energy level based on combination weighting method of game theory-linear accumulation method

2.2.2 Dagum基尼系数

运用Dagum基尼系数对黄河流域七大城市群生态安全能级的区域内差异、区域间差异、总体差异及其贡献率情况进行探究[2]。

2.2.3 核密度分析

核密度估计隶属于非参数估计，可从有限样本数据自身出发，不依赖于先前的数据分布，从样本本身来分析总体数据的分布特征。运用该方法目的是分析黄河流域七大城市群生态安全能级的分布态势、分布延展性等动态演进特征。

2.2.4 空间自相关模型

运用全局 M o r a n ' s   I对黄河流域七大城市群的生态安全能级的态势进行空间关联状态分析，并采用局部 M o r a n ' s   I识别具体的集聚区域。

2.2.5 模糊集定性比较分析（fsQCA）

定性比较分析方法（QCA）目前被应用于经济韧性[37]等领域，核心思想是结合整体论与还原论以解决复杂因果关系的问题。模糊集定性比较分析（fsQCA）是其中一种类型，它突破了传统多重共线性及单一净效应的枷锁，在解释因果对称性、多重并发条件等方面优势显著；同时，生态禀赋、环境压力等条件变量均有各自的衡量指标，并非二分变量，因此该方法适合本研究。

2.3 数据来源与处理

本研究数据来源与处理如下：①基础数据源于2011—2021年《中国城乡建设统计年鉴》《中国城市统计年鉴》、黄河流域各省份统计年鉴、各省份水资源公报、国民经济和社会发展统计公报与生态环境状况公报。②气温数据来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下设的国家环境信息中心（NCEI）（https:// www.ncei.noaa.gov/data/global-summary-of-the-day/archive/）。③环保词频占比源自各城市政府工作报告，环保词汇相关内容以陈诗一等[34]研究为参考。处理过程如下：首先手动搜集并整理62个城市2010—2020年政府工作报告，其次对报告内容进行文本分词处理，最后统计与环保相关的词汇出现的频次，并计算其占报告全文词频总数的比例。④PM2.5源于大气成分分析组（https：//sites.wustl.edu/acag/datasets/surface-pm2-5/）。⑤为消除价格变动对研究结果的影响，以2010年为基期对关于价值的指标采用GDP平减指数进行折算。⑥对原始数据进行无量纲化处理，缺失数据通过线性差值法或移动平均法进行填补。

3 结果与分析

3.1 生态安全能级时空特征

3.1.1 时间动态演变特征

研究期内流域整体生态安全能级从2010年的0.407波动提升至2020年的0.429，增幅为5.401%（图3）。其变化趋势可划分为3个阶段，①第一阶段：2010—2012年为增长期。其原因可能是2010年全国主体功能区规划出台，2011年作为“十二五”规划的开局之年，强调“坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点”，2012年党的十八大将生态文明建设纳入“五位一体”总体布局，得益于上述措施，生态治理力度增强，相关指标效能也发生变化。与2010年相比，2012年建成区绿化覆盖率、人均水资源量分别增加29.070%、48.560%，促使流域生态安全在该阶段上升。②第二阶段：2012—2015年为降低期。这与以下研究变化趋势相吻合：王耕等[38]发现2012—2015年我国生态文明建设效率整体有降低的趋势；葛世帅等[32]发现2013年以后黄河流域生态文明建设的步伐处于下行趋势。从指标来看，与2012年相比，2015年单位面积工业废水排放量增加了4.040%，PM2.5年均值浓度增加了9.700%，上述在工业化的进程中相关指标变动致使该阶段生态安全能级下降。③第三阶段：2015—2020年为波动增长期。原因可能是2015年新《中华人民共和国环境保护法》指出要“强化执法力度、增加处罚标准、明确生态保护红线”等，2016年中央生态环境保护督察启动，2017年党的十九大进一步将生态文明建设的国家定位上升到“中华民族永续发展的千年大计”，紧接着2019年黄河流域生态保护上升为重大国家战略，以上顶层措施缓解了流域资源压力，生态环境质量向积极一面发展。但黄河跨域范围大、区域生态环境脆弱，生态环境问题具有累加性及辐射性等特点，卡脖子的根本问题并未充分解决，这可能是该阶段生态安全能级出现波动但仍上升的原因。
图3 黄河流域城市群生态安全能级变化趋势

Fig.3 Trends in the ecological security level of urban agglomerations in the Yellow River basin

从各城市群生态安全能级变化情况来看，研究期内兰西、关中平原、呼包鄂榆和宁夏沿黄城市群生态安全能级有所提升，晋中、山东半岛和中原城市群生态安全能级有所下降。其中兰西城市群增幅最大，宁夏沿黄城市群次之。从各城市群的生态安全能级结果来看，山东半岛和呼包鄂榆城市群安全能级均位于前列，这与郝智娟等[3]、葛世帅等[32]研究结果一致。山东半岛城市群毗邻海洋，在绿色产业转型及能源开发方面具有便利条件。呼包鄂榆城市群生态资源较为充盈、人口密度相对较低，且该区域城市数量少，作为由能源强市构成的城市群，具备稳步推进生态保护的禀赋基础，是流域生态安全提升的新生动力[3]。
图4为2010—2020年黄河流域七大城市群生态安全能级的时序动态演进特征。从分布位置看，核密度曲线波动右移，说明生态安全能级波动提升。从分布形态看，核密度曲线主峰高度逐渐上升，宽度不断变窄，表明黄河流域城市群生态安全能级整体差距缩小且逐渐收敛。波峰数目呈单峰、双峰变化，说明黄河流域城市群生态安全能级极化现象较为明显。由上可知，目前黄河流域生态文明建设仍面临压力叠加、负重前行的窘迫局面，虽出现波动反复的情况，但整体稳中向好。习近平总书记在全国生态环境保护大会上也指出[39]，近年来生境质量向积极一面发展，但治理效果并不牢固，这与上述生态安全能级变化趋势一致。
图4 黄河流域城市群生态安全能级分布动态演进

Fig.4 Distribution dynamics of ecological security energy level in urban agglomerations of the Yellow River basin

3.1.2 空间分布特征

运用ArcGIS绘制2010、2013、2017和2020年的生态安全能级空间分布特征 ① （图5）。采用自然断裂点法将其划分为低、较低、中等、较高和高水平5个等级：①2010—2020年黄河流域城市群整体生态安全能级的空间分异较为显著，但低水平城市的数量逐渐减少，高水平的城市逐渐增加。②2010年生态安全能级低水平城市主要分布在兰西和关中平原城市群；2013年低水平城市向中原城市群转移；2017年中等水平城市数量变多，分布在山东半岛、宁夏沿黄和关中平原城市群；2020年较高水平及以上城市数量最多，主要集聚在山东半岛和呼包鄂榆城市群。③黄河流域生态安全能级呈上游低于下游、省会城市高于周边城市的“中心—外围”特征。较高水平、高水平的城市大多位于省会或省会中心附近。省会城市由于基础设施完善、政策支持力度大，因而生态保护措施实施较为有效；中等及以下水平城市分布在黄河中游、中下游或上游城市群，它们主要依赖农业和资源型产业，矿产、煤炭等资源的开采造成大规模的土地破坏，不利于产业转型升级。
图5 2010、2013、2017和2020年黄河流域城市群生态安全能级的空间分布

Fig.5 Spatial distribution of ecological security level in urban agglomerations of the Yellow River basin in 2010，2013，2017 and 2020

3.1.3 空间关联特征

黄河流域七大城市群的生态安全能级的全局Moran's I均为正值（表2），呈“心电图”波动降低的趋势，且p值均在0.000的水平上显著，说明生态安全能级具有显著的空间正向集聚态势。
表2 2010—2020年黄河流域城市群生态安全能级全局莫兰指数

Tab.2 Global Moran index of ecological security energy level in urban agglomerations of the Yellow River basin from 2010 to 2020

年份 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Moran's I 0.598*** 0.599*** 0.581*** 0.623*** 0.470*** 0.375*** 0.557*** 0.383*** 0.549*** 0.525*** 0.435***
Z 6.220 6.190 6.201 6.503 4.954 4.004 5.982 4.047 5.764 5.466 4.517

注：***表示在1%的水平上显著。

进一步分析黄河流域城市群生态安全能级聚类分布。2010年高—高集聚区在山东半岛城市群，低—低集聚区主要在兰西、关中平原和中原城市群。之后，2013、2017和2020年的集聚情况存在波动。与2010年相比，2013、2017及2020年的高—高集聚型城市个数增加，低—低集聚型城市个数减少，说明黄河流域整体生态安全能级在上升，推进生态安全协作的步伐较为一致。到2020年，高—高集聚区主要转移到呼包鄂榆和山东半岛城市群，低—低集聚区仅位于中原城市群，说明中原城市群生态治理状况欠佳，其可能原因是该城市群主要位于农业大省，虽然在生产过程中投入的资源较多，但由于非期望产出过高，可能会对资源环境造成负面影响。

3.2 生态安全能级的空间区域差异测度

3.2.1 总体差异及来源分解

将基尼系数划分为组内贡献、组间贡献和超变密度三部分（表3）。研究期内总体基尼系数波动下降，说明不均衡程度在降低。区域间差异是影响黄河流域生态安全能级总体差异的首要因素，超变密度为次要原因。
表3 2010—2020年黄河流域城市群生态安全能级差异及分解

Tab.3 Difference and decomposition of ecological security level in urban agglomerations of the Yellow River basin from 2010 to 2020

年份 总体基
尼系数		 贡献 贡献率（%）
区域内 区域间 超变密度 区域内 区域间 超变密度
2010 0.096 0.014 0.065 0.017 14.200 67.830 17.970
2011 0.088 0.012 0.063 0.014 13.210 70.970 15.830
2012 0.108 0.014 0.079 0.016 12.610 72.830 14.560
2013 0.104 0.012 0.081 0.011 11.570 78.210 10.230
2014 0.099 0.014 0.062 0.024 13.890 62.080 24.030
2015 0.088 0.014 0.049 0.025 15.550 56.080 28.380
2016 0.105 0.014 0.073 0.019 13.250 68.740 18.020
2017 0.096 0.015 0.053 0.028 15.690 55.440 28.870
2018 0.113 0.017 0.073 0.024 14.710 64.430 20.860
2019 0.102 0.014 0.066 0.022 14.050 64.240 21.710
2020 0.094 0.014 0.058 0.022 14.480 62.080 23.440
均值 0.099 0.014 0.066 0.020 13.930 65.720 20.350

3.2.2 区域内差异

除呼包鄂榆和山东半岛城市群外，其余城市群生态安全能级的区域内差异均在增加。其中，区域内基尼系数从低到高依次为宁夏沿黄、晋中、兰西、山东半岛、中原、关中平原、中原和呼包鄂榆城市群。

3.2.3 区域间差异

2010、2013、2017和2020年城市群间基尼系数覆盖面积显著缩小（图6），说明城市群间生态安全能级的不均衡程度在降低[2]。
图6 2010、2013、2017和2020年黄河流域城市群生态安全能级组间基尼系数

Fig.6 Gini coefficient of ecological security energy level groups in urban agglomerations of the Yellow River basin in 2010，2013，2017 and 2020

从城市群间差异来看，中原与呼包鄂榆城市群间的差异最大，原因可能有：呼包鄂榆城市群地广人稀，工业密集程度低，属于低排放地区，且新能源行业发展形势较好。而中原城市群人口相对密集，耕地开发强度大，能源资源消耗较大，以有色金属、食品等产业为主，这使得呼包鄂榆城市群在推进生态高质量发展过程中易实现绿色产业结构升级。

3.3 生态安全能级组态提升路径

本研究从WSR方法论视角切入，并参考王新越等[37]的研究思路，在科学揭示黄河流域城市群生态安全能级的时空动态演变特征、区域差异、动态演变的基础上，进一步从系统内部要素探究提升生态安全能级的“殊途同归”路径。

3.3.1 提升路径的组态模型

本研究以“生态安全能级”为结果变量，将系统内部的“物理因素W（环境压力、生态禀赋）、事理因素S（生态治理、政府支持）、人理因素R（经济民生、绿色生活）”纳为条件变量，多因素联动匹配，构建城市群生态安全能级提升的组态模型。
首先，采用直接校准法，将各变量的5%、50%、95%分位值计为完全不隶属度、交叉点和完全隶属度。其次，对单个条件的必要性分析。当一致性大于0.9时认为该条件是结果的必要条件。再次，对多个条件组态的充分性进行分析。将一致性阈值设为0.8、频数阈值设为1.0。最后，根据复杂解、中间解及简单解的结果筛选核心条件。

3.3.2 高生态安全能级提升路径驱动机制

兼顾组态解的整体性和动态演变性，并结合本研究问题将11条组态路径划分为5种高生态安全能级驱动机制（表4）。
表4 高生态安全能级组态路径

Tab.4 Configuration paths of high-level ecological security

维度 变量 2010 2013 2017 2020
H1a H1b H2a H3a H3b H2b H4 H1c H5a H5b H5c
物理 环境压力（CS） ● ● ● ● ● ● ● ⊗
生态禀赋（ER） ● ● ● ● ● ● ●
事理 生态治理（EG） ● ⊗ ● ⊗ ●
政府支持（GS） ● ● ● ● ● ● ● ●
人理 经济民生（EP） ● ● ● ● ● ● ● ●
绿色生活（GL） ● ● ● ● ⊗ ● ● ●
原始覆盖度 0.453 0.383 0.506 0.418 0.470 0.418 0.364 0.449 0.435 0.455 0.346
唯一覆盖度 0.035 0.049 0.137 0.030 0.082 0.031 0.076 0.058 0.064 0.139 0.099
一致性 0.980 0.976 0.990 0.991 0.993 0.998 0.899 0.963 0.956 0.963 0.964
总体一致性 0.971 0.990 0.919 0.964
总体覆盖度 0.639 0.531 0.615 0.635

注：⊗指边缘条件缺失、⊗表示核心条件缺失、●表示辅助条件存在、●表示核心条件存在。

3.3.2.1 事理主导下物理与人理联动型

“事理主导下物理与人理联动型”是指以事理为核心推力，在顶层设计的引领作用下倡导物理和人理两层面的联动协调模式，更有利于开展协同性的生态安全能级提升活动，具体为2010年的H1a、H1b及2017年的H1c。其中，路径H1a以高政府支持、高经济民生为核心条件，高生态禀赋为辅助条件助力生态安全能级的提升，典型案例有青岛等。路径H1b以高生态治理、高政府支持、高绿色生活为核心条件，高生态禀赋为辅助条件提升生态安全能级，典型案例为青岛、济南。路径H1c以高环境压力、高生态治理、高政府支持为核心条件，高经济民生为辅助条件促进生态安全能级的提高，典型案例为烟台、威海等。横向对比可知，该模式在2010和2017年出现，分别出现于全国生态功能区规划颁布和党的十九大召开期间，上述3条路径的代表案例主要位于山东半岛城市群，且唯一覆盖度逐年增加。相较其他区域，山东半岛城市群具有能源产业优势，政府高度重视对土地、水、能源和矿产等资源的优化利用。近年来，山东半岛城市群在政策引导、绿色发展等方面是黄河流域城市群生态治理的区域标杆，为推动黄河流域生态保护和高质量发展贡献了山东力量。

3.3.2.2 物理—人理双轮驱动型

“物理—人理双轮驱动型”通常以物理层面“生态禀赋、环境压力”及人理层面“经济民生、绿色生活”等变量作为核心条件，具体为2010年H2a及2013年H2b。其中，路径H2a表明在其他条件不发挥作用的情况下，以高环境压力、高经济民生及高绿色生活为核心条件，高生态禀赋为辅助条件时可促进区域生态安全的高能级发展，该路径典型案例有山东半岛城市群青岛、威海、烟台等及呼包鄂榆城市群鄂尔多斯。路径H2b以高环境压力、高生态禀赋、高经济民生作为核心条件，高绿色生活为辅助条件存在时，发挥它们的联动作用促进该区域高生态安全能级的形成。典型案例为以威海、烟台为代表的山东半岛城市群，以呼和浩特为代表的呼包鄂榆城市群。横向对比分析可知：两条路径主要发生在2010和2013年，代表城市基本一致。不仅覆盖度随时间的增长而变小，唯一覆盖度也在降低，对比路径H2a和H2b的条件变量，当高绿色生活由核心条件变为辅助条件时，唯一覆盖度从2010年的13.700%降低到2013年的3.100%，说明当人民的绿色生活未达到一定标准时，仅依靠天然的资源禀赋短时间内无法为高生态安全能级的实现提供动力。因此，在物理层面应借助区位优势，注重对土地、水和矿产等资源的优化利用，在人理层面应致力于降低污染物排放、加强基础设施绿色建设、加快低碳高质量发展及促进绿色生活方式转变，通过物理和人理层面的优势互补，形成协同治理黄河流域的正反馈机制。

3.3.2.3 人理—物理双元逻辑下依托事理驱动型

“人理—物理双元逻辑下依托事理驱动型”是指以物理与人理维度的变量作为核心条件，事理维度在组态路径中的驱动作用被增强的情况，该模式呈现出物理与人理维度相互交叠、彼此有利的特征，并借助政府在顶层设计上的统筹规划，以产生政府与社会、人民群众协同治理的正反馈机制，具体为2013年的H3a、H3b。其中，路径H3a认为即使在高压的环境治理目标下，只要发挥好该地区的资源禀赋优势，使得资源最大限度集约化、绿色化，同时从“以人民为中心”的角度出发切实提高绿色生活质量，并借助政府的推力抵御环境风险，该路径的唯一覆盖度为3.000%，典型案例有威海、烟台、鄂尔多斯等；路径H3b在路径H3a的基础上将高政府支持变为核心条件，该路径的唯一覆盖度为8.200%，典型案例有呼和浩特。横向对比覆盖度可知，当事理维度的高政府支持作为核心条件时，唯一覆盖度增加，这进一步凸显政府统筹的重要性。该模式在2013年出现，当年党的十八届三中全会强调严守生态保护红线，把生态文明建设纳入干部的政绩考核，上述措施更强调政府的监管与支持，这意味着即使面临的生态压力较大，只要政府保持常态化对生态安全红线的监管，防止生态资源被过度索取，就能持续推进生态文明建设。

3.3.2.4 事理—物理联动型

“事理—物理联动型”是指在推进生态文明建设的情境下，既依靠事理层面的外部推力，也利用物理层面的内部张力，以提升黄河流域城市群的高生态安全能级，具体为2017年的H4。该路径的唯一覆盖度为7.600%，在所有路径中覆盖度相对较高。典型代表城市为西宁，2017年处于国家“十三五”规划期间。为增强公众对绿色发展的获得感，政府加强环境保护的宣传力度，助力西宁打造绿色发展的样板先行城市，西宁市原环境保护局印发关于《西宁市环境保护法治宣传教育第七个五年规划（2016—2020年）》。紧接着《西宁市“十三五”环境保护规划》明确规定要全面推进达标排放与污染减排，秉持“政府负责、多部门协同治理”的原则，为其生态安全能级的提升提供机遇。

3.3.2.5 物理—事理—人理三元协同驱动型

“物理—事理—人理三元协同驱动型”表明提高黄河流域城市群的生态安全能级需要注重生态系统内部的“全面性、整体性和长远性”，在鼓励政府颁布一系列政策法规和增加节能环保支出的同时，要掌握区域生态资源的环境承载力状况。坚持“以人为本”，重点培育群众的环保素养，营造健康的绿色可持续氛围。具体为2017年的H5a及2020年的H5b、H5c，出现于党的十九大召开及国家“十三五”规划收官之年。其中，路径H5a代表城市有烟台、威海等，路径H5b代表城市有淄博、石嘴山，路径H5c代表城市有淄博、石嘴山。对比路径H5a与H5c可知，当高政府支持由辅助条件转变到核心条件存在时，虽整体覆盖度下降，但唯一覆盖度上升到9.900%，这说明政府的顶层设计依旧在生态治理过程中占据主要地位；对比路径H5b与H5c可知，当环境压力作为核心条件时，即便政府的作用被弱化，仍然可借助改善经济民生、优化产业结构等方式推动高生态安全能级的形成。由此可见，生态环境具有唯一性、不可替代性，关系到人民的绿色生活品质及经济的高质量发展，需要依靠全社会承担保护青山绿水的责任，为建设美丽中国增添力量。

3.3.3 生态安全能级组态提升路径演变分析

深入剖析生态安全能级组态路径机制的演变有助于把握其动态发展规律，为优化生态安全格局提供指引。研究期内呈2010年（3条）→2015年（3条）→2017年（3条）→2020年（2条）的演变过程，动态变化特征显著。近年来，高生态安全能级的提升路径逐渐转向“物理—事理—人理三元协同驱动型”模式，生态禀赋、生态治理、政府支持及绿色生活等要素对生态安全能级水平的推力愈发明显。一方面区域特色扶持、基础设施完善及能源产业结构升级等硬件条件，促使生态安全能级得以高质量提升，实现基础生态保障层面的适应性发展；另一方面，我国开放的组织环境、良好的政策支持等软性条件也为高生态安全能级奠定了基础。这些优势与我国坚持问题导向、坚持系统治理、坚持“以人民为中心”的治理思想相呼应，为探索自然生态资源恢复的新路子、激发社会公众呵护环境的内生动力提供了指引。

4 结论与建议

4.1 结论

本文以“WSR”方法论的复杂系统视角构建了生态安全能级评价体系，探讨了2010—2020年黄河流域城市群生态安全能级的区域差异、动态演进及提升路径。主要结论如下：
①研究期内黄河流域城市群生态安全能级呈阶段性波动增长，总体呈下游高于上游、省会城市高于周边城市的“核心—外围”空间分布特征，具有显著的空间正相关性，逐渐形成以山东半岛和呼包鄂榆城市群为核心的高—高生态安全能级聚集区，以中原城市群为主的低—低生态安全能级聚集区。分布动态演化上，黄河流域城市群生态安全能级具有极化现象，不同城市群的生态安全能级存在差异，但城市群间差异在逐渐缩小。
②在区域差异上，黄河流域城市群生态安全能级总体差异逐渐降低，其中城市群间差异是总体差异的最大来源，其次为超变密度。城市群间差异中，呼包鄂榆与中原城市群差异最大。就城市群内部差异来说，七大城市群呈“宁夏沿黄<晋中<兰西<山东半岛<中原<关中平原<中原<呼包鄂榆”态势，除呼包鄂榆和山东半岛城市群外，其余城市群生态安全能级的区域内差异均在增加。
③在提升路径上，生态安全能级的提升需要系统内部多要素联动发挥作用，任何单一要素无法构成高生态安全能级的必要条件。黄河流域城市群生态安全能级的提升共包括“事理主导下物理与人理联动型”“物理—人理双轮驱动型”“人理—物理双元逻辑下依托事理驱动型”“事理—物理联动型”及“物理—事理—人理三元协同驱动型”5种驱动机制。

4.2 建议

①打造城市群内部生态安全能级协同辐射的“沿黄朋友圈”。研究结果表明，中原城市群生态安全能级较低，且不均衡现象有增加的趋势。虽然呼包鄂榆城市群生态安全能级的不均衡现象在逐渐降低，但该区域不均衡情况与其他城市群相比仍位于前列。因此，需要关注城市群内部生态安全能级同振同频提升的问题。对于中原城市群，亟需推进郑州国家中心城市的建设，并积极探索生态环境综合治理、绿色产业体系建设的道路，借助自贸区、航空港等人无我有、人有我精的平台优势，促进中原城市群由“一马奔腾”向“万马奔腾”的联动格局转变；呼包鄂榆城市群中的城市大多靠近铁路、国道、高速公路和河流，因此要加大交通等方面的联动，借助毗邻京津冀的区位优势，强化绿色能源产业的协作，构建呼包鄂榆生态系统共同体。
②注入城市群间互联互通的“动力源”。黄河流域生态保护和高质量发展是我国“江河战略”的核心，而从空间格局上看城市群具有先天“以点带面”的协同区位优势，建立上中下游城市群联防联控机制是实施该战略的总抓手。具体来说，一要加强生态数据共享和协作，建立跨城市群生态灾害预警和响应体系以提高群间或群内生态韧性。二要加大包括交通、水利、能源等方面基础设施建设的“输血”功能，以提升黄河流域全域经济“造血”功能。三要发挥七大城市群的区域板块对生态安全能级的基础支撑作用，如黄河下游城市群要率先走好“高质量发展”道路，依托沿黄土地、能源和产业等资源优势，给其他城市群做好“引领辐射”的榜样；黄河中游城市群要起到承东启西的战略联结作用，借助区位优势、文化底蕴，吸引高素质人才、高科技产业等生产要素的流入，做好东西部资源流通的“纽带”；黄河上游城市群可借助天然的资源禀赋优势，为黄河中下游城市群持续输送生态资源。
③畅通黄河流域七大城市群生态资源集约化、绿色化的“主动脉”。坚定城市群是黄河流域生态安全能级提升的主战场，更是引领黄河流域经济高质量发展的主力军。各城市群之间以及城市群内部各城市之间要在差异化管理的基础上采取“帮扶”的发展模式，因地制宜加大对各城市群资源禀赋、特色产业的保护力度，对水资源、气候条件、大气环境等分地区制定标准。要抓住机遇，积极践行“碳中和、碳达峰”战略规划，丰富大数据、人才和固有生态品牌等生产要素的流动性，降低高碳行业污染给生态安全造成的压力。要以七大城市群为区域基础，以“提升高质量发展就是提升生产力，改善环境就是守好生态安全屏障”为总抓手，加强各城市群间的沟通，充分发挥“以强带弱”的辐射效应。总之，在行动上要牢牢拧成一股绳，在思想上要坚持问题导向、坚持系统内部多要素综合治理的大局观，有序推动城市群协同治理新格局的构建，进而推动黄河流域生态安全能级的整体提升。

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