区域开发强度与资源环境承载力耦合协调分析——以中国沿海城市群为例

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(中国海洋大学a.经济学院;b.海洋发展研究院,山东 青岛 266100)

1　引言

开发强度是土地利用程度及其累积承载密度的综合反映,是区域建设空间占总面积的比例[1]。资源环境承载力是在一定时间和区域内,在保证资源合理开发利用和生态环境良性循环前提下,资源环境系统承载人口增长与经济发展的能力[2],两者作为主体功能区划的重要依据,存在相互制约的动态耦合协调关系。近年来,随着我国城镇化与工业化进程的逐渐加快,区域开发建设强度不断加大,开发建设方式愈发粗放,不可持续性问题日趋严峻。学者们运用日渐成熟的方法手段,对开发强度与资源环境承载力研究开展大量工作。总体看,以全国、省域和省内为空间尺度[3,4],关注开发强度的时空特征[5]、资源环境承载力的时空特征[6]、开发强度与交通运输的关系[7]、开发强度与碳排放的关系[8]、城镇化与资源环境承载力的关系[9]等内容,一定程度上忽视了省际地域单元,较少涉及开发强度与资源环境承载力的耦合协调关系,且针对两者协调发展影响因素的分析几乎空白。

城市群作为直接参与全球竞争和国际分工的新型地域单元,是经济社会发展进程中最具活力与潜力的增长点[10,11]。20世纪90年代以来,伴随着大量农村剩余劳动力和产业的集聚,城市群进入快速成长阶段,城市群规划方兴未艾,城市群开发愈演愈烈,城市群成为人口集聚区、经济集聚区和城镇集聚区。然而,高速度成长、高密度集聚和高强度运转的模式同样产生资源消耗、环境污染和生态破坏等问题,导致资源使用和污染排放比重越来越大,城市群成为生态环境问题频发的重灾区,制约着区域开发的有序进行、资源环境的高效利用与国土空间格局的合理优化。

针对此,本文以我国辽中南、京津冀、山东半岛、长三角和珠三角五大沿海城市群为研究区,以1995年、2005年和2015年为时间点,运用耦合协调度模型测算开发强度与资源环境承载力的时空耦合关系,运用障碍度模型分析影响开发强度与资源环境承载力协调发展的主要障碍因素,这不但有助于沿海城市群人口资源环境的均衡和经济社会生态效益的统一,而且对中西部城市群开发质量的提升、开发秩序的规范和健康良性发展态势的形成等具有重要参考借鉴意义。

2　指标选取与模型构建

2.1　指标选取与数据来源

基于区域开发强度与资源环境承载力的已有研究[12-14],选取城市建设用地面积占市辖区土地总面积比重表征开发强度。从资源环境压力和资源环境承压两方面综合测评资源环境承载力,其中选取人口自然增长率、GDP年均增长率、人均水资源消耗量、万元GDP能耗、万元GDP工业废水排放量、万元GDP工业SO2产生量、万元GDP工业固体废物产生量表征资源环境压力;人均GDP、城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入、人均水资源量、人均耕地面积、建成区绿化覆盖率、工业固体废物综合利用率、污水集中处理率、生活垃圾无害化处理率表征资源环境承压。鉴于资源环境压力包括人口增长压力和经济发展压力,与资源环境承压共同组成三维状态空间轴,因此本文运用状态空间法[15]计算资源环境承载力得分,并比较现实值与理想值。数据主要来源于1996年、2006年和2016年的《中国城市统计年鉴》。

2.2　耦合协调度模型

引入耦合协调度模型分析开发强度与资源环境承载力彼此影响、相互作用、和谐一致的程度,全面测度两者的交互耦合协调程度,公式为[16,17]:

(1)

式中,C为耦合度,其中0

2.3　障碍度模型

引入障碍度模型对开发强度与资源环境承载力协调发展的障碍因素进行诊断,以此确定各障碍因素对开发强度与资源环境承载力协调发展的制约程度,公式为[19,20]:

(2)

3　结果与分析

3.1　开发强度时空特征分析

我国沿海城市群开发强度加速上升,1995年、2005年和2015年开发强度平均值分别为2.9976%、3.3553%和5.2944%,超过2030年4.67%的国土开发强度红线。原因在于：改革开放以来我国人口和产业向东部沿海集聚态势不断增强,受此影响,新城新区广泛设立,城镇建成区面积快速增长,土地城镇化进程逐渐加快。其中,珠三角开发强度的增幅最明显,由1995年的5.9397%增加到2015年的12.9686%。开发强度大小排序依次为：珠三角>长三角>京津冀>山东半岛>辽中南,其开发强度的平均值分别为8.5892%、4.8049%、2.1125%、1.9836%和1.4595%,可见改革开放先行一步的珠三角开发强度最大,人口密度、经济密度和城市化水平均处最高一级,长三角作为我国最大城市群,人口规模水平最高,人口聚集能力最强,开发强度仅次于珠三角。在结构性与体制性深层次矛盾制约下,辽中南经济发展呈现“断崖式下滑”,人口红利面临枯竭,城镇化增速减缓,开发强度处于最低一级。从53个城市来看,开发强度空间差异明显,三个年份的标准差分别为5.3528、6.8626和9.4035,高值集中分布于珠三角和长三角冲积平原,深圳(35.6402%)和上海(35.0359%)开发强度始终处于最高一级,超过国际公认的30%的国土开发警戒线,这两个城市基本没有可供成片开发的土地资源,许多大型项目无法落地,后备建设空间潜力不足;承德(0.1172%)开发强度最低,这与其山谷地形限制、基础设施滞后、自主创新能力不强等密切相关(图1)。

图1　沿海城市群开发强度的时空特征

3.2　资源环境承载力时空特征分析

我国沿海城市群资源环境承载力稳步上升,1995年、2005年和2015年资源环境承载力平均值分别为0.3636、0.4376、0.4411,低于资源环境承载力的理想值4.0395、4.8622和4.9012,说明沿海城市群资源环境承载状况得到不断提升且均处于可载状态,其中长三角资源环境承载力增幅最明显,资源环境承载力由1995年的0.3277增加到2015年的0.4240,环境治理力度增强、环境保护投资增加、生态修复工程实施等的成效显著。沿海城市群资源环境承载力大小排序为珠三角>辽中南>山东半岛>京津冀>长三角,平均值分别为0.4352、0.4230、0.4181、0.4102、0.3895。从53个城市来看,资源环境承载力空间差异相对较小且逐年递减,标准差分别为0.05858、0.0733、0.0645,高于资源环境承载力指数平均值的城市数量分别为22个、30个、16个,占全部城市数量的41.51%、56.60%、30.19%,集中分布于辽中南、山东半岛和长三角北部。其中,深圳(0.6806)资源环境承载力最高,通过主动对标全球生态环境标杆城市,执行一流的环保标准,运用一流的环保技术等,加大环保工作力度,使优良的生态环境成为深圳重要竞争力;肇庆(0.2738)资源环境承载力最低,内河涌黑臭现象明显、湖库水质有待持续改善、矿山开采导致水土流失加剧、环境监测与监察力度不够等是制约肇庆资源环境承载力提升的主要问题(图2)。

3.3　耦合协调关系分析

我国沿海城市群开发强度与资源环境承载力的耦合度总体处于拮抗耦合阶段,1995年、2005年和2015年的耦合度平均值分别为0.4275、0.3740、0.3924。沿海城市群开发强度与资源环境承载力的耦合度大小排序为长三角>山东半岛>珠三角>京津冀>辽中南,耦合度平均值分别为0.4506、0.4110、0.4079、0.3746、0.3458。从53个城市来看,开发强度与资源环境承载力耦合度空间差异相对较小但逐年递增,标准差分别为0.0657、0.0759、0.0766。1995年、2005年和2015年资源环境承载力高于耦合度平均值的城市数量分别为34个、25个、31个,占到全部城市数量的64.15%、47.17%、58.49%,其中北京、济南、淄博、青岛、扬州、镇江、泰州、南京、镇江等23个城市的开发强度与资源环境承载力耦合度始终高于平均水平,相对集中地分布于山东半岛、长三角和珠三角,深圳(0.4964)开发强度与资源环境承载力耦合度最高,承德(0.1940)开发强度与资源环境承载力耦合度最低,处于最低一级的低水平耦合阶段,两者相差2.56倍。

图2　沿海城市群资源环境承载力的时空特征

我国沿海城市群开发强度与资源环境承载力的协调度整体不高,以轻度失调类型为主,1995年、2005年和2015年资源环境承载力协调度平均值分别为0.3294、0.3209、0.3335,呈现较明显的非同步发展特征。沿海城市群开发强度与资源环境承载力的协调度大小排序为长三角>珠三角>山东半岛>京津冀>辽中南,协调度平均值分别为0.3650、0.3394、0.3325、0.3109、0.2918。从53个城市来看,开发强度与资源环境承载力协调度空间差异特征与耦合度空间差异特征完全一致,标准差分别为0.0695、0.0705、0.0753。1995年、2005年和2015年高于协调度平均值的城市数量均为24个,占全部城市数量的45.28%。其中,沈阳、北京、济南、淄博、青岛等22个城市开发强度与资源环境承载力协调度始终高于平均水平,相对集中地分布于长三角和珠三角。深圳(0.6048)开发强度与资源环境承载力协调度最高,属于初级协调型;上海(0.5225)开发强度与资源环境承载力协调度次之,属于勉强协调型;承德(0.1981)开发强度与资源环境承载力协调度最低,属于严重失调型(图3)。

图3　沿海城市群开发强度与资源环境承载力的耦合度与协调度

3.4　协调发展的障碍因素分析

1995—2015年,各评价指标对沿海城市群开发强度与资源环境承载力协调发展的障碍度差异较为明显,平均值为∈[14.1680%,20.0023%],前五位障碍指标分别是人口密度(20.0023%)、人均耕地面积(20.0013%)、经济密度(20.0004%)、城市建设用地占比(20.0003%)和人均公园绿地面积(20.0001%),可见开发强度是影响两者协调发展的主要障碍子系统。其中:①人口密度是首要障碍因素。发达的经济水平、便利的公共服务和便捷的交通运输使大城市的“虹吸效应”突出,中小城市人口流失,沿海城市群人口畸形分布。其中,人口密度对辽中南障碍作用最强,地理位置较偏、经济实力较弱、社会保障不足等加速了该区人口流失,出现“人才陷阱”与“北雁南飞”问题,加上超低生育率的影响,三个年份中辽中南人口密度分别仅为312人/km2、326人/km2和331人/km2。②人均耕地面积是第二大障碍因素。城镇化的快速发展使建设用地规模持续增加,大量耕地后备资源被开发利用,加上灾毁和生态退耕等因素的影响,人均耕地面积不断减少,土地压力巨大。其中,人均耕地面积对珠三角的障碍作用最强,这与其土地面积不足且可垦率低、空间分布零散、耕地质量不高等密切相关,耕地资源紧缺成为其硬约束。③经济密度、城市建设用地占比和人均公园绿地面积是重要的障碍因素。GDP增速作为政绩考核的长期标准,导致忽视经济发展质量,大城市利用政策支撑条件和配套服务设施等成为高经济密度区,中小城市多是低经济密度区,城市建设用地呈现低效、无序、快速扩张,人均城市建设用地水平参差不齐,城市公园绿地存在面积不足、配套设施陈旧、养护管理缺失等问题,不利于居民幸福指数的提升(图4)。

图4　沿海城市群开发强度与资源环境承载力协调发展的障碍因子

4　结论与讨论

4.1　结论

本文运用耦合协调度模型和障碍度模型,对中国五大沿海城市群开发强度与资源环境承载力的时空耦合协调关系特征及其障碍因素进行了量化诊断,得出以下结论:①中国沿海城市群开发强度加速上升,开发强度均值由2.9976%增加到5.2944%,超过2030年4.67%的国土开发强度红线,珠三角开发强度最高,长三角开发强度次之,辽中南开发强度最低;53个城市开发强度空间差异明显,深圳和上海开发强度处于最高一级,承德开发强度最低。沿海城市群资源环境承载力稳步上升,资源环境承载力均值由0.3636增至0.4411,低于资源环境承载力理想值,珠三角资源环境承载力最高,长三角资源环境承载力最低;53个城市资源环境承载力空间差异较小且逐年递增,深圳资源环境承载力最高,肇庆资源环境承载力最低。②中国沿海城市群开发强度与资源环境承载力的耦合度处于(0.3,0.5]的拮抗耦合阶段,三个年份的耦合度均值分别为0.4275、0.3740和0.3914,长三角耦合度最高,辽中南耦合度最低;53个城市开发强度与资源环境承载力耦合度空间差异相对较小但逐年递增,深圳(0.4964)耦合度最高,承德(0.1940)耦合度最低。沿海城市群开发强度与资源环境承载力的协调度整体不高,以(0.3,0.39]的轻度失调类型为主,三个年份的协调度均值分别为0.3294、0.3209和0.3335,长三角协调度最高,辽中南协调度最低;53个城市开发强度与资源环境承载力协调度空间差异特征与耦合度空间差异特征完全一致,深圳(0.6048)协调度最高,承德(0.1981)协调度最低。③各指标对沿海城市群开发强度和资源环境承载力协调发展的障碍度差异明显,平均值∈[14.1680%,20.0023%],前5位障碍指标是人口密度>人均耕地面积>经济密度>城市建设用地占比>人均公园绿地面积,障碍度的平均值依次为20.0023%、20.0013%、20.0004%、20.0003%、20.0001%。其中人口密度是首要障碍指标,以对辽中南(41.5305%)障碍作用最强,人均耕地面积的障碍作用次之,耕地资源紧缺成为两者协调发展的硬约束,以对珠三角(48.3592%)障碍作用最强,经济密度、城市建设用地占比和人均公园绿地面积成为制约沿海城市群开发强度与资源环境承载力协调发展的潜在障碍因子。

4.2　讨论

综上所述,开发强度与资源环境承载力的本质内涵较为深厚,推进两者的协调发展是一个相对宏大的系统工程,城市群作为一种复杂的综合集群体,实现其社会经济发展与资源环境保护的全面协同更是需要循序渐进。本文针对我国沿海城市群开发强度与资源环境承载力耦合协调及其障碍因素诊断的成果是较为初步的,今后应在区域选择、指标构建、方法运用以及政策响应等方面应做进一步的探讨与研究。