基于生态位理论的西部城市发展的交互关系分析

王 帅，陈穗穗

(兰州财经大学 统计学院,甘肃 兰州 730020)

随着城市化进程的不断推进，城市与城市之间的竞争与利益关系变得愈加激烈，定位好自身在城市竞争中的地位，对实现城市在竞争中的合作共赢具有重要的实际意义。城市生态位就是在此基础上提出的，其作为生态学重要的理论之一，用于分析不同城市间的竞争与合作的演化等现象。

纵观近几年国内有关城市生态位的研究，研究对象多集中于东中部城市或较大的经济区，对我国西部地区城市研究较为缺乏，因此，运用生态位理论，以西部地区十个省会城市为研究对象，构建城市生态位评价指标体系，对西部地区省会城市的生态位测评，并结合系统聚类和空间自相关分析结果，提出西部城市的竞争策略，对我国西部城市未来科学统筹与全面可持续协调发展提供一定的理论借鉴与指导。

1 西部城市生态位定量测算与分析

1.1 研究区概况

我国西部地区省会城市主要包括兰州、银川、西宁、乌鲁木齐、呼和浩特、南宁、成都、昆明、贵阳和西安等十个城市。其中，成都市、昆明市和贵阳市属于我国西南地区；西安、兰州、西宁、乌鲁木齐和银川属于我国西北地区。2015年，在人口方面，贵阳市人口自然增长率高达19.49%，在西部城市中排名第一，在全国城市的人口自然增长率中排名第六，说明贵阳市在激烈的人口争夺战中处于上层位置；在经济方面，贵阳、西宁和乌鲁木齐三市地区生产总值增长率分别达到12.5%、10.9%和10.5%，居国内城市地区生产总值增长率前列，经济发展形势良好；在资源方面，西部地区是我国重要的资源集聚地，其中，银川地区的煤炭、石油、天然气等储量丰富，在全国占有十分重要的地位；呼和浩特地区光能资源丰富，是全国的一个次高值区；南宁市不仅有着丰富的矿产资源，其水资源、植物资源、动物资源均较为丰富。

综上所述，尽管西部城市经济在最近几年有了较快的发展，但由于深居内陆，受地理和环境因素的制约，各方面的发展较我国东中部发达城市仍有较大的差距，基于对西部城市生态位的研究，明确我国西部城市之间的竞争合作关系，这对西部城市地区在经济、社会方面形成优势互补，对促进西部城市的发展具有重要的意义。

1.2 数据来源与处理

本文研究对象为我国西部10个省会城市，数据中所有的属性数据均来源于《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》以及西部地区各省、市统计年鉴，并经计算整理得到。在统计年鉴中，由于对重庆的研究是基于省际角度，因此在本文的研究中重庆不作为本文的研究对象；西藏地区统计数据有所缺失，以故在本文的分析中，也未将其纳入。

在数据的计算过程中，由于选取的各指标的量纲大小不同，直接对原始数据计算会对本文结果产生一定的影响，因此本文采用指数化方法对原始数据进行无量纲化处理，采取的公式为：

2 相关理论介绍

2.1 生态位理论

生态位态势理论认为生态位包含两个基本属性:生物单元的态是过去生长发育、学习、社会经济发展以及与环境相互作用积累的结果；生态元的“势”是指对生态系统中诸要素的影响力和支配力，侧重度量生态元后续生命周期内发展的势头，表现为一种增长能力，或是变化的速率[2]。因此要测算城市生态位的大小，不仅要测算城市生态位的“态”，还要取决于城市生态位的“势”，因此，城市生态位可用态和势的有机结合——生态位宽度来测算[3]57。城市生态位的测定采用下列公式测算：

式中：i,j=1,2，n，Ni为城市i的生态位；Si为城市i的态；Pi为城市i的势；Sj为城市j的态；Pj为城市j的势；Ai和Aj表示量纲转化系数；Sj+AjPj表示绝对生态位。各类生态位及总生态位的取值范围在0～1之间，总和为1，越接近1，说明该城市生态位宽度越大，说明所研究的城市地位越高，竞争力越大；反之，城市吸引力和竞争力越小，地位越低[4]。

2.2 评价指标权重的确定

在多指标的综合评价中，确定各指标权重的方法主要有主观赋权法和客观赋权法，而熵值法是客观赋权法的一种，主要依据各指标值的变异程度计算出各指标的权重，若某项指标的指标值变异程度越大,信息熵越小,该指标提供的信息量越大,该指标的权重也应越大;反之,某项指标的指标值变异程度越小,信息熵越大,该指标提供的信息量越小,该指标的权重也越小[5]。

运用熵值法及R软件，选取西部城市2003-2015年的指标数据分别确定表征生态位各指标的权重。

2.3 生态位空间自相关分析

空间依赖性是指研究对象属性值的相似性与其位置的相似性存在一致性[6]。空间自相关是检验某一要素的属性值是否显著地与其相邻空间点上的属性值相关联的重要指标[7],可以分为正相关和负相关两类,正相关表明某单元的属性值变化与其相邻空间单元具有相同变化趋势,负相关则相反[8]。

2.3.1 全局空间自相关

全局空间自相关是对属性值在整个区域的空间特征的描述。表示全局空间自相关的指标和方法有很多，最常用的是Moran′sI。Moran′sI是在区域经济范畴内，不同地区的经济通常存在空间交互影响现象，其计算公式如下[9]：

式中，I为Moran指数，Wij为地理距离权重矩阵，本文运用Matlab软件通过省会距离构建地理权重矩阵。事实上，这与地理学第一定律相符，即距离越近，地物相关性越大；距离越远，地物相异性越大。

其中，Moran′sI指数的取值范围在[-1,1]，当Moran′sI>0时，表明存在空间正相关，Moran′sI<0时，则表示存在空间负相关，其取值越大说明空间集聚程度越高。

2.3.2 局域空间自相关

局部Moran′sI指数可以对每个区域单元的空间集聚程度以及空间集聚种类进行分析，还可以测算出每个区域单元对全局空间自相关的贡献程度，并且评估出空间自相关在多大程度上掩盖了局部的不稳定性。局部Moran′sI指数[9]由Anselin提出，其计算公式为：

局部Moran′sI的取值及检验规则为：当局部Moran′sI>0，表明观测对象在所处空间单元同邻近单元相似，属于“高-高”或“低-低”空间集聚类型，当局部Moran′s?I<0，表明观测对象在所处单元同邻近单元相异，属于“高-低”或“低-高”空间集聚类型，并且局部Moran′sI的取值越大，则区域单元对相邻单元产生的辐射效应越大[10]。

2.4 指标评价体系的构建

城市作为社会—经济—自然复合生态系统,其生态位高低是由多个生态因子和非生态因子共同决定的[3]57。因此，基于生态位理论，借鉴国内相关研究成果中所选取的指标以及我国西部城市的实际情况选取的指标，遵循科学性、代表性、可比性、适用性、可操作性等原则，将城市生态位划分为三个维度：城市经济发展维、城市社会保障维、城市环境治理维等三个维度构建我国西部城市生态位评价指标体系。

3 测算结果与分析

3.1 西部城市生态位测算结果与分析

本文运用2005-2015年西部城市的统计数据，按照表1选取的各维度生态位指标评价体系，以每年的现状数值作为“态”的度量指标，以每个指标相邻年份的平均增长量作为“势”的度量数值，运用生态位计算公式对影响我国西部城市生态位的相关变量进行计算，得出每个变量的生态位，最后得出我国西部城市2005、2010、2015年生态位在经济、社会、环境等三大维度的生态位得分排序表(见表2、表3、表4)。

表1 西部城市生态位指标体系

表2 西部城市经济维度生态位排序表

表3 西部城市社会维度生态位排序表

表4 西部城市环境治理维度生态位排序表

3.1.1 经济维生态位测评

从经济维生态位排序表来看，2005-2015年，各城市在经济维度生态位的排列顺序较为稳定。其中兰州、贵阳这两个城市经济维的生态位排序略有上升，2015年，兰州市社会消费品零售额、农民人均纯收入和城镇居民可支配收入等较2005年发展较好，贵阳市第三产业和农民人均纯收入较2005年发展较好，这为城市经济的发展提供了保障；2015年南宁、成都、昆明、西安这四个城市经济维度生态位排序有小幅度的下降，这四个城市工业、社会固定资产投资较2005年排名有所下降；西宁、银川、乌鲁木齐和呼和浩特这四个城市经济维生态位2015年较2005年排列顺序较为稳定。

3.1.2 社会维生态位测评

从城市社会维生态位排序表来看，2005—2015年，除南宁市、呼和浩特市和昆明市生态位明显的上升，西宁和西安等两个城市的生态位明显的下降外，其他城市社会维生态位的变化较小。2015年，南宁市、呼和浩特市和昆明市在城市人口、城市基础设施建设与城市生活设施建设方面发展状况较好；而西宁和西安这两个区域在以上三个方面较其他城市有所落后。2015年，贵阳市社会维生态位排在第一位，相比于其他城市，贵阳市城市人口发展能力状况良好，在其社会维生态位中的贡献度较大。

3.1.3 环境治理维生态位测评

从环境治理维生态位排序表来看，2005—2015年，除西宁市、南宁市、贵阳市和西安市等城市环境维生态位明显的上升，兰州、呼和浩特和成都等环境维生态位明显地下降外，其他城市生态位变化不大。2015年这四个城市在空气质量状况、工业固废综合利用方面都有明显的提高，其中，西宁市在生活污水处理方面、南宁市在生活垃圾处理和建成区绿化覆盖率方面、贵阳和西安在公园绿地方面等提高显著。然而，呼和浩特市环境维生态位从2005年的排名第一位跌落到2015年排名第八位，这说明其环境治理能力在这10年的发展中有所下降，主要表现在工业固废综合利用率、生活污水处理率和人均公园绿地方面，且呼和浩特在十年的发展阶段中，其环境维度生态位一直处于中下水平，环境治理方面亟待提高；兰州在环境治理方面一直处于中下水平，这说明在兰州市今后的发展过程中，要更加注重环境的保护。

为了更清晰地反映西部城市生态位的大小，运用SPSS 20.0统计软件中的系统聚类功能，平方欧几里得距离多维区间尺度，将各城市2015年的综合生态位值导入软件，得到城市生态位大小层次聚类图：

由图1可得，可将西部10个城市的综合生态位划分为三个等级：第一个等级包括南宁市、呼和浩特市和贵阳市等三个城市，综合生态位强度介于0.33和0.39之间，位于西部城市前三位，在竞争中处于有利的位置，属于生态位优越型城市；第二个等级包括乌鲁木齐市、成都市、西安市、银川市和昆明市等六个城市，生态位强度介于0.28和0.31，竞争力较第一等级城市弱，属于生态位过渡型城市；第三个等级包括西宁和兰州两个城市，生态位强度介于0.21和0.24之间，竞争力最弱，属于生态位贫乏型城市。其中兰州市与第一等级城市之间在环境治理维度方面的差距较大，西宁与第一类城市相比在经济维方面有较大的差距。因此在以后兰州市的城市发展建设过程中，要着重发展环境治理，西宁市利用自身的优势发展特色产业，形成高原特色的空间地域经济圈。

图1 城市综合生态位聚类树状图

3.2 生态位空间自相关分析

城市分工及竞合关系可视为城市生态系统的空间自相关组织过程，将生态位模型引入空间自相关分析中[1]2465，用城市生态位反映城市经济、社会、环境属性[11]，为了更清晰地呈现西部城市在地理单元内部上的特征，论文利用Moran′s散点图对西部城市全局空间的内部结构和局部空间的集聚性进行分析。散点图的四个象限表达了某一区域和其周围区域四种类型的局域空间联系,即“高高”(第一象限)、“低高”(第二象限)、“低低”(第三象限)和“高低”(第四象限)。论文利用Stata软件对西部10个城市生态位强度的空间自相关进行分析，结论如下：

由图2可知，2015年，散点图总体上呈现负相关，具体看来，属于“高高”集聚类型的有南宁市，这说明南宁市本身和周边区域的生态位强度高，其对周边城市具有辐射带动作用；属于“低高”集聚类型的有西宁、成都、昆明和西安，说明这四个城市与生态位强度较高的城市相邻；属于“低低”集聚类型的银川和乌鲁木齐，且这两个城市同属于我国西北地区，表明这些城市及周围区域的生态位强度都较低；属于“高低”集聚类型的是兰州、呼和浩特和贵阳，表明这些城市的生态位强度高，而周围的区域的生态位强度较低，没有起到辐射带动作用。

图2 2015年Moran′s散点图

综上所述，从2005—2015年间，城市生态位总体差异较为明显，2015年，生态位强度高且属于西南地区的城市有南宁和贵阳，2015年，西北地区除兰州和呼和浩特外，其余城市生态位强度都较低，因此在今后的发展过程中，要逐步加强对我国西北地区城市的建设，拓宽城市生态位。

4 结论及发展建议

根据我国西部10个城市的生态位综合计算结果，可以得到如下结论：

在生态位层次聚类方面，将城市划分为三个等级：第一个等级包括南宁市、呼和浩特市和贵阳市等三个城市，位于西部城市前三位，在竞争中处于有利的位置；第二个等级包括乌鲁木齐市、成都市、西安市、银川市和昆明市等六个城市，竞争力较第一等级城市弱，其中乌鲁木齐的优势主要表现在经济方面，但在城市环境治理方面有所欠缺，但乌鲁木齐市生态在逐年扩充[1]2467，发展潜力巨大，成都市在经济与环境治理方面存在优势，但在城市社会维方面有所欠缺，西安和昆明在环境治理方面存在优势，在另外两方面稍有不足，银川市经济、社会、环境方面发展较为平衡；第三个等级包括西宁和兰州两个城市，属于竞争力最弱的第三类城市。其中兰州市与第一等级城市之间在环境治理维度方面的差距较大，西宁与第一类城市相比在经济维方面有较大的差距。因此在以后兰州市的城市发展建设过程中，要着重发展环境治理，制定生态基础设施专项规划，注重区域协调性和资源共享性[12]。西宁市应利用自身的优势大力发展经济，结合《兰州—西宁城市群发展规划》、兰西城市群生态环境保护研究[13]，借助兰州城市群效应。

在空间自相关分析方面，城市综合生态位在空间上总体呈现出负相关状态，空间格局较为分散。2015年城市集聚类型较2005年存在较大的差异。2015年，呈现“高高”集聚类型的热点城市增多，且该热点城市主要集中在占优势的地区,南宁市中心枢纽位置带动明显，对周边城市具有辐射带动作用，该区域良好的产业基础，加之国家对区域支持力度的加大，为其创造了良好的发展环境，因此南宁市区域应不断发挥自己的区域核心地位，带动周围城市的发展。西宁、成都、昆明和西安属于“低高”集聚类型，其与生态位强度高的城市相邻，因此这两区域应加强与周围城市的深度合作，与此同时，还应紧抓“一带一路”发展机遇，广泛集中优势资源发展经济，以实现生态位的泛化。银川和乌鲁木齐属于“低低”集聚类型，经济发展较其他区域落后，这些区域应找准自己的城市定位，加快自身城市建设，在自身发展的同时，应加强与其他城市的合作，借机拓宽生态位强度。兰州、呼和浩特和贵阳属于“高低”集聚类型，其与生态位较低的城市相邻，应发挥核心集聚作用，从而带动周围城市的发展。