城市综合承载力时空演进动态研究*——以呼包鄂为例

丁玉贤，张垚，周洪富

(内蒙古科技大学 土木工程学院，内蒙古 包头 014010)

城市作为特定区域，是集经社科教文卫于一体的大型综合体，是地区实现可持续发展的重要载体.城市可持续发展是城市存续和变革的内在需要，通过综合承载力分析城市地区软硬件承载强度和潜力，促进城市资源集成协调，是实现城市可持续发展的关键.

最初，承载力研究仅关注资源本身或产出物数量所支撑的土地—温饱[1]、水资源—生产生活[2]、生态—自调[3]等单要素承载力，其后逐渐演变为关注资源数量、质量和内部交互下的多层级、多因素复合综合承载研究[4].

单要素研究承载力是将各资源从巨系统中割裂，把城市单要素分视为一封闭系统，忽略系统其他要素流动和补偿替代效应对承载力的影响，导致城市承载力被低估[5].随着特大城市的产生，研究单要素承载已不具有实际指导意义，对综合承载的研究诉求越发强烈.综合承载力这一概念自2005年正式提出后，诸多学者开展了城市综合承载力研究.城市综合承载力是一定时期、一定空间区域和一定社会、经济、生态环境条件下，城市资源所能承载的人类各种活动的规模和强度阈值[6].城市综合承载集生态承载、社会承载和经济承载于一体[7]，是硬件承载和软件承载的结合[6]，既关注量的产出又关注质的提升[8]，兼具战略意义上城市基础承载及技术层面上城市发展动力承载[9]，受资源禀赋、基础公共服务和经济社会要素有形物理量的驱动，也受无形转移交互关系量的影响[3,10].

呼包鄂作为资源型城市，当前正处在经济结构转型、生态修复、平衡社会资源的攻坚期.然而在产业空间大格局协同发展背景下，呼包鄂城市群的生态治理、经济转型、创新协同驱动相对滞缓，发展过程中出现诸多与综合承载力相关联的问题.这些问题导致了人口、经济、生态环境严重不协调，制约了城市群整体的可持续发展.因此，以综合承载力的时间和空间演变特征为切入点、研究呼包鄂城市群综合承载力之间的双向关系及作用机制.研究结果将有利于发挥城市群集聚优势、辐射效应、技术溢出效应，进而挖掘城市增长潜力，加速经济体现代化建设，实现城市群的可持续发展.

1 研究方法

1.1 研究区域概况

呼包鄂是内蒙古3大中心城市，是最具活力经济圈.呼和浩特是自治区首府，政治中心；包头是自治区最大城市，制造业中心；鄂尔多斯则是经济强市，能源中心.2017年，呼包鄂3市常住人口806.14万人，GDP 9 194.64亿元，以占全区面积11.13%，全区常住人口31.88%，创造了全区56%GDP，是自治区经济社会发展产业转型的一面旗帜.呼包鄂地处东部振兴、中部崛起、西部大开发空间交汇地和开放战略支点，是全国能源化工基地和西北地区生态文明合作共建区.3城市在全区生态文明建设、新型城镇化道路探索和经济社会转型发展过程中起引领作用.因此，研究呼包鄂城市群的综合承载力，对统筹推进地区经济社会发展，打造祖国边疆生态屏障，建设“两横三纵”北疆中心城市具有重要意义.

1.2 指标体系的构建

指标体系的构建是承载力研究的第一步，由于城市可持续承载是系统内部自我调节和外部交互作用的结果，是自然属性和社会经济属性共同体，在构建指标时需将城市置于资源-环境-服务-经济-社会四个系统之上，本文以资源环境、基础公共服务、经济社会发展3维度4层次共19个指标构建呼包鄂城市综合承载力指标体系，见表1.

表1 城市综合承载力评价指标体系

1.3 指标数据的来源及标准化处理

研究所用数据来源于2009～2018年《中国统计年鉴》、《内蒙古自治区统计年鉴》、《呼和浩特统计年鉴》、《包头市统计年鉴》、《鄂尔多斯统计年鉴》、《呼和浩特国民经济和社会发展统计公报》、《包头市国民经济和社会发展统计公报》、《鄂尔多斯市国民经济和社会发展统计公报》，对部分数据缺失年份采用插值补全.

由于指标数据的量纲量级单位不统一、作用方向不同，致使各指标数据不能进行有效比较，需对原始数据进行标准化归一处理，具体依据式(1)，(2).

正向：

(1)

负向：

(2)

式中：yij为i时点(城市)第j指标无量纲化后标准值，xij为原值，minxij，maxxij分别为指标j中最小值和最大值.

1.4 灰色联熵法确定指标权重

为确定指标对综合承载力的影响程度，需确定指标权重.由于灰色联熵是根据因素间发展差异程度来衡量因子间的关联度，具有较大的理性，具体确定第j项指标灰关联熵依据式(3)，(4)，(5)：

(3)

式中：bij=δij/∑δij，i=1，2，…，m；δij为关联系数，表指标实际值与基准数列相应指标值近异程度，差异越小，关联度越大，实际值越优.

δij=

(4)

式中：σ为分辨系数，σ与分辨能力反相变化，一般取0.5；y0j={y01，y02，…，y0n}为基准数列，由指标标准化后理想值组成，正向指标取m个时间或空间中最大值；负向指标取最小值.

第j项指标权重系数为：

(5)

1.5 综合承载力的确定

综合承载力的确定需要借助线性加权综合指数逐层进行概念跃升和凝练，得呼包鄂不同时间和空间尺度城市承载力综合评价值F，资源环境承载指数R(x)，经济社会承载指数E(y)，基础服务承载指数S(z)，依据式(6)，(7)：

C=[R(xi),E(yi),S(zi)]=∑Wij[Xij,Yij,Zij] .

(6)

(7)

式(6)，(7)中：Wij为i子系统指标权重向量；C为子系统承载指数向量；Xij，Yij，Zij为标准化处理后数值向量.

2 呼包鄂城市综合承载力计算与分析

对原始指标数据的标准化处理过程中，人均生活用水量和人口密度指标数据需采用式(2)处理，其余指标数据处理依据式(1)处理，使所有指标数据量纲量级统一.

2.1 呼包鄂城市综合承载时间维度计算及分析

呼包鄂3市子系统权重计算公式为(3)，(4)，(5)公式，其数据如(表1)所示：呼和浩特的资源环境、基础公共服务和经济社会发展指标权重分别为0.336 6，0.222 8，0.440 5，综合承载力提升的主要依据资源环境和经济社会发展.包头市的资源环境、基础公共服务和经济社会指标权重分别为0.154 6，0.303 1，0.542 2，城市综合承载力提升多为经济社会发展和基础公共服务共同驱动.鄂尔多斯市资源环境、基础公共服务和经济社会指标权重分别为0.181 4，0.226 2，0.592 4，经济社会对城市综合承载力影响占比60%，资源环境占比20%.

通过对综合承载力4级指标分析，发现第三产业GDP占比和人均生产总值对呼和浩特承载作用明显.包头市综合承载力的提升主要源于第三产业GDP占比和固定资产投资.每万人拥有在校大学生数和固定资产投资指标使鄂尔多斯的综合承载力提升显著.整体情况表明：呼包2市在产业结构调整、供给侧结构改革上取得实质性进步；鄂尔多斯在高等教育上持续发力，人力资源存量大幅跃升；各城市经济发展不同程度依赖于固定资产投资的拉动作用.

利用式(6)，(7)计算呼包鄂子系统综合承载力值(表2)，并绘制承载趋势图，见图1.

表2 呼包鄂3城市综合承载力评价值

图1 2008～2017年呼包鄂承载趋势图

呼包鄂综合承载水平在研究期波动中快速上升，从承载提升动能来看，主要依赖于经济发展的强大驱动力.鄂尔多斯内部3系统协调同步性最好，呼和浩特、包头3子系统波动性加大，表明城市承载稳定性较差，自身韧性、连贯性调节变革能力不强，受外界环境影响明显，这与其产业结构有关.呼和浩特承载最低值为0.164 5(2008年)，最高值为0.815 4(2016年)，资源环境承载促使城市综合承载能力稳步提升.经济社会和基础服务能力在研究期变动幅度较大，社会公共服务基本呈U型变动，前期受“一核双圈一体化”城郊扩散战略影响，城市发展重心向郊区转移，大量人力物力财力投向郊区，导致城市社会公共服务承载下降.从承载提升动能来看，2010年前主要依赖社会公共服务的高水平发展，2010年及之后，则主要依赖于经济发展的强大驱动力，公共服务对城市综合承载持续提升的抑制作用比较明显，是城市高承载提升的主要方向.

包头综合承载水平最低值为0.283 4(2008年)，最高值为0.848 4(2016年)，社会公共服务局部呈现略低于综合承载值，但整体与综合承载水平较同步，基本满足城市发展对社会服务功能的需求.经济社会前期变动缓慢，2010年后经济形势好转，增长较明显，且均处于综合承载水平上方，对城市综合品位的提升有拉动作用.纵观资源环境系统，对城市承载制约明显，尤以2013年政府新迁九原区最为突出(0.2016)，导致建成区面积扩大17.31%，但相关设施并配套未展开，致使资源环境承载大幅下降，且从变动斜率看，改善状况并不理想.

鄂尔多斯综合承载水平提升迅速，城市内部3系统与综合承载协调同步性最好，发展较协调，质量较高，可持续发展潜力巨大.鄂尔多斯综合承载水平最低值为0.184 0(2008年)，最高值为0.844 7(2016年)，资源环境指数2012年后基本维系在均值0.684 9附近，究其原因是经济实力的增强对城市资源环境形成正激励建设，使城市建设提升到较高富裕水平，但由于人口有限，致使一定时期内资源环境的承载能力远超实际使用强度，对综合承载起提升作用.但后期随着经济实力持续增长，资源环境和社会公共服务系统已不能满足城市协调发展需要，对城市综合承载制约作用凸显.

2.2 呼包鄂承载力空间演进变化分析

将呼包鄂2008～2017年空间数据进行横向比较，以求得十年间空间指标权重，十年间呼包鄂空间资源环境权重居首位，反映出3市在资源环境上差异明显.

2.2.1空间承载评价值计算分析

根据计算式(6)，(7)所得的综合承载力评价值对呼包鄂2008～2017年城市综合承载力进行空间上横向比较，得各年城市各系统承载力值，见表3，图2.

表3 呼包鄂3市城市综合承载力评价值

图2 2008～2017年呼包鄂3市综合承载力

表2空间承载力值显示，在资源环境、社会公共服务和经济发展方面鄂尔多斯优势明显，包头发展相对滞后，呼和浩特在经济发展上与鄂尔多斯处于胶着状态，而其他子系统差距在逐渐缩小，导致综合承载优势从包头、鄂尔多斯、呼市逐渐变弱.2017年呼包鄂城市综合承载力评分值在0.219 0～0.721 1间，均值0.443 0.鄂尔多斯(0.721 1)承载优势明显，是最低值3.29倍，城市综合发展水平最好，究其原因主要是当地资源富集、经济发展水平较高，地方财政富裕形成正向补偿机制，导致城市综合社会服务能力较好，环境治理效果显著；包头市(0.219 0)城市综合承载力显著低于均值0.443 0，主要是建成区绿化覆盖率和人均绿地面积较低，而社会公共服务优势消失，经济发展相对落后；呼和浩特(0.388 9)与平均值差距较小，作为自治区首府，重工业在全市经济中比重较小，环境较好，第三产业发展迅速，并且由于行政驻地原因，资源集聚较高，经济发展水平和科教文卫水平居自治区前列，导致其城市承载力水平不断提升.

图3 2008～2017年呼包鄂3市承载力排名变化

依据表3绘制呼包鄂各年综合承载力排名如(图3)所示：从2012年，呼市的综合承载力从第3名提升为第2名；包头的综合承载力在2010年下降为第2名，到2012年下降为第3名，鄂尔多斯的承载力从2010年跃升为第1名.究其原因，鄂尔多斯未发现有制约城市综合承载力提升的“短板因素”，致使综合承载力迅速上升；呼市在公共服务能力的“短板因素”的影响下，综合承载力的提升受到了限制；包头市因资源环境承载力、社会公共服务承载力、经济发展承载力相较于其他2市均较低，综合承载力明显下降.

2.2.2呼包鄂城市综合承载力空间差异比较分析

在城市发展水平时空测度基础上，运用变异系数CV(CV=标准差/平均值)探究承载力在时空间分异趋势，见图4.

图4 历年空间承载变异系数

图4显示，呼包鄂3市的空间承载力在2011～2013年差距均维系在高位水平，2014年后其分异程度有缓慢变大趋势，其最低点为0.159 2(2009)，其最高点为0.672 2(2013)，表明在2009年3市综合承载力差异较小，处于基本协同状态，发展到2013年，3市的综合承载力出现明显差异，联动发展能力较差，协同作用不强.

参照文献[11]城市综合承载力分区标准，构建呼包鄂城市综合承载力高(Y+0.5S

3 结论与建议

立足经济体发展实际，运用综合承载力评价模型，对呼包鄂城市群综合承载力发展水平进行了前瞻性的分析.研究结果表明：承载优势由高到低排序为包头—鄂尔多斯—呼和浩特，综合承载力差异巨大，城市间协同发展格局相对滞缓，具体建议如下：

1)呼和浩特由于社会公共服务水平由城市转向郊区，导致整个城市综合承载下降，重视城市与郊区的社会服务水平同步发展，加强社会公共服务建设，加大城市交通投入力度，打造互联互通的城市立体交通和出行体系，是呼和浩特综合承载力提升的关键所在.

2)包头市新迁九原区拉低了整个城市的综合承载力，应注意激发其建成区城市活力，加快产业结构转型，优化基础公共服务设施，防止人口外流，改善相关配套设施、提升基础服务功能，扩大成区绿化覆盖率和人均绿地面积，发挥新建城区的综合承载的带动力.

3)鄂尔多斯作为3市中土地面积最大，经济水平最高，人口密度最低区域，高等教育事业发展起步晚，人力资源存量不足，应注意人才资源引进和第三产业发展，加快中心城区一体化步伐，减少利用不充分建成区面积，努力提升人口和经济集聚水平，收拢资金在能够切实提升人民生活质量的资源环境和基础公共服务上下功夫.

4)呼包鄂城市圈空间承载分异维持在较高水平，不利于呼包鄂经济圈整体协同发展.政府可设置统筹呼包鄂协同发展部门，在资源环境基础上发挥各自产业优势，合理规划资源配置和生产力布局，加快产业结构调整和优化，立足呼包鄂城市圈整体发展，加快基础设施互联互通综合交通运输网建设，创新符合自身特质的发展之路，更好实现呼包鄂经济联动发展.