黄河流域城市群综合承载力评价及时空分异演进

赵景峰，李妍

（华北水利水电大学 管理与经济学院，河南 郑州 450046）

纵观人类文明的发展史，江河流域在任何一个地区和国家的演化中，都起着至关重要的决定作用。农业文明的发展是如此，工业文明的发展也概莫能外。黄河，作为中华民族的母亲河，不仅是指其自然物质意义上对中华民族的供养和支撑，更重要的是指其在精神意义上对华夏文明的孕育和促进。在历史发展的千百年来，黄河流域由于落后的生产力水平以及社会制度，是用得多保护得少，从而导致整体区域土地沙碱化问题突出，地表植被破坏严重，水资源急剧下降，河床多次改道等。黄河流域自身存在的问题一直是国家关注的重点。作为我国重要的生态屏障和重要的经济地带，国家为黄河流域的经济社会发展和生态安全提出了可持续发展的战略规划，既要打赢脱贫攻坚战，又要弘扬和保护黄河文化，意义非凡。2019年9月，黄河流域生态保护和高质量发展座谈会中提及“推动黄河流域高质量发展，构建高质量发展的动力系统”。2020年1月，习近平总书记在中央财经委员第六次会议上关注黄河“几”字弯都市圈协同发展情况，提出推进沿黄地区中心城市及城市群高质量发展的要求。

党中央对黄河流域高质量发展的要求，引起了各级政府和众多学者对沿黄城市的经济、生态、资源等综合承载力的极大关注。黄河流域城市群在数量和分布情况上明显多于长江流域城市群，但是，整体实力和互动协调性却不如长江流域城市群。辐射能力和可持续发展能力也不如长江流域城市群。那么，评价黄河流域城市群综合承载力，提高黄河流域城市群整体实力和互动协调性，增强辐射能力和可持续发展能力，让黄河流域城市群时空分异的演进对区域发展不充分不平衡问题得到切实的解决，具有十分重要的理论意义和实践意义。

1 城市群综合承载力的研究综述

“以城市群为主体构建大中小城市和小城镇协调发展的城镇格局”是十九大提出的新理念。城市群既是一个地区城市拓展空间实现效率优先的空间载体，又是非均衡发展背景下城市释放发展潜力的组织形式。该种主体形态发展成为最高空间组织形式，是对新型城镇化发展规律的适应，也符合地区对资源环境变化的负荷。因此，黄河流域内城市的发展状态直接关乎全流域高质量发展的程度和水平。

承载力概念最初见于地质学，而后作为限制程度运用到生态学。后来，学者们纷纷把承载力的概念引申到更广泛的领域。Gajdzik & Burchart[1]采用生态足迹标记的方法，测量人类活动对自然界的影响，研究区域生态经济的承载能力；Leonardo等[2]在研究可持续发展的资源环境过程中，通过系统动力学原理，对具有复杂关联性的各类环境资源要素建立ECCO动态模型，推断所在区域的资源环境承载力。一段时间范围内，承载力表现为在合理开发状态下，城市所能负荷的资源、环境以及人口的状况[3]。徐辉等[4]运用生态碳足迹标记法，测度黄河流域水生态状况，对水资源承载力进行分析和评价。闫桂权等[5]对我国农业水资源承载力进行评价，通过神经网络模型，分析我国可承载农业生产的水资源需求。

一些学者认为，综合承载力的大小取决于其城市内某项短板承载力的大小，适用于“木桶效应”。但是，中国上海、日本东京等城市却例外，表明了要素的流动性下，最小因子不能成为限制城市发展的要素。目前，更多学者发现在补偿效应下，经济发展的程度与资源承受的范围并不一定呈现正相关性，也可能是多个因素共同作用相互影响。因此，在资源和要素流动及相互作用在城市的发展过程中时，多因子的协同效应共同影响城市的整体发展态势[6]。Hardin[7]指出，不同于以往对自然资源禀赋的承载力研究，扩展至承载力可能受到人类发展的影响。程广斌等[8]提出，西北地区城市的可持续发展离不开对资源环境对人类社会发展的载荷能力。林寿富和苏也夫[9]指出，经济社会的可持续发展，离不开城市群生态经济的相互协调。曾鹏等[10]对我国10个城市群发展状况进行研究，分析对比其综合承载力。李睿[11]在京津冀地区寻找自然环境与人为经济活动共同发展的平衡点，研究2009—2015年城市群的综合承载力。Sun等[12]分析城市群内各城市发展的差距，以长江中游城市群为例研究其综合承载力。李林汉[13]在分析京津冀地区综合承载力中，选择经济、资源、环境为二级指标以及16项三级指标构建评价体系。王明杰等[14]对长江经济带综合承载力的时空分异进行研究，选取了包括社会发展承载力、人口承载力、资源承载力、经济承载力等5个二级指标和40个三级指标。金凤君[15]指出推动黄河流域的产业结构升级，利用水资源为核心的基础设施建设。促进黄河流域高质量发展，是对流域内各城市发展的汇总[16]。城市承载力是对区域承载力内涵的延伸，描述各要素对城市发展的限制程度，对可持续发展提供了明确的量化方法，2005年建设部明确认可城市综合承载力这一概念。

综上所述，我国目前大多研究集中在对城市群较单一因素承载状况的分析，对城市群的综合承载力分析的指标并未形成统一的标准，对单一城市群的综合承载力研究虽有较大进展，但是对多个城市群的综合承载力之间的对比研究较少，对黄河流域城市群综合承载力研究相对不足。本文将采用熵权法，综合评价黄河流域城市群的综合承载力水平。通过全流域内综合承载力的分析，以及各城市群内差距的对比，为黄河流域地区合理经济社会空间布局，优化资源配置，助力高质量发展提供一定的理论支撑。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与指标体系

本文数据来源于《国家新型城镇化规划（2014—2020）》、各地区的《城市群总体发展规划纲要》等文件，并分类整理了黄河流域城市群的相关范围和统计数据，依据2009—2019的《中国城市统计年鉴》、部分省份的统计年鉴、区域统计年鉴等分类，对于部分缺失数值采用插值法填充。所选取的城市以及其现状见表1。

表1 黄河流域城市群现状

借鉴前人的研究成果，并根据黄河流域城市群的区域特色，秉承数据真实有效、流域系统完整、涵盖面综合的原则下，通过对资源、环境、人口、经济、城市基础设施以及社会发展6个视角对供水总量、人均GDP、科学技术支出等22个三级指标进行正负向分类整理，建立综合承载力评价体系（表2）。

2.2 研究方法

为了更切实有效地全方位评价城市承载力状况，本文主要采用了熵权法、空间相关性分析方法、数据核密度估计的方法进行分析评价。

（1）熵权法是通过指标离散程度判断影响力大小的数学方法。根据所评价的目标对指标进行正负向标注，继而赋予权值。其中，权重表示的是指标之间的差异，其离散程度越高，影响力越强。真实有效的数据量越大，赋权更为精准，所得结论的参考价值更高。根据指标的差异化程度计算熵权，权重赋予的过程较为准确并具有客观性，步骤如下：

第一，选取n个城市，m个指标，则xij为第i个城市的第j个指标的数值(i=1, 2, …,n;j=1, 2, …,m)。

第二，Yij为第i个城市的第j个指标的数值，对指标进行正负向标准化处理。

正向指标的计算：

负向指标的计算：

第三，计算第j项指标下第i个城市占该指标的比重。

（2）空间相关性分析方法。通过全局莫兰指数的计算，对空间自相关程度进行评价。通过结果可知，若空间正相关，则Moran’s I＞0，其数值越大，表现越相关；Moran’s I＜0，越小于0越不相关，Moran’s I =0，表现为随机性。

式中：zi是要素i的离差；wi,j是要素i与要素j之间的空间权重；n归纳了全部要素的个数；S0集合整体权重：

（3）核密度估计。指标权重计算得到权函数，在所得结果与0进行对比，分析高斯函数核函数密度值。假设随机变量xi同分布，f(x)作为密度函数，未知X（观测值）为N个，对经验分布的函数指通过示性函数I(•)进行推导的，式（11）为核密度函数估计的表达式。K(•)为核函数，h为带宽，如式（12）所示。

3 黄河流域城市群综合承载力的区域差距及评价

3.1 城市群综合承载力的区域差距

黄河上游受地域等外部环境变化的影响，宁夏沿黄城市群、兰西城市群的综合承载力实力较弱，中心城市的带动作用有待进一步提升。从另一个角度来看，兰西城市群、宁夏沿黄城市群，综合承载力的发展潜力还是较大的。10多年来，已经有了相当程度的发展，但是，由于中心城市的带动作用极其有限，发展势头并不迅速。与中下游城市群相比，其城镇化水平急需进一步扩大和提高。

黄河中游的各城市群，综合承载力较为稳定，发展状态较为良好。由于受到政策关注和自身发展的推动力影响，尤其是在社会发展承载力和人口承载力上，已经开始有所突破。

黄河下游的山东半岛城市群，在黄河流域发展中综合承载力较高，经济发展实力较强，与其他城市群相比占有绝对优势。同一城市群内部来看，中原城市群、关中城市群、晋中城市群，各城市的发展差距较小。而兰西城市群、山东半岛城市群内两极分化现象突出。

从不同城市群相同维度的差距来看，较为突出的是经济综合承载力差距较大。最高的山东半岛城市群与最低的宁夏沿黄城市群相比，差距还是很明显的。对于生态承载力和资源承载力，各城市群的差距相对较小。从相同城市群不同维度的差距来看，山东半岛城市群、中原城市群内部各城市发展的平衡性较好，相对较为平均。受到中心城市的辐射，各周边城市发展较为均衡，综合实力在黄河流域城市群中较领先。而对于宁夏沿黄城市群、兰西城市群内，各城市的社会发展承载力水平较资源承载力来说有发展的空间，关注经济承载力发展的同时注重对生态承载力发展的维持。

3.2 综合承载力评价

从2008—2018年的总体发展来看，黄河流域城市群综合承载力变化趋势如下图所示，相对来说，中原城市群、山东半岛城市群、关中城市群的综合承载力高于其他黄河流域城市群。以中心城市为核心的城市群内部，各城市综合承载力差距，出现两极分化或多级分化。相比之下，中原城市群内各城市的差距还是较小的。动态上分为3个节点。

第一个节点，在2009年出现上升，应对2008年美国次贷危机所引发的全球金融危机的一揽子刺激计划的施行。四万亿救市资金投资后，我国经济有所回暖，多方位刺激消费，促进了精神文明与社会物质生产的共同进步。

第二个节点，低点出现在2011年，表现为低迷状态。全球经济活力的减弱使得经济发展缓慢，内外部失衡导致下行风险的增加，信息不对称带来的金融风险给市场带来了不稳定，主权债务压力和个人消费低迷的状态，国家采用宽松货币政策仍存在较大的通胀压力。全球很多国家处于滞胀的背景下，我国的经济政策进行调整，一方面，减弱刺激性政策，放缓经济的增速。另一方面，地方财政风险的增加对该地方市场交易以及投资融资的发展带来打击，与此同时，劳动力成本、生态资源的限制对综合承载力的发展带来一记重创。

第三个节点，在2013年以后，中国经济发展进入了新常态局面，公共服务和城市基础设施建设正在逐步完善，产业结构升级调整方兴未艾。一方面，城市的发展以解决城市问题为导向。另一方面，开始注重城市内涵的发展，这与中国经济新常态的背景遥相呼应，日后的发展更加注重生态文明建设、文化产业、科技创新等发展，加强对第三产业的引导，促使三次产业在不同城市群中根据内部城市特色科学分配，均衡发展。各城市群的综合承载力均值如表3所示。

表3 各城市群综合承载力均值

本文从6个维度分析各城市群综合承载力。

经济承载力方面：山东半岛城市群、中原城市群的经济子系统承载力整体相对来说较高，呼包鄂榆的经济发展也不容忽视，但是关中城市群、晋中城市群发展状态稳定，未见大幅度的上升，而表现为稳中求进的发展态势。整体上2008年国际金融危机爆发后世界经济的冲击，国际经济的不稳定和外需的相对收缩对我国经济发展带来制约，在整体上从危机后的应急政策拉动经济后2010年反弹转折向下趋势2011年经济发展迟缓，处于低迷状态。2013年新常态经济从新理念对经济高质量发展的基点做出正确的指向，经济承载力逐渐波动上升。因此，近年来整个黄河流域城市群经济承载力发展稳步上升，推动流域内经济高质量发展。

资源承载力方面：受到流域内地域特征的影响，山东半岛城市群和呼包鄂榆城市群的资源承载力水平相对较高，随着城镇化水平的提高以及南水北调、西气东输等工程的开展，截至2019年城市统计年鉴的数据显示，黄河流域七大城市群的资源承载力水平保持在0.03左右，指数表现较为均衡。

人口承载力方面：人口承载力较强的山东半岛城市群和中原城市群在人口自然增长率和就业人数上有较大的优势。关中城市群和晋中城市群在人口承载力中表现为缓慢上升的形势。而兰西城市群人口承载值变化浮动较为稳定，并没有表现出大浮动的增高或者降低。

生态承载力方面：受到传统粗狂经济发展的影响，资源承载力的表现与经济发展相适应，近年来资源利用效率的提升以及动能转换技术水平的提高使得黄河流域的环境承载力提升。在绿色发展、加强生态文明建设的政策推动下，黄河流域七个城市群生态承载力的波动状态大致相似，呈现出稳定发展的状态。在高质量发展指数排名中，鄂尔多斯的协调发展指数位列第一，银川的绿色发展指数位列第一，黄河流域的生态承载力相对均衡，但泥沙治理和水土保持仍然是黄河流域长治久安的发展方向。

社会基础设施承载力方面:城市群的发展离不开城镇化水平的变化，受到人口密度和地貌特征的影响，黄河的中下游城市群社会基础设施完善程度较高，上游地区受到地域和人口的限制，文化发展较慢，宁夏沿黄城市群和兰西城市群在2019年年鉴中的统计中显示仅为0.44左右，有较大的发展空间，其潜力有待激发。相对来说中下游城市群发展态势相同步，中原城市群、关中城市群、晋中城市群逐步完善社会基础设施建设，山东半岛城市群进而优化设施格局。

社会发展承载力方面：山东半岛城市群稳居第一的位置，可见不论是科技指出还是教育支出，中下游发展态势不容忽视。虽然黄河流域的上游的城市群譬如宁夏沿黄城市群、兰西城市群在社会发展承载力表现较为薄弱，但相对于自身而言处于不断发展进步的状态。整体上黄河流域的社会发展承载力两极分化不容忽视，社会发展承载力最高的山东半岛城市群高于最低的宁夏沿黄城市群的几十倍（表4）。

表4 黄河流域城市群（7个）二级指标（6个）承载力

4 黄河流域城市群综合承载力分布动态演进分布

4.1 时间动态演进

对黄河流域各城市群进行核密度估计，得到其分布曲线，总结其演进过程见图1～图8。

图1 晋中城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图8 黄河流域城市群综合承载力的核密度估计曲线图

黄河流域城市群综合承载力变化路径大致相同。七大城市群的核密度曲线的中心表现为：“左移—左移”的变化浮动。这种变化浮动，在2008年和2010年有所降低，2013年后开始稳步上升。分析这个演变过程，可以明显地看到，整个黄河流域城市群综合承载力表现为右拖尾。黄河流域内城市群的发展受到国家经济的影响，我国产业结构逐渐优化，经济发展稳中求进，促使各城市群的综合承载力态势不断攀升，但黄河流域地域广阔，区域环境脆弱，上游城市群发展较为薄弱，出现了发展滞后的现象，这反映出其综合承载力发展水平亟待提升。因此，激发上游的发展潜力有利于提升整个黄河流域城市群的综合承载力。

黄河流域城市群内部的综合承载力呈现分化现象。关中城市群内部分化表现为两极分化，显现在主峰和侧峰之间的差异化越来越明显，显现其综合承载力梯度存在的可能性较大。中原城市群、山东半岛城市群，内部分化表现为多级分化，两个侧峰不对称，一边保持原始状态，另一边呈现上升的趋势，说明城市群内部发展不平衡。宁夏沿黄城市群内密度估计曲线具有层次性，说明该城市群内以小区域范围内协作发展，而不是整个城市群。

黄河流域各城市群综合承载力的发展速度存在差异。观测核密度分布曲线，中上游地区的城市群大多出现拖尾向右的趋势，延伸方向随曲线变化有一定的规律性，表现为城市群内单一城市之间的发展存在一定的差距:受到不平衡发展状态的影响，城市发展综合承载力水平较高，其发展状态越稳定，而处于地域边缘地区的城市开发时间较晚，速度缓慢；综合实力较弱的城市发展进程缓，这就导致了城市之间差距的增加。

4.2 空间自相关性及空间分异分析

通过分析空间自相关性，可以判断城市综合承载力上升时城市之间是否存在着相互依赖性。选取空间权重矩阵中空间反距离矩阵，计算全局莫兰指数判断综合承载力在空间分布的集聚现象。P值在1%的显著水平下，表现为显著。表5所示Moran’s I值均为正，集聚效应明显，体现“高—高、低—低”的空间分布状态。从时间变化来看，整个黄河流域各城市群之间的两极分化或多级分化现象显而易见，中下游城市群的综合承载力明显高于上游城市群。通过莫兰指数检验发现，黄河流域各城市群基本都通过了显著性水平检验。这说明黄河流域各城市群具有空间正相关特性，相邻单元之间表现出正向空间的相互作用关系。

表5 综合承载力评价指标体系

黄河流域城市群综合承载力的时间演变状况，选择了2008年、2011年、2014年、2018年黄河流域七大城市群综合承载力可视化演进图。

从空间上看，无论是2008年还是2018年，从黄河下游到黄河中上游的城市群综合承载力呈现出梯度下降的趋势，总体表现为沿海的黄河下游的山东半岛城市群综合承载力水平普遍高于黄河中游以及上游的城市群，呈现“东高西低”的形式。从空间上看，东高西低的空间格局在下游城市群以及上游城市群较为显著。而处于黄河流域中游的中原城市群、晋中城市群、关中城市群，由于位于中原地区，中心城市的影响力较强，从中心向周围辐射发展的趋势显著。整个黄河流域的城市群综合承载力空间分异上可以看作“中心城市高周边城市低”“东高西低”的格局。

图2 呼包鄂榆城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图3 山东半岛城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图4 中原城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图5 关中城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图6 兰西城市群综合承载力的核密度估计曲线图

图7 宁夏沿黄城市群综合承载力的核密度估计曲线图

从时间上看，2008—2018年，整个黄河流域城市群的综合承载力，呈现保持稳定或有所提升的态势（图9）。城市之间，仍然存在着两极分化。但是总体来看保持着稳中求进、差距逐渐减小的态势。其中，山东半岛城市群发展较为稳定，始终是黄河流域中综合承载力最高的城市综合体。中原城市群和关中城市群，近年受到中原崛起、黄河流域高质量发展等政策的影响，城市发展较快。其余城市群的综合承载力，也均有不同程度的提升和发展。城市群综合承载力从二级指标的角度来分析，由于涉及诸多方面，就更为复杂。经济承载力、人口承载力，在七个城市群中，均表现为稳定提高或略有提升的发展状态。生态承载力，各城市群受到技术进步和生产利用率提升的影响，城市环境、工业固体废物利用率以及废水利用率等方面都有所提升，城市内绿化覆盖率呈现逐年提升的状态。资源承载力，资源利用率的提升为各城市群发展提供了有效的绿色能源。社会基础设施承载力，作为人口密集聚集的黄河流域，基础设施建设不断完善，为传承和发展黄河文化，做好了充裕的准备；社会发展承载力，该承载力水平相对增长的较快，这是由于科技进步、创新发展的黄河流域的需要，也是个人发展、自我进步的城市需要。

图9 黄河流域七大城市群综合承载力的地图可视化演进图

5 结论与政策建议

5.1 结论

通过深入分析黄河流域七个城市群内部五个维度的状况，揭示出城市群自身亟须提升、亟须补齐的短缺，对七个城市群的综合承载力做出了有一定深度的客观评价，对稳定黄河流域长治久安、城市群高质量发展提供一定的理论支持。本文主要的结论如下。

第一，黄河流域城市群的二级承载力指标对综合评价的贡献来看，社会基础设施的影响力较大，而作为城市发展的根基，经济承载力的物质基础不容忽视。受到时代发展的需要和制约，城市社会发展承载力水平日益提升，精神文明建设以及创新创造力，日益成为城市社会发展承载力的一部分。资源和生态承载力得到了良好的提升与发展，一方面，公民节水节电节气的意识逐渐增强，另一方面，能源的开采和利用效率也在逐步提升。

第二，黄河流域各城市群综合承载力水平来看，山东半岛城市群的综合承载力水平最高，中原城市群次之。七个城市群的社会发展承载力均表现为稳中求进的状态，资源承载力与生态承载力得到良好的技术支持和引导，发展趋势平稳。中下游城市群的综合承载力水平明显高于上游城市群。黄河流域的上游城市群发展潜力有待挖掘，黄河中游城市群发展潜力有待提升，突出重点抓住区域特色，黄河下游城市群发展力图稳中求进，利用互补，协同发展。

第三，黄河流域城市群综合承载力空间相关性来看，各城市的综合承载力之间呈现出显著的空间正相关关系，有较强的相互依赖性。在黄河流域城市群综合实力提升的过程中，各城市之间的相互协同有着重要意义。黄河流域城市群中心城市的核心效应和区位优势取得了高质量发展成效，但是其带动周边城市发展的枢纽功能还有待进一步的发挥和提升。

5.2 建议

第一，发展黄河流域各城市群的地域特色，对三次产业进行合理比例划分，激发黄河流域内城市群适应性驱动发展潜力。以习近平总书记“沿黄河各地区要从实际出发，积极探索富有地域特色的高质量发展新路子”为指导思想。在经济基础、对外贸易、基础设施建设、资源环境保护等对高质量发展提供动力源泉[17]。通过分析对黄河流域城市群的各项承载力，秉持取长补短理念，从高质量发展的协调、创新的角度对黄河流域内实现综合承载力的提升。上游的兰西城市群和宁夏沿黄城市群优化产业结构，由传统的第一产业向第三产业发展。中游的中原城市群、关中城市群、晋中城市群，稳定第一产业发展并向第二三产业开拓。下游的山西半岛城市群继续发挥地理优势，对外贸易与对内合作相结合，优化产业结构，提升经济竞争力，保护和弘扬黄河文化，推动全流域高质量发展进程。

第二，对黄河流域各城市群实施经济发展与生态环境共同发展策略，坚持绿色发展的可持续理念。在“坚持绿水青山就是金山银山”的理念下，对黄河流域内生态治理和经济发展两手抓，兼顾赖以生存家园的保护与人民幸福生活的共同发展。摒弃粗放式经济的发展，将黄河流域的生态保护和高质量发展相结合[18]，有利于城市群综合承载力的提升。切实负担黄河上游的生态保护，是黄河流域上游城市群提升生态资源承载力的重要驱动力[16]，黄河流域的上游地区经济基础较薄弱，经济与社会发展较中下游地区来说稍有逊色[19-20]。提升黄河流域城市群综合承载力的目的在于实现流域内高质量发展的转型[21]，高质量发展提出的绿色理念与生态承载力评价相吻合，这就要求上游城市群在提升经济承载力的同时注重资源、生态承载力的发展状态，并加强社会发展承载力方面的建设。中游城市群加强社会发展承载力发展，增强社会发展活动和创新力，协调各城市经济承载水平共同进步。上游城市群的经济承载力与资源承载力之间相互协调，以双核心城市为主导开拓共同提升的新局面。

第三，以中心城市为核心，加强黄河流域内各城市群相互合作，建立黄河流域区域协调发展机制。中心城市作为城市群内的优先发展的领军阵地，其综合承载力水平的提升可为其他城市做出榜样。通过中心城市的辐射作用，加强中心城市引导周边边缘城市的发展，有利于缓解同一城市群中两极分化严重的问题。上游城市群依托政策支持和中心城市的发展，促进上游城市群协调发展。中游城市群发展发挥中原崛起和黄河流域高质量发展的政策优势，在高质量发展内涵中的创新驱动、城乡统筹、对外开放等方面进行改革。下游城市群继续完善城市内部的发展规划和行政管理制度建设，鼓励社会经济的进步。通过互联网、AI人工智能、物联网、区块链等高新技术产业的开发与应用，加强黄河流域城市群的城际联动，将各城市中生产、要素、市场等价值链、产业链相融合，促进城市与城市之间、城市群与城市群之间的互补发展空间。