基于资源环境承载力视角的长江中游城市群一体化发展研究

王亮，段健

(1.清华大学 公共管理学院，北京100062；2.浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华321004)

城市群代表了全球经济发展和人口集聚的基本趋势，是承载发展要素的主要空间形式[1-2]，其资源环境综合承载能力高低与内部资源环境协调程度对城市群的发展规模与质量具有决定性作用。城市群资源环境综合承载力概念衍生于资源环境承载力，被定义为“在一定时期内城市群资源能源、生态环境、基础设施、公共服务等对经济社会发展的承载和支撑能力”(1)该定义来自北京市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心发布于光明日报《提高中心城市和城市群综合承载能力》。。国外关于区域资源环境承载力的综合研究相对较少[3-5]，且没有专门涉及城市群资源环境承载力的研究。与国外偏重于建树抽象理论相比，国内资源环境承载力研究紧跟社会发展需求，城市群资源环境承载力相关研究是在城市群被视为新型城镇化的主体形态之后开始被广泛关注[6]。其中，长江中游城市群资源环境承载力研究方面，有学者认为城市群内部综合承载力较好的为武汉与长沙，城市群综合承载力结构体系不合理，不利于长江中游城市群区域的整体发展[7]。有的研究则称长株潭城市群的大部分城市处于超载状态，其城市群总体上由超载状态过渡到临界超载状态，资源环境与社会经济发展协调程度较低[8-10]。另一项研究则认为，长株潭城市群承载力呈现中心城市最高，与之经济联系紧密的城市次之，其余居后的梯度分布特点，城市群未出现超载状态[11]，长株潭城市群资源环境承载力与经济社会发展呈明显的正相关[12]。一项研究称武汉城市圈资源环境承载力具有典型的分级特征，城市圈整体资源环境承载力水平不高，发展趋于两极分化，城市个体发展水平越高，资源环境承载力也越高[13]。上述研究关注到了城市群内部存在资源环境承载空间差异，尽管研究区域、评价方法、指标体系的选取各有差异，但结论基本可归为两类。一类认为城市群资源环境承载力与其社会经济发展水平高度正相关，一类则认为城市群整体呈超载状态，但都较少从资源环境承载力视角对城市群一体化发展与内部资源环境协调分析，未能提供城市群可持续发展与协同发展的针对性建议。

以长江中游城市群为例，在长江中游城市群实际规模为2个组团7个城市的规模识别研究成果的基础上[14]，依托PS-DR-DP评价理论模型框架[15]，结合地域特色与城市发展规律，构建长江中游城市群资源环境承载力评价指标体系，分析长江中游城市群资源环境承载力基底、承载状态与后续承载潜力，从资源环境承载力视角探讨长江中游城市群实现区域联动发展的路径。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况

按照《长江中游城市群发展规划》，长江中游城市群行政区包括湖北省、湖南省、江西省等3省31个城市。《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》提出“把长江中游城市群建设成为引领中部地区崛起的核心增长极”，2018年，中共中央、国务院明确要求以武汉为中心引领长江中游城市群发展，但学者们提出了对长江中游城市群等在内的政府主导的城市群空间规模过大的科学质疑，认为长江中游城市群的实际实力与其巨大的体量并不匹配[16]。2018年发布的《基于大数据的城市群识别与空间特征研究》提出武汉城市圈与长株潭城市群目前更像是两个独立的次级城市群。结合上述文献资料，本研究采用已有的关于长江中游城市群空间范围识别的研究成果[14]，研究范围包括武汉城市圈中的武汉、黄冈、孝感，长株潭城市群中的长沙、株洲、湘潭及益阳等7个城市。

1.2 数据来源

数据来源于《中国统计年鉴(2018年)》《湖北统计年鉴(2018年)》《湖南统计年鉴(2018年)》及武汉、孝感、黄冈、长沙、株洲、湘潭、益阳等7个城市2018年统计年鉴。生态、环境相关数据主要来源于湖北省、湖南省两省环境生态厅(各城市环保局)的环境生态质量公报、各市州水土保持规划、固体废物污染防治信息公布等政府资讯网站，气候相关数据由“中国天气”网站及各城市气象局历史天气资料提供。考虑到获取的数据量纲各不相同，为进行统一衡量标准，利用min-max标准化方法对原始数据进行了预处理。

2 研究方法

2.1 PS-DR-DP模型

资源环境承载力评价方法众多，主要分为指标体系法、系统模型法及供需平衡法等三大类型。其中，经典的PSR模型与DPSIR模型属于最常见的指标体系法。PSR模型通过因果关系分析人类活动与自然环境之间的相互作用关系，以“压力-状态-响应”三大类指标综合判定区域资源环境承载力状态，但其过于简化的模式难以处理复杂的反馈系统[17]。DPSIR模型[18]从人地关系地域系统综合性角度出发，能够对环境问题进行全面客观的分析，但该模型专注于“增长极限”问题的研究，并未考虑系统稳定性问题。而本研究采用的PS-DR-DP模型吸收了PSR模型反馈人类活动与资源环境相互作用关系这一优点，又在DPSIR模型“增长极限”的基础上，以六边形模型测量系统稳定性，形成“预警导向式”的资源环境承载评价机制，为深入理解社会经济子系统与资源环境子系统之间的相互作用提供了新思路[19]，与资源环境承载力综合研究需求相匹配。PS-DR-DP模型是Pressure(压力)-Support(支撑力)、Destructiveness(破坏力)-Resilience(恢复力)、Degradation(退化力)-Promotion(提升力)正六边形相互作用力模型的简称。其中，压力与支撑力分别表征区域资源消耗与区域可获得的内外部资源支撑，其合力表征为区域资源支撑力；破坏力与恢复力分别表征区域人类经济活动造成的环境污染和人类处理环境污染的能力，其合力为环境容量；退化力与提升力分别表征区域资源与生态环境退化和人类延缓或修复资源生态退化的能力，其合力表征为灾害风险抵御能力。

资源环境承载力与其自然本底息息相关，但城市化进程是资源环境承载能力不断变化的根本推动力。在一定范围内，城市化水平越高，区域承载能力越强，当城市化发展进程对区域承载能力造成伤害时，承载能力的变化又反过来掣肘城市发展。因此，以国际主流认可的城市化发展阶段及中国科学院中国现代化研究中心发布的《中国现代化报告2013——城市现代化研究》中对城市化初期阶段(30%)、加速阶段(70%)、逆城市化可能(85%)三阶段的划分为依据，将对应的资源环境承载状态划分为低水平平衡，近似稳定态(贡献值均值≤0.30)、高速增长，非稳定态(0.30<贡献值均值<0.70)、理想承载(0.70≤贡献值均值<0.85)和完全承载(贡献值均值≥0.85)等4个资源环境承载力等级，对长江中游城市群内部个体资源环境承载进行状态评价，进而探索城市群资源环境空间分异特征并分析其成因。

2.2 分类排列多边形图示法

采用分类排列多边形图示法对城市群资源环境承载力进行定量计算，是一种基于资源环境综合承载能力评价的综合指标方法[14]。该方法以评价指标体系中的单项指标为基本元素，以多个单项指标集成表达某一项综合指数，该指数具有上下阈值区间，一般设置为[-1,1]。分类排列多边形图示法以多维乘法为核心，降低了传统简单加权法中主观权重赋值对结果客观性的影响，同时，与全排列多边形图示法[20]相比，也降低了表达式的计算难度。该方法的内涵为：假设共有n个经过标准化处理的指标，以标准化指标的上限值1为半径形成中心n多边形，各单项标准化指标值连线，形成不规则n多边形，按多维乘法原理，共形成(n-1)!/2个不同的不规则n多边形。某一项综合指数的值为(n-1)!/2个不规则n多边形面积的均值与中心n多边形面积之比，具体表达式如下：

图 1 区域资源环境承载潜力判定模式

(1)

(2)

2.3 资源环境承载潜力综合判定方法

结合资源环境承载状态4个等级划分及正向综合承载能力与负向承载能力比值判定，本研究进一步提出区域资源环境承载潜力综合判定模式，将区域资源环境承载潜力划分为8种情况(图1)。

当某区域的资源环境承载力贡献值均值不大于0.30且承载状态值小于1时，表示该区域原始环境恶劣，资源环境潜力小，须发出低位不可逆承载预警警报；如果承载状态值大于1，表示该区域发展水平较低，但资源环境利用程度与之相适宜，处于低水平平衡阶段；两种情景对应的资源环境能力等级均为Ⅰ级。

当资源环境承载力贡献值均值介于0.30～0.70之间且承载状态值小于1时，表明该区域的社会经济在高速发展过程中与资源环境矛盾激化，进一步利用资源环境潜力的空间狭小；如果承载状态值大于1，则表示该区域具备继续推进社会经济水平提升的资源环境潜力，但必须警惕负向作用力存在高位不可逆承载预警状态(大于0.85)的情况；两种情景对应的资源环境能力等级均为Ⅱ级。

当资源环境承载力贡献值均值介于0.70～0.85之间且承载状态值大于1，表明该区域的社会经济发展与资源环境关系处于理想状态，可继续保持发展态势，同时应审视资源、环境、生态可能存在的问题，同样需要警惕负向作用力存在高位不可逆承载预警状态(大于0.85)的情况；如果承载状态值小于1，则表示区域的稳定发展现状存在危机，需要寻找资源环境潜力赤字的原因，消除隐患。两种情景对应的资源环境能力等级均为Ⅲ级。

当资源环境承载力贡献值均值大于0.85时，区域进入了资源环境超载预警范围，此时的区域社会发展与资源环境都处于高位状态，如果承载状态值小于1，区域人地关系地域系统可能存在高位不可逆的状态，区域可能出现中心地带衰落甚至区域整体衰落至低位不可逆的情况。如果承载状态值大于1，表明区域在高位承载的现状下仍具备一定的资源环境潜力，但必须审查资源环境潜力薄弱环节以适应可持续发展目标；两种情景对应的资源环境能力等级均为Ⅳ级。

表 1 压力与支撑力评价指标体系

表 2 破坏力与恢复力评价指标体系

表 3 退化力与提升力评价指标体系

3 长江中游城市群资源环境综合承载能力空间分异分析

3.1 城市群资源环境承载力评价指标体系

结合权威机构对城市群资源环境承载力的定义与本研究内容，结合目前城市群资源环境承载力指标体系的文献资料[6-13]，本研究遵循指标选取的基本原则，在PS-DR-DP评价框架下确定3对相互作用力的指标体系，3个指标体系共同指标表征长江中游城市群城市人类活动与社会经济发展过程中资源的利用现状、生态环境的稳定态势、抵御风险灾害的能力，如表1～3所示。

3.2 城市群资源环境承载现状空间分异特征

将所获得的长江中游一体化城市群7个城市2017年对应的承载贡献值均值进行等级判定与承载状态优劣对比(超载与否)，结果分别如图2、图3所示。

如图2所示，武汉、黄冈承载贡献值均值都低于0.70，资源环境能力处于高速增长的非稳定状态，其余5个城市超过理想承载门槛值(0.70)，资源环境承载现状呈现近似稳定的状态。另一方面，城市间的资源环境承载状态值空间分异特征与资源环境承载贡献值均值对比则截然相反。如图3所示，武汉、孝感、黄冈及益阳的资源环境承载状态值均高于1，表示这4个城市的资源环境承载状态良好，具有承载更多人口规模与更大社会经济规模的余量空间；长沙、株洲、湘潭对应的资源环境承载状态值均低于1，城市资源环境承载处于劣态，城市社会经济发展需求与资源环境承载能力之间的平衡被打破，且长沙与株洲的表现更为明显。城市群资源环境承载贡献值均值空间分异与资源环境状态空间特征表现差异巨大，整体表现出一种近似“高低”对垒的差异情况。处于理想承载状态且承载能力等级更高的长沙、株洲、湘潭反倒呈现承载劣态，而承载能力等级低一级的武汉、黄冈则承载状态良好。在城市发展过程中，在资源环境可承载范围内，城市发展水平越高，相应地，城市可负荷的经济规模与人口规模则越大，即城市资源环境承载能力越强，但分析结果显示7个城市均存在社会经济发展与城市资源环境承载能力不匹配的问题，且表现出较大的资源环境承载差异，需要进一步分析资源、环境、生态对应的3对相互作用力之间存在的差异，从而为城市群联动发展提供更具体的方案。

图 2 2017年长江中游城市群资源环境承载能力发展等级空间分异

图 3 2017年长江中游一体化城市承载状态优劣对比

3.3 城市群内部资源环境承载潜力空间分异特征

通过资源环境承载贡献值计算公式得出表征长江中游城市群资源环境承载力3对相互作用力的分力贡献值，绘制长江中游城市群资源环境承载力的6个分力贡献值分布图，如图4所示。

图 4 主要环境因子年均日变化

从各城市自身资源利用平衡角度来看，长沙与武汉的资源压力大于资源支撑力，表征二者资源供需失衡，且武汉最为明显；其余5个城市资源支撑力大于资源压力，均具有进一步承载的余量空间。从资源压力对比来看，长沙最大，武汉次之，黄冈最小。从资源支撑力对比来看，黄冈居首，益阳列第二，武汉最末。城市群总体资源支撑力大于资源压力，资源承载容量具有承载余量空间。武汉、长沙城市化水平高、进程快，资源短缺压力明显，反之，其他城市城市化水平较低、进程较慢，资源支撑余量空间较大。因此，7个城市之间存在资源调配的空间与客观可行性及推动区域联动发展的必要性。

从各城市自身环境平衡角度分析，除株洲环境容量超载之外，其余城市环境容量均具有扩大承载的空间，各城市生产生活损耗与环境治理能力相对较为协调。从各城市对比情况来看，环境破坏力方面，株洲最大，孝感最小。环境恢复力方面，湘潭居首，武汉最末。孝感余量空间最大，武汉、株洲最小。城市群整体环境容量具有承载余量空间。相较于城镇化率直接反映了城市资源利用情况，城市环境容量更多地与城市发展定位及产业密切关联。以环境破坏力过大导致环境容量呈超载状态的株洲为例，该城市以资源能源为基础的重工业制造业为主导产业，工业经济发展模式造成较为严峻的环境污染与破坏，本研究的指标选取及承载状态测算客观反映了这一基本事实。环境破坏力位列前3的城市均隶属于长株潭城市群，但地理位置毗邻的湘潭环境破坏力低于株洲，同时，修复环境的能力要高于株洲；环境恢复力远高于环境破坏力的孝感在环境修复能力可承载范围内也具备承接邻近城市武汉产业转移的环境容量基础。总体上，从区域联动协调发展的角度来看，长江中游城市群内部具备调整产业结构的基础与实力。

城市生态退化情况分异显示，长江中游城市群大部分城市的生态退化情况十分严峻。除了武汉之外，其余6个城市对应的生态容量均处于超载状态，城市群整体生态系统失衡。其中，生态退化力最高的为湘潭，武汉最小。生态提升力最强的为孝感，武汉次之，黄冈最末。生态退化总体情况最为严峻的为湘潭，武汉生态承载现状最佳。城市群生态退化程度不容乐观。值得思考的是，长江中游城市群既不属于国土开发密度较高、资源环境承载能力开始减弱的优化开发主体功能区，也不属于资源承载能力较弱、不适宜开展大规模集聚经济的限制开发区域，境内虽然有部分自然保护区，但绝大部分国土空间不属于禁止开发区域，作为重点开发区域，长江中游城市群除武汉以外的其余6个城市的生态问题却十分严峻。

4 结论与展望

本研究借鉴相关文献资料及现行的评价指标体系，结合长江中游地域特色，构建长江中游城市群资源环境承载力评价指标体系，分析2017年长江中游城市群的资源环境承载状态特点，得出结论：(1)从资源环境综合承载现状来看，长沙、株洲、湘潭资源环境处于超载状态，武汉、黄冈、孝感、益阳承载状态良好，7个城市均存在社会经济发展与城市资源环境承载能力不匹配的问题。(2)从资源环境承载潜力来看，除长沙、武汉资源压力明显外，长江中游城市群整体资源支撑力大于资源压力，具有承载更大社会经济规模及人口规模的余量空间；除株洲环境破坏力明显外，长江中游城市群整体环境容量具有承载余量空间；长江中游城市群最大的掣肘为生态承载力，除武汉以外的其余城市生态容量均处于超载状态，城市群整体生态系统失衡。

在城市群资源环境承载力空间分异特征分析的基础上，本研究回归讨论城市群共享资源、共享经济，协同发展的本质，将长江中游城市群分为长株潭城市群与武汉城市圈，分别讨论两个城市群内部基于资源环境承载力现状与潜力特征的一体化发展方向，建议如下：(1)长株潭城市群中4个城市实现一体化发展的要素流通共享方式为齐头并进模式。城市个体互通有无，由益阳等资源优势城市对长沙、湘潭进行资源补充，升级长沙、株洲污染型产业，减轻由二者偏重型工业造成的环境破坏力。(2)从提升城市承载能力等级与区域资源环境协调的角度来看，武汉城市圈更适宜武汉领头发展的模式。武汉除存在资源压力过大的问题之外，其环境容量、生态承载力均具有明显优势，而资源支撑力优势明显的孝感、黄冈发展水平与武汉呈较为良好的梯度差异，因此，武汉可适宜利用周围城市的资源优势，实现长江中游城市群“核心城市”这一发展定位，从而加快武汉城市圈赢得等级扩散的协同发展契机。

本研究结论与以往研究既有相似性也有明显的差异性。长株潭城市群大部分城市处于超载状态，这与以往研究结论相呼应[8-10]，但与认为武汉、长沙两中心城市综合承载力在长江中游城市群中位居前列[7]、城市发展水平越高，资源环境承载力越强[12-13]的相关结论不同。武汉、长沙的承载等级更高，但也存在明显的资源利用超载的问题，其余城市发展等级较低，但资源、环境承载余量空间较大。总体上，长江中游城市群中城市个体各有优劣，可通过资源环境优势互补促进一体化进程。另外，还发现了现有研究文献较少提到的长江中游城市群生态退化问题。

本研究实现了建立在资源环境承载力评价基础上的区域联动发展评价，为长江中游城市群内部个体间实现要素有序流动提供了资源环境承载力的创新性视角，从理论和实证两方面分析和验证了资源环境承载力对区域发展规划具有一定的实践指导意义。同时，由于部分行政单元存在数据获取和时段缺失的双重困难，未能从长时段角度深入剖析城市群一体化发展的资源环境协调发展方向与路径，需要在将来的研究中进一步探讨。