基于PSR模型的大别山区基本公共服务承载力及协调发展

朱 伟，余向洋，程启先，张鑫仕，王佳楠,3，张 强

(1. 信阳师范学院 a.医学院；b.地理科学学院；c.计算机与信息技术学院， 河南 信阳 464000；2. 宝鸡文理学院 地理与环境学院， 陕西 宝鸡 721013； 3. 山东师范大学 地理与环境学院， 山东 济南 250358)

0 引言

广大集中连片特困区是我国开展全面巩固脱贫攻坚、乡村振兴与防返贫工作的关键“瓶颈”[1]，也是实现中华民族伟大复兴的中国梦和第二个“一百年”奋斗目标的主战场。《中国农村扶贫开发纲要(2011—2020年)》(以下简称“纲要”)中明确指出，在连片特困地区“集中实施一批教育、卫生、文化、就业、社会保障等民生工程，大力改善生产生活条件”以及“促进基本公共服务均等化”[2]。大别山区是我国14个集中连片特困地区之一， 是位于中原经济区与皖江城市带间省级边缘区的“经济洼地”，以大别山区为例开展相关研究，其结果对广大集中连片特困区的基本公共服务建设具有参考价值。

基本公共服务是城市的基础性职能，也是城市与区域可持续发展的重要支撑[3-4]。城市基本公共服务及其协调性的研究也逐渐成为学术热点：已有研究在讨论基本公共服务空间格局演变的影响因素[5]和驱动机制[6]的基础上，对基本公共服务与经济发展[7]、基本公共服务与人口城镇化[8]的二维协调关系展开研究；在基本公共服务的多维协调方面，马慧强等[9]构建“基本公共服务-城镇化-区域经济”三维耦合协调评价体系，运用熵值法、耦合协调模型和地理探测器对2008—2017年我国31个省市的三维耦合协调发展的时空演化、影响因素与驱动机制进行深入讨论。

已有研究较少涉及基本公共服务自身内部系统承载力及其协调性、缺乏对于未来年份的时间序列预测以及对于具体演化方向及重心规律等的讨论。本研究以大别山区为研究区域对基本公共服务承载力及协调发展进行研究，旨在深入把握基本公共服务的演化规律。

1 理论分析与指标构建

1.1 理论分析

1.1.1 基本公共服务承载力

“资源环境承载力”在衡量区域可持续发展中有着重要作用，其核心内涵是在可持续发展理念下，区域内的自然资源和生态环境系统所能承载的最大人口限度。资源环境承载力的概念经历了由土地资源承载力、水资源承载力、环境承载力(容量)到资源环境承载力的长期演变过程[10]，现已成为地理学、生态学、环境科学和资源科学中重要的基础性理论。从资源环境承载力的核心内涵和演变趋势来看，该理论具有较好的科学性和普适性，已有研究主要集中在自然科学领域、经济社会发展中的基本公共服务,也具有一定的资源配置属性，但当前学界对于“基本公共服务承载力”的研究不多。王郁[11]在指出基本公共服务在公共福利性与空间经济性的基础上，产生了所谓的“支撑-约束协同效应”。因此基本公共服务承载力提升路径应当是强化支撑力和疏解施压力，表明“基本公共服务承载力”的研究切实可行，但其长期动态的演化机制急需进一步深入研究和讨论。

1.1.2 PSR模型

压力-状态-响应(Pressure-State-Response, PSR)评价模型是由经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNEP)共同丰富并完善的资源环境评价框架体系，该模型将待评价指标分为压力、状态和响应指标，其中压力指标是人类经济社会活动对资源环境的破坏和扰动，状态指标是当前资源环境的状态和变化趋势，响应指标是整体资源环境变化对于人类的影响与反馈。PSR模型能够就人类活动对生态环境的影响进行科学准确评价，现已被广泛应用于资源环境承载力相关研究[12]中，部分学者也将PSR评价模型引入经济承载力[13]和体育场地公共服务承载力[14]中。

上述研究表明PSR评价在经济社会承载力的相关研究中具有较好的理论可行性与实践可行性，但对于该模型在基本公共服务承载力这一经济社会承载力具体领域中的运用，则有待进一步丰富完善。本研究在明确基本公共服务概念与内涵的基础上，尝试丰富和完善基本公共服务承载力的有关内容，在参考相关研究的基础上将PSR评价模型引入到基本公共服务承载力的评价中。遵循科学性、完整性和系统性等原则，本研究中的PSR模型是一个科学完整的评价系统：压力子系统是状态和响应子系统的原始驱动力，而状态子系统与响应子系统之间具有互为表里和相互关联的逻辑关系，且二者都是反映压力子系统指标的归因。

1.2 评价指标构建

在厘清资源环境承载力、PSR评价模型和基本公共服务承载力有关概念的基础上，本研究参考上述相关文献，尤其是《大别山革命老区振兴发展规划》[15]中将“基本公共服务”分为教育事业、医疗卫生服务水平、文化事业以及就业和社会保障体系共计4个部分，在此基础上构建了大别山区基本公共服务承载力PSR评价指标体系(表1)。本文的评价指标体系中压力、状态和响应子系统具有复杂且严密的逻辑关系，压力子系统指标代表人口和产业压力、也是基本公共服务的原始驱动力，状态和响应子系统指标之间具有类推的对应关系并且能够反映压力子系统指标的变化情况，三者是一个逻辑严密的有机整体。

表1 大别山区基本公共服务承载力PSR评价指标体系Tab. 1 The PSR evaluation index system of basic public service carrying capacity in Dabie Mountain Area

1.2.1 压力(P)子系统

压力子系统是指人类的经济社会活动对于基本公共服务总系统的综合作用情况，本文中的压力子系统包括人口压力和经济压力2个部分，其中城镇化率、人口密度和人口自然增长率属于人口压力的指标，而人均地区GDP、地区GDP增长率和工业总产值这3项指标代表着经济压力。

1.2.2 状态(S)子系统

状态子系统是指研究时段内基本公共服务的环境状态与变化情况，本文中的状态子系统指标筛选以公共财政支出为核心，综合考虑了包括教育、医疗和就业等主要方面，即为执业(助理)医生数、普通中学教师数和第三产业从业人员比重，考虑到在现代信息社会中科学研究发展(Research and Development, R&D)教育和互联网宽带建设的重要性，也将其纳入状态子系统中。

1.2.3 响应(R)子系统

响应子系统是指基本公共服务总系统所具有的韧性和鲁棒性等固有属性，本文中的响应子系统以基本公共服务的可持续性概念为基础，基本涵盖了教育文化、医疗卫生、产业结构、R&D教育与信息服务等方面，即为公共图书馆图书总藏量和普通中学在校生数、医院(卫生院)床位数、第三产业增加值占比、普通高等学校教师数与电信业务收入。

2 研究区域、数据与方法

2.1 研究区域与数据

2.1.1 研究区域

大别山区与六盘山区、秦巴山区等11个山区以及西藏、四省藏区和新疆南疆3地州在《纲要》中并列为我国14个集中连片特困地区。大别山区是为数不多的位于我国中东部的连片特困区，该区受历史、资金和技术等综合因素影响，基本公共服务设施有待完善。据《大别山革命老区振兴发展规划》[15]中的规划范围包括六安市、安庆市、信阳市、驻马店市、黄冈市、随州市全境，以及孝感市(一区两市三县)、襄阳市(一市)、武汉市(两区)，考虑到研究区域协调性和研究尺度统一性，将所涉区域较少且经济相对发达的襄阳市和武汉市剔除，以六安市、安庆市、信阳市、驻马店市、黄冈市、随州市和孝感市共计7个地市作为本文的研究区域。

2.1.2 数据来源

本研究中的数据来源主要有以下部分：(1)各地市的调查年鉴、统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报以及政府信息公开年度报告；(2)各地市人民政府、统计局以及相关部门的官方网站；(3)考虑到均值法具有局限性，本研究中对于缺失或异常数据采用“临近点的线性趋势”进行数据填补或替换；(4)受到第六次全国人口普查(简称“六普”)数据影响，“城镇化率”数据出现非平稳时间序列的变化情况，采用“时间序列平滑化”进行数据校正，使该项数据能够更接近各地市实际情况。

2.2 研究方法

2.2.1 指数变换规范化

由于评价指标体系中的各项指标性质、量纲和数量级存在较大差异，为了保证指标具有可比性、科学性和可靠性，需要对指标进行规范化预处理。常见的规范化预处理方法有向量规范化、极差变换规范化、线性比例变换规范化和指数变换规范化等，本研究采用指数变换规范化对数据进行预处理，正向与负向指标预处理公式分别为公式(1)和(2)。

(1)

(2)

式中：aij和bij分别是i指标在j年份(年份取值为2003—2018年，下同)的原始数据和规范化预处理后的数据，max {aij}和min {aij}分别是aij在i指标的最大值和最小值。

2.2.2 均方差赋权法

考虑到主观赋权法客观性不强且主观判断容易产生偏差，本研究中采用客观赋权法进行权重赋值。常见的客观赋权法有熵权法、离散系数法、均方差赋权法和多目标规划法，本研究中采用均方差赋权法对权重进行赋值，公式如下：

(3)

(4)

2.2.3 灰色模糊物元评价

灰色模糊物元评价集灰色系统、模糊数学和物元理论于一体，能够较好解决具有不确定性或求解不相容等问题[16]，已有的灰色模糊物元评价多应用于安全风险评价、环境污染评价中，其输入与输出值之间的关系为负相关，本研究中对已有的灰色模糊物元评价进行优化并使之呈现正相关的逻辑关系，公式如下：

(5)

式中：bij和cij分别是i指标在j年份的规范化数据和灰色模糊物元评价的结果，max {bij}和min {bij}分别是bij在i指标的最大值和最小值。

2.2.4 耦合协调度模型

耦合协调度模型能够对两个及以上系统的相互影响关系进行度量，因其简便、清晰且准确的特点得到了广泛和普遍应用。本研究对灰色模糊物元评价结果进行线性比例变换(单向极大值)处理后计算耦合协调度，所采用的耦合协调度模型是其三维形式，公式如下[17]：

(6)

式中：Dpsr是p、s和r子系统的耦合协调度值，α、β和γ是待定系数，本研究认为3个子系统同样重要，因此取值为α=β=γ=1/3。

2.2.5 标准差椭圆模型

标准差椭圆模型依托于Arc GIS软件平台，其特点是能够对地理现象具体演化的方向分布及其重心演化规律等内容进行深入的统计分析，椭圆长短轴的方向和重心的位置分别表示地理现象的离散程度和相对位置，公式如下[18]：

(7)

(8)

(9)

(10)

3 PSR评价结果

3.1 PSR评价子系统结果

3.1.1 压力(P)子系统

2003—2018年间大别山区各地市的压力子系统承载力呈现出波动上升的总体趋势，并具有一定的时空分异规律(图1)。(1)从研究时段来看，安庆、信阳、随州和孝感市的增长趋势是相对显著的，而六安、驻马店和黄冈市的增长趋势则伴随着较强波动；上述现象的主要原因是受2008年金融危机后我国经济“软着陆”政策以及2013年后新型城镇化政策等影响，经济发展的相应指标出现先缓慢后加快的增长趋势，促使压力子系统承载力总体向好。(2)从研究区域来看，安庆和随州市是压力子系统承载力较高的城市，其次是孝感、六安和信阳市，其余的驻马店和黄冈市则处于较低水平，因此大别山区压力子系统承载力存在一定的内部差异；压力子系统承载力水平较高的随州和安庆市分别表现出“先发”和“后发”优势，随州市人口密度小、城镇化与产业化推进速度快，安庆市经历人口和产业结构的长期调整后发展速度不断加快，这促使两地成为大别山区压力承载力的优势区域，与之相反的是驻马店和黄冈市则在不同程度上呈现出“地狭人稠”、“产业薄弱”或“增长颓势”等情况，继而成为大别山区压力承载力的弱势区域，其余的孝感、六安和信阳市3个地市的总体表现一般。

图1 压力(P)子系统评价结果Fig. 1 The evaluation results for pressure(P) subsystem

3.1.2 状态(S)子系统

大别山区各地市的状态子系统承载力呈现出显著的“地域分异”规律，即按照省域大致分为豫南段、皖西段和鄂北段(图2)。(1)大别山区豫南段的地市为信阳和驻马店市，其状态子系统承载力的历年均值分别为0.844 2和0.849 8(均为大别山7地市的前2位，下同)，且两地市都呈现出“先慢后快”迅速增长趋势；除第三产业从业人员比重外，信阳和驻马店市的其余指标在7地市中均排名靠前。(2)六安和安庆市位于皖西段，这两个地市在状态子系统承载力位于中等水平、低于豫南段但高于鄂北段(除黄冈市)，且总体增长趋势较为均匀；皖西段的地市总体表现不太突出，但是在个别指标(如第三产业从业人员比重(六安和安庆市)、互联网宽带接入数(安庆市))表现优异。(3)大别山区鄂北段的地市有黄冈、孝感和随州市，但内部仍有差异：黄冈市状态子系统承载力的总体水平介于豫南段和皖西段之间，孝感和随州市则低于皖西段；得益于黄冈市对医疗教育的长期财政投入，其状态子系统承载力水平远高于其他两个地市，而孝感和随州市仅在个别指标上表现尚可，但与大别山区其他地市相比仍然存在着较大的差距。

图2 状态(S)子系统评价结果Fig. 2 The evaluation results for state(S) subsystem

3.1.3 响应(R)子系统

响应和状态子系统承载力的时空演化规律在一定程度上具有相似性，从省域来看也具有显著的“地域分异”规律(图3)。(1)信阳、驻马店和黄冈市的响应子系统承载力水平较高，分别在普通中学生在校生数和普通高等学校教师数(信阳市)、医院(卫生院)床位数(驻马店市)、公共图书馆图书总藏量(黄冈市)表现优异；结合这3个地市在区位上彼此相邻的情况，应当促进各方优势互补，进一步加大教育、医疗和文化等多方面的交流与协作力度，继而发挥区域内部的“集聚-示范”效应；(2)六安、安庆、随州和孝感市的响应子系统承载力水平不高，且具有一定的差异性；其中皖西段发展程度略好于鄂北段，且在部分指标中的表现尚可，应当利用目前较好的产业基础带动整体基本公共服务的建设；而随州和孝感市仅在个别指标上处于中等水平，与大别山区其他地市相比仍有较大差距，亟需加大基本公共服务的建设力度，从公共服务的数量与质量两方面着手，“双管齐下”、补足短板，进而促进区域内基本公共服务的“相对”均等化。

图3 响应(R)子系统评价结果Fig. 3 The evaluation results for response(R) subsystem

3.2 PSR评价总系统结果

3.2.1 耦合协调度时空分异规律

基于压力-状态-响应模型各子系统的评价结果，运用耦合协调度计算大别山区PSR评价总系统的协调度结果(图4和表2)。结合承载力和协调度的概念，将PSR评价总系统的协调度结果划分为极低(0.50～0.59)、较低(0.60～0.69)、中等(0.70～0.79)、较高(0.80～0.89)和极高(0.90～1.00)共计5个等级(图5)。

图4 PSR评价协调度(省域)结果Fig. 4 PSR evaluation coordination results

如图4所示，从全域和省域的评价结果来看，2003—2018年间大别山区基本公共服务的PSR评价协调度呈平稳增长的趋势。(1)豫南段在初始和结束年份的评价结果都是最高的，尤其是在后期的增长速度是各省中最快的，但在中期(2006—2009年)与皖西段的结果较为接近(差值≤0.01)；鄂北段在全阶段内的评价值都是最低的，且增速也是上述中最慢的；皖西段代表了区域内的平均水平，在前中期(2016年之前)都略微领先于全域平均值(2003年除外)、而后期(2016年及以后)略微滞后。综上所述，PSR评价协调度(省域)结果能够印证子系统中所呈现出“显著的‘地域分异’”规律。(2)豫南段两地市(信阳和驻马店市)压力子系统承载力分值不高，但是得益于长期重视民生建设，初步形成以公共财政支出为基础、“医疗”“教育”双核心的基本公共服务体系；皖西段(六安和安庆市)主要长处在于相对“均衡”，意味着其“短板”不太明显，即在各子系统承载力中表现适中或尚可；鄂北段三地市内部也具有差异，黄冈市是压力子系统薄弱、而状态和响应子系统强势的代表，但是其余两地市(随州和孝感市)则恰恰相反，尤其是随州市的压力子系统承载力是比较高的，而在状态和响应子系统中的表现则较差，孝感市也与随州市的问题相似。

如表2和图5所示，从2003—2018年大别山区的评价结果来看，各地市协调度差异显著。(1)信阳、黄冈、驻马店和安庆市的均值评价结果较为接近，但信阳和驻马店市比黄冈和安庆市的波动程度要更加剧烈，主要是四地市总系统的初始值(2003年)和前中期变化情况接近，2014年之后出现较大分异，其中：信阳和驻马店市的增长势头迅猛、其承载力已达到“较高”且仍有进一步增长的趋势和空间，但安庆市和黄冈市分别在2014—2017年和2016—2018年经历较长的相对停滞阶段；六安、孝感和随州市的均值评价结果都不高且存在较大差异，六安市是这3个地市中承载力均值最高的(0.65)，而孝感和随州市的承载力都不高且后续增长乏力。(2)信阳、黄冈、驻马店和安庆市的驱动因素不同，信阳、黄冈和驻马店市为典型的“状态-响应”子系统驱动型，而安庆市则属于“压力”子系统驱动型，因此在研究时段后期呈现出较大差距，其中：信阳和驻马店市的发展各有特色且能够优势互补，而黄冈市和安庆市与豫南两地市相比，受不同省份政策和管理的差异影响在基本公共服务方面的建设还存在些许差距并在不同程度上出现后续增长乏力的情况；六安、孝感和随州市的限制因素存在差异，六安市是这3个地市中唯一在2017—2018年达到“中等”等级的，相较而言在状态和响应子系统中则明显表现较好，即为“压力”子系统制约型，而孝感和随州市则仅在压力子系统承载力中表现尚可，但是在“状态-响应”子系统中均存在短板，因而属于“状态-响应”子系统制约型。

表2 PSR评价协调度结果Tab. 2 PSR evaluation coordination results

图5 PSR评价协调度(均值)结果Fig. 5 PSR evaluation coordination (on average) results

3.2.2 耦合协调度预测

运用SPSS 25.0进行耦合协调度预测，输入2003—2018年大别山区7地市的PSR评价协调度值，选择“时间序列预测”模块中“专家建模器”获得2019—2023年各地市耦合协调度的预测结果(图6)。

图6 PSR评价协调度预测Fig. 6 PSR evaluation coordination degree prediction

总的来看，区域内各地市在预测时段呈现出不同程度的增长趋势，信阳、驻马店和安庆市的增长较快，而其余4个地市的增长速度是较为缓慢的。(1)信阳、驻马店和安庆市的总系统的协调度值分别由0.887 9、0.856 8和0.774 7(2018年)迅速增长至1.097 4、1.057 0和1.016 9(2023年)，安庆市在2018年的评价值与其他两地市还是有一定差距的，但后续增长趋势和评价结果的差距逐渐缩小。(2)六安市和鄂北3个地市的总系统的协调度值由0.613 7～0.763 0缓慢增长至0.643 9～0.813 6，综合来看增长幅度不大且在“中等”等级上下波动，随州市在2023年仍为“较低”等级(0.643 9)，甚至与同省排名接近的孝感市的差距也极大(同年孝感为“中等”等级0.740 9)。

3.2.3 标准差椭圆与重心迁移规律

运用Arc GIS 10.8生成PSR评价协调度的标准差椭圆与重心迁移图，如图7所示。

图7 PSR评价协调度标准差椭圆与重心迁移图Fig. 7 PSR evaluation coordination standard deviation ellipse and center of gravity transfer diagram

由图7可知，标准差椭圆总体呈现出“西北-东南”倾斜的趋势，重心位于黄冈和信阳市交界且长期位于信阳市境内中部偏南侧的区域。(1)从标准差椭圆覆盖位置来看，大别山区7个地市都被覆盖，但总体上来看位置偏向于东侧的豫南和皖西段，其中信阳市的覆盖范围最多、黄冈和六安市的覆盖范围其次，其余4个地市被覆盖的范围较为有限，尤其是鄂北段(除黄冈市外)被覆盖的范围始终不大且不断缩小，表明大别山区基本公共服务承载力存在着显著的“地域分异”规律且该趋势也不断加深；(2)从标准差椭圆重心迁移来看，包括预测值在内的总研究时段内(2003—2023年)基本公共服务承载力的重心移动路径变化不大，偏移方向在初期(2003—2008年)由西北偏向东南、其余年份(2008—2023)均向北偏移，而偏移路径长度在2008—2013年间的偏移路径最短、2003—2008年间的偏移路径最长，其余阶段(2013—2018年和2018—2023年间)的偏移路径适中。(3)总的来说，包括偏移方向和路径长度在内的大别山区基本公共服务承载力的重心移动路径整体上不太显著，考虑到本文的研究时段在相关研究中偏长(跨度达16年)，因此造成该现象的主要原因是基本公共服务承载力本身就需要在合理的前瞻性规划与长期的持续性建设后才会有较大的提升，这也表明政府也应当重视并加大对基本公共服务的投入和支持力度。

4 结论

在基本公共服务承载力评价中引入PSR评价模型，对2003—2018年大别山区7个地市的基本公共服务承载力耦合协调度及预测的时空分异规律和标准差椭圆与重心迁移规律进行实证研究，主要结论如下：(1)从PSR评价结果来看，子系统评价结果表明各地市间存在明显差异，在响应和状态子系统中具有显著的“地域分异”规律，并能够划分为豫南、皖西和鄂北段，但总体上PSR评价总系统的协调度呈平稳增长趋势，且豫南段好于皖西段、好于鄂北段，按照驱动和制约因素能够将各地市分别划分为不同的子系统驱动或制约类型。(2)大别山区各地市基本公共服务承载力在预测时段(2019—2023年)都呈现出增长趋势，标准差椭圆与重心迁移规律中标准差椭圆呈现出“西北-东南”倾斜的趋势，重心长期位于信阳市中部偏南侧、移动路径变化不大且多数年份向北偏移，“地域分异”规律的程度随时间变化有逐渐加深的趋势。

大别山区基本公共服务承载力的研究亟待进一步深化。(1)受统计时段、指标和口径的限制，本研究中仅选用了数据可获取性和准确性较高的指标，且仅讨论了2019—2023年基本公共服务的耦合协调度预测情况，但不影响本研究的主要结论。(2)相较于东部沿海等经济发达区[19-20]，由于人口和产业结构不合理、基本公共服务基础薄弱、财政投入受限等客观因素，广大连片特困区的基本公共服务不均等化现象更加显著，本研究所选择的大别山区是广大集中连片特困区的典型代表，对于其他集中连片特困区的基本公共服务承载力是否同样存在内部差异、时空分异与演化趋势，也亟待后续研究的丰富完善。