生态承载力视角下黄河流域开发区演变趋势及产业集聚特征研究

李金铠，汪文翔，孟慧红，魏 伟

（1.郑州大学 能源－环境－经济研究中心，河南 郑州 450001； 2.郑州大学 管理学院，河南 郑州 450001；3.郑州大学 黄河生态保护与区域协调发展研究院，河南 郑州 450001）

作为承载经济活动发生的重要空间载体，开发区的迅猛发展为经济增长注入了活力［1］。 伴随着开发区数量的增加与规模的不断扩大，城市空间规模急剧扩大［2］，造成了土地供需矛盾突出［3］、空间资源配置效率低［4］、产城分离［5］、环境污染［6］等问题。 现阶段对不同类型［5，7］、不同区域［3，8－10］开发区时空演变的研究，较全面体现了我国开发区的空间分布以及发展特征。

黄河流域作为重要的生态功能区［11］，流域沿线城市现阶段拥有近400 个省级以上开发区，成为助力区域工业化、城镇化快速发展和对外开放的重要枢纽。产业集聚发展的同时，开发强度倍增导致产业结构性污染、资源环境过载等问题凸显，经济增长与环境保护的矛盾日渐加剧［12］。 尝试从资源环境约束的视角分析黄河流域开发区分布特征及其演变趋势，建立DPSIR 模型的黄河流域70 个地级市生态承载力评价指标体系，并进行生态承载力测算，探究开发区演变趋势及主导产业集聚特征，以期为促进黄河流域产业结构转型升级与布局优化提供依据。

1 研究方法及数据来源

1.1 生态承载力评价指标体系构建与测算

（1）生态承载力评价指标体系。 参照现有区域生态承载力及资源环境优化等方面的研究成果［13－15］，结合黄河流域实际情况，依照DPSIR 模型构建原则建立黄河流域生态承载力评价指标体系，包括目标层、准则层及指标层，见表1。 其中人口自然增长率、人口密度、万元GDP 二氧化硫排放量、万元GDP 废水排放量、居民人均用电量、人均生活用水量为逆向指标，均需进行正向化处理。

表1 黄河流域生态承载力评价指标体系

（2）生态承载力计算。 对指标数据标准化处理后，运用熵值法得到各评价指标权重，通过加权求和得到黄河流域各地市的生态承载力。 第j个城市生态承载力为

式中：Ej为第j个城市的生态承载力；Wi为第i个指标权重；Yij为各指标数据标准化后的数值。

计算得到各地级市生态承载力后，采用ArcGIS 中的自然断点法［16］将黄河流域70 个地级市的生态承载力划分为高、较高、中等、较低、低5 个等级。

1.2 核密度法

核密度法用于计算点要素在设定邻域范围的密度，可直观展示点要素或线要素的集聚程度，重点反映核中心对周边的影响强度［17］。 将各开发区视为点要素，采用核密度法探究不同年份黄河流域开发区空间分布特征。 核密度值计算公式：

式中：n为开发区总数；K（x） 为核函数；h为搜索半径，即核密度函数带宽，h＞0；x－xm为估值点x到第m个开发区的距离；（x） 为核密度数值。

为了突出开发区规模差异，将开发区核准面积作为权重分析2006 年、2018 年黄河流域开发区规模分布特征。

1.3 标准差椭圆法

标准差椭圆法常用于测算一组要素（点或区域）的空间分布趋势，通过拟定区域均值中心计算要素的标准距离，并将输出的x与y坐标测量值生成椭圆，通过观察椭圆形状来度量要素的方向和分布［18］。 对黄河流域开发区空间变化趋势分析时，分别将总体、国家级、省级开发区视为点要素组，采用标准差椭圆法对各组要素进行测度，计算公式为

式中：xm、ym为第m个开发区点坐标经纬度；、为坐标经纬度均值；θ为椭圆轨迹旋转角度。

1.4 数据来源

数据包括生态承载力测算指标数据以及开发区基础数据两部分。 生态承载力测算指标数据来源于2007—2019 年《中国城市统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》以及黄河流域九省（区）统计年鉴、水资源公报、生态环境状况公报等，生态功能保护区面积数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https：／／www.resdc.cn）。 选择流域沿线70 个地级市作为综合评价分析单元，部分缺失数据根据线性插值法补齐。

70 个地级市开发区基础数据来源于2006 年、2018 年《中国开发区审核公告目录》，对流域范围内国家级和省级两大类开发区进行研究，并进行可视化处理。

2 黄河流域开发区空间格局分布特征

2.1 空间分布特征

将国家级与省级开发区经纬度坐标可视化后，根据核密度法计算得到黄河流域2006 年、2018 年开发区数量密度分布图，并选用核准面积作为权重得到规模密度分布图，见图1。 开发区围绕中心城市发散，区域间差异明显，黄河下游开发区分布较上中游更加密集。

从数量分布看，研究期间开发区分布经历了从向南部及中部扩散的过程，整体形成了“一横三纵”的分布格局。 2006 年开发区主要集中于山东省内，除山东省外呈现出以兰州、银川、太原、郑州、呼和浩特和包头等地为主体的六大核心区，城市群极化特征明显。2018 年开发区数量增长了近一倍。 得益于一带一路倡议，河南省以极快的发展速度建立起数量和规模仅次于山东省的开发区集群，与山东省一并包络近半数开发区。 西安集聚片区呈十字形辐射状，纵向辐射到延安—榆林以及安康，横向延伸到渭南以及宁夏固原。随着流域中部及南部新兴产业园区数量激增，山东省各地市及太原、银川、呼和浩特、兰州的开发区集聚现象均有一定程度弱化。

从规模分布看，2018 年开发区大幅扩张，核准总面积扩大到2006 年的2.33 倍。 2006 年开发区规模密度分布与数量密度分布特征相似，呈明显城市群集聚特点。 得益于国家政策扶持及区位优势，内蒙古自治区2012 年颁布了《内蒙古开发区“十二五”总体发展规划》，批准建成了一批开发区，边境地带开发区规模效益初显，呼和浩特开发区规模密度减小，极化效应减弱。 囿于土地资源管控以及市场资源饱和，2018 年下游城市开发区规模密度逐渐减小，中上游地区规模密度增大更为明显，区域间差距缩小，开发区规模分布趋于均衡。

从总体格局看，2006 年开发区处于发展初期，以优先发展核心城市为总体布局，开发区主要分布在黄河沿线城市及山东省，此阶段中上游城市发展滞后，暂未大规模进行开发区建设，流域中南部具有明显生态优势。 2018 年，开发区向中南地区迈进，以下游山东省与河南省为集聚核心，除青海省和内蒙古自治区西部等重点生态功能区仍较少涉足开发区建设外，各省（区）开发区数量及规模均呈现连片化增长趋势。 省会城市极化效应减弱，城市群辐射效应突显。 此外，西安、郑州、济南等地区开发区数量及规模均有所增长，同时生态承载力增大，与其合理配置产业资源等发展理念密切相关，一定程度证实了开发区产生规模效益后，其产生的技术溢出与示范效应能形成有效环境规制［6］。

2.2 总体重心与轴向变化

为进一步分析黄河流域开发区空间格局变化，采用标准差椭圆法绘制开发区发展轨迹和重心，结果见图2。 自实施区域协调发展的战略以来，流域开发区辐射区域面积增大，布局更为均衡。 从轨迹轴向变化看，黄河流域省级、国家级和总体开发区标准差椭圆轴向均呈现“东—西”走向，且集中在流域东南，该区域包含流域生态承载力最佳区域。 2006 年颁布《西部大开发“十一五”规划》以来，开发区分布明显向西偏移。2018 年除国家级开发区外，标准差椭圆轨迹及重心均向西南偏移，面积增大，长半轴缩短，短半轴变长，向心力减弱，离散程度增大。 国家级开发区离散程度最大，省级开发区空间集聚特征更明显。

从重心变化看，省级、国家级和总体开发区重心均落在黄河流域中游。 国家级开发区重心移动方向与省级、总体开发区重心移动方向相反。 研究初期国家级开发区数量极少，按照省会城市均匀分布，其重心在研究区中间位置。 随着流域下游及其他非省会城市国家级开发区陆续批复建立，2018 年国家级开发区重心向东偏移，由延安转移到临汾。 总体与省级开发区重心均向西南移动，由长治转移到临汾，移动方向与轨迹偏移方向相同，说明西南地区开发区数量与规模均有所扩大，黄河流域开发区建设趋向于均衡。 2018 年省级、国家级和总体开发区重心的汇集，表明国家级开发区的区域带动作用显著增强，各类开发区空间布局更为统一。 开发区总体在流域内协调发展，与区域经济发展的共生关系明显。

3 开发区主导产业空间分布及其集聚特征

3.1 主导产业分布

按照《国民经济行业分类》（GB／T 4754—2017）对黄河流域开发区进行分类，并参考现有文献分类方法［8－9］，结合黄河流域产业发展情况，从劳动密集型、资本密集型和技术密集型产业三个方面划分为11 个行业类型。 按照2018 年《中国开发区审核公告目录》中发布的各开发区主导产业进行行业分类，由于单个开发区涉及1～3 个行业类型，因此测算频次占比时将研究范围内国家级开发区70 个、省级开发区297 个作为总量，各类开发区数量之和大于开发区总数，占比之和大于100%，开发区主导产业行业分类与频次占比见表2。

表2 开发区主导产业行业分类与频次占比

3.2 主导产业空间分布格局

从行业类型看，无论是国家级开发区还是省级开发区，占比最大的均是机械制造业。 黄河流域作为机械制造业发展的核心区域，在“十一五”期间建立了大量以自主创新体系为主的机械制造业高新产业园区，促进了区域对外贸易和产业经济增长。 在其他行业类型分布上，省级开发区劳动密集型产业总体占比明显高于国家级开发区的。 相反，技术密集型产业省级开发区占比较低，原因是技术密集型产业对于技术投入的强度与规模要求较高，国家级开发区更能满足技术密集型产业的发展需求。 劳动密集型产业占地面积较大、人员密集，受土地利用效率及环境管控等限制，大多数为省级开发区。 总的来说，黄河流域开发区的行业分类不均，国家级开发区行业分布体系较省级开发区的更合理，流域新材料发展较为突出，新增开发区多以绿色发展为理念，成为拉动经济高质量发展的新动能。

对开发区不同类型主导产业集聚程度进行可视化分析，核密度分布见图3。 黄河流域开发区整体呈现东密西疏、南密北疏的空间分布特征。 根据主导产业类型，农副产品及加工业呈横向分布态势。 食品和烟草行业、纺织服装业、现代制药业以及新材料业均集聚于各省省会周边，对经济发展的依赖程度较高。 机械制造业分布范围最广，除在甘肃、河南以及山东形成大规模核心区外，在各省省会周边均呈中等范围集聚。微电子与信息产品制造业以西安、郑州以及济南为主。航空航天工业数量较少，仅在西安有小范围集聚。

从省域角度看，下游城市开发区产业多样性更明显，在食品和烟草行业、化工业、机械制造业以及新材料方面有明显省域极化特征，其他产业分布较为均匀。上游甘肃省农副产品及加工业较为突出，甘肃省以开发区为载体培育特色精深加工龙头企业，通过全域均衡发展农副产品及加工业，实施精准扶贫，实现产业规模化发展。 宁夏回族自治区技术密集型开发区占比较低，农副产品及加工业集聚在南部，新材料与化工业集聚于北部，其他类型主导产业在南北均有分布。 内蒙古自治区开发区以呼和浩特为核心，食品和烟草行业、化工业以及新材料等在其周边形成小规模集聚区。 中游陕西、山西两省开发区各类产业分布较为一致，相较而言，山西省化工业发展更为突出，陕西省依附区域科技创新实力，航空航天工业发展势头良好，现代制药业集聚性更强。 从产业结构来说，邻近省份如山东与河南、山西与陕西的产业结构趋同化现象较为严重，这与地域关系、资源配置及政策导向有关［7］，不利于发挥地区比较优势，因而难以形成规模经济。

从生态角度看，开发区分布密集区域生态承载力基本处于中等水平。 西安、郑州、济南生态承载力较高，产业发展较均衡，环境规制与产业升级对于这三市的高质量发展与生态保护有着明显的协同效应［19］。此类地区应结合区域发展现状培养新兴产业及服务业等低排放、低能耗产业，依托交通网增强区域辐射力度。 生态承载力相对较高的中游地区，尤其是陕西北部、山西西部等，开发区以制造业、农副产品及加工业为主，这些地区需要推进新技术在制造业等产业中的转化应用，减少高能耗、低效率的中小企业。 其他处于中低生态承载力水平的地区，以发展机械制造业和化工业为主，农副产品及加工业、食品和烟草行业为辅，应合理调整产业结构，加快传统农副产业转型及配套服务业发展。

4 结 语

黄河流域开发区围绕中心城市呈现以城市群为集聚群的分布态势。 区域间差异明显，开发区分布逐渐密集，开发区数量与规模均明显增长。 从轨迹轴向变化看，黄河流域开发区标准差椭圆轴向呈“东—西”走向。 总体与省级开发区空间分布变化趋势一致，轨迹及重心均向西南偏移，标准差椭圆面积增大，向心力减弱，离散程度增大。 国家级开发区轨迹及重心向东偏移，离散程度最大。 从行业类型看，黄河流域开发区主导产业占比最大的是机械制造业，且总体以传统资本密集型产业为主，产业结构呈现出重工业化倾向。 省级开发区劳动密集型产业总体占比明显高于国家级的，省级开发区技术密集型产业占比较少，国家级开发区行业类型分布更合理。 对于开发区主导产业空间布局来说，各主导产业类型分布差异较大。 下游城市开发区产业多样性显著，在机械制造业及新材料等方面有明显省域极化特征，其他产业基于社会及地理因素等在省会及部分城市呈散点分布。 邻近省份产业结构趋同化现象较为严重，生态承载力脆弱地区仍面临开发区资源错配等问题。