城市綜合承載力時空演進動態(tài)研究*
——以呼包鄂為例

丁玉賢，張垚，周洪富

(內(nèi)蒙古科技大學 土木工程學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

城市作為特定區(qū)域，是集經(jīng)社科教文衛(wèi)于一體的大型綜合體，是地區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要載體.城市可持續(xù)發(fā)展是城市存續(xù)和變革的內(nèi)在需要，通過綜合承載力分析城市地區(qū)軟硬件承載強度和潛力，促進城市資源集成協(xié)調(diào)，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的關鍵.

最初，承載力研究僅關注資源本身或產(chǎn)出物數(shù)量所支撐的土地—溫飽[1]、水資源—生產(chǎn)生活[2]、生態(tài)—自調(diào)[3]等單要素承載力，其后逐漸演變?yōu)殛P注資源數(shù)量、質(zhì)量和內(nèi)部交互下的多層級、多因素復合綜合承載研究[4].

單要素研究承載力是將各資源從巨系統(tǒng)中割裂，把城市單要素分視為一封閉系統(tǒng)，忽略系統(tǒng)其他要素流動和補償替代效應對承載力的影響，導致城市承載力被低估[5].隨著特大城市的產(chǎn)生，研究單要素承載已不具有實際指導意義，對綜合承載的研究訴求越發(fā)強烈.綜合承載力這一概念自2005年正式提出后，諸多學者開展了城市綜合承載力研究.城市綜合承載力是一定時期、一定空間區(qū)域和一定社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境條件下，城市資源所能承載的人類各種活動的規(guī)模和強度閾值[6].城市綜合承載集生態(tài)承載、社會承載和經(jīng)濟承載于一體[7]，是硬件承載和軟件承載的結(jié)合[6]，既關注量的產(chǎn)出又關注質(zhì)的提升[8]，兼具戰(zhàn)略意義上城市基礎承載及技術層面上城市發(fā)展動力承載[9]，受資源稟賦、基礎公共服務和經(jīng)濟社會要素有形物理量的驅(qū)動，也受無形轉(zhuǎn)移交互關系量的影響[3,10].

呼包鄂作為資源型城市，當前正處在經(jīng)濟結(jié)構轉(zhuǎn)型、生態(tài)修復、平衡社會資源的攻堅期.然而在產(chǎn)業(yè)空間大格局協(xié)同發(fā)展背景下，呼包鄂城市群的生態(tài)治理、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新協(xié)同驅(qū)動相對滯緩，發(fā)展過程中出現(xiàn)諸多與綜合承載力相關聯(lián)的問題.這些問題導致了人口、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境嚴重不協(xié)調(diào)，制約了城市群整體的可持續(xù)發(fā)展.因此，以綜合承載力的時間和空間演變特征為切入點、研究呼包鄂城市群綜合承載力之間的雙向關系及作用機制.研究結(jié)果將有利于發(fā)揮城市群集聚優(yōu)勢、輻射效應、技術溢出效應，進而挖掘城市增長潛力，加速經(jīng)濟體現(xiàn)代化建設，實現(xiàn)城市群的可持續(xù)發(fā)展.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

呼包鄂是內(nèi)蒙古3大中心城市，是最具活力經(jīng)濟圈.呼和浩特是自治區(qū)首府，政治中心；包頭是自治區(qū)最大城市，制造業(yè)中心；鄂爾多斯則是經(jīng)濟強市，能源中心.2017年，呼包鄂3市常住人口806.14萬人，GDP 9 194.64億元，以占全區(qū)面積11.13%，全區(qū)常住人口31.88%，創(chuàng)造了全區(qū)56%GDP，是自治區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的一面旗幟.呼包鄂地處東部振興、中部崛起、西部大開發(fā)空間交匯地和開放戰(zhàn)略支點，是全國能源化工基地和西北地區(qū)生態(tài)文明合作共建區(qū).3城市在全區(qū)生態(tài)文明建設、新型城鎮(zhèn)化道路探索和經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中起引領作用.因此，研究呼包鄂城市群的綜合承載力，對統(tǒng)籌推進地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，打造祖國邊疆生態(tài)屏障，建設“兩橫三縱”北疆中心城市具有重要意義.

1.2 指標體系的構建

指標體系的構建是承載力研究的第一步，由于城市可持續(xù)承載是系統(tǒng)內(nèi)部自我調(diào)節(jié)和外部交互作用的結(jié)果，是自然屬性和社會經(jīng)濟屬性共同體，在構建指標時需將城市置于資源-環(huán)境-服務-經(jīng)濟-社會四個系統(tǒng)之上，本文以資源環(huán)境、基礎公共服務、經(jīng)濟社會發(fā)展3維度4層次共19個指標構建呼包鄂城市綜合承載力指標體系，見表1.

表1 城市綜合承載力評價指標體系

1.3 指標數(shù)據(jù)的來源及標準化處理

研究所用數(shù)據(jù)來源于2009～2018年《中國統(tǒng)計年鑒》、《內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》、《呼和浩特統(tǒng)計年鑒》、《包頭市統(tǒng)計年鑒》、《鄂爾多斯統(tǒng)計年鑒》、《呼和浩特國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《包頭市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《鄂爾多斯市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，對部分數(shù)據(jù)缺失年份采用插值補全.

由于指標數(shù)據(jù)的量綱量級單位不統(tǒng)一、作用方向不同，致使各指標數(shù)據(jù)不能進行有效比較，需對原始數(shù)據(jù)進行標準化歸一處理，具體依據(jù)式(1)，(2).

正向：

(1)

負向：

(2)

式中：yij為i時點(城市)第j指標無量綱化后標準值，xij為原值，minxij，maxxij分別為指標j中最小值和最大值.

1.4 灰色聯(lián)熵法確定指標權重

為確定指標對綜合承載力的影響程度，需確定指標權重.由于灰色聯(lián)熵是根據(jù)因素間發(fā)展差異程度來衡量因子間的關聯(lián)度，具有較大的理性，具體確定第j項指標灰關聯(lián)熵依據(jù)式(3)，(4)，(5)：

(3)

式中：bij=δij/∑δij，i=1，2，…，m；δij為關聯(lián)系數(shù)，表指標實際值與基準數(shù)列相應指標值近異程度，差異越小，關聯(lián)度越大，實際值越優(yōu).

δij=

(4)

式中：σ為分辨系數(shù)，σ與分辨能力反相變化，一般取0.5；y0j={y01，y02，…，y0n}為基準數(shù)列，由指標標準化后理想值組成，正向指標取m個時間或空間中最大值；負向指標取最小值.

第j項指標權重系數(shù)為：

(5)

1.5 綜合承載力的確定

綜合承載力的確定需要借助線性加權綜合指數(shù)逐層進行概念躍升和凝練，得呼包鄂不同時間和空間尺度城市承載力綜合評價值F，資源環(huán)境承載指數(shù)R(x)，經(jīng)濟社會承載指數(shù)E(y)，基礎服務承載指數(shù)S(z)，依據(jù)式(6)，(7)：

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

(6)

(7)

式(6)，(7)中：Wij為i子系統(tǒng)指標權重向量；C為子系統(tǒng)承載指數(shù)向量；Xij，Yij，Zij為標準化處理后數(shù)值向量.

2 呼包鄂城市綜合承載力計算與分析

對原始指標數(shù)據(jù)的標準化處理過程中，人均生活用水量和人口密度指標數(shù)據(jù)需采用式(2)處理，其余指標數(shù)據(jù)處理依據(jù)式(1)處理，使所有指標數(shù)據(jù)量綱量級統(tǒng)一.

2.1 呼包鄂城市綜合承載時間維度計算及分析

呼包鄂3市子系統(tǒng)權重計算公式為(3)，(4)，(5)公式，其數(shù)據(jù)如(表1)所示：呼和浩特的資源環(huán)境、基礎公共服務和經(jīng)濟社會發(fā)展指標權重分別為0.336 6，0.222 8，0.440 5，綜合承載力提升的主要依據(jù)資源環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展.包頭市的資源環(huán)境、基礎公共服務和經(jīng)濟社會指標權重分別為0.154 6，0.303 1，0.542 2，城市綜合承載力提升多為經(jīng)濟社會發(fā)展和基礎公共服務共同驅(qū)動.鄂爾多斯市資源環(huán)境、基礎公共服務和經(jīng)濟社會指標權重分別為0.181 4，0.226 2，0.592 4，經(jīng)濟社會對城市綜合承載力影響占比60%，資源環(huán)境占比20%.

通過對綜合承載力4級指標分析，發(fā)現(xiàn)第三產(chǎn)業(yè)GDP占比和人均生產(chǎn)總值對呼和浩特承載作用明顯.包頭市綜合承載力的提升主要源于第三產(chǎn)業(yè)GDP占比和固定資產(chǎn)投資.每萬人擁有在校大學生數(shù)和固定資產(chǎn)投資指標使鄂爾多斯的綜合承載力提升顯著.整體情況表明：呼包2市在產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整、供給側(cè)結(jié)構改革上取得實質(zhì)性進步；鄂爾多斯在高等教育上持續(xù)發(fā)力，人力資源存量大幅躍升；各城市經(jīng)濟發(fā)展不同程度依賴于固定資產(chǎn)投資的拉動作用.

利用式(6)，(7)計算呼包鄂子系統(tǒng)綜合承載力值(表2)，并繪制承載趨勢圖，見圖1.

表2 呼包鄂3城市綜合承載力評價值

圖1 2008～2017年呼包鄂承載趨勢圖

呼包鄂綜合承載水平在研究期波動中快速上升，從承載提升動能來看，主要依賴于經(jīng)濟發(fā)展的強大驅(qū)動力.鄂爾多斯內(nèi)部3系統(tǒng)協(xié)調(diào)同步性最好，呼和浩特、包頭3子系統(tǒng)波動性加大，表明城市承載穩(wěn)定性較差，自身韌性、連貫性調(diào)節(jié)變革能力不強，受外界環(huán)境影響明顯，這與其產(chǎn)業(yè)結(jié)構有關.呼和浩特承載最低值為0.164 5(2008年)，最高值為0.815 4(2016年)，資源環(huán)境承載促使城市綜合承載能力穩(wěn)步提升.經(jīng)濟社會和基礎服務能力在研究期變動幅度較大，社會公共服務基本呈U型變動，前期受“一核雙圈一體化”城郊擴散戰(zhàn)略影響，城市發(fā)展重心向郊區(qū)轉(zhuǎn)移，大量人力物力財力投向郊區(qū)，導致城市社會公共服務承載下降.從承載提升動能來看，2010年前主要依賴社會公共服務的高水平發(fā)展，2010年及之后，則主要依賴于經(jīng)濟發(fā)展的強大驅(qū)動力，公共服務對城市綜合承載持續(xù)提升的抑制作用比較明顯，是城市高承載提升的主要方向.

包頭綜合承載水平最低值為0.283 4(2008年)，最高值為0.848 4(2016年)，社會公共服務局部呈現(xiàn)略低于綜合承載值，但整體與綜合承載水平較同步，基本滿足城市發(fā)展對社會服務功能的需求.經(jīng)濟社會前期變動緩慢，2010年后經(jīng)濟形勢好轉(zhuǎn)，增長較明顯，且均處于綜合承載水平上方，對城市綜合品位的提升有拉動作用.縱觀資源環(huán)境系統(tǒng)，對城市承載制約明顯，尤以2013年政府新遷九原區(qū)最為突出(0.2016)，導致建成區(qū)面積擴大17.31%，但相關設施并配套未展開，致使資源環(huán)境承載大幅下降，且從變動斜率看，改善狀況并不理想.

鄂爾多斯綜合承載水平提升迅速，城市內(nèi)部3系統(tǒng)與綜合承載協(xié)調(diào)同步性最好，發(fā)展較協(xié)調(diào)，質(zhì)量較高，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿薮?鄂爾多斯綜合承載水平最低值為0.184 0(2008年)，最高值為0.844 7(2016年)，資源環(huán)境指數(shù)2012年后基本維系在均值0.684 9附近，究其原因是經(jīng)濟實力的增強對城市資源環(huán)境形成正激勵建設，使城市建設提升到較高富裕水平，但由于人口有限，致使一定時期內(nèi)資源環(huán)境的承載能力遠超實際使用強度，對綜合承載起提升作用.但后期隨著經(jīng)濟實力持續(xù)增長，資源環(huán)境和社會公共服務系統(tǒng)已不能滿足城市協(xié)調(diào)發(fā)展需要，對城市綜合承載制約作用凸顯.

2.2 呼包鄂承載力空間演進變化分析

將呼包鄂2008～2017年空間數(shù)據(jù)進行橫向比較，以求得十年間空間指標權重，十年間呼包鄂空間資源環(huán)境權重居首位，反映出3市在資源環(huán)境上差異明顯.

2.2.1空間承載評價值計算分析

根據(jù)計算式(6)，(7)所得的綜合承載力評價值對呼包鄂2008～2017年城市綜合承載力進行空間上橫向比較，得各年城市各系統(tǒng)承載力值，見表3，圖2.

表3 呼包鄂3市城市綜合承載力評價值

圖2 2008～2017年呼包鄂3市綜合承載力

表2空間承載力值顯示，在資源環(huán)境、社會公共服務和經(jīng)濟發(fā)展方面鄂爾多斯優(yōu)勢明顯，包頭發(fā)展相對滯后，呼和浩特在經(jīng)濟發(fā)展上與鄂爾多斯處于膠著狀態(tài)，而其他子系統(tǒng)差距在逐漸縮小，導致綜合承載優(yōu)勢從包頭、鄂爾多斯、呼市逐漸變?nèi)?2017年呼包鄂城市綜合承載力評分值在0.219 0～0.721 1間，均值0.443 0.鄂爾多斯(0.721 1)承載優(yōu)勢明顯，是最低值3.29倍，城市綜合發(fā)展水平最好，究其原因主要是當?shù)刭Y源富集、經(jīng)濟發(fā)展水平較高，地方財政富裕形成正向補償機制，導致城市綜合社會服務能力較好，環(huán)境治理效果顯著；包頭市(0.219 0)城市綜合承載力顯著低于均值0.443 0，主要是建成區(qū)綠化覆蓋率和人均綠地面積較低，而社會公共服務優(yōu)勢消失，經(jīng)濟發(fā)展相對落后；呼和浩特(0.388 9)與平均值差距較小，作為自治區(qū)首府，重工業(yè)在全市經(jīng)濟中比重較小，環(huán)境較好，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，并且由于行政駐地原因，資源集聚較高，經(jīng)濟發(fā)展水平和科教文衛(wèi)水平居自治區(qū)前列，導致其城市承載力水平不斷提升.

圖3 2008～2017年呼包鄂3市承載力排名變化

依據(jù)表3繪制呼包鄂各年綜合承載力排名如(圖3)所示：從2012年，呼市的綜合承載力從第3名提升為第2名；包頭的綜合承載力在2010年下降為第2名，到2012年下降為第3名，鄂爾多斯的承載力從2010年躍升為第1名.究其原因，鄂爾多斯未發(fā)現(xiàn)有制約城市綜合承載力提升的“短板因素”，致使綜合承載力迅速上升；呼市在公共服務能力的“短板因素”的影響下，綜合承載力的提升受到了限制；包頭市因資源環(huán)境承載力、社會公共服務承載力、經(jīng)濟發(fā)展承載力相較于其他2市均較低，綜合承載力明顯下降.

2.2.2呼包鄂城市綜合承載力空間差異比較分析

在城市發(fā)展水平時空測度基礎上，運用變異系數(shù)CV(CV=標準差/平均值)探究承載力在時空間分異趨勢，見圖4.

圖4 歷年空間承載變異系數(shù)

圖4顯示，呼包鄂3市的空間承載力在2011～2013年差距均維系在高位水平，2014年后其分異程度有緩慢變大趨勢，其最低點為0.159 2(2009)，其最高點為0.672 2(2013)，表明在2009年3市綜合承載力差異較小，處于基本協(xié)同狀態(tài)，發(fā)展到2013年，3市的綜合承載力出現(xiàn)明顯差異，聯(lián)動發(fā)展能力較差，協(xié)同作用不強.

參照文獻[11]城市綜合承載力分區(qū)標準，構建呼包鄂城市綜合承載力高(Y+0.5S

3 結(jié)論與建議

立足經(jīng)濟體發(fā)展實際，運用綜合承載力評價模型，對呼包鄂城市群綜合承載力發(fā)展水平進行了前瞻性的分析.研究結(jié)果表明：承載優(yōu)勢由高到低排序為包頭—鄂爾多斯—呼和浩特，綜合承載力差異巨大，城市間協(xié)同發(fā)展格局相對滯緩，具體建議如下：

1)呼和浩特由于社會公共服務水平由城市轉(zhuǎn)向郊區(qū)，導致整個城市綜合承載下降，重視城市與郊區(qū)的社會服務水平同步發(fā)展，加強社會公共服務建設，加大城市交通投入力度，打造互聯(lián)互通的城市立體交通和出行體系，是呼和浩特綜合承載力提升的關鍵所在.

2)包頭市新遷九原區(qū)拉低了整個城市的綜合承載力，應注意激發(fā)其建成區(qū)城市活力，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構轉(zhuǎn)型，優(yōu)化基礎公共服務設施，防止人口外流，改善相關配套設施、提升基礎服務功能，擴大成區(qū)綠化覆蓋率和人均綠地面積，發(fā)揮新建城區(qū)的綜合承載的帶動力.

3)鄂爾多斯作為3市中土地面積最大，經(jīng)濟水平最高，人口密度最低區(qū)域，高等教育事業(yè)發(fā)展起步晚，人力資源存量不足，應注意人才資源引進和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快中心城區(qū)一體化步伐，減少利用不充分建成區(qū)面積，努力提升人口和經(jīng)濟集聚水平，收攏資金在能夠切實提升人民生活質(zhì)量的資源環(huán)境和基礎公共服務上下功夫.

4)呼包鄂城市圈空間承載分異維持在較高水平，不利于呼包鄂經(jīng)濟圈整體協(xié)同發(fā)展.政府可設置統(tǒng)籌呼包鄂協(xié)同發(fā)展部門，在資源環(huán)境基礎上發(fā)揮各自產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，合理規(guī)劃資源配置和生產(chǎn)力布局，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整和優(yōu)化，立足呼包鄂城市圈整體發(fā)展，加快基礎設施互聯(lián)互通綜合交通運輸網(wǎng)建設，創(chuàng)新符合自身特質(zhì)的發(fā)展之路，更好實現(xiàn)呼包鄂經(jīng)濟聯(lián)動發(fā)展.