資源環境視角下的中國城市潛力研究

王麗 牛文元

(1.國家發展和改革委員會國土開發與地區經濟研究所，北京 100038;2.中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京 100190;3.中國科學院自然與社會交叉科學研究中心，北京 100190)

自城市形成以來，城市就不是以一個封閉的系統存在的［1］。尤其是人類步入工業化社會后，城市依次經歷了郊區化(Suburbanization)、逆城市化(Counter-urbanization)、再城市化(Reurbanization)三大潮流。事實毫無爭議地證明，這些都是城市完成自我膨脹的必要步驟，同時城市的范圍也從建成區(Built-up areas)、都市圈(Metropolitan Area)到都市連綿帶(Megalopolis)不斷擴張，并越來越多地參與到區域及全球競合活動中，成為人類生產、生活的重要載體。由此，基于全空間尺度的城市發展潛力評價具有重要的理論與實踐意義。

對于城市潛力的研究及應用主要分為三部分:城市潛力模型本身的構建、通過實證數據對模型的檢驗、利用模型結果對經濟社會現象進行描述及解釋性分析等。從模型本身來看，學者們從潛力的代表內涵［2］、指標選?。?－5］、公式形式［6－7］、理論實證［8－9］等方面對城市潛力的模型做了不少研究。從實證檢驗方面，學者們對地區潛力和工資、人均收入、需求聯系、勞動生產率等之間關系進行考察［10－11］，以此來檢驗地區潛力的作用和影響。從模型的應用方面，有利用公式計算出各地區的市場潛力分布，并通過潛力圖的描繪直觀地發現一定的經濟社會聯系，如Florida、Southern Ontario 等地區潛力圖線的刻畫等［12－13］;有將市場潛力分布結果用于對各種社會經濟現象提供解釋［14］，如利用市場潛力結果解釋產業變化、生產率差異、工資差別，甚至對歐洲經濟一體化效果的影響進行分析等。

以往對于城市潛力的研究主要集中在社會經濟領域，鮮有涉及資源環境方面的內容。事實上，資源環境條件是城市發展的基底，對城市發育的影響是決定性的。另外，隨著現代科技的發展和城市基礎實力的提高，城市與資源環境之間的關系又賦予了新的內容。這就需要我們通過將城市潛力和資源環境條件進行結合研究，以此來根據資源環境條件判斷城市發育情況，以及在現有城市發展基礎上更好地統籌規劃、保護資源環境。

本文基于22個指標綜合構建了城市規模、基于道路體系及障礙考慮綜合構建了全國距離可達性，以此更為準確地測度城市潛力。從土地、水文、氣候、資源四大方面綜合構建資源環境指數指標，以此測度出中國整體資源環境態勢。在此基礎上，研究城市潛力和資源環境條件兩者之間的關系。根據前述研究，進一步劃分出中國不同區域類型，為區域發展提供規劃建議。

1 方法

1.1 城市潛力的構建及模型

市場潛力(market potential)是城市潛力的前身，最早提出市場潛力的定義及形式的學者是Harris［15］。他利用銷售額(retail sales)和運輸成本，計算了美國的市場潛力分布。由于有關潛力值的測度是一個應用性概念，不同學者根據自身的研究方向對潛力值進行不同的闡釋。本文選擇傳統的潛力模型公式，通過綜合度量城市規模和距離指標來對城市潛力進行測度，公式如下:

其中，j為一任意地點;k為城市所在地;Mk為城市的規模;djk為j、k兩地距離，τ為距離摩擦系數，根據大多數學者對于中國地區的研究成果將該值取為1.5［16］。

1.1.1 城市規模M的研究

根據研究方向和對象的不同，城市規模M可以選取不同的涵義。如用銷售額、地區收入［9，17］、地區購買力等來反映市場吸引情況［3］;或者直接用地區生產總值GDP來代替 Mk［5，18］。另外，在使用潛力模型時，一些學者甚至更愿意用經濟潛力這一名詞來代替市場潛力。事實上，城市是一個綜合體，人口規模大小、勞動力供給、集聚經濟效益、投入產出前后向關聯等等因素錯綜交織在一起，城市作用也隨著距離而發生衰減變化。因此，對于城市潛力的研究中，合理選擇M值，有利于利用模型體現城市與區域之間的作用程度［2，19－20］。

在本文中，選取能綜合反映城市發展情況的人口、企業、工資、產品、投資、公共服務六個方面的22個指標，反映城市規模大小。具體指標見表1。選取2009年全國654個縣級及以上城市的相應數據。將這些數據在SPSS中利用因子分析得到城市規模綜合得分，并將結果歸一到1－21之間。

1.1.2 距離d的研究

對于距離d的研究，主要集中在距離選取指標的討論［4］，即選取不同的距離測度方式來代替djk。關于這些距離指標的選取種類非常多:如運輸成本［15］、鐵路距離［21］、行路時間［5，22］，以及包括裝卸費、運輸成本和國際關稅在內的綜合成本［2］等，或是直接用兩地直線距離［23］。Anderson認為對于不同的研究對象應根據特性相應地采取不同的距離度量方式才更符合實際［24］。

在本文中，選取承擔最主要交通運量的高速公路、國道、省道、鐵路這四項來綜合計算全國可達性，更為貼合實際。這些道路的平均行車速度依次為100 km/h、70 km/h、50 km/h、70 km/h。另外，考慮到水體、濕地、冰川雪被、沙漠、裸露巖石及荒漠組成的絕對障礙，將通行速度設置為0;考慮到我國三大階梯的特有地形特征，設置第一階梯、第二階梯、第三階梯覆蓋范圍內(有道路通過的路徑排除在外)的通行速度分別為:8 km/h、10 km/h、15 km/h。在獲取全國柵格速度圖的基礎上，求取通過單位柵格的時間值，即T=單位柵格的邊長/該處柵格的通行速度。最后，利用Dijikstra算法的基本思想，運用“cost weighted”方法針對城市實行最短路徑分析，從而可生成分別以全國所有城市為中心的全國范圍可達性圖。

表1 城市規模測度體系Tab.1 Measurement indicator system of city size

1.2 資源環境條件的構建及模型

資源環境條件是區域可持續發展的基礎［25］，其優劣情況源于自然環境的固有屬性。由于資源環境的組成要素具有多樣性特征，因此選擇一組具有代表性、科學性的資源環境指標，架構資源環境評價體系與模型是評估區域資源環境條件的關鍵。黃秉維［26］通過地形、溫度、水系、生態和其他指標研究了中國的資源環境態勢。楊小喚等［27］借用氣候、水文、地形與植物生產力四大類指標組建了自然環境適宜性指數。謝高地等［28］從生態、水資源、土地、能源等方面構建我國自然資源的承載力。根據以往的研究成果及本次研究的目標，本文從土地、水文、氣候、資源四大方面，共七類指標架構資源環境指數指標，詳細信息如表2所示。

表2 資源環境指數指標的架構及介紹Tab.2 Natural environment and resource index

根據參數性質對資源環境條件的作用屬性，可將參數劃分為兩類。一是參數與資源環境條件呈正相關，即參數值越大，該處資源環境條件越優。河流密度、積溫、耕地等五類參數均屬于該類參數類型。二是與資源環境條件呈負相關，高程與不適宜發展用地屬于此類參數。本次參數層均來自2000年或2005年，尺度為1 km2的柵格數據。為了消除參數的量綱差異，使參數具有橫向可比性，并按照參數的正向、負向指標性質，進行歸一化。如公式(2)所示:

在此基礎上，根據公式(3)采用加權平均的方法，得到資源環境指數:

其中NERI為資源環境指數(Natural environment and resource index)，Fi為經歸一化后的資源環境參數，Wi為參數權重，此處選擇等權平均的方法，取值為1。

2 結果

2.1 城市潛力及資源環境條件的分布

全國城市潛力值由東至西呈降低態勢。東部地區城市潛力值高的區域分布較廣，尤其是河北、山東、河南、江蘇、浙江、廣東部分區域潛力較高。東部其余地區、中部、東北的大部分地區屬于中潛力區域。廣大西部地區的潛力值普遍較低。在全國城市潛力高的地域中，長三角地區較為突出，城市高潛力值幾乎覆蓋了整個區域，呈大范圍的片狀分布。京津冀地區和珠三角地區潛力值高的區域也呈連片分布。另外，以鄭州為核心的河南北部區域、以濟南為核心的山東西部區域也同樣具有大范圍的高潛力值分布。中部地區中，以武漢、長沙、南昌等分別為核心的區域;西部地區中，以重慶、成都、西安分別為核心的區域;東北地區中以沈陽、長春、哈爾濱分別為核心的區域都呈現潛力突出的態勢。以昆明、南寧、烏魯木齊分別為核心的區域也明顯呈現出與周圍地區相比較高的潛力值。

資源環境指數分布與我國的三大階梯地形布局極為相似。以昆侖山山脈、祁連山山脈及橫斷山脈東緣為界的青藏高原和柴達木盆地地域內資源環境指數最低。塔里木盆地、準格爾盆地、吐魯番盆地所在的大部地區資源環境指數次低;內蒙古高原東部、大興安嶺山脈西部、黃土高原、云貴高原地區也為資源環境較差區域。東北平原、華北平原、長江中下游平原、武夷山山脈、南嶺山脈附近為資源環境指數較高的區域。唯有四川盆地與階梯分布差異較大，雖然地處第二階梯，但資源環境指數較好。

為了符合國內的統計口徑以及利于研究成果的分類指導，并顧及中國全域空間的連續性，在此，將全國連續空間劃分為338個城市尺度的基本單元。以這些地級及以上區域尺度為基本研究單元，統計各個單元內的指標均值，作為該單元的相應指標值。

2.2 城市潛力與資源環境的宏觀聯系

圖1 城市潛力與資源環境的宏觀聯系Fig.1 Macro linkages of urban potential(UP)and NERI

總體來看，城市潛力與資源環境具有正相關關系，相關系數為0.431。從圖1可以看出，隨著區域資源環境指數的升高城市潛力也普遍隨之升高。另外，城市潛力高的區域幾乎都集中在資源環境指數高于300的范圍內。由此可以看出，資源環境條件是城市發展的基礎。所有資源環境條件好的區域不一定都具有很高的城市潛力值;但城市發展潛力高的區域必定是資源環境良好的區域。

2.3 城市潛力與資源環境的分級研究

將城市潛力值利用natural break分類方法分為三類:潛力低值(＜100)、中值(介于100到200之間)、高值(＞200)。三類市場潛力值中，低潛力值區域與資源環境的相關性較高，為0.581，且在0.01水平上顯著;中潛力值區域與資源環境的相關性較弱，僅在0.05水平上顯著;高潛力值區域與資源環境不相關(見表3)。由此可知，當城市發育度較低時，城市發展對于資源環境條件依賴較大;當城市發育到一定程度，一方面是較好的資源環境本底條件支撐其較好發育，另一方面城市進一步的發展需要更多其他因素的支撐，因此，呈現較弱相關的局面。

表3 城市潛力與資源環境的分級關系Tab.3 The classification research on urban potential and NERI

將低潛力值地區與資源環境指數做回歸如圖2所示。由于兩者的相關性較高，回歸效果較好?；貧w曲線反映了中國城市潛力與資源環境條件的一般對應關系。從圖2反映出，一般而言城市潛力越高，區域資源環境條件越好。位于回歸線上方的散點意味著該區域的資源環境狀況好于中國目前情況下相應城市發展水平所對應的資源環境條件;位于回歸線下方的散點意味著區域目前的發展水平超出了現有的資源環境條件所能承載的開發能力，這一方面是資源環境過于脆弱所導致，一方面是由于該區域過度開發所造成。另外，低潛力值地區的資源環境指數范圍分布較廣，介于100到450之間，說明資源環境條件是城市發展的必要條件，但不是充分條件。

中潛力值地區的資源環境指數主要是在300和450之間，表明這些區域本身具有良好的資源環境基礎(見圖3)。由于城市發育的基底均較好，城市的進一步發展就受其他有差別條件的影響，如歷史偶然因素、國家政策、區位條件、對外聯系等，因此，城市潛力值與資源環境的相關性較弱。另外，該類潛力中值區域與資源環境指數呈弱負相關，是否意味著，在當前發展階段，該類區域為了大力發展經濟，而不惜自然資源的損耗，導致城市發展是建立在對自然資源的無節制掠奪之上，從而呈現對于資源環境的損害越多城市發展越好的局面。當然，是否如此有待進一步的研究。

高潛力值地區的資源環境指數主要是在330和400之間，同樣是在良好的資源環境背景上發展起來的(見圖4)。這類區域受歷史、政策等優勢積累，城市發育較為成熟，與資源環境條件相關性更弱。

圖2 低潛力值地區與資源環境的關系Fig.2 Relationship between low potential value and NERI

圖3 中潛力值地區與資源環境的關系Fig.3 Relationship between medium potential value and NERI

圖4 高潛力值地區與資源環境的關系Fig.4 Relationship between high potential value and NERI

2.4 區域分類及發展指導

圖5 低潛力值地區的象限劃分Fig.5 Categories of low potential value areas

潛力高值和中值地區主要分布在資源環境好的區域，區域差異主要由不同潛力值來界定。因此，這兩者各自歸類。低潛力值地區較為復雜，一方面資源環境差異較大，另一方面較強依賴資源環境的平均屬性和自身特性之間有別。因此，對于該類地區需要進一步劃分類別。在此以資源環境指數值300和回歸線為界，如圖5所示。處于Ⅰ類地區資源條件較好，且現有的資源環境能進一步承載城市的發展。處于Ⅱ類地區資源條件較差，但現有資源條件還能支撐城市的進一步發展。處于Ⅲ類地區資源條件較好，但是由于過度開發，城市的發展已經超過了區域資源環境的承載。處于Ⅳ類地區資源環境較脆弱，同時城市的發展已經超出了當地資源環境的承載。優化發展區(Optimized Development Zones)主要集中在沿海的京津冀城市群、長三角城市群、珠三角城市群、山東半島，另外在中原城市群與武漢都市圈區域也具有分布。優化發展區的面積為 375726.3 km2，僅占全國面積的3.97%(見表4)。由于國家區域發展政策的支持以及有利的地理區位優勢，優化發展區的發展條件得天獨厚，已經成為我國經濟活動最為活躍、發展水平最高的區域，也是我國參與全球經濟合作與分工的核心載體。本文研究表明，優化發展區的資源環境指數均在300以上，屬于資源環境條件優越的地區。事實證明，從資源環境角度，我國生產力布局與經濟活動安排具有很大的合理性。但是，隨著經濟總量的持續擴張，經濟發展中投資與消費的結構性矛盾問題逐步凸顯出來，另外，可持續發展的資源環境瓶頸日漸明顯，因此優化發展區應更加注重經濟發展的質量水平。該區域應當以產業結構調整為契機，大力發展戰略性新興產業、高端服務業，建立現代產業體系，構建經濟、社會、人居環境不斷優化、協調的區域發展格局。

集約發展區(Intensive Development Zones)主要分布在遼東半島、中部大部分地區，以及除優化發展區之外的東部地區。長期以來，相對于發達地區，集約發展區處于國家經濟發展的第二梯隊，雖其資源環境指數位于較高層面，但其城市發展水平僅位于中游。隨著國家中部崛起、東北老工業基地振興等區域政策的出臺，加上發達地區產業轉移的趨勢，擁有較好資源環境本底條件的集約發展區迎來了巨大的發展機遇。一方面，集約發展區是我國重點發展和開發的地區，是我國工業化和現代化的重點區域。另一方面，集約發展區也是我國人口集聚和保障糧食安全的關鍵區域。因此，在抓住機遇不斷發展的同時，更應該注意區域資源環境的保護。這要求集約發展區提高產業轉移的門檻，加強新技術的研發和技術改造，不斷增強產業發展的質量和效益。

綠色發展區(Green Development Zones)主要分布在云南、貴州以及黑龍江、吉林等地。該區城市發展潛力低，相對而言其資源環境指數較為優越，主要涉及了大、小興安嶺森林生態系統保育區、長白山森林生態系統保育區、川滇森林生態系統多樣性保育區等，是我國重要的生態保護區域。與其較低的城市發展水平相比較，綠色發展區具有較為優越的資源環境本底條件，但是其資源環境依然較為脆弱，對高強度的經濟活動較為敏感，因此該區域應該著力發展以旅游、觀光、度假為主體的綠色產業。

表4 區域類別劃分Tab.4 Classification of area

限制發展區(Limited Development Zones)位于我國廣大的西部地區。這里生態環境極為脆弱，也是我國重要的生態屏障。限制發展區城市發展水平低，但如果一味追求經濟發展數量，毫不顧忌地搞工業化，不但違背了生產力布局的基本規律，而且會給中西部地區、乃至全國的生態環境帶來嚴重危害。應當重視近些年來某些西部省份在產業投資方面的不合理傾向，及時制止并通過生態補償、財政支付轉移、干部選拔考核指標等機制建設引導限制發展區的理性發展。

保護性發展區(Protective Development Zones)指西藏南部、新疆西北部、內蒙古東部、陜西南部、遼寧、吉林、云南部分地區。其中，西藏南部、新疆西北部、內蒙古東部地區資源環境較差，但仍能承載城市的進一步發展;陜西南部、遼寧、吉林、云南部分地區資源環境較好，但該地區城市過度開發，已經超出了當地資源環境承載。這兩種情況均既需要城市的發展，同時也需要環境的保護，兩者同等重要。

3 總結與討論

本文綜合測定了城市潛力及資源環境條件，得到全國潛力及資源環境分布狀況。進一步研究兩者之間的關系，并綜合劃分全國區域。

(1)全國城市潛力由東至西呈降低態勢。東部地區城市潛力值高的區域分布較廣;其次為中部及東北部地區;西部地區的潛力值普遍較低。

(2)資源環境指數分布與我國的三大階梯地形布局極為相似。第一階梯資源環境條件最差;第二階梯內部塔里木盆地、準格爾盆地、吐魯番盆地所在的大部地區資源環境條件劣于其余地區，四川盆地附近較優;第三階梯所在地區資源環境條件普遍較好。

(3)資源環境條件是城市發展的必要條件?？傮w來看，城市潛力與資源環境具有正相關關系。尤其是城市實力較弱地區對于資源環境的依賴更強。不過，當城市在較高的資源環境基底下發展到一定程度后，城市的進一步發展取決于其余差別性條件，因此，兩者之間的相關性減弱。

(4)根據城市潛力、資源環境條件及兩者之間的關系，劃分出全國區域五大類別:優化發展區、集約發展區、綠色發展區、限制發展區、保護性發展區。根據各自類別特點，提出相關建議。

References)

［1］牛文元.理論地理學［M］.北京:商務印書館，1992.［Niu W Y.Theoretical Geography［M］.Beijing:The Commercial Press，1992.］

［2］Clark C，Wilson F，Bradley J.Industrial Location and Economic Potential in Western Europe［J］.Regional Studies，1969，3(2)，197－212.

［3］Wolf N.Endowments vs.Market Potential:What Explains the Relocation of Industry After the Polish Reunification in 1918?［J］.Explorations in Economic History，2007，44(1):22－42.

［4］Houston C.Market Potential and Potential Transportation Costs:An Evaluation of the Concepts and Their Surface Patterns in the U.S.S.R.［J］.Canadian Geographer，1969，13(3):216－236.

［5］Brülhart M.The Fading Attraction of Central Regions:An Empirical Note on Core Periphery Gradients in Western Europe［J］.Spatial Economic Analysis，2006，1(2):227－235.

［6］Nordbeck S.Computing Distances in Road Nets［J］.Papers in Regional Science，1964，12(1):207－220.

［7］L?ffler G.Market Areas:A Methodological Reflection on Their Boundaries［J］.GeoJournal，1998，45(4):265－272.

［8］Krugman P.Increasing Returns and Economic Geography［J］.The Journal of Political Economy，1991，99(3):483－499.

［9］Hanson G H.Market Potential，Increasing Returns and Geographic Concentration［J］.Journal of International Economics，2005，67(1):1－24.

［10］Redding S，Venables A J.Economic Geography and International Inequality［J］.Journal of International Economics，2004，62(1):53－ 82.

［11］Head K，Mayer T.Regional Wage and Employment Responses to Market Potential in the EU ［J］.Regional Science and Urban Economics，2006，36(5):573－594.

［12］Dunn E S.The Market Potential Concept and the Analysis of Location ［J］. Papers and Proceedings，Regional Science Association，1956，2(1):183－194.

［13］Kerr D，Spelt J.Some aspects of industrial location in Southern Ontario［J］.Canadian Geographer，1960，4(15):12－25.

［14］Battersby B.Does Distance Matter?the Effect of Geographic Isolation on Productivity Levels ［J］.Economic Studies，2006，(42):205－225.

［15］Harris C.The Market As a Factor in the Localization of Industry in the United States［J］.Annals of the Association of American Geographers，1954，44(4):315－348.

［16］顧朝林，龐海峰.基于重力模型的中國城市體系空間聯系與層域劃分［J］.地理研究，2008，27(1):1－12.［Gu C L，Pang H F.Study on Spatial Relations of Chinese Urban System:Gravity Model Approach［J］.Geographical Research，2008，27(1):1－12.］

［17］趙永亮，才國偉.市場潛力的邊界效應與內外部市場一體化［J］.經濟研究，2009，(7):119－130.［Zhao Y L，Cai G W.Border Effect of Market Potential and Inter-Ecternal Market Integration［J］.Economic Research Journal，2009，(7):119－130.］

［18］Brakman S，Garretsen H，Schramm M.The Spatial Distribution of Wages:Estimating the Helpman-Hanson model for Germany ［J］.Journal of Regional Science，2004，44(3):437－466.

［19］Smith D M. Industrial Location:An Economic Geographical Analysis［M］.New York:Wiley，1971.

［20］Rich D C.Population Potential，Potential Transportation Cost and Industrial Location［J］.Area，1978，10(3):222－226.

［21］Carrothers G A P.Population Projection by Means of Income Potential Models［J］.Papers and Proceedings，Regional Science Association，1958，4(1)，121－152.

［22］Bederman S H，Adams J S.Job Accessibility and Underemployment［J］.Annals，Association of American Geographers，1974，64(3)，378－386.

［23］Liang S.Research on the Urban Influence Domains in China［J］.International Journal of Geographical Information Science，2008，doi:10.1080/13658810802363614.

［24］Anderson T R.Potential Models and the Spatial Distribution of Population ［J］. Papers and Proceedings，Regional Science Association，1956，2(1)，175－182.

［25］牛文元.可持續發展的能力建設［J］.中國科學院院刊，2006，21(1):7－13.［Niu W Y.The Capability Building of Sustainability ［J］.Bulletin of Chinese Academy of Sciences，2006，21(1):7－13.］

［26］黃秉維.中國綜合自然區劃草案［J］.科學通報，1959，4(18):594－602.［Huang B W.A Draft of Comprehensive Natural Zoning of China［J］.Chinese Science Bulletin，1959，4(18):594－602.］

［27］Yang X，Ma H.Natural Environment Suitability of China and Its Relationship With Population Distributions［J］.International Journal of Environmental Research and Public Health.2009，6(12)，3025－3039.

［28］謝高地，周海林，魯春霞，等.我國自然資源的承載力分析［J］.中國人口·資源與環境，2005，15(5):93－98.［Xie G D，Zhou H L，Lu C X，et al.The Analysis of the Bearing Capacity of the Natural Resources in China ［J］. China Population，Resources and Environment，2005，15(5):93－98.］