PSR框架下新疆城市承載力狀態時空動態演化研究*

付 金 存 李 豫 新 王 菲

一、引言

城市作為現代人類活動的主要場所，具有強大的資源、產業、人口、財富聚集效應。改革開放以來，中國實施了一系列“城市偏向（urban preoccupation）”的經濟發展政策，并在短時期內聚集了大量的經濟發展資源，促進了城鎮化、工業化的發展與綜合國力的提升。但伴隨著城市規模的擴大和城市人口的增加，以環境污染、交通擁擠、熱島效應、能源消耗、氣候變化等為主要內容的城市病也在逐步蔓延，并逐步逼近城市承載力的極限。例如在全國600多個城市中，超過2/3的城市供水不足，其中更有110個城市處于嚴重缺水狀態。究其原因，在于許多城市在迅速擴張和發展過程中，忽略了城市環境承載力，延續多年的生態平衡逐步被打破，形成了復雜的生態型缺水局面。城市承載力的水平無疑決定著中國城鎮化的速度，甚至是城鎮化的定位與走向。雖然尚無確鑿證據，但現有研究表明歷史上瑪雅文明、樓蘭古國等文明的覆滅無不與資源環境承載力有關。

新疆維吾爾自治區（以下簡稱新疆）位于中國西北部，地處亞歐大陸中心腹地，氣候干旱少雨，蒸發量大，是典型山地—綠洲—荒漠生態系統，其承載力相比于中國其他省區更為脆弱。近年來，西部大開發戰略和“對口援建”政策的實施都極大地推動了新疆城鎮化的發展，全疆城鎮化率由2000年的33.75%提升至44%，但在城鎮化發展的過程中，新疆城市發展面臨的資源環境束縛、經濟與人口壓力、城市建設瓶頸問題也極為突出。城鎮化戰略是帶動全疆經濟社會發展的重要動力，也是其跨越式發展的必由之路。因此，在新疆這樣一個地理區位、生態環境、民族人口等具有特殊性的邊疆省區，在城市化發展中科學定量評價城市承載力的水平，探尋其制約因素，具有重大的理論和現實意義。

二、相關研究進展及評述

作為一個從生物學領域逐漸引入地理、環境、經濟、社會乃至文化領域的綜合性概念，“承載力”研究廣度已由最初的與資源環境和傳統農業相關的草場承載力、人口承載力、土地承載力、資源承載力等概念逐步延伸至城市領域，并根據城市建設和管理的需要逐步衍生出城市公共設施承載力、文化承載力和社會承載力等概念。從表面上看，不同承載力概念的內涵存在一定差異，但從本質上來看，均強調區域系統對外部壓力的最大承受能力，研究者均承認承載力存在一定的閾值，超過該閾值就會引發一系列承載力失衡的問題。

然而，現有的針對城市承載力的評價研究卻存在諸多爭議。一些研究將城市承載力視為多因素綜合作用的結果，選用多指標將承載力合成為一個數值。該類評價研究的基本過程是：首先，選定某一區域的城市作為評價單元，并構建評價指標體系；其次，確定指標權重，并與標準化處理的指標合成，得到城市指標評價綜合得分；最后，根據評價結果對城市承載力進行分析并提出相應的建議。這類評價研究的結果實質上承認城市承載力可以無限提升，其評價結果已類似于城市競爭力，可作為城市承載力的參考，但卻忽略了承載力本質上應存在一定的閾值。有些研究認識到城市承載力存在閾值，卻將閾值視為一個固定不變的標準值，得出諸如“我國城市健康的人均建設用地水平應該是人均102.5m2”令人費解的結論。在特定的歷史時期內，除非發生地震、火山噴發、戰爭等突發性事件，否則生態環境系統的自我修復機能會使城市綜合承載力保持相對穩定，即使波動也不會有較大的偏離。事實上，在我國城市建設與管理的有關規范中，相關表述使用的也是閾值區間的概念，如國家《城市用地分類與規劃建設用地標準》規定新建城市的規劃人均城市建設用地指標應在85.1—105.0m2/人內確定。部分研究僅選取某一年的數據作為城市承載力評級分析的依據，其研究結論雖也有一定意義，但卻把城市承載力靜態化。實際上即使是某一個城市的承載力，其大小也是隨著時間的推移動態變化的。正如著名經濟學家Arrow等人認為的那樣：承載力實質上不是固定不變的，也不是靜態的、簡單的相互作用關系，它隨自然和生物環境的相互作用、技術、社會選擇及產品和消費結構而發生改變。

概括而言，城市承載力具有相對極限內涵的倫理特征，承載力的大小與一個城市的資源稟賦、環境容量、技術手段密切相關，其本質是不固定的、非靜態的和非單一的關系。因此城市承載力的評價研究應注重各要素承載力之間的補償效應，通過多要素的集成來綜合評價某個城市的承載力；同時各要素的選取應充分體現“閾值”的含義，即體現城市發展中的短板要素。在研究的時空維度上，既要重視單個城市不同時點上承載力的比較，以及同一時點多個城市之間的靜態對比，更要關注多個城市的空間差異和時序動態比較。基于此，本文以新疆15個地、州、市的中心城市作為空間研究單元，選擇新疆經濟社會發展較為迅速、資源開發和生態環境變化較為明顯、數據較為完整和連續的2006—2012年的數據作為研究的時間尺度，通過構建多指標綜合評價體系，對新疆城承載力的時空演變特征和規律進行深入分析，一方面為新疆城市經濟、社會和生態可持續發展和城市規劃提供決策參考，另一方面進一步補充和拓展城市承載力的研究成果。

三、新疆城市承載力評價指標體系的構建與權重方法的選擇

（一）城市承載力構成的分析框架與指標體系的構建

城市承載力指標的選取應具有明確的針對性，真正體現出城市資源和環境的主要限制性因素和短板因素。城市承載力既取決于城市自然資源環境，如資源稟賦、環境容量、地質條件等“先天性”因素；又取決于人類的基本需求目標、對資源環境的開發強度以及城市基礎設施建設水平等“后天性”因素。因此，城市承載力評價指標的選擇和評價體系的構建應綜合考慮城市的資源環境和經濟社會因素及其互動作用機制，根據“壓力—狀態—響應”原理，可建立如下城市承載力系統構成的分析框架（見圖1）：

圖1 城市承載力系統的構成

如圖1所示，城市承載力系統由城市資源環境的支撐力、人類索取行為對城市資源環境造成的壓力，以及人類對資源環境及其承受壓力的回饋和調控3個部分構成。其中城市資源環境是城市承載力系統的基底，是對人居環境最原始和最根本的支撐，城市資源環境狀況越好，城市空間承載人類活動的能力就越高。人類行為對城市承載力具有雙重影響：一方面，人類從自然界獲取物質能源，以及生產和消費過程中釋放的廢棄物和污染物對城市承載力具有負效應；另一方面，人類為對城市資源環境做出響應，借助城市建設等手段自覺地對城市資源環境進行修復和改善，提升城市環境容量和人居環境水平。

由此可見，城市承載力評價體系的構建和指標的選取可從支撐力、壓力和調控力3個方面進行。需要說明的是，入選指標應充分反映城市承載力的內涵和本質特征，這就需要在具體指標的篩選過程中，注重對指標選取原則和設定形式合理把握。城市承載力評價指標的選取應堅持限制因子原則，選擇若干對城市經濟社會可持續發展和居民生產生活制約作用較大的指標；根據國內外規范，入選指標同時還應有相對成熟、穩定和權威的閾值，從而確定相應指標變動的合理范圍。依據上述原則選取的指標經過計算，實質上是從某一個方面反映出城市承載力的狀態，可稱作“狀態指數”。在指標的設定形式上，宜采用人均指標、強度指標和比例指標等相對形式的指標。采用人均、強度和比例形式的指標有利于消除各城市間因城市規模、人口數量和經濟社會差異等造成的指標數據差距過大的缺陷，有利于不同時空尺度各城市之間的對比與分析。

依據上述分析框架和指標遴選程序，參考國內外城市承載力相關的研究成果，本文從自然資源承載、區域環境壓力和城市建設調控三個方面，選取了20項具體指標作為新疆城市承載力的評價指標，并構建了包含目標層在內的四級評價指標體系（表1）。

與其他研究相比，本文設計的新疆城市承載力評價指標體系的特點在于不再將各指標的標準值設定為固定的數值，而是一個可浮動的區間（表1）。同時根據國內外相關規范和研究成果，確定了各指標的閾值區間：其中人均耕地面積、人均建設用地面積、人均道路面積、工業用地比重、居住用地比例、公共設施用地比例、綠地比例等指標的閾值區間是根據《城市用地分類與規劃建設用地標準》（GB50137-2011）有關標準，并結合新疆各城市所處的建筑氣候區確定的；可吸入顆粒物排放、二氧化硫排放和二氧化氮排放的閾值區間參照了中華人民共和國《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）的相關規定；空氣質量優良率、污水集中處理率、用水普及率和燃氣普及率指標的閾值下限為新疆各城市的平均值，而這些指標的理論上限值可為100%；萬元GDP耗水量、規模以上工業產值能耗和生活性用水結構指標的閾值下限為新疆各城市的平均值，上限為全國平均值；人口自然增長率這一指標的閾值下限為全國均值，上限為新疆《自治區人口和計劃生育發展“十一五”規劃》提出的11‰的控制目標；由于受民族習俗等影響，新疆部分少數民族聚集地區存在第三產業虛高化的現象，因此第三產業產值比重根據新疆各城市經濟社會發展的實際，選擇當年各城市第三產業產值比重的極值作為閾值區間。至此，新疆城市承載力評價指標體系得以確定。

表1 新疆城市承載力評價指標體系

（二）數據標準化與定權方法的選擇

1.數據標準化

在新疆城市承載力評價體系中，自然資源支撐和城市建設調控型指標對城市承載力具有正向效應，而區域環境壓力指標則對城市承載力具有負向效應，此外，各指標的量綱也存在差異。為消除指標屬性和量綱對評價結果的差異，需要參照各指標的閾值區間，對各指標的原始數值進行標準化處理，計算公式如下：

當指標屬性為正向指標時：

當指標屬性為負向指標時：

式中：R表示指標的標準化數值，V現狀值為該指標的實際狀態值，V最大值為該指標在閾值區間內的最大值，V最小值為該指標在閾值區間內的最小值。上述運算過程實質上是依照閾值區間將各指標映射為反映城市承載力的某一狀態，因此在指標性質上應理解為狀態指數。根據各層級指標狀態指數的數值特征，其相應的狀態級別可由表2確定：

表2 指標狀態指數級別劃分

2.定權方法選擇

指標賦權的基本方法可以分為主觀賦權法和客觀賦權法兩類，但這兩類方法均有其各自的優缺點。將不同的賦權方法加以組合可有效降低單一賦權方法片面性，提高評價結果的信度。組合賦權法的關鍵是在有效利用主觀賦權中的合理信息的基礎上，尋找最大程度地保留高維數據結構信息的最佳映射角度的客觀賦權方法。根據所選指標的數量、特征、可比性及相互關系，以變異系數法作為客觀賦權法；同時采用理論和技術相對成熟的層次分析法為主觀賦權法，通過咨詢不同專家的意見得到主觀權值。具體的賦權步驟有關文獻已詳細闡述，本文不再贅述。對于最終的組合權值，將按照層次分析法和變異系數法權值的算術平均得到。由于采用變異系數法依據指標的數值特征進行賦權，而各指標的數值呈動態變化，因此不同時間尺度上各指標的權值存在一定差異，最終的賦權結果也不再列示。在狀態指數和權值確定之后，對新疆城市承載力指數的最終測度可通過線性加權和法進行，計算公式為：

式（3）中：Fi和Wi分別為下一層指標的評價值及其對應的權重。

四、新疆城市綜合承載力的評價結果及時空演化分析

分析表3數據可知，2006—2012年新疆城市承載力呈如下變化特征：

（1）新疆各城市承載力指數的狀態級別保持相對穩定的狀態。對比2006年和2012年城市承載力指數的變化可知，全疆僅有博樂市和喀什市的城市承載力的狀態級別發生變化，其中博樂城市承載力由2006年的-0.0087提升至2012年的0.1911，由預警狀態轉為一般狀態；而喀什城市承載力指數由2006年的-0.9580下滑至-1.1177，由預警狀態惡化為危機狀態。其余13個城市承載力指數的狀態級別未發生本質變化。即使在整個研究時期內，各城市的承載力狀態也大致穩定。

表3 2006年與2012年新疆城市承載力指數

（2）新疆城市承載力趨于總體良性，但承載力指數級別較低。通過比較2006年和2012年城市承載力指數變化（表3）可知，全疆共有9個城市的承載指數在預警區間和一般狀態區間內得以提升，占全疆城市數量的60%。其中位于天山北坡經濟帶的烏魯木齊市、克拉瑪依市以及南疆經濟圈核心區域的庫爾勒市、阿克蘇市提升幅度較大，接近或超過0.2，其原因在于城市建設用地的擴張在一定程度上提升了城市空間范圍，同時其城市公共服務水平也得以提升。但同期也有6個城市承載力指數出現不同程度的下降，除哈密市城市承載力指數小幅下降0.0861外，喀什市和阿勒泰市的降幅均在0.12以上，而吐魯番、伊寧和塔城三市的降幅更在0.20以上。此外新疆城市承載指數級別普遍較低，2012年60%以上的城市處于預警或危機狀態，另有5個城市承載力指數在0以上，但均屬一般狀態，目前尚無承載力指數處于良好狀態的城市。

（3）區域環境壓力的增大成為制約新疆經濟社會發展的關鍵因素。表3中除烏魯木齊市區域環境壓力的絕對值指數有所降低、環境壓力趨緩外，其余14個城市的區域環境的狀態指數的絕對值持續增加，環境壓力不斷增大，其中喀什市環境壓力的絕對值甚至增加了3倍以上，其他各城市的區域環境壓力指數的提升也多在0.15以上。這一方面反映出新疆各城市人口增長的壓力普遍較大，如新疆《自治區人口和計劃生育發展“十一五”規劃》提出的11‰的控制目標遠高于全國同期平均的實的人口增長率；另一方面，粗放型的經濟發展模式耗費了大量的資源和環境污染，如2012年新疆城市平均的萬元GDP耗水量和規模以上工業萬元產值能耗分別為3163.05噸/萬元和5.79噸/萬元，分別是全國水平的26.58倍和3.2倍，受此影響，新疆多數城市空氣中可吸入顆粒物（PM10）的含量均超過國家規定的上限值，增大了城市環境的壓力。

（4）新疆城市承載力具有典型的數值分化和空間分異特征。2012年新疆城市承載力指數在-1.33—0.82之間波動，數值分化特征極為明顯，其中數值最低的吐魯番市的承載力指數僅為-1.3298，屬于顯著的危機狀態，而承載力指數最高的阿勒泰市則為0.8121，屬于一般狀態區間并趨近良好狀態。其余的城市則分別屬于危機狀態、預警狀態和一般狀態三個區間，具有顯著的空間分異特征。對比表2中的數據可以發現，承載力指數為正值的城市中，一方面其自然資源支撐指數均較高，其中阿勒泰、庫爾勒和阿圖什三市均在1以上的良好狀態區間，博樂市的自然資源支撐指數也接近于1，而另一方面其區域環境壓力指數和城市建設調控指數均為負，表明城市環境壓力較大，城市建設調控能力不足。這反映出新疆城市承載力的維持和改善仍依靠傳統的大規模水土資源開發的模式，其經濟社會運行在很大程度上仍未擺脫依賴資源耗用和規模動的發展模式。

（5）城市建設調控的差異正成為新疆城市承載力空間分異的主因。為了考察新疆城市承載力空間分異的成因，本文引入變異系數來分析城市承載力各層級指數的變異程度。變異系數的公式為：

2006年和2012年新疆各城市各層級要素承載力的變化如圖2所示。2006新疆城市承載力的變異系數為20.59%，2012年增加為21.17%，表明新疆城市承載力空間分異的程度有所增加。比較2006年和2012年各層級要素指數變異系數的變化可知，城市建設調控指數的變異是新疆城市承載力空間分異的主因，即各城市建設調控水平之間的差異越大，城市間承載力的空間分異程度就越高。由此可見，在堅持現有的人口、產業和區域發展政策的前提下，提升承載力水平較低城市、地區城市建設水平、產業結構調整力度和公共服務水平，是縮小城市間承載力差異的有效手段。

圖2 2006年和2012年新疆城市承載力變異系數比較

五、結論與政策建議

城市作為人類活動的重要場所，具有強大的資源聚集效應和成本節約效應，也是衡量一個地區經濟發展水平和競爭力的重要體現，新疆跨越式發展的目標能否實現，很大程度上取決于新疆城鎮化的水平和質量，以及各地州中心城市的發展。但是在城鎮化快速推進的背景下，新疆城市擴展的規模和速度必須與城市承載力相適應。本文基于城市承載力的內涵與本質特征，構建了城市承載力系統“壓力—狀態—響應”的分析框架和新疆城市承載力的評價指標體系，對新疆15個地區中心城市的承載力的狀態指數進行了測度與分析。研究結果表明，新疆城市綜合承載力總體上趨于良性，但也存在承載指數級別較低、區域環境壓力較大和空間分異明顯等問題。

針對上述問題，應借助城鎮化建設與發展，引導產業和人口的合理布局，實現各城市承載力的動態均衡。其一，借助不同的功能區分類，理順新疆各地區城鎮發展的職能定位與發展秩序。烏昌地區應逐步發展為新疆乃至我國西北地區重要的能源綜合利用基地、新型工業基地、旅游集散中心；天山南北坡綠洲城市應依托鐵路、公路網，引導人口和產業向主要干道與支路眼線城鎮集聚，加強綠洲之間的經濟社會聯系；同時大力扶持邊境城鎮（團場、口岸）發展，打造戰略屏障和對外開放前沿。其二，推動天山南北坡、南疆三地州、北疆西北部地區因地制宜選擇各具特色的城鎮化路徑，制定差別化發展目標和城鎮化政策。天山南北坡要逐步形成一批引領全疆發展的中心城市和綠洲城鎮組群；南疆三地州城鎮化的建設要注重改善人地關系，促進民族和諧；北疆西北部城鎮化建設應突出特色，打造一批風景秀美、清潔環保、宜居宜生的邊境城鎮體系。其三，積極促進城鎮產業多元化，促進“產城”結合。南疆地區要積極發展綠色農牧業、農產品加工業、旅游業、少數民族用品制造業等特色優勢產業；天山北坡經濟帶重在統籌產業園區與城鎮布局，促進各類產業園區與城鎮一體化發展；北疆西北部邊境高寒地區，扶持社區經濟、特色手工業發展，加快冬季產業尤其是滑雪、民族風情旅游業的發展。通過人口分布、產業布局和城鎮化的深度結合，可有效縮小新疆各城市承載力的差距，推動新疆城鎮化有序健康地發展。

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