長江生態經濟區城市群綜合承載力的實證分析

劉 晶，林 琳

（1.首都經濟貿易大學 城市經濟學院，北京 100070；2.齊魯工業大學 金融學院，濟南 250100）

0 引言

隨著人口的增多，經濟的快速發展，生態承載力承載著人們帶來的巨大壓力。生態承載力是在對生態系統原有的研究基礎上，對其進行的更為全面的研究，結合了經濟、自然與社會等多方面因素，從客觀上闡述了其內部關系及活動規則。從總體上可將生態承載力分為單因素承載力與復合承載力，從區域上也可將其劃分成經濟承載力、城市承載力以及城市群承載力等。近年來，系統動力模型被應用于生態承載力的研究，對長江經濟區域城市群生態承載力的研究，主要是對復合生態系統的研究，也就是說其研究具有開放性，城市群生態承載力的特征，主要取決于自然、經濟、社會這3個子系統之間的相互作用關系。這個動機及過程是比較繁雜的，各種原因可能造成的結果也無法預料。因此，必須從系統內部進行作用分析，以確保其準確性，而系統動力模型則可以做到這一點。生態承載力的研究本質是因果關系的研究，利用系統動力模型可以清楚地反映出作用機制，將系統復雜部分精確地模擬出來。

本文引用近幾年的測量數據，使用Excel 2007及SPSS13.0等軟件，計算出系統動力模型下的方程式結果，并檢驗其擬合度。通過建立系統動力此模型，對經濟、人口及資源3個子系統之間的相互作用關系進行研究，使用歷史分析，更加全面地分析城市群生態承載力的發展軌跡，以宜昌市為例，對長江經濟區城市群綜合承載力的現狀和趨勢進行分析。

1 指標體系的構建

本文的數據來源于長江生態經濟區的主要城市，包括鄱陽湖生態經濟區的南昌、新余、長株潭城市群的長沙以及湖北宜昌；長江生態區城市群生態承載力的指標數據來源于2013—2016年《中國統計年鑒》以及各城市統計年鑒。由上述分析可知，生態承載力作為比較復雜的生態系統，具體表現在不同的環境與社會經濟之間，所存在的物質、能量及信息之間的關系也各不相同。評價指標體系的構建過程中，應該遵守6項原則，分別為：（1）因地制宜性。不僅需要選出共性指標，還要慎重考慮區域間的差異，因此需以此原則為基礎，這樣才能表現出特定地區生態承載力所承受的壓力。（2）整體性。區域是一個不可分割的整體，包括人口、資源和經濟。因此，在選擇指標時，不能缺少其中任何一個，這樣有利于全面地反映情況，且指標間相互聯系，共同影響。（3）主導性。指標的選取很重要，精準的指標衡量，對之后結論的總結和研究意義重大。（4）層次性。生態承載力是一個復雜系統，其中包含的要素眾多，可將其指標分為目標層、準則層和指標層。（5）可操作性。所選用的指標應具備真實可操作性，以體現出人類活動對其造成的影響。（6）簡單性。指標的主要目的是為了說明主題，應當簡潔明了，通俗易懂，并具有高度的可比性。

本文依據以上6點原則，在了解各個要素之間的關系后，并將其分為3個子系統，并將其中的資源有劃分為3個子模塊。具體生態承載力指標體系構建情況，如下頁表1所示。

2 長江生態經濟區城市群生態承載力SD模型動態模擬

本文的主要研究對象為長江生態經濟區城市群綜合承載力，因此以宜昌、南昌、新余和長沙為例，對這些主城市的生態承載力進行實證分析與比較。城市群生態承載力由于經濟增長、人口變動、資源消耗，失去了整體平衡。因此，要想實現生態承載力的協調，必須充分研究城市群綜合承載力與區域經濟之間的相互作用關系。構建系統動力模型的步驟主要包括：（1）綜合分析。主要是用來查看問題，并找出主要原因，先確定研究目的，仔細研究問題的形成過程。在建立模型時，不能只是單純地復制，應該利用精準的指標進行計算。（2）結構分析。這一步的主要目的處理信息、分析機制，最終確定邊界。主要研究總體與局部以及變量之間的關系、分析變量回路間的關系、查看主回路的性質。（3）建立規范模型。建立各個方程，如狀態變量、速率變量、常量等；精確參數；利用N方程與C方程的值，賦值于表函數。（4）嘗試運行與調整。模型試運之后若發現問題，可以進行再次分析，對之改正及調整。（5）結果分析對綜合結果進行分析，最終結論可以作為決策調控的參考依據。系統動力模型可以運用一階微分方程，將各個變量之間的關系反饋出來，在實際應用中，可模擬不同的方案，對其進行測量，并將所得結果作為指標體系，進行比較，便可得出承載力及優等方案。

表1 生態承載力指標體系的構建

2.1 因果關系分析

在生態系統中，為了分析與問題相關的要素，并研究它們之間的的相互作用關系，本文建立了如圖1所示的因果關系圖。

2.2 系統動力模型方程的建立

衡量其動態行為，建立結構方程式，其中各符號的意義為:L——狀態變量方程，R——速率方程，A——輔助變量，T——年份，取值范圍是[2001,2020]，DT(其值為1)表示時間步長。

2.2.1 經濟子系統

圖1因果關系圖

經濟屬于主要組成及關鍵因素，在其中處于核心地位。文中狀態指標為GDP和RJGDP，輔助變量為第一產業生產值(GDP1)、第二產業生產值(GDP2)、第三產業生產值(GDP3),第一產業比例(GDP1BL)、第二產業比例(GDP2BL)、第三產業比例(GDP3BL)，速率變量確定為國內生產總值增長率(GDPZL)，構建長江生態區城市群生態承載力的系統動力模型。其方程式及參數為:

2.2.2 人口子系統

區域經濟、能源等的發展趨勢取決于人口，人口作為系統中的決策者及被動者，不管是哪個方面的變化，都能影響到生態承載力。這里選取的指標為：總人口——ZRK、鄉村人口——XCRK、城鎮人口——CZRK、死亡人口——SWRK、出生人口——CSRK、人口增長率——EZKZL，其方程式和參數為：

2.2.3 資源子系統

在生產活動中，最不可或缺的便是資源，其不僅具有較高的經濟、社會價值，且在生態方面意義也重大。本文從水資源、土地資源和能源資源3個子模塊著手對資源要素進行分析。

（1）水資源子模塊

水資源是生命的源泉，具有可再生、能流動、易耗竭、易污染及不確定性等特性。研究水資源所選取的指標有：ZHSL——總耗水量、HSLXS——耗水量系數、CZYSL——總用水量、RJHS——人均耗水、WYGDPHS——萬元GDP耗水、WYGDP1HS——萬元GDP1耗水、WYGDP2HS——萬元GDP2耗水、WYGDP3HS——萬元GDP3耗水和HSLZL——耗水量增長量。方程式和參數如下:

（2）土地利用子模塊

在生產生活中，土地的利用是不可避免的，因此應當重視在對土地資源的保護、改造及使用。因此，研究土地資源選取如下指標：ZS——總面積、CDS——草地面積、GDS——耕地面積、CZLHS——城鎮綠化面積、CZRJJZS——城鎮人均居住面積、CZJZS——城鎮居住面積以及QTYDS——其他用地面積等。具體方程式和參數為:

（3）能源子模塊

能源作為重要的物質基礎，是人們得以生存、延續，社會得以進步的根本。區域的經濟發展主要取決于能源的合理開發及應用，這樣才得以維持其經濟的穩定增長。該子模塊與其他系統相互作用，相互影響，組成一個完整復雜的龐大系統。因此選取了一些指標：煤炭產量(MTCL)、工業煤炭消耗系數(GYMTXHXS)、工業煤炭消耗量(GYMTXHL)、發 電 量 (FDL)、總 耗 電 量 (ZHDL),耗 電 量 系 數(HDLXS)、液化石油消耗量(YHSYXHL)、燃氣消耗量(RQXHL)、能源總耗量(NYZHL)、萬元 GDP1能耗(WYGDP1NH)、萬元 GDP2能耗(WYGDP2NH),萬元 GDP3能耗(WYGDP3NH)。能源子模塊在模型中的方程式和參數如下:

2.3 宜昌、南昌、長沙、新余四市城市群綜合承載力比較

通過分析長江中游城市群的經濟總量可知，2016年長江中游區域生產總值為6.65萬億元，其區域內的湖南、湖北、江西生產總值均高于6萬億元，人均生產總值為41221元。長江中游城市群的生產總值分別占長江經濟帶，以及全國生產總值的21.2%與9.52%，所占比例較高，由此可知，長將中游城市群的發展能夠有效促進長江經濟帶以及全國經濟的發展。

長江生態經濟區城市群綜合承載力可以從土地承載力、水資源承載力、環境承載力、能源承載力四個角度進行分析，本文選取宜昌、南昌、長沙、新余四個具有代表性的城市對其進行綜合承載力的分析與比較（見表2），實證城市群綜合承載力與區域經濟的相互作用。

表2 城市各要素承載力得分

根據表2可知，長江生態經濟區城市群發展受環境承載力的影響是最大的，其次分別是水資源承載力、土地承載力、能源承載力，說明生態環境的變化對城市群的發展最為重要。在三個不同城市群中，宜昌的各要素承載能力都很高，說明該城市各方面要素的規劃和建設均比較合理，新余市的承載能力最低，這是因為該城市經濟發展相對于其他城市而言水平較低，且經濟增長能力較差，同時由于復雜的民族人口導致水資源、能源方面的壓力比較大，所以造成該城市的綜合承載能力較低。南昌、長沙的經濟發展速度在近幾年比較迅速但是仍由進一步提高的空間。綜上，宜昌市的綜合承載能力最高，有必要對其進行進一步的仿真實驗探究。

2.4 系統動力模型建立與檢驗—以宜昌為例

進行模擬的主要方法為依據原始資料，對模型進行調整并證明其準確性（2014—2019年之間）。其主要模擬的是長江生態區城市群生態承載力的指標，主要有包含6項指標，分別為GDP、總人口、總耗水量、總發電量、污水排放量和城市人均居住面積。以2014年為基本數據，取相隔為1年的模擬及驗證結果。在模擬結果中，相對誤差絕對值小于1%的概率為11.1%；相對誤差絕對值小于2%的概率為33.3%；而相對誤差絕對值小于5%時，概率可達百分百，由此證明了模型的可靠及準確性。因此，長江生態經濟區城市群生態承載力結果如表3所示。

表3 長江生態經濟區城市群生態承載力結果分析

3 結束語

本文運用系統動力模型，對長江生態經濟區城市群綜合承載力與區域經濟之間的相互作用關系進行研究，比較了宜昌、南昌、新余、長沙四個市的綜合承載能力發現，環境承載力對城市經濟群的發展至關重要，同時宜昌市在這四個城市中的綜合承載力最高，有必要對其經濟、人口、資源等三要素進行進一步的仿真實驗。

以宜昌為例，主要分析了其中經濟、人口、資源3個子系統之間的關系，并得出了以下結論：從整體上來看，宜昌這幾年的GDP處于增長狀態中；人口也處于上升狀態，但不怎么穩定；污水排放量也在逐年遞減，這應該是因為將“先污染后處理”的思想徹底掐滅的緣故，耗水量也在下降，水資源總量得以提升。