江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)分析*

劉 巖 白如山 劉愷愷

伴隨著我國工業(yè)化、城市化進(jìn)程以及區(qū)域開發(fā)建設(shè)加速推進(jìn)，所引發(fā)的資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等一系列資源環(huán)境問題已威脅到區(qū)域乃至國家的安全和可持續(xù)發(fā)展。其中，城市群地區(qū)作為推動我國經(jīng)濟(jì)和城市化快速發(fā)展的核心地區(qū)，主宰著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，其持續(xù)發(fā)展問題以及與資源環(huán)境相互作用關(guān)系問題成為當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。

美國經(jīng)濟(jì)學(xué)者Grossman和Krueger（1995）用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法以42個(gè)發(fā)達(dá)國家的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析，揭示隨著城市經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市資源環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)倒“U”型的演變規(guī)律，即著名的“環(huán)境庫茲涅茨曲線（KFC）理論”；隨后，William(1999)、Jenerette（2006）主要從城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染之間關(guān)系的角度探討生態(tài)環(huán)境對城市發(fā)展及城市化的束縛作用，重點(diǎn)關(guān)注城市化與生態(tài)環(huán)境交互作用機(jī)理的研究；此外，Erickson（2009）、Kurucu（2008）以及Taylor（2009）分別研究了城市化對地下水資源、農(nóng)業(yè)用地發(fā)展以及水環(huán)境變化的影響，深刻揭示了城市化與資源環(huán)境演化的相互作用關(guān)系。劉曉麗（2008）、張燕（2009）分別從人口容量與資源環(huán)境支撐能力、區(qū)域發(fā)展?jié)摿εc資源環(huán)境承載力關(guān)系、城市群資源環(huán)境承載力角度深入研究了區(qū)域發(fā)展的資源環(huán)境承載能力問題；方創(chuàng)琳（2009，2017）、高新才（2016）、劉艷軍（2012，2017）及孫黃平（2017）等分別研究了我國城鎮(zhèn)化的資源環(huán)境基礎(chǔ)、我國資源環(huán)境對城鎮(zhèn)化問題的影響因素、中國快速城市化過程中的資源環(huán)境保障、中國城市化與生活環(huán)境耦合關(guān)聯(lián)以及東北地區(qū)開發(fā)規(guī)模擴(kuò)張的資源環(huán)境響應(yīng)演化等問題，系統(tǒng)深入探討了城市化發(fā)展與資源環(huán)境的互動關(guān)系。

總體來看，目前學(xué)術(shù)界對城市群地區(qū)持續(xù)發(fā)展與資源環(huán)境相互作用關(guān)系問題研究取得了一定的成果，為本文深入探究江淮城市群持續(xù)的資源環(huán)境響應(yīng)問題提供了重要參考和啟發(fā)。總體上區(qū)域發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：①在地域范圍上，以宏觀的國家尺度的資源環(huán)境基礎(chǔ)研究居多，城市群空間尺度的研究相對較少； ②在時(shí)間尺度上，以單時(shí)段靜態(tài)比較研究居多，而多時(shí)段動態(tài)比較研究較少； ③在研究內(nèi)容上，已有文獻(xiàn)或主要關(guān)注區(qū)域發(fā)展的資源環(huán)境承載力，或關(guān)注區(qū)域發(fā)展的生態(tài)響應(yīng)問題，較少關(guān)注城市群區(qū)域發(fā)展的資源環(huán)境響應(yīng)問題；④在研究方法上，多利用環(huán)境庫茲涅茨曲線（KFC）、節(jié)約指數(shù)曲線等方法進(jìn)行靜態(tài)研究，而較少利用“從定性到定量的綜合集成法（MS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）方法”進(jìn)行資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的動態(tài)性、空間差異性等機(jī)理探究。有鑒于此，本文引入和借鑒相關(guān)學(xué)者研究成果基礎(chǔ)上，構(gòu)建江淮城市群區(qū)域發(fā)展的資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度指標(biāo)體系，詮釋江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境相互作用機(jī)理及其影響因素，提出江淮城市群區(qū)域發(fā)展的資源環(huán)境響應(yīng)的空間優(yōu)化策略等。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江淮城市群地跨淮河和長江兩大流域，位于安徽省中部，地貌類型多樣，地形以平原、丘陵為主。以合肥市為中心，包括蚌埠、淮南、滁州、六安、馬鞍山、蕪湖、銅陵、安慶、池州 10個(gè)城市 。國土面積約6.5萬km2，2015 年末常駐人口達(dá)3680.16萬人，占全省總?cè)丝诘?59.9%，城市化水平為55.19%，高于全省50.5%的平均水平，GDP總值為16892.84億元，占全省的74.94% 。各城市之間的空間距離較近，與合肥市都在2h范圍內(nèi)，江淮城市群城市競爭力的提升，對安徽省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展將產(chǎn)生巨大的輻射帶動作用。

圖1 江淮城市群區(qū)位示意圖

1.2 研究方法

1.2.1 指標(biāo)體系選擇

基于區(qū)域發(fā)展水平與資源環(huán)境支撐的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，為刻畫江淮城市群的開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的變化特征及相互作用關(guān)系，分別構(gòu)建了區(qū)域發(fā)展和資源環(huán)境兩個(gè)指數(shù)。區(qū)域發(fā)展指數(shù)包括城鎮(zhèn)化率DS1、區(qū)域人口密度DS2、人均GDP DS3、區(qū)域 GDP密度DS4、單位建成區(qū)面積社會消費(fèi)品零售額DS5、城鎮(zhèn)居民平均工資收入DS6和每萬人在校大學(xué)生人數(shù)DS7這七個(gè)指標(biāo)；資源環(huán)境指數(shù)包括人均建成區(qū)面積RE1、人均耕地面積RE2、人均水資源量RE3、森林覆蓋率RE4、R單位建成區(qū)面積工業(yè)污水排放量RE5、單位建成區(qū)面積工業(yè)廢物排放量RE6和單位建成區(qū)二氧化硫排放量RE7同樣也是七個(gè)指標(biāo)。

表2 區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)指標(biāo)體系表

1.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與權(quán)重確定

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為了避免數(shù)據(jù)參差不齊而對結(jié)果造成影響，基于下式進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算公式為：

式中，si代表標(biāo)準(zhǔn)化之后的值，xi為第x項(xiàng)指標(biāo)的第i個(gè)城市的值，xmax為第x項(xiàng)指標(biāo)的最大值。

（2）指標(biāo)權(quán)重確定

為確保權(quán)重的客觀性，本文運(yùn)用變異系數(shù)法確定不同評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。公式為：

式中：Vi是第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)，σi是第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，是第項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后值的平均數(shù)；wi是第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

（3）評價(jià)指數(shù)計(jì)算

指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化并將權(quán)重確定好之后，對區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的測度可通過線性加權(quán)和法進(jìn)行，計(jì)算公式為：

式中：DS為區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度指數(shù)；DSi為i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；λi為i指標(biāo)的權(quán)重值。

式中：RE為資源環(huán)境水平指數(shù)；REi為i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；λi為i指標(biāo)的權(quán)重值。

1.2.3 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度是描述系統(tǒng)或要素交互作用程度的度量指標(biāo)，本文提出的江淮城市群的區(qū)域發(fā)展強(qiáng)度與資源環(huán)境水平耦合度主要是測度區(qū)域發(fā)展指數(shù)與資源環(huán)境指數(shù)的耦合程度。其理論含義在于：一方面反映區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的協(xié)調(diào)程度，另一方面還可以反映出二者耦合水平高低及對系統(tǒng)有序度貢獻(xiàn)的大小。為定量測度區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平耦合程度的大小，構(gòu)建“區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的耦合度”測度模型，其計(jì)算公式為：

其中：

式中：H為區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的耦合度；L為區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的協(xié)調(diào)度；T為區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的綜合評價(jià)指數(shù)；DS、RE分別為區(qū)域發(fā)展指數(shù)和資源環(huán)境指數(shù)；α、β為待定參數(shù)，且設(shè)定α+β=1。結(jié)合區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的相互關(guān)系及在耦合系統(tǒng)中的作用，設(shè)定α=β=0.5。通過式（6）、（7）、（8）可得，在實(shí)際中L∈(0，1]，H ∈(0，1)，且 H 越大，說明區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平耦合程度越大，反之，則越小。

1.2.4 空間自相關(guān)

空間自相關(guān)分析是用來探討某個(gè)地域單元的某種地理要素的屬性值與鄰近地域單元的相同地理要素的屬性值是否空間相關(guān)聯(lián)的一種空間統(tǒng)計(jì)方法，空間自相關(guān)包括全局自相關(guān)和局部自相關(guān)。本研究采用全局莫蘭指數(shù)(Global Moran’s I)來測度耦合協(xié)調(diào)度空間鄰接單元的相似程度，公式如（9）所示。另外采用局部莫蘭指數(shù)(Local Moran’s I)來進(jìn)一步驗(yàn)證是否存在空間上的高值和低值集聚，公式如(10)所示。

式中xi和xj表示第i個(gè)區(qū)域和第j個(gè)區(qū)域的屬性值，n為研究單元數(shù)量，和S2分別為變量x的平均值和方差值；wij是按照鄰接標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的空間權(quán)重矩陣的值，當(dāng)?shù)趇個(gè)區(qū)域和第j個(gè)區(qū)域相鄰接時(shí)wij=1，不鄰接則取0。當(dāng)I為正，空間分布呈正相關(guān)；當(dāng)I為負(fù)，空間分布呈負(fù)相關(guān)；

1.2.5 地理探測器

地理探測器（GeogDetector）最早由王勁峰等應(yīng)用于疾病風(fēng)險(xiǎn)評估研究。地理探測器方法大的優(yōu)勢就是沒有過多的假設(shè)條件，具有傳統(tǒng)計(jì)量方法不具有的優(yōu)勢，近幾年被廣泛用于探測地理事物空間分布的成因機(jī)理研究。本文主要運(yùn)用地理探測器因子探測模塊定量分析江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的成因機(jī)理。因子探測模塊計(jì)算表達(dá)式：

式中：D為影響因子；H為開發(fā)區(qū)數(shù)量指標(biāo)；m為次級區(qū)域個(gè)數(shù)；PD,H為D對H的解釋力；n和σ2分別表示研究區(qū)樣本總數(shù)和方差；nD,i為次一級區(qū)域樣本數(shù)；PD,H取值范圍為[0,1]，PD,H值越大則表明該因子對耦合協(xié)調(diào)度的影響越大。

1.2.6 數(shù)據(jù)來源

本文將江淮城市群作為空間研究尺度，各指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來源于2006-2016年《安徽統(tǒng)計(jì)年鑒》。下文相關(guān)統(tǒng)計(jì)圖表均據(jù)此繪制而成，將不在逐一列出數(shù)據(jù)來源。由于本研究所依據(jù)的數(shù)據(jù)主要限于安徽省內(nèi)，有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)口徑是一致的，因而可以保證數(shù)據(jù)的可靠性和結(jié)果的可比性。

2 江淮城市群耦合協(xié)調(diào)度的空間分布特征

2.1 耦合協(xié)調(diào)度空間特征

為深入研究江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境水平耦合協(xié)調(diào)度空間演變特征，本文基于3個(gè)時(shí)間截面的耦合協(xié)調(diào)度數(shù)據(jù)利用ArcGIS10.2軟件中的自然間斷點(diǎn)分類方法，將公式（8）計(jì)算的耦合度數(shù)值分為4類，即高度耦合區(qū)、中度耦合區(qū)、低度耦合區(qū)和勉強(qiáng)耦合區(qū)，繪制了區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度空間分布（圖2）。從2005、2010、2015三個(gè)年份上來看，江淮城市群各地級市區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境水平的耦合度雖有波動，但總體上還是趨于優(yōu)化的。耦合程度較高的地級市大多集中在中心城市合肥，東南部的蕪湖、馬鞍山和銅陵等靠近長三角的地級市，這些地級市城市化和區(qū)域發(fā)展水平較高；耦合程度較低的地區(qū)，主要集中在西部的六安、安慶等地級市，北部的淮南、蚌埠等地級市，這些地級市在發(fā)展程度上，要落后于南部地級市。其中，以馬鞍山、淮南為代表的資源型城市耦合度屬于逐漸上升的趨勢，說明轉(zhuǎn)型非常成功，而蚌埠市的耦合度逐漸下降，說明其在城市發(fā)展過程中瀕臨失調(diào)，有待轉(zhuǎn)型。

2.2 耦合協(xié)調(diào)度演變特征

區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與資源環(huán)境水平的耦合度主要影響因子為區(qū)域發(fā)展指數(shù)DS（圖3、4）和資源環(huán)境指數(shù)RE（圖5、6）。由圖1可知，合肥市的DS指數(shù)雖歷經(jīng)波動，但十年來數(shù)值變化并不大，由0.331（2005）上升到0.344（2015）；蚌埠市的DS指數(shù)呈緩慢波動上升趨勢，由0.153（2005）上升到0.196（2015），上升了27%；淮南、馬鞍山兩個(gè)資源型城市近些年來發(fā)展陷入停滯，分別由0.165和0.227（2005）下降到0.152和0.216（2015），其中，馬鞍山市下降幅度較大；而滁州、六安兩市則呈現(xiàn)逐漸發(fā)展態(tài)勢，分別由0.115和0.088（2005）上升到0.164和0.130（2015）。在圖2的剩余幾個(gè)地級市中，蕪湖、銅陵二市雖然發(fā)展程度較高，但是近些年來DS指數(shù)呈下降趨勢，分別由0.300和0.238下降到0.230和0.218；但是原先發(fā)展程度不如蕪湖、銅陵的巢湖、池州和安慶市三市，DS指數(shù)逐漸上升，2005-2010年巢湖市DS指數(shù)由0.091上升到0.173，上升了89.3%，為上升程度最快的市級行政單位，2010年后，行政區(qū)劃調(diào)整，巢湖市被撤銷。池州、安慶市的DS指數(shù)也保持發(fā)展趨勢，由0.130和0.140（2005）上升到0.147和0.199（2015），發(fā)展較快。

圖2 江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境水平耦合度空間分布圖

圖3

圖4

圖5

圖6

資源環(huán)境指數(shù)是影響耦合度的又一基礎(chǔ)因子，由圖3、4可知，除了蚌埠市的RE指數(shù)逐漸下降，滁州市的RE指數(shù)在研究時(shí)間段始末數(shù)值相差不大外，其余各地級市RE指數(shù)大體上均呈上升趨勢，說明在城市與區(qū)域發(fā)展過程中考慮到了環(huán)境因素。將公式（4）、（5）計(jì)算出的各地級市DS和RE值運(yùn)用SPSS22.0進(jìn)行相關(guān)分析，得出的結(jié)果如表2，合肥市、蚌埠市、淮南市、馬鞍山市和銅陵市的DS和RE指數(shù)的相關(guān)程度都非常弱，表明區(qū)域城市發(fā)展并未使得區(qū)域資源環(huán)境條件得到同步改善；滁州市、蕪湖市和池州市的DS和RE指數(shù)的相關(guān)程度都比較弱，表明在區(qū)域城市發(fā)展的過程中，要注重環(huán)境的改善；巢湖和安慶兩市的DS和RE指數(shù)相關(guān)程度比較強(qiáng)，但也未能通過顯著性檢驗(yàn)，只有六安市在城市發(fā)展過程中資源環(huán)境水平得到了同步推進(jìn)。

基于區(qū)域發(fā)展指數(shù)DS和資源環(huán)境指數(shù)RE，利用公式（6），計(jì)算出江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境的耦合程度（圖7、8），由圖7、圖8可知馬鞍山市、淮南市、銅陵市和蕪湖市近十年的耦合程度呈現(xiàn)先升高，后降低的倒“U”型曲線模式；蚌埠市近十年來耦合度呈下降趨勢；合肥市和滁州市的耦合度雖有波動，但總體保持不變；而安慶市、池州市的耦合程度呈波動上升趨勢，巢湖市、六安市的耦合程度呈逐漸上升趨勢，這種情況大體符合表2的相關(guān)程度。

表2 江淮城市群地級市DS和RE指數(shù)相關(guān)程度

表3 區(qū)域發(fā)展指數(shù)DS與資源環(huán)境指數(shù)RE耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)情況

圖7

圖8

2.3 江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的空間聚類特征與演化

為進(jìn)一步分析江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度空間集聚特征，通過計(jì)算 Global Moran's I指數(shù)和 Getis-Ord General G指數(shù)得到區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的全局空間自相關(guān)情況。由表3可知，江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度的Moran's I指數(shù)呈現(xiàn)“低-高-低”的倒U型發(fā)展模式，即耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)一種“發(fā)散-集聚-發(fā)散”的趨勢，但三個(gè)年份的Moran's I指數(shù)均未通過5%的顯著性檢驗(yàn)（即p＜0.05），說明江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)的耦合協(xié)調(diào)度空間自相關(guān)性不強(qiáng)，空間集聚與分散水平較低；同時(shí)，江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的Getis-Ord General G指數(shù)呈現(xiàn)“隨機(jī)-高聚類-隨機(jī)”的變化趨勢，這種趨勢與Moran's I指數(shù)值同步。

3 驅(qū)動機(jī)制

為進(jìn)一步研究江淮城市群協(xié)調(diào)發(fā)展受到各方面因素的綜合影響，選取人均GDP、科研從業(yè)人員數(shù)、財(cái)政收入總額、城市人口密度和每萬人在校大學(xué)生人數(shù)這5項(xiàng)指標(biāo)作為探測因素，利用地理探測器分析方法，對區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)的驅(qū)動機(jī)制進(jìn)行實(shí)證研究。在ArcGIS10.1中對這五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分類，計(jì)算出五項(xiàng)指標(biāo)對區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)耦合協(xié)調(diào)度的影響力（表4）。由表4可得，江淮城市群人均生產(chǎn)總值，科研人員從業(yè)人員數(shù)，財(cái)政收入總額，城市人口密度和每萬人在校大學(xué)生人數(shù)這五項(xiàng)指標(biāo)的探測力值均呈現(xiàn)“低-高-低”發(fā)展的倒U型模式，但總體變化平穩(wěn)，表明江淮城市群各市區(qū)域城市化朝著穩(wěn)步發(fā)展推進(jìn)；政府財(cái)政是調(diào)節(jié)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段，表4中財(cái)政收入探測值最大，表明在區(qū)域發(fā)展中，尤其是2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)以來，政府一直扮演著不可或缺的角色。

表4 區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)影響力測度

4 結(jié)論與討論

第一，從整體上看，2005-2015年江淮城市群各地級市區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)的耦合協(xié)調(diào)度是不斷優(yōu)化的，表明江淮城市群在區(qū)域城市發(fā)展的過程中注重了資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)，尤其是以淮南、馬鞍山為代表的資源型城市得到了良好的轉(zhuǎn)型。

第二，從局部上看，以合肥、蕪湖、銅陵為代表的江淮城市群較發(fā)達(dá)城市，在區(qū)域城市發(fā)展過程中資源環(huán)境并未得到同步改善，反而以六安、安慶為代表的不發(fā)達(dá)城市，在發(fā)展過程中資源環(huán)境水平得到了同步增長。

第三，通過空間自相關(guān)分析，表明江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度的Moran's I指數(shù)呈現(xiàn)“低-高-低”的倒U型發(fā)展模式，即耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)一種“發(fā)散-集聚-發(fā)散”的趨勢，但三個(gè)年份的Moran's I指數(shù)均未通過5%的顯著性檢驗(yàn)（即p＜0.05），說明江淮城市群區(qū)域發(fā)展與資源環(huán)境指數(shù)的耦合協(xié)調(diào)度空間自相關(guān)性不強(qiáng)，空間集聚與分散水平較低，仍有較大的發(fā)展空間。

第四，通過地理探測器分析發(fā)現(xiàn)空間分異的主要影響因素有人均生產(chǎn)總值、科研從業(yè)人員數(shù)、財(cái)政收入總額等，且存在明顯的時(shí)空異質(zhì)性，說明江淮城市群仍存在發(fā)展不平衡的情況。