長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力時(shí)空格局及其影響因素

沈 威,魯豐先,秦耀辰,謝志祥,李 陽(yáng)

河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院/黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)封 475004

改革開(kāi)放40年來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速,城鎮(zhèn)化率由1978年的17.9%增長(zhǎng)到2015年的56.1%,城鎮(zhèn)化率增長(zhǎng)了2.13倍,年均增長(zhǎng)率達(dá)1.03個(gè)百分點(diǎn)。但是城市人口和面積的快速增長(zhǎng)對(duì)不同區(qū)域尺度上的土地利用/覆被、生物多樣性、水文系統(tǒng)、局部氣候等均產(chǎn)生了顯著影響,我國(guó)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展付出了較大的資源和環(huán)境代價(jià)[1]。由于城鎮(zhèn)發(fā)展的不可逆性,為了引導(dǎo)城鎮(zhèn)科學(xué)和健康的發(fā)展,就有必要根據(jù)城市發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)的綜合支撐和發(fā)展能力,然后找出制約其綜合支撐和發(fā)展能力的影響因素,并在此基礎(chǔ)上制定出科學(xué)合理的調(diào)控政策和措施。生態(tài)承載力是一個(gè)衡量人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然資源利用程度和對(duì)生態(tài)環(huán)境干擾強(qiáng)度的重要測(cè)度指標(biāo),也是判斷區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度的重要依據(jù)[2],近年來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的持續(xù)關(guān)注[3-6]。

縱觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展,學(xué)者們對(duì)城市生態(tài)承載力的關(guān)注和討論主要聚焦于生態(tài)承載力的指標(biāo)體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法、空間評(píng)價(jià)與空間耦合、影響因素、以及預(yù)測(cè)分析等4個(gè)方面。從生態(tài)承載力的指標(biāo)體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法上看,伴隨著生態(tài)承載力概念和內(nèi)涵的發(fā)展,生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系逐漸豐富,針對(duì)不同問(wèn)題角度和研究側(cè)重點(diǎn)的評(píng)價(jià)方法也不斷出現(xiàn),主要方法包括人類(lèi)凈初級(jí)生產(chǎn)力估算法(HANPP)[7-8]、生態(tài)足跡法[9-11]、狀態(tài)空間法[12-13]、系統(tǒng)模型法[14-17]、綜合評(píng)價(jià)法[18-19]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗評(píng)價(jià)法[20]等,評(píng)價(jià)方法呈現(xiàn)多元化、綜合化的特點(diǎn)[13]。從生態(tài)承載力空間評(píng)價(jià)與空間耦合上看,多利用綜合空間評(píng)價(jià)方法[21-22]、空間自相關(guān)方法[9,13]從空間尺度或多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)尺度上對(duì)各類(lèi)典型區(qū)域生態(tài)承載力及其各維度承載能力的空間分布特征進(jìn)行分析；也有學(xué)者嘗試對(duì)生態(tài)承載力各維度間的耦合協(xié)調(diào)程度進(jìn)行估算和空間表達(dá)[13],以揭示生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的協(xié)調(diào)水平。在生態(tài)承載力的影響因素研究方面,成果多側(cè)重空間分析,而較少關(guān)注影響因素分析,已有研究方法主要包括傳統(tǒng)的相關(guān)系數(shù)分析法[19]、因子分析法[23]、多元線性回歸模型[24]等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)承載力的預(yù)測(cè)研究相對(duì)較少,已有研究多利用馬爾科夫模型(Markov)進(jìn)行時(shí)間尺度上的生態(tài)承載力預(yù)測(cè)研究[25-27],而較少開(kāi)展空間尺度上的生態(tài)承載力預(yù)測(cè)模擬研究,這是在今后的研究中需要關(guān)注的方面。

學(xué)界已有研究成果深化了生態(tài)承載力的理論內(nèi)涵、拓展了生態(tài)承載力的研究視角,對(duì)于深刻認(rèn)識(shí)各類(lèi)典型區(qū)域生態(tài)承載力格局及其演化機(jī)理,進(jìn)而優(yōu)化地區(qū)生態(tài)承載力格局具有重要意義。但從目前研究進(jìn)展來(lái)看,已有生態(tài)承載力研究大多側(cè)重于空間格局的靜態(tài)評(píng)價(jià),缺少基于面板數(shù)據(jù)的生態(tài)承載力時(shí)空動(dòng)態(tài)演變分析,有關(guān)時(shí)空動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)研究也相對(duì)較少；已有研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取多側(cè)重自然要素,較少考慮社會(huì)發(fā)展進(jìn)步、資源的消耗水平、環(huán)境污染治理水平等因素對(duì)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)整體承載能力的影響,指標(biāo)選取范圍有待進(jìn)一步拓展；傳統(tǒng)影響因素研究方法忽略了影響因素對(duì)研究單元作用的空間異質(zhì)性,難以充分展現(xiàn)各影響因素對(duì)不同研究單元的影響水平。長(zhǎng)江中游城市群是我國(guó)長(zhǎng)江流域擔(dān)負(fù)著重要生態(tài)污染防治責(zé)任的特殊生態(tài)敏感區(qū),同時(shí)也是我國(guó)長(zhǎng)江流域中人口最密集、水土資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度最高、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題最嚴(yán)峻的地區(qū)之一,目前對(duì)城市生態(tài)承載力局部時(shí)空動(dòng)態(tài)演變及影響因素的研究尚未深入。基于此,本文以長(zhǎng)江中游城市群市域單元為空間分析尺度,基于多元數(shù)據(jù)構(gòu)建了城市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并運(yùn)用空間自相關(guān)方法和地理加權(quán)回歸模型(GWR)探究2006—2015年城市生態(tài)承載力時(shí)空格局和影響因素,重點(diǎn)揭示影響因素對(duì)各研究單元影響的空間差異性,有利于揭示區(qū)域城市生態(tài)承載力差異的內(nèi)在原因,明確區(qū)域城市生態(tài)承載力所處發(fā)展階段和制約因素,對(duì)引導(dǎo)長(zhǎng)江中游城市群的可持續(xù)發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江中游城市群是以武漢城市圈、環(huán)長(zhǎng)株潭城市群、環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群為主體形成的特大型城市群,它地處我國(guó)長(zhǎng)江流域中段,覆蓋湖北、湖南和江西省共31個(gè)地級(jí)市和部分縣(區(qū)),范圍為26°03′—32°38′N(xiāo),110°45′—118°21′E,總面積約占32.6萬(wàn)km2,屬亞熱帶季風(fēng)性氣候,年平均降水量約在800—1943mm,海拔高度在20—3105m之間。長(zhǎng)江中游城市群地區(qū)以平原為主,土壤肥沃,水資源非常豐富,區(qū)域內(nèi)擁有鄱陽(yáng)湖、洞庭湖、漢江、清江等眾多江河湖泊,水熱組合條件較好,農(nóng)業(yè)資源豐厚,是中國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一。另一方面,長(zhǎng)江中游城市群包含的武漢城市圈、環(huán)長(zhǎng)株潭城市群、環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群作為贛鄂湘三省的人口密集區(qū)域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的集聚地區(qū),分別承載了各省經(jīng)濟(jì)總量的60%以上,該地區(qū)作為打造沿江集聚產(chǎn)業(yè)帶的重點(diǎn)地區(qū),近年來(lái)重化工業(yè)過(guò)度集聚和粗放低效的資源利用方式使得水資源的消耗量和污水的排放量都非常巨大[28],鄱陽(yáng)湖、洞庭湖、洪湖等重點(diǎn)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加劇、水環(huán)境容量降低等問(wèn)題也逐漸凸顯,總體上區(qū)域城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的水資源承載壓力和水生態(tài)安全問(wèn)題都較為突出；此外,區(qū)域內(nèi)土地資源較為豐富,但土地生態(tài)比較脆弱,土地城鎮(zhèn)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下土地水土流失和污染比較嚴(yán)重。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2007—2016年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》等統(tǒng)計(jì)年鑒,土地利用/覆被數(shù)據(jù)(包括江西省、湖北省和湖南省)源于國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)——國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)(http://www.geodata.cn)。基于相關(guān)年份土地利用/覆被數(shù)據(jù),采用Python腳本進(jìn)行批量分割、轉(zhuǎn)化和提取,進(jìn)而分區(qū)統(tǒng)計(jì)各研究單元的森林和濕地?cái)?shù)據(jù)。此外,水資源總量、耕地總面積、城鄉(xiāng)居民收入等部分缺失指標(biāo)的數(shù)據(jù)由水資源公報(bào)和地級(jí)市統(tǒng)計(jì)公報(bào)獲得。

2.2 研究方法

2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

目前,城市生態(tài)承載力尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義,本文綜合已有研究成果[21-23,29],將城市生態(tài)承載力的概念定義為：在特定時(shí)期和一定壓力水平下,城市生態(tài)系統(tǒng)能維持其自身健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的承載能力,主要表現(xiàn)為城市生態(tài)系統(tǒng)中社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)產(chǎn)生的協(xié)調(diào)能力、資源環(huán)境子系統(tǒng)維持系統(tǒng)健康運(yùn)行提供的支撐能力、以及生態(tài)調(diào)彈性力子系統(tǒng)達(dá)到某一適宜目標(biāo)的調(diào)節(jié)能力和發(fā)展?jié)摿Α某鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)的組成要素、結(jié)構(gòu)特征出發(fā),以人類(lèi)自身及人類(lèi)活動(dòng)的影響為脈絡(luò),并在充分考慮長(zhǎng)江中游地區(qū)資源環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,建立了由社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力子系統(tǒng)、資源環(huán)境支撐力子系統(tǒng)和生態(tài)彈性力子系統(tǒng)等3個(gè)子系統(tǒng)、9個(gè)準(zhǔn)則層和18個(gè)具體指標(biāo)組成的城市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

在指標(biāo)數(shù)據(jù)處理時(shí),為了消除指標(biāo)間可能存在的量綱和量級(jí)的差別,需要將指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行正向化處理和標(biāo)準(zhǔn)化處理。首先對(duì)逆向指標(biāo)進(jìn)行正向化處理,其中逆向指標(biāo)正向化處理參考已有正規(guī)化轉(zhuǎn)化方法[30],并對(duì)該公式進(jìn)行改進(jìn),使得正向化后的值壓縮在(0,1]之間。逆向指標(biāo)的正向化處理公式為：

(1)

考慮到本文指標(biāo)數(shù)據(jù)是基于行政單元統(tǒng)計(jì)的資源環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重采用熵權(quán)法確定[13,19]。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)的方法,能夠避免人為主觀因素的干擾,使評(píng)價(jià)結(jié)果具有客觀性和較高的可信度[31]。

表1 城市生態(tài)承載力指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of urban ecosystem carrying capacity

2.2.2狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間法是歐氏幾何空間中用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)的一種有效方法,一般由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的三維狀態(tài)空間軸組成,在三維狀態(tài)空間中,每一個(gè)點(diǎn)都表示一定時(shí)間資源環(huán)境與人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)狀況的空間組合,通過(guò)點(diǎn)的位置就可以判斷系統(tǒng)的一個(gè)特定的承載狀態(tài)[13]。本文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上[18,32],結(jié)合長(zhǎng)江中游地區(qū)特殊的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和資源背景,將三維狀態(tài)空間軸分別定義為社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力軸、資源環(huán)境支撐力軸、生態(tài)彈性力軸,從而構(gòu)建長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力評(píng)價(jià)模型。模型計(jì)算公式為：

(2)

式中,ECC為城市生態(tài)系統(tǒng)承載力；M為城市生態(tài)系統(tǒng)承載力空間向量的模；SECj為社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力的第j個(gè)指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；RECj為資源環(huán)境支撐力的第j個(gè)指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；EEFj為生態(tài)彈性力的第j個(gè)指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；w1j、w2j、w3j分別為SEC、REC、EEF子系統(tǒng)中的第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；m、n、o分別為SEC、REC、EEF子系統(tǒng)中的指標(biāo)數(shù)。

2.2.3空間自相關(guān)

探索性空間分析方法(Exploratory Spatial Data Analysis,ESDA)是針對(duì)具有空間異質(zhì)性特征的研究數(shù)據(jù),以檢驗(yàn)相臨近單元的觀測(cè)值是否具有空間關(guān)聯(lián)為重點(diǎn),提供一系列空間數(shù)據(jù)分析方法和可視化技術(shù)的集合[33]。常用全局Moran′sI統(tǒng)計(jì)量作為測(cè)度全局空間關(guān)聯(lián)度的統(tǒng)計(jì)量,用于分析區(qū)域總體的空間關(guān)聯(lián)和空間差異程度,而用局域關(guān)聯(lián)指標(biāo)LISA來(lái)表示局部空間自相關(guān),以此來(lái)揭示要素的異質(zhì)特性。全局自相關(guān)計(jì)算公式為：

(3)

全局空間自相關(guān)雖然能夠?qū)τ^測(cè)變量整體空間依賴程度進(jìn)行測(cè)度,但一定程度上忽略了空間的局部不平穩(wěn)。因此,為進(jìn)一步探討局部空間關(guān)聯(lián)特征,引入局部空間自相關(guān)方法進(jìn)行局部空間自相關(guān)特征分析。具體計(jì)算公式如下：

(4)

式中,Zi和Zj分別為空間單元i和j觀測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；wij是空間權(quán)重矩陣,用來(lái)揭示各空間單元之間的空間聯(lián)系。

2.2.4影響因素的指標(biāo)選取與模型構(gòu)建

城市生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng),系統(tǒng)中承載基體與承載對(duì)象的關(guān)系復(fù)雜且互動(dòng)性強(qiáng),因此城市生態(tài)系統(tǒng)承載力受多方面因素的綜合作用。參考城市生態(tài)承載力空間格局影響因素研究成果[19,34-35],同時(shí)考慮影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)的綜合性、科學(xué)性和可獲取性,將城市生態(tài)承載力作為因變量,分別從社會(huì)發(fā)展水平、城鎮(zhèn)居民收入水平、人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然資源狀況、環(huán)境污染治理水平、生態(tài)環(huán)保觀念等7個(gè)方面選取變量構(gòu)建模型(表2),探討長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力空間格局的主要影響因素。

表2 長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力影響因素指標(biāo)體系Table 2 Evaluation index system of influence factors

關(guān)于影響因素變量選取,主要基于以下假設(shè)：(1)社會(huì)發(fā)展水平在一定程度上能夠體現(xiàn)社會(huì)的和諧穩(wěn)定程度,社會(huì)的安定和繁榮可對(duì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境等方面產(chǎn)生積極影響,從而對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)承載能力具有正向促進(jìn)作用；(2)城鎮(zhèn)居民收入水平的提高會(huì)促進(jìn)城鎮(zhèn)居民消費(fèi)水平的增長(zhǎng),這將顯著增加地區(qū)城市生態(tài)系統(tǒng)的能源資源供給壓力和生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)壓力,從而對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生負(fù)向影響。(3)人口密度的增長(zhǎng)需要從區(qū)域內(nèi)或外界獲取維持其生存發(fā)展的物質(zhì)和能源也相應(yīng)增多,這必然會(huì)增加城市生態(tài)系統(tǒng)的承載壓力,對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生負(fù)向影響；(4)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率越高,資源環(huán)境的綜合利用水平和可持續(xù)發(fā)展水平就越高,越有利于城市生態(tài)承載力的提高；(5)資源作為影響區(qū)域發(fā)展的基礎(chǔ)性要素[23],其供給水平會(huì)制約城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展,從而對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)承載能力產(chǎn)生正向影響；(6)環(huán)境污染治理水平和生態(tài)環(huán)保觀念對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)都起到了生態(tài)彈性力和污染抑制力作用,對(duì)城市生態(tài)承載力的提高具有正向促進(jìn)作用。

傳統(tǒng)線性回歸模型在自變量空間特征及其“全局”估計(jì)上存在局限性[36],因此本文以長(zhǎng)江中游城市群市域?yàn)榛狙芯繂卧?綜合運(yùn)用普通最小二乘法(OLS)和地理加權(quán)回歸模型(GWR)來(lái)評(píng)價(jià)上述影響因子在整體及不同地區(qū)對(duì)城市生態(tài)承載力的影響,以便更加直觀的反映城市生態(tài)承載力影響因素在空間上的非均衡性及其變化趨勢(shì)。假定有i=1,2,…,m、j=1,2,…,n的系列解釋變量觀測(cè)值xij和被解釋變量yj,全域回歸模型如下：

(5)

式中,ε為誤差項(xiàng),β0為回歸常數(shù)。而地理加權(quán)回歸模型擴(kuò)展了傳統(tǒng)線性回歸模型,其回歸系數(shù)不再是利用全域信息獲取的假定常數(shù)β0,代之以鄰近觀測(cè)值的子樣本數(shù)據(jù)信息進(jìn)行局域回歸估計(jì)而得,并隨著空間地理位置的變化而變化,地理加權(quán)回歸模型公式如下：

(6)

式中,Yi為市域單元i的城市生態(tài)承載力指數(shù)；(Si,Ti)是第i個(gè)市域單元的中心地理位置坐標(biāo)；βj(Si,Ti)是i點(diǎn)上第j個(gè)回歸參數(shù),由i點(diǎn)的空間位置決定；xij為各影響因素xj在i點(diǎn)的樣本數(shù)值。模型計(jì)算過(guò)程中選用修正的赤池信息準(zhǔn)則(AICc)來(lái)確定最佳帶寬[37]。

3 長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力時(shí)空格局

3.1 城市生態(tài)承載力時(shí)間序列演變特征

圖1 2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群及各子城市群城市生態(tài)承載力時(shí)間演變圖Fig.1 The evolution of urban ecosystem carrying capacity′s temporal pattern of in the middle reaches of the Yangtze River and suburban agglomerations in 2006—2015

由圖1可知,2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)總體呈波動(dòng)上升的“W”型走勢(shì)。從長(zhǎng)江中游城市群包含的各子城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)的時(shí)間變化特征來(lái)看,環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的“W”型走勢(shì),而環(huán)長(zhǎng)株潭城市群和武漢城市群則呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的“M”型趨勢(shì)。對(duì)比三個(gè)子城市群城市生態(tài)承載能力,環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群整體承載能力最優(yōu),環(huán)長(zhǎng)株潭城市群和武漢城市群次之。

從2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力各維度的承載狀況及演變特征來(lái)看(圖2),社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力承載指數(shù)整體高于資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力,研究時(shí)段內(nèi)呈波動(dòng)下降的趨勢(shì),主要是因?yàn)檠芯繒r(shí)段內(nèi)長(zhǎng)江中游城市群處于快速城鎮(zhèn)化階段,人口集聚和建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張導(dǎo)致區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的承載壓力不斷增加,因而社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)力整體有所下降。資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力承載指數(shù)整體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì),區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策的不斷完善和污染治理力度的逐漸提高在一定程度上提升了城市生態(tài)系統(tǒng)的資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力。雖然2006—2015年社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力承載指數(shù)整體有所下降,但得力于資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力的不斷提高,因而長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)整體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的發(fā)展趨勢(shì)。

圖2 2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力及各維度承載狀況時(shí)間演變圖Fig.2 The evolution of urban ecosystem carrying capacity with each dimension′s temporal pattern of in the middle reaches of the Yangtze River in 2006—2015

3.2 城市生態(tài)承載力空間格局演化

為了分析2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的空間格局演變特征,引入空間自相關(guān)方法對(duì)其全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)特征進(jìn)行綜合分析。

3.2.1全局空間自相關(guān)演變特征

以長(zhǎng)江中游城市群地級(jí)行政單元為基本研究單元,利用ArcGIS 10.3軟件計(jì)算2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的全局自相關(guān)系數(shù)(表3)。從全局自相關(guān)的分析結(jié)果來(lái)看,2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力全局Moran′sI指數(shù)值呈波動(dòng)下降的態(tài)勢(shì),Z值均通過(guò)1%顯著性水平檢驗(yàn),表明長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力在空間分布上存在顯著的正向自相關(guān)關(guān)系,即市域城市生態(tài)承載力呈現(xiàn)出若干市域單元相似屬性值在特定空間區(qū)域上趨于集聚分布的規(guī)律特征。具體表現(xiàn)為具有較高城市生態(tài)承載力的市域單元之間趨于相互臨近集聚,具有較低城市生態(tài)承載力的市域單元之間趨于相互臨近集聚。

表3 2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的全局自相關(guān)系數(shù)Table 3 The global spatial autocorrelation of urban ecosystem carrying capacity in the middle reaches of the Yangtze River in 2006—2015

年份Year全局自相關(guān)系數(shù)Global autocorrelation coefficientMoran′s IZ-scoreP年份Year全局自相關(guān)系數(shù)Global autocorrelation coefficientMoran′s IZ-scoreP20060.72187.14870.000020110.67576.65810.000020070.71327.05240.000020120.63086.23890.000020080.75457.42250.000020130.57965.82260.000020090.72477.14140.000020140.59835.92370.000020100.62256.21110.000020150.59815.91520.0000

3.2.2局部空間自相關(guān)及演變

全局Moran′sI指數(shù)僅是從整體上對(duì)長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力空間自相關(guān)的全局評(píng)估,存在著忽略空間過(guò)程不穩(wěn)定性的缺陷[36]。因此為了細(xì)致刻畫(huà)長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的局部空間關(guān)聯(lián)特征,有必要引入局部空間自相關(guān)。借助GeoDA軟件對(duì)長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)進(jìn)行Univariate Local Moran′sI分析,根據(jù)局部Moran′sI指數(shù)散點(diǎn)圖,可構(gòu)建出反映市域城市生態(tài)承載力指數(shù)空間分布差異的4種局域空間集聚類(lèi)型,即HH、LH、LL及HL四種類(lèi)型區(qū),其中HH(LL)區(qū)表示地區(qū)自身與相鄰區(qū)域承載力均較高(低),LH(HL)區(qū)表明地區(qū)自身承載力均較低(高),而相鄰區(qū)域承載力均較高(低)。

為了比較分析,選取市域單元2006、2010和2015年3個(gè)時(shí)間截面城市生態(tài)承載力指數(shù)進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析,并結(jié)合局部Moran′sI指數(shù)散點(diǎn)圖(圖3)進(jìn)行局部空間格局演變分析。結(jié)果如圖3所示,2006—2015年期間,長(zhǎng)江中游城市群市域單元以HH類(lèi)型和LL類(lèi)型等空間正相關(guān)關(guān)系類(lèi)型為主,HH類(lèi)型區(qū)集中分布在城市群西部和東南部地區(qū),LL類(lèi)型區(qū)集中分布在城市群西南部和東北部地區(qū),HL和LH類(lèi)型區(qū)分布數(shù)量相對(duì)較少。此外,長(zhǎng)江中游城市群與三大子城市群之間的承載力差異較大,長(zhǎng)江中游城市群和三大子城市群內(nèi)部地市之間的差異也相對(duì)較大。從具體空間格局演化特征來(lái)看：

圖3 2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力空間格局演變圖Fig.3 The evolution of urban ecosystem carrying capacity′s hot and cold spot spatial pattern of in the middle reaches of the Yangtze River in 2006—2015

HH類(lèi)型區(qū)多為資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力較強(qiáng)的城市,2006年主要分布于環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群和環(huán)洞庭湖地區(qū)；2010年HH類(lèi)型區(qū)分布范圍向環(huán)長(zhǎng)株潭城市群內(nèi)的洞庭湖區(qū)、贛西南地區(qū)以及鄂中地區(qū)擴(kuò)展,在環(huán)洞庭湖地區(qū)和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群兩大區(qū)域形成高值集聚區(qū)；2015年HH類(lèi)型區(qū)分布范圍繼續(xù)向環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群中北部地區(qū)擴(kuò)展,但贛西南地區(qū)的HH類(lèi)型區(qū)數(shù)量有所減少,其他地區(qū)的空間分布格局基本不變。

HL類(lèi)型區(qū)分散分布于城市群區(qū)域內(nèi),研究時(shí)段內(nèi)空間分布格局變化較大。宜昌市、益陽(yáng)市和景德鎮(zhèn)市由HL類(lèi)型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镠H類(lèi)型。長(zhǎng)沙市得益于較強(qiáng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)力,其城市生態(tài)承載力高于相鄰的環(huán)長(zhǎng)株潭城市群南部的湘潭市、婁底市、株洲市和萍鄉(xiāng)市,出現(xiàn)空間極化現(xiàn)象。而武漢市雖在2006年處于武漢城市群地區(qū)的高值區(qū),但從2010年開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)L類(lèi)型區(qū),原因在于隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn),其城市生態(tài)系統(tǒng)面臨著人口、土地、資源環(huán)境等多重承載壓力,因此城市生態(tài)系統(tǒng)承載力有所下降。

LH類(lèi)型區(qū)多位高承載力城市與低承載力城市之間,2006年主要分布于長(zhǎng)江中游城市群中部、襄荊宜城市帶北部以及贛東地區(qū)；2010—2015年長(zhǎng)江中游城市群中部的LH類(lèi)型區(qū)分布范圍有所收縮,LH類(lèi)型區(qū)空間分布格局開(kāi)始趨于離散化。環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群東部的上饒市由2006年的LH類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)?010年的HH類(lèi)型,表明上饒市城市生態(tài)承載力提升明顯。

LL類(lèi)型區(qū)多為社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力和資源環(huán)境支撐力較弱的城市,2006年主要分布于武漢城市圈和環(huán)長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)域,形成兩個(gè)南北遙相呼應(yīng)的低值集聚區(qū)；2010—2015年LL類(lèi)型區(qū)空間分布格局基本不變。究其原因發(fā)現(xiàn),武漢城市圈和環(huán)長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)域作為快速城鎮(zhèn)化地區(qū),人口快速集聚和城鎮(zhèn)建設(shè)用地快速擴(kuò)張引發(fā)區(qū)域人口承載壓力增大、資源快速消耗、以及生態(tài)環(huán)境破壞等一系列問(wèn)題,從而導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)承載力的下降。

4 長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力影響因素分析

4.1 基于OLS模型的影響因素綜合分析

首先利用SPSS軟件對(duì)2006年和2015年被解釋變量和各項(xiàng)影響因素指標(biāo)進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后運(yùn)用容差和膨脹因子(VIF)進(jìn)行多重共線性檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)所有解釋變量的容差>0.1且膨脹因子VIF<10(表4),說(shuō)明解釋變量之間不存在多重共線性問(wèn)題。OLS模型分析結(jié)果顯示(表5),2006年和2015年模型整體均通過(guò)1%顯著性水平檢驗(yàn),模型擬合優(yōu)度分別為64.6%和71%,說(shuō)明所選解釋變量在2006和2015年兩個(gè)節(jié)點(diǎn)年份均能較好的解釋長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力整體空間差異格局。

表4 2006年和2015年OLS模型分析結(jié)果Table 4 Result of the OLS model for urban ecosystem carrying capacity

Health：醫(yī)療衛(wèi)生水平(Health services);UR-Ratio：城鄉(xiāng)居民人均收入比(Per capita income ratio of urban and rural residents);PDen：人口密度(Population density);ECGDP：?jiǎn)挝籊DP能耗(Energy consumptions per GDP);WResouces：人均水資源量(Per capita water resources);PControl：工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量(Qualified discharge of industrial wastewater);EPro：萬(wàn)人中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校在校生數(shù)(The number of students in secondary vocational and technical schools per 10000 people);Betain：非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)(Unstandardized coefficients);VIF：方差膨脹因子(Variance inflation factor);AICc：赤池信息準(zhǔn)則(Akaike information criterion)

2006年模型分析結(jié)果顯示,每萬(wàn)人衛(wèi)生技術(shù)人員數(shù)、人口密度、單位GDP能耗和工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量通過(guò)了5%顯著性水平檢驗(yàn),且作用方向均符合理論預(yù)期。具體來(lái)看,社會(huì)醫(yī)療衛(wèi)生水平和環(huán)境污染治理水平對(duì)城市生態(tài)承載力具有正向影響。而人口密度和單位GDP能耗的增加在一定程度上加劇了區(qū)域能源資源的消耗和生態(tài)環(huán)境的污染,增加城市生態(tài)系統(tǒng)的供給壓力和代謝壓力,從而對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生負(fù)向影響。

2015年模型分析結(jié)果顯示,除每萬(wàn)人中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校在校生數(shù)變量外其他變量均通過(guò)10%顯著性水平檢驗(yàn),且作用方向基本符合理論預(yù)期。詳細(xì)來(lái)看,城鄉(xiāng)居民人均收入比變量和城鎮(zhèn)居民可支配收入變量轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著影響因素,醫(yī)療衛(wèi)生水平的正向促進(jìn)作用有所減弱但依舊顯著,說(shuō)明社會(huì)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)居民生活水平對(duì)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的承載能力產(chǎn)生著越來(lái)越重要的作用。人口密度和單位GDP能耗對(duì)城市生態(tài)承載力的負(fù)向影響依舊顯著,人口承載壓力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率對(duì)城市生態(tài)承載力的間接制約作用將會(huì)長(zhǎng)期存在。資源供給水平和環(huán)境污染治理水平對(duì)區(qū)域城市生態(tài)承載力的顯著影響逐漸顯現(xiàn),地區(qū)資源供給水平和環(huán)境污染治理水平對(duì)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的供給能力和環(huán)境容量產(chǎn)生著直接影響,因而與區(qū)域城市生態(tài)承載力之間存在較強(qiáng)的依賴性。

4.2 基于GWR模型的影響因素分析

運(yùn)用ArcGIS10.3軟件中的空間關(guān)系建模模塊,構(gòu)建GWR模型分別對(duì)2006年和2015年長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力指數(shù)及其影響因素變量進(jìn)行擬合分析,其中每萬(wàn)人中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校在校生數(shù)(EPro)變量的空間異質(zhì)性特征不顯著,未納入GWR模型。結(jié)果如表5所示,兩個(gè)年份的模型擬合優(yōu)度分別為0.6805和0.7308,AICc分別為66.97和61.33。比較OLS模型分析結(jié)果(表4)和GWR模型分析結(jié)果(表5)可以發(fā)現(xiàn),GWR模型的擬合效果明顯優(yōu)于OLS模型。根據(jù) Fortheringham 等人的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[37],若GWR模型與OLS模型的AICc差值大于3,就可以說(shuō)明前者比后者模擬效果好。

表5 長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的GWR模型擬合結(jié)果Table 5 Test result of the GWR model for urban ecosystem carrying capacity

進(jìn)一步對(duì)2006年和2015年GWR模型分析結(jié)果中的標(biāo)準(zhǔn)化殘差進(jìn)行全局自相關(guān)分析,分析結(jié)果顯示(表6),兩個(gè)節(jié)點(diǎn)年份標(biāo)準(zhǔn)化殘差的Moran′sI指數(shù)值分別為-0.0947和0.0306,Z值分別為-0.4452和0.5126,均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化殘差未出現(xiàn)空間聚類(lèi)現(xiàn)象,呈隨機(jī)分布,GWR模型整體高度適用。

表6 標(biāo)準(zhǔn)化殘差的全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)Table 6 Global spatial autocorrelation test for standardized residues

4.3 影響因素的空間分異

為了展示各影響因素對(duì)城市生態(tài)承載力作用的空間異質(zhì)特征,綜合考慮2006年和2015年各解釋變量的顯著性和作用強(qiáng)度,選取每萬(wàn)人擁有衛(wèi)生技術(shù)人員數(shù)、城鎮(zhèn)居民可支配收入、人口密度、單位GDP能耗、人均水資源量和工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量等6個(gè)指標(biāo),借助ArcGIS軟件的空間可視化功能分別刻畫(huà)社會(huì)發(fā)展、居民生活消費(fèi)、人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然資源狀況和環(huán)境污染治理水平等要素對(duì)長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力作用的空間分異格局(圖4)。

(1)社會(huì)發(fā)展水平。醫(yī)療衛(wèi)生水平對(duì)城市生態(tài)承載力具有正向影響。2006年,醫(yī)療衛(wèi)生水平影響的高值區(qū)域主要集中在襄荊宜城市帶和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū),其次為武漢城市圈西部地區(qū),作用強(qiáng)度呈現(xiàn)出顯著的空間異質(zhì)特征。2015年,醫(yī)療衛(wèi)生水平影響的高值區(qū)域向城市群東南部地區(qū)偏移,表明襄荊宜城市帶城市生態(tài)承載力對(duì)社會(huì)發(fā)展水平的依賴度有所下降。值得關(guān)注的是,2015年環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)和洞庭湖地區(qū)成為社會(huì)發(fā)展水平影響最大的地區(qū),可能的原因是在近年來(lái)環(huán)鄱陽(yáng)湖地區(qū)和洞庭湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施(《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃》、《環(huán)鄱陽(yáng)湖生態(tài)城市群規(guī)劃(2015—2030)》、《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》)和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃的推進(jìn)下,區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變以往粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,由發(fā)展經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)逐漸向綜合注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)、社會(huì)民生保障等可持續(xù)發(fā)展層面過(guò)渡,其社會(huì)發(fā)展水平大大提升,從而對(duì)城市生態(tài)承載力的提升產(chǎn)生了重要的推動(dòng)作用。

(2)城鎮(zhèn)居民收入水平。城鎮(zhèn)居民可支配收入對(duì)城市生態(tài)承載力具有負(fù)向影響,該因素對(duì)城市生態(tài)承載力影響的空間異質(zhì)特征較為規(guī)律,兩個(gè)年份均呈現(xiàn)西北低、東南高的分布特征。居民收入水平的提高,尤其是城鎮(zhèn)居民收入水平的提高,會(huì)促進(jìn)城鎮(zhèn)居民消費(fèi)水平的顯著增加,從而增加城市生態(tài)系統(tǒng)的資源能源供給壓力和生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)壓力,對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生負(fù)向影響。城鎮(zhèn)居民收入水平對(duì)各市域城市生態(tài)承載力的影響分布特征,原因主要在于各市域城鎮(zhèn)居民可支配收入的增幅水平。當(dāng)前長(zhǎng)江中游城市群中部和東南部地區(qū)城鎮(zhèn)居民可支配收入雖然處于較低水平,但其增長(zhǎng)速度高于其他地區(qū)。2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群東南部地區(qū)城鎮(zhèn)居民可支配收入年平均增長(zhǎng)率達(dá)到了11.32%,年平均增長(zhǎng)率超過(guò)其他地區(qū),其中新余市、鷹潭市、吉安市、九江市年平均增長(zhǎng)率分別高達(dá)13.41%、12.01%、11.89%、11.58%。城鎮(zhèn)居民收入水平的快速提升,在很大程度上提高了其對(duì)城市生態(tài)承載力的敏感度。

圖4 基于GWR模型的城市生態(tài)承載力影響因素回歸系數(shù)空間分布Fig.4 The influencing factors of urban ecosystem carrying capacity,regression coefficient temporal-spatial distribution map bassed on GWR model

(3)人口密度。人口密度對(duì)城市生態(tài)承載力有負(fù)向影響,影響強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出東部大于西部的東西差異格局。2006年,人口密度影響的高值區(qū)主要集中在鄂南地區(qū)和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)；2015年,人口密度影響的高值區(qū)向襄荊宜城市帶、贛西及贛南地區(qū)偏移。人口密度對(duì)地區(qū)城市生態(tài)承載力的影響機(jī)制是通過(guò)人口承載壓力間接作用于城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),從而對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生負(fù)向影響。人口密度對(duì)各市域城市生態(tài)承載力的影響分布特征,原因主要與人口流動(dòng)有關(guān)。武漢、長(zhǎng)沙等省會(huì)城市及其周邊衛(wèi)星城市(城市生態(tài)承載力低值區(qū))等快速城鎮(zhèn)化地區(qū)以人口集聚為主,地區(qū)人口密度增加較快,而鄂北、贛西及贛南地區(qū)(城市生態(tài)承載力高值區(qū))作為勞動(dòng)力輸出地,跨省市人口外流現(xiàn)象突出,區(qū)域人口密度相對(duì)較低,因此人口密度對(duì)城市生態(tài)承載力的影響強(qiáng)度呈現(xiàn)出顯著的空間異質(zhì)性。

(4)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率。單位GDP能耗對(duì)城市生態(tài)承載力具有負(fù)向影響,兩個(gè)年份均呈現(xiàn)出較為規(guī)律的西北高、東南低的南北差異特征,說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率對(duì)西北部地區(qū)的正向促進(jìn)作用較小,而對(duì)東南部地區(qū)的正向促進(jìn)作用較大。這種空間差異特征主要與各市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和區(qū)域分工密切關(guān)聯(lián)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率對(duì)城市生態(tài)承載力影響的高值區(qū)主要集中在省會(huì)城市、環(huán)洞庭湖片區(qū)及環(huán)鄱陽(yáng)湖片區(qū),其中省會(huì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展以第三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),環(huán)洞庭湖片區(qū)和環(huán)鄱陽(yáng)湖片區(qū)城市受生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策制約,產(chǎn)業(yè)布局以綠色環(huán)保型產(chǎn)業(yè)為主,因此該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率均較高；經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率對(duì)城市生態(tài)承載力影響的低值區(qū)主要集中在鄂湘贛三省省會(huì)周邊地區(qū),該地區(qū)由于工業(yè)基礎(chǔ)較差和承接省會(huì)核心城市“三高”產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移等緣故,導(dǎo)致其一二產(chǎn)業(yè)比重較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率相對(duì)較低。以2015年為例,省會(huì)武漢、長(zhǎng)沙、南昌第三產(chǎn)業(yè)比重分別達(dá)到51.02%、45.06%、41.22%,而三個(gè)省會(huì)周邊低值區(qū)的第三產(chǎn)業(yè)比重平均值則分別只有33.09%、35.66%、35.77%。

(5)資源供給狀況。人均水資源量對(duì)城市生態(tài)承載力具有正向影響,兩個(gè)年份的空間影響格局變化較大。2006年自然資源狀況的空間影響格局呈現(xiàn)出顯著的南北差異特征,高值區(qū)域主要集中在湘南、環(huán)洞庭湖片區(qū)以及環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū),說(shuō)明豐富的自然資源水平對(duì)湘南、環(huán)洞庭湖片區(qū)以及環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)城市生態(tài)承載力的提升產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。2015年自然資源狀況的回歸系數(shù)整體提升顯著,說(shuō)明自然資源狀況對(duì)長(zhǎng)江中游城市群的整體影響在增加；鄂中地區(qū)和三大子城市群核心區(qū)域超越環(huán)洞庭湖片區(qū)及環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū),成為自然資源狀況影響最大的區(qū)域。究其原因,隨著三大子城市群核心區(qū)域的經(jīng)濟(jì)崛起,區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人口集聚將導(dǎo)致能源資源消耗水平急劇增加,自然資源水平成為制約地區(qū)城市生態(tài)承載力的核心影響因素。近年來(lái),鄂中地區(qū)的襄陽(yáng)和宜昌著力打造建設(shè)成為湖北省兩大副中心城市,襄荊宜城市帶整體社會(huì)發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力大幅提升,該區(qū)域豐富的資源供給成為促進(jìn)區(qū)域整體承載能力提升的關(guān)鍵。

(6)環(huán)境污染治理水平。工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量對(duì)城市生態(tài)承載力具有正向影響,兩個(gè)年份的空間影響格局變化較大。2006年環(huán)境污染治理水平影響的高值區(qū)主要分布在環(huán)洞庭湖地區(qū)和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)；2015年各市回歸系數(shù)整體增幅明顯,高值區(qū)向襄荊宜城市帶和武漢城市圈地區(qū)偏移。從影響機(jī)制來(lái)看,環(huán)境污染治理水平的提高能對(duì)地區(qū)城市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生直接的“環(huán)境效益”,從而推動(dòng)地區(qū)城市生態(tài)承載力的提升。環(huán)境污染治理水平對(duì)各市域城市生態(tài)承載力的影響分布特征,是與各市域的承載力水平直接相關(guān)的。結(jié)合圖3可知,2015年襄荊宜城市帶和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)屬于高承載力區(qū)域,因此該區(qū)域?qū)儆诟攮h(huán)保收益型區(qū)域,而武漢城市圈地區(qū)屬于低承載力區(qū)域,因此屬于低環(huán)保收益型區(qū)域。環(huán)境污染治理水平對(duì)城市生態(tài)承載力產(chǎn)生直接的拉動(dòng)效應(yīng),是影響長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力的主導(dǎo)因素之一。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本文選用狀態(tài)空間法構(gòu)建長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力綜合指標(biāo)體系,基于2006—2015年面板數(shù)據(jù),對(duì)長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力進(jìn)行了定量評(píng)價(jià),并綜合運(yùn)用空間自相關(guān)、多元回歸和地理加權(quán)回歸模型等空間分析方法及計(jì)量模型,分析了長(zhǎng)江中游城市群市域城市生態(tài)承載力的時(shí)空格局演變特征,并深入探討其影響因素的空間差異,主要結(jié)論為：

(1)從時(shí)間序列演變特征來(lái)看,2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力指數(shù)總體呈波動(dòng)上升的“W”型走勢(shì)；三個(gè)子城市群中,環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群整體承載能力最優(yōu),環(huán)長(zhǎng)株潭城市群和武漢城市圈次之。各維度間,社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力承載指數(shù)整體高于資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力,研究時(shí)段內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力呈波動(dòng)下降的趨勢(shì),而資源環(huán)境支撐力和生態(tài)彈性力承載指數(shù)整體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)。

(2)從空間關(guān)聯(lián)格局及演變特征來(lái)看,2006—2015年長(zhǎng)江中游城市群城市生態(tài)承載力表現(xiàn)出顯著的空間關(guān)聯(lián)性與異質(zhì)性,空間關(guān)聯(lián)類(lèi)型以HH類(lèi)型和LL類(lèi)型等正相關(guān)類(lèi)型為主。HH類(lèi)型區(qū)多為資源環(huán)境支撐力指數(shù)和生態(tài)彈性力指數(shù)較高的城市,研究時(shí)段內(nèi)由環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)和環(huán)洞庭湖地區(qū)向贛西南地區(qū)和鄂中地區(qū)擴(kuò)展,在環(huán)洞庭湖地區(qū)和環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群兩大區(qū)域形成高值集聚區(qū)。LL類(lèi)型區(qū)多為社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力指數(shù)和資源環(huán)境支撐力指數(shù)較低的城市,研究時(shí)段內(nèi)主要集中分布于武漢城市圈和環(huán)長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)域,形成兩個(gè)南北遙相呼應(yīng)的低值集聚區(qū)。

(3)OLS定量模擬發(fā)現(xiàn),社會(huì)發(fā)展水平、城鎮(zhèn)居民收入水平、人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率、資源供給狀況和環(huán)境污染治理水平對(duì)城市生態(tài)承載力均具有顯著影響；GWR模型檢驗(yàn)結(jié)果表明,特定要素對(duì)不同地區(qū)城市生態(tài)承載力的影響存在顯著的空間異質(zhì)性。社會(huì)發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率、資源供給狀況和環(huán)境污染治理水平與城市生態(tài)承載力呈正相關(guān),而城鎮(zhèn)居民收入水平、人口密度與城市生態(tài)承載力呈負(fù)相關(guān),各區(qū)域內(nèi)影響強(qiáng)度具有一定差異性和敏感性。環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群地區(qū)和洞庭湖地區(qū)城市生態(tài)承載力的主導(dǎo)影響因素為社會(huì)發(fā)展水平、城鎮(zhèn)居民收入水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率和環(huán)境污染治理水平；襄荊宜城市帶受人口密度、資源供給狀況和環(huán)境污染治理水平等因素影響最為顯著；省會(huì)城市及省會(huì)周邊地區(qū)受經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率因素影響最為顯著,但作用方向相反；三大子城市群核心區(qū)域則受自然資源狀況因素影響較深。此外,值得關(guān)注的是,城鎮(zhèn)居民收入水平、資源供給狀況和環(huán)境污染治理水平對(duì)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)區(qū)域城市生態(tài)承載力的敏感性明顯增強(qiáng)。

5.2 討論

(1)城市生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的、綜合的和具有耗散結(jié)構(gòu)的“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),本文選用狀態(tài)空間法基于對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù)從宏觀尺度上構(gòu)建了多維度、多指標(biāo)的城市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,彌補(bǔ)了中微觀尺度研究中評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏全面性的弊端。此外,城市生態(tài)系統(tǒng)在運(yùn)行發(fā)展的過(guò)程中始終處于動(dòng)態(tài)正負(fù)反饋的狀態(tài),系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與外界都不斷地進(jìn)行著物質(zhì)流動(dòng)、能量流動(dòng)、信息流動(dòng)和人口流動(dòng),但本文在對(duì)城市生態(tài)承載力核算過(guò)程中忽視了系統(tǒng)中各要素間的相互作用和空間單元間的要素流動(dòng),同時(shí)也忽略了城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程及其功能對(duì)城市生態(tài)承載力的傳導(dǎo)作用,這是本研究存在的不足。

(2)本文從社會(huì)發(fā)展、城鎮(zhèn)居民收入、人口、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境和環(huán)保觀念等方面對(duì)城市生態(tài)承載力影響因素進(jìn)行選取,并詳細(xì)分析了特定要素對(duì)不同地區(qū)影響的空間異質(zhì)性特征,但因指標(biāo)量化及數(shù)據(jù)獲取難度較大,故尚未關(guān)注政策等因素對(duì)城市生態(tài)承載力的影響,因此影響因素指標(biāo)體系還有待完善；另外,居民生態(tài)環(huán)保觀念變量的定量衡量由于主觀性較強(qiáng),還需要通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷等方式獲取詳細(xì)數(shù)據(jù),才能更準(zhǔn)確的從居民環(huán)保觀念的視角剖析該因素對(duì)地區(qū)城市生態(tài)承載力的影響,這是在今后的研究中需要關(guān)注的方面。