揚子江城市群國土開發強度與資源環境承載力的時空耦合關系

楊壯壯 王亞華 喬偉峰 吳菊 畢云龍

摘要：研究國土開發強度和資源環境承載力之間的耦合協調關系，有利于推動區域可持續發展與優化國土空間開發格局。以揚子江城市群為例，通過構建國土開發強度測度模型、資源環境承載力評價指標體系及兩者間的耦合協調關系模型，分析各個城市2007、2012、2017年的國土開發強度、資源環境承載力時空變化特征與耦合協調關系。結果表明：（1）揚子江城市群整體的國土開發強度較高，并且呈現出逐年升高的趨勢;（2）各個城市間資源承載力出現小幅度下降，環境承載力呈波動上升趨勢，社會經濟支撐力無明顯變化，資源環境承載力整體呈現出先升后降的趨勢;（3）耦合水平整體呈現出小幅度上升的趨勢，但協調關系和耦合程度沒有發生明顯的改善，資源環境對于城市開發建設的約束程度未出現緩解趨勢。

關鍵詞：國土開發強度;資源環境承載力;時空變化特征;耦合度;協調度;揚子江城市群

中圖分類號： F301.24 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）24-0280-06

資源環境本底是限制區域開發的重要因素，當資源環境約束趨緊時，往往會導致區域發展不協調和國土開發失衡的問題，因此摸清資源環境本底、合理控制區域國土開發強度是推動經濟高質量發展的關鍵環節[1]。作為衡量自然資源與社會經濟整體協調水平的重要工具[2]，資源環境承載能力反映的是特定國土空間內自然資源、環境容量和生態服務功能對人類活動的綜合支撐水平，是由資源承載力和環境承載力構成的具有客觀性、動態性特征的整體[3]。經過多年的不斷發展，資源環境承載力的研究內容和研究方向逐漸向多個學科擴展，如人口學、地理學、環境科學等[2]。近年來，研究重點主要聚焦于以下幾個方面：（1）從資源、環境、社會、經濟、生態、災害等多個維度對其概念和內涵進行細化[4-6];（2）從經濟、社會、環境和資源條件等多個角度對評價指標體系進行優化和完善[7-9];（3）對單要素承載力在時空雙向維度進行深化，對多要素綜合承載力在廣度與交互性方面進行擴展和延伸[10-14];（4）資源環境承載力在災后重建、產業規劃、監測預警、國土空間規劃等方面的應用進行研究[2，15-17]。

另外，國土開發強度作為區域土地開發利用程度及其對社會經濟人口累積承載強度的綜合反映，體現的是區域土地集約利用程度和人類活動強度，映射出區域現代化發展水平[1，18-19]。當前關于國土開發強度的研究主要側重于時空格局演變、影響因素、驅動機制及生態環境效應的分析等方面[20-23]。雖然目前關于資源環境承載力和國土開發強度的相關研究較為成熟，但少有學者將二者結合起來開展相關研究工作[1，24-26]。同時，考慮到在江蘇省“1+3”重點功能區戰略布局背景下，謀劃揚子江城市群建設已經成為落實“長三角區域一體化發展”和“長江經濟帶建設”兩大國家戰略的重要載體，其重要性地位已不言而喻。因此，本研究選取揚子江城市群為研究區域，構建資源環境承載力評價指標體系、國土開發強度測度模型及二者之間的耦合協調測度模型，分析時空變化特征及耦合協調關系，以期為分析揚子江城市群資源環境承載現狀、發現資源利用問題、優化國土空間開發保護格局、推動區域探索生態優先、綠色發展道路提供借鑒和理論依據。

1 研究區域與數據來源

1.1 區域概況

揚子江城市群包括南京、鎮江、常州、無錫、蘇州、揚州、泰州、南通8市，集聚了江蘇省全省最豐富的經濟、科教、人文等要素資源，在江蘇省48%的國土面積上聚集了62%的人口，為江蘇省貢獻了超過64%的地區生產總值，地區人均生產總值位居全國前列，已經成為江蘇省經濟發展的“發動機”和增長極。作為國內擁有最好經濟發展基礎與最強綜合競爭實力的揚子江城市群，匯集了長三角一體化、蘇南現代化示范區、蘇南國家自主創新區、長江經濟帶、南京江北新區等國家五大戰略，在長三角世界級城市群建設和長江經濟帶發展中具有不可替代的戰略地位。

1.2 數據來源

社會經濟、資源消耗、水資源數據來源于2007、2012、2017年的《江蘇統計年鑒》和江蘇省各地級市統計年鑒，污染排放、生態保護、污染控制數據來源于2007、2012、2017年的《中國城市統計年鑒》和江蘇省各地級市環境狀況公報，土地資源數據來源于江蘇省各地級市土地利用變更調查結果。

2 研究方法

2.1 資源環境承載力評價指標體系的構建

“資源環境綜合承載力”作為涉及資源、環境和社會經濟等方面內容的復雜概念，在內部系統的相互作用和外部因素的相互影響下，其數值往往較難準確計算，進而影響了對承載狀態的準確判斷。因此，能否在考慮載體和承載物系統關聯性的基礎上，科學、合理地選擇全面、系統、具有操作性的評價指標，對于資源環境綜合承載力的計算結果能否經得起考驗至關重要[27]。

基于現有研究成果[28-30]，綜合考慮資源環境綜合承載力影響因素，選擇資源承載力、生態環境承載力和社會經濟支撐力共同構建資源環境承載力指標體系。如表1所示，資源承載力主要涵蓋土地資源和水資源指標，生態環境承載力主要涵蓋環境容量、生態保護、污染控制狀況指標，社會經濟支撐力主要涵蓋社會經濟和資源消耗水平指標，共有20項指標。采用德爾菲法確定指標體系權重，在分析指標意義、特征、重要性程度和相互關系的基礎上，通過咨詢相關領域專家及專業人員意見，綜合確定指標權重，并在標準化處理后測算資源環境承載力指數。

2.2 國土空間開發強度的測算

國土開發強度指地區建設用地總量占國土總面積的比例。本研究采用江蘇省各地級市土地利用變更調查數據成果，將城鎮用地、農村居民點用地、采礦用地、風景名勝及工礦用地、交通運輸用地、水工建筑用地（扣除水庫水面）等統歸為建設用地，并按下式計算國土開發強度指數：

式中：DI表示國土開發強度;BL表示區域建設用地總面積;TL表示區域國土總面積。

2.3 耦合協調關系模型

在以往的研究中多采用耦合度作為度量系統中各要素之間相互作用和影響程度的指標，并用其測度國土開發強度和資源環境承載力之間的相互關系，既能反映兩者之間的協調性，又能表征耦合水平對整體有序程度的貢獻，評價模型結構如下[31]：

式中：DS為國土開發強度指數;RE為資源環境承載力指數;D為二者之間的協調度，D越高，耦合協調度越好;C為二者間的耦合度。參照文獻[1，24-25，32]劃分耦合度與協調度等級，如表2所示。

3 結果與分析

3.1 國土開發強度時空特征分析

在對研究數據進行標準化處理后，計算出揚子江城市群各個城市的國土開發強度指數。如表3所示，揚子江城市群2007、2012、2017年平均國土開發強度分別為0.209 4、0.244 4、0.269 6，呈逐年上升趨勢。其中，位于揚子江南岸（蘇南地區）的南京市、鎮江市、蘇州市、無錫市、常州市（簡稱寧鎮蘇錫常）5市國土開發強度均超過揚子江城市群的平均水平，甚至位于全國前列，主要由于蘇南地區自改革開放以來便是我國經濟發展的先行地帶，工業化與城鎮化快速發展，導致國土開發強度快速增長;而位于揚子江北岸（蘇中地區）的南通、揚州、泰州3市國土開發強度相對略低，形成了揚子江南北兩岸國土開發強度的較大差異格局。如圖1所示?截至2017年，國土開發強度位列前3的城市依次為無錫市、蘇州市、常州市，分別達到了0.343 6、0.309 7、0.282 2，無錫市、蘇州市甚至超過了0.30的國際警戒線，主要是由蘇錫常3市特殊的經濟發展模式造成的，鄉鎮企業的快速發展、外向型經濟的大力驅動及開發園區的建設推動了區域城鄉同步發展，使城市空間快速擴張，建設用地規模不斷擴大，國土開發強度不斷增大。南京市作為江蘇省省會城市和揚子江城市群核心城市，人口的不斷流入加快了城市基礎設施的建設速度，城市規模不斷擴大，國土開發強度不斷加大。位于揚子江北岸（蘇中地區）的南通、揚州、鎮江3市的國土開發強度雖不及蘇錫常地區，但開發強度仍處于較高水平，然而其發展主要受限于地理位置、外資利用水平、教育和人才等因素。

3.2 資源環境承載力的時空特征

對指標值進行標準化處理后，計算2007、2012、2017年各項子系統的承載力指數和資源環境承載力指數，結果（表4）表明，在2007—2017年間，揚子江城市群多數城市資源承載力出現了一定幅度的下降?僅南通市的資源承載力指數呈現逐年升高的趨勢，主要原因為水資源短缺、水資源利用量逐年增加等，同時城市擴張侵占了大量土地，加上耕地后備資源不足，形成了水土資源基礎薄弱的狀況。生態環境承載力指數呈現波動變化的特征，多數城市呈現先上升后下降的趨勢，主要由于揚子江城市群在2012年以后的工業化進程雖然更加注重高質量發展，但持續性的污染排放已經超過污染控制范圍，生態保護力度雖然有所增大，但仍難以遏制資源環境承載力的下降趨勢。此外，由表4還可以看出，社會經濟支撐力指數無較大幅度變化。

整體上看，揚子江城市群的資源環境承載力指數波動變化幅度較為明顯，2007—2012年間揚子江城市群多數城市呈現增長趨勢，僅有蘇州市呈下降趨勢;2012—2017年間，大部分城市資源環境承載力指數出現了下降，其中無錫市和蘇州市的下降趨勢最為明顯，常州、揚州、鎮江略有下降，南京市、南通市和泰州市表現出上升趨勢。近10年來，僅有南京市、南通市、泰州市的資源環境承載力水平呈持續升高的趨勢，而蘇州市則表現出持續下降的趨勢，具體變化特征見圖2。

3.3 國土開發強度與資源環境承載力的耦合協調關系

依據測度模型，計算揚子江城市群各個城市的耦合度與協調度，計算結果見表5。從整體水平來看，揚子江城市群各個城市的耦合度均處于[0.4，0.5），屬于拮抗階段向磨合階段的過渡時期，大多數城市的協調度處于[0.5，0.6），屬于勉強協調階段的中等水平，僅泰州市在2007年的協調度水平屬于瀕臨失調階段，協調度在近10年間并未發生較大變化。具體原因如下：（1）社會經濟不斷發展，資源供給矛盾突出。揚子江城市群的社會經濟發展水平位于全國前列，工業化與城鎮化加速推進，但是資源環境同處于持續消耗狀態，同時又存在利用效率較低、消費結構不合理的問題，資源對于社會經濟發展的約束不斷加劇。（2）水土資源總量較小，供給與支撐能力不足。揚子江城市群始終面臨人多地少、資源匱乏的困境，人均水資源量和耕地資源量遠低于全國平均水平。耕地后備資源不足加大了建設占用耕地占補平衡的難度，水資源總量相對豐富的同時又面臨水源“質性”問題，對經濟發展的供給和支撐略顯頹勢。（3）發展社會經濟的同時不斷加大環保投入。近年來，江蘇省為改善生態環境開展了一系列生態保護和環境治理專項行動，如“兩減六治三提升”專項行動、“長江保護修復攻堅戰行動”“大氣污染防治行動”等，并不斷加大環保投入，著力優化生態保護格局。

綜合來看，揚子江城市群耦合協調度指數呈現上升趨勢，說明國土開發強度和資源環境承載力之間的耦合協調水平處于不斷提高的狀態。從耦合度來看，2007年最大的城市是無錫市，耦合度為0.476 7，其他排名較為靠前的城市分別為常州市、南京市，耦合度分別為0.476 5、0.475 7，處于拮抗階段水平;2012年，耦合度水平有小幅度上升，其中耦合度最高的為蘇州市，為0.483 5，其耦合度上升幅度在揚子江城市群中最大，其他城市中耦合度大于0.45的有無錫市、南京市、常州市，耦合度分別為0.479 7、0.479 2、0.460 1，其中常州市、南通市、揚州市的耦合度出現了下降;2017年，耦合度的漲幅仍較小，最高的仍為蘇州市，為0.497 7，其他城市中排名較為靠前的為無錫市、南京市、常州市，分別為0.496 6、0.473 3、0.470 4。近年來，揚子江城市群的耦合度雖有所上升，但始終處于拮抗階段，僅蘇州市和無錫市的耦合度接近0.5，距離磨合階段僅一步之遙。由此看出，揚子江城市群國土開發強度和資源環境承載力耦合度增速緩慢，經過10年的發展仍未進入磨合階段，未來的發展潛力不容樂觀。

從協調度來看，2007年泰州市以外的其余城市均處于勉強協調階段，其中協調度最高的城市為無錫市，其值為0.537 1，泰州市的協調度指數最低，僅為0.493 9;2012年，協調度指數均有一定幅度上升，但仍處于勉強協調階段，其中協調度最高的仍為無錫市，為0.562 3，緊隨其后的為揚州市、常州市，其值分別為0.548 4、0.547 5;2017年協調度最高的城市仍為無錫市，其值為0.556 5，但相較于2012年有所下降。同樣出現下降的城市還有蘇州市，說明無錫市、蘇州市這2市國土開發強度和資源環境承載力之間的協調狀況逐漸變差。近10年間，揚子江城市群國土開發強度和資源環境承載力協調度始終處于勉強協調階段，僅表現出小幅度上升，二者之間的緊密程度并沒有發生明顯變化，可見資源環境對于城市開發建設的約束程度并沒有出現緩解趨勢，社會經濟發展對于資源環境約束的考慮有所欠缺。

4 結論與討論

4.1 結論

通過開展揚子江城市群資源環境承載力評價，構建國土開發強度與資源環境承載力之間的耦合協調模型，對揚子江城市群2007—2017年間的國土開發強度、資源環境承載力及二者之間的耦合協調關系進行實證研究，得到如下結論：（1）揚子江城市群的整體國土開發強度較高，并且呈現出逐年升高的趨勢，南北兩岸國土開發強度差異較大，揚子江南岸城市的國土開發強度遠超北岸城市，截至2017年，無錫市與蘇州市國土開發強度已超過30%的國際警戒線。（2）資源環境承載力呈現出明顯的波動變化，大體上表現為先上升后下降。其中，資源承載力出現一定幅度的下降，生態環境承載力則呈現波動變化趨勢，社會經濟支撐力無明顯變化。對資源環境承載力的變化趨勢結果影響較大的是生態環境承載力。（3）揚子江城市群國土開發強度和資源環境承載力耦合協調水平整體呈小幅度上升的趨勢，但是協調關系和耦合程度并沒有發生明顯的改善，資源環境對于城市開發建設的約束程度沒有出現緩解趨勢，未來的發展潛力不容樂觀。

4.2 討論

協調國土開發強度和資源環境承載力之間的關系對城市走可持續發展道路至關重要。研究揚子江城市群國土開發強度和資源環境承載力的時空變化特征及兩者之間的耦合協調關系，對于實現區域群高質量發展與優化國土空間開發保護格局具有一定的借鑒意義，并對城市群級國土空間規劃編制工作具有重要的參考價值。在長江經濟帶“共抓大保護，不搞大開發”和“推動長三角區域一體化發展”的大背景下，要實現區域開發建設與資源環境本底的有序協調與良性共振，則應從開發強度管控和資源環境保護角度著手，結合城市發展需求設定管控強度，從“量”“效”入手，探索節約集約用地新路徑，加大生態環境保護力度與投入，提高資源環境的承載水平。

但是需要注意的是，國土開發強度和資源環境承載力之間存在復雜的相互關系和較多影響因素，二者之間能否實現耦合協調發展，不僅與國土開發強度有關，更與地區資源環境利用程度、地區環境風險值、環保整治投入等眾多因素相關。本研究僅從耦合協調關系的角度展開分析，接下來將從多元化視角探討耦合協調的影響因素與驅動機制及未來變化趨勢的預測，同時結合“雙評價”工作進一步優化模型方法，并開展相關研究工作。

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