生態承載力視角下黃河流域開發區演變趨勢及產業集聚特征研究

李金鎧，汪文翔，孟慧紅，魏 偉

（1.鄭州大學 能源－環境－經濟研究中心，河南 鄭州 450001； 2.鄭州大學 管理學院，河南 鄭州 450001；3.鄭州大學 黃河生態保護與區域協調發展研究院，河南 鄭州 450001）

作為承載經濟活動發生的重要空間載體，開發區的迅猛發展為經濟增長注入了活力［1］。 伴隨著開發區數量的增加與規模的不斷擴大，城市空間規模急劇擴大［2］，造成了土地供需矛盾突出［3］、空間資源配置效率低［4］、產城分離［5］、環境污染［6］等問題。 現階段對不同類型［5，7］、不同區域［3，8－10］開發區時空演變的研究，較全面體現了我國開發區的空間分布以及發展特征。

黃河流域作為重要的生態功能區［11］，流域沿線城市現階段擁有近400 個省級以上開發區，成為助力區域工業化、城鎮化快速發展和對外開放的重要樞紐。產業集聚發展的同時，開發強度倍增導致產業結構性污染、資源環境過載等問題凸顯，經濟增長與環境保護的矛盾日漸加劇［12］。 嘗試從資源環境約束的視角分析黃河流域開發區分布特征及其演變趨勢，建立DPSIR 模型的黃河流域70 個地級市生態承載力評價指標體系，并進行生態承載力測算，探究開發區演變趨勢及主導產業集聚特征，以期為促進黃河流域產業結構轉型升級與布局優化提供依據。

1 研究方法及數據來源

1.1 生態承載力評價指標體系構建與測算

（1）生態承載力評價指標體系。 參照現有區域生態承載力及資源環境優化等方面的研究成果［13－15］，結合黃河流域實際情況，依照DPSIR 模型構建原則建立黃河流域生態承載力評價指標體系，包括目標層、準則層及指標層，見表1。 其中人口自然增長率、人口密度、萬元GDP 二氧化硫排放量、萬元GDP 廢水排放量、居民人均用電量、人均生活用水量為逆向指標，均需進行正向化處理。

表1 黃河流域生態承載力評價指標體系

（2）生態承載力計算。 對指標數據標準化處理后，運用熵值法得到各評價指標權重，通過加權求和得到黃河流域各地市的生態承載力。 第j個城市生態承載力為

式中：Ej為第j個城市的生態承載力；Wi為第i個指標權重；Yij為各指標數據標準化后的數值。

計算得到各地級市生態承載力后，采用ArcGIS 中的自然斷點法［16］將黃河流域70 個地級市的生態承載力劃分為高、較高、中等、較低、低5 個等級。

1.2 核密度法

核密度法用于計算點要素在設定鄰域范圍的密度，可直觀展示點要素或線要素的集聚程度，重點反映核中心對周邊的影響強度［17］。 將各開發區視為點要素，采用核密度法探究不同年份黃河流域開發區空間分布特征。 核密度值計算公式：

式中：n為開發區總數；K（x） 為核函數；h為搜索半徑，即核密度函數帶寬，h＞0；x－xm為估值點x到第m個開發區的距離；（x） 為核密度數值。

為了突出開發區規模差異，將開發區核準面積作為權重分析2006 年、2018 年黃河流域開發區規模分布特征。

1.3 標準差橢圓法

標準差橢圓法常用于測算一組要素（點或區域）的空間分布趨勢，通過擬定區域均值中心計算要素的標準距離，并將輸出的x與y坐標測量值生成橢圓，通過觀察橢圓形狀來度量要素的方向和分布［18］。 對黃河流域開發區空間變化趨勢分析時，分別將總體、國家級、省級開發區視為點要素組，采用標準差橢圓法對各組要素進行測度，計算公式為

式中：xm、ym為第m個開發區點坐標經緯度；、為坐標經緯度均值；θ為橢圓軌跡旋轉角度。

1.4 數據來源

數據包括生態承載力測算指標數據以及開發區基礎數據兩部分。 生態承載力測算指標數據來源于2007—2019 年《中國城市統計年鑒》《中國區域經濟統計年鑒》以及黃河流域九省（區）統計年鑒、水資源公報、生態環境狀況公報等，生態功能保護區面積數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心（https：／／www.resdc.cn）。 選擇流域沿線70 個地級市作為綜合評價分析單元，部分缺失數據根據線性插值法補齊。

70 個地級市開發區基礎數據來源于2006 年、2018 年《中國開發區審核公告目錄》，對流域范圍內國家級和省級兩大類開發區進行研究，并進行可視化處理。

2 黃河流域開發區空間格局分布特征

2.1 空間分布特征

將國家級與省級開發區經緯度坐標可視化后，根據核密度法計算得到黃河流域2006 年、2018 年開發區數量密度分布圖，并選用核準面積作為權重得到規模密度分布圖，見圖1。 開發區圍繞中心城市發散，區域間差異明顯，黃河下游開發區分布較上中游更加密集。

從數量分布看，研究期間開發區分布經歷了從向南部及中部擴散的過程，整體形成了“一橫三縱”的分布格局。 2006 年開發區主要集中于山東省內，除山東省外呈現出以蘭州、銀川、太原、鄭州、呼和浩特和包頭等地為主體的六大核心區，城市群極化特征明顯。2018 年開發區數量增長了近一倍。 得益于一帶一路倡議，河南省以極快的發展速度建立起數量和規模僅次于山東省的開發區集群，與山東省一并包絡近半數開發區。 西安集聚片區呈十字形輻射狀，縱向輻射到延安—榆林以及安康，橫向延伸到渭南以及寧夏固原。隨著流域中部及南部新興產業園區數量激增，山東省各地市及太原、銀川、呼和浩特、蘭州的開發區集聚現象均有一定程度弱化。

從規模分布看，2018 年開發區大幅擴張，核準總面積擴大到2006 年的2.33 倍。 2006 年開發區規模密度分布與數量密度分布特征相似，呈明顯城市群集聚特點。 得益于國家政策扶持及區位優勢，內蒙古自治區2012 年頒布了《內蒙古開發區“十二五”總體發展規劃》，批準建成了一批開發區，邊境地帶開發區規模效益初顯，呼和浩特開發區規模密度減小，極化效應減弱。 囿于土地資源管控以及市場資源飽和，2018 年下游城市開發區規模密度逐漸減小，中上游地區規模密度增大更為明顯，區域間差距縮小，開發區規模分布趨于均衡。

從總體格局看，2006 年開發區處于發展初期，以優先發展核心城市為總體布局，開發區主要分布在黃河沿線城市及山東省，此階段中上游城市發展滯后，暫未大規模進行開發區建設，流域中南部具有明顯生態優勢。 2018 年，開發區向中南地區邁進，以下游山東省與河南省為集聚核心，除青海省和內蒙古自治區西部等重點生態功能區仍較少涉足開發區建設外，各省（區）開發區數量及規模均呈現連片化增長趨勢。 省會城市極化效應減弱，城市群輻射效應突顯。 此外，西安、鄭州、濟南等地區開發區數量及規模均有所增長，同時生態承載力增大，與其合理配置產業資源等發展理念密切相關，一定程度證實了開發區產生規模效益后，其產生的技術溢出與示范效應能形成有效環境規制［6］。

2.2 總體重心與軸向變化

為進一步分析黃河流域開發區空間格局變化，采用標準差橢圓法繪制開發區發展軌跡和重心，結果見圖2。 自實施區域協調發展的戰略以來，流域開發區輻射區域面積增大，布局更為均衡。 從軌跡軸向變化看，黃河流域省級、國家級和總體開發區標準差橢圓軸向均呈現“東—西”走向，且集中在流域東南，該區域包含流域生態承載力最佳區域。 2006 年頒布《西部大開發“十一五”規劃》以來，開發區分布明顯向西偏移。2018 年除國家級開發區外，標準差橢圓軌跡及重心均向西南偏移，面積增大，長半軸縮短，短半軸變長，向心力減弱，離散程度增大。 國家級開發區離散程度最大，省級開發區空間集聚特征更明顯。

從重心變化看，省級、國家級和總體開發區重心均落在黃河流域中游。 國家級開發區重心移動方向與省級、總體開發區重心移動方向相反。 研究初期國家級開發區數量極少，按照省會城市均勻分布，其重心在研究區中間位置。 隨著流域下游及其他非省會城市國家級開發區陸續批復建立，2018 年國家級開發區重心向東偏移，由延安轉移到臨汾。 總體與省級開發區重心均向西南移動，由長治轉移到臨汾，移動方向與軌跡偏移方向相同，說明西南地區開發區數量與規模均有所擴大，黃河流域開發區建設趨向于均衡。 2018 年省級、國家級和總體開發區重心的匯集，表明國家級開發區的區域帶動作用顯著增強，各類開發區空間布局更為統一。 開發區總體在流域內協調發展，與區域經濟發展的共生關系明顯。

3 開發區主導產業空間分布及其集聚特征

3.1 主導產業分布

按照《國民經濟行業分類》（GB／T 4754—2017）對黃河流域開發區進行分類，并參考現有文獻分類方法［8－9］，結合黃河流域產業發展情況，從勞動密集型、資本密集型和技術密集型產業三個方面劃分為11 個行業類型。 按照2018 年《中國開發區審核公告目錄》中發布的各開發區主導產業進行行業分類，由于單個開發區涉及1～3 個行業類型，因此測算頻次占比時將研究范圍內國家級開發區70 個、省級開發區297 個作為總量，各類開發區數量之和大于開發區總數，占比之和大于100%，開發區主導產業行業分類與頻次占比見表2。

表2 開發區主導產業行業分類與頻次占比

3.2 主導產業空間分布格局

從行業類型看，無論是國家級開發區還是省級開發區，占比最大的均是機械制造業。 黃河流域作為機械制造業發展的核心區域，在“十一五”期間建立了大量以自主創新體系為主的機械制造業高新產業園區，促進了區域對外貿易和產業經濟增長。 在其他行業類型分布上，省級開發區勞動密集型產業總體占比明顯高于國家級開發區的。 相反，技術密集型產業省級開發區占比較低，原因是技術密集型產業對于技術投入的強度與規模要求較高，國家級開發區更能滿足技術密集型產業的發展需求。 勞動密集型產業占地面積較大、人員密集，受土地利用效率及環境管控等限制，大多數為省級開發區。 總的來說，黃河流域開發區的行業分類不均，國家級開發區行業分布體系較省級開發區的更合理，流域新材料發展較為突出，新增開發區多以綠色發展為理念，成為拉動經濟高質量發展的新動能。

對開發區不同類型主導產業集聚程度進行可視化分析，核密度分布見圖3。 黃河流域開發區整體呈現東密西疏、南密北疏的空間分布特征。 根據主導產業類型，農副產品及加工業呈橫向分布態勢。 食品和煙草行業、紡織服裝業、現代制藥業以及新材料業均集聚于各省省會周邊，對經濟發展的依賴程度較高。 機械制造業分布范圍最廣，除在甘肅、河南以及山東形成大規模核心區外，在各省省會周邊均呈中等范圍集聚。微電子與信息產品制造業以西安、鄭州以及濟南為主。航空航天工業數量較少，僅在西安有小范圍集聚。

從省域角度看，下游城市開發區產業多樣性更明顯，在食品和煙草行業、化工業、機械制造業以及新材料方面有明顯省域極化特征，其他產業分布較為均勻。上游甘肅省農副產品及加工業較為突出，甘肅省以開發區為載體培育特色精深加工龍頭企業，通過全域均衡發展農副產品及加工業，實施精準扶貧，實現產業規模化發展。 寧夏回族自治區技術密集型開發區占比較低，農副產品及加工業集聚在南部，新材料與化工業集聚于北部，其他類型主導產業在南北均有分布。 內蒙古自治區開發區以呼和浩特為核心，食品和煙草行業、化工業以及新材料等在其周邊形成小規模集聚區。 中游陜西、山西兩省開發區各類產業分布較為一致，相較而言，山西省化工業發展更為突出，陜西省依附區域科技創新實力，航空航天工業發展勢頭良好，現代制藥業集聚性更強。 從產業結構來說，鄰近省份如山東與河南、山西與陜西的產業結構趨同化現象較為嚴重，這與地域關系、資源配置及政策導向有關［7］，不利于發揮地區比較優勢，因而難以形成規模經濟。

從生態角度看，開發區分布密集區域生態承載力基本處于中等水平。 西安、鄭州、濟南生態承載力較高，產業發展較均衡，環境規制與產業升級對于這三市的高質量發展與生態保護有著明顯的協同效應［19］。此類地區應結合區域發展現狀培養新興產業及服務業等低排放、低能耗產業，依托交通網增強區域輻射力度。 生態承載力相對較高的中游地區，尤其是陜西北部、山西西部等，開發區以制造業、農副產品及加工業為主，這些地區需要推進新技術在制造業等產業中的轉化應用，減少高能耗、低效率的中小企業。 其他處于中低生態承載力水平的地區，以發展機械制造業和化工業為主，農副產品及加工業、食品和煙草行業為輔，應合理調整產業結構，加快傳統農副產業轉型及配套服務業發展。

4 結 語

黃河流域開發區圍繞中心城市呈現以城市群為集聚群的分布態勢。 區域間差異明顯，開發區分布逐漸密集，開發區數量與規模均明顯增長。 從軌跡軸向變化看，黃河流域開發區標準差橢圓軸向呈“東—西”走向。 總體與省級開發區空間分布變化趨勢一致，軌跡及重心均向西南偏移，標準差橢圓面積增大，向心力減弱，離散程度增大。 國家級開發區軌跡及重心向東偏移，離散程度最大。 從行業類型看，黃河流域開發區主導產業占比最大的是機械制造業，且總體以傳統資本密集型產業為主，產業結構呈現出重工業化傾向。 省級開發區勞動密集型產業總體占比明顯高于國家級的，省級開發區技術密集型產業占比較少，國家級開發區行業類型分布更合理。 對于開發區主導產業空間布局來說，各主導產業類型分布差異較大。 下游城市開發區產業多樣性顯著，在機械制造業及新材料等方面有明顯省域極化特征，其他產業基于社會及地理因素等在省會及部分城市呈散點分布。 鄰近省份產業結構趨同化現象較為嚴重，生態承載力脆弱地區仍面臨開發區資源錯配等問題。