长江三角洲城市群综合承载力的时空分异研究
刘惠敏
2012-2-27 9:58:14 来源：《中国软科学》2011年第10期
摘 要：城市群是复杂人工系统，承载力反映城市环境对人类活动的支撑能力和人类活动对城市环境的影响能力。从资源的供给与需求角度，选取12项代表性指标，采用时序全局因子分析的方法，对2000年、2008年长三角城市群16个城市的土地、水、交通和环境等单要素承载力进行评价；通过提取3个全局公因子，对城市群综合承载力的动态变化规律进行分析。结果表明：长三角城市群综合承载力总体趋向改善，除上海外的15城市综合承载力均有所提高；水资源和土地资源承载力是制约长三角城市群经济社会发展的关键因素；城市群城市综合承载力具有典型的分级特征。运用系统聚类方法将长三角城市群综合承载力指数划分为3个层次，依次表示城市综合承载力由低至高的3个空间梯度。采用变异系数对2000年和2008年城市群综合承载力指数的空间分异程度进行比较，结果表明，长三角城市综合承载力的空间差异显著并扩大，城市群表现为依赖人口、资源向核心城市聚集的规模型发展模式。
关键词：长江三角洲城市群，城市综合承载力，时序全局因子分析，空间分异，聚类
一、引言
作为现代城市发展新的空间单元，以中心城市为核心的大城市群（圈）势必成为全球化背景下国际竞争的基本单位。中国的城市化进程处在加速发展时期，城市群和巨型城市区作为“十二五”期间我国城市化空间发育的重要形式，带动城市体系的研究重点相应地从规模结构转向空间结构、职能结构，巨型城市地区成为研究的新焦点[1]。城市群在推动我国工业化和城镇化快速发展的同时，成为资源短缺、环境污染、交通拥挤、生态破坏等问题高度集中的地区，生态环境状况随城市化的进程表现出总体恶化的趋势，并在短期内集中爆发，已威胁区域乃至国家的安全和可持续发展[2]。中国城市群要实现的总体可持续发展，是经济、社会、生态环境三者合一的发展，必须从理论、方法和技术上探讨协调环境与经济发展之间的关系[3]。因此，城市群承载力的研究引起了广泛的关注。
二、相关研究进展
承载力（carrying capactiy）概念起源于希腊[4]，从最初的生态学领域发展到城市领域。20世纪80年代初，联合国教科文组织（UNESCO）提出了“资源承载力”，即“一个国家或地区在可以预见到的期间内，利用本地能源及其自然资源和智力、技术等条件，在保证符合其社会文化准则的物质生活水平条件下，该国家或地区能持续供养的人口数量”[5]，为承载力赋予可持续发展的理念。国内外对承载力的研究主要集中于两个领域。一是以土地、水或关键矿产资源等短缺性资源为基础的单要素承载力研究，如资源承载力、环境承载力、人口承载力研究等。二是以城市资源环境等诸要素综合体为研究对象，研究与人类经济社会活动密切关联的多要素承载力，即综合承载力研究，如区域承载力、、生态承载力、城市综合承载力研究等。目前，我国对城市承载力评价的研究主要集中于城
市容量、城市规模的特定领域，以均方差、GIS、神经网络模型、模糊线性规划等方法对城市生态系统、交通、水和土地资源单要素承载力进行评价。交通承载力主要集中在城市对交通车辆的容纳能力，以及交通环境承载能力等方面[6]。对于水、土地等自然资源的承载力[7-8]，从宏观区域转向微观城市尺度评价各种资源对人类生产、生活的承载支撑能力。针对我国城市群地区的资源环境承载力，国内研究取得了一定的进展[9-11]。
概括而言，承载力与资源禀赋、技术手段、社会选择和价值观念密切相关，具有相对极限内涵的伦理特征，本质上是不固定的、非静态的和非单一关系[12]。本文中城市群承载力是一个具有“能力”内涵的概念，包括要素系统承载力和综合承载力。其中要素承载力具有“阈值”的含义，即如果超越该阈值将导致环境严重甚至不可逆转的破坏，进而影响城市的可持续发展，表现出城市发展中的要素短板。综合承载力是指城市在不产生任何破坏时所能承受的最大负荷，即城市的资源禀赋、生态环境和基础设施对城市人口和经济社会活动的承载能力[13]。
城市群是一个复杂的系统，无论是单要素承载力还是城市综合承载力的定量研究均需要大量翔实的数据基础，评价方法的选择也须适用于比较。现有城市群综合承载力的研究在空间维度上集中于单个城市的综合承载力评价，在时间维度上多为承载力的静态评价和比较，对城市群内多个城市综合承载力的空间差异分析和时序动态比较的研究鲜见。Steve Egger（2006）[14]指出，城市可持续性的研究，必须综合考虑城市作为个体和作为城市群网络的组成部分两方面的内容。基于此，采用时序全局因子分析的方法，对长三角
城市群16个城市的土地、水、交通和环境等单要素承载力进行评价；通过全局公因子的提取，对城市群综合承载力进行研究；对不同时序的城市群综合承载力指数进行聚类分析和变异分析，探求长江三角洲城市群城市综合承载力的动态变化规律和空间分异特征。
三、长江三角洲城市群城市综合承载力的时序全局因子分析
城市群环境问题突出表现为对资源利用的同质性增加了对自然资源的压力以及对环境污染的叠加作用。①城市群发展使得城市用地紧张，绿地系统平衡严重被破坏。同时，作为非再生性自然资源，土壤的各种功能在城市化过程中强烈的人为活动干预下不断转化、演变和消失，表现为土壤肥力水平下降、土壤环境与质量恶化。②我国城市群地区基本上处于同一流域，各城市的高速发展以及协调机制的不健全，使得城市群流域基本成为城市主要的纳污河流，形成了水质性缺水的局面。③城市群空间布局不合理造成了跨区域环境空气污染叠加，污染扩散、混合或特大城市之间的羽流影响效应，导致区域性大范围污染扩散和混合现象。以水土资源短缺为核心的限制因素与城市群高速发展的矛盾日益突出[15]。
长江三角洲城市群是我国城市化程度最高、城镇分布最密集、经济发展水平最高的地区。以上海为中心，南京、杭州、宁波、苏州、无锡为副中心，包括江苏省的扬州、南通、常州，镇江、泰州、台州，浙江省的嘉兴、湖州、绍兴、舟山等共16个城市及其所辖的74个县市，以沪杭、沪宁高速公路以及多条铁路为纽带，形成一个有机的整体。长三角城市群人口密度高，资源承载压力本来就很
大。近年来，由于工业化和城市化迅猛发展，工业污水和生活污水的排放量急剧增加，更加恶化了生态环境，使城市群的可持续发展受到严重威胁。能源、水资源和土地资源短缺成为困扰长三角城市群经济发展的首要问题[16]，而交通压力和环境治理能力，则直接影响着城市群发展的效率。
（一）指标选择与数据来源
参考已有研究成果中城市承载力的评价指标体系，从资源供给与需求角度，以解决水资源和土地资源短缺等发展动力问题，和交通压力、环境治理能力等发展效率问题为导向，选取12项代表性指标，遵循指标选取的科学性、可操作性、层次性、完备性和动态性等筛选原则[17]，构建长江三角洲城市群城市综合承载力指标体系（图1）。城市群是复杂的人工系统，承载力各个指标主要反映对人类活动的支撑能力（供给），以及人类活动对城市环境的影响能力（需求）。选取的指标主要有总量指标，强度指标和结构指标三类。其中建成区面积、工业废水排放量、工业SO2排放量是总量指标，其余的是强度指标。从城市来说，建成区面积和耕地面积表示土地现有利用状态，土地现有状态和利用潜力之和相对恒定，一定程度上反映指标的结构性。特别说明的是，在较长的研究时序中，经济因素受价格水平的影响显著，需要运用GDP平减指数进行不变价处理，以消除价格波动对经济产品价值的影响。文中单位产值用地需求指标D4，产值数据选取的是实际GDP数据，即以1978年为基准期100，根据统计年鉴GDP指数进行测算，已考虑价格影响。举例，1978年价格基准期的GDP为272.81亿元，2000年上海GDP指数为756.5，则实际GDP为272.81乘以7.565为2064亿元（2000