资源环境视角下的中国城市潜力研究

王丽 牛文元

(1.国家发展和改革委员会国土开发与地区经济研究所，北京 100038;2.中国科学院科技政策与管理科学研究所，北京 100190;3.中国科学院自然与社会交叉科学研究中心，北京 100190)

自城市形成以来，城市就不是以一个封闭的系统存在的［1］。尤其是人类步入工业化社会后，城市依次经历了郊区化(Suburbanization)、逆城市化(Counter-urbanization)、再城市化(Reurbanization)三大潮流。事实毫无争议地证明，这些都是城市完成自我膨胀的必要步骤，同时城市的范围也从建成区(Built-up areas)、都市圈(Metropolitan Area)到都市连绵带(Megalopolis)不断扩张，并越来越多地参与到区域及全球竞合活动中，成为人类生产、生活的重要载体。由此，基于全空间尺度的城市发展潜力评价具有重要的理论与实践意义。

对于城市潜力的研究及应用主要分为三部分:城市潜力模型本身的构建、通过实证数据对模型的检验、利用模型结果对经济社会现象进行描述及解释性分析等。从模型本身来看，学者们从潜力的代表内涵［2］、指标选取［3－5］、公式形式［6－7］、理论实证［8－9］等方面对城市潜力的模型做了不少研究。从实证检验方面，学者们对地区潜力和工资、人均收入、需求联系、劳动生产率等之间关系进行考察［10－11］，以此来检验地区潜力的作用和影响。从模型的应用方面，有利用公式计算出各地区的市场潜力分布，并通过潜力图的描绘直观地发现一定的经济社会联系，如Florida、Southern Ontario 等地区潜力图线的刻画等［12－13］;有将市场潜力分布结果用于对各种社会经济现象提供解释［14］，如利用市场潜力结果解释产业变化、生产率差异、工资差别，甚至对欧洲经济一体化效果的影响进行分析等。

以往对于城市潜力的研究主要集中在社会经济领域，鲜有涉及资源环境方面的内容。事实上，资源环境条件是城市发展的基底，对城市发育的影响是决定性的。另外，随着现代科技的发展和城市基础实力的提高，城市与资源环境之间的关系又赋予了新的内容。这就需要我们通过将城市潜力和资源环境条件进行结合研究，以此来根据资源环境条件判断城市发育情况，以及在现有城市发展基础上更好地统筹规划、保护资源环境。

本文基于22个指标综合构建了城市规模、基于道路体系及障碍考虑综合构建了全国距离可达性，以此更为准确地测度城市潜力。从土地、水文、气候、资源四大方面综合构建资源环境指数指标，以此测度出中国整体资源环境态势。在此基础上，研究城市潜力和资源环境条件两者之间的关系。根据前述研究，进一步划分出中国不同区域类型，为区域发展提供规划建议。

1 方法

1.1 城市潜力的构建及模型

市场潜力(market potential)是城市潜力的前身，最早提出市场潜力的定义及形式的学者是Harris［15］。他利用销售额(retail sales)和运输成本，计算了美国的市场潜力分布。由于有关潜力值的测度是一个应用性概念，不同学者根据自身的研究方向对潜力值进行不同的阐释。本文选择传统的潜力模型公式，通过综合度量城市规模和距离指标来对城市潜力进行测度，公式如下:

其中，j为一任意地点;k为城市所在地;Mk为城市的规模;djk为j、k两地距离，τ为距离摩擦系数，根据大多数学者对于中国地区的研究成果将该值取为1.5［16］。

1.1.1 城市规模M的研究

根据研究方向和对象的不同，城市规模M可以选取不同的涵义。如用销售额、地区收入［9，17］、地区购买力等来反映市场吸引情况［3］;或者直接用地区生产总值GDP来代替 Mk［5，18］。另外，在使用潜力模型时，一些学者甚至更愿意用经济潜力这一名词来代替市场潜力。事实上，城市是一个综合体，人口规模大小、劳动力供给、集聚经济效益、投入产出前后向关联等等因素错综交织在一起，城市作用也随着距离而发生衰减变化。因此，对于城市潜力的研究中，合理选择M值，有利于利用模型体现城市与区域之间的作用程度［2，19－20］。

在本文中，选取能综合反映城市发展情况的人口、企业、工资、产品、投资、公共服务六个方面的22个指标，反映城市规模大小。具体指标见表1。选取2009年全国654个县级及以上城市的相应数据。将这些数据在SPSS中利用因子分析得到城市规模综合得分，并将结果归一到1－21之间。

1.1.2 距离d的研究

对于距离d的研究，主要集中在距离选取指标的讨论［4］，即选取不同的距离测度方式来代替djk。关于这些距离指标的选取种类非常多:如运输成本［15］、铁路距离［21］、行路时间［5，22］，以及包括装卸费、运输成本和国际关税在内的综合成本［2］等，或是直接用两地直线距离［23］。Anderson认为对于不同的研究对象应根据特性相应地采取不同的距离度量方式才更符合实际［24］。

在本文中，选取承担最主要交通运量的高速公路、国道、省道、铁路这四项来综合计算全国可达性，更为贴合实际。这些道路的平均行车速度依次为100 km/h、70 km/h、50 km/h、70 km/h。另外，考虑到水体、湿地、冰川雪被、沙漠、裸露岩石及荒漠组成的绝对障碍，将通行速度设置为0;考虑到我国三大阶梯的特有地形特征，设置第一阶梯、第二阶梯、第三阶梯覆盖范围内(有道路通过的路径排除在外)的通行速度分别为:8 km/h、10 km/h、15 km/h。在获取全国栅格速度图的基础上，求取通过单位栅格的时间值，即T=单位栅格的边长/该处栅格的通行速度。最后，利用Dijikstra算法的基本思想，运用“cost weighted”方法针对城市实行最短路径分析，从而可生成分别以全国所有城市为中心的全国范围可达性图。

表1 城市规模测度体系Tab.1 Measurement indicator system of city size

1.2 资源环境条件的构建及模型

资源环境条件是区域可持续发展的基础［25］，其优劣情况源于自然环境的固有属性。由于资源环境的组成要素具有多样性特征，因此选择一组具有代表性、科学性的资源环境指标，架构资源环境评价体系与模型是评估区域资源环境条件的关键。黄秉维［26］通过地形、温度、水系、生态和其他指标研究了中国的资源环境态势。杨小唤等［27］借用气候、水文、地形与植物生产力四大类指标组建了自然环境适宜性指数。谢高地等［28］从生态、水资源、土地、能源等方面构建我国自然资源的承载力。根据以往的研究成果及本次研究的目标，本文从土地、水文、气候、资源四大方面，共七类指标架构资源环境指数指标，详细信息如表2所示。

表2 资源环境指数指标的架构及介绍Tab.2 Natural environment and resource index

根据参数性质对资源环境条件的作用属性，可将参数划分为两类。一是参数与资源环境条件呈正相关，即参数值越大，该处资源环境条件越优。河流密度、积温、耕地等五类参数均属于该类参数类型。二是与资源环境条件呈负相关，高程与不适宜发展用地属于此类参数。本次参数层均来自2000年或2005年，尺度为1 km2的栅格数据。为了消除参数的量纲差异，使参数具有横向可比性，并按照参数的正向、负向指标性质，进行归一化。如公式(2)所示:

在此基础上，根据公式(3)采用加权平均的方法，得到资源环境指数:

其中NERI为资源环境指数(Natural environment and resource index)，Fi为经归一化后的资源环境参数，Wi为参数权重，此处选择等权平均的方法，取值为1。

2 结果

2.1 城市潜力及资源环境条件的分布

全国城市潜力值由东至西呈降低态势。东部地区城市潜力值高的区域分布较广，尤其是河北、山东、河南、江苏、浙江、广东部分区域潜力较高。东部其余地区、中部、东北的大部分地区属于中潜力区域。广大西部地区的潜力值普遍较低。在全国城市潜力高的地域中，长三角地区较为突出，城市高潜力值几乎覆盖了整个区域，呈大范围的片状分布。京津冀地区和珠三角地区潜力值高的区域也呈连片分布。另外，以郑州为核心的河南北部区域、以济南为核心的山东西部区域也同样具有大范围的高潜力值分布。中部地区中，以武汉、长沙、南昌等分别为核心的区域;西部地区中，以重庆、成都、西安分别为核心的区域;东北地区中以沈阳、长春、哈尔滨分别为核心的区域都呈现潜力突出的态势。以昆明、南宁、乌鲁木齐分别为核心的区域也明显呈现出与周围地区相比较高的潜力值。

资源环境指数分布与我国的三大阶梯地形布局极为相似。以昆仑山山脉、祁连山山脉及横断山脉东缘为界的青藏高原和柴达木盆地地域内资源环境指数最低。塔里木盆地、准格尔盆地、吐鲁番盆地所在的大部地区资源环境指数次低;内蒙古高原东部、大兴安岭山脉西部、黄土高原、云贵高原地区也为资源环境较差区域。东北平原、华北平原、长江中下游平原、武夷山山脉、南岭山脉附近为资源环境指数较高的区域。唯有四川盆地与阶梯分布差异较大，虽然地处第二阶梯，但资源环境指数较好。

为了符合国内的统计口径以及利于研究成果的分类指导，并顾及中国全域空间的连续性，在此，将全国连续空间划分为338个城市尺度的基本单元。以这些地级及以上区域尺度为基本研究单元，统计各个单元内的指标均值，作为该单元的相应指标值。

2.2 城市潜力与资源环境的宏观联系

图1 城市潜力与资源环境的宏观联系Fig.1 Macro linkages of urban potential(UP)and NERI

总体来看，城市潜力与资源环境具有正相关关系，相关系数为0.431。从图1可以看出，随着区域资源环境指数的升高城市潜力也普遍随之升高。另外，城市潜力高的区域几乎都集中在资源环境指数高于300的范围内。由此可以看出，资源环境条件是城市发展的基础。所有资源环境条件好的区域不一定都具有很高的城市潜力值;但城市发展潜力高的区域必定是资源环境良好的区域。

2.3 城市潜力与资源环境的分级研究

将城市潜力值利用natural break分类方法分为三类:潜力低值(＜100)、中值(介于100到200之间)、高值(＞200)。三类市场潜力值中，低潜力值区域与资源环境的相关性较高，为0.581，且在0.01水平上显著;中潜力值区域与资源环境的相关性较弱，仅在0.05水平上显著;高潜力值区域与资源环境不相关(见表3)。由此可知，当城市发育度较低时，城市发展对于资源环境条件依赖较大;当城市发育到一定程度，一方面是较好的资源环境本底条件支撑其较好发育，另一方面城市进一步的发展需要更多其他因素的支撑，因此，呈现较弱相关的局面。

表3 城市潜力与资源环境的分级关系Tab.3 The classification research on urban potential and NERI

将低潜力值地区与资源环境指数做回归如图2所示。由于两者的相关性较高，回归效果较好。回归曲线反映了中国城市潜力与资源环境条件的一般对应关系。从图2反映出，一般而言城市潜力越高，区域资源环境条件越好。位于回归线上方的散点意味着该区域的资源环境状况好于中国目前情况下相应城市发展水平所对应的资源环境条件;位于回归线下方的散点意味着区域目前的发展水平超出了现有的资源环境条件所能承载的开发能力，这一方面是资源环境过于脆弱所导致，一方面是由于该区域过度开发所造成。另外，低潜力值地区的资源环境指数范围分布较广，介于100到450之间，说明资源环境条件是城市发展的必要条件，但不是充分条件。

中潜力值地区的资源环境指数主要是在300和450之间，表明这些区域本身具有良好的资源环境基础(见图3)。由于城市发育的基底均较好，城市的进一步发展就受其他有差别条件的影响，如历史偶然因素、国家政策、区位条件、对外联系等，因此，城市潜力值与资源环境的相关性较弱。另外，该类潜力中值区域与资源环境指数呈弱负相关，是否意味着，在当前发展阶段，该类区域为了大力发展经济，而不惜自然资源的损耗，导致城市发展是建立在对自然资源的无节制掠夺之上，从而呈现对于资源环境的损害越多城市发展越好的局面。当然，是否如此有待进一步的研究。

高潜力值地区的资源环境指数主要是在330和400之间，同样是在良好的资源环境背景上发展起来的(见图4)。这类区域受历史、政策等优势积累，城市发育较为成熟，与资源环境条件相关性更弱。

图2 低潜力值地区与资源环境的关系Fig.2 Relationship between low potential value and NERI

图3 中潜力值地区与资源环境的关系Fig.3 Relationship between medium potential value and NERI

图4 高潜力值地区与资源环境的关系Fig.4 Relationship between high potential value and NERI

2.4 区域分类及发展指导

图5 低潜力值地区的象限划分Fig.5 Categories of low potential value areas

潜力高值和中值地区主要分布在资源环境好的区域，区域差异主要由不同潜力值来界定。因此，这两者各自归类。低潜力值地区较为复杂，一方面资源环境差异较大，另一方面较强依赖资源环境的平均属性和自身特性之间有别。因此，对于该类地区需要进一步划分类别。在此以资源环境指数值300和回归线为界，如图5所示。处于Ⅰ类地区资源条件较好，且现有的资源环境能进一步承载城市的发展。处于Ⅱ类地区资源条件较差，但现有资源条件还能支撑城市的进一步发展。处于Ⅲ类地区资源条件较好，但是由于过度开发，城市的发展已经超过了区域资源环境的承载。处于Ⅳ类地区资源环境较脆弱，同时城市的发展已经超出了当地资源环境的承载。优化发展区(Optimized Development Zones)主要集中在沿海的京津冀城市群、长三角城市群、珠三角城市群、山东半岛，另外在中原城市群与武汉都市圈区域也具有分布。优化发展区的面积为 375726.3 km2，仅占全国面积的3.97%(见表4)。由于国家区域发展政策的支持以及有利的地理区位优势，优化发展区的发展条件得天独厚，已经成为我国经济活动最为活跃、发展水平最高的区域，也是我国参与全球经济合作与分工的核心载体。本文研究表明，优化发展区的资源环境指数均在300以上，属于资源环境条件优越的地区。事实证明，从资源环境角度，我国生产力布局与经济活动安排具有很大的合理性。但是，随着经济总量的持续扩张，经济发展中投资与消费的结构性矛盾问题逐步凸显出来，另外，可持续发展的资源环境瓶颈日渐明显，因此优化发展区应更加注重经济发展的质量水平。该区域应当以产业结构调整为契机，大力发展战略性新兴产业、高端服务业，建立现代产业体系，构建经济、社会、人居环境不断优化、协调的区域发展格局。

集约发展区(Intensive Development Zones)主要分布在辽东半岛、中部大部分地区，以及除优化发展区之外的东部地区。长期以来，相对于发达地区，集约发展区处于国家经济发展的第二梯队，虽其资源环境指数位于较高层面，但其城市发展水平仅位于中游。随着国家中部崛起、东北老工业基地振兴等区域政策的出台，加上发达地区产业转移的趋势，拥有较好资源环境本底条件的集约发展区迎来了巨大的发展机遇。一方面，集约发展区是我国重点发展和开发的地区，是我国工业化和现代化的重点区域。另一方面，集约发展区也是我国人口集聚和保障粮食安全的关键区域。因此，在抓住机遇不断发展的同时，更应该注意区域资源环境的保护。这要求集约发展区提高产业转移的门槛，加强新技术的研发和技术改造，不断增强产业发展的质量和效益。

绿色发展区(Green Development Zones)主要分布在云南、贵州以及黑龙江、吉林等地。该区城市发展潜力低，相对而言其资源环境指数较为优越，主要涉及了大、小兴安岭森林生态系统保育区、长白山森林生态系统保育区、川滇森林生态系统多样性保育区等，是我国重要的生态保护区域。与其较低的城市发展水平相比较，绿色发展区具有较为优越的资源环境本底条件，但是其资源环境依然较为脆弱，对高强度的经济活动较为敏感，因此该区域应该着力发展以旅游、观光、度假为主体的绿色产业。

表4 区域类别划分Tab.4 Classification of area

限制发展区(Limited Development Zones)位于我国广大的西部地区。这里生态环境极为脆弱，也是我国重要的生态屏障。限制发展区城市发展水平低，但如果一味追求经济发展数量，毫不顾忌地搞工业化，不但违背了生产力布局的基本规律，而且会给中西部地区、乃至全国的生态环境带来严重危害。应当重视近些年来某些西部省份在产业投资方面的不合理倾向，及时制止并通过生态补偿、财政支付转移、干部选拔考核指标等机制建设引导限制发展区的理性发展。

保护性发展区(Protective Development Zones)指西藏南部、新疆西北部、内蒙古东部、陕西南部、辽宁、吉林、云南部分地区。其中，西藏南部、新疆西北部、内蒙古东部地区资源环境较差，但仍能承载城市的进一步发展;陕西南部、辽宁、吉林、云南部分地区资源环境较好，但该地区城市过度开发，已经超出了当地资源环境承载。这两种情况均既需要城市的发展，同时也需要环境的保护，两者同等重要。

3 总结与讨论

本文综合测定了城市潜力及资源环境条件，得到全国潜力及资源环境分布状况。进一步研究两者之间的关系，并综合划分全国区域。

(1)全国城市潜力由东至西呈降低态势。东部地区城市潜力值高的区域分布较广;其次为中部及东北部地区;西部地区的潜力值普遍较低。

(2)资源环境指数分布与我国的三大阶梯地形布局极为相似。第一阶梯资源环境条件最差;第二阶梯内部塔里木盆地、准格尔盆地、吐鲁番盆地所在的大部地区资源环境条件劣于其余地区，四川盆地附近较优;第三阶梯所在地区资源环境条件普遍较好。

(3)资源环境条件是城市发展的必要条件。总体来看，城市潜力与资源环境具有正相关关系。尤其是城市实力较弱地区对于资源环境的依赖更强。不过，当城市在较高的资源环境基底下发展到一定程度后，城市的进一步发展取决于其余差别性条件，因此，两者之间的相关性减弱。

(4)根据城市潜力、资源环境条件及两者之间的关系，划分出全国区域五大类别:优化发展区、集约发展区、绿色发展区、限制发展区、保护性发展区。根据各自类别特点，提出相关建议。

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