PSR框架下新疆城市承载力状态时空动态演化研究*

付 金 存 李 豫 新 王 菲

一、引言

城市作为现代人类活动的主要场所，具有强大的资源、产业、人口、财富聚集效应。改革开放以来，中国实施了一系列“城市偏向（urban preoccupation）”的经济发展政策，并在短时期内聚集了大量的经济发展资源，促进了城镇化、工业化的发展与综合国力的提升。但伴随着城市规模的扩大和城市人口的增加，以环境污染、交通拥挤、热岛效应、能源消耗、气候变化等为主要内容的城市病也在逐步蔓延，并逐步逼近城市承载力的极限。例如在全国600多个城市中，超过2/3的城市供水不足，其中更有110个城市处于严重缺水状态。究其原因，在于许多城市在迅速扩张和发展过程中，忽略了城市环境承载力，延续多年的生态平衡逐步被打破，形成了复杂的生态型缺水局面。城市承载力的水平无疑决定着中国城镇化的速度，甚至是城镇化的定位与走向。虽然尚无确凿证据，但现有研究表明历史上玛雅文明、楼兰古国等文明的覆灭无不与资源环境承载力有关。

新疆维吾尔自治区（以下简称新疆）位于中国西北部，地处亚欧大陆中心腹地，气候干旱少雨，蒸发量大，是典型山地—绿洲—荒漠生态系统，其承载力相比于中国其他省区更为脆弱。近年来，西部大开发战略和“对口援建”政策的实施都极大地推动了新疆城镇化的发展，全疆城镇化率由2000年的33.75%提升至44%，但在城镇化发展的过程中，新疆城市发展面临的资源环境束缚、经济与人口压力、城市建设瓶颈问题也极为突出。城镇化战略是带动全疆经济社会发展的重要动力，也是其跨越式发展的必由之路。因此，在新疆这样一个地理区位、生态环境、民族人口等具有特殊性的边疆省区，在城市化发展中科学定量评价城市承载力的水平，探寻其制约因素，具有重大的理论和现实意义。

二、相关研究进展及评述

作为一个从生物学领域逐渐引入地理、环境、经济、社会乃至文化领域的综合性概念，“承载力”研究广度已由最初的与资源环境和传统农业相关的草场承载力、人口承载力、土地承载力、资源承载力等概念逐步延伸至城市领域，并根据城市建设和管理的需要逐步衍生出城市公共设施承载力、文化承载力和社会承载力等概念。从表面上看，不同承载力概念的内涵存在一定差异，但从本质上来看，均强调区域系统对外部压力的最大承受能力，研究者均承认承载力存在一定的阈值，超过该阈值就会引发一系列承载力失衡的问题。

然而，现有的针对城市承载力的评价研究却存在诸多争议。一些研究将城市承载力视为多因素综合作用的结果，选用多指标将承载力合成为一个数值。该类评价研究的基本过程是：首先，选定某一区域的城市作为评价单元，并构建评价指标体系；其次，确定指标权重，并与标准化处理的指标合成，得到城市指标评价综合得分；最后，根据评价结果对城市承载力进行分析并提出相应的建议。这类评价研究的结果实质上承认城市承载力可以无限提升，其评价结果已类似于城市竞争力，可作为城市承载力的参考，但却忽略了承载力本质上应存在一定的阈值。有些研究认识到城市承载力存在阈值，却将阈值视为一个固定不变的标准值，得出诸如“我国城市健康的人均建设用地水平应该是人均102.5m2”令人费解的结论。在特定的历史时期内，除非发生地震、火山喷发、战争等突发性事件，否则生态环境系统的自我修复机能会使城市综合承载力保持相对稳定，即使波动也不会有较大的偏离。事实上，在我国城市建设与管理的有关规范中，相关表述使用的也是阈值区间的概念，如国家《城市用地分类与规划建设用地标准》规定新建城市的规划人均城市建设用地指标应在85.1—105.0m2/人内确定。部分研究仅选取某一年的数据作为城市承载力评级分析的依据，其研究结论虽也有一定意义，但却把城市承载力静态化。实际上即使是某一个城市的承载力，其大小也是随着时间的推移动态变化的。正如著名经济学家Arrow等人认为的那样：承载力实质上不是固定不变的，也不是静态的、简单的相互作用关系，它随自然和生物环境的相互作用、技术、社会选择及产品和消费结构而发生改变。

概括而言，城市承载力具有相对极限内涵的伦理特征，承载力的大小与一个城市的资源禀赋、环境容量、技术手段密切相关，其本质是不固定的、非静态的和非单一的关系。因此城市承载力的评价研究应注重各要素承载力之间的补偿效应，通过多要素的集成来综合评价某个城市的承载力；同时各要素的选取应充分体现“阈值”的含义，即体现城市发展中的短板要素。在研究的时空维度上，既要重视单个城市不同时点上承载力的比较，以及同一时点多个城市之间的静态对比，更要关注多个城市的空间差异和时序动态比较。基于此，本文以新疆15个地、州、市的中心城市作为空间研究单元，选择新疆经济社会发展较为迅速、资源开发和生态环境变化较为明显、数据较为完整和连续的2006—2012年的数据作为研究的时间尺度，通过构建多指标综合评价体系，对新疆城承载力的时空演变特征和规律进行深入分析，一方面为新疆城市经济、社会和生态可持续发展和城市规划提供决策参考，另一方面进一步补充和拓展城市承载力的研究成果。

三、新疆城市承载力评价指标体系的构建与权重方法的选择

（一）城市承载力构成的分析框架与指标体系的构建

城市承载力指标的选取应具有明确的针对性，真正体现出城市资源和环境的主要限制性因素和短板因素。城市承载力既取决于城市自然资源环境，如资源禀赋、环境容量、地质条件等“先天性”因素；又取决于人类的基本需求目标、对资源环境的开发强度以及城市基础设施建设水平等“后天性”因素。因此，城市承载力评价指标的选择和评价体系的构建应综合考虑城市的资源环境和经济社会因素及其互动作用机制，根据“压力—状态—响应”原理，可建立如下城市承载力系统构成的分析框架（见图1）：

图1 城市承载力系统的构成

如图1所示，城市承载力系统由城市资源环境的支撑力、人类索取行为对城市资源环境造成的压力，以及人类对资源环境及其承受压力的回馈和调控3个部分构成。其中城市资源环境是城市承载力系统的基底，是对人居环境最原始和最根本的支撑，城市资源环境状况越好，城市空间承载人类活动的能力就越高。人类行为对城市承载力具有双重影响：一方面，人类从自然界获取物质能源，以及生产和消费过程中释放的废弃物和污染物对城市承载力具有负效应；另一方面，人类为对城市资源环境做出响应，借助城市建设等手段自觉地对城市资源环境进行修复和改善，提升城市环境容量和人居环境水平。

由此可见，城市承载力评价体系的构建和指标的选取可从支撑力、压力和调控力3个方面进行。需要说明的是，入选指标应充分反映城市承载力的内涵和本质特征，这就需要在具体指标的筛选过程中，注重对指标选取原则和设定形式合理把握。城市承载力评价指标的选取应坚持限制因子原则，选择若干对城市经济社会可持续发展和居民生产生活制约作用较大的指标；根据国内外规范，入选指标同时还应有相对成熟、稳定和权威的阈值，从而确定相应指标变动的合理范围。依据上述原则选取的指标经过计算，实质上是从某一个方面反映出城市承载力的状态，可称作“状态指数”。在指标的设定形式上，宜采用人均指标、强度指标和比例指标等相对形式的指标。采用人均、强度和比例形式的指标有利于消除各城市间因城市规模、人口数量和经济社会差异等造成的指标数据差距过大的缺陷，有利于不同时空尺度各城市之间的对比与分析。

依据上述分析框架和指标遴选程序，参考国内外城市承载力相关的研究成果，本文从自然资源承载、区域环境压力和城市建设调控三个方面，选取了20项具体指标作为新疆城市承载力的评价指标，并构建了包含目标层在内的四级评价指标体系（表1）。

与其他研究相比，本文设计的新疆城市承载力评价指标体系的特点在于不再将各指标的标准值设定为固定的数值，而是一个可浮动的区间（表1）。同时根据国内外相关规范和研究成果，确定了各指标的阈值区间：其中人均耕地面积、人均建设用地面积、人均道路面积、工业用地比重、居住用地比例、公共设施用地比例、绿地比例等指标的阈值区间是根据《城市用地分类与规划建设用地标准》（GB50137-2011）有关标准，并结合新疆各城市所处的建筑气候区确定的；可吸入颗粒物排放、二氧化硫排放和二氧化氮排放的阈值区间参照了中华人民共和国《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的相关规定；空气质量优良率、污水集中处理率、用水普及率和燃气普及率指标的阈值下限为新疆各城市的平均值，而这些指标的理论上限值可为100%；万元GDP耗水量、规模以上工业产值能耗和生活性用水结构指标的阈值下限为新疆各城市的平均值，上限为全国平均值；人口自然增长率这一指标的阈值下限为全国均值，上限为新疆《自治区人口和计划生育发展“十一五”规划》提出的11‰的控制目标；由于受民族习俗等影响，新疆部分少数民族聚集地区存在第三产业虚高化的现象，因此第三产业产值比重根据新疆各城市经济社会发展的实际，选择当年各城市第三产业产值比重的极值作为阈值区间。至此，新疆城市承载力评价指标体系得以确定。

表1 新疆城市承载力评价指标体系

（二）数据标准化与定权方法的选择

1.数据标准化

在新疆城市承载力评价体系中，自然资源支撑和城市建设调控型指标对城市承载力具有正向效应，而区域环境压力指标则对城市承载力具有负向效应，此外，各指标的量纲也存在差异。为消除指标属性和量纲对评价结果的差异，需要参照各指标的阈值区间，对各指标的原始数值进行标准化处理，计算公式如下：

当指标属性为正向指标时：

当指标属性为负向指标时：

式中：R表示指标的标准化数值，V现状值为该指标的实际状态值，V最大值为该指标在阈值区间内的最大值，V最小值为该指标在阈值区间内的最小值。上述运算过程实质上是依照阈值区间将各指标映射为反映城市承载力的某一状态，因此在指标性质上应理解为状态指数。根据各层级指标状态指数的数值特征，其相应的状态级别可由表2确定：

表2 指标状态指数级别划分

2.定权方法选择

指标赋权的基本方法可以分为主观赋权法和客观赋权法两类，但这两类方法均有其各自的优缺点。将不同的赋权方法加以组合可有效降低单一赋权方法片面性，提高评价结果的信度。组合赋权法的关键是在有效利用主观赋权中的合理信息的基础上，寻找最大程度地保留高维数据结构信息的最佳映射角度的客观赋权方法。根据所选指标的数量、特征、可比性及相互关系，以变异系数法作为客观赋权法；同时采用理论和技术相对成熟的层次分析法为主观赋权法，通过咨询不同专家的意见得到主观权值。具体的赋权步骤有关文献已详细阐述，本文不再赘述。对于最终的组合权值，将按照层次分析法和变异系数法权值的算术平均得到。由于采用变异系数法依据指标的数值特征进行赋权，而各指标的数值呈动态变化，因此不同时间尺度上各指标的权值存在一定差异，最终的赋权结果也不再列示。在状态指数和权值确定之后，对新疆城市承载力指数的最终测度可通过线性加权和法进行，计算公式为：

式（3）中：Fi和Wi分别为下一层指标的评价值及其对应的权重。

四、新疆城市综合承载力的评价结果及时空演化分析

分析表3数据可知，2006—2012年新疆城市承载力呈如下变化特征：

（1）新疆各城市承载力指数的状态级别保持相对稳定的状态。对比2006年和2012年城市承载力指数的变化可知，全疆仅有博乐市和喀什市的城市承载力的状态级别发生变化，其中博乐城市承载力由2006年的-0.0087提升至2012年的0.1911，由预警状态转为一般状态；而喀什城市承载力指数由2006年的-0.9580下滑至-1.1177，由预警状态恶化为危机状态。其余13个城市承载力指数的状态级别未发生本质变化。即使在整个研究时期内，各城市的承载力状态也大致稳定。

表3 2006年与2012年新疆城市承载力指数

（2）新疆城市承载力趋于总体良性，但承载力指数级别较低。通过比较2006年和2012年城市承载力指数变化（表3）可知，全疆共有9个城市的承载指数在预警区间和一般状态区间内得以提升，占全疆城市数量的60%。其中位于天山北坡经济带的乌鲁木齐市、克拉玛依市以及南疆经济圈核心区域的库尔勒市、阿克苏市提升幅度较大，接近或超过0.2，其原因在于城市建设用地的扩张在一定程度上提升了城市空间范围，同时其城市公共服务水平也得以提升。但同期也有6个城市承载力指数出现不同程度的下降，除哈密市城市承载力指数小幅下降0.0861外，喀什市和阿勒泰市的降幅均在0.12以上，而吐鲁番、伊宁和塔城三市的降幅更在0.20以上。此外新疆城市承载指数级别普遍较低，2012年60%以上的城市处于预警或危机状态，另有5个城市承载力指数在0以上，但均属一般状态，目前尚无承载力指数处于良好状态的城市。

（3）区域环境压力的增大成为制约新疆经济社会发展的关键因素。表3中除乌鲁木齐市区域环境压力的绝对值指数有所降低、环境压力趋缓外，其余14个城市的区域环境的状态指数的绝对值持续增加，环境压力不断增大，其中喀什市环境压力的绝对值甚至增加了3倍以上，其他各城市的区域环境压力指数的提升也多在0.15以上。这一方面反映出新疆各城市人口增长的压力普遍较大，如新疆《自治区人口和计划生育发展“十一五”规划》提出的11‰的控制目标远高于全国同期平均的实的人口增长率；另一方面，粗放型的经济发展模式耗费了大量的资源和环境污染，如2012年新疆城市平均的万元GDP耗水量和规模以上工业万元产值能耗分别为3163.05吨/万元和5.79吨/万元，分别是全国水平的26.58倍和3.2倍，受此影响，新疆多数城市空气中可吸入颗粒物（PM10）的含量均超过国家规定的上限值，增大了城市环境的压力。

（4）新疆城市承载力具有典型的数值分化和空间分异特征。2012年新疆城市承载力指数在-1.33—0.82之间波动，数值分化特征极为明显，其中数值最低的吐鲁番市的承载力指数仅为-1.3298，属于显著的危机状态，而承载力指数最高的阿勒泰市则为0.8121，属于一般状态区间并趋近良好状态。其余的城市则分别属于危机状态、预警状态和一般状态三个区间，具有显著的空间分异特征。对比表2中的数据可以发现，承载力指数为正值的城市中，一方面其自然资源支撑指数均较高，其中阿勒泰、库尔勒和阿图什三市均在1以上的良好状态区间，博乐市的自然资源支撑指数也接近于1，而另一方面其区域环境压力指数和城市建设调控指数均为负，表明城市环境压力较大，城市建设调控能力不足。这反映出新疆城市承载力的维持和改善仍依靠传统的大规模水土资源开发的模式，其经济社会运行在很大程度上仍未摆脱依赖资源耗用和规模动的发展模式。

（5）城市建设调控的差异正成为新疆城市承载力空间分异的主因。为了考察新疆城市承载力空间分异的成因，本文引入变异系数来分析城市承载力各层级指数的变异程度。变异系数的公式为：

2006年和2012年新疆各城市各层级要素承载力的变化如图2所示。2006新疆城市承载力的变异系数为20.59%，2012年增加为21.17%，表明新疆城市承载力空间分异的程度有所增加。比较2006年和2012年各层级要素指数变异系数的变化可知，城市建设调控指数的变异是新疆城市承载力空间分异的主因，即各城市建设调控水平之间的差异越大，城市间承载力的空间分异程度就越高。由此可见，在坚持现有的人口、产业和区域发展政策的前提下，提升承载力水平较低城市、地区城市建设水平、产业结构调整力度和公共服务水平，是缩小城市间承载力差异的有效手段。

图2 2006年和2012年新疆城市承载力变异系数比较

五、结论与政策建议

城市作为人类活动的重要场所，具有强大的资源聚集效应和成本节约效应，也是衡量一个地区经济发展水平和竞争力的重要体现，新疆跨越式发展的目标能否实现，很大程度上取决于新疆城镇化的水平和质量，以及各地州中心城市的发展。但是在城镇化快速推进的背景下，新疆城市扩展的规模和速度必须与城市承载力相适应。本文基于城市承载力的内涵与本质特征，构建了城市承载力系统“压力—状态—响应”的分析框架和新疆城市承载力的评价指标体系，对新疆15个地区中心城市的承载力的状态指数进行了测度与分析。研究结果表明，新疆城市综合承载力总体上趋于良性，但也存在承载指数级别较低、区域环境压力较大和空间分异明显等问题。

针对上述问题，应借助城镇化建设与发展，引导产业和人口的合理布局，实现各城市承载力的动态均衡。其一，借助不同的功能区分类，理顺新疆各地区城镇发展的职能定位与发展秩序。乌昌地区应逐步发展为新疆乃至我国西北地区重要的能源综合利用基地、新型工业基地、旅游集散中心；天山南北坡绿洲城市应依托铁路、公路网，引导人口和产业向主要干道与支路眼线城镇集聚，加强绿洲之间的经济社会联系；同时大力扶持边境城镇（团场、口岸）发展，打造战略屏障和对外开放前沿。其二，推动天山南北坡、南疆三地州、北疆西北部地区因地制宜选择各具特色的城镇化路径，制定差别化发展目标和城镇化政策。天山南北坡要逐步形成一批引领全疆发展的中心城市和绿洲城镇组群；南疆三地州城镇化的建设要注重改善人地关系，促进民族和谐；北疆西北部城镇化建设应突出特色，打造一批风景秀美、清洁环保、宜居宜生的边境城镇体系。其三，积极促进城镇产业多元化，促进“产城”结合。南疆地区要积极发展绿色农牧业、农产品加工业、旅游业、少数民族用品制造业等特色优势产业；天山北坡经济带重在统筹产业园区与城镇布局，促进各类产业园区与城镇一体化发展；北疆西北部边境高寒地区，扶持社区经济、特色手工业发展，加快冬季产业尤其是滑雪、民族风情旅游业的发展。通过人口分布、产业布局和城镇化的深度结合，可有效缩小新疆各城市承载力的差距，推动新疆城镇化有序健康地发展。

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