长江生态经济区城市群综合承载力的实证分析

刘 晶，林 琳

（1.首都经济贸易大学 城市经济学院，北京 100070；2.齐鲁工业大学 金融学院，济南 250100）

0 引言

随着人口的增多，经济的快速发展，生态承载力承载着人们带来的巨大压力。生态承载力是在对生态系统原有的研究基础上，对其进行的更为全面的研究，结合了经济、自然与社会等多方面因素，从客观上阐述了其内部关系及活动规则。从总体上可将生态承载力分为单因素承载力与复合承载力，从区域上也可将其划分成经济承载力、城市承载力以及城市群承载力等。近年来，系统动力模型被应用于生态承载力的研究，对长江经济区域城市群生态承载力的研究，主要是对复合生态系统的研究，也就是说其研究具有开放性，城市群生态承载力的特征，主要取决于自然、经济、社会这3个子系统之间的相互作用关系。这个动机及过程是比较繁杂的，各种原因可能造成的结果也无法预料。因此，必须从系统内部进行作用分析，以确保其准确性，而系统动力模型则可以做到这一点。生态承载力的研究本质是因果关系的研究，利用系统动力模型可以清楚地反映出作用机制，将系统复杂部分精确地模拟出来。

本文引用近几年的测量数据，使用Excel 2007及SPSS13.0等软件，计算出系统动力模型下的方程式结果，并检验其拟合度。通过建立系统动力此模型，对经济、人口及资源3个子系统之间的相互作用关系进行研究，使用历史分析，更加全面地分析城市群生态承载力的发展轨迹，以宜昌市为例，对长江经济区城市群综合承载力的现状和趋势进行分析。

1 指标体系的构建

本文的数据来源于长江生态经济区的主要城市，包括鄱阳湖生态经济区的南昌、新余、长株潭城市群的长沙以及湖北宜昌；长江生态区城市群生态承载力的指标数据来源于2013—2016年《中国统计年鉴》以及各城市统计年鉴。由上述分析可知，生态承载力作为比较复杂的生态系统，具体表现在不同的环境与社会经济之间，所存在的物质、能量及信息之间的关系也各不相同。评价指标体系的构建过程中，应该遵守6项原则，分别为：（1）因地制宜性。不仅需要选出共性指标，还要慎重考虑区域间的差异，因此需以此原则为基础，这样才能表现出特定地区生态承载力所承受的压力。（2）整体性。区域是一个不可分割的整体，包括人口、资源和经济。因此，在选择指标时，不能缺少其中任何一个，这样有利于全面地反映情况，且指标间相互联系，共同影响。（3）主导性。指标的选取很重要，精准的指标衡量，对之后结论的总结和研究意义重大。（4）层次性。生态承载力是一个复杂系统，其中包含的要素众多，可将其指标分为目标层、准则层和指标层。（5）可操作性。所选用的指标应具备真实可操作性，以体现出人类活动对其造成的影响。（6）简单性。指标的主要目的是为了说明主题，应当简洁明了，通俗易懂，并具有高度的可比性。

本文依据以上6点原则，在了解各个要素之间的关系后，并将其分为3个子系统，并将其中的资源有划分为3个子模块。具体生态承载力指标体系构建情况，如下页表1所示。

2 长江生态经济区城市群生态承载力SD模型动态模拟

本文的主要研究对象为长江生态经济区城市群综合承载力，因此以宜昌、南昌、新余和长沙为例，对这些主城市的生态承载力进行实证分析与比较。城市群生态承载力由于经济增长、人口变动、资源消耗，失去了整体平衡。因此，要想实现生态承载力的协调，必须充分研究城市群综合承载力与区域经济之间的相互作用关系。构建系统动力模型的步骤主要包括：（1）综合分析。主要是用来查看问题，并找出主要原因，先确定研究目的，仔细研究问题的形成过程。在建立模型时，不能只是单纯地复制，应该利用精准的指标进行计算。（2）结构分析。这一步的主要目的处理信息、分析机制，最终确定边界。主要研究总体与局部以及变量之间的关系、分析变量回路间的关系、查看主回路的性质。（3）建立规范模型。建立各个方程，如状态变量、速率变量、常量等；精确参数；利用N方程与C方程的值，赋值于表函数。（4）尝试运行与调整。模型试运之后若发现问题，可以进行再次分析，对之改正及调整。（5）结果分析对综合结果进行分析，最终结论可以作为决策调控的参考依据。系统动力模型可以运用一阶微分方程，将各个变量之间的关系反馈出来，在实际应用中，可模拟不同的方案，对其进行测量，并将所得结果作为指标体系，进行比较，便可得出承载力及优等方案。

表1 生态承载力指标体系的构建

2.1 因果关系分析

在生态系统中，为了分析与问题相关的要素，并研究它们之间的的相互作用关系，本文建立了如图1所示的因果关系图。

2.2 系统动力模型方程的建立

衡量其动态行为，建立结构方程式，其中各符号的意义为:L——状态变量方程，R——速率方程，A——辅助变量，T——年份，取值范围是[2001,2020]，DT(其值为1)表示时间步长。

2.2.1 经济子系统

图1因果关系图

经济属于主要组成及关键因素，在其中处于核心地位。文中状态指标为GDP和RJGDP，辅助变量为第一产业生产值(GDP1)、第二产业生产值(GDP2)、第三产业生产值(GDP3),第一产业比例(GDP1BL)、第二产业比例(GDP2BL)、第三产业比例(GDP3BL)，速率变量确定为国内生产总值增长率(GDPZL)，构建长江生态区城市群生态承载力的系统动力模型。其方程式及参数为:

2.2.2 人口子系统

区域经济、能源等的发展趋势取决于人口，人口作为系统中的决策者及被动者，不管是哪个方面的变化，都能影响到生态承载力。这里选取的指标为：总人口——ZRK、乡村人口——XCRK、城镇人口——CZRK、死亡人口——SWRK、出生人口——CSRK、人口增长率——EZKZL，其方程式和参数为：

2.2.3 资源子系统

在生产活动中，最不可或缺的便是资源，其不仅具有较高的经济、社会价值，且在生态方面意义也重大。本文从水资源、土地资源和能源资源3个子模块着手对资源要素进行分析。

（1）水资源子模块

水资源是生命的源泉，具有可再生、能流动、易耗竭、易污染及不确定性等特性。研究水资源所选取的指标有：ZHSL——总耗水量、HSLXS——耗水量系数、CZYSL——总用水量、RJHS——人均耗水、WYGDPHS——万元GDP耗水、WYGDP1HS——万元GDP1耗水、WYGDP2HS——万元GDP2耗水、WYGDP3HS——万元GDP3耗水和HSLZL——耗水量增长量。方程式和参数如下:

（2）土地利用子模块

在生产生活中，土地的利用是不可避免的，因此应当重视在对土地资源的保护、改造及使用。因此，研究土地资源选取如下指标：ZS——总面积、CDS——草地面积、GDS——耕地面积、CZLHS——城镇绿化面积、CZRJJZS——城镇人均居住面积、CZJZS——城镇居住面积以及QTYDS——其他用地面积等。具体方程式和参数为:

（3）能源子模块

能源作为重要的物质基础，是人们得以生存、延续，社会得以进步的根本。区域的经济发展主要取决于能源的合理开发及应用，这样才得以维持其经济的稳定增长。该子模块与其他系统相互作用，相互影响，组成一个完整复杂的庞大系统。因此选取了一些指标：煤炭产量(MTCL)、工业煤炭消耗系数(GYMTXHXS)、工业煤炭消耗量(GYMTXHL)、发 电 量 (FDL)、总 耗 电 量 (ZHDL),耗 电 量 系 数(HDLXS)、液化石油消耗量(YHSYXHL)、燃气消耗量(RQXHL)、能源总耗量(NYZHL)、万元 GDP1能耗(WYGDP1NH)、万元 GDP2能耗(WYGDP2NH),万元 GDP3能耗(WYGDP3NH)。能源子模块在模型中的方程式和参数如下:

2.3 宜昌、南昌、长沙、新余四市城市群综合承载力比较

通过分析长江中游城市群的经济总量可知，2016年长江中游区域生产总值为6.65万亿元，其区域内的湖南、湖北、江西生产总值均高于6万亿元，人均生产总值为41221元。长江中游城市群的生产总值分别占长江经济带，以及全国生产总值的21.2%与9.52%，所占比例较高，由此可知，长将中游城市群的发展能够有效促进长江经济带以及全国经济的发展。

长江生态经济区城市群综合承载力可以从土地承载力、水资源承载力、环境承载力、能源承载力四个角度进行分析，本文选取宜昌、南昌、长沙、新余四个具有代表性的城市对其进行综合承载力的分析与比较（见表2），实证城市群综合承载力与区域经济的相互作用。

表2 城市各要素承载力得分

根据表2可知，长江生态经济区城市群发展受环境承载力的影响是最大的，其次分别是水资源承载力、土地承载力、能源承载力，说明生态环境的变化对城市群的发展最为重要。在三个不同城市群中，宜昌的各要素承载能力都很高，说明该城市各方面要素的规划和建设均比较合理，新余市的承载能力最低，这是因为该城市经济发展相对于其他城市而言水平较低，且经济增长能力较差，同时由于复杂的民族人口导致水资源、能源方面的压力比较大，所以造成该城市的综合承载能力较低。南昌、长沙的经济发展速度在近几年比较迅速但是仍由进一步提高的空间。综上，宜昌市的综合承载能力最高，有必要对其进行进一步的仿真实验探究。

2.4 系统动力模型建立与检验—以宜昌为例

进行模拟的主要方法为依据原始资料，对模型进行调整并证明其准确性（2014—2019年之间）。其主要模拟的是长江生态区城市群生态承载力的指标，主要有包含6项指标，分别为GDP、总人口、总耗水量、总发电量、污水排放量和城市人均居住面积。以2014年为基本数据，取相隔为1年的模拟及验证结果。在模拟结果中，相对误差绝对值小于1%的概率为11.1%；相对误差绝对值小于2%的概率为33.3%；而相对误差绝对值小于5%时，概率可达百分百，由此证明了模型的可靠及准确性。因此，长江生态经济区城市群生态承载力结果如表3所示。

表3 长江生态经济区城市群生态承载力结果分析

3 结束语

本文运用系统动力模型，对长江生态经济区城市群综合承载力与区域经济之间的相互作用关系进行研究，比较了宜昌、南昌、新余、长沙四个市的综合承载能力发现，环境承载力对城市经济群的发展至关重要，同时宜昌市在这四个城市中的综合承载力最高，有必要对其经济、人口、资源等三要素进行进一步的仿真实验。

以宜昌为例，主要分析了其中经济、人口、资源3个子系统之间的关系，并得出了以下结论：从整体上来看，宜昌这几年的GDP处于增长状态中；人口也处于上升状态，但不怎么稳定；污水排放量也在逐年递减，这应该是因为将“先污染后处理”的思想彻底掐灭的缘故，耗水量也在下降，水资源总量得以提升。