武汉城市圈绿色发展时空演变及影响因素

陈义菁, 梅 琳*, 张 涛, 敖荣军

(1.华中师范大学可持续发展研究中心, 武汉 430079; 2.地理过程与空间分析模拟湖北省重点实验室, 武汉 430079)

当今时代,新型城镇化、农业现代化、信息化以及工业化等进程不断加快,环境污染、生态破坏、资源耗竭等一系列问题不断凸显[1],绿色发展已成为城市高质量发展的必然选择.2022年党的二十大进一步指出要推动绿色发展,促进人与自然和谐共生.绿色发展作为资源节约、环境保护的新型可持续发展模式,是经济、社会、生态环境协调共生、相互交织的结果.科学测算城市绿色发展水平,对于践行“绿色发展”国家战略和建设生态文明新时代的美丽中国具有重要意义.

1966年,美国学者博尔丁首次提出“绿色发展”的概念[2],联合国环境规划部署、经合组织等诸多国际机构陆续对绿色经济、绿色产业、绿色增长、绿色创新等开展研究,绿色发展理念遍布全球并受到重视.现阶段,学界对绿色发展的研究主要聚焦以下方面:1)在概念内涵上,绿色发展的定义没有统一界定.诸多学者将绿色发展的概念与可持续发展、生态文明建设划为等号[3],侧重从经济学视角探索社会发展、经济增长与资源环境的最优发展.随着经济进入新常态,高质量发展[4]、碳中和与碳达峰[5]、包容性增长[6]等主题与绿色发展理念相结合,扩大了绿色发展研究的广度与深度.2)在空间特征上,学者们从全球[7-8]、全国[9]、省域[10]等不同尺度探讨绿色发展的空间分布特征.此外,对于黄河流域[11]、京津冀[12]等典型区域也有涉及.张仁杰等发现长江经济带绿色发展存在下游最高、中游次之、上游最低的空间分布特征[13];舒成等学者指出江西省各地级市绿色发展水平间存在显著的空间集聚效应[14].3)在影响机制上,学者们多运用地理加权回归模型[15]、地理探测器[16]、空间计量模型[17]、障碍度模型等方法,探索产业结构[18]、对外开放度[19]、科学技术[20]、环境规制[21]、政府调控[22]等驱动因素对绿色发展的影响.

总结已有文献可知,一方面,研究视角多从生态学、经济学出发,鲜有基于地理学视角从“过程-格局-机制”研究绿色发展的时空分异及影响机制;另一方面,多是对全国、省域及典型区域的绿色发展时空演变开展实证研究,将武汉城市圈作为案例区还未涉及.武汉城市圈作为“两型社会(资源节约型与环境友好型)建设综合配套改革试验区”,在推进生态文明建设与可持续发展发挥了巨大作用.鉴于此,本文以武汉城市圈为研究区域,采用空间自相关和地理探测器模型等计量方法对武汉城市圈绿色发展时空演变特征与影响机制进行研究,旨在为武汉城市圈绿色发展提供参考.

1 研究区概况

武汉城市圈地理位置优越,地处湖北省东部、长江中游与江汉平原的中东部,行政区划涉及武汉、黄石、黄冈、仙桃、咸宁、天门、鄂州、孝感和潜江9个城市[23](图1).截至2020年末,武汉城市圈GDP总值为17 257亿元,占湖北省GDP总量的39.72%,是全国主体功能区规划的重点发展区域[24].武汉城市圈自然资源禀赋,河流近300条,拥有省级以上自然保护区10个,近年来环境治理成果显著,空气质量优良天数占比达76.9%.

图1 研究区域示意图Fig.1 Sketch map showing the study area

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 熵值法 熵值法是客观的权重计算方法,可以有效避免赋权的主观性影响,被广泛使用在绿色发展、高质量发展以及碳排放等领域.鉴于此,本文采用熵值法对2010—2020年武汉城市圈绿色发展评价指标进行赋权,测算绿色发展综合指数,用以表征绿色发展水平.详细计算公式参见文献[25-26].

2.1.2 探索性空间数据分析法 探索性空间数据分析方法(ESDA)[27]常用来分析数据的空间变化趋势和区域间的差异程度.本文选取全局Moran’sI与局部Moran’sI对绿色发展水平的时空分异特征进行测度.

1) 全局空间自相关

全局Moran’sI是评价空间自相关统计的常用指标,一般只能分析整个研究区域的空间依赖程度[28-29],进而判断在空间上是否表现一定的集聚特征.详细计算公式如下:

(1)

(2)

式中,I表示全局莫兰指数,取值范围一般在[-1,1].本文使用全局Moran’sI来反映武汉城市圈绿色发展水平的空间关联性与差异性程度.

2) 局部空间自相关

局部Moran’sI常用来分析观测值的局部空间特征,主要用来描述不同区域与邻近区域间绿色发展水平的空间相关性[30-31].Local Moran’sI定义如下:

(3)

式中,Ii表示局部莫兰指数,用来反映局部集聚特征,主要表现为高-高、低-低、高-低、低-高四种集聚现象.

2.1.3 地理探测器模型 地理探测器模型广泛应用在生态环境、绿色发展等领域[32-34].它作为测度空间分异特性的工具,包括因子探测、风险探测和因子交互探测等方法,常用来分析多个影响因素的驱动作用.本文探测武汉城市圈绿色发展影响因素的具体模型如下:

(4)

式中,q为武汉城市圈绿色发展的驱动因素探测因子,q值越大表明驱动因子对武汉城市圈绿色发展水平空间分异的影响程度越大.

2.2 指标体系构建

绿色发展评价指标体系作为绿色发展内涵与路径策略的重要纽带.合理构建绿色发展指标体系,可以系统地、全面地测算武汉城市圈绿色发展水平.目前学术界对“绿色发展”评价指标的选取未有统一界定,随着研究主题的不断深入,指标体系涉及的内容日益丰富.郭付友等[35]基于“状态-响应-压力”模型从社会、经济、环境和政府等维度构建黄河流域绿色发展评价体系;王淑婧等[36]紧扣“高质量”与“绿色”两大关键特征,从绿色核心动力、创新产业、环境基底和发展绩效选取18个指标测度长三角城市群高质量绿色发展水平.在已有的文献基础上,本文认为绿色发展是在社会经济建设过程中注重资源节约、环境保护的新型可持续发展模式,是经济、社会、生态相互交织的结果.鉴于此,结合研究区现状,并借鉴相关研究[37-39],构建武汉城市圈绿色发展水平指标体系(见表1).其中,包含3项一级指标和15项二级指标,涵盖社会、经济、环境、医疗、产业发展等内容.

表1 武汉城市圈绿色发展水平指标体系

2.3 数据来源

研究数据来自《湖北省统计年鉴(2011—2021)》《中国城市统计年鉴(2011—2021)》《中国城市建设统计年鉴(2011—2021)》以及2011—2021年的武汉城市圈各市统计年鉴与统计公报.其中,生态环境状况指数与空气治理优良天数比指标数据分别从武汉城市圈9个城市的自然环境保护厅获取,部分缺漏数据使用移动平均法将其补齐.

3 武汉城市圈绿色发展时空演变特征分析

3.1 时间演变特征

借助熵值法测算2010—2020年武汉城市圈绿色发展水平(表2),结果表明:一方面,武汉城市圈总体绿色发展水平在研究时段内呈“直线”增长的趋势(图2),由2010年的0.327上升至2020年的0.427.2010—2015年绿色发展水平增速缓慢,由0.327提高到0.351,增加了7.34%.2016—2020年,绿色发展水平由0.369提高到0.427,绿色水平提升速度较快,绿色发展理念提出并得到实践,效果逐步凸显.另一方面,武汉城市圈9个城市的绿色发展水平整体表现为增长态势,武汉市的绿色发展水平最高,是最后一名天门市的2.10倍(图2).究其原因,武汉作为中部地区中心城市,在资金、技术以及人才等方面占有优势,聚焦了大量科研机构和高新企业,在经济快速发展的同时,注重了生态保护与环境治理,绿色发展水平随之提升.天门市自然资源禀赋,但产业结构仍以第一产业为主,创新为驱动的新型企业发展缓慢,以至于绿色发展水平值在研究期间最低.在2010-2020年期间,咸宁、武汉、黄冈绿色发展水平高于武汉城市圈,黄石、鄂州、孝感、仙桃、天门、潜江绿色发展水平低于武汉城市圈,进一步说明武汉城市圈区域内部绿色发展水平差异显著.

表2 2010-2020年武汉城市圈各城市绿色发展水平

图2 武汉城市圈绿色发展时序变化图Fig.2 The time change of green development in Wuhan Metropolitan Area

3.2 空间演变特征

3.2.1 “中间高、四周低”空间分布 以武汉城市圈绿色发展水平测算结果(表2)为基础,使用ArcGIS将绿色发展水平进行空间可视化.总体上看,武汉城市圈绿色发展空间格局相对稳定,2010年到2020年间逐渐形成“中间高、四周低”的空间分布特征.以武汉为核心的两极分化发展趋势逐渐明显,折射出武汉城市圈绿色发展可能存在循环累积效应,进而造成各城市之间绿色发展水平差距逐渐变大.

3.2.2 空间集聚程度呈“减弱”趋势 为进一步揭示武汉城市圈绿色发展空间集聚特征,利用ESDA方法计算全局Moran’sI(表3).2010年、2015年、2020年全局Moran’sI均为正,分别通过了92.8%、91.10%、88.20%的显著性检验.具体来看,2010—2015年全局Moran’sI小幅度下降,而2015—2020年Moran’sI显著下降,表明武汉城市圈绿色发展空间集聚程度逐渐减弱,武汉城市圈绿色发展在空间上具有“离散”和“分化”的现象.

表3 武汉城市圈绿色发展全局Moran’s I指数

本文进一步使用GeoDa软件对2010年、2015年和2020年三个时间截面的绿色发展局部空间异质性进行测算(表4).局部空间自相关分析可将其绿色发展空间分布集聚分为H-H集聚区、L-L集聚区、L-H集聚区、H-L集聚区四大类.具体来看:1) H-H集聚区.这一区域的城市数量减少,而处于这一区域的城市所具备的典型特征是有良好的溢出效应,可以促进邻近城市绿色发展水平的提高.2) L-L集聚区.2010-2020年该区域的城市数量由4个下降至2个,这一区域的城市与周边城市绿色发展水平均较低,是绿色发展的“滞后区”.3) L-H集聚区.2010年与2015年只有两个城市位于该区域;在2020年,城市数量大幅度增加,由2个增加到5个.这是因为该区域城市绿色发展水平较低,而邻近区域较高,可以利用H-H城市绿色发展的“辐射效应”,实现从L-H区域到H-H区域的跃迁.4) H-L集聚区.研究时段内仅有武汉位于该区域,这是因为武汉在经济快速发展的同时吸引了周边地区的资金、人才与技术,导致与邻近城市形成了“H-L”的发展逆差.整体来看,武汉城市圈绿色发展空间集聚特征逐渐由H-H集聚(L-L集聚)向H-L集聚(L-H集聚)转变,进一步说明武汉城市圈绿色发展经历了从“集聚”到“分化”“离散”的转变.

表4 武汉城市圈绿色发展水平局部空间聚类

4 武汉城市圈绿色发展影响因素探测

武汉城市圈绿色发展水平在2010-2020期间存在空间分异和不均衡特征,本文借助地理探测器模型的因子探测和交互作用探测对武汉城市圈绿色发展的影响因素进行测算分析.鉴于此,借鉴参考已有研究[40-42],结合武汉城市圈绿色发展现状与特点,从政府调控、对外开放、科技水平、经济发展、产业结构、环境规制六个维度验证影响因素的驱动作用,分别选择一般财政支出、实际利用外资总额、专利授权数量、人均GDP、第二产业GDP与第三产业GDP比值与生态环境状况指数进行表征.

4.1 影响因子探测结果分析

从因子探测结果(表5)来看,2010-2020期间所有影响因素的q值均通过了1%水平显著性检验,说明所选取的影响因子可以较好地用来解释绿色发展水平的空间分异.具体来看,经济发展和科技水平是影响武汉城市圈绿色发展的主导因子,两者的q值均大于0.800.经济发展作为绿色发展的物质条件基础,对武汉城市圈绿色发展的影响逐渐增大,进而促进城市向绿色发展转型.政府调控、对外开放、环境规制和产业结构影响力度相对较弱,但这些因素的作用不容忽视.武汉城市圈在技术进步、经济发展和人才储备等方面优势明显,具备发展科技创新的基础条件,进而促进企业的环境污染治理能力与资源综合利用率提升,绿色发展水平随之提高.因此,武汉城市圈绿色发展空间分异是经济发展、科技水平、政府调控、产业结构、对外开放与环境规制等因素共同作用的结果.

表5 武汉城市圈绿色发展因子探测结果

4.2 影响因子交互作用分析

交互作用探测结果(表6)可以发现,2010-2020年各影响因素交互作用表现为双因子增强与非线性增强两类,以非线性增强为主.相较于单个因子(表5)的解释力,经交互作用后对绿色发展水平的解释力增强.以环境规制为例,可以发现在2020年环境规制单个因子对绿色发展的解释力仅有0.479,但通过与产业结构、经济发展交互后影响程度达0.800以上,说明了武汉城市圈绿色发展空间分异是多种因素相互作用的结果.

表6 武汉城市圈绿色发展因子交互探测结果

5 结论与讨论

5.1 结论

本文基于地理学视角从“过程-格局-机制”探究了武汉城市圈绿色发展的时空演变特征及影响机制,得出以下结论.

1) 从时间演变来看,2010—2020年武汉城市圈绿色发展水平总体呈现“直线”上升趋势,由2010年的0.327上升至2020年的0.427.具体来看,咸宁、武汉、黄冈绿色发展水平高于武汉城市圈,黄石、鄂州、孝感、仙桃、天门、潜江绿色发展水平低于武汉城市圈,总体表现为武汉市最高、天门市最低的格局,区域差异显著.

2) 从空间演变来看,武汉城市圈绿色发展空间格局相对稳定,2010年到2020年间逐渐形成“中间高、四周低”的空间分布特征.武汉城市圈绿色发展空间存在循环累积效应,增加了各城市间不均衡发展程度,导致绿色发展高水平与低水平区域的极化效应愈加突显.

3) 从空间相关性来看,武汉城市圈绿色发展在空间格局上具有一定正相关性.随着时间推移,武汉城市圈绿色发展的H-H集聚区与L-L集聚区数量减少,主要表现为L-H集聚区,空间集聚程度有所减弱,具有“离散”和“分化”的现象.

4) 从影响因素来看,武汉城市圈绿色发展空间分异是经济发展、科技水平、政府调控、产业结构、对外开放与环境规制等因素共同作用的结果.其中,经济发展和科技水平对武汉城市圈绿色发展空间分异格局的影响程度最深.

5.2 讨论

在新发展理念与高质量发展理论提出的背景下,城市的绿色发展如何增效提质显得极其重要.本文基于以上研究结果,提出如下建议.

1) 要继续推动武汉城市圈各个城市走绿色发展道路,发挥武汉在绿色发展过程中的辐射带动作用,充分利用湖北碳排放交易平台、武汉城市矿产交易等区域性平台中心,体现绿色发展的体制机制优势.黄冈市在加快新型城镇化与工业化建设的同时,应积极承接国内外产业转移,实现从农业大市向工业富市的转变.黄石市工业基底雄厚,未来可以通过科技创新技术手段加快实现传统产业转型,着力增强绿色发展内生动力.孝感市依托其交通区位优势,进一步强化与邻近城市资源、技术和成果的共享.天门、仙桃、潜江等市今后可以凭借资源禀赋等优势,大力发展生态农业、茶旅产业等特色产业,实现资源集约利用;同时可以将节能降碳作为推动绿色发展的重要抓手,实施“技改提能、制造焕新”的行动,促进经济社会可持续发展.

2) 结合武汉城市圈绿色发展影响因子探测结果,武汉城市圈今后要充分注重环境规制建设,针对城市绿色发展提出更加科学、有效的规划和政策;同时也要加强科技创新水平提升,以绿色科技驱动绿色建设,牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念,注重对区域资源环境的保护和治理.

3) 本文以武汉城市圈为研究对象,从“过程-格局-机制”研究了绿色发展的时空演变特征及影响机制,但缺少与其他城市圈绿色发展水平、状况的对比研究,普适性较弱.另外,绿色发展水平的空间分异受多重因素的影响,将自然、交通、文化、社会等综合因素相结合分析绿色发展空间分异的研究将会是未来重点关注的议题.