基于生態位理論的河西走廊縣域城市競合關系研究

聶曉英, 石培基, 呂 蕊, 張學斌, 梁變變, 魏 偉

西北師范大學 地理與環境科學學院,蘭州 730070

城市作為現代社會和經濟發展的重要載體,其發展始終離不開資源,對各種資源的獲取、積累和利用,是城市持續發展的主要方式。當某一區域內的資源量滿足該區域城市發展的需要時,城市間的關系表現為協同發展,反之,城市之間就會出現競爭或相互排斥的情況。同自然生態系統一樣,把現代城市看作具有生態智慧的特殊生命體[1],其發展也表現出了類似林業等生態系統的競爭演替現象[2]。生態位概念及其理論經過近一個世紀的發展,應用范圍已經超過生態學范疇,逐步滲透到城市地理、城市經濟等領域,進而成為20世紀后半期人類研究社會系統的有效手段[3],為競爭機制、生態元(包括人類)對環境的適應性、人類生態、城市生態等方面的研究提供了重要的指導作用[4]。

隨著生態位含義的不斷拓展,生態位理論也逐步完善,有關城市地理和城市經濟的研究越來越多,國內主要集中在兩個方面,一是城市生態位概念的界定和理論的應用。如彭文俊等[5]系統回顧了生態位概念的發展歷程,并把生態位理論劃分為4個發展階段和2個主要學術流派；牛海鵬等[6]基于生態位理論,提出了耕地生態元和耕地生態位的概念,并在此基礎上構建了耕地可持續利用生態位適宜度評價模型；胡春雷等[7]強調生態位理論在城市研究中具有重要作用,認為生態位變化可反映城市的特征和發展規律；丁圣彥等[8]運用生態位理論和方法,分析了城市生態不同功能模塊間競爭、演化等現象；羅小龍等[9]將生態位及態勢理論引入城鄉結合部研究中,分析了城鄉生態位及其態勢對于城鄉結合部空間擴展的塑造作用；韓寶龍等[10]用生態位理論分析城市人口集聚的驅動因素,為相關領域的研究提供了一個新思路；陳亮等[11]通過建立社會-經濟-自然復合生態系統生態位評價指標體系,對中國31個省、自治區、直轄市的復合生態系統生態位做出了評價；汪嘉楊等[12]將耦合投影追蹤模型應用于復合生態系統生態位評價,分析了四川省的復合生態位變化趨勢；胡蒙蒙等[13]運用生態位理論和空間自相關方法,測度了天山北坡城市群的生態位,對其時空差異作了分析；秦天天等[14]運用復合生態位對農村居民點適宜性進行評價,豐富了生態位理論在不同領域中的應用。二是基于生態位理論的城市競爭機制研究。主要成果包括：(1)生態位理論及其城市競爭研究,陳紹愿等[15]把城市競爭生態位理論應用到城市競爭策略的研究中,從生態智慧的角度對城市競爭策略進行了重新解讀；王永鋒等[16]以中原城市群為例,對生態位理論及其在城市競爭研究中的作用進行了分析；彭穎等[3]運用生態位重疊理論和生態位態勢理論構建了旅游城市競爭關系判斷框架,并作了相應實證分析。(2)多維生態位及城市旅游業競爭力分析,孫海燕等[17]運用生態位理論構建業績維、潛力維、環境維三維指標體系對山東半島藍色經濟區7個城市的旅游業競爭力進行了評價；程乾等[18]通過建立基于生態位視角的波特鉆石模型,構建了文化旅游創意產業競爭力評價指標體系。近年來國外有關生態位理論在城市發展中的研究,如Sengers等[19]以生態位發展為視角,探索了城市交通轉型新模式成功的內在機理；Pallante等[20]研究了生態位發展變化對農戶生計和農業生物多樣性的促進作用。總體來講,國內有關生態位測度指標主要包括生態位寬度、生態位重疊與競爭、生態位體積、生態位維數、生態位相似比例等[21- 23],生態位理論研究的主要內容是通過計算物種生態位的寬度、重疊度等,進而研究物種間的競爭關系[22],而城市生態位的競爭是城市間爭奪優質資源和擴大可獲得資源的幅度[24]。國外研究內容則注重城市或區域的可持續發展,研究領域集中在較為微觀的范疇。

生態位重疊指數可作為刻畫城市間競爭關系的一個重要指標[3],但事實上生態位重疊并不一定伴隨著競爭,如果可供兩城市發展的資源很豐富,兩城市就可以共同利用同一資源而不損害對方的發展[22]。如果從植物群落學的角度,把現代城市看作具有生態智慧的生命體,那么城市也需要相應的資源支撐才能維持其生存和發展,因此有必要明確城市對各類資源的占有程度。而各城市能否共同在同一群落內持續發展,種群間的競合關系通常起很大作用,在城市群落中具體表現為各城市對各類資源的利用程度。本文用城市綜合發展水平來反映某一城市對所在群落中的資源占有程度,用生態位寬度來刻畫其對資源的利用程度,并通過聚類分析和生態系統結構的劃分來明確河西走廊縣域城市間的競合關系,最后借助生態位理論提出具有現實意義的競合策略,以期為河西走廊城市群落的協調和持續發展提供理論建議。文章的創新之處在于構建城市生態系統種類和城市生態系統網絡結構,用圖形表征區域內各個城市的生態位關聯,生態位關聯圖能夠形象地展示各個城市在生態系統中的地位和關系,突破了以往的數值表征生態位。

1 研究方法

1.1 研究區概況

圖1 研究區區位圖 Fig.1 Location map of study area

河西走廊地處甘肅省西北部,因其夾在祁連山與走廊北山之間,中間地勢低平,故而得名。其東西長約1000km,南北寬近100km,是通向西方的交通要道。行政范圍介于37°17′—42°48′N,92°12′—103°48′E,地域上包括武威、金昌、張掖、酒泉和嘉峪關5個地級市,共轄20個縣域城市(圖1),分屬石羊河水系、黑河水系和疏勒河水系這3個獨立的內流盆地。全區總土地面積為239560km2,截至2014年,河西走廊總人口485.02萬人,其中非農業人口182.21萬人,占甘肅省非農業人口的23.93%,GDP總量1867.64億元,人均GDP為51743元,是甘肅省人均GDP的1.6倍。研究區內交通、信息和生態等基礎設施逐步完善,酒(泉)-嘉(峪關)一體化、金(昌)-武(威)一體化加快發展,使河西走廊成為我國西北地區最具發展潛力的地區之一。由于河西走廊自古以來就是中西文化交流的一條黃金通道,西部大開發戰略的實施和新絲綢之路經濟帶的建設,將進一步促進綠洲經濟的發展及城鎮的繁榮。

1.2 城市綜合發展水平指標體系

根據“多維超體積”生態位理論的定義,本文在充分考慮河西走廊各縣域城市獲取資源的潛力和能力基礎上,采取較為全面的維度指標,盡可能客觀地反映河西走廊各縣域城市對各類資源的占有水平。本著科學性、全面性和數據可獲取性等基本原則,同時考慮河西走廊各縣域城市經濟社會發展的實際情況,構建出河西走廊各縣域城市綜合發展水平指標體系,具體包括資源環境(A1)、經濟情況(A2)和社會保證(A3)3個維度在內的25個具體指標(表1)。數據來源于《甘肅發展年鑒》《甘肅建設統計年報》《武威六十年》及部分地方統計年鑒和社會經濟統計公報,包括2001年、2005年、2009年和2013年4個年份各縣(市/區)的社會經濟統計數據,對個別缺失數據借助SPSS軟件通過插補得到。

表1 城市綜合發展水平指標體系

1.3 評價模型

1.3.1 城市綜合發展水平

運用因子分析法計算河西走廊各縣域城市的綜合發展水平。在因子分析前首先采用KMO統計量和Bartlett球形方法對全局數據進行檢驗。結果顯示,KMO值為0.757,表明變量間的公共因素較多；Bartlett顯著性概率為0.000,說明球形假設被拒絕,所選變量并非獨立,故本文的指標設計適合做因子分析。借助SPSS 16.0軟件對全局數據進行因子分析,按照主成分法默認的特征值大于1的原則,選取6個公因子,累計方差貢獻率達到76.910%,表明6個公因子保留了原始數據的大部分信息,很大程度上減少了原始數據的復雜性和冗余性。采用方差最大法對因子載荷矩陣實施正交旋轉,并根據各主成分解釋的方差占原始指標變量方差的比重,運用公式(1)計算各主成分的權重(表2)：

Fa=ca/∑ca

(1)

式中,Fa為各主成分的權重；ca為主成分貢獻率。

表2 城市綜合發展水平主成分提取及權重

根據SPSS 16.0軟件計算得出的各城市主成分得分,可以運用公式(2)計算各城市的綜合得分。由于運用因子分析方法計算的河西走廊城市綜合實力得分存在負值,為方便生態位計算,需要對數據進行轉換使其全部為正值,故采用min-max規范化方法[25],將原數據列線性變換,形成一個新的數據列(表3)。

Sj=∑Saj×Fa

(2)

式中,Fa為各主成分的權重；Saj為城市j在主成分Fa上的得分；Sj為城市j的綜合得分。

表3 河西走廊各縣域城市綜合發展水平值

1.3.2 城市生態位寬度

根據生態位理論,生態位寬度表示某物種利用資源的程度[26],城市生態位則表達了城市基于資源環境空間特性和城市性質的互動關系及對群落內各類資源的利用情況。生態位寬度越大,說明該城市在城市群落中對資源、經濟、社會等要素的利用越廣泛,競爭力越強；反之,則表明該城市在城市群落中發揮的生態作用越小,發展潛力不足,競爭力弱。

借鑒生態位態勢模型[27],以城市所能獲取自然、經濟和社會資源的“態”,即城市綜合發展水平表示城市現狀的生態位寬度,用城市所能獲取資源的“勢”,即城市綜合發展水平的變化速率和時間的推移來表示城市未來的生態位寬度。態和勢結合能夠充分反映城市生態位大小以及在城市群落中所發揮的作用和功能等。計算公式如下：

(3)

式中,i,j=1,2,3,…,n；Ni是城市i的生態位寬度；Si和Pi分別為城市i的態和勢；Sj和Pj分別為城市j的態和勢；Ai和Aj為量綱轉換系數；Sj+AjPj稱為絕對生態位。

1.4 評價結果

本研究將每個城市2001、2005、2009和2013年4年的城市綜合發展水平結果作為“態”的度量指標,以每年的平均增長率作為“勢”的度量指標,因選取年份時間間隔為4年,量綱轉換系數為0.25。根據公式3,計算出河西走廊各縣域城市的生態位寬度(表4),并利用SPSS 16.0數據處理軟件,以平方歐幾里得距離為區間尺度,采用系統聚類法和組間聯接法對河西走廊20個縣域城市進行聚類分析,按照生態位寬度值的大小進行降序排列把20個縣域城市分為4類,本文主要分析2013年和2001—2013年平均值的城市聚類結果,以此突出各城市對資源的利用現狀以及穩定狀態。

表4 河西走廊各縣域城市生態位寬度

2 結果與分析

2.1 綜合分析

資源占有程度,即城市綜合發展水平方面(表3),2001—2013年,除玉門市2009年下降外,其余城市綜合發展水平均有不同程度的提高。2013年河西走廊縣域城市中嘉峪關市和金川區綜合發展水平值最大,分別為2.444和2.160,兩者綜合發展水平值均大于2.0；涼州區(1.870)、甘州區(1.772)、肅州區(1.814)、肅北縣(1.040)、阿克塞縣(1.256)、玉門市(1.277)、敦煌市(1.194)的綜合發展水平介于1.0—2.0之間；其余城市綜合發展水平均低于1.0。河西走廊縣域城市綜合發展水平差異較大,嘉峪關市是永昌縣的4倍。嘉峪關市和金川區為工業城市,依托資源、交通、區位等優勢,經濟實力雄厚,2014年兩市GDP分別達到230.69億元和256.10億元,其中工業總產值分別為153.74億元和142.50億元；涼州區、甘州區和肅州區作為地級市的市轄區,具有較好的經濟基礎,2014年各市GDP分別為260.34億元、148.16億元、195.86億元,加之其悠久的歷史,綜合發展水平較高；肅北縣、阿克塞縣是少數民族聚居區,地廣人稀,人均經濟總量大,2014年人均GDP分別為22.62萬元和16.66萬元,是河西走廊人均GDP最低縣古浪縣的22倍和16倍；玉門市由資源枯竭型城市轉型為重要的能源基地,工業基礎好,2014年工業總產值為62.47億元,經濟水平高；敦煌市基于其豐富的旅游資源,經濟發展速度較快,2014年旅游總收入為48.05億元,占全市GDP的48.29%。

資源利用程度,即城市生態位寬度方面(表4),2001—2013年,高臺縣、山丹縣生態位寬度持續擴展,古浪縣、天祝縣、永昌縣、肅南縣、阿克塞縣生態位寬度不斷壓縮,其余城市生態位寬度均有不同程度的升降。這與城市的資源環境基礎、經濟發展水平和條件、社會公共服務的普及程度以及對外聯系能力密切相關。2013年嘉峪關市(0.122)和金川區(0.104)生態位寬度排名靠前,其次涼州區(0.094)、肅州區(0.091)、甘州區(0.090)、玉門市(0.065)、阿克塞縣(0.061)、敦煌市(0.060)處于0.06—0.09之間,其余城市生態位寬度較小。可以看出,依托資源優勢、城市投資、基礎設施建設、行政因素以及特色行業等發展的城市,比以第一產業為主的城市生態位寬度大,在城市發展中更具有競爭優勢；在河西走廊城市群落中,工業型城市嘉峪關市和金川區是帶動區域發展的“增長極”。另外,敦煌市依托優質的旅游資源,玉門市憑借其豐富的風能資源,城市特色顯著,發展潛力大,競爭優勢明顯。

圖2 城市綜合發展水平與城市生態位的關系Fig.2 The relationship between urban comprehensive development level and niche breadth

從城市綜合發展水平與城市生態位的關系可以看出(圖2),綜合發展水平值與生態位寬度呈高度正相關關系,各年份相關系數均大于0.9,說明各城市對資源的占有和利用程度聯系密切,相輔相成。2001—2013年,河西走廊各縣域城市綜合發展水平值和生態位寬度值總體呈增加趨勢,其中嘉峪關市、金川區、涼州區、肅州區和甘州區生態位寬度平均值位列前5名,對應的綜合發展水平均值分別為2.062、1.880、1.372、1.310、1.201,特別是2013年,嘉峪關市、金川區、涼州區、肅州區及甘州區的綜合發展水平和生態位寬度明顯大于其他城市,說明這5個城市對各要素的集聚能力和吸引能力較強,對周邊城市及地區具有一定的帶動作用。另外,山丹縣、古浪縣、民樂縣、高臺縣和永昌縣的綜合發展水平與生態位寬度均較小,這主要與其非農產業占比較小、經濟基礎薄弱、交通等基礎設施相對較差、地區發展潛力不大有一定的關系。

2.2 聚類分析

2.2.12013年城市生態位聚類結果

2013年河西走廊城市生態位聚類結果(圖3)表明：嘉峪關市為第一類城市,由表4可以看出,嘉峪關市的生態位是0.122,生態位排名第一,領先于其他城市,競爭優勢明顯；金川區、涼州區、肅州區和甘州區為第二類城市,生態位分別為0.104、0.094、0.091和0.090,分別位列2、3、4、5名,在河西走廊城市群落的發展中發揮著較大作用,對周邊城市及各類要素具有較強的聯接能力；玉門市、阿克塞縣、敦煌市為第三類城市,3個城市的生態位比較接近,分別為0.065、0.061、0.060,位列6、7、8名；其他城市為第四類,這類城市因受城市規模、經濟水平、交通通達能力等限制,生態位值均較低,處于中下水平。

圖3 2013年河西走廊城市生態位等級分類空間圖及聚類過程譜系Fig.3 The ordinal scale and cluster analysis pedigree of the urban niche in 2013

2.2.22001—2013年城市生態位聚類結果

2001—2013年河西走廊城市生態位聚類結果(圖4)表明：嘉峪關市和金川區為第Ⅰ類城市,由表4可知,嘉峪關市和金川區生態位分別為0.106、0.100,位列第一、二名,是河西走廊20個縣域城市中競爭力較大的城市；涼州區、肅州區和甘州區為第Ⅱ類城市,生態位分別為0.080、0.073、0.070,位列第三、四、五名,在河西走廊發展過程中始終處于重要地位,發揮著較大作用；阿克塞縣、玉門市、敦煌市和肅北縣為第Ⅲ類城市,生態位分別為0.058、0.056、0.049、0.044,在河西走廊城市群落中位列六、七、八、九名,集中分布于河西走廊西端；其余11個城市為第Ⅳ類,因自身發展基礎及條件較差,生態位值較低,處于河西走廊城市群落生態位的中下水平。

圖4 2001—2013年河西走廊城市生態位等級分類空間圖及聚類過程譜系Fig.4 The ordinal scale and cluster analysis pedigree of the urban niche in 2001—2013

2.2.3 聚類結果對比

2001—2013年間,嘉峪關市和金川區生態位始終位于河西走廊20個縣域城市前列,嘉峪關市的生態位優勢更為突出。具體而言,嘉峪關市是河西走廊重要的工業旅游城市和經濟中心,其良好的經濟基礎、城市環境和旅游資源等對外界具有很大的吸引力,冶金工業、商貿旅游業、城郊型農業經濟發展格局使其處于明顯的優勢地位,在河西走廊中具有很強的競爭力；金川區是金昌市的政治、經濟、文化和社會活動中心,因鎳礦儲量居全國首位,被稱為“鎳都”,其豐富的礦產資源和優越的區位條件,使綜合發展水平和生態位在河西走廊城市群落中具有很大優勢。

第二類城市均為地級市的市轄區,共同特點是歷史文化悠久,物產資源豐富,經濟發展基礎較好,區位優勢突出,因而綜合發展水平和生態位均較高,在河西走廊城市群落中發揮著較大作用。第三類城市集中分布在河西走廊西端,主要特點是地廣人稀,其中肅北縣和阿克塞縣人口密度均不足2人/m2,但人均產值及經濟水平高,特色產業優勢明顯,敦煌市以旅游業為支柱,玉門市新能源產業日漸成熟,肅北縣和阿克塞縣民族特色突出。第四類城市因產業結構均衡,特色產業不明顯,經濟總量較低,人均經濟水平不高,如2014年古浪縣、民樂縣人均GDP為1.03萬元和1.99萬元,城市綜合發展水平較低,生態位處于河西走廊城市群落的中下水平,城市數量占一半以上,在發展競爭中處于較大的劣勢,急需通過調整產業結構,培育經濟增長點來提高其競爭力。

2.3 競合關系

2.3.1 生態系統結構

由于各城市在城市群落中所處的地位和功能不同,其生態位大小也有所不同。從植物群落學的角度,以城市生態位值的大小為依據,根據聚類結果劃分出河西走廊城市群落的種類(圖5),即優勢種、亞優勢種和伴生種。嘉峪關市和金川區在河西走廊城市群落中因其擁有的資金、知識、人力、科技等生存資源較多,其行為能夠對其他城市的生存資源和生存條件產生影響,表現出較強的集聚能力和輻射能力,為優勢城市；涼州區、肅州區和甘州區的集聚能力和輻射能力較弱,為亞優勢種；其余城市則為伴生種。

結合河西走廊各城市的地理位置、綜合發展水平、生態位大小、內部空間結構及發展潛力,將2001—2013年第Ⅰ類城市作為河西走廊的核心城市,第Ⅱ類城市作為節點城市,第Ⅲ、Ⅳ類城市因其綜合發展水平以及生態位之間的差距較小,作為網絡城市(圖6)。形成以嘉峪關市和金川區為核心,涼州區、肅州區和甘州區為節點,其余15個城市為網絡的雙核三節點為主要發展軸的等級圈層結構。嘉峪關市和金川區應充分發揮區位、經濟和輻射中心的功能,向周邊城市擴散自身優勢,推動整個區域經濟社會的綜合發展。涼州區、肅州區和甘州區應充分發揮區域的節點連接作用,基于自身歷史文化和經濟基礎,塑造各個城市的特色和主題,突出承接核心城市和引領網絡城市的作用[28]。其余15個網絡城市應充分發揮自身的比較優勢,如敦煌市豐富的旅游資源,肅北縣、阿克塞縣和肅南縣獨特的民族風情,玉門市興起的新能源產業,加強與核心城市和節點城市的合作,提高自身競爭力。

圖5 河西走廊城市生態系統種類Fig.5 The urban ecosystem types of Hexi Corridor

圖6 河西走廊城市生態系統網絡結構Fig.6 The network structure of Hexi Corridor

2.3.2 競合策略

2001—2013年間,河西走廊城市競合模式較為明顯。通過分析河西走廊縣域城市的聚類結果及生態系統結構,利用生態位理論中物種間的分離與共存、捕食的泛化與特化等內容,對河西走廊城市生態系統提出不同的競合策略。

嘉峪關市和金川區。這兩個城市的綜合發展水平及城市生態位排在第1、2名,處于比較有利的地位?？刹扇〉拇胧┯校孩偕鷳B位擴充策略。嘉峪關市和金川區均為工業型城市,發展過程中資源消耗多,對生態環境的影響較大,因此在發展城市經濟的同時需要合理開采利用資源,加大對生態環境污染的治理和改善,以擴充其在資源環境方面的生態位。②協同發展策略。任何一個城市所擁有的資源和能力都是有限的,在經濟社會綜合發展的競爭環境中長期生存,就需要其充分發揮在河西走廊20個縣域城市中的核心作用,合理整合周邊城市的資源,實現與周邊城市的聯動和區域整體效益的最大化開發。

涼州區、肅州區和甘州區。這3個城市均為地級市的市轄區,綜合發展水平和城市生態位均處于中等水平,與嘉峪關市和金川區生態位較大的城市競爭時,處于弱勢地位?？刹扇〉拇胧┯校孩馘e位分離策略。3個城市均具有相對豐富但又獨具特色的文化資源及發展優勢,因此3個城市應開發自己特有的文化資源及經濟基礎,以實現與其他城市的生態位分離。②協同發展策略。因3個城市各具特色,在各自對其文化及經濟資源開發的同時,通過建立發展戰略聯盟,實現產品的合理組合及產品體系的互補,將在很大程度上提高各自的競爭力和發展速度。

玉門市、敦煌市和阿克塞縣等15個城市。這些城市綜合發展水平和城市生態位排名均靠后,城市的發展速度和競爭力較低?？刹扇〉拇胧┯校孩馘e位分離與特化策略。這些城市的生態位值較小,競爭力弱。因此應采取生態位錯位分離策略,選擇區別與其他城市競爭力較強的生態位,并將其特化。例如,敦煌市作為中國歷史文化名城,旅游資源豐富多彩,這是敦煌市的特色之處,應當強化這一競爭優勢。②生態位擴充策略。這些城市經濟社會發展水平均較低,因此應加大對其自身優勢及潛力的挖掘,以擴大其在經濟社會方面的生態位。③協同發展策略。這些城市雖生態位值較小,競爭能力弱,但與核心城市和節點城市相距不遠,具有明顯的區位優勢。因此需要充分利用區位優勢,注重與核心城市和節點城市的交流與合作,從而適應不斷發展變化的競爭格局。

3 結語

2001—2013年間,河西走廊各城市綜合發展水平均有不同程度的提高,城市生態位也表現出不同程度的升降,綜合發展水平值與生態位寬度呈高度正相關關系,各年份相關系數均大于0.9,說明各城市對資源的占有和利用程度聯系密切,相輔相成。聚類結果顯示,嘉峪關市和金川區生態位始終位于河西走廊20個縣域城市前列,為第Ⅰ類城市,涼州區、肅州區和甘州區為第Ⅱ類城市,阿克塞縣、玉門市、敦煌市和肅北縣為第Ⅲ類城市,其余11個城市為第Ⅳ類。在對河西走廊城市生態系統結構分析的基礎上,提出了相應的競合策略,即嘉峪關市和金川區需發揮輻射帶動作用,涼州區、肅州區和甘州區協同發展,從而帶動其余城市的發展,使河西走廊城市體系的生態位趨于平衡。

在各種區域政策及發展機遇的推動下,河西走廊城市之間的競合關系也會相應的趨于復雜和激烈。在這種情況下,如何采取有效的途徑來準確地測算和評價城市之間的競合關系成了不容回避的研究內容。生態位理論被作為一種新的研究手段運用到城市發展競合關系的研究中,得到了一些初步成果,拓寬了城市間競合關系的研究思路。在今后的研究中需要因地因時而異將其復雜多變的影響因素考慮在內,爭取構建一套完善的城市生態位理論體系。

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