生態(tài)承載力視角下黃河流域開發(fā)區(qū)演變趨勢及產(chǎn)業(yè)集聚特征研究

李金鎧，汪文翔，孟慧紅，魏 偉

（1.鄭州大學 能源－環(huán)境－經(jīng)濟研究中心，河南 鄭州 450001； 2.鄭州大學 管理學院，河南 鄭州 450001；3.鄭州大學 黃河生態(tài)保護與區(qū)域協(xié)調發(fā)展研究院，河南 鄭州 450001）

作為承載經(jīng)濟活動發(fā)生的重要空間載體，開發(fā)區(qū)的迅猛發(fā)展為經(jīng)濟增長注入了活力［1］。 伴隨著開發(fā)區(qū)數(shù)量的增加與規(guī)模的不斷擴大，城市空間規(guī)模急劇擴大［2］，造成了土地供需矛盾突出［3］、空間資源配置效率低［4］、產(chǎn)城分離［5］、環(huán)境污染［6］等問題。 現(xiàn)階段對不同類型［5，7］、不同區(qū)域［3，8－10］開發(fā)區(qū)時空演變的研究，較全面體現(xiàn)了我國開發(fā)區(qū)的空間分布以及發(fā)展特征。

黃河流域作為重要的生態(tài)功能區(qū)［11］，流域沿線城市現(xiàn)階段擁有近400 個省級以上開發(fā)區(qū)，成為助力區(qū)域工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展和對外開放的重要樞紐。產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的同時，開發(fā)強度倍增導致產(chǎn)業(yè)結構性污染、資源環(huán)境過載等問題凸顯，經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的矛盾日漸加劇［12］。 嘗試從資源環(huán)境約束的視角分析黃河流域開發(fā)區(qū)分布特征及其演變趨勢，建立DPSIR 模型的黃河流域70 個地級市生態(tài)承載力評價指標體系，并進行生態(tài)承載力測算，探究開發(fā)區(qū)演變趨勢及主導產(chǎn)業(yè)集聚特征，以期為促進黃河流域產(chǎn)業(yè)結構轉型升級與布局優(yōu)化提供依據(jù)。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 生態(tài)承載力評價指標體系構建與測算

（1）生態(tài)承載力評價指標體系。 參照現(xiàn)有區(qū)域生態(tài)承載力及資源環(huán)境優(yōu)化等方面的研究成果［13－15］，結合黃河流域實際情況，依照DPSIR 模型構建原則建立黃河流域生態(tài)承載力評價指標體系，包括目標層、準則層及指標層，見表1。 其中人口自然增長率、人口密度、萬元GDP 二氧化硫排放量、萬元GDP 廢水排放量、居民人均用電量、人均生活用水量為逆向指標，均需進行正向化處理。

表1 黃河流域生態(tài)承載力評價指標體系

（2）生態(tài)承載力計算。 對指標數(shù)據(jù)標準化處理后，運用熵值法得到各評價指標權重，通過加權求和得到黃河流域各地市的生態(tài)承載力。 第j個城市生態(tài)承載力為

式中：Ej為第j個城市的生態(tài)承載力；Wi為第i個指標權重；Yij為各指標數(shù)據(jù)標準化后的數(shù)值。

計算得到各地級市生態(tài)承載力后，采用ArcGIS 中的自然斷點法［16］將黃河流域70 個地級市的生態(tài)承載力劃分為高、較高、中等、較低、低5 個等級。

1.2 核密度法

核密度法用于計算點要素在設定鄰域范圍的密度，可直觀展示點要素或線要素的集聚程度，重點反映核中心對周邊的影響強度［17］。 將各開發(fā)區(qū)視為點要素，采用核密度法探究不同年份黃河流域開發(fā)區(qū)空間分布特征。 核密度值計算公式：

式中：n為開發(fā)區(qū)總數(shù)；K（x） 為核函數(shù)；h為搜索半徑，即核密度函數(shù)帶寬，h＞0；x－xm為估值點x到第m個開發(fā)區(qū)的距離；（x） 為核密度數(shù)值。

為了突出開發(fā)區(qū)規(guī)模差異，將開發(fā)區(qū)核準面積作為權重分析2006 年、2018 年黃河流域開發(fā)區(qū)規(guī)模分布特征。

1.3 標準差橢圓法

標準差橢圓法常用于測算一組要素（點或區(qū)域）的空間分布趨勢，通過擬定區(qū)域均值中心計算要素的標準距離，并將輸出的x與y坐標測量值生成橢圓，通過觀察橢圓形狀來度量要素的方向和分布［18］。 對黃河流域開發(fā)區(qū)空間變化趨勢分析時，分別將總體、國家級、省級開發(fā)區(qū)視為點要素組，采用標準差橢圓法對各組要素進行測度，計算公式為

式中：xm、ym為第m個開發(fā)區(qū)點坐標經(jīng)緯度；、為坐標經(jīng)緯度均值；θ為橢圓軌跡旋轉角度。

1.4 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)包括生態(tài)承載力測算指標數(shù)據(jù)以及開發(fā)區(qū)基礎數(shù)據(jù)兩部分。 生態(tài)承載力測算指標數(shù)據(jù)來源于2007—2019 年《中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》以及黃河流域九省（區(qū)）統(tǒng)計年鑒、水資源公報、生態(tài)環(huán)境狀況公報等，生態(tài)功能保護區(qū)面積數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心（https：／／www.resdc.cn）。 選擇流域沿線70 個地級市作為綜合評價分析單元，部分缺失數(shù)據(jù)根據(jù)線性插值法補齊。

70 個地級市開發(fā)區(qū)基礎數(shù)據(jù)來源于2006 年、2018 年《中國開發(fā)區(qū)審核公告目錄》，對流域范圍內國家級和省級兩大類開發(fā)區(qū)進行研究，并進行可視化處理。

2 黃河流域開發(fā)區(qū)空間格局分布特征

2.1 空間分布特征

將國家級與省級開發(fā)區(qū)經(jīng)緯度坐標可視化后，根據(jù)核密度法計算得到黃河流域2006 年、2018 年開發(fā)區(qū)數(shù)量密度分布圖，并選用核準面積作為權重得到規(guī)模密度分布圖，見圖1。 開發(fā)區(qū)圍繞中心城市發(fā)散，區(qū)域間差異明顯，黃河下游開發(fā)區(qū)分布較上中游更加密集。

從數(shù)量分布看，研究期間開發(fā)區(qū)分布經(jīng)歷了從向南部及中部擴散的過程，整體形成了“一橫三縱”的分布格局。 2006 年開發(fā)區(qū)主要集中于山東省內，除山東省外呈現(xiàn)出以蘭州、銀川、太原、鄭州、呼和浩特和包頭等地為主體的六大核心區(qū)，城市群極化特征明顯。2018 年開發(fā)區(qū)數(shù)量增長了近一倍。 得益于一帶一路倡議，河南省以極快的發(fā)展速度建立起數(shù)量和規(guī)模僅次于山東省的開發(fā)區(qū)集群，與山東省一并包絡近半數(shù)開發(fā)區(qū)。 西安集聚片區(qū)呈十字形輻射狀，縱向輻射到延安—榆林以及安康，橫向延伸到渭南以及寧夏固原。隨著流域中部及南部新興產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)量激增，山東省各地市及太原、銀川、呼和浩特、蘭州的開發(fā)區(qū)集聚現(xiàn)象均有一定程度弱化。

從規(guī)模分布看，2018 年開發(fā)區(qū)大幅擴張，核準總面積擴大到2006 年的2.33 倍。 2006 年開發(fā)區(qū)規(guī)模密度分布與數(shù)量密度分布特征相似，呈明顯城市群集聚特點。 得益于國家政策扶持及區(qū)位優(yōu)勢，內蒙古自治區(qū)2012 年頒布了《內蒙古開發(fā)區(qū)“十二五”總體發(fā)展規(guī)劃》，批準建成了一批開發(fā)區(qū)，邊境地帶開發(fā)區(qū)規(guī)模效益初顯，呼和浩特開發(fā)區(qū)規(guī)模密度減小，極化效應減弱。 囿于土地資源管控以及市場資源飽和，2018 年下游城市開發(fā)區(qū)規(guī)模密度逐漸減小，中上游地區(qū)規(guī)模密度增大更為明顯，區(qū)域間差距縮小，開發(fā)區(qū)規(guī)模分布趨于均衡。

從總體格局看，2006 年開發(fā)區(qū)處于發(fā)展初期，以優(yōu)先發(fā)展核心城市為總體布局，開發(fā)區(qū)主要分布在黃河沿線城市及山東省，此階段中上游城市發(fā)展滯后，暫未大規(guī)模進行開發(fā)區(qū)建設，流域中南部具有明顯生態(tài)優(yōu)勢。 2018 年，開發(fā)區(qū)向中南地區(qū)邁進，以下游山東省與河南省為集聚核心，除青海省和內蒙古自治區(qū)西部等重點生態(tài)功能區(qū)仍較少涉足開發(fā)區(qū)建設外，各省（區(qū)）開發(fā)區(qū)數(shù)量及規(guī)模均呈現(xiàn)連片化增長趨勢。 省會城市極化效應減弱，城市群輻射效應突顯。 此外，西安、鄭州、濟南等地區(qū)開發(fā)區(qū)數(shù)量及規(guī)模均有所增長，同時生態(tài)承載力增大，與其合理配置產(chǎn)業(yè)資源等發(fā)展理念密切相關，一定程度證實了開發(fā)區(qū)產(chǎn)生規(guī)模效益后，其產(chǎn)生的技術溢出與示范效應能形成有效環(huán)境規(guī)制［6］。

2.2 總體重心與軸向變化

為進一步分析黃河流域開發(fā)區(qū)空間格局變化，采用標準差橢圓法繪制開發(fā)區(qū)發(fā)展軌跡和重心，結果見圖2。 自實施區(qū)域協(xié)調發(fā)展的戰(zhàn)略以來，流域開發(fā)區(qū)輻射區(qū)域面積增大，布局更為均衡。 從軌跡軸向變化看，黃河流域省級、國家級和總體開發(fā)區(qū)標準差橢圓軸向均呈現(xiàn)“東—西”走向，且集中在流域東南，該區(qū)域包含流域生態(tài)承載力最佳區(qū)域。 2006 年頒布《西部大開發(fā)“十一五”規(guī)劃》以來，開發(fā)區(qū)分布明顯向西偏移。2018 年除國家級開發(fā)區(qū)外，標準差橢圓軌跡及重心均向西南偏移，面積增大，長半軸縮短，短半軸變長，向心力減弱，離散程度增大。 國家級開發(fā)區(qū)離散程度最大，省級開發(fā)區(qū)空間集聚特征更明顯。

從重心變化看，省級、國家級和總體開發(fā)區(qū)重心均落在黃河流域中游。 國家級開發(fā)區(qū)重心移動方向與省級、總體開發(fā)區(qū)重心移動方向相反。 研究初期國家級開發(fā)區(qū)數(shù)量極少，按照省會城市均勻分布，其重心在研究區(qū)中間位置。 隨著流域下游及其他非省會城市國家級開發(fā)區(qū)陸續(xù)批復建立，2018 年國家級開發(fā)區(qū)重心向東偏移，由延安轉移到臨汾。 總體與省級開發(fā)區(qū)重心均向西南移動，由長治轉移到臨汾，移動方向與軌跡偏移方向相同，說明西南地區(qū)開發(fā)區(qū)數(shù)量與規(guī)模均有所擴大，黃河流域開發(fā)區(qū)建設趨向于均衡。 2018 年省級、國家級和總體開發(fā)區(qū)重心的匯集，表明國家級開發(fā)區(qū)的區(qū)域帶動作用顯著增強，各類開發(fā)區(qū)空間布局更為統(tǒng)一。 開發(fā)區(qū)總體在流域內協(xié)調發(fā)展，與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的共生關系明顯。

3 開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)空間分布及其集聚特征

3.1 主導產(chǎn)業(yè)分布

按照《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》（GB／T 4754—2017）對黃河流域開發(fā)區(qū)進行分類，并參考現(xiàn)有文獻分類方法［8－9］，結合黃河流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，從勞動密集型、資本密集型和技術密集型產(chǎn)業(yè)三個方面劃分為11 個行業(yè)類型。 按照2018 年《中國開發(fā)區(qū)審核公告目錄》中發(fā)布的各開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)進行行業(yè)分類，由于單個開發(fā)區(qū)涉及1～3 個行業(yè)類型，因此測算頻次占比時將研究范圍內國家級開發(fā)區(qū)70 個、省級開發(fā)區(qū)297 個作為總量，各類開發(fā)區(qū)數(shù)量之和大于開發(fā)區(qū)總數(shù)，占比之和大于100%，開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)行業(yè)分類與頻次占比見表2。

表2 開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)行業(yè)分類與頻次占比

3.2 主導產(chǎn)業(yè)空間分布格局

從行業(yè)類型看，無論是國家級開發(fā)區(qū)還是省級開發(fā)區(qū)，占比最大的均是機械制造業(yè)。 黃河流域作為機械制造業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域，在“十一五”期間建立了大量以自主創(chuàng)新體系為主的機械制造業(yè)高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，促進了區(qū)域對外貿(mào)易和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟增長。 在其他行業(yè)類型分布上，省級開發(fā)區(qū)勞動密集型產(chǎn)業(yè)總體占比明顯高于國家級開發(fā)區(qū)的。 相反，技術密集型產(chǎn)業(yè)省級開發(fā)區(qū)占比較低，原因是技術密集型產(chǎn)業(yè)對于技術投入的強度與規(guī)模要求較高，國家級開發(fā)區(qū)更能滿足技術密集型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。 勞動密集型產(chǎn)業(yè)占地面積較大、人員密集，受土地利用效率及環(huán)境管控等限制，大多數(shù)為省級開發(fā)區(qū)。 總的來說，黃河流域開發(fā)區(qū)的行業(yè)分類不均，國家級開發(fā)區(qū)行業(yè)分布體系較省級開發(fā)區(qū)的更合理，流域新材料發(fā)展較為突出，新增開發(fā)區(qū)多以綠色發(fā)展為理念，成為拉動經(jīng)濟高質量發(fā)展的新動能。

對開發(fā)區(qū)不同類型主導產(chǎn)業(yè)集聚程度進行可視化分析，核密度分布見圖3。 黃河流域開發(fā)區(qū)整體呈現(xiàn)東密西疏、南密北疏的空間分布特征。 根據(jù)主導產(chǎn)業(yè)類型，農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)呈橫向分布態(tài)勢。 食品和煙草行業(yè)、紡織服裝業(yè)、現(xiàn)代制藥業(yè)以及新材料業(yè)均集聚于各省省會周邊，對經(jīng)濟發(fā)展的依賴程度較高。 機械制造業(yè)分布范圍最廣，除在甘肅、河南以及山東形成大規(guī)模核心區(qū)外，在各省省會周邊均呈中等范圍集聚。微電子與信息產(chǎn)品制造業(yè)以西安、鄭州以及濟南為主。航空航天工業(yè)數(shù)量較少，僅在西安有小范圍集聚。

從省域角度看，下游城市開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)多樣性更明顯，在食品和煙草行業(yè)、化工業(yè)、機械制造業(yè)以及新材料方面有明顯省域極化特征，其他產(chǎn)業(yè)分布較為均勻。上游甘肅省農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)較為突出，甘肅省以開發(fā)區(qū)為載體培育特色精深加工龍頭企業(yè)，通過全域均衡發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)，實施精準扶貧，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。 寧夏回族自治區(qū)技術密集型開發(fā)區(qū)占比較低，農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)集聚在南部，新材料與化工業(yè)集聚于北部，其他類型主導產(chǎn)業(yè)在南北均有分布。 內蒙古自治區(qū)開發(fā)區(qū)以呼和浩特為核心，食品和煙草行業(yè)、化工業(yè)以及新材料等在其周邊形成小規(guī)模集聚區(qū)。 中游陜西、山西兩省開發(fā)區(qū)各類產(chǎn)業(yè)分布較為一致，相較而言，山西省化工業(yè)發(fā)展更為突出，陜西省依附區(qū)域科技創(chuàng)新實力，航空航天工業(yè)發(fā)展勢頭良好，現(xiàn)代制藥業(yè)集聚性更強。 從產(chǎn)業(yè)結構來說，鄰近省份如山東與河南、山西與陜西的產(chǎn)業(yè)結構趨同化現(xiàn)象較為嚴重，這與地域關系、資源配置及政策導向有關［7］，不利于發(fā)揮地區(qū)比較優(yōu)勢，因而難以形成規(guī)模經(jīng)濟。

從生態(tài)角度看，開發(fā)區(qū)分布密集區(qū)域生態(tài)承載力基本處于中等水平。 西安、鄭州、濟南生態(tài)承載力較高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展較均衡，環(huán)境規(guī)制與產(chǎn)業(yè)升級對于這三市的高質量發(fā)展與生態(tài)保護有著明顯的協(xié)同效應［19］。此類地區(qū)應結合區(qū)域發(fā)展現(xiàn)狀培養(yǎng)新興產(chǎn)業(yè)及服務業(yè)等低排放、低能耗產(chǎn)業(yè)，依托交通網(wǎng)增強區(qū)域輻射力度。 生態(tài)承載力相對較高的中游地區(qū)，尤其是陜西北部、山西西部等，開發(fā)區(qū)以制造業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)為主，這些地區(qū)需要推進新技術在制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)中的轉化應用，減少高能耗、低效率的中小企業(yè)。 其他處于中低生態(tài)承載力水平的地區(qū)，以發(fā)展機械制造業(yè)和化工業(yè)為主，農(nóng)副產(chǎn)品及加工業(yè)、食品和煙草行業(yè)為輔，應合理調整產(chǎn)業(yè)結構，加快傳統(tǒng)農(nóng)副產(chǎn)業(yè)轉型及配套服務業(yè)發(fā)展。

4 結 語

黃河流域開發(fā)區(qū)圍繞中心城市呈現(xiàn)以城市群為集聚群的分布態(tài)勢。 區(qū)域間差異明顯，開發(fā)區(qū)分布逐漸密集，開發(fā)區(qū)數(shù)量與規(guī)模均明顯增長。 從軌跡軸向變化看，黃河流域開發(fā)區(qū)標準差橢圓軸向呈“東—西”走向。 總體與省級開發(fā)區(qū)空間分布變化趨勢一致，軌跡及重心均向西南偏移，標準差橢圓面積增大，向心力減弱，離散程度增大。 國家級開發(fā)區(qū)軌跡及重心向東偏移，離散程度最大。 從行業(yè)類型看，黃河流域開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)占比最大的是機械制造業(yè)，且總體以傳統(tǒng)資本密集型產(chǎn)業(yè)為主，產(chǎn)業(yè)結構呈現(xiàn)出重工業(yè)化傾向。 省級開發(fā)區(qū)勞動密集型產(chǎn)業(yè)總體占比明顯高于國家級的，省級開發(fā)區(qū)技術密集型產(chǎn)業(yè)占比較少，國家級開發(fā)區(qū)行業(yè)類型分布更合理。 對于開發(fā)區(qū)主導產(chǎn)業(yè)空間布局來說，各主導產(chǎn)業(yè)類型分布差異較大。 下游城市開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)多樣性顯著，在機械制造業(yè)及新材料等方面有明顯省域極化特征，其他產(chǎn)業(yè)基于社會及地理因素等在省會及部分城市呈散點分布。 鄰近省份產(chǎn)業(yè)結構趨同化現(xiàn)象較為嚴重，生態(tài)承載力脆弱地區(qū)仍面臨開發(fā)區(qū)資源錯配等問題。