本研究从国土开发强度与生态承载力两方面选取指标,依据樊杰著作《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价方法指南》中的技术规程及林坚^[15]、叶菁^[16]与金悦^[17]等相关研究成果进行初步指标统计与筛选。由于资源型城市的发展过程通常伴随着大规模、高强度的资源开发,其生态系统面临巨大挑战,为准确反映资源型城市国土开发强度与生态承载力协同发展的特有内涵和运行机制,应适当调整国土开发强度核算仅侧重于土地扩张程度,而忽视转型期过程中人口集聚与经济发展水平,并在强调生态系统整体支撑水平与调节能力的同时,更需关注工矿产资源开采、冶炼、利用所带来生态压力的变化。本文结合马鞍山市经济发展阶段、内部资源禀赋以及公共基础设施等实态特征,通过资源型城市的建设规模、承载容量、经济效益等相应指标衡量国土开发强度,并以污染物排放量、人均资源拥有量及除污能力等指标对生态承载力进行测度,进而构建综合评价指标体系(表1)。

表1 国土开发强度与生态承载力综合评价指标体系

本文的基础数据主要包括2008—2018年马鞍山市36个镇域单元的土地利用数据、资源环境现状数据、统计年鉴与历史文献资料。其中,土地利用数据来源于市自然资源局提供的历年土地调查数据; 环境数据(大气环境、水环境等方面的指标数据)来自历年环境状况公报以及市环保局提供的污染物排放数据; 经济社会数据根据近10 a统计年鉴及所辖县(区)的统计资料得出。针对马鞍山市多次行政区划调整问题,本文以2018年最新行政区划结果对原始数据进行归并整合,确保各数据间的准确性与可比性。所用矢量数据来源于地理国情普查平台。部分缺失数据采用相邻年份插值法补齐。

采用综合评价指数模型,以2008年、2013年、2018年为典型时间节点,结合标准化处理后的数据,绘制样本城市国土开发强度与生态承载力的综合评价指数图(图1)。

国土开发强度呈现快速的上升趋势且空间异质性愈加凸显。从整体演变趋势看,3个年份各镇域国土开强度均值分别为0.215 6,0.431 9,0.538 6,年均增长率达到14.98%,10 a间大规模、高强度的重工业发展带动产业配套设施用地需求不断增加,导致城市人口与产业集聚效应加强、建设用地规模迅速扩张。从区域内部看,3个年份各镇域国土开发强度指数的标准差依次为0.078 4,0.107 4,0.121 4,空间异质特征逐步显现。高值区包括博望、姑孰与太白等“经济重镇”,主要分布于长江(马鞍山段)两岸及中部城镇发展轴,恰与城市“十字廊架”发展结构相契合,该区域依托于得天独厚的区位、政策优势,人口与产业集聚态势持续增强,城镇建成区面积迅速拓展。相较之下,湖阳镇、大陇乡3个年份国土空间开发强度均值仅达到0.229 2,这与其经济基础薄弱、矿产资源不足、地形地貌限制等密切相关。

生态承载力呈现平稳的上升趋势且空间差异不明显。从总体发展特征看,3个年份各镇域生态环境承载指数均值分别为0.420 2,0.460 9,0.489 5,年均增长率仅为1.65%。由此可见,资源型城市生态环境水平的提升更趋于循序渐进的过程,并且治污减霾、生态修复等活动缺乏足够重视,导致生态承载指数增长缓慢,甚至部分镇域存在波动。从空间属性看,3个年份各镇域生态环境承载指数的标准差数值为0.089 4,0.090 4,0.089 7,可见空间差异不大且基本保持稳定,呈现以长江(马鞍山段)为界,西部略高于东部的空间分布特征。究其原因:江东片区作为承接南部产业转移的主战场,忽视资源环境容量问题,缺乏长远科学规划,造成生态压力较大; 江西片区大部分镇域属于省级主体功能区划层面下的限制开发区^[26],资源环境支撑力相对较高,但生态系统调节力稍显不足。

国土开发强度与生态承载力耦合协调水平是资源型城市转型的重要标志,根据耦合协调度模型,计算得到2008—2018年马鞍山市各镇域国土开发强度与生态承载力耦合协调度均值及其协调发展类型(表3)。10 a间耦合协调度均值由0.383 2增至0.502 4,保持连续上升的趋势,由2008年的中度失调阶段逐步过渡至2018年的低度协调阶段。随着资源型城市更新迭代的步伐加快,国土开发强度与生态承载力呈现愈加紧密的协调发展态势。依据耦合协调度所处水平可将其大致分为3个阶段:(1)2008—2009年处于(0.3,0.4]的中度失调阶段,国土开发与生态环境接近无序发展,且二者自身综合发展水平较低,导致耦合协调性差。(2)2010—2015年,二者耦合协调度有所提高,上升至(0.4,0.5]的轻度失调阶段,该阶段马鞍山市注重整体产业经济的快速发展,国土开发强度持续上升,以主体功能区控制、新型城镇引入与经济社会品质要求等新时代理念引领高质量国土空间开发的趋势愈加显著,两系统的互动结构也不断趋于合理,二者耦合协调性取得明显成效。(3)2016—2018年逐渐步入(0.5,0.6]的低度协调阶段,随着矿产资源产业转型步伐加快,生态绩效考核落到实处,在长江经济带建设机遇下,“因钢立市”到“以港兴城”的战略转移以及长江(马鞍山段)“1515”基准线的划定,使得国土开发规模扩张减缓,集约利用程度增加,国土开发与环境保护的协同之势增强。

图1 国土开发强度与生态承载力综合指数测度

表3 国土开发强度与生态承载力耦合协调发展类型

通过对两者耦合协调类型发展态势的基本研判,为更好地解析耦合协调度的动态演化进程及内在联系,结合表3数据,进行可视化处理。根据图2曲线可知,耦合协调度呈现迅猛增长阶段Ⅰ(2008—2014年)与稳步增长阶段Ⅱ(2015—2018年)“两段式”演化路径。第Ⅰ阶段,耦合协调度快速增长,年均增长率达到4.89%。马鞍山市依托自身资源禀赋以政策优势,着重发展以资源能源为核心的城市产经体系,借助土地扩张、人口集聚与产业带动,实现国土开发强度的快速提升,然而资源配置效率低下、生态环境持续恶化等隐患随之而来。第Ⅱ阶段耦合协调度稳步增长,保持良好的上升态势,年均增长率为0.34%。该趋势显现出样本城市由传统高能耗、高污染的工矿资源型城市逐步向绿色生态、智慧共享的可再生型城市转变,国土空间更加注重系统化、精细化开发,环保治污力度空前,两者自身综合水平也在日益提升,协同效应愈趋良好。这与“十三五”以来,“五大发展理念”提出、国家供给侧结构性改革与生态文明体系推行等新时代可持续发展观密切相关。

图2 国土开发强度与生态承载力耦合协调度变化趋势

国土开发强度与生态承载力耦合协调发展受到资源环境、社会经济及宏观政策等多重因素综合影响^[10],尤其是资源型城市的工业经济发展水平、转型结构及其演化周期对土地综合开发利用与生态环境保护的影响更为深入,进而选取人均GDP、城乡居民可支配收入、人口密度、常住人口城镇化率、第三产业增加值占GDP比重、地均规模以上工业总产值、地均固定资产投入、地均财政支出8项指标作为解释变量。同时为避免各指标间的多重共线性对拟合结果产生影响,运用SPSS的描述性统计功能将预选指标进行标准差标准化处理,并利用回归分析方法对标准化后的指标变量进行共线性检验,剔除方差膨胀因子大于10的指标选项,保留人均GDP、人口密度、第三产业增加值占GDP比重及地均财政支出4项指标分别表征经济发展阶段EDS、资源集聚程度DRA、产业结构水平ISL、政府调控能力GRA。

基于ArcGIS 10.2地理加权回归模块中“Adaptive”核函数类型及AICc带宽方法,构建马鞍山市国土开发强度与生态承载力耦合发展驱动要素GWR模型,模型结构为:

Y_i=α₀(U_i,V_i)+α₁(U_i,V_i)EDS_i+α₂(U_i,V_i)DRA_i+α₃(U_i,V_i)ISL_i+α₄(U_i,V_i)GRA_i+ε_i(9)

式中:Y_i为第i个地域空间的国土开发强度与生态承载力耦合协调度;(U_i,V_i)是第i个地域空间单元的地理坐标; α₁(U_i,V_i)为经济发展阶段回归系数; α₂(U_i,V_i)为资源集聚程度回归系数; α₃(U_i,V_i)为产业结构水平回归系数; α₄(U_i,V_i)为政府调控能力回归系数。

通过计算得出GWR模型检验结果(表5),3个年份的拟合系数R²分别为0.779 6,0.680 4,0.719 8,调整后的拟合系数R²分别为0.696 9,0.579 7,0.625 0,说明GWR模型能够较好地拟合各要素对两者协调发展的驱动程度。

表5 国土开发强度与生态承载力耦合协调发展驱动要素GWR模型结果

通过计算整合样本区域2008年、2013年、2018年各驱动要素的平均回归系数(表6),可知各要素对国土开发强度与生态承载力耦合协调发展的驱动程度存在一定差异。全域驱动作用由大到小依次为:产业转型>经济发展>政府调控>资源集聚,平均值分别为0.742 4,0.601 2,0.567 7,0.532 2。从时序演变上看,产业转型因子3个年份均是驱动两者协调发展的首要因素,2008年资源集聚与政府调控发挥了重要作用; 而2013年与2018年主要受产业结构及经济水平等要素影响。由此可见,马鞍山市长期倚靠的不可持续、不可复制的资源开发模式难以为继,新型工业化、城镇化内涵下的结构调整、产业转型势在必行。在大力追求经济效益的同时,更注重生态、环境效应,尤其是提高生态经济比例。而具体到各基层实操层面,缺乏精细化、具体化的指标导控机制,上级行政命令难以得到有效贯彻等问题逐步显现。

表6 国土开发强度与生态承载力耦合协调发展驱动要素平均回归系数

结合回归系数的可视化结果(图5),分析各要素驱动作用空间分异性的演化趋势:

(1)经济发展阶段(图5A—C)。2008年、2013年经济发展的回归系数高值区集中分布于马鞍山市辖区,具有显著的空间集聚特征,低值主要分布于含山县南部; 2018年经济发展的回归系数呈现西低东高的分布格局,高值区为博望区及当涂东南部镇域。由此可见,马鞍山市域内经济发达地区更加注重国土空间有序开发及生态环境综合治理,经济水平的提升对两者耦合发展具有较强驱动力,而欠发达地区由于自身经济基础薄弱,对生态资源保护的关注度较低,经济带动两者耦合发展的驱动作用不明显。

(2)资源集聚程度(图5D—F)。2008年资源集聚的回归系数呈现中部高而东西两侧低的“凸”字型格局,和县北部地区(石杨、善厚、香泉3镇)尤为突出; 2013年和2018年资源集聚的驱动作用较强的镇域主要集中于鸡笼—褒禅山生态功能区。根据上述观察,全市生态保护重点区域国土开发强度与生态承载力耦合协调度整体较低,人力、基础设施等资源分布相对欠缺,对资源集聚要素敏感性强,当地政府应结合当地实际,因地制宜得颁布相应的人口、产业政策。

(3)产业结构水平(图5G—I)。3个年份产业结构回归系数的空间分布变动较大,2008年系数较大区域为姥桥、白桥及含山县中部镇域(包括环峰、清溪两镇),而花山、雨山、博望3区系数均较小; 2013年高值区域则在市域东南部的黄池镇及周围地区; 2018年呈现出以主城区为高值核心,向东西两侧逐步降低的分布格局。“十二五”期间,花山、雨山区等部分地区通过产业能级提升,引领绿色革命,摒弃过去高能耗、高排放的粗放型产业经济发展路径,走新型低能耗、低排放的节约型城市发展模式,进而提高国土空间开发效率,降低资源环境约束强度,实现国土开发与生态环境可持续协同发展。

(4)政府调控能力(图5J—L)。2008年高值主要分布于长江(马鞍山段)以南及含山北部地区,低值区则位于和县各镇域,呈现中部低而东西两侧高的“凹”字形分布格局; 2013年回归系数呈现由北到南逐渐递减的分布格局,尤其是毗邻南京市的镇域回归系数较高; 2018年系数较大的区域主要位于城市中部发展轴上,最大值落在历阳镇,最小值落在石杨镇。整体上看,政府为缓和人地压力,积极发挥政策的调控力,干预国土空间开发及资源环境保护,对两者耦合协调发展起重要作用。从历年高值区分布格局及回归系数演变上看,充分响应了马鞍山市2011年行政区划调整后一江两岸协同发展战略。

图5 国土开发强度与生态承载力耦合协调发展驱动要素的空间异质性演化

综上,资源型城市国土开发强度与生态承载力耦合协调发展的驱动要素具有显著的时空异质性,各地域宜结合自身发展轨迹,提出应变性、多样性的国土开发路径及生态资源管控模式。

如图6所示,两者的耦合协调发展是基于各驱动要素间的交互耦合进程,形成资金流、信息流、技术流等要素流引导下的驱动路径,进而促进国土开发强度降速提质与生态承载力降压提效,并达到对驱动要素的优化反馈与适应调整的目的。从具体实操系统上看,国土开发层面主要利用区域资源优化配置、传统产业转型更新、优势产业链条延伸等“存量发展”策略,生态承载层面通过循环利用技术提升、生态环境修复与生态文明制度约束等“绿色发展”路径,降低国土空间开发对生态环境的胁迫程度,减弱资源环境对开发建设的约束效应,从而促进资源型城市国土空间开发与生态环境保护的耦合演化关系不断改善,以至于两者达到协同共生状态,最终实现地域的可持续性发展。

图6 资源型城市国土开发强度与生态承载力耦合协调发展的驱动机理

(1)通过综合评价指数模型计量,反映出2008—2018年马鞍山市国土开发强度快速上升,空间异质性愈加凸显,高值聚于长江(马鞍山段)两岸及中部城镇发展轴,低值以点状形式分布于生态敏感区内; 生态承载力平稳上升,空间差异不大且基本保持稳定,呈现以长江(马鞍山段)为界,西部略高于东部的空间分布特征。长期以来,资源型城市以牺牲自然环境为代价,大力推动工业化、城镇化进程,导致开发强度快速上升,而生态承载力整体缓慢提升。

(2)基于耦合协调度模型测算,10 a间,样本区域国土开发强度与生态承载力耦合协调度保持连续上升的趋势,由中度失调阶段逐步过渡到低度协调阶段。随着资源型城市更新迭代的步伐加快,国土开发强度与生态承载力呈现愈加紧密的协调发展态势。空间上,耦合协调度呈现中部高两侧低的分布格局,且空间集聚态势愈加显著,冷点区主要位于马鞍山市东南部,次冷点集中于含山县下辖乡镇; 次热点区分布于主城区外围圈层; 热点区始终以市辖区范围为界(博望镇除外)。由此可见,资源型城市耦合协调发展度的区域空间分异特征明显,且“高值”与“低值”的空间分布较稳定。

(3)利用地理加权回归模型分析,显示出样本城市国土开发强度与生态承载力耦合协调发展的驱动要素具有显著的时空异质性。关键要素驱动作用由大到小依次为:产业转型>经济发展>政府调控>资源集聚,3个年份产业结构转型均是最主要的驱动要素。经济发展驱动系数的高值区由市辖区范围向博望区及当涂东南部镇域转移; 资源集聚的回归系数由中部高而东西两侧低的“凸”字型格局演变为北高南低的阶梯状分布格局; 产业转型系数的高值镇域呈现由市域西南部、东南部逐渐向主城区周边集聚的趋势; 政府调控的驱动作用由中部低东西两侧高的“凹”字形格局向北高南低的阶梯状格局演化,且城市中部发展轴上驱动系数较大。着眼于资源型城市的演化历程,国土开发与生态保护的协调发展是基于多种驱动要素交互耦合作用的结果。

对于资源城市多年计划经济体制影响下的“顽疾”应对,既不能单停留于“静态化”的数理模型解析,也必须避免“普遍化”的转型更新模式套用,其关键更重于多维度辨析各载体实态特征,并进行“具体而微”的实施操作:(1)探寻“腾笼换鸟”的经济转型升级路径。通过淘汰整治、搬迁集聚、改造提升、兼并重组等方式,加快落后产能的腾退和淘汰步伐,加大新兴产业培育力度,有利于从根本上解决资源型城市经济领域中长期累积的结构性、素质性矛盾与问题。(2)优化“增存挂钩”的建设指标分配体系。针对资源型城市土地粗放利用、生态环境功能衰退、土地复垦难度大等突出矛盾,采取建设用地增量供应指标与存量土地利用状况相挂钩的奖惩机制,制定以批而未供与闲置存量用地为“靶向”的新增建设用地计划,有利于消除国土低效利用现象,激发存量空间再利用潜能,实现经济增长与新增建设用地指标逐渐“脱钩”的“减量化”发展。(3)建立“横纵并施”的生态保护补偿机制。生态补偿是矿产资源区生态化转型的关键举措,涵盖补偿定价、补偿实施和监督保障三方面,具体落实时,应强化识别各资源城市发展阶段特质,增强“横向转移支付”与“纵向转移支付”的协同效应,从而体现出区域间经济与生态的分工关系以及生态服务价值的市场交换能力,最终为资源型城市地域更新、生态修复提供持续动力。(4)重塑“全域统筹”的多元要素互联格局。基于地域主体功能定位与发展战略导向特征,打破固有空间区划下“各自为营”的竞争模式,统筹谋划人口分布、产业布局、生态建设和政策措施,完善“目标性、实效性”的多元要素互联协调机制,推动全域“综合化、精细化”的资源管控模式营建。