作者：赵红梅¹,古长具²,隋琦³

单位：

1.上海电子信息职业技术学院 经济与管理学院

2.河南省焦作生态环境监测中心

3.广西大学 公共管理学院

文章刊发：《煤炭经济研究》2023年第4期

     利用韧性来形容城市的经济发展状态, 是为了形象描述一个经济体系受到外界或内在冲击与影响时, 所表现出来的承受能力与恢复能力。若一个城市的经济韧性能力高, 证明该城市抵御风险的能力以及重塑能力较强。城市经济韧性作为城市经济面对外来冲击以维持或调整现有经济运行方式的能力，主要包括产业体系、发展体系以及技术体系3个系统。其中, 产业体系是基础, 发展体系是前提, 技术体系是支撑。碳承载力作为实现城市整体可持续发展、 维护城市生态健康的应用, 主要是由耕地、草地、 林地、城市绿地、园地以及湿地、水域7类用地组成。由于碳承载力的承载对象为人类经济社会活动, 在分析城市生态承载程度时, 既要考虑生态系统自身支持能力, 又要考虑人类经济社会活动所造成的压力。据此, 可将碳承载力分为三要素: 资源承载力、 环境承载力、碳弹性。城市经济韧性与碳承载力间的耦合关系就是城市经济韧性的3个系统与碳承载力的3要素之间产生的总的关系。城市经济韧性与碳承载力相互关系, 如图1所示。

1.1 资源型城市经济韧性对碳承载力的驱动 

     1) 产业体系对碳承载力的驱动。产业体系对碳承载力具有重要的影响, 主要通过2个方面对碳承载力进行驱动: 产业多样化以及产业转型升级。产业多样化是指产业发展过程中, 通过加强城市内的产业聚集能力和新产业的发展, 从而实现经济多元化。借助产业多样化的优势, 能够改变以重工业为主的传统产业及带来的不良后果, 转换经济—环境发展方式, 改变碳承载力与产业发展的相互作用。产业转型升级是通过市场升级、路径升级等方式转换原产业发展方式与发展路径, 提高产出质量, 减少污染, 由此缓解人为方式所产生的生态压力。

     2) 发展体系对碳承载力的驱动。发展体系作为城市经济韧性的前提, 涵盖了城市经济发展的各个方面。用来表征发展体系对碳承载力的驱动力可以从空间规模、 资源能耗以及收支能力3方面入手。空间规模主要包括土地规划以及交通建设, 资源能耗指自然资源与社会资源, 收支能力可用城市消费水平与政府的财政收支能力来反映。发展体系对碳承载力的驱动机制表现为: 通过合理规划城市空间规模, 有利于提高城市区域空间结构的高效性以及节约性, 减缓碳承载力的空间压力。优化城市区域的社会资源以及自然资源配置, 合理调整资源能耗的恢复速度, 能够提高自然资源的利用率、社会资源的可持续利用, 推进城市生态环境建设。收支能力的提升有助于提高居民消费水平以及消费认知, 从而推动居民生活方式向“绿色消费”转换,继而减少生态环境污染。此外针对政府层面, 随着政府财政水平的提升, 有利于为城市生态环境建设带来更多的环保投资, 通过人为方式降低碳承载力的压力与影响力度。在提升城市经济韧性能力过程中, 发展体系在促进碳承载力发展的同时, 也会对碳承载力产生一些不利影响。例如, 随着城市空间规模的扩大, 交通建设会引发一系列的水土流失以及尘土污染, 交通运输会加大城市空气污染力度。另外, 消费水平在一定程度上与碳承载力成反比,即人均消费水平越高, 对自然资源的索取力度越大,碳承载力越小。因此发展体系对碳承载力的驱动正是在这2种力量的相互影响下进行的。 

     3) 技术体系对碳承载力的驱动。技术体系作为提高碳承载力的内在潜力, 主要表现在创新能力以及技术水平上。创新能力是城市发展的必要条件,包括管理创新与技术创新两方面。通过提高管理者的创新管理能力, 能够激发城市发展的内在动力,转换城市发展方式, 满足城市生态发展需求。技术创新能够推动清洁产品以及节约原材料的新型产品的研发与使用; 并且在对产品使用的过程中, 实现循环、回收、减少环境污染, 最终达到生态环境的最优化。技术水平分技术升级与技术路线两部分。通过技术水平的升级更新, 不仅有利于提高城市自身竞争实力, 而且有利于减少环境污染产生的大量成本以及污染物, 达到保护生态环境的最终目的。技术路线为实现技术发展与创新提供了条件。通过更新、 明确技术路线, 可发挥城市最大的技术优势,从而实现城市碳承载力与经济的协调发展。 

1.2 碳承载力对城市经济韧性的刺激效应 

     1) 资源承载力对城市经济韧性的刺激。资源承载力作为城市经济韧性的基础, 主要指城市内的资源数量与质量对城市内人口生存发展的支撑能力, 因此资源承载力决定了城市产业结构与发展水平。一般来说, 资源承载力会借助城市内部资源的支撑力来影响经济韧性。这种影响通常有2种表现形式: 一是通过对生态资源容量的约束, 促进城市发展由粗放型发展方式向集约型发展方式转变。这种转变有利于促进城市群建设, 推动城市区域的可持续协调发展, 提高城市经济韧性能力。二是影响产业发展的结构与布局。经济韧性能力较强的城市, 其建设的核心是以现代技术产业为重点。资源承载力通过影响城市产业发展的结构与布局, 继而推动城市产业的转换与升级, 为城市的经济韧性提升提供支持与基础。 

     2) 环境承载力对城市经济韧性的刺激。环境承载力是城市经济韧性提升的约束条件。借助环境承载力分析, 有利于准确把控企业发展所排放的污染物的数量, 从而减少环境污染。尤其针对城市经济韧性能力强的地区, 更加重视城市的宜居性。环境承载力主要通过大气环境、土壤质量、水环境等指标进行分析。环境承载力高的城市, 其居住适宜度也较强, 由此一方面有利于吸引大批人口流入,提高劳动生产能力; 另一方面有利于推动城镇化建设。此外, 生态环境作为一个城市竞争能力的重要方面, 尤其是现代高科技企业对环境承载力的要求更高。因此, 借助对城市的环境承载力判断, 有利于减轻碳承载压力, 改善居民生活环境, 带动经济增长, 从而提升城市经济韧性能力。 

     3) 碳弹性对城市经济韧性的刺激。碳弹性是城市经济韧性提升的支持条件。碳弹性是指城市针对外界环境所产生的干扰与影响, 能够较快作出反应, 并恢复到正常的生态发展状态, 保持一定稳定的碳承载力。因此, 碳弹性虽然不直接对城市经济韧性产生影响, 但它却是衡量城市经济发展的生态底线。随着城市碳弹性加大, 城市经济发展支撑力度也不断加强, 继而推动城市经济社会发展, 加强城市经济韧性能力

2.1 碳承载力模型 

     碳承载力是指城市的固碳能力。碳承载力主要包括区域植被固碳能力以及农业固碳能力两方面。植被固碳能力是以净生态生产力为表征, 其中煤炭资源型城市的植被固碳能力主要考虑林地、城市园林绿地的生态系统, 计算公式见 (1)。农业固碳能力是以农业用地的土壤固碳能力为主。根据王效科等人的成果可知,农业用地的单位固碳能力为0.37t/hm2, 用公式表示见式 (2)。

式中: CCS_jt 为第j类生态系统在t时期的城市植被固碳能力; S_jt 为第j类生态系统在t时期内的面积; NEP_j 为第j类生态系统的净生态力; 44为碳换算成CO₂的系数。

式中: CCN_j为第j类农业固碳能力; N_jt 为第j类农业在t时期内的用地面积。 

     碳承载力公式为

2.2 城市经济韧性模型 

     根据断裂韧性受力过程的研究内容, 相关城市的经济韧性测度分析, 本文在原有城市经济韧性的测度方法基础之上, 构建反映城市经济韧性的测度表达式, 即

式中:R_it为第i行业在t时期的对外部冲击的韧性能力;W_it为第i行业在t时期的外界作用力或冲击力;E_it为第i行业在t时期的单位经济效益;ΔG_t为在t时期内城市的生产总值。

2.3 交互耦合模型 

     城市经济韧性发展与生态承载力的交互耦合模型是用以表征两者在演化过程中相互影响、和谐一致的过程规律。利用耦合协调度模型来分析城市的经济韧性与碳承载力之间的关系,能够形象反映两者之间交互耦合的协调程度。利用以往的研究内容,结合本次研究的具体情况,将耦合协调度分为4个层次,见表1。 

2.4 地理加权回归模型 

     城市经济韧性与生态承载力之间存在相互影响的关系;同时不同城市之间由于经济发展水平、城市发展环境等存在较大的差异性,城市经济韧性与生态承载力之间的交互耦合存在一定的区域差异以及时空分布特征。

     GWR模型用来反映回归参数的空间分布特征,相比较全局回归模型,GWR模型更能够详细解释变量之间的局部特征。公式如式(5)所示。

式中:y_i为因变量;x_ik为自变量;β₀和β_k为参数;k为单元数;(μ_i ,v_i)为第i个坐标点;ε_i为第i个地区的随机误差。

     煤炭资源型城市转型是一个不断探索的过程,同时伴随着内外经济环境的冲击以及对碳承载力的长期影响。综合考虑煤炭资源型城市的经济韧性、碳承载力的发展历程以及数据的可获得性,本研究以2013—2018年的中国24个煤炭资源型城市为研究对象,对其经济韧性与碳承载力进行时序探索。 

3.1 城市的经济韧性与碳承载力耦合协调机制及空间分布 

3.1.1 城市经济韧性与碳承载力的空间分布特征 

     通过耦合协调度模型,计算得出2016—2021年中国24个煤炭资源型城市的经济韧性与碳承载力及两者之间的耦合协调度;然后用Tableau软件,进一步对研究期内2016年和2021年的煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力测算结果进行空间可视化处理。 

     2016年煤炭资源型城市经济韧性分布总体呈现“东西低,中部高”的发展态势,东部和西部地区城市经济韧性能力指数偏低,中部和南部地区偏高。城市经济韧性能力最高的是阳泉(4.698),其次是鹤壁、铜陵、晋城。七台河的城市经济韧性能力最低(-7.463),其次是鹤岗、鸡西、赤峰。2021年煤炭资源型城市经济韧性能力比2016年有所提升,阳泉经济韧性指数明显下降,南充、焦作、唐山也有所下降,分布在-1.0~-0.5之间。高值区域依然集中在中部地区,但东部地区的城市经济韧性指数普遍有所提高,尤其是双鸭山、鸡西。综合来看,2016—2021年东部城市经济韧性指数增速明显,空间分布上不断向中部逐渐趋向均衡的方式发展。 

     大部分煤炭资源型城市碳承载力水平位于0.4~1.0之间,空间分布呈现“北高南低”的格局。2016年煤炭资源型城市碳承载力水平最高分布在朔州(1.92)、铜陵(1.88)、赤峰(1.37),其次是鸡西、大同、阳泉、鹤壁。较低碳承载力的区域集中在淮南(0.26)、达州(0.24)、南充(0.22),地区间差异较大;2018年期间高值区域变为抚顺(1.43)、阜新(1.76)、赤峰(1.60),碳承载力中等水平0.7~1.3之间的城市明显增加。焦作、平顶山、淮北一直以来,数值变化不大。综合来看,碳承载力空间分布呈南北梯度分布,中部地区呈现稳步增长趋势,东部地区为小幅度的波动上升,最终逐渐向均衡趋势发展。

3.1.2 煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力耦合协调度的空间分布　　

     城市经济韧性与碳承载力的耦合协调度呈现“中东部高,西部低”的分布特征,大部分城市的耦合协调度分布在0.5以上,处于不良、初级的耦合阶段逐步向中部深入,并且中级、高级耦合区域的城市数量也在不断增加。2013年处于高级耦合阶段的城市主要分布在中部地区的晋城、阳泉、朔州和鹤壁,其中阳泉经济韧性与碳承载力的耦合协调度最高(0.974);广元、萍乡、淮南等均处于中级耦合阶段;不良耦合的城市主要有阜阳、焦作、鸡西、双鸭山、赤峰、枣庄等。2018年不良耦合区域逐渐减少,焦作、枣庄过度到初级耦合阶段,鸡西、双鸭山、赤峰等城市耦合协调度上升幅度最大;高级耦合区域依然集中在中、东部地区,且数量不断加大。

     各个城市耦合协调类型也存在不同之处,大多数城市处于碳承载力滞后阶段。2016年阳泉、晋城和鹤壁虽然耦合协调度高,但是碳承载力滞后于经济韧性发展;朔州、抚顺、阜新的城市经济韧性与碳承载力发展比较同步。2021年期间,经济韧性与碳承载力协调发展的城市逐渐增多,淮南、淮北以及阜阳市由2016年的碳承载力滞后转为两者之间的协调发展,差距在0.1~0.9之间;鸡西、双鸭山进入高级耦合阶段且处于经济韧性滞后阶段,碳承载力与经济韧性之间的差距为1.13、1.23。城市经济韧性能力提升能够促使城市规模、效益的发展,但另一方面也容易忽略碳排放、碳承载力的发展,一定程度上为今后煤炭资源型城市经济韧性与生态承载力耦合协调出现风险埋下伏笔。在中级耦合城市中,大多数处于碳承载力滞后型。到2021年之后,情况逐渐有所好转,但同时东部地区的城市有的转为协调发展型城市,有的转为经济韧性滞后型城市,例如抚顺。由此说明,东部地区虽然逐渐提升城市经济韧性与碳承载力之间耦合,但要注意把握、调整两者之间的平衡与阶段。

3.2 煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力耦合协调度的测度　　

     由于煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力耦合是一个复杂的过程,单一研究两者之间的交互关系难以发现深层次的作用机制,因此根据前期对煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力之间的交互耦合效应分析,利用城市经济韧性的影响因素对碳承载力影响关系进行深入研究,具体包括将第一产业经济韧性、第二产业经济韧性以及第三产业经济韧性作为耦合协调变动的影响指标,进一步探究煤炭资源型城市经济韧性与生态承载力的耦合效应。本次研究利用GWR模型对样本进行有效局部回归,将第一产业经济韧性、第二产业经济韧性和第三产业经济韧性的变化作为模型的自变量,将耦合协调度作为因变量,利用2016年与2021年数据进行分析, GWR模型整体分析结果见表2。观察拟合系数R2、AICC值以及最优宽带值可知,2016年和2021年各维度的R2均为0.9以上,表明模型整体拟合效果较好。

     影响煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力交互耦合的系数在空间上差异性较显著。根据第一产业经济韧性对耦合协调度的影响系数结果,2016年第一产业经济韧性系数呈现“东部高,西部低”的分布特征,说明东部地区第一产业发展占比较高,相比第二、三产业碳排放,第一产业碳排放比例较低,对碳承载力影响程度较小;另一方面,第一产业经济韧性对耦合协调度的影响为正,说明第一产业经济韧性能力提升有助于促进耦合协调度的发展。2021年,第一产业经济韧性对耦合协调度仍呈现正向化作用,但弹性系数低于2016年,说明第一产业经济韧性对耦合协调度的促进作用在不断减弱; 同时东部地区第一产业经济韧性系数不断降低, 西部地区系数不断提升, 特别是达州、南充, 第一产业经济韧性系数在0.56~0.57之间, 这是由于近几年一方面东北地区产业发展速度缓慢,城市人口流失数量上升; 另一方面东北地区在探索转型发展道路上, 通过产业结构的转型调整, 导致第一产业经济韧性系数不断下降, 在0.342~0.380之间。

     根据第二产业经济韧性对耦合协调度的影响系数结果, 第二产业经济韧性对耦合协调度的影响为负效应。2016 年负向系数绝对值最高的城市分别为赤峰、阜新、唐山和抚顺。这些地区的城市经济韧性与碳承载力的耦合协调度受第二产业经济韧 的负向影响较大, 由此更需要调整好第二产业在整个城市产业经济中的比例, 尤其是加大产业技术创新发展以及第二产业调整升级, 转换经济—绿色发展方式, 改善市场营商环境, 吸引更多的人才、 资金、 技术等要素流通。2021 年第二产业经济韧性能力对耦合协调度的影响既有正又有负, 表明第二产业经济韧性对耦合影响具有明显的差异性。鸡西、双鸭山、 鹤岗、 七台河第二产业经济韧性与2016 年比较变化较大, 这与该地区产业政策调整、经济发展方式转换有关。朔州、大同、阳泉、晋城、鹤岗、焦作的第二产业经济韧性系数为正, 说明一方面这些城市产业转型成效显著, 随着第二产业经济韧性能力提升, 经济韧性与碳承载力交互耦合能力也在不断提高; 另一方面, 由图显示, 这些城市自身发展的同时, 对周边城市的第二产业经济发展起到正向溢出效应。此外, 大部分煤炭资源型城市第二产业在发展的同时, 与邻域基本保持 “俱乐部趋同现象”, 但这种现象主要体现在中级耦合和高级耦合城市, 耦合协调度处于不良耦合和初级耦合阶段的城市则为显为更灵活。说明第二产业的经济韧性发展状况对耦合协调度的影响与邻域环境之间有一定联系, 且地理空间上并不是独立存在的。 

     第三产业经济韧性系数对耦合协调度的影响为正向效应。2016—2021 年期间, 煤炭资源型城市的第三产业经济韧性不断提升, 且呈现出 “中部高, 两边低” 的特点, 尤其是广元、南充、达州,第三产业经济韧性能力提升速度较快。随着第三产业不断发展, 经济发展方式也越来越多样化, 更有利于提升工农业生产的现代化、专业化水平; 同时提高资源利用率, 减少碳排放量, 对城市经济韧性与碳承载力的耦合协调度影响也越来越显著。东北地区由于受地理位置影响以及长期依赖重工业发展经济, 基础设施薄弱, 市场活跃度低, 导致第三产业相比其他煤炭资源型城市起步较晚, 因此系数变化幅度较小。相比第一产业、第二产业经济韧性系数, 第三产业经济韧性系数对耦合协调度的影响更明显, 说明第三产业对提升碳承载力水平作用更具有影响性。

     借助城市的经济韧性与生态承载力的理论研究, 对煤炭资源型城市的经济韧性与生态承载力交互耦合的动态变化进行实证分析, 研究发现: 煤炭资源型城市的经济韧性与生态承载力之间是相互作用的关系。城市的经济韧性对生态承载力的驱动主要包括产业体系、 发展体系以及技术体系3个方面表现。碳承载力对城市经济韧性的刺激主要是从资源承载力、 环境承载力与碳弹性3个方面进行的。产业结构作为煤炭资源型城市发展的核心, 对城市的经济韧性与碳载力交互耦合产生重要的影响。2013—2018 年期间, 煤炭资源型城市的经济韧性与碳承载力交互耦合的总体特征表现为平稳发展方式, 耦合协调性集中表现在碳承载力滞后阶段, 并且大多数煤炭资源型城市为中级、高级耦合形式,且以中部城市居多。在产业经济韧性影响方面, 煤炭资源型城市大多为“俱乐部趋同” 模式; 在空间动态发展上, 煤炭资源型城市经济韧性与碳承载力交互耦合的数值变化与邻域保持同向的城市较多。另一方面, 产业经济韧性影响系数表现为: 第二产业经济韧性<第一产业经济韧性<第三产业经济韧性; 其中, 第二产业经济韧性对耦合协调度的影响为负向, 到2018年, 第二产业系数开始提升,中部煤炭型城市表现较为显著。相比第一、 二产业与碳承载力耦合发展状况, 第三产业在实现生态盈余、环境保护方面作用更明显。因此, 煤炭资源型城市要想实现 “绿色转型”, 可以借助转换发展方式、调整产业结构, 积极引导、鼓励发展第三产业等手段。具体包括以下3个方面

     1) 强化转型的衔接能力。煤炭资源型城市现如今处于转型探索时期。产业重心转移、国有企业改革、 建立新兴产业集群等重大战略对煤炭资源型城市发展来说具有重大的挑战。一方面由于城市管理者、 企业组织以及社会居民等对原有生活模式的适应, 加大了改革的阻力; 另一方面这些战略本身作为一种积极的扰动因素, 会对城市的经济韧性能力具有一定的影响性。因此, 煤炭资源型城市在转型探索时期, 不仅要注重转型发展的速度与质量,更需要强化转型的衔接能力。通过运用煤炭资源型城市自身的发展优势以及原有的经济运行模式带动新经济的发展与新兴产业集群方法; 此外, 按照循序渐进的方式做好社会居民以及企业组织的接受与适应, 可减少城市转型探索过程中的冲击与阻碍。 

     2) 注重创新发展。煤炭资源型城市由于“路径依赖”、产业结构单一等问题, 导致城市的经济韧性能力低, 亟需寻找新的城市发展动力与产业链。因此, 煤炭资源型城市可以通过提升技术创新能力以及管理创新能力等方式, 利用煤炭资源型城市自身的科技教育资源以及其他资源加强高新技术产业的研发以及创新活动的开展, 借助先进的技术手段引导新兴产业的开发与培养, 打破市场的行业垄断, 提升城市的竞争力与韧性。 

     3) 增加环保投入。煤炭资源型城市的经济发展可以减轻城市的生态环境压力, 提高城市整体碳承载力; 另一方面, 城市的碳承载力对经济发展也具有反向作用, 生态环境压力的减少有助于促进城市的经济发展。因此, 针对煤炭资源型城市 “绿色转型 “, 需要提高城市环保的重视程度, 通过加大环保投入力度来缓解城市的人地矛盾, 从而提高城市的经济韧性能力, 为城市应对气候变化、 经济全球化等外部扰动因素提供良好的保障。针对市场与社会公众而言, 增加环保投入有利于营造良好的市场环境以及居住环境, 提高煤炭资源型城市的宜居度, 继而能够提高对外来人才的吸引度。