湖南省生态宜居度时空分异及影响因素研究

汤昪，于婧，唐业喜，邓明蓉，廖国志

(1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.吉首大学土木工程与建筑学院，湖南 张家界 427000)

0 引言

随着城市化的进一步发展，城市人口、资源和环境之间矛盾也日益凸显，党的十八大提出建设“五位一体”战略布局，将生态文明建设提到更高位置,党的十九大提出“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”，要求坚持人与自然和谐共生，构筑尊崇自然、绿色发展的生态体系，我国越来越多的城市把建设“生态宜居城市”写入其发展纲要，因此探索如何建设人居环境优良的城市是目前城市发展的研究热点之一.

国外对于宜居城市的研究相对较早，19世纪末英国学者Ebenezer Howard首次提出了“田园城市”的概念，认为田园城市实质上是城与乡的结合体，其主要思想代表了早期西方国家追求城乡发展平衡的理想.美国学者Peter B Evans[1]认为判断一个城市是否为“宜居”城市，需要在保证生态安全的基础上还能提供给居民日常所需要的物质，同年Peter B Evans将宜居城市的理论框架完整地建立起来.20世纪80年代初，英国学者Bonaiuto和Harvey[2]探讨了城市街区生活质量和居民居住满意度之间的联系，并阐述了宜居城市的发展体系.我国对宜居城市的研究较慢，20世纪90年代，我国学者吴良镛[3]院士开创了人居环境科学，随后国内区域化的生态宜居研究也逐渐增多.如王如松等[4]采用专家咨询、定性与定量相结合的方法，从社会、经济和自然3个方面对扬州生态城市评价指标体系进行构建；王毅等[5]运用地理学分析方法对浙江省生态环境宜居性空间格局等进行定量研究；贾占华[6]等运用熵值法、空间分析法对东北城市宜居性及影响因素进行研究.

目前国内对宜居城市的研究相对较少，且部分模型与指标权重的科学性较欠缺[7-11]，本文中根据生态宜居城市内涵，运用熵值法及层次分析法构建组合权重模型，从经济支撑、环境建设、社会发展和生活便利水平等4方面选取24个评价指标，对湖南省14个地级市(州)2008—2018年的生态宜居度和影响因素进行研究，以期为生态宜居城市的建设和发展提供相关借鉴.

1 研究区概况与数据来源

湖南省位于长江中游以南，介于北纬20°～ 30°与东经109°～ 114°之间，土地总面积为211 800 km2，共计14个地级市(州).全省大部分面积处于湘江、洞庭湖流域.湖南省以低山丘陵为主，全省森林覆盖率达59.8%以上，位于亚热带季风气候区.2020年6月《湖南省生态环境状况公报》显示，2019年是防治污染攻坚战“三年行动计划”的关键之年，2019年湖南省环境质量不断好转，空气环境质量总体稳定，自然生态得到有效保护，但不少城市的环境问题仍较突出，城市环境治理形势依旧严峻.所需面板数据来源于2009—2019年《湖南省统计年鉴》和2019年各地级市《国民经济和社会发展统计公报》，湖南省地图矢量数据来源于1∶1 000 000全国地理信息资源目录服务系统(http://www.webmap.cn/).

2 研究方法与评价指标体系构建

2.1 构建评价指标体系根据湖南省实际情况，借鉴前期学者对于生态宜居性评价指标体系的研究情况[12-13]，依据针对性、层次性、可操作性和变动性的基本原则，构建经济支撑、环境建设、社会发展和生活舒适水平4个一级指标和24个二级评价指标(表1).

表1 湖南省14个市(州)生态宜居度评价指标体系

2.2 研究方法

2.2.1 熵值-AHP组合模型 熵值法是经常用于判断所选指标离散程度大小的数学方法，指标值离散程度越大，则该指标对综合评价值的贡献越大[14-15].具体流程如下：

1)数据的标准化处理：

正向指标：

(1)

负向指标：

(2)

2)计算第i个年份的第j项指标值的比重：

(3)

3)计算指标信息熵：

(4)

4)求指标权重：

(5)

层次分析法(AHP)可以把复杂的问题处理成为有序的递阶层次结构，通过判断和数据计算得出所需数据的权重[16].通过咨询专家意见，对所选指标的重要程度进行相互比较，最后利用Yaahp软件得到各个指标数据的相对权重为Uj.

利用熵值法和AHP得到的权重分别为Vj和Uj，根据国内外研究及相关学者的成果[17-18]，确定组合权重模型为：

Wj=εVj+(1-ε)Uj

(6)

式中:0<ε<1,ε 为层次分析法的权重系数，1-ε为熵值法的权重系数.

最终得到生态宜居度的综合得分：

(7)

2.2.2 空间自相关分析 空间自相关[12]是测试空间某点的观测值是否与其相邻点的值存在相关性的一种分析方法.全局莫兰指数可以指出区域属性值的分布是否是聚集、离散或者随机分布模式.莫兰指数的值域为[-1，1]，取值为 -1表示完全负相关，取值为1表明完全正相关，而取值为0表示不相关.

(8)

3 湖南省生态宜居度时空演变特征

3.1 生态宜居度时间演变特征将数据输入Excel进行指标计算后，得到2008—2018年湖南省生态宜居度变化曲线(图1).从时间演变趋势来看，十年来，湖南省各市(州)的生态宜居度均稳步提升，2008年与2013年各市(州)生态宜居度排名差异较小，2018年各市(州)生态宜居度差异拉大，长沙市生态宜居度的时间演变特征较明显，2008—2018年间长沙市的生态宜居度排名及综合评价值始终位列第一名，并且与其他市州的差异有进一步扩大的趋势.相比长沙市，部分市(州)的生态宜居度提升速度较慢，如张家界市、湘西州、怀化市等，以2018年为例，这3市与长沙市的生态宜居度综合评价值差距较明显.

图1 湖南省生态宜居度变化曲线

3.2 生态宜居度空间演变特征

3.2.1 空间分布格局 利用ArcGIS10.2软件将湖南省14个市(州)生态宜居度综合评价值进行数据处理，根据前期学者的研究结果[15-16]及湖南省的实际情况，将其分为低生态宜居度(评价值为1 ～ 3)、中生态宜居度(评价值为3 ～ 6)、较高生态宜居度(评价值为6～9)和高生态宜居度(评价值为9～14) 等4个不同等级.从图2分析可知，湖南省各市州的生态宜居度水平的地区差异明显，空间异质性较大.但低生态宜居度城市数量明显下降，从2008年7个低生态宜居度城市下降到2018年为0个，较高及高生态宜居度城市数量增多，且增长速度较快.

图2 2008年、2013年和2018年湖南省生态宜居度空间格局演变

从所选取的3个时间节点来看，不同年份的生态宜居度空间差异明显.2008年，各个市(州)生态宜居度普遍偏低，东部城市中只有长沙市生态宜居度较高，中生态宜居度城市空间分布位置基本也紧邻长沙市，多数低生态宜居度城市位于中西部地区.其原因在于2008年中西部地区交通条件较差，政策投资倾斜度不高，导致经济发展相对缓慢，基础设施建设也随之滞缓；2013年，各个市(州)生态宜居度提升明显，除张家界市、湘西州外，其他城市的生态宜居度均达到中生态宜居度和较高生态宜居度.其原因在于长株潭城市群建设以来，很好地发挥了区域辐射效应，另外交通通达度提高，基础设施进一步完善，整体提高了生态宜居度，但是张家界市、湘西州两地还处于低生态宜居度，由于其处在武陵山片区内部，交通条件较差，投资环境较差，受到发达城市的辐射效应较小，尽管其生态宜居度评价值有所提升，但从全省范围来看，两地的生态宜居度仍然较低.2018年，全省的生态宜居度综合评价值达到8.06，且省域范围内的生态宜居度均在中生态宜居度以上，中部地区城市生态宜居度上升明显，如常德市、益阳市、湘潭市、邵阳市、永州市均达到较高生态宜居度，此外东部地区出现高生态宜居度城市，如长沙市、株洲市、衡阳市、岳阳市、郴州市等5个城市，在空间上总体形成“东部高，中西部低”的分布格局.

3.2.2 空间自相关分析 利用Geoda软件对2008年、2013年和2018年湖南省14个市(州)生态宜居度综合评价值进行空间自相关分析(表2)，所选3个年份的14个市(州)生态宜居度全局Moran’sI均大于0，且通过5%的显著性检验，显示出14个市(州)生态宜居度存在正空间相关性，2008年、2013年和2018年的值分别为0.350、0.375、0.397，这种正的空间相关性有进一步的增强趋势.

表2 湖南省2008—2018年生态宜居度Global Moran′s I变化值

虽然在空间上总体形成“东部高，中西部低”的分布格局，但其相关性不明显，若要整体提升湖南省的生态宜居度水平，则应该积极推动各个城市之间的联系，如中西部地区，特别是以张家界市和湘西土家族苗族自治州为核心的西部城市群应该积极提高交通通达度，发展特色旅游经济，与周边城市加强经济联系.此外，以长株潭为核心的东部城市群应该进一步提高其辐射效应，推动区域经济、生态和社会一体化发展，多管齐下，才能实现湖南省生态宜居度的整体提升.

4 生态宜居度影响因素诊断

根据现有数据，利用式(9)的影响因素诊断模型计算各市(州)生态宜居度各指标的影响度(表3)，并依据影响度的排序，对主要影响因素进行分析.本文中依据各指标影响度大小的排序，对列出影响度前五的5大影响因素进行分析.

表3 湖南省生态宜居度影响因素与影响度

经过统计后发现，在所选取的24项指标中，2008—2018年，14个市(州)城市生态宜居度影响度排序前五的影响因素基本相同，出现频度最高的为固定资产投资总量(C3)、全社会产出(C5)、高新技术企业单位数(C14)、邮电业务总量(C24)和普通高等学校学生人数(C13)等5个主要影响因子.

从出现频次来看，固定资产投资总量(C3)、全社会产出(C5)和高新技术企业单位数(C14)等3个主要指标在2008—2018年间一直稳居影响度前五，普通高等学校学生人数(C13)和邮电业务总量(C24)等2个主要指标的影响度略有浮动，其中社会发展水平与经济支撑水平的二级指标中各有2个指标名列前五，可以得知，在一级指标中，影响湖南省城市生态宜居度的主要为经济支撑水平和社会发展水平.进一步分析可知，2008—2018年，稳居影响度前五的3个影响因素中，高新技术企业单位数(C14)影响度最大，除2018年邵阳市、益阳市和常德市等3个城市外，其排序稳居固定资产投资总量(C3)之上，而全社会产出(C5)影响度增速最大，表明高新技术开发区作为区域经济发展的重要引擎，有助于区域经济发展的推动，对城市社会发展具有一定反哺作用；2008—2018年，影响度略有浮动的2个主要影响因素中的普通高等学校学生人数(C13)在湖南省各市州(除长沙市外)影响度居五大主要影响因子第一位，邮电业务总量(C24)在湖南省各市州(除长沙市、邵阳市外)影响度居五大主要影响因子第五位.2008年、2013年，全社会产出(C5)影响度在湖南省各市州(除长沙市外)稳居第四位，2018年在长沙市等9个城市中其影响度上升至第二位或第三位.

此外，14个地级城市中，长沙(2008—2018年)、常德(2008年)、衡阳(2008年)、邵阳(2008年、2018年)排序前五的影响因素除频度最多的五大主要影响因素外，人均 GDP(C1)、公共财政支出(C2)、普通高等学校在校学生人数(C13)、高新技术企业单位数(C14)、固定资产投资总量(C3)、全社会产出(C5)、污水年排放量(C12)等7项二级指标跻身为排序前五的影响因素，2018年长沙市前五位的影响因素发生剧变，五大主要影响因子已不再是影响长沙市生态宜居度的主要影响因素，如污水排放量(C12)在研究中为负向指标，在2013年对长沙市的影响度超过50%，说明长沙市作为湖南省的省会，虽然经济发展迅速，但带来的污水排放量也远大于其它中西部城市，成为制约长沙市生态宜居度的重要障碍因素，并且在未来的几年中有进一步扩大的趋势.

5 结论与建议

5.1 结论基于湖南省2008年、2013年和2018年的面板数据，从经济支撑、环境建设、社会发展和生活便利水平等4个方面选取指标，运用熵权-AHP组合模型对数据进行量化处理，使用GIS空间分析，使用Geoda软件进行时空演进、空间相关性研究，并引入影响因素诊断模型进行影响因素分析.结果表明，湖南省生态宜居度呈逐年上升趋势.

从时间演变趋势来看，近十年各市(州)的生态宜居度均稳步提升，但不同时期各市(州)发展速度不一.从空间演进上来看，各市州的生态宜居度水平地区差异明显，空间差异较大.

从空间自相关分析来看，2008年、2013年、2018年湖南省莫兰指数值分别为0.350、0.375、0.397，生态宜居度存在正空间相关性，莫兰指数值增加说明其正的空间相关性有进一步增强的趋势.11年间湖南省各市州生态宜居度在空间上总体形成“东部高，中西部低”的分布格局，但是莫兰指数值总体较小，表明其相关性并不显著.

从影响因素来看，湖南省城市生态宜居度的影响因素主要为全社会产出(C5)、固定资产投资总量(C3)、邮电业务总量(C24)、高新技术企业单位数(C14)和普通高等学校学生人数(C13)等五大主要影响因子，通过二级指标影响度可以得知，一级指标中，影响湖南省城市生态宜居度的主要为经济支撑水平和社会发展水平.

5.2 建议

5.2.1 重视经济发展,提高经济支撑水平 经济支撑水平是影响湖南省城市环境建设水平的主要因素，同时湖南省14个城市之间经济发展水平差异较大，各城市的生态宜居度并未因经济发展水平的差异而出现分化现象，说明经济支撑水平是城市生态宜居度建设的重要基础，但并非决定性因素.对于湘西自治州、怀化市、张家界市等经济发展水平和居民收入不高的地区，在城市的发展建设中重视经济发展的同时应坚持提升生态环境承载力.在经济发展过程中，应将提高人均可支配收入作为重点，保证社会财富分配的公平性，让经济发展惠及更多人.根据湖南省经济结构特点，提升经济支撑水平需加快第三产业发展，使经济结构更趋于合理，促进经济健康的可持续发展.

5.2.2 提高教育科研能力,提升社会发展水平 社会发展水平与教育科研能力息息相关，湖南省14个城市之间教育科研之间的差距较大，长沙市教育资源丰富，其居民文化生活也是较丰富的城市，但湘西自治州、怀化市、张家界市等西部地区城市无论科研教育能力还是居民文化生活的丰富度都与其他地市相差较大，排名靠后，需要加快教育科研事业和文化事业的发展.教育科研机构在提高教育能力上发挥至关重要的作用，因此要重视教育发展，优化教育结构，完善基础教育的同时，提高科研经费投入的比重，促进生态宜居城市的发展.

5.2.3 加强生态环境建设，提升环境建设水平 环境建设水平是生态宜居城市的主体，是生态宜居城市建设的不可缺少的部分，只有生态环境建设好，才能使人健康地、身心愉悦地投入于工作与生活，是生态宜居城市建设的前提和基础.从数据结果来看，长沙市的年污水排放量成为其环境建设水平提高的阻碍因素，建成区的绿化覆盖率也有待进一步提高，因此不仅要加强相关生态环境建设的宣传教育，让每个人意识到生态环境的重要性，自觉地在生活中形成环保意识，而且要减少对生态环境的污染，逐步改善城市的生态环境状况，提升城市环境建设水平.