基于群落生态学视角的天山北坡城市群城市关联分析

作者简介：段祖亮，博士，助理研究员，主要研究方向为区域与城市可持续发展。

基金项目：中国科学院西部博士资助项目“基于群落生态学视角下的新疆天山北坡城市群演替机理与发展战略研究”（编号：XBBS201009）和国家自然科学基金“城市群演化及其内部城市生态位重构-以新疆天山北坡城市群为例”（编号：41101159）。

摘要 基于群落生态学相关理论，界定了城市关联等概念。以新疆天山北坡城市群为研究对象，选取2005年和2011年城市在岗职工数的面板数据，采用城市关联度模型，测算了要素流动量、功能效率、流动倾度和城市关联度等指标，从时间维和空间维分析了该城市群内城市间的相互作用关系，探讨了影响城市关联度的因素，并提出了天山北坡城市群协调发展的对策。研究表明，天山北坡城市群各城市行业要素流动量相差大，同时随着时间的演进其数值变化较大；多数城市的城市关联度偏小，城市间的空间联系偏弱，与各城市的综合经济实力不强，城市要素流动倾度不高有关；区域总体分布格局保持稳定，天山北坡城市群在中心城市带动下的集聚效应不断强化；第二产业对城市关联度的影响大于第三产业，天山北坡城市群仍然处于以工业增长为主的初级发展阶段。

关键词 城市关联；种间关联；要素流动；城市功能效率；天山北坡城市群

中图分类号 F291.1，Q145 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2013）11-0115-08 doi：103969/jissn1002-2104201311017

种间关联是指不同物种在空间分布的相互关联性，是生物群落重要的数量和结构特征之一，通常是由于群落生境的差异影响了物种的分布而引起的[1-2]。种间联结性是对各个物种在不同生境中相互影响、相互作用所形成的有机联系的反映。物种间的作用关系表现为中性、竞争、互利、捕食等基本形式。城市能够通过不断学习和持续创新来提高自身对资源的吸收、控制和转化的能力，在周围政治、经济、政策等环境发生变化时能有效地调整发展战略，是一种具有生态智慧的特殊“生命体”。在传统经济时代，城市之间多表现为争夺资源和市场，挤压周围城市发展空间，呈现相互竞争的关系。随着新经济时代的到来，城市之间的竞争已不仅局限在单纯的经济、部门行业等方面，而是综合实力的竞争。在全球一体化的大背景下，仅靠某个城市自身的发展很难在全球经济发展中获得更优质的资源和市场，在这种情况下，城市群成为区域城市发展的趋势。城市群内部城市之间的关系日趋复杂化，城市之间的合作、共生的相互作用变得愈加重要。城市群中城市之间的相互关系可以类比为一种“生态关系”，通过群落生态学的视角研究城市群内部及城市群与其外界环境系统之间的互动关系[3-4]，具有可行性和借鉴价值。

在20世纪初，国外开始了种间关联的研究。1907年，Forbes尝试利用两个物种在一系列样方中共同出现的频率来定量地测定种间关联特性，首次提出了联结系数的定义及其计算公式。20世纪40年代，Dice首次系统地探讨成对物种间关联性的测定方法。1985年，McCulloch验证了Schluter的关联性检验。此后，Abrams、Janssen和Redman等开展了不同生物种内种间的相互作用研究[5-9]。在我国，种间关联性的研究始于20世纪70年代末。国内学者针对生物群落种间关联的研究主要集中在植物群落的种间联结性及其研究方法等方面[1，10-14]，而涉及动物种群的种间关联及其与环境关系的研究相对较少，主要以鸟类、昆虫类为主[15-18]。近年来，随着生态位、多样性等概念的不断发展，群落生态学相关理论渗透到了经济学、城市科学等领域[19-22]。在城市关联方面，最早有零售引力模型、牛顿引力模型、威尔逊模型[23]、分形模型和城市流等模型方法，在一定程度上揭示了各城市对其他城市的吸引力度，反映城市相互作用中所处的地位。Cliff和Ord，GetisA和Ord，Anselin等定义了一些衡量空间联系和相互作用的标准全局和局部空间统计指标，包括Moran I，Geary C，G统计和LISA等[24-26]，反映了一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相关程度。我国学者应用上述模型方法在我国东中部的长三角城市群、京津冀城市群和珠三角城市群等开展了相关研究。基于群落生态学视角的城市关联性的研究相对较少。

本文以新疆天山北坡城市群的城市为研究对象，选取2005年和2011年的城市分行业在岗职工人数，采用城市关联度模型，通过对城市群城市关联度等指标对比分析，旨在一定程度上揭示天山北坡城市群城市之间的相互作用关系，为天山北坡城市群及其内部城市的协调和可持续发展提供科学依据和发展对策。

1 城市关联概念及其测度模型

1.1 城市关联概念

城市关联（Urban Association）是指依托发达的交通、信息网络，城市群中各“城市生命体”在人口、资本、技术和信息等多维生境中，由城市的集聚、辐射功能所产生的互相影响、互相作用的有机联系。发达的综合交通运输网和互联网，是城市关联得以实现的基础。“城市生命体”的集聚、辐射功能是城市关联的动力，促使城市间人口、资本、技术和信息等要素的空间流动。城市之间各要素的空间流动，是城市群生境变化的表现形式，也是城市间功能联系的产物。城市之间功能联系和空间联系共同构成城市群的城市关联。从要素类别，可以大体将城市关联分为城市经济关联、城市社会关联和城市政治关联等方面。本文主要探讨城市群的城市经济关联的相关内容。

1.2 城市关联度模型

城市关联度是指在城市群城市之间由集聚、辐射功能造成要素流动所产生的影响量，公式为：

UAD=E×F（1）

式中：UAD为城市关联度；E为城市功能效率，即各城市的单位流动量所产生的实际影响；F为城市要素流动量。

选取反映城市流动量的要素指标，如城市在岗职工指标，利用区位商法，得到城市某一行业在岗职工的区位商，用以判断城市该行业是否具有流动性，i城市j行业在岗职工区位商L式中：Dij为i城市j行业在岗职工人数；Di为j城市在岗职工总人数；Dj为区域j行业在岗职工人数；D为区域总在岗人数。

若Lij1，则i城市j行业存在着流出性，i城市的总在岗人员中分配给j行业的比例超过了区域的分配比例，即j行业在i城市中相对于区域是专业化部门，可以为城市群其他城市提供服务。因此，i城市j行业的流动量Fij为

i城市m个行业总的流动量FI为

i城市功能效率Ei用人均在岗职工人员的GDP表示，即

i城市关联度UADi为

式中：Ii为i城市要素流动量占总量的比例，反映了i城市总量的流动程度，称为流动倾度。

2 研究区概况与数据处理

2.1 研究区概况

天山北坡城市群地处亚欧大陆腹地，新疆准噶尔盆地南缘，天山北坡中段。天山北坡城市群是随着新疆天山北坡经济带经济的快速发展，依托便利的交通条件和优惠的政策支持等要素基础上发展起来的，是我国西北地区重要的城市群。天山北坡城市群的核心区范围主要包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉市、阜康市、米泉市、奎屯市、乌苏市、五家渠市、呼图壁县、玛纳斯县、沙湾县[27-28]。2011年，天山北坡城市群核心区的地区生产总值占新疆54.64%、工业总产值占66.1%、城镇人口占52.13%、高等学校在校生人数占77.19%[29]，已成为新疆经济、人口、科教等发展要素高度聚集的区域。

2.2 数据获取与处理

为了全面反映城市不同行业的城市关联度，结合天山北坡城市群城市产业结构中第一产业、第二产业比重较高的特点，经过多次指标选择与对比，并根据新疆统计年鉴的数据采集，选择了农林牧渔业S1、采矿业S2、制造业S3、电力燃气及水生产和供应业S4、建筑业S5、交通运输仓储和邮政业S6、信息传输计算机服务和软件业S7、批发和零售业S8、住宿和餐饮业S9、金融业S10、房地产业S11、租赁和商业服务业S12、科学研究技术服务和地质勘查业S13、水利环境和公共设施管理业S14、教育S15、卫生社会保障和社会福利业S16及文化体育和娱乐业S17等行业在岗职工数。

2007年，经国务院批准撤销了米泉市，并与乌鲁木齐市东山区合并设立为乌鲁木齐市米东区，本文将其并入乌鲁木齐市统计数值中进行测算。另外，奇台县、吉尔萨尔县和木垒县，位于天山北坡区域，属于昌吉州行政管辖，受天山北坡城市群核心区的辐射作用明显，为了保证行政区的完整性将其纳入本研究中，由此，本研究对象为天山北坡城市群的14个设市城市和县域城关镇。

3 城市关联度测算与分析

利用城市关联度模型，结合城市分行业在岗职工数的数据，分别对2005、2011年天山北坡城市群各城市要素流动量Fi、城市功能效率Ei、城市流动倾度Ii、城市关联度UADi等指标进行了测算。

3.1 城市关联度相关指标比较分析

从表1可以看出，天山北坡城市群各城市行业要素流动量相差大，同时随着时间的演进其数值变化较大。乌鲁木齐、克拉玛依和石河子等在城市群中上升较大，而昌吉州的部分城市有一定程度的下降，如昌吉、玛纳斯、呼图壁、阜康、木垒和吉尔萨尔。同2005年相比，城市要素流动量大于10的城市仅有乌鲁木齐1个，大于1的城市由4个增加到6个，城市要素流动量等级结构不断优化。

3.1.1 城市要素流动量分析

城市要素流动量的变化主要是因为城市产业部门的区位商变化造成的。由表2看出，制造业、水利环境和公共设施管理业、卫生社会保障和社会福利业、金融业及租赁和商业服务业区位商大于1的城市较多，数量随时间变化呈现不同程度的减少，出现向中心城市集聚的态势，受绿洲城市分布特征、行政区经济、行业协作等影响，产业结构以工业为主。交通运输仓储和邮政业、住宿和餐饮业、农林牧渔业和采矿业区位商大于1的城市较少，一方面上述行业辐射集聚功能的发挥需要较高的门槛，另一方面受制于水土、光热资源和矿产分布、丰度对农业、采掘业等行业发展约束性较大，导致近几年产业部门在各城市的分布数量无增长或略微增长。变化最大的是文化体育、娱乐业及房地产业，前者区位商大于1的城市减少最多，后者增加最多，表明天山北坡城市群的中心城市在文化、体育及娱乐业等服务功能上仍处于聚集态势，而房地产业逐渐成为地方财政收入主要来源之一，诸多城市将其列为地方经济发展的支柱产业。大体上，天山北坡城市群处于发育阶段。

在各城市分行业要素流动量方面，乌鲁木齐多个行业要素流动量大于0，但在采矿业、水利环境和公共设施管理业、教育、卫生社会保障和社会福利业等行业等于0，说明乌鲁木齐作为新疆的省会城市，天山北坡城市群中的桥头堡和核心城市，采矿业、水利环境和公共设施管理业等行业的发展水平与其城市规模等级或城市地位不相称；建筑业、交通运输仓储和邮政业、批发和零售业等行业要素流动量增长显著，说明依托良好的区位和交通条件，乌鲁木齐上述行业的专业化程度得以提升，城市集聚辐射功能

得到增强，促进了区域发展要素的流动。

克拉玛依、石河子、阜康、乌苏和五家渠等城市，制造业及第三产业中的少数行业要素流动量大于0，表明上述城市的第三产业发展相对落后。克拉玛依是新疆乃至全国油气采掘行业专业化最高的城市之一，具有典型的资源型城市特征，其第三产业主要是依附于油气资源采掘及其加工业的商业服务业，且发展相对缓慢，导致其服务业仅有房地产业和租赁、商业服务业流动量大于0，增长缓慢。

昌吉和奎屯两个城市受行政区划因素影响，服务业发展较好。奎屯市为伊犁州直辖城市，位于天山北坡经济带的“金三角”城市区域，依托便利的交通，为比邻的克拉玛依市独山子区和乌苏市提供生产、生活服务，成为天山北坡城市群中除乌鲁木齐之外的唯一在交通运输、仓储和邮政业行业区位商大于1的城市。

呼图壁、玛纳斯、沙湾、奇台、吉木萨尔和木垒等城关镇，城市部门行业发展各有侧重，部分行业部门的要素流动量大于0，但数值均不大，说明上述城市部门行业的专业化程度不高、对外辐射能力较弱，主要为县域的经济、社会发展服务。

3.1.2 城市关联度与流动倾度的对比分析

乌鲁木齐城市关联度最大，居城市群各城市之首，且远超其他城市，但流动倾度却小于城市群内诸多中小城市，与2005年流动倾度相比，出现了一定程度的降低，究其原因与乌鲁木齐近年来加快煤化工、采选业和制造业等行业发展有关，工业产值中轻工业与重工业比由2005年10.46∶89.54变为2011年5.48∶94.52，产业结构呈现“重工业化”特征，第三产业增加值占地区生产总值比重显著下降，由2005年61.43%降为2011年53.78%。克拉玛依凭借油气开采业及其加工业，成为流动倾度高的城市，主要与其城市自身第一、第三产业发展较弱有关，需要接受来自周边区域自然资源、经济资源和社会公共服务的辐射带动，同时，油气资源及其加工成品绝大部分需外运至消费市场。

木垒和吉尔萨尔呈现出流动倾度高、城市关联度低的特征，究其原因主要与其城市经济实力较弱有关。两城市第二、三产业不发达，对发展要素的集聚能力弱，仅是县域范围的行政中心，同时需要接受来自天山北坡城市群核心城市发展要素的辐射。

五家渠呈现城市关联度低、流动倾度低的“双低”特征，主要与其城市成立时间较短、城市产业结构不完善、城市经济实力弱和辐射能力较小有关，同时由于五家渠市是师市合一的兵团城市，主要辐射师部所辖团场区域，辐射范围有限，加上比邻天山北坡城市群的核心城市乌鲁木齐，受“影子效应”影响，城市发展要素集聚功能发挥受限。

3.2 城市关联度的时空变化

选取2005年和2011年要素流动量和城市关联度数值，采用Arcgis的反距离空间插值模型，得到天山北坡城市群要素流动量和城市关联度的空间对比图。由图1可以看出，区域总体分布格局保持稳定，城市群在中心城市带动下的集聚效应得到强化。北疆铁路、乌鲁木齐-奎屯高速公路已成为城市群主要城市分布和产业布局的一级轴线，乌鲁木齐成为城市群的核心增加极。呼图壁-克拉玛依高等级公路、奎屯-克拉玛依高速公路、省道115线昌吉-呼图壁段逐渐成为城市群中小城镇和乡镇密集分布的二级轴线，克拉玛依成为次级区域增加极。城市群东翼的阜康、吉木萨尔和木垒三个城市距离相对较远，发展相对独立，尚未形成城镇发展轴。

3.2.1 2005年城市关联度的时空变化

乌鲁木齐和克拉玛依是城市群的两个高值区，并呈现出由高值区向四周逐渐降低的特征，初步形成了乌鲁木齐和克拉玛依两个城市经济影响区。在要素流动量和城市关联度的对比中，临近乌鲁木齐的昌吉和阜康，以及比邻克拉玛依的乌苏和奎屯的要素功能量相对较大，但其城市关联度较低，说明一方面由于为设市城市，城市自身的辐射功能较强，产业结构以第二、三产业为主，形成了各具特色的产业体系，如昌吉的输变电设备制造业、阜康冶炼业、乌苏的啤酒业和奎屯的烟草业和综合服务业等；另一方面由于行政体制条块分割等原因，城市间要素流动不畅，功能效率不高。沙湾和呼图壁处于两个城市经济影响区的交错带，受到区域核心城市影响较大，加上自身产业结构中第一产业所占比重大，城市经济特征不明显，呈现出要素功能量较小，城市关联度相对较高的特征。木垒、奇台和吉木萨尔等城市由于交通欠发达，与城市群核心区的联系相对较少，加上自身经济落后，产业不完善且层次低，对周边区域的影响较弱，呈现出要素流动量小，城市关联度低的特征。

3.2.2 2011年城市关联度的时空变化

近年来乌鲁木齐和克拉玛依依托自身经济的快速发展，形成了相对完善的产业部门，要素集聚和辐射能力显著加强，与周边城市的联系日益密切，城市发展要素功能量大增。乌鲁木齐已成为新疆人口唯一过300万的特大型城市，成为新疆的政治、经济和文化中心，成为我国西部重要的国际商贸中心。克拉玛依是新疆仅有的两个地级市之一，已成为我国重要的石油、石油化工基地和能源生产基地。乌鲁木齐和克拉玛依仍然是城市群的高值区，且呈现出由高值区向四周迅速降低的特征。城市关联度分布由高值区向四周形成显著的圈层结构，其中在乌鲁木齐经济圈中，乌鲁木齐是内核，内圈层包括昌吉、阜康和五家渠，外圈层则包括呼图壁和吉木萨尔等城市。随着“乌昌一体化”战略的实施，打破了阻碍资金、技术和人才等生产要素流通和配置的制度屏障，加之相对丰富的水土资源和良好的生态环境，吸引了大批企业落户，增强了乌鲁木齐和昌吉之间在人才、技术和资金等各方面的交流和合作，促使昌吉的城市关联度迅速提高。石河子不断优化产业结构，以棉花产业化、节水灌溉技术产业化、绿色环保食品产业化和电力基础设施区域化为主体的工业布局日趋完善，城市服务功能不断提升，加之良好的城市环境，逐渐成为次区域综合型城市，同时与周边沙湾和玛纳斯等城市的交流逐渐增多，其城市要素流动量显著提高。随着第三产业的发展，奇台和吉木萨尔，功能效率提升明显，总体上城市关联度有所提升。

4 城市关联度的影响因素分析

城市要素流动量和流动倾度共同影响城市关联度，城市的经济实力和流动倾度越强，其与外界的集聚和辐射功能就越强，城市关联度就越大。城市的经济实力是由第一、二、三产业的综合实力构成，而流动倾度的大小主要由城市与周边城市产业部门差异和互补性所决定。将2011年天山北坡城市群14个城市的城市关联度和各城市的三次产业产值进行回归分析（见图2），可以看出城市关联度与第一产业产值不存在线性关系，两者标准化后相关系数为-0.179，但与第二产业和第三产业产值的线性回归模型拟合很好，标准化后相关系数分别达到0.982和0.854

将2005年和2011年天山北坡城市群14个城市关联度及其第二、第三产业产值分别做多元线性回归拟合，得到两个时期的多元回归模型，如下：

式中：UADi为城市关联度；Si为城市第二产业产值；Ti为城市第三产业产值。

从多元回归模型中可以看出，城市关联度与城市第二、第三产业产值成正相关，且第二产业的边际倾向值大于第三产业的边际倾向值，表明天山北坡城市群的城市关联度依然受第二产业发展的影响较大，城市之间更多表现为生产性原材料等要素的实物流动为主，第三产业发展整体水平落后，生产性、消费业不够活跃，总体上处于以第二产业为主导的发展阶段。加上天山北坡城市群空间一体化程度较低，行政分割体制与区域合作的协调机制缺失，没有形成市场化的生产要素分配机制及区域分工和产业布局机制，造成城市之间的交易成本较高，经济协调程度不够，主要城市之间许多产业发展的竞争多于合作，产业同构现象明显，经济互补性差，使城市群内城市之间要素流动不强。

2011年第二产业的边际倾向值比2005年增加0.03，第三产业的边际倾向值减少0.095，说明随着西部大开发、优势资源转化战略的实施和东部产业转移，能源、矿产等产业得到发展，如煤化工、石油化工、装备制造、机械加工等的新建或改扩建项目，工业在多数城市产业结构中位置不断提升，所占比重明显增加，而第三产业所占比重偏低，且比重下降，制约了城市要素流动量扩大。这与东部发达地区城市群呈现了不同的特征，其城市群产业以第三产业占主导地位[30]。根据城市群演替规律，由于城市群发育阶段不同，城市群演替到成熟阶段时，其城市产业将以第三产业为主导，城市关联度会出现与第二产业呈负相关，而与第三产业呈正相关的转变。

5 结论与建议

研究实证表明，天山北坡城市群仍然处于以工业增长为主的初级发展阶段，体现在：第二产业对城市关联度的影响大于第三产业；各城市行业要素流动量相差大，且变化显著；多数城市的城市关联度偏小，城市间的空间联系偏弱；天山北坡城市群在中心城市带动下的集聚效应不断强化。

依据2011年城市关联度数值，可以将天山北坡城市群的城市分为四类：高城市关联度的城市-乌鲁木齐；城市关联度中上等的城市-克拉玛依、昌吉和石河子；城市关联度中下等的城市-沙湾、阜康、乌苏、呼图壁、玛纳斯和奎屯；低城市关联度的城市-奇台、五家渠、吉木萨尔和木垒。

宏观层面上，鉴于天山北坡城市群各城市仍未完成工业化进程，今后一个时期，各城市应提高城市关联度，加强对外联系，以大力提高其工业化水平为基础，积极承接产业转移，走新型工业化道路，加快发展外向度强的现代服务业。同时，建立跨区域合作的政府协调机制，组成协调委员会，大力培育利益共同体，形成有效的合作机制，统一规划，合理分工。根据产业发展导向，对天山北坡城市群发展中的重大基础设施和产业布局进行空间规划与协调。在城市群空间发展上采用“点-轴”模式，按照专业化分工协作与综合多样性发展的要求和原则，形成特色鲜明的城市城镇组团，以差别互补进行分工协作的错位发展，促进城市群各城市之间的合作、共生的“生态关系”得以良性发展。

微观层面上，乌鲁木齐作为天山北坡城市群的集聚与辐射中心，应进一步提高其综合服务能力，加快发展战略性新兴产业、高新技术产业等，大力发展现代物流、金融、信息等现代服务业和文化创意产业，加快基础设施和公共服务设施建设，提升城市区域管理水平，建成中国面向中亚、西亚的现代化国际商贸中心、西部综合交通枢纽和物流中心。克拉玛依、昌吉和石河子等城市，在加强城市综合服务能力的建设以外，应加强其与城市群其他城市的联系，加强油地合作和兵地合作，努力打破行政分割壁垒。沙湾、阜康、乌苏、呼图壁、玛纳斯、奎屯、奇台、五家渠、吉木萨尔和木垒等城市，应在继续提高其城市总体实力的同时，迅速提高其综合服务能力，与城市群其它城市在产业上形成前向、后向与旁侧联系的网络关系。

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