劉 曄,李 楊,石 磊

清華大學環(huán)境學院國家環(huán)境模擬與污染控制聯(lián)合重點實驗室, 北京 100084

工業(yè)多樣性是工業(yè)生態(tài)學的一個重要研究領域[1- 4],也是工業(yè)生態(tài)化的重要決策支持,近年來受到越來越多的關注。自1930年首次提出以來[5],工業(yè)多樣性的概念一直不斷深化,其表征指數(shù)和計算方法也隨之發(fā)展[6]。據(jù)不完全文獻統(tǒng)計,工業(yè)多樣性指數(shù)有多達15種,每一種指數(shù)所反映的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)過程其視角或側(cè)重點各不相同,且存在一定的互補作用[6]。

區(qū)域差異是工業(yè)發(fā)展過程中不可避免的經(jīng)濟現(xiàn)象[7]。隨著時間的積累,區(qū)域工業(yè)發(fā)展差異反映在空間上[8],表現(xiàn)為工業(yè)多樣性的差異。工業(yè)多樣性受多個尺度因素的影響,包括企業(yè)尺度、產(chǎn)業(yè)尺度、區(qū)域尺度,甚至國家和全球經(jīng)濟尺度,這些因素相互作用,共同影響工業(yè)多樣性的分布格局。區(qū)域規(guī)模[9]、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[10-11]、市場結(jié)構(gòu)[12-13]是3個最常見的因素,此外還有收入水平[14]、要素狀況、基礎設施等。而具有更高工業(yè)多樣性的地區(qū)可以獲得更穩(wěn)定的經(jīng)濟增長和更低的失業(yè)率,許多研究支持這個假說,認為提高工業(yè)多樣性可以降低區(qū)域經(jīng)濟的不穩(wěn)定性[15]。

中國作為世界工廠,現(xiàn)在是世界上制造業(yè)產(chǎn)量最大的國家。中國工業(yè)發(fā)展的空間格局引起了經(jīng)濟地理學學者的廣泛關注。正如我們所知,中國工業(yè)的發(fā)展并不是均勻分布,工業(yè)的空間格局一直在變化[16-19],自20世紀70年代末實行改革開放政策以來,中國經(jīng)歷了顯著的工業(yè)化進程。中國工業(yè)的區(qū)域差異一直是地理學研究的熱點,也是區(qū)域經(jīng)濟學研究的核心問題。中國的工業(yè)分布空間變化受到土地成本、需求變化和環(huán)境成本的影響[20- 21],而地方政府的產(chǎn)業(yè)政策并不是萬能的,需要依賴城市的產(chǎn)業(yè)基礎和資源稟賦等其他因素的共同作用[22]。已有研究表明傳統(tǒng)經(jīng)濟地理因素、新經(jīng)濟地理因素和政策因素共同決定了我國的工業(yè)分布[23],不同工業(yè)存在顯著不同的空間分布特點,空間格局的影響因素差異較大[24],對于其探討也在不斷深入[24- 27]。不同空間尺度,影響工業(yè)地理格局的機制也存在差異[28]。將ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis,探索空間數(shù)據(jù)分析)方法引入到工業(yè)格局分析中,可以發(fā)現(xiàn)工業(yè)的空間集群和空間分異,揭示不同區(qū)域間的空間相互作用機制[17]。

黨的十九大報告指出,中國特色社會主義進入新時代,我國社會主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾[29]。改革開放以來,我國整體經(jīng)濟實力不斷增強,但在發(fā)展過程中,經(jīng)濟發(fā)展不平衡不充分問題日益凸顯。山東省是我國東部沿海經(jīng)濟大省,GDP 位列全國排名第三,但是省內(nèi)不同區(qū)域工業(yè)發(fā)展水平有著明顯的差異[30],存在著工業(yè)結(jié)構(gòu)不完善、自主創(chuàng)新能力不足和節(jié)能減排壓力大等問題。對山東省工業(yè)發(fā)展的研究,是中國工業(yè)發(fā)展一個很好的實踐案例。本研究以山東省140個縣級行政單位2010年的四位碼產(chǎn)業(yè)類型工業(yè)總產(chǎn)值和企業(yè)個數(shù)為統(tǒng)計單位,選擇13個工業(yè)多樣性指標,對結(jié)果綜合比較,分析山東省工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的空間分布格局;基于工業(yè)多樣性指標,采用探索性空間數(shù)據(jù)分析方法,分析其空間關聯(lián)性,評估空間自相關是否有穩(wěn)定性, 探討山東省工業(yè)發(fā)展過程中的區(qū)域差異。以期為山東省工業(yè)平衡、充分發(fā)展提供理論指導,為當前中國工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和空間優(yōu)化布局的政策制定和企業(yè)的戰(zhàn)略選擇提供實踐支持。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)說明

本文依據(jù)《中國工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)庫》,整理了山東省140個縣級行政單位2010年的各產(chǎn)業(yè)類型工業(yè)總產(chǎn)值數(shù)據(jù)及企業(yè)個數(shù),包括39個二位碼類型、504個四位碼類型。表1對山東省39個二位碼產(chǎn)業(yè)按行業(yè)總產(chǎn)值從高到低進行排序,選擇排名前10的重點行業(yè),并統(tǒng)計各產(chǎn)業(yè)類型的行業(yè)分布(縣域個數(shù))和企業(yè)個數(shù)。

表1 2010年山東省二位碼產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計

1.2 工業(yè)多樣性指數(shù)分析

研究選擇了13個工業(yè)多樣性指數(shù),包括直接從生物多樣性指數(shù)移植過來的4個指數(shù),和根據(jù)特定目的專門構(gòu)造出來的9個指數(shù)。

1.2.1根據(jù)特定目的專門構(gòu)造出來的指數(shù)

利用各行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值數(shù)據(jù)計算各個縣級單位的工業(yè)多樣性指數(shù),包括赫芬達爾-赫希曼指數(shù)(Herfindhl-Hirschman index)[31]、圓拱指數(shù)(Ogive Index)[32]、國家平均指數(shù)(National Averages Index)[33]、郡相似性指數(shù)(County Similarity Index,CS-Index)[3]、克魯格曼相似性指數(shù)(Krugman Similarity Index)[34-35],和熵指數(shù)(Entropy Index)[36],分為相關多樣性和不相關多樣性(related variety, unrelated variety)[37-38]。具體指標說明和計算方法參見劉曄等[6]。

1.2.2直接從生物多樣性指數(shù)移植過來的工業(yè)多樣性指數(shù)

利用各行業(yè)的企業(yè)個數(shù)計算工業(yè)多樣性指數(shù),包括Simpson多樣性指數(shù)[39]、Shannon-Wiener指數(shù)[40]、Pielou均勻度指數(shù)[41]、物種豐富度指數(shù)(Richness Index,S)。

(1)物種豐富度指數(shù)是對一個群落中所有實際物種數(shù)目的測量。

(2)物種多樣性指數(shù),包括Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)。

Simpson多樣性指數(shù)：指數(shù)越大,屬于同一物種的概率越低,多樣性越高

Shannon-Wiener指數(shù)：指數(shù)愈大,群落所含的信息量愈大,多樣性也越高。

Pi表示整個生態(tài)系統(tǒng)總體中第i種個體的比例。

(3)群落的均勻度指數(shù)：主要是Pielou均勻度指數(shù)。

1.3 空間關聯(lián)性分析

許多地理實體間總是存在一定的空間關聯(lián)性,而地理空間相關性主要表現(xiàn)在地理空間的自相關。通常,空間自相關使用全局指標和局部指標來度量[42]。全局指標反映研究區(qū)域內(nèi)相似屬性值的平均集聚程度,而局部指標反映這些集聚區(qū)的具體地理分布。

本文采用ArcGIS生成山東省的140個縣級行政單位的shp文件,使用GeoDA建立基于空間鄰接關系(具有公共邊界)的權(quán)重矩陣,生成權(quán)重文件。

全局空間自相關指標Moran′sI指數(shù),公式如下：

局域空間自相關指數(shù)(Local Indicators of spatial association,LISA)[43],公式如下：

式中,I為Moran指數(shù),xi為區(qū)域i的屬性觀測值。使用 GeoDA軟件,采用蒙特卡羅模擬的方法來檢驗 Moran′ sI是否顯著,重復999次。

2 工業(yè)多樣性分析

依據(jù)13個多樣性指標計算結(jié)果(圖1),對山東省140個縣級行政單位的工業(yè)多樣性從高到低排序,序數(shù)從1—140,選取多樣性最高的20個縣,如表2所示,其中有9個指標認為德州市德城區(qū)工業(yè)多樣性高,8個指標認為青島市膠州市、威海市文登市、煙臺市蓬萊市工業(yè)多樣性高,7個指標認為濟南市歷城區(qū)、濟寧市曲阜市、青島市膠南市、棗莊市滕州市工業(yè)多樣性高,6個指標認為濟南市章丘市、青島市城陽區(qū)、青島市黃島區(qū)、青島市平度市、威海市乳山市、煙臺市福山區(qū)、淄博市張店區(qū)工業(yè)多樣性高,5個指標認為臨沂市河東區(qū)、濰坊市青州市、淄博市桓臺縣、淄博市周村區(qū)工業(yè)多樣性高,4個指標認為青島市即墨市、青島市萊西市、泰安市岱岳區(qū)、濰坊市奎文區(qū)工業(yè)多樣性高。另有3個指標認為18個縣級行政單位工業(yè)多樣性高,2個指標認為18個縣級行政單位工業(yè)多樣性高,1個指標認為31個縣級行政單位工業(yè)多樣性高。

研究結(jié)果表明,山東省工業(yè)多樣性較高的20個縣所屬市,分別位于膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)(青島市、煙臺市、威海市、濰坊市)、 黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)(淄博市、煙臺市、濰坊市、德州市)、 魯南經(jīng)濟帶(臨沂市、棗莊市、濟寧市)和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶(濟南市、淄博市)這四個山東省的工業(yè)增長極,尤以膠東半島的工業(yè)發(fā)展最為突出。這些縣域較高的工業(yè)多樣性,與優(yōu)越的自然資源條件[43]、地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展[44]、國家宏觀政策和地區(qū)政策的引導和調(diào)控[45- 46],以及經(jīng)濟全球化等因素密不可分?？h域內(nèi)較高的工業(yè)多樣性,使得各產(chǎn)業(yè)可以相互彌補,消除產(chǎn)品的需求波動,更好地抵抗經(jīng)濟風險,確保經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展[15]。而競爭性的市場環(huán)境[24,47]、便利的交通通訊基礎設施建設[24,48]有助于吸引更多的產(chǎn)業(yè),幫助縣域保持較高的工業(yè)多樣性。

圖1 2010年山東省縣級行政單位工業(yè)多樣性的空間分布Fig.1 The spatial distribution pattern of industrial diversity in Shandong Province in 2010

3 空間關聯(lián)性分析

依據(jù)基于13個多樣性指標的全局空間自相關指標Moran′s I指數(shù)分析山東省2010年的工業(yè)多樣性的空間分布格局(表3),結(jié)果顯示10個指標認為山東省工業(yè)多樣性格局表現(xiàn)為顯著地空間正相關,即工業(yè)多樣性為空間集聚分布;另外3個指標Ogive Index(p=2)、National Averages Index(p=1)、Krugman Similarity Index認以上分析表明,山東省縣域工業(yè)企業(yè)整體上呈現(xiàn)聚集分布的特征,區(qū)域工業(yè)的發(fā)展受相關區(qū)域的影響。在空間上表現(xiàn)為①高-高分布的縣域在山東省東北部沿海地區(qū)集聚,分布在膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)(縣所屬市為青島市、煙臺市、威海市)、黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)(縣所屬市為淄博市、煙臺市),和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶(縣所屬市為濟南市、泰安市、淄博市),是山東省工業(yè)分布和發(fā)展的核心區(qū),這些地區(qū)產(chǎn)業(yè)基礎好、科研力量強、海洋資源豐富、經(jīng)濟外向度高。②低-低分布的縣域在山東省的北部集聚,分布在膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)(縣所屬市為青島市)、黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)(縣所屬市為東營市、濱州市)、魯南經(jīng)濟帶(縣所屬市為棗莊市)和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶(縣所屬市為濱州市),是山東省工業(yè)分布和發(fā)展的欠發(fā)達地區(qū),這與縣域的功能定位有關,比如青島市市南區(qū)是青島市的政治中心和政府所在地。③低-高分布和高-低分布均位于魯南經(jīng)濟帶(縣所屬市為日照市、棗莊市、菏澤市),是山東省工業(yè)發(fā)展不均衡的地區(qū),魯南經(jīng)濟帶工業(yè)發(fā)展水平明顯弱于其他3個區(qū)域,這與魯南地區(qū)經(jīng)濟總量偏小,工業(yè)化、城市化水平不高,經(jīng)濟外向度偏低有關;其中,日照市五蓮縣的低-高分布,可能是由于五蓮縣為生態(tài)敏感區(qū),丘陵地貌,地勢起伏大、平原面積小,交通不便,很難發(fā)展大規(guī)模的經(jīng)濟。

表2 2010年山東省工業(yè)多樣性最高的20個縣級行政單位

p是常數(shù);A青島市膠州市;B威海市文登市;C煙臺市蓬萊市;D泰安市東平縣;E濟寧市曲阜市;F威海市乳山市;G棗莊市滕州市;H臨沂市河東區(qū);I。濟南市長清區(qū);J濰坊市臨朐縣;K青島市膠南市;L,濟寧市汶上縣;M青島市平度市;N淄博市周村區(qū);O濟南市濟陽縣;P日照市東港區(qū);Q菏澤市牡丹區(qū);R德州市德城區(qū);S泰安市肥城市;T煙臺市龍口市;U棗莊市臺兒莊區(qū);V德州市慶云縣;W棗莊市山亭區(qū);X棗莊市嶧城區(qū);Y菏澤市定陶縣;Z淄博市高青縣;AA菏澤市單縣;AB臨沂市蒙陰縣;AC濱州市陽信縣;AD聊城市莘縣;AE濟南市平陰縣;AF煙臺市牟平區(qū);AG煙臺市長島縣;AH日照市莒縣;AI濟南市市中區(qū);AJ萊蕪市鋼城區(qū);AK濟寧市鄒城市;AL菏澤市東明縣;AM淄博市臨淄區(qū);AN濱州市鄒平縣;AO萊蕪市萊城區(qū);AP濟南市天橋區(qū);AQ東營市東營區(qū);AR煙臺市福山區(qū);AS青島市李滄區(qū);AT濰坊市奎文區(qū);AU濟南市歷城區(qū);AV棗莊市薛城區(qū);AW臨沂市羅莊區(qū);AX東營市廣饒縣;AY德州市夏津縣;AZ濰坊市壽光市;BA濱州市博興縣;BB青島市市南區(qū);BC德州市齊河縣;BD菏澤市巨野縣;BE棗莊市市中區(qū);BF淄博市桓臺縣;BG德州市臨邑縣;BH濰坊市昌邑市;BI聊城市東昌府區(qū);BJ青島市黃島區(qū);BK泰安市新泰市;BL淄博市張店區(qū);BM青島市萊西市;BN青島市城陽區(qū);BO濰坊市青州市;BP濟南市章丘市;BQ淄博市博山區(qū);BR淄博市淄川區(qū);BS威海市榮成市;BT青島市即墨市;BU濰坊市諸城市;BV煙臺市萊州市;BW威海市環(huán)翠區(qū);BX濰坊市濰城區(qū);BY泰安市寧陽縣;BZ泰安市岱岳區(qū);CA濱州市沾化縣;CB濟南市商河縣;CC濟寧市兗州市;CD煙臺市芝罘區(qū);CE濟寧市任城區(qū);CF濰坊市呂樂縣;CG青島市嶗山區(qū);CH濟南市槐蔭區(qū);CI臨沂市蘭山區(qū);CI青島市四方區(qū);CK青島市市北區(qū);CL濟寧市市中區(qū)依據(jù)基于13個多樣性指標的Moran顯著性水平圖,統(tǒng)計大于等于4個指標支持的山東省2010年工業(yè)多樣性的局部空間分布格局(圖2),共27個縣,24個縣為空間正相關,3個縣為空間負相關。其中15個縣為高-高分布(青島市黃島區(qū)、青島市膠州市、泰安市肥城市、濟南市平陰縣、青島市膠南市、淄博市淄川區(qū)、淄博市周村區(qū)、威海市榮成市、青島市城陽區(qū)、青島市即墨市、青島市平度市、淄博市張店區(qū)、淄博市臨淄區(qū)、煙臺市牟平區(qū)、泰安市岱岳區(qū)),表明這15個縣是山東省工業(yè)分布和發(fā)展的核心區(qū),與周邊縣的工業(yè)多樣性空間差異較小,工業(yè)呈現(xiàn)高-高聚集發(fā)展;9個縣為低-低分布(青島市市南區(qū)、青島市市北區(qū)、棗莊市市中區(qū)、東營市東營區(qū)、濱州市濱城區(qū)、濱州市陽信縣、棗莊市嶧城區(qū)、濱州市惠民縣、濱州市沾化縣),表明這9個縣是山東省工業(yè)發(fā)展的欠發(fā)達地區(qū),與周邊縣的工業(yè)多樣性空間差異較小,工業(yè)呈現(xiàn)低-低聚集;僅日照市五蓮縣1縣為低-高分布,菏澤市牡丹區(qū)、棗莊市滕州市2縣為高-低分布,說明這3個縣分別是山東省工業(yè)發(fā)展不均衡的地區(qū),與周邊縣的工業(yè)多樣性空間差異較大。

表3 2010年山東省工業(yè)多樣性指標的全局空間自相關性

為山東省工業(yè)多樣性沒有顯著的空間格局,傾向于隨機分布。

圖2 2010年山東省工業(yè)多樣性指標的Moran顯著性水平圖Fig.2 The local indicator of spatial association clusters of industrial diversity in Shandong Province in 2010

工業(yè)多樣性高的縣域,其集聚分布可以促進經(jīng)濟規(guī)模的增加,提升區(qū)域的競爭力,促進區(qū)域經(jīng)濟的增長[49- 51];工業(yè)多樣性沒有顯著集聚分布的地區(qū),可以結(jié)合自身區(qū)域優(yōu)勢,促進產(chǎn)業(yè)的集聚,利用產(chǎn)業(yè)集聚的正外部性,促進區(qū)域經(jīng)濟的增長[24];同時還要注意相關基礎設施和配套政策的制定和實施,降低負外部性對區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響[52]。

雖然周圍縣域的發(fā)展對該縣域經(jīng)濟的增長具有推動作用,但縣域內(nèi)部的工業(yè)集聚對縣域經(jīng)濟增長則有負面影響[53],在工業(yè)多樣性較高的縣域,需要進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。此外產(chǎn)業(yè)的集中分布與污染強度具有顯著的正相關性[54],在工業(yè)多樣性較高縣域的產(chǎn)業(yè)組成優(yōu)化中要注意高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移;同時由于地區(qū)的人均GDP與環(huán)境規(guī)制嚴格度高度相關[55],在工業(yè)發(fā)展的欠發(fā)達地區(qū),在吸引產(chǎn)業(yè)集聚的同時,要避免成為新的污染避難所。

4 結(jié)論

本文以2010年山東省縣域尺度為樣本,分析了工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的空間分布格局,采用探索性空間數(shù)據(jù)分析方法解析區(qū)域之間工業(yè)多樣性的空間關聯(lián)。結(jié)論如下：

第一,工業(yè)多樣性高的縣分布在青島市、淄博市、煙臺市、濰坊市、威海市、濟南市、德州市、濟寧市、臨沂市、泰安市、棗莊市等11個地級市,分別位于膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)、 黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)、 魯南經(jīng)濟帶和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶這4個山東省的產(chǎn)業(yè)增長極,產(chǎn)業(yè)組成種類豐富,抵抗經(jīng)濟風險能力強,是山東省經(jīng)濟發(fā)展較穩(wěn)定的地區(qū)。

第二,各縣之間工業(yè)多樣性格局整體上表現(xiàn)為顯著正相關的空間格局,山東省縣域工業(yè)企業(yè)整體上呈現(xiàn)聚集分布的特征,區(qū)域工業(yè)的發(fā)展受相關區(qū)域的影響。其中①高-高分布的縣15個,為山東省工業(yè)發(fā)展的核心區(qū),分布在青島市、淄博市、泰安市、濟南市、威海市、煙臺市,分別位于膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)、黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶,可利用規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢,吸引更多的產(chǎn)業(yè)集聚,推動工業(yè)持續(xù)發(fā)展;②低-低分布的縣9個,為山東省工業(yè)發(fā)展的洼地,分布在濱州市、青島市、棗莊市、東營市,分別位于膠東半島高端制造業(yè)聚集區(qū)、 黃河三角洲高效生態(tài)制造業(yè)聚集區(qū)、 魯南經(jīng)濟帶和濟南城市圈高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶,作為各市的政治中心,可在保證居民居住環(huán)境和城市建設品質(zhì)的基礎上合理發(fā)展工業(yè)企業(yè);③僅有3個縣為負相關的空間格局,為山東省工業(yè)發(fā)展不均衡地區(qū),低-高分布僅在日照市,高-低分布在菏澤市、棗莊市,均位于魯南經(jīng)濟帶,這一地區(qū)地形復雜多樣,可根據(jù)不同的地形特點科學布局,充分發(fā)掘優(yōu)勢因素,促進落后地區(qū)的工業(yè)發(fā)展。

中國的工業(yè)發(fā)展普遍存在不平衡不充分的問題,山東省工業(yè)多樣性分布的空間差異表明山東省的工業(yè)發(fā)展也存在這一問題。山東省工業(yè)多樣性的差異分布與本區(qū)自然資源條件、地區(qū)的產(chǎn)業(yè)基礎、經(jīng)濟發(fā)展水平、勞動力、外商投資等密切相關。山東省的工業(yè)發(fā)展,應大力實施區(qū)域帶動戰(zhàn)略,保持發(fā)達地區(qū)的競爭力,加快落后地區(qū)的開發(fā),促進經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展,充分考慮不同區(qū)域物質(zhì)資源、勞動力密集度、知識密集度、外商資本、產(chǎn)業(yè)基礎等條件的差異,科學規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局,通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級,降低環(huán)境污染,促進山東省的工業(yè)生態(tài)化發(fā)展。