湖北省城市水生态承载力动态演变与高质量协同发展机制研究

为解决城市水生态系统(UWE)与高质量发展(HD)协同机制不明的问题，北京师范大学水科学研究院团队基于DPSIRHD框架构建了城市水生态承载力(UWECC)评价体系，采用PVAR模型揭示了UWE与HD系统间的动态交互关系，通过MGWR和OPGD模型解析了经济、创新与政策驱动的时空异质性机制，为长江经济带城市可持续发展提供了科学依据。

　　

随着中国城市化进程加速，水资源过度开发与生态退化问题日益严峻。作为长江经济带核心区域的湖北省，其16个地级市正面临水生态承载力(UWECC)与高质量发展(HD)的协同难题。现有研究多聚焦区域UWECC水平评估，对系统内部交互作用及其演化机制的定量探索明显不足。在此背景下，北京师范大学水科学研究院（Beijing Normal University, College of Water Sciences）的研究团队在《Ecological Genetics and Genomics》发表重要成果，通过创新构建DPSIRHD（驱动力-压力-状态-影响-响应-高质量开发）框架，揭示了城市水生态系统与高质量发展的动态耦合机制。

研究团队采用改进CRITIC-熵权法与GRA-TOPSIS方法构建评价体系，运用面板向量自回归(PVAR)模型解析10个准则层的动态交互，结合多尺度地理加权回归(MGWR)和最优参数地理探测器(OPGD)识别驱动因子。数据涵盖2010-2021年湖北省16个地级市的面板数据，包括水资源、环境、经济等44项指标。

3.1 时空演变特征

研究发现UWECC总体呈上升趋势，但存在四个特征阶段：2010-2014年基础设施驱动期、2014-2017年效率提升期、2017-2019年创新主导期和2019-2021年政策响应期。武汉始终保持最高水平，而黄冈、荆州等地表现滞后。空间上呈现"西高东低"格局，2020年疫情导致短期异常波动。

3.2 PVAR模型分析

压力层(UWE_P)是UWE系统的核心枢纽，与驱动层(UWE_D)、状态层(UWE_S)形成双向反馈。高质量开发系统中，污染减排(HD_PR)与碳减排(HD_CR)、绿色扩张(HD_GE)存在显著协同效应。值得注意的是，经济驱动层(UWE_D)对HD系统的解释力达51.3%，而创新生产力(HD_NQ)对响应层(UWE_R)存在抑制作用。

3.3 驱动机制解析

MGWR显示不同时期主导因子各异：早期依赖GDP人均(D1)和产业结构(EG3)，中期转向污水处理量(S5)和垃圾处理率(PR5)，创新期由人工智能专利数(NQ3)主导，疫情期间则受绿色专利(GE4)和区域结构(EG5)驱动。OPGD识别出前三大驱动因子为垃圾处理率(PR5)、产业结构超越度(EG3)和AI专利数(NQ3)。

4.1 子系统协同机制

研究首次量化了UWE与HD的"压力-响应"耦合路径：水生态压力通过改变资源供给能力影响创新产出(HD_NQ)，而绿色技术(HD_GE)又能提升系统恢复力。这种双向调节机制解释了2017年后UWECC增速放缓的现象——当创新驱动未能及时补偿环境压力时，系统进入动态平衡阶段。

4.2 政策启示

针对湖北省内差异，提出分区治理策略：武汉等创新高地应强化AI与水生态大数据融合；鄂州等经济驱动型城市需平衡发展与生态投入；荆州等滞后区域重点建设数字水务系统。特别建议将COVID-19期间的环境改善措施（如医疗废水处理强化）转化为长效机制。

该研究创新性地将DPSIR模型拓展为DPSIRHD框架，为复杂系统研究提供了PVAR-MGWR-OPGD的方法组合。不仅解决了UWECC动态评估的技术难题，更揭示了后疫情时代城市可持续发展的关键路径，对长江经济带生态保护与高质量发展具有重要指导价值。未来研究可结合水生态基因组学，深入解析微生物群落对承载力的调控机制。