第六章资源环境承载力的空间分析

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

目录

第六章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析 ..................... 2 第一节 空间计量经济学的理论与方法 .................................... 2 一、空间效应 ........................................................ 2 二、空间效应的测算和检验 ............................................ 2 第二节 省级区域资源环境压力、承载力和承载率的空间分布 ................ 3 一、省级区域资源环境压力的空间分布 .................................. 3 二、省级区域资源环境综合承载力的空间分布 ............................ 4 三、省级区域资源环境综合承载率的空间分布 ............................ 5 第三节 省级区域资源环境压力、承载力和承载率的空间相关性分析 .......... 9 一、空间权值矩阵的选择及全局空间相关分析 ............................ 9 二、局域空间相关分析 ............................................... 10 第四节 省级区域资源环境综合承载力空间类型划分 ....................... 15 本章小结 ............................................................. 16

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

第六章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

第一节 空间计量经济学的理论与方法

空间计量经济和空间统计学作为一种较新的实证工具，随着其理论及方法的成熟，逐渐成为对各类经济现象空间特性进行实证研究的有力工具。本章利用2003-2009年中国省级区域资源环境压力和资源环境综合承载力的评价数据，纳入空间效应，考虑空间差异及空间相关性，分别对省级区域资源环境压力和资源环境综合承载力进行空间相关性分析。

一、空间效应

空间经济计量研究的空间效应包括空间相关性和空间差异性。空间差异性是指地理空间上的区域缺乏均质性，存在发达地区和落后地区、核心地区和边缘地区等经济地理结构，从而导致资源环境压力和资源环境承载力存在较大的空间差异性1。此外，由于相邻地区资源环境禀赋的相似性和空间上的观测值缺乏独立性，省级区域资源环境压力和资源环境承载力同时可能还存在空间相关性，空间相关的强度由空间观测值的相对位置和绝对位置共同决定。

二、空间效应的测算和检验

省级区域资源环境压力和资源环境综合承载力是否存在空间相关性，可用空间计量经济学中定义的Moran’s I指数来测算和检验2。

全域的Moran’s I定义如下：

nn??W

ij(Yi?Y)(Yj?Y)nnMoran's?I?i?1j?1 ?（6-1）

S2??Wiji?1j?1其中，Yi表示第i个区域的观测值，n为区域数，Wij为采用邻近标准或距离标准

1n1n2的空间权值矩阵，S???(Yi?Y)?,?Y??Yi?。 ?ni?1ni?12在全域Moran’s I空间自相关中，由于部分省级区域资源环境压力（或资源环境综合承载力）间的正相关和另一部分区域间负相关抵消，Moran’s I估计的是抵消后的剩余值，无法揭示每一区域的局域空间关联效应。因此，还需要使用局域Moran’s I模型

1

2

邹艳芬，陆宇海：《基于空间自回归模型的中国能源利用效率区域特征分析》，《统计研究》，2005年第10期。 李序颖，顾岚：《空间自回归模型及其估计》，《统计研究》，2004年第6期，第48-51页。

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测算局域空间效应，其计算公式如下：

?Zj? Ii(d)?Zi?wiji?1n（6-2）

其中，Zi是xi的标准化变换，Zi?xi?x?还可用局域Moran’S I散点图和空间关联局域指标LISA (Local Indicators of Spatial 局域相关性及差异性3。

?为标准化后的空间权值矩阵。此外，；wijAssociation)地图更为直观地描述省级区域资源环境压力和资源环境综综合承载力的

第二节 省级区域资源环境压力、承载力和承载率的空间分布

一、省级区域资源环境压力的空间分布

本研究使用的空间样本为2003-2009年间我国30个省级区域，样本数据为30个省级区域资源环境压力评价值和资源环境综合承载力评价值以及依据它们测算的资源环境承载率。

2003年及2009年中国30个省域资源环境压力的五分位图如下图6-1和6-2，由图可知，中国30个省域资源环境压力集聚特征明显。以2009年省域资源环境压力的五分位图为例，3个省域（贵州、新疆和宁夏）处于资源环境压力最高分位等级上，4个省域（甘肃、广西、山西和青海）位于次高分位等级上，6个沿海地区省域（北京、上海、天津、浙江、江苏和广东）位于资源环境压力最低分位等级上，其它17个省域处于资源环境压力较低的分位等级上。总体来看，中国省域资源环境压力的空间分布呈现出比较明显东部沿海向西北部区域渐次梯状上升模式，区域差异比较明显。

3

Elhorst．J．P．Specification and Estimation of Spatial Panel Data Model，International Regional Science

Review.2003(26):2444-2468.

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图6-1 2003年省级区域资源环境压力五分位图

图6-2 2009年省级区域资源环境压力五分位图

二、省级区域资源环境综合承载力的空间分布

2003年及2009年中国30个省域资源环境综合承载力的五分位图如下图6-3和6-4，由图可知，中国30个省域资源环境综合承载力集聚特征明显。以2009年省域资源环境综合承载力的五分位图为例，3个省域（上海、北京和天津）处于资源环境综合承载力最高分位等级上，5个省域（福建、山东、广东、江苏和浙江）位于次高分位等级上，4个省域（甘肃、新疆、青海和内蒙古）位于资源环境综合承载力最低分位等级上，其它18个省域处于资源环境综合承载力较低的分位等级上。总体来看，中国省域资源环境综合承载力的空间分布呈现出比较明显的由沿海向内陆至西部梯状下降的趋势，区域差异及区域集聚性比较明显。

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图6-3 2003年省级区域资源环境综合承载力五分位图

图6-4 2009年省域资源环境综合承载力五分位图

三、省级区域资源环境综合承载率的空间分布 区域资源环境承载率计算公式如下：

区域资源环境承载率?区域资源环境综合承载力/区域资源环境压力

全国资源环境综合承载力/全国资源环境压力（6-3）

根据上述区域资源环境承载率的计算方法，承载状态可以分为以下三种: 富余：以全国资源环境综合承载力和资源环境压力为基准，区域资源环境综合承载力显著大于区域资源环境压力；

超载：以全国资源环境综合承载力和资源环境压力为基准，区域资源环境综合承载力显著小于区域资源环境压力；

临界：以全国资源环境综合承载力和资源环境压力为基准，区域资源环境综合承载力约等于区域资源环境压力。

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根据上述区域资源环境承载率的计算公式，2003年至2009年中国30个省域资源环境综合承载率结果如下表6-1，图6-5至图6-9。

表6-1 2003-2009年省级区域资源环境综合承载率

地 区 北 京 天 津 河 北 山 西 内蒙古 辽 宁 吉 林 黑龙江 上 海 江 苏 浙 江 安 徽 福 建 江 西 山 东 河 南 湖 北 湖 南 广 东 广 西 海 南 重 庆 四 川 贵 州 云 南 陕 西 甘 肃 青 海 宁 夏 新 疆 2003年 1.76 1.43 0.98 0.72 0.62 1.02 0.95 0.86 1.84 1.37 1.46 0.99 1.22 0.83 1.16 1.03 0.99 0.94 1.31 0.80 1.10 1.00 0.88 0.60 0.81 0.84 0.72 0.67 0.64 0.61 2004年 1.77 1.43 0.96 0.73 0.61 1.02 0.94 0.87 1.84 1.35 1.42 1.00 1.22 0.83 1.19 1.04 0.99 0.97 1.36 0.79 1.10 1.01 0.90 0.62 0.83 0.84 0.72 0.60 0.65 0.58 2005年 1.84 1.42 0.98 0.75 0.65 1.00 0.94 0.89 1.78 1.37 1.42 1.00 1.18 0.84 1.18 1.05 1.04 0.97 1.32 0.80 1.09 1.05 0.92 0.67 0.82 0.85 0.73 0.54 0.64 0.58 2006年 1.81 1.39 0.96 0.69 0.66 0.96 0.91 0.82 1.71 1.33 1.34 0.97 1.12 0.81 1.20 1.01 1.00 0.93 1.26 0.77 1.05 1.02 0.89 0.64 0.75 0.84 0.69 0.53 0.61 0.55 2007年 1.75 1.48 0.93 0.73 0.67 0.95 0.95 0.80 1.73 1.37 1.36 0.99 1.18 0.83 1.22 1.03 1.03 0.95 1.26 0.80 1.06 1.02 0.91 0.66 0.78 0.87 0.68 0.51 0.65 0.53 2008年 1.69 1.51 0.94 0.72 0.67 0.98 0.95 0.80 1.69 1.38 1.38 0.97 1.19 0.87 1.24 1.03 1.04 0.95 1.26 0.76 1.04 1.04 0.94 0.68 0.80 0.89 0.65 0.50 0.68 0.52 2009年 1.68 1.48 0.96 0.70 0.69 0.98 0.94 0.79 1.70 1.36 1.38 0.97 1.19 0.85 1.25 1.02 1.02 0.93 1.27 0.79 1.02 1.03 0.94 0.70 0.83 0.91 0.64 0.47 0.69 0.48 2003-2009年 平均 1.76 1.45 0.96 0.72 0.65 0.99 0.94 0.83 1.76 1.36 1.39 0.98 1.19 0.84 1.20 1.03 1.01 0.95 1.29 0.79 1.06 1.02 0.91 0.65 0.80 0.86 0.69 0.54 0.65 0.55

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1.801.601.401.201.00上海北京天津浙江江苏广东山东福建重庆河南海南湖北辽宁安徽河北吉林四川湖南陕西江西云南黑龙江广西山西贵州宁夏内蒙古甘肃新疆0.800.600.40青海

图6-5 2009年省级区域资源环境承载率排序图

1.801.601.401.201.00北京上海天津浙江江苏广东山东福建海南河南重庆湖北辽宁安徽河北湖南吉林四川陕西江西黑龙江云南广西山西甘肃贵州内蒙古宁夏新疆0.800.600.40青海

图6-6 2003-2009年省级区域资源环境平均承载率排序图

以2009年省域资源环境综合承载率排序图为例，8个省域（上海、北京、天津、浙江、江苏、广东、山东和福建）资源环境综合承载力相对富余，9个省域（重庆、河南、海南、湖北、辽宁、安徽、河北、吉林和四川）资源环境综合承载力处于临界位置，即以上区域的资源环境综合承载力和资源环境压力基本持平，13个省域（湖南、陕西、江西、云南、黑龙江、广西、山西、贵州、宁夏、内蒙古、甘肃、新疆和青海）的资源环境承载力呈现超载状况，其中，甘肃、新疆和青海等地区资源环境承载力超载情况严重。

由图6-9可知，中国省级区域资源环境综合承载率的空间分布亦呈现出比较明显的由沿海向内陆至西部梯状下降的趋势，区域差异和区域集聚特征都较为明显。

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图6-7 2003年省级区域资源环境承载率

图6-8 2009年省级区域资源环境承载率

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图6-9 2003-2009年省级区域资源环境平均承载率

第三节 省级区域资源环境压力、承载力和承载率的空间相关性分析

一、空间权值矩阵的选择及全局空间相关分析

由于每种空间权值矩阵得到的Moran’s I值都是不同的，而目前经常使用的空间权值矩阵有3大类，因此选择一个合适的空间权值矩阵非常重要。本节利用前两章计算得到的2003-2009年间中国30个省级区域资源环境压力、资源环境综合承载力以及资源环境承载率数据，分别采用rook邻近、k-nearest邻近和d距离邻近的空间权值矩阵分别计算Moran’s I值，结果如表6-2。

从三种空间权值矩阵Moran’s I的零假设成立的概率来看，三种形式定义下的空间相邻地区的资源环境压力、资源环境综合承载力以及资源环境承载率均存在着较强的全局空间正相关性。结果显示，以Wrl、Wd、Wkl-Wk4为权值矩阵时的空间自相关性均较为显著，即省域资源环境压力、资源环境综合承载力和资源环境承载率的空间联系主要发生在有共同边界的rook邻近、distance band邻近和k-nearest邻近地区之间，资源环境压力、综合承载力和承载率的空间依赖性明显。因此，在研究省域资源环境承载力问题时必须考虑空间效应，否则得到的研究结果可能存在较大的偏差。

在以上几种形式的权值矩阵中，对于Wrook空间权值矩阵的Moran’s I值，随着rook邻近从1阶到3阶，其全域Moran’s I值逐阶下降；而对于Wk-nearest空间权值矩阵，随着邻居从1个到4个，省域资源环境（压力、承载力及承载率）的空间自相关性也基本上呈现出逐阶下降的趋势；此外，Wdistance band空间权值矩阵的Moran’s I值均小于相应Wk1或Wr1空间权值矩阵的Moran’s I值。通过对以上空间权值矩阵的比较分析发现，选取空间权值矩阵Wr1或Wk1效果都较好，后续采用Wr1这种空间权值矩阵分析省域资源环境压力、综合承载力和承载率的空间计量经济关系。

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表6-2 资源环境压力、承载力及承载率的全局空间自相关Moran’s I分析

Moran's I Wr1 P值 Wr2 P值 Wr3 P值 Wd P值 Wk1 P值 Wk2 P值 Wk3 P值 Wk4 P值 2003年资源环境压力 0.3547 0.0020 0.0635 0.1150 0.0815 0.0720 0.1997 0.0020 0.2945 0.0810 0.3433 0.0090 0.3361 0.0060 0.2721 0.0010 2009年资源环境压力 0.3310 0.0050 0.0776 0.0810 0.0935 0.0640 0.2703 0.0010 0.2846 0.0860 0.2924 0.0310 0.3338 0.0040 0.2808 0.0060 2003年资源环境承载力 0.5619 0.0010 0.1474 0.0180 0.0019 0.2860 0.2481 0.0030 0.5386 0.0080 0.5006 0.0030 0.4226 0.0010 0.3335 0.0020 2009年资源环境承载力 0.6029 0.0010 0.1604 0.0070 0.0198 0.2560 0.3239 0.0010 0.5826 0.0030 0.5221 0.0010 0.4737 0.0010 0.3624 0.0020 2003年资源环境承载率 0.5351 0.0010 0.1286 0.0320 0.0107 0.2980 0.2380 0.0010 0.5165 0.0140 0.4869 0.0030 0.4215 0.0020 0.3331 0.0030 2009年资源环境承载率 0.5563 0.0010 0.1495 0.0150 0.0318 0.2020 0.3003 0.0010 0.5398 0.0030 0.4910 0.0010 0.4640 0.0010 0.3518 0.0020 二、局域空间相关分析

前面的全局Moran’s I检验结果表明，当空间权值矩阵为Wk1时的各省域资源环境压力、综合承载力及承载率在整体上表现出最为显著的空间自相关性。但该统计量无法揭示各省域资源环境压力、综合承载力及承载率的局域自相关性特征。本节以Wk1为空间权值矩阵，用Moran’s I散点图(见图6-10至图6-15)进一步分析省域资源环境压力、综合承载力和承载率的局域特征。

在Moran’s I散点图中，第一象限为高值集聚High-High，表示本区的值高，相邻空间的值也高；第三象限为低值集聚Low-Low，表示本区的值低，相邻空间的值也低，High-High集聚和Low-Low集聚为典型的正向局域相关和集聚；第二象限、第四象限分别为Low-High和High-Low，分别表示表示本区的值低、相邻空间的值高和本区的值高、相邻空间的值低，为局域负向空间自相关的空间离群地区。

（一）资源环境压力的局域空间相关分析

资源环境压力的全局空间自相关程度计算结果表明，2003年资源环境压力的Moran's I值为0.3547（p<0.05），2009年资源环境压力的Moran's I值为0.3310（p<0.05），可见资源环境压力的空间分布是集聚的，但这种集聚程度有所下降。

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

图6-10 2003年省级区域资源环境压力的Moran散点图

图6-11 2009年省级区域资源环境压力的Moran散点图

图6-10至6-11描述了基于Wk1空间权值矩阵的30个省域资源环境承载力的空间相关的Moran’s I散点图，其中YALI_03、YALI_09分别表示2003年及2009年各个省域资源环境压力力，W_YALI_03、W_YALI_09分别表示2003年及2009年邻近省域资源环境压力的加权平均值。

图6-10的空间局域相关性分析结果显示，2003年中国省域资源环境压力空间差异性和全域正相关性非常显著。该年度云南、新疆、四川、山西、青海、宁夏、内蒙古、贵州、广西和甘肃等10省域位于第一象限，其资源环境压力呈现出HH型集聚态势，而浙江、山东、吉林、湖北、北京、天津、海南、福建、安徽、上海河江苏等11个省域的资源环境压力表现为LL型集聚，LH型空间离群地区包括陕西、辽宁、黑龙江、河南、湖南、重庆和广东等7个省域，HL型空间离群地区包括江西和河北等2个省域。

图6-11的空间局域相关性分析结果表明，2009年中国省域资源环境压力的空间差异性和全域正相关性亦明显。2009年资源环境压力呈HH型高值集聚的有云南、

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

新疆、青海、宁夏、内蒙古、贵州、广西和甘肃等8个省域，同时浙江、山东、辽宁、吉林、湖北、黑龙江、河南、北京、天津、海南、福建、安徽、上海河江苏等14个省域表现为LL型集聚，LH型空间离群地区四川、陕西、湖南、重庆和广东等5个省域，HL型空间离群地区包括山西、江西和河北等3个省域。

对比图6-10和图6-11分析发现，与2003年相比，2009年资源环境压力位于Moran散点图四个象限内的对应省区发生了较大改变。四川、山西从HH类型区域分别转变成LH、HL类型区域，辽宁、黑龙江和河南均从LH类型区域转变成LL类型区域，这些省区多位于东北部沿海和中部，随着经济发展，环境保护意识的提高，环保治理与投资优势的发挥，资源环境压力得到一定程度的缓解。

（二）资源环境承载力的局域空间相关分析

资源环境承载力的全局空间自相关程度计算结果表明，2003年资源环境压力的Moran's I值为0.5619（p<0.05），2009年资源环境压力的Moran's I值为0.6029（p<0.05），可见资源环境承载力的空间分布是集聚的，并且这种集聚程度进一步加深。

图6-12 2003年省级区域资源环境承载力的Moran散点图

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

图6-13 2009年省级区域资源环境承载力的Moran散点图

图6-12至6-13描述了基于Wk1空间权值矩阵的30个省域资源环境承载力的空间相关的Moran’s I散点图，其中ZCZL_03、ZCZL_09分别表示2003年及2009年各个省域资源环境承载力，W_ZCZL_03、W_ZCZL_09分别表示2003年及2009年邻近省域资源环境承载力的加权平均值。

图6-12的空间局域相关性分析结果显示，2003年中国省域资源环境承载力空间差异性和全域正相关性都非常显著。该年度浙江、北京、天津、海南、福建、上海、江苏、河北、山东等9省市位于第一象限，其资源环境承载力呈现出HH型集聚态势，而内蒙古、辽宁、吉林、湖南、湖北、黑龙江、云南、贵州、广西、甘肃、重庆、新疆、四川、陕西、山西、青海、宁夏等17个省域的资源环境承载力表现为LL型集聚，LH型空间离群地区包括江西和安徽等2个省域，HL型空间离群地区包括河南和广东等2个省域。

图6-13的空间局域相关性分析结果表明，2009年中国省域资源环境承载力的空间差异性和全域正相关性亦明显。2009年资源环境承载力呈HH型高值集聚的有浙江、北京、天津、海南、福建、安徽、上海、江苏、河北、山东等10个省域，同时内蒙古、辽宁、吉林、湖南、湖北、黑龙江、云南、贵州、广西、甘肃、新疆、四川、陕西、山西、青海、宁夏等16个省域表现为LL型集聚，LH型空间离群地区仅只有江西，HL型空间离群地区包括河南、广东、重庆等3个省域。

对比图6-12和图6-13分析发现，从2003年至2009年间，除极少数地区资源环境承载力的空间局域关系微量改变外（安徽从LH型地区转变为到HH型地区，重庆从LL型地区转变为HL型地区），其它28个地区资源环境承载力的局域空间格局均未发生改变，这说明这7年间省域资源环境承载力的局域空间相关关系较为稳定。并且，HH类型的区域多为东部沿海的经济发达省市，LL、LH和HL类型则主要包括中西部省区。这从总体上揭示出中国区域资源环境承载力分布上的不均衡性，存在着较大的地带性

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

差异，资源环境承载力的高值与高值地区集聚，低值与低值地区集聚，呈现出“中心—外围”的格局。

（三）资源环境承载率的局域空间相关分析

资源环境承载率的全局空间自相关程度计算结果表明，2003年资源环境压力的Moran's I值为0.5351（p<0.05），2009年资源环境压力的Moran's I值为0.5563（p<0.05），可见资源环境承载率的空间分布的集聚程度较高，并且这种集聚程度呈进一步加深趋势。

图6-14 2003年省级区域资源环境承载率的Moran散点图

图6-15 2009年省级区域资源环境承载率的Moran散点图

图6-14和6-15描述了基于Wk1空间权值矩阵的30个省域资源环境承载率的空间相关的Moran’s I散点图，其中CZLV_03、CZLV_09分别表示2003年及2009年各个省域资源环境承载率，W_CZLV_03、W_CZLV_09分别表示2003年及2009年邻近省域资源环境承载率的加权平均值。

第6章 中国省级区域资源环境压力及承载力的空间分析

图6-14的空间局域相关性分析结果显示，2003年中国省域资源环境承载率空间差异性和全域正相关性都非常显著。该年度浙江、山东、北京、天津、海南、福建、上海、江苏等8省市位于第一象限，其资源环境承载率呈现出HH型集聚态势，而云南、新疆、四川、陕西、山西、青海、宁夏、内蒙古、吉林、湖南、湖北、黑龙江、贵州、广西、甘肃和重庆等16个省域的资源环境承载率表现为LL型集聚，LH型空间离群地区包括江西、安徽和河北等3个省域，HL型空间离群地区包括辽宁、河南和广东等3个省域。

图6-15的空间局域相关性分析结果表明，2009年中国省域资源环境承载率的空间差异性和全域正相关性亦明显。2009年资源环境承载率呈HH型和LH型两类集聚均未发生任何变化，云南、新疆、四川、陕西、山西、青海、宁夏、内蒙古、吉林、辽宁、湖南、黑龙江、贵州、广西和甘肃等15个省域的资源环境承载率表现为LL型集聚，HL型空间离群地区包括湖北、河南、重庆和广东等4个省域。

对比图6-14和图6-15分析发现，从2003年至2009年间，除湖北、重庆从LL型地区转变为HL型地区，辽宁从HL型地区转变为LL型地区外，其它27个地区资源环境承载率的局域空间格局均未发生改变，这说明这7年间省级区域资源环境承载率的局域空间相关关系较为稳定。而且，HH类型的区域均为东部沿海的经济发达省市，LL、LH和HL类型则主要包括中西部省区。这从总体上揭示出中国区域资源环境承载率分布上的不均衡性，存在着较大的地带性差异，资源环境承载率的高值与高值地区集聚，低值与低值地区集聚，亦呈现出“中心—外围”的格局。

第四节 省级区域资源环境综合承载力空间类型划分

为了研究省级区域资源环境综合承载力和资源环境压力的空间分异特征，本节以2009年资源环境综合承载力及资源环境压力为依据，采用迭代聚类法（K-means）对资源环境压力及资源环境承载力进行聚类分析，划分出以下5个类型区域：

第1类，高资源环境承载力－低资源环境压力区：包括北京、天津、上海、江苏、浙江、福建、山东和广东等8个省市，这些区域均为资源环境富余地区；

第2类，低资源环境承载力－高资源环境压力区，包括山西、内蒙古、贵州、甘肃、青海、宁夏和新疆等7个省域；

第3类，中资源承载力－高资源环境压力区，包括江西、广西和云南；

第4类，低资源环境发展潜力－中资源环境压力区，仅包括黑龙江，以上第2、3、4类地区均属于资源环境超载地区；

第5类，中资源环境承载力－中资源环境压力区，包括河北、辽宁、吉林、安徽、河南、湖北、湖南、海南、重庆、四川和陕西等11个省域，这些区域均为资源环境临界地区。以上分析结果和资源环境承载率的分类结果基本相同，如表6-3。

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