城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關系變化分析
——以徐州市為例

戴培超, 沈正平,2*, 趙婭汝, 程 冰

(1.江蘇師范大學 城市與環(huán)境學院,江蘇 徐州 221116; 2.江蘇師范大學 淮海發(fā)展研究院,江蘇 徐州 221009)

0 引言

城鎮(zhèn)化(以下亦稱城市化)是人類文明和社會進步的標志,是任何國家現(xiàn)代化進程中不可逾越的一個發(fā)展階段,是工業(yè)化發(fā)展不可替代的載體[1]．城鎮(zhèn)化具有多維涵義,主要包括人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、空間擴張和生活提高等方面,它們彼此聯(lián)系、相互促進．其中,經(jīng)濟發(fā)展是基礎,人口增長和地域擴張是表現(xiàn),生活水平提高是最終結果或目標．近10多年來,我國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速,2000年城鎮(zhèn)化率為36.2%,2011年城市人口首次超過鄉(xiāng)村人口,城鎮(zhèn)化率超過50%(51.27%),2012年達到52.57%．在這一過程中,由于人口快速向城市聚集,城市的空間范圍不斷外擴,出現(xiàn)了耕地蠶食、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等不可持續(xù)發(fā)展問題．城鎮(zhèn)化正在或即將對周圍生態(tài)環(huán)境造成現(xiàn)實的破壞和潛在的威脅[2]．Henderson認為,城市人口的聚集有一個最佳規(guī)模,超過該規(guī)模就會產(chǎn)生聚集不經(jīng)濟現(xiàn)象,并對周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重脅迫[3]．2013年中央經(jīng)濟工作會議提出:積極穩(wěn)妥推進城鎮(zhèn)化,著力提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量．要把生態(tài)文明理念和原則全面融入城鎮(zhèn)化全過程,走集約、智能、綠色、低碳的新型城鎮(zhèn)化道路．因此,加強城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境交互耦合狀況的分析與研究,對于當前積極穩(wěn)妥推進新型城鎮(zhèn)化發(fā)展,加快推進生態(tài)文明建設,具有重要的理論意義與應用價值．

1 理論依據(jù)與研究背景

1995年,環(huán)境經(jīng)濟學派的Grossman和Krueger最先用計量經(jīng)濟學方法,定量研究了城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的關系,并以42個發(fā)達國家的面板數(shù)據(jù)進行實證分析,揭示了隨著城市經(jīng)濟發(fā)展水平的提高,城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)倒“U”型的演變規(guī)律,提出了著名的環(huán)境庫茲涅茲曲線EKC假設[4]. Odum等則利用系統(tǒng)動力學、靈敏度模型和能量流動模型,對世界部分國家的城市和地區(qū)進行了分析,揭示了城市發(fā)展與其環(huán)境演變的交互作用機理[5]. Haughton等研究認為,城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境間的耦合關系就是城鎮(zhèn)化的4個方面與生態(tài)環(huán)境的5個要素之間所具有的各種非線性關系的總和[6]．國內(nèi)許多學者也從多個角度對城市化與資源環(huán)境耦合關系進行了大量研究.宋超山等以1988～2007年西安市城市化-資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合結果為依據(jù),認為系統(tǒng)在時序上表現(xiàn)出“S”型的周期性變化[7].劉耀彬等以我國1985～2002年間城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度結果為依據(jù),大致將全國31個省區(qū)劃分為協(xié)調(diào)、磨合、拮抗和低水平4種類型[8].方創(chuàng)琳等從理論上分析了城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合系統(tǒng)滿足的耦合裂變律、動態(tài)層級律、隨機漲落律等6大基本定律[9].張妍等運用因子分析方法,通過定量分析吉林省9個城市的經(jīng)濟與環(huán)境發(fā)展情況,篩選出旋轉(zhuǎn)后具有良好極性的兩個主因子——經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護,并對這兩個主因子的發(fā)展層次和協(xié)調(diào)程度進行了耦合機制的評價[10]．

徐州作為江蘇省人口第一大市、淮海經(jīng)濟區(qū)的中心城市,地理位置優(yōu)越,人口密集,是江蘇省3大都市圈之一——徐州都市圈的核心城市,其城鎮(zhèn)化水平高于全國平均水平、低于全省平均水平,在蘇北5市中最高[11]．徐州作為資源型城市和老工業(yè)基地,在城市化進程中特別需要做好生態(tài)環(huán)境保護與建設工作．為此,本文以徐州市為例,通過建立評價指標體系,運用熵值法、耦合度計算模型等研究方法,對其2000～2011年城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境保護的關系進行分析,并探尋兩個系統(tǒng)之間的耦合程度,揭示兩者之間的交互規(guī)律,為徐州及相關城市的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)．

2 城鎮(zhèn)化與環(huán)境耦合的理論模型及指標體系

2.1 城鎮(zhèn)化與環(huán)境耦合的理論模型

系統(tǒng)耦合主要表現(xiàn)為各子系統(tǒng)或要素間相互作用與影響,促進系統(tǒng)由無序走向有序的過程,并且決定著系統(tǒng)相變的特征與規(guī)律[12]．耦合度正是通過確定區(qū)域城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境所處的區(qū)間段,來反映二者的耦合程度,并根據(jù)城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境交互作用的強弱程度,將其耦合的過程劃分為低水平耦合、頡頏、磨合和高水平耦合4個階段[13]．作為反映系統(tǒng)耦合程度的重要指標,耦合度對于預測城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)的演變趨勢,建立二者的科學發(fā)展機制有著十分重要的意義．

設ui(i=1,2)為城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的序參量,是子系統(tǒng)i對總系統(tǒng)的貢獻;Xij(j=1,2,…,n)為第i個序參量的第j個指標,xij為其標準化后的功效函數(shù)值;αij,βij是系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點序參量的上、下限值．這樣,“城鎮(zhèn)化-生態(tài)環(huán)境”耦合系統(tǒng)的有序功效函數(shù)xij就可以表示為

(1)

式中xij反映了各指標達到目標的滿意程度,其取值范圍為[0,1],0為最不滿意,1為最滿意．

由于城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境是兩個不同而又相互作用的子系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)各個序參量有序程度的“總貢獻”可通過集成的方法來實現(xiàn),表示為[14]

(2)

式中Ui為總系統(tǒng)序參量的標準化值,λij為各個序參量的權重．

借鑒物理學的容量耦合概念及系數(shù)模型,城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合度函數(shù)表示為[12]

(3)

式中C為耦合系統(tǒng)耦合度值;U1,U2分別代表城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對總系統(tǒng)的貢獻度,即城鎮(zhèn)化綜合序參量和生態(tài)環(huán)境綜合序參量．城鎮(zhèn)化-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合度C的取值范圍為[0,1],數(shù)值越接近0說明系統(tǒng)的耦合度越低,數(shù)值越接近1說明耦合度越高.根據(jù)耦合度值的大小,將城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合程度分為6個階段,見表1.

表1 城鎮(zhèn)化-環(huán)境系統(tǒng)的耦合度劃分

2.2 指標體系權重的計算方法

2.2.1 熵值法

熵值法是一種能夠反映出指標信息熵值的效用價值的方法.其給出的指標權重值比層次分析法中用德爾菲法確立權重有更高的可信度,能夠?qū)Χ嘣笜诉M行綜合評價.下面給出熵值法的主要步驟[15-16].

設有m個待評方案,n項評價指標,原始指標數(shù)據(jù)矩陣為X=(xij)m×n,其中xij為第i個待評方案第j個指標的指標值,xij≥0．

1) 原始數(shù)據(jù)非負化處理.在應用熵值法時常會遇到一些負值或者極端值,影響計算．因此,需要對其進行非負化處理．一般采用標準法將數(shù)據(jù)進行平移,即

(4)

2) 計算第j項指標下第i個方案指標值所占的比重pij:

(5)

3) 計算第j項指標的熵值ej:

(6)

式中k>0,ej≥0．如果yij對于給定的j全部相等,那么

(7)

4) 計算第j項指標的差異性系數(shù)δj=1-ej.δj越大,說明指標值越重要．

5) 定義權數(shù)ωj:

(8)

6) 計算總和得分值Mi:

(9)

式中Mi為第i方案的總和評分值．

2.2.2 數(shù)據(jù)來源

文中所有數(shù)據(jù)均來自于徐州市統(tǒng)計局主編、中國統(tǒng)計出版社出版的《徐州統(tǒng)計年鑒》(2001～2012)．

2.2.3 指標體系構建及權重計算

本文綜合運用頻度分析法、理論分析法和文獻綜合法3種方法并參閱前人研究成果[17-19],遵循指標選取的系統(tǒng)性、完整性、可量可比性和數(shù)據(jù)的可獲得性原則,分別在城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)內(nèi)設定4個一級指標,13個二級指標;在環(huán)境子系統(tǒng)內(nèi)設定3個一級指標,12個二級指標,見表2.

由表2權重數(shù)值可以看出,在城鎮(zhèn)化系統(tǒng)中,固定資產(chǎn)投資(0.1117)、人均GDP(0.0998)和建成區(qū)面積(0.0931)對城鎮(zhèn)化的貢獻率較為突出,現(xiàn)住房人均建筑面積(0.0514)和每萬人擁有衛(wèi)生技術人員數(shù)(0.0519)則分別影響了空間城鎮(zhèn)化和社會城鎮(zhèn)化的進程;在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中,人均公共綠地面積(0.1399)、人均水資源總量(0.1353)和人均耕地面積(0.1011)對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)起到了極大的推動作用,工業(yè)固體廢棄物綜合利用率(0.0481)權重較低則影響到了生態(tài)環(huán)境保護效果．

3 結果與分析

3.1 徐州市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合水平測度結果

根據(jù)公式(2)計算出徐州市城鎮(zhèn)化綜合水平．由各項評價指標計算出的數(shù)值,能夠較為全面及準確地反映徐州市人口、經(jīng)濟、社會和空間所達到的城鎮(zhèn)化水平,但并不代表該市實際的城鎮(zhèn)化率,只是反映其城鎮(zhèn)化進程的基本趨勢．2000～2011年徐州市城鎮(zhèn)化水平的綜合評定結果如圖1所示．可以看出,自2000年以來,徐州市城鎮(zhèn)化綜合水平呈現(xiàn)出逐年上升趨勢,并且2004～2005年城鎮(zhèn)化進程明顯加快,2009～2011年城鎮(zhèn)化綜合水平更是迅猛上升．同時,從圖2可以發(fā)現(xiàn),徐州市生態(tài)環(huán)境綜合水平呈現(xiàn)波動增長趨勢．2001年生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值最小,說明在2000～2011年中,2001年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最為糟糕;2011年生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值最大,表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最好．2000～2011年,徐州市生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值總體上呈現(xiàn)上升趨勢,但2001,2004,2006,2008,2009年出現(xiàn)倒退,說明其生態(tài)環(huán)境綜合水平尚不夠穩(wěn)定．

表2 徐州城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)評價指標體系

3.2 徐州市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合度分析

根據(jù)公式(3),計算得到徐州市城鎮(zhèn)化綜合水平與生態(tài)環(huán)境的耦合度結果(表3).結合表1對耦合度不同階段的劃分標準可以看出:2000年以來,徐州市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合度數(shù)值處于0.5882～0.9984之間,表明其城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的關系基本上處于高水平耦合狀態(tài).隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提升,城鎮(zhèn)快速發(fā)展對生態(tài)環(huán)境帶來的壓力越來越大,但由于政府的高度重視和社會各界的積極參與,徐州市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的關系從磨合階段跨越到了高水平耦合階段,兩者關系比較協(xié)調(diào).從耦合度數(shù)值的變化來看,可以劃分為兩個階段:第一階段為2000～2001年,其耦合度數(shù)值為0.5882～0.8102,城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關系由磨合階段向高水平耦合階段發(fā)展;第二階段為2001～2011年,耦合度數(shù)值為0.8102～0.9984,城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合處于高水平耦合階段.

4 結論

2000～2011年,徐州市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合作用基本上處于高水平耦合階段,說明城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境處于良性互動狀態(tài).

10多年來,徐州市城鎮(zhèn)化進程不斷加快,城鎮(zhèn)化綜合水平呈逐年上升趨勢,其中2009～2011年城鎮(zhèn)化綜合水平上升尤為迅猛.人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化是構成城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的4個主要方面,也是推動城鎮(zhèn)化進程的重要因素.

從環(huán)境綜合序參量來看,徐州市生態(tài)環(huán)境綜合水平呈現(xiàn)波動上升趨勢.其中2001年生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值最低,只有0.3086,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況最差;2011年數(shù)值達0.7328,為最好年份;2001,2004,2006,2008,2009這5年出現(xiàn)倒退,表明生態(tài)環(huán)境綜合水平不夠穩(wěn)定.

本文以徐州市為實證研究,選取人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟城鎮(zhèn)化和社會城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化4個子系統(tǒng),構建徐州市城鎮(zhèn)化綜合水平評價指標體系;選擇生態(tài)環(huán)境水平、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境保護3個子系統(tǒng),構建其生態(tài)環(huán)境綜合水平評價指標體系．但由于影響城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)環(huán)境水平的因素很多,與其相應的測度指標也應當很多．本文參考前人研究成果,選取了一些具有代表性的指標來構建評價指標體系,其合理性和適用性仍有待進一步探究．

江蘇師范大學城市與環(huán)境學院2012級區(qū)域經(jīng)濟學研究生范夢影,人文地理學研究生耿雪、郝晶晶、賈禮蘭等參與了本文資料收集和分析討論,在此深表謝意!

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