中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展時空差異研究

李 波，張吉獻

(安陽師范學院資源環(huán)境與旅游學院，河南安陽455000)

0 引言

中原經(jīng)濟區(qū)新型城鎮(zhèn)化的核心在于維護農(nóng)業(yè)和糧食安全，保護生態(tài)環(huán)境，城鄉(xiāng)統(tǒng)籌，達到共同富裕。然而，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，繼而又制約了城鎮(zhèn)化的發(fā)展進程。

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展是當前區(qū)域經(jīng)濟學研究的重要問題。安瓦爾·買買提明等對南疆的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合進行了關聯(lián)分析［1］。許宏等對云南省的區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境耦合規(guī)律及協(xié)調發(fā)展進行了研究［2］。嚴俊霞等在對城市化綜合發(fā)展水平與生態(tài)環(huán)境質量分析的基礎上，建立了城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調度模型［3］。以上學者的研究重點已經(jīng)從研究城市發(fā)展中面臨的環(huán)境問題，轉移到如何協(xié)調城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關系上來，開始運用耦合機制研究城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關系。

目前，在中原經(jīng)濟區(qū)新型城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境建設的研究中，還沒有學者對中原經(jīng)濟區(qū)新型城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展進行研究。本研究旨在建立適合中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量評價指標體系，并對2003—2011年各地級市的城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量進行綜合評價。在此基礎上，對中原經(jīng)濟區(qū)各市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合發(fā)展進行研究，并進行耦合發(fā)展度時空差異分析，進而提出加快中原經(jīng)濟區(qū)新型城鎮(zhèn)化水平建設的建議。

1 城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量評價

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究對象為中原經(jīng)濟區(qū)所涉及的五省29個地級市，數(shù)據(jù)來源于2004—2012年《中國城市統(tǒng)計年鑒》和各省的統(tǒng)計年鑒。中原經(jīng)濟區(qū)的濟源市、東平縣、鳳臺縣和潘集區(qū)，因數(shù)據(jù)的統(tǒng)計尺度差異，未單獨計算，對區(qū)域整體分析影響不大。

1.2 評價指標的選取

城鎮(zhèn)化水平評價主要選取各地級市的非農(nóng)人口比重、第二、三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重、人口密度、人均GDP、GDP增長率、第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、地方財政一般預算內收入、地方財政一般預算內支出、教育支出、全社會固定資產(chǎn)投資總額、社會消費品零售總額、城市建設用地面積、城市建設用地占市區(qū)面積比重、建成區(qū)面積、人均城市道路面積、每萬人擁有公共汽車數(shù)、每百人公共圖書館藏書、衛(wèi)生機構床位數(shù)、衛(wèi)生機構人員數(shù)20個指標［4-7］，構建評價指標體系。

生態(tài)環(huán)境質量評價主要選取各地級市工業(yè)廢水排放量、工業(yè)廢水排放達標量、工業(yè)二氧化硫去除量、工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)煙塵去除量、工業(yè)煙塵排放量、工業(yè)固體廢物綜合利用率、城鎮(zhèn)生活污水處理率、生活垃圾無害化處理率、綠地面積、公園綠地面積、人均綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋面積、建成區(qū)綠化覆蓋率14個指標［4-7］，構建評價指標體系。

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的原始數(shù)據(jù)個別年份個別數(shù)據(jù)缺失，可采用數(shù)據(jù)補漏的方法進行補缺。城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量具有較強的相關性，適合運用主成分分析法對各市城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)環(huán)境質量進行綜合評價。

1.3 各市城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量評價過程

為了消除原始數(shù)據(jù)觀測值量綱的差異及數(shù)量級的影響，對原始數(shù)據(jù)的正向指標與負向指標進行標準化處理，然后分別對影響城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量的指標標準化數(shù)據(jù)進行主成分分析，將特征值大于0.8的指標作為主成分，計算各市2003—2011年的城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量的綜合得分。

由于經(jīng)過主成分分析所得的綜合得分存在一些負值，耦合度計算需要全部轉換為正值，通常采用歸一化方法將數(shù)據(jù)轉換到［0，1］之間，計算過程中為了避免出現(xiàn)0，本研究采用最小-最大規(guī)范化法將綜合得分數(shù)據(jù)變換到［0.000 1，0.999 9］之間。計算公式［8］為:

式中:Y為規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù);X為原數(shù)據(jù);max A和min A分別為原數(shù)據(jù)的最大值和最小值;new_max A和new_min A分別為新數(shù)據(jù)的最大值和最小值。將所有年份的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合得分數(shù)據(jù)分別進行變換，由公式(1)計算分別得出規(guī)范化后的城鎮(zhèn)化水平綜合評價指數(shù)與生態(tài)環(huán)境質量綜合評價指數(shù)。因篇幅所限，該計算結果不再列出。

2 耦合度與耦合發(fā)展度計算與分析

采用耦合度與耦合發(fā)展度模型對城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量的耦合發(fā)展進行分析，計算公式［8-9］為:

式中:C為耦合度;k為調節(jié)系數(shù)(2≤k≤5)，在此取k=2;f(x)和g(x)分別為城鎮(zhèn)化水平綜合指數(shù)與生態(tài)環(huán)境質量綜合指數(shù);D為耦合發(fā)展度;α和β為系數(shù)，分別取值0.5，即認為城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境同等重要;T為城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量綜合評價指數(shù)。耦合度C的取值在0～1之間，數(shù)值越大，二者發(fā)展越協(xié)調。耦合度C只能反映城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量之間相互協(xié)調的程度，但不能反映二者協(xié)調發(fā)展是高水平的協(xié)調還是低水平的協(xié)調。耦合發(fā)展度D可以準確地反映各地的協(xié)調發(fā)展水平，D值越大，二者協(xié)調發(fā)展越好。2003—2011年中原經(jīng)濟區(qū)各市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度見表1。

表1 2003—2011年中原經(jīng)濟區(qū)各市城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量耦合發(fā)展度Tab.1 The coupling development degree between urbanization level and ecological environment in the Central Plains Economic Region during 2003—2011

由表1及表2可知，2003—2011年高度協(xié)調發(fā)展型的城市主要為鄭州，邯鄲在除2006—2009年之外也屬于此類型;2003—2011年中度協(xié)調發(fā)展型的城市有邢臺、平頂山、安陽、洛陽、新鄉(xiāng)、焦作、許昌，其中個別年份稍低于或稍高于中度協(xié)調發(fā)展標準的城市有淮北、聊城、菏澤、濮陽和漯河;2003—2011年瀕臨失調衰退型的城市主要有蚌埠、鶴壁、商丘、信陽、周口和駐馬店，晉城、開封、三門峽和南陽分別有1年或2年的耦合發(fā)展度稍高于瀕臨失調衰退型標準，長治除2007年和2010—2011年、運城除2005年和2007—2009年也屬于此類型城市;中度失調衰退型城市有亳州、阜陽(2004年稍高)、宿州(2006年稍低)。

表2 城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量耦合發(fā)展度分類標準Tab.2 The classification standard of the coupling development degree between urbanization level and ecological environment

3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展差異分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

地圖數(shù)據(jù)通過對1∶400萬的國家基礎地圖數(shù)據(jù)進行數(shù)字化可得，參照表1進行城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展空間差異分析。

3.2 全局空間自相關分析

全局空間自相關主要研究屬性值的全局空間特征，即用來判定某種現(xiàn)象在空間上是否存在空間相關性。通常使用 Moran’s I作為空間自相關指標。計算公式［7，10］為:

式中:I為全局Moran指數(shù);n為區(qū)域個數(shù);xi，xj分別為區(qū)域單元各區(qū)域屬性值的均值;W ij為空間權重矩陣，通常按照距離標準或相鄰標準定義。

通過公式(4)，計算2003—2011年的中原經(jīng)濟區(qū)各市的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度全局Moran’s I，并計算其標準化統(tǒng)計量Z(I)，2003—2011年的I值在0.36～0.5之間，在α=0.05置信區(qū)間高度顯著，表示各市耦合發(fā)展度之間存在顯著的空間集聚現(xiàn)象，即呈現(xiàn)出較強的空間正相關。

3.3 局部空間自相關分析

全局自相關是對空間自相關的全局評估，忽略了空間過程的不穩(wěn)定性問題，而局部空間自相關主要用來分析每個區(qū)域單元的空間自相關特征。本研究主要采用Moran散點圖與局域Moran’s I進行局部空間自相關分析，局域 Moran’s I的計算公式［7，10］:

式中:Ii是用來描述區(qū)域單元周邊區(qū)域具有顯著的相似值之間的空間集聚指標;標準化統(tǒng)計量為Z(I)，用來檢驗n個區(qū)域是否存在局部空間自相關。將Moran散點圖與LISA顯著性水平相結合，即可顯示出顯著的LISA集聚區(qū)域。

3.3.1 Moran散點圖。采用GeoDa軟件提供的Moran散點圖(圖略)進行局部空間自相關分析，統(tǒng)計2003—2011年各象限內樣本數(shù)量得到表3。2003—2011年在4個象限內均有樣本點分布，各地級市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度之間的空間相關性呈現(xiàn)較平穩(wěn)狀態(tài)，落在第Ⅰ、Ⅲ象限的城市數(shù)量明顯多于第Ⅱ、Ⅳ象限。高值被高值包圍的城市數(shù)量最多，平均占總數(shù)的40%;低值被低值包圍的城市數(shù)量平均占總數(shù)的33%，即生態(tài)環(huán)境質量與城鎮(zhèn)化水平呈正相關城市平均占總數(shù)的73%。高值被低值包圍的城市數(shù)量最少，平均占總數(shù)的15%，但是這類城市數(shù)量在增加，從2003年的3個增加到2011年的5個，說明個別城市的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度有了明顯的提高。低值被高值包圍的城市數(shù)量占總數(shù)的12%。由此可見，各市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展是一個長期的、緩慢變化的過程。

表3 2003—2011年各象限內樣本點數(shù)Tab.3 The samples of each quadrant during 2003—2011

3.3.2 空間聯(lián)系的局域指標(LISA)。在全局空間自相關及Moran散點圖基礎上，選取2003，2007，2011年3個年份，采用LISA集聚圖分析局部空間自相關特征。采用GeoDa軟件計算中原經(jīng)濟區(qū)2003—2011年各市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展度局部Moran’s I值及其顯著性，并繪制LISA集聚圖(圖1)。

圖1 2003—2011年中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度LISA集聚圖Fig.1 The LISA of the coupling development degree between urbanization level and ecological environment in the Central Plains Economic Region during 2003—2011

由公式(5)計算的局部Moran指數(shù)及圖1看出，中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度在空間上表現(xiàn)出比較明顯的局部空間自相關集聚格局，并非完全隨機。①耦合發(fā)展度區(qū)域差異較小、區(qū)域本身較高且周圍地區(qū)耦合發(fā)展度較高的城市(高高型)，在2003年只有許昌，2007年有焦作，2011年增加到3個城市，分別為焦作、鄭州與開封?？梢钥闯觯?003—2007年位于高高型的城市許昌變得不很明顯，而隨著焦作的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度提高，直到2011年焦作依舊屬于高高型的城市，其次為新增加的鄭州與開封，主要在于隨著鄭州與開封工業(yè)、旅游業(yè)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境水平逐漸提高。高高型的城市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出耦合發(fā)展的趨勢，但是城市總數(shù)卻很少。②耦合發(fā)展度區(qū)域差異較小、區(qū)域本身較低且周圍地區(qū)耦合發(fā)展度較低的城市(低低型)，2003年的城市為亳州與宿州，2007年為亳州，2011年為亳州、宿州與淮北，2003—2011年亳州始終屬于低低型城市。這些城市位于中原經(jīng)濟區(qū)東南部，以農(nóng)業(yè)為主，城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境水平耦合發(fā)展度相應較低。③耦合發(fā)展度區(qū)域差異較大、區(qū)域本身較高但周圍地區(qū)耦合發(fā)展度較低的城市(高低型)，2003—2007年只有淮北，2011年沒有此類城市，淮北逐漸轉換為低低型的城市，主要原因在于其周圍的商丘、亳州與宿州城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度較淮北要低很多，淮北的礦產(chǎn)豐富，工業(yè)較發(fā)達，但隨著工業(yè)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也逐漸惡化，沒有得到協(xié)調發(fā)展。④耦合發(fā)展度區(qū)域差異較大、區(qū)域本身較低但周圍地區(qū)耦合發(fā)展度較高的城市(低高型)，2003—2011年始終為長治，原因在于長治周圍的邯鄲、安陽、鶴壁與焦作城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度相對較高。從集聚圖上看到的其他空白區(qū)域城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度與周圍相比沒有明顯的特征。

4 結論與對策

4.1 結論

從中原經(jīng)濟區(qū)2003—2011年的城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境質量耦合發(fā)展度看出，高度協(xié)調發(fā)展型的城市有1～2個;中度協(xié)調發(fā)展型的城市有7～12個;瀕臨失調衰退型的城市有6～12個;中度失調衰退型城市有1～3個，可見大多數(shù)的城市屬于中度協(xié)調發(fā)展型與瀕臨失調衰退型。繼而以二者的耦合發(fā)展度作為空間差異分析的指標，運用EDSA方法(包括Moran全局指數(shù)、Moran散點圖和LISA等)對2003—2011年中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度的空間格局進行了探索性分析，發(fā)現(xiàn)中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度在空間上表現(xiàn)出較為明顯的局部空間自相關集聚格局。

4.2 對策

綜合前述分析結果，依據(jù)《國務院關于支持河南省加快建設中原經(jīng)濟區(qū)的指導意見》、《中原經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》(2012—2020年)，《河南省“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等政策指導建議，可以從以下3個方面改善中原經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展程度。

4.2.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展度是由2個系統(tǒng)共同作用的結果，需要2個系統(tǒng)的共同發(fā)展。一方面城鎮(zhèn)化的發(fā)展速度要加快，城鎮(zhèn)化的質量不降低;另一方面要繼續(xù)加強生態(tài)環(huán)境的改善力度。

4.2.2 總體來看，中原經(jīng)濟區(qū)的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度并不高，高度協(xié)調發(fā)展的城市僅有1～2個，各地區(qū)應在現(xiàn)有的基礎上發(fā)展城鎮(zhèn)化。①西北地區(qū)工業(yè)基礎較好，應在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎上做好發(fā)展方式轉型和產(chǎn)業(yè)結構升級，重點發(fā)展技術密集型產(chǎn)業(yè)和服務業(yè)，提升城鎮(zhèn)化發(fā)展的質量。②東南傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)應著重提高工業(yè)化水平，以新型的工業(yè)化帶動城鎮(zhèn)化水平的提高，積極擴大與長三角和中原經(jīng)濟區(qū)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，承接與自身經(jīng)濟技術水平相適應的產(chǎn)業(yè)轉移。加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化步伐，實施土地所有權與經(jīng)營權的分離，發(fā)展規(guī)模農(nóng)業(yè)，提升經(jīng)濟效益。加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)等第二產(chǎn)業(yè)，促進農(nóng)業(yè)人口的產(chǎn)業(yè)轉移，努力提升城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。③淮北地區(qū)應逐漸擴大較高城鎮(zhèn)化區(qū)域的面積，利用自身較好的工業(yè)基礎為周圍地區(qū)的城鎮(zhèn)化發(fā)展提供條件，帶動周邊地區(qū)的城鎮(zhèn)化發(fā)展，達到區(qū)域共同發(fā)展的目標。

4.2.3 在經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化速度加快的同時，還要注重城鎮(zhèn)化的質量，加強全社會的生態(tài)環(huán)境保護意識。促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展向集約型經(jīng)濟增長轉變，加強環(huán)境保護工作的力度，逐步完善環(huán)境保護政策，走經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境持續(xù)協(xié)調發(fā)展、信息化程度高、科技含量高、能源消耗低的新型工業(yè)化道路。通過建設節(jié)約型社會，全面推行清潔生產(chǎn)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，全面改善生態(tài)環(huán)境質量，建立良好的人居環(huán)境，最終實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展。

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