北疆地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的過程

美克拉衣·艾克拜爾　孜比布拉·司馬義　陳溯

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院,新疆烏魯木齊　830046;2.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,新疆烏魯木齊　830046;

3.新疆大學智慧城市與環(huán)境建模教育廳高校重點實驗室,新疆烏魯木齊　830046)

北疆地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的過程

美克拉衣·艾克拜爾1,3孜比布拉·司馬義1,2,3陳溯1,3

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院,新疆烏魯木齊830046;2.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,新疆烏魯木齊830046;

3.新疆大學智慧城市與環(huán)境建模教育廳高校重點實驗室,新疆烏魯木齊830046)

以新疆北部地區(qū)城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的規(guī)律性進行了分析。在北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境之間,既有相互脅迫的過程,也有相互促進的環(huán)節(jié),它們之間是一種在交互脅迫中相互促進的動態(tài)耦合關系;北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的演進過程中根據生態(tài)壓力指數的變化規(guī)律,雙指數函數方程得出烏魯木齊,克拉瑪依市,奎屯市處于磨合階段,昌吉市,阜康市,塔城市,烏蘇市,博樂市,阿勒泰市處于拮抗階段,石河子市處于好轉階段。

北疆地區(qū)城市城市化水平生態(tài)環(huán)境耦合階段

隨著我國城鄉(xiāng)隔離戶籍制度的瓦解和城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的實施，參照國際城市化發(fā)展的一般規(guī)律，可以認為我國城市化已進入大規(guī)模發(fā)展階段。城市化正在或即將對周圍生態(tài)環(huán)境造成現實的破壞和潛在的威脅。在此形勢下，研究城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的脅迫與約束機制，認清二者交互影響的規(guī)律性，從而為科學制定城市可持續(xù)發(fā)展政策提供科學依據，就顯得極為重要[1]?，F代城市化是社會結構現代化的重要內容之一，城市化水平是社會現代化實現程度的重要指標[2]。

1　研究區(qū)概況

新疆北部(北疆)地區(qū)，在行政區(qū)方面包括五地州、三市和兩縣，即伊犁哈薩克自治州(伊犁州直屬縣、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū))、昌吉地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市， 及哈密地區(qū)的巴里坤縣和伊吾縣。主要包括烏魯木齊市、昌吉市、克拉瑪依市、阜康市、石河子市、伊寧市、塔城市、烏蘇市、阿勒泰市、博樂市、奎屯市十一個城市(看圖1)。北疆城市分布較為密集，城市數量占全疆的52%，已初步形成了特大、中、小不同等級規(guī)模的城市點軸體系。2013年北疆城市總人口為5.73×105人，全疆總城市人口為8.91 ×105人。北疆城市總人口占全疆城市總人口的64.3%。北疆主要城市的面積為88.35×103km2，占北疆地區(qū)總面積的15.27%，占全疆城市總面積的39.6%。新疆城市總建城區(qū)面積為645.53km2，而北疆城市建成區(qū)面積占新疆城市總建成區(qū)面積的70%，以此創(chuàng)造出52.6%的新疆國民生產總值，城市經濟發(fā)展遙遙領先新疆其它地區(qū)。2011年新疆北部地區(qū)主要城市城市化水平為49%。實現地區(qū)生產總值(GDP) 35.02×1010元，占全疆地區(qū)生產總值的46.5%，人均GDP達到5.19× 104元/人。實現社會消費品零售總額6.56×106元，地方財政收入達到3.25×1010元。

新疆北部地區(qū)城市總面積大，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，人類的生存空間和社會經濟活動受制于區(qū)域地理環(huán)境因素，是依托綠洲生存的典型城鎮(zhèn)區(qū)域。該地區(qū)在城市發(fā)展、礦產資源開發(fā)利用、綠洲開墾、交通樞紐建設等方面取得了卓越的成績[3]。國家在實施西部大開發(fā)和新型城市化以來，區(qū)域內的基礎設施建設、能源開發(fā)、環(huán)境保護和生態(tài)建設方面的工作已見成效。盡管如此，城鎮(zhèn)發(fā)展過程中還是反映出一些弊端[4]。

2012年，北疆地區(qū)完成生產總值36.77×1010元，按可比價格計算，比2000年增長了16.7%。連續(xù)10年保持兩位數增長;城鎮(zhèn)人口占全疆城鎮(zhèn)人口的比重達到36%;北疆地區(qū)城鎮(zhèn)居民人平均可支配收入35846元。北疆地區(qū)的城市化水平，也從2000年的54.2%增長到2012年的69.59%。(圖1)

北疆地區(qū)作為全疆經濟主要發(fā)展地區(qū)，隨著經濟結構的調整，第二產業(yè)在國民經濟中所占的比重占重要地位。一些重污染行業(yè)給環(huán)境造成了很大的壓力。城市化水平的不斷加速也給生態(tài)環(huán)境帶來一定的污染。從圖2中可以看出隨著城市化水平的提高，工業(yè)粉塵排放量也隨著增加。發(fā)達國家“先污染后治理”的城市化道路帶給我們教訓，即在城市化過程中，必須同時重視經濟增長和污染治理，加大環(huán)保投資力度，有效遏制污染，改善環(huán)境狀況。根據發(fā)達國家的經驗，一個國家在經濟高速發(fā)展時期，環(huán)保投資要占到GDP的1%-1.5%，才能有效控制環(huán)境污染，達到3%才能使環(huán)境質量得到明顯改善[5]。

圖1　北疆地區(qū)城市化水平與GDP變化(2000-2012)

圖2　北疆地區(qū)工業(yè)粉塵排放量變化(2000-2012)

表1　生態(tài)壓力指數評價指標體系Table 1　The index system of eco-environm rnta l p ressure exponent

表2　北疆地區(qū)各城市生態(tài)壓力指數Table 2　the eco-environm rntal pressure exponents of the cities in North Xinjiang

表3　北疆地區(qū)各城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的雙指數函數方程Table 3　the double-exponentiaon l coup ling functions between urbanization and eco-environm ent o f the cities in　in North Xin jiang

2　城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關系綜述

耦合原本作為物理學的概念，是指兩個或兩個以上的系統(tǒng)或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現象。耦合度是描述系統(tǒng)或要素彼此相互作用的影響程度。我們可以把城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)通過各自的耦合元素彼此產生影響的程度定義為城鎮(zhèn)——生態(tài)環(huán)境耦合度，即其大小反映了對區(qū)域社會經濟發(fā)展的貢獻程度[6]。

城市化是指人口向城市地帶集中地過程，從城鎮(zhèn)化的實質來看，它是一個人口經濟化，社會化合產業(yè)的高級化過程。在區(qū)域不斷加快城鎮(zhèn)化的過程中，人口得以集中，經濟加以發(fā)展，產業(yè)加以升級，而作為支撐城鎮(zhèn)化進程的基礎——生態(tài)環(huán)境，卻可能會面臨不斷的退化，因而，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間存在著先天的耦合機理。一方面。城市化通過人口的聚集，社會經濟的發(fā)展，能耗增加和交通擴張對生態(tài)環(huán)境產生脅迫;另一方面，生態(tài)環(huán)境的保護又通過人口的限制，排斥資本和干預對策對城鎮(zhèn)化的發(fā)展產生約束。一般，我們按照城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境交互作用的強弱程度，將其耦合的過程可以分為低水平耦合，拮抗耦合，磨合耦合和高水平耦合四個階段[7]。所以，從城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合的吉利來看，一個區(qū)域的社會經濟發(fā)展過程就是生態(tài)環(huán)境和城鎮(zhèn)化耦合協(xié)同的過程，如果一個區(qū)域的城鎮(zhèn)化進程速率過快，超出區(qū)域生態(tài)環(huán)境可以消耗和承載的能力，則區(qū)域生態(tài)環(huán)境將會出現不斷惡化的現象，城鎮(zhèn)化過程最終會面臨被遏制，甚至會出現城鎮(zhèn)化發(fā)展倒退的現象;如果對生態(tài)環(huán)境建設和治理的投資過大而超出區(qū)域經濟發(fā)展的總體水平，城鎮(zhèn)化的正常發(fā)展就會因資金的缺乏而不能跟上生態(tài)環(huán)境耦合程度以及調控好二者的相互關系，是實現區(qū)域人口，社會，經濟與環(huán)境全面，穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的基礎[8]。

3　北疆地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合規(guī)律性的驗證與分析

為了驗證干旱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的規(guī)律性，可以采用非農業(yè)人口占總人口比重代表城市化水平，人均GDP代表經濟發(fā)展水平，生態(tài)壓力指數代替生態(tài)環(huán)境惡化程度，通過擬合求解，進而判斷城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合函數，耦合軌跡，耦合類型與耦合階段[4]。

3.1生態(tài)壓力的綜合評價

根據北疆地區(qū)城市的實際情況，按照簡明科學性原則，系統(tǒng)整體性原則與可比，可量，可行性原則，建立如下指標體系(表1)。各指標數據來源于2000-2011年新疆統(tǒng)計年鑒，環(huán)境質量報告書和水利年報。為了消除數據的數量級及量綱的不同而造成的影響，采用極差標準化的方法進行標準化處理，公式為:

式中，x為指標數據;i為年份;k為城市;j為指標序號。為統(tǒng)一指標的變化方向，需要對部分指標進行變向處理，公式為:aikj=1-Aijk。經處理后，數據的數值范圍在[0-1]之間，并且對于統(tǒng)一指標來說，在所有年份所有城市中最大者為1，最小者為0，這樣，既消除了量綱的影響，又使各城市之間的指標具有可比性。各指標權重的賦值，采用德爾菲法(Delphi)來確定，經過加權求和，得出北疆城市各年份生態(tài)壓力指數(表2)[5]。

3.2北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合雙指數函數的驗證

（一）課程結構限制。高中語文課程中關于對主觀傳統(tǒng)文化的教育主要通過基本課堂教育、語文課內教育、語文選修課及少量語文課活動來實現?！鞍阎腥A優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育系統(tǒng)融入課程和教材體系”是教育部頒布過的指導綱要中特別提出的，但就對高中生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的培育來說顯得杯水車薪。由于受課程結構的限制，大部分高中生只能在語文課堂中接觸到教材中、考題中出現的傳統(tǒng)文化相關內容。

根據周一星等人的研究，城市化水平與經濟發(fā)展水平之間存在著一種對數曲線的相關關系，可以表示為[9]:

式(2)中，y代表城市化水平;x代表人均GDP;a，b為待定參數。此外，Grossman等人也早就證實生態(tài)環(huán)境狀況與經濟水平之間是一種到“U”形的變化關系，可以表示為:

式(3)中，z代表生態(tài)環(huán)境惡化程度;x為人均GDP;m，n，p為待定參數。因此，基于這兩種關系，可以采用數學方法推導出城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合函數為雙指數函數:

式(4)中，z為生態(tài)環(huán)境惡化程度;y為城市化水平;m，n，a，b，p為待定參數。

在對城市化水平，人均GDP，生態(tài)壓力指數燈光數據進行處理后，通過公式(2)、(3)、(4)得出各城市的城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合雙指數函數方程，見表3.對雙指數函數加以分析可知，m為拐點出現生態(tài)環(huán)境的惡化程度;b為取值決定拐點出現的早晚，其值越大，拐點出現時的城市化水平就越高;n的取值與生態(tài)壓力隨城市化變化的速率有關，其值越大，變化速率越大。因此，從m的取值來看，分析烏魯木齊＞克拉瑪依市＞石河子市＞昌吉市＞烏蘇市＞阜康市＞伊寧市＞奎屯市＞博樂市＞塔城市＞阿勒泰市，表現出工業(yè)城市和生態(tài)脆弱型城市拐點出現時的生態(tài)壓力一般較高;從b的取值來看，烏魯木齊市＞石河子市＞克拉瑪依市＞烏蘇市＞昌吉市＞奎屯市＞伊寧市＞阜康市＞塔城市＞博樂市＞阿勒泰市，表現出工業(yè)城市的拐點晚于農業(yè)城市的特點;從n值來看，烏魯木齊市＞克拉瑪依市＞石河子市＞烏蘇市＞昌吉市＞阜康市，塔城市＞伊寧市＞奎屯市＞阿勒泰市＞博樂市，這與各城市生態(tài)壓力及城市化水平的變化趨勢基本一致。以上情況說明所求出的耦合方程能夠恰當反映北疆各城市城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關系。

3.3北疆地區(qū)城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合階段的判斷

烏魯木齊市和克拉瑪依市，城市化水平都比較高，工業(yè)經濟發(fā)達，城市化速度很快，由于進入城市化的成熟發(fā)展階段，生態(tài)壓力指數高，屬于磨合階段。

昌吉市、阜康市、伊寧市，近幾年來城市化率快速推進，處于城市化中期，生態(tài)壓力明顯增大，兩者之間存在錯綜復雜的協(xié)同或拮抗作用，累積環(huán)境效應響應呈現急速加速的趨勢。

奎屯市，地處北疆北部和西部各地州縣市的要沖，系蘭新鐵路西段的重要編組站，全市目前以輕紡、食品工業(yè)為主，但隨著周圍地區(qū)資源的開發(fā)，有可能成為有色金屬冶煉加工和石油化學工業(yè)的重要基地。從今后發(fā)展的前景看，該市在北疆西部的作用將日益提高。近5年城市化速度較快，正處于城市化加速發(fā)展階段，經濟的快速發(fā)展必然會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞，所以處于磨合階段。

塔城市、阿勒泰市、博樂市，剛剛進入城市化的加速發(fā)展初期，生態(tài)環(huán)境會跟著經濟發(fā)展而受到不同程度的破壞，所以處于拮抗階段。

烏蘇市，是一個縣級市，以農業(yè)經濟為。城市化緩慢，生態(tài)投入不足，生態(tài)壓力較大，生態(tài)惡化速度較快。鑒于處于城市化中期，因此處于拮抗階段。

石河子市，在新疆科技發(fā)展“十五”計劃和到2010年規(guī)劃綱要中被列為天山北坡經濟帶中段科技發(fā)展的中心城市。重點實施生物技術應用、生態(tài)農業(yè)、信息農業(yè)、農區(qū)畜牧業(yè)工廠化、棉產業(yè)一體化、節(jié)水技術和裝備產業(yè)化等科技示范工程。城市化水平較高，處于成熟發(fā)展階段，生態(tài)環(huán)境隨經濟結構的調整，生態(tài)環(huán)保投入的增加而改善，因此處于好轉階段。

總體來說北疆城市正處于城市化快速推進的階段，經濟、社會的快速推進及發(fā)展都會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞和污染，生態(tài)環(huán)境的惡化將不斷下降城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調度，所以采取各種有效措施，保護生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要。

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