新疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時空區(qū)域差異評價研究*

帕孜麗婭木·木力提江 孜比布拉·司馬義，3# 頡 淵 鄭 麗

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046； 2.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046；3.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046)

新疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時空區(qū)域差異評價研究*

帕孜麗婭木·木力提江1,2孜比布拉·司馬義1,2，3#頡 淵1,2鄭 麗1,2

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046； 2.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046；3.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046)

以新疆15個地、州、市為例，采用2004—2014年城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境評價指標體系，通過耦合協(xié)調(diào)度模型和地理信息系統(tǒng)來揭示城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)時空演化規(guī)律。結(jié)果表明：(1)2004—2014年，新疆15個地、州、市中，除個別地區(qū)個別年份城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)出現(xiàn)回落現(xiàn)象外，總體呈上升趨勢；生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)呈波動上升趨勢。(2)在時間序列角度，協(xié)調(diào)度體現(xiàn)向上趨向性，沒有明顯的等級跳躍。(3)新疆城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展空間格局特點是地域差異很大、北疆水平高于南疆。

城鎮(zhèn)化 生態(tài)環(huán)境 耦合協(xié)調(diào) 新疆

Abstract: 15 regions in Xinjiang was taken as an example. The evaluation index system of urbanization and ecological environment was constructed based on the statistical data of urbanization and ecological environment from 2004 to 2014. The urbanization and ecological environment space-time evolution of coupling coordination was revealed through the coupling coordination model and geographic information system. The results showed that：(1) In 2004-2014，the comprehensive level of urbanization of the 15 areas showed the rising trend，except for the individual regions of individual years. The comprehensive index of ecological environment presented a fluctuating rising trend. (2) In terms of time series, the coordination degree showed upward tendency, and there was no sudden change in grade. (3) The spatial pattern of the coordinated development of urbanization and ecological environment of Xinjiang was characterized by great geographical variations，coordination degree of north regions was higher than that of south regions.

Keywords: urbanization; ecological environment; coupling coordination; Xinjiang

快速推進的城鎮(zhèn)化進程對社會經(jīng)濟帶來積極影響的同時也使區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到了嚴重危害。城鎮(zhèn)化引起的一系列生態(tài)環(huán)境問題越來越引起人們的關(guān)注和重視，深層次探討和研究城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系成為學(xué)術(shù)界重點研究課題之一[1]12，[2]。城鎮(zhèn)化對生態(tài)環(huán)境的脅迫作用、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對城鎮(zhèn)化的促進或制約性，使得系統(tǒng)間產(chǎn)生一種極復(fù)雜的交互耦合關(guān)系[3]，而力求實現(xiàn)兩個復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是人類文明進步的體現(xiàn)。國外學(xué)者對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究起步于1898年HOWARD提出的理性規(guī)劃并協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)交互耦合關(guān)系理論[4]；此后，REGISTER的協(xié)調(diào)性倡議掀起了有關(guān)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的“生態(tài)結(jié)構(gòu)革命”[5]；1995年GROSSMAN等[6]對人口人均收入和環(huán)境質(zhì)量進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟發(fā)展間有倒“U”型內(nèi)在規(guī)律；PEARCE等[7]針對隨著城市擴張而日益惡化的城市生態(tài)環(huán)境問題提出了一系列促進兩者協(xié)調(diào)性的對策。我國正處于城鎮(zhèn)化的快速推進階段，有關(guān)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境問題的研究也普遍得到各界學(xué)者的重視，目前研究重點主要集中在兩個復(fù)雜系統(tǒng)的耦合機制以及運用協(xié)調(diào)模型來探討城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系并對未來協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢進行預(yù)測[8-9]。此后，研究者連續(xù)運用數(shù)理定量統(tǒng)計的因子分析法、多種數(shù)學(xué)及物理模型、3S空間技術(shù)等對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境間的影響機制、演變規(guī)律及模式等方面展開了多角度的分析探討[1]12；嚴俊霞等[10]通過建立評價指標體系、模型，在相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對山西省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展進行了實證分析；喬標等[11]認為，兩個復(fù)雜的系統(tǒng)在相互作用、制約過程中推動城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展；張新文等[12]在SWOT分析基礎(chǔ)上，提出促進兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的相應(yīng)措施與建議。

有關(guān)新疆整體城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境問題以及兩者耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究較多，但是針對不同地區(qū)的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境問題的比較研究較少，對兩者協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系在時間和空間尺度上的分析也相對不足。因此，本研究從耦合分析角度出發(fā)，以新疆15個地、州、市為研究對象，建立城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境評價指標體系，測度了2004—2014年新疆15個地、州、市的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)，并對新疆各地、州、市城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)狀況展開時間序列探討。最后，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)對城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)空間分異格局進行分析，并劃分出主要的3種協(xié)調(diào)度類型。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆位于我國西北邊陲，是我國行政面積最大的省區(qū)，作為絲綢之路經(jīng)濟帶的核心通道，擁有獨特的地理位置和經(jīng)濟戰(zhàn)略地位。新疆土地面積為32 084.53 km2，到2014年總?cè)丝谶_到2 298.477萬，城鎮(zhèn)人口比例為46.07%，低于同期全國平均水平(54.77%)；GDP總量達到9 273.46億元，人均GDP約40 648元，低于全國平均水平(46 628.5元)。隨著新疆城鎮(zhèn)化進程的快速推進而出現(xiàn)的一系列環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題，使該地區(qū)意識到生態(tài)環(huán)境保護和建設(shè)的重要性。為此，自治區(qū)政府編制完成《新疆生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃》，確定了自治區(qū)生態(tài)保護紅線，修訂并頒布了《新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護條例》和《烏魯木齊市大氣污染防治條例》等地方性法規(guī)，為新疆生態(tài)環(huán)境的保護和建設(shè)做出政策上的限定和規(guī)范。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2004—2014年的《新疆統(tǒng)計年鑒》，新疆各地區(qū)統(tǒng)計年鑒，新疆城市、縣城建設(shè)統(tǒng)計年報，新疆各地區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。時間序列以2004—2014年為研究范圍，已對相關(guān)地區(qū)的數(shù)據(jù)進行處理，并用多重插補法對個別缺失數(shù)據(jù)進行補齊，空間格局選取2004、2014年為時間截面。

1.3 研究方法

1.3.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境評價指標體系的構(gòu)建

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境變化是緊密相連的，因此選取指標時考慮數(shù)據(jù)的科學(xué)性和可獲取性的同時，力求相關(guān)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境指標能涵蓋社會和自然環(huán)境[13]。本研究在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，從人口、經(jīng)濟、空間和生活城鎮(zhèn)化4個維度構(gòu)建17個城鎮(zhèn)化水平綜合評價指標；相對于較復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)和資料、模型，從壓力、狀況和響應(yīng)方面設(shè)置了生態(tài)環(huán)境評價指標[14-15]。具體見表1。

表1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境評價指標體系

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

為消除各評價指標量綱差別，使各指標因素間具有可比性，對原始正、逆向指標進行標準化轉(zhuǎn)換[16]，[17]59。為充分利用指標數(shù)據(jù)本身所提供的信息，防止因指標量綱和數(shù)量級不同而對權(quán)重產(chǎn)生影響，本研究采用能反映各指標重要程度的變異系數(shù)法[18]74。

1.3.3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)及耦合度

設(shè)城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)分別為U(L)和E(L)，則耦合度(C)見式(1)。一般，0≤C≤1，C越接近1則耦合程度越強，反之則越弱；當C=1時耦合程度達到最大，表明系統(tǒng)間的相關(guān)性極強；當C=0時，耦合程度最小，表明系統(tǒng)間互不相關(guān)，彼此互不影響。

(1)

式中：K為調(diào)節(jié)系數(shù)[17]60，[18]74，一般K≥2，本研究取K=2。

1.3.4 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度模型

盡管C能較好反映城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互影響程度，但是對于C相同的兩個區(qū)域來說，難以真實反映區(qū)域城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平。因此，需要建立耦合協(xié)調(diào)度模型來進一步探討城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境間的協(xié)調(diào)性。根據(jù)式(2)計算協(xié)調(diào)度(D)，并根據(jù)其值進行耦合協(xié)調(diào)度等級劃分：>0～<0.2，嚴重失調(diào)；0.2～<0.3，中度失調(diào)；0.3～<0.4，勉強協(xié)調(diào)；0.4～<0.6，中度協(xié)調(diào)；0.6～<0.8，良好協(xié)調(diào)；0.8～<1.0，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)。

D=(C(αU(L)+βE(L)))1/2

(2)

式中：α、β為待定權(quán)重，本研究中由于兩個系統(tǒng)同等重要，故令α=β=0.5。

2 結(jié)果分析

2.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)分析

以2004、2008、2012、2014年為例，由表2可見，2004—2014年，新疆15個地、州、市中，除個別地區(qū)個別年份U(L)出現(xiàn)回落現(xiàn)象外，總體呈上升趨勢。本研究將新疆各地區(qū)2004—2014年的U(L)分為3個梯度：(1)屬于第1梯度(U(L)平均值≥0.400)的有烏魯木齊市和克拉瑪依市，其城鎮(zhèn)人口比例很高。石河子市城鎮(zhèn)人口比例2004年以來也很高，但其U(L)并非第一，說明城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)考慮的因素并非只看非農(nóng)人口數(shù)量比例。(2)位列第2梯度(0.200≤U(L)平均值<0.400)的有哈密地區(qū)、昌吉回族自治州、巴音郭楞蒙古自治州和石河子市。其中，巴音郭楞蒙古自治州和石河子市排名靠前，昌吉回族自治州和哈密地區(qū)靠后。(3)位列第3梯度(U(L)平均值<0.200)的有吐魯番地區(qū)、伊犁哈薩克自治州、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)。新疆位列第1梯度的地區(qū)城鎮(zhèn)化綜合水平高，并且發(fā)展迅速。這對位于第3梯度的城鎮(zhèn)化水平相對緩慢地區(qū)具有強烈的帶動性作用。地域?qū)拸V、交通設(shè)施不夠完善使得城鎮(zhèn)化水平落后的地區(qū)與都市核心區(qū)的空間距離不占優(yōu)勢，受到都市區(qū)福射力度較小，隨著發(fā)展，各地區(qū)間的城鎮(zhèn)化發(fā)展差異化會越來越明顯。

2004—2014年，新疆各地、州、市E(L)呈波動上升趨勢。對各地區(qū)E(L)進行梯度分類：(1)烏魯木齊市、克拉瑪依市、巴音郭楞蒙古自治州位列第1梯度(E(L)平均值≥0.150)。這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平也達到相對較高水平，相比于其他地區(qū)有更多的能力投入到生態(tài)環(huán)境保護和建設(shè)工作。(2)位列第2梯度(0.100≤E(L)平均值<0.150)的有哈密地區(qū)、昌吉回族自治州、伊犁哈薩克自治州、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、石河子市。這些地區(qū)的城鎮(zhèn)化水平還處于努力發(fā)展階段，城鎮(zhèn)化建設(shè)還在較大程度上依賴于資源環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。(3)位列第3梯度(E(L)平均值<0.100)的有吐魯番地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)，這些地區(qū)位于沙漠地區(qū)，較差的自然環(huán)境和城鎮(zhèn)化建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的破壞，致使E(L)處于靠后地位。

表2 2004、2008、2012和2014年新疆15地、州、市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)

2.2 新疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時間變化分析

根據(jù)表3，對各地區(qū)的D進行梯度劃分：(1)位列第1梯度(0.3≤D平均值<0.4)的有烏魯木齊市、克拉瑪依市和巴音郭楞蒙古自治州。烏魯木齊市和克拉瑪依市基本保持勉強協(xié)調(diào)水平，巴音郭楞蒙古自治州從2004年的中度失調(diào)后也持續(xù)保持勉強協(xié)調(diào)發(fā)展水平。(2)其他12個地、州、市位列第2梯度(0.2≤D平均值<0.3)，總體保持中度失調(diào)。在時間序列角度，D體現(xiàn)向上趨向性，沒有明顯的等級跳躍。由此可見，新疆各地區(qū)在城鎮(zhèn)化發(fā)展中還很大程度上依賴于生態(tài)環(huán)境，以生態(tài)環(huán)境的犧牲為代價得到經(jīng)濟增長和城鎮(zhèn)化發(fā)展。

2004年，克拉瑪依市的D最高(0.360)，處于城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的勉強協(xié)調(diào)階段，到2014年其排名還保持位列第一，不過并未發(fā)生等級上的變動，只是協(xié)調(diào)水平略有上升。2004—2014年，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)水平排名靠后的是克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)等。這與當?shù)芈浜蟮慕?jīng)濟狀況、較低城鎮(zhèn)化水平和惡劣的自然生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。

2.3 新疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展空間格局分析

基于GIS分析，對新疆15個地、州、市2004、2014年城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的空間分異演化特征進行空間對比分析研究。新疆城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展空間格局特點：(1)地域差異很大，新疆總體上城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展還處于中等偏下水平。在城鎮(zhèn)化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護建設(shè)中各地區(qū)兩個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展水平出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。(2)北疆水平高于南疆。在新疆劃分標準中，克孜勒蘇柯爾克孜自治州、巴音郭楞蒙古自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)屬于南疆地區(qū)，其余是北疆地區(qū)(為了便于對比屬于東疆的吐魯番地區(qū)和哈密地區(qū)劃分為北疆地區(qū))。

2004—2014年新疆的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間分異演化演變特征：(1)中度失調(diào)區(qū)：2004年屬于該類型的地區(qū)包括吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、昌吉回族自治州、伊犁哈薩克自治州、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、石河子市；2014年屬于此類型的有吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、伊犁哈薩克自治州、阿勒泰地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)、石河子市。說明在城鎮(zhèn)化發(fā)展中，有些地區(qū)轉(zhuǎn)變更高一級的協(xié)調(diào)發(fā)展類型，在城鎮(zhèn)化發(fā)展的同時也注重生態(tài)環(huán)境的保護和建設(shè)，而有些地區(qū)的協(xié)調(diào)性下降，以粗放型的城鎮(zhèn)發(fā)展為主要模式，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成較大影響。(2)勉強協(xié)調(diào)區(qū)：2004年屬于該類型的地區(qū)包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、和田地區(qū)；2014年屬于此類型有烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉回族自治州、塔城地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州。2014年和田地區(qū)變?yōu)橹卸仁д{(diào)類型，巴音郭楞蒙古自治州變?yōu)槊銖妳f(xié)調(diào)類型?？梢娊?1年的時間有些地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)水平未發(fā)生等級轉(zhuǎn)變性的變化，有些地區(qū)努力向更加協(xié)調(diào)水平發(fā)展，而有些地區(qū)失去平衡發(fā)展，使城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境有失協(xié)調(diào)。(3)中度協(xié)調(diào)區(qū)：2005、2013年的烏魯木齊市以及2005、2010、2012、2013年的克拉瑪依市出現(xiàn)過中度協(xié)調(diào)。可見作為兩個重工業(yè)基地的烏魯木齊市和克拉瑪依市，在發(fā)展過程中努力兼顧到生態(tài)環(huán)境保護和城鎮(zhèn)化建設(shè)，而新疆的城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作有待于加強。

表3 2004—2014年新疆15地、州、市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展狀況

3 結(jié) 論

(1) 2004—2014年，新疆15個地、州、市中，除個別地區(qū)個別年份U(L)出現(xiàn)回落現(xiàn)象外，總體呈上升趨勢；E(L)呈波動上升趨勢。

(2) 在時間序列角度，D體現(xiàn)向上趨向性，沒有明顯的等級跳躍。

(3) 新疆城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展空間格局特點是地域差異很大、北疆水平高于南疆。

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Studyontheevaluationofregionalspatio-temporalcomparativeanalysisofcoordinateddevelopmentbetweenurbanizationandecologicalenvironmentinXinjiang

PaziliyamuMulitijiang1,2，ZibibulaSimayi1，2，3，XIEYuan1,2，ZHENGli1,2.

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentSciences，XinjiangUniversity，UrumqiXinjiang830046；2.KeyLaboratoryofXinjiangUniversityIntellectualizingCityandEnvironmentalModeling，UrumqiXinjiang830046；3.KeyLaboratoryofOasisEcology，MinistryofEducation，XinjiangUniversity，UrumqiXinjiang830046)

帕孜麗婭木·木力提江，女，1990年生，碩士研究生，研究方向為資源利用與城鄉(xiāng)規(guī)劃。#

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*國家自然科學(xué)基金資助項目(No.40861006)；新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室開放課題(No.040076)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.023

2016-03-01)