絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系研究進(jìn)展

朱海強(qiáng),貢 璐,*,趙晶晶,張 飛,許仲林

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046 3 新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046

城鎮(zhèn)化作為生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)演進(jìn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多因素共同作用的產(chǎn)物,與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生產(chǎn)生活結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變密切聯(lián)系,是衡量國(guó)家發(fā)展水平的重要指標(biāo)[1]。20世紀(jì)80年以來(lái),中國(guó)的城鎮(zhèn)化發(fā)展迅猛,經(jīng)歷了從“注重城鎮(zhèn)化數(shù)量”到“提升城鎮(zhèn)化質(zhì)量”的轉(zhuǎn)變,2017年底中國(guó)的城鎮(zhèn)化水平為58.52%[2]。城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時(shí),產(chǎn)生的天氣霧霾、水污染、“垃圾圍城”、健康風(fēng)險(xiǎn)、資源耗竭等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯[3- 4]。因此,開(kāi)展城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系研究是協(xié)調(diào)二者發(fā)展的基礎(chǔ),也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)城鎮(zhèn)化的前提[5]。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用耦合協(xié)調(diào)度模型[6]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[7]、雙指數(shù)模型[8]等方法對(duì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展規(guī)律、協(xié)調(diào)關(guān)系、耦合機(jī)制等方面進(jìn)行了研究,揭示了交互耦合系統(tǒng)遵循的六大基本定律和四個(gè)耦合階段[9- 10],涵蓋縣、市、省、城市群等多個(gè)尺度,總體呈現(xiàn)從理論到實(shí)證、靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的趨勢(shì)。

新疆作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū),生境脆弱,城鎮(zhèn)化相對(duì)滯后。近年來(lái),隨著國(guó)家“一帶一路”生態(tài)文明建設(shè)的實(shí)施,新疆加快了城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程,但低水平的生態(tài)文明質(zhì)量給新時(shí)代核心區(qū)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[11]。在國(guó)家推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化和優(yōu)化“一帶一路”城鎮(zhèn)化發(fā)展視角下, 探索絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境間的交互耦合關(guān)系,促進(jìn)城鎮(zhèn)化穩(wěn)步可持續(xù)發(fā)展,既是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[12-15],又是實(shí)現(xiàn)新疆發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和長(zhǎng)治久安的重大戰(zhàn)略選擇。本文綜述了絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境特征及二者間的交互耦合規(guī)律,對(duì)未來(lái)研究進(jìn)行展望,以期為區(qū)域性城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合研究提供科學(xué)參考。

1 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境特征

1.1 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化特征

中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程已經(jīng)由滯后向冒進(jìn)轉(zhuǎn)變,未來(lái)應(yīng)更加注重城鎮(zhèn)化質(zhì)量。絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心城市發(fā)展趨勢(shì)與中國(guó)大環(huán)境城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐一致[16]。新疆的綠洲分布、聚居特征、資源稟賦等條件決定了城鎮(zhèn)化過(guò)程的復(fù)雜性和特殊性。一方面是空間上呈現(xiàn)點(diǎn)、區(qū)、面和集群分布的特點(diǎn),形成“一圈三帶”的格局,表現(xiàn)為“北高南低、西高東低”的趨勢(shì)。城鎮(zhèn)化進(jìn)程經(jīng)歷了加速發(fā)展、緩慢發(fā)展、穩(wěn)步上升及轉(zhuǎn)型4個(gè)階段[17],2015年城鎮(zhèn)化率達(dá)到47.23%[18],城鎮(zhèn)化水平上升。另一方面在于兵團(tuán)城鎮(zhèn)化具有戍邊型、經(jīng)濟(jì)型的發(fā)展模式,城鎮(zhèn)化水平呈遞增態(tài)勢(shì),但其區(qū)域差異明顯,城鎮(zhèn)規(guī)模小,現(xiàn)有行政體制阻礙了城鎮(zhèn)化發(fā)展[19]。

唐兵[20]、張振龍等[21]通過(guò)核密度模型分析認(rèn)為,北疆地區(qū)城鎮(zhèn)形成以首府都市圈和沿鐵路線分布的格局,凝聚力強(qiáng),內(nèi)部極化程度擴(kuò)大,城鎮(zhèn)化水平和增速屬于“高-高”和“高-低”型,但其工業(yè)化滯后于城鎮(zhèn)化水平,資源開(kāi)采與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)城鎮(zhèn)化的驅(qū)動(dòng)作用不協(xié)調(diào)。南疆地區(qū)城鎮(zhèn)化水平低,城鎮(zhèn)化水平和增速多屬“低-高”和“低-低”型,相對(duì)差距具有明顯的“雙峰”特征[22]；其城鎮(zhèn)功能類(lèi)同,內(nèi)部集聚差異小,處于分散發(fā)展?fàn)顟B(tài),城鎮(zhèn)化質(zhì)量不高[23]。核心區(qū)城鎮(zhèn)化動(dòng)力也經(jīng)歷了以政府為主導(dǎo)的單一因素向政策扶持、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整多元化動(dòng)力的轉(zhuǎn)變,但不合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及資金和人才的匱乏仍是制約城鎮(zhèn)化實(shí)力提升和城市群發(fā)展的重要因素[24],由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也不可小覷[25]。因此,核心區(qū)城鎮(zhèn)化的一系列傳統(tǒng)政策和取向需依據(jù)城市特色進(jìn)行重構(gòu),新時(shí)期的城鎮(zhèn)化進(jìn)程應(yīng)關(guān)注質(zhì)量而并非速度[26]。未來(lái)城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略重點(diǎn)應(yīng)放在重塑城鎮(zhèn)化發(fā)展動(dòng)力,重視生態(tài)環(huán)境保護(hù),強(qiáng)化城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)支撐體系,優(yōu)化城市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和提升城市發(fā)展質(zhì)量等方面。

1.2 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)生態(tài)環(huán)境特征

生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ),人類(lèi)生活和發(fā)展的基本條件[27]。城鎮(zhèn)化引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題表現(xiàn)為復(fù)雜性和階段性,不僅在于單因子因素(水、土、氣、生),更多表現(xiàn)為城市的“流”、“網(wǎng)”、“序”被破壞而導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)功能變異和喪失。同時(shí),城鎮(zhèn)化發(fā)展階段出現(xiàn)的各種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,如土地的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用、大氣和噪音污染、水資源的過(guò)量消耗和交通堵塞交互作用,關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜[28]。

新疆氣候干旱,綠洲面積小,植被覆蓋率低,生態(tài)環(huán)境脆弱且敏感性高,承載力較低。北疆環(huán)境優(yōu)于南疆,降水多,森林、礦產(chǎn)資源相對(duì)豐富；王亞敏等[29]基于綜合指數(shù)法認(rèn)為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境為一般或良好水平；城鎮(zhèn)化進(jìn)程中居民和交通用地所占比重大,重點(diǎn)區(qū)域空氣復(fù)合型污染仍然突出[30- 31]。南疆地區(qū)自然環(huán)境嚴(yán)酷,自然災(zāi)害頻發(fā),水資源的不合理利用導(dǎo)致部分河流斷流、湖泊萎縮,水生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。綠洲分布于荒漠邊緣且受風(fēng)蝕流沙威脅,土地資源稀缺。雖然近年來(lái)采取了許多環(huán)境改善措施,生態(tài)環(huán)境有好轉(zhuǎn),但狀況仍不樂(lè)觀[32-33]。

2 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系

2.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)間的交互耦合

絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境必然產(chǎn)生一定影響,而其全過(guò)程也同時(shí)受到生態(tài)環(huán)境不同程度的約束[34]。沿線城市人口集中、用地?cái)U(kuò)展、文明擴(kuò)散等構(gòu)成絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中的發(fā)展圈,水、土壤環(huán)境、大氣和生物等就形成了城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中的限制圈,整個(gè)城鎮(zhèn)化過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是發(fā)展圈與限制圈相互作用、相互脅迫,由低級(jí)協(xié)調(diào)共生向高級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展的螺旋式上升的過(guò)程[35]。

學(xué)者們主要基于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、耦合模型、PSR模型、灰色系統(tǒng)模型和脈沖響應(yīng)函數(shù)等方法定量研究了絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合關(guān)系,認(rèn)為兩個(gè)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度由失調(diào)向協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換,空間上為北疆基本協(xié)調(diào)、南疆基本協(xié)調(diào)-生態(tài)環(huán)境滯后；二者的交互耦合模式以磨合、拮抗型為主,總體上是一種在交互脅迫中相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)耦合[36- 41]。王亞敏等[29]基于“協(xié)調(diào)度模型”認(rèn)為北疆地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)“下降-波動(dòng)上升-下降的趨勢(shì),二者的關(guān)系總體上為不協(xié)調(diào)。安瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提明等[42]采用關(guān)聯(lián)度和耦合度模型分析得出南疆地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系復(fù)雜,可分為高等與中等兩種耦合類(lèi)型,其中經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、人口基礎(chǔ)設(shè)施是脅迫生態(tài)環(huán)境的主要因子,而資源、能源、生態(tài)條件對(duì)城鎮(zhèn)化的約束顯著；許圓圓等[33]基于“PSR理論”認(rèn)為南疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平有所提高,二者的協(xié)調(diào)發(fā)展度由“瀕臨失調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型”演變?yōu)椤俺跫?jí)協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境滯后型”,但仍然是低層次的一種協(xié)調(diào)。

2.2 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)之間的交互耦合

2.2.1城鎮(zhèn)化與水資源間的交互耦合

水資源是綠洲城鎮(zhèn)發(fā)展最基礎(chǔ)的因素,對(duì)城鎮(zhèn)化既有限制又有促進(jìn)作用[43]。城鎮(zhèn)化過(guò)程發(fā)展過(guò)快,但缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí),往往會(huì)采取一些非可持續(xù)發(fā)展的方式開(kāi)發(fā)利用水資源[44],長(zhǎng)期以往必然導(dǎo)致水資源嚴(yán)重短缺和水環(huán)境惡化[45],此時(shí)水資源對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的“尾效”效應(yīng)就會(huì)凸顯。因此,如何協(xié)調(diào)綠洲地區(qū)不同城鎮(zhèn)化水平與水資源約束效應(yīng)間的關(guān)系成為人們探索與解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[46]。

新疆水資源匱乏,城鎮(zhèn)化進(jìn)程中普遍存在水資源浪費(fèi)現(xiàn)象,而小城鎮(zhèn)尤為突出[47]。城市用水量、城市廢水產(chǎn)生量及水資源利用效率等必然對(duì)未來(lái)城市發(fā)展產(chǎn)生深刻影響[48-49]。在一定程度上,人口聚集對(duì)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城市水資源的開(kāi)發(fā)利用產(chǎn)生影響,沿線城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展使大量人口集聚于中心城市,引起總用水量增大,缺水量加劇[50-51]。Yang等[52]基于協(xié)調(diào)發(fā)展模型認(rèn)為新疆流域城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源利用效率不一致。底陽(yáng)陽(yáng)等[53]以熵權(quán)法為基礎(chǔ)認(rèn)為新疆城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)間的響應(yīng)表現(xiàn)為二者的約束與優(yōu)化作用,水資源可推動(dòng)城鎮(zhèn)化發(fā)展,但當(dāng)用水規(guī)模增加、水體污染加劇,超出一定界限就會(huì)對(duì)城鎮(zhèn)化產(chǎn)生阻礙,體現(xiàn)在水資源利用負(fù)荷和管理上；二者間的耦合關(guān)系呈現(xiàn)出“勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展階段-中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展階段-良好協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)”,協(xié)調(diào)水平不斷提高。聶春霞等[54]基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為新疆水資源只對(duì)短時(shí)期的低速和高速城鎮(zhèn)化有效,而中速城鎮(zhèn)化才有利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境用水的良性發(fā)展。面對(duì)水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的制約作用可通過(guò)調(diào)整地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推廣農(nóng)業(yè)用水、改良用水工業(yè)、提高用水效率、加強(qiáng)水資源環(huán)保意識(shí)等措施來(lái)促進(jìn)城鎮(zhèn)化的良性發(fā)展[55]。

2.2.2城鎮(zhèn)化與土地資源和土地利用間的交互耦合

土地資源既是城鎮(zhèn)化的基礎(chǔ),也是其制約因素之一,兩者存在互動(dòng)互饋的關(guān)系[56]。土地資源和利用的可持續(xù)性已成城鎮(zhèn)化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要助力[57],而快速城鎮(zhèn)化過(guò)程中城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)展也會(huì)引起土地利用結(jié)構(gòu)不合理、土地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性減少、城市土壤理化性質(zhì)變化等問(wèn)題,降低土地生態(tài)功能[58]。

近年來(lái),絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中仍然存在土地利用、規(guī)劃不合理、可利用土地資源銳減現(xiàn)象。鄭飛等[59]認(rèn)為隨著城鎮(zhèn)化水平的提高,新疆城鎮(zhèn)土地利用變化愈加劇烈,二者的耦合系數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì)。城鎮(zhèn)化與土地利用集約程度相互影響,二者的發(fā)展呈現(xiàn)出非同步性,其耦合協(xié)調(diào)關(guān)系有明顯的地域性[60]。Qi和楊宇等[61- 62]基于ESDA模型發(fā)現(xiàn)新疆城鎮(zhèn)化與土地利用效率具有明顯的空間聚集,二者的協(xié)調(diào)發(fā)展度呈現(xiàn)紡錘體結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型可分為5類(lèi),其中同步協(xié)調(diào)型較少,而其他類(lèi)型城鎮(zhèn)分布均勻。古麗美合日·阿巴斯[63- 64]認(rèn)為南疆城鎮(zhèn)化與耕地資源的協(xié)調(diào)度由不協(xié)調(diào)變?yōu)榛緟f(xié)調(diào),逐漸向良性演變；與土地利用效益間的耦合度較低,為低水平耦合和磨合狀態(tài)。也有學(xué)者研究了南疆單一城市城鎮(zhèn)化與耕地資源的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)庫(kù)爾勒市二者的協(xié)調(diào)度在1990—2002年為基本協(xié)調(diào)-調(diào)和-不協(xié)調(diào),2003—2012年為勉強(qiáng)調(diào)和-調(diào)和-較協(xié)調(diào)；而阿克蘇市1990—2014年間城鎮(zhèn)化與耕地資源的協(xié)調(diào)程度分為3個(gè)階段,行政區(qū)劃變更和農(nóng)業(yè)技術(shù)的提高使二者始終處于基本協(xié)調(diào)-不協(xié)調(diào)更迭變化的狀態(tài)[64- 65]。

2.2.3城鎮(zhèn)化與氣候間的交互耦合

快速城鎮(zhèn)化增加了大氣環(huán)境安全的風(fēng)險(xiǎn),在特大城市往往存在嚴(yán)重空氣污染,其后果嚴(yán)重影響了全球氣候環(huán)境且危害人體健康,降低城鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量[66- 67],長(zhǎng)期以往將嚴(yán)重阻礙城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展,而掌握城鎮(zhèn)化與大氣環(huán)境間的耦合規(guī)律對(duì)二者的協(xié)調(diào)發(fā)展和保護(hù)措施的制定具有借鑒作用。

隨著絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心城市的城鎮(zhèn)化大力發(fā)展,一方面空氣污染已成為該區(qū)域最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一?？焖俚某擎?zhèn)化已對(duì)大氣產(chǎn)生脅迫,2005—2014年隨城鎮(zhèn)化發(fā)展,大氣中污染物含量增加了10倍左右,SO2、NO2、粉塵的濃度增加,霧霾天氣頻發(fā),大多數(shù)城市空氣質(zhì)量下降[33]。馮剛[68]研究了城鎮(zhèn)化與大氣污染間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)大氣污染綜合指數(shù)隨城鎮(zhèn)化提高而上升,兩者的耦合度呈下降趨勢(shì),北疆城市低于南疆城市;而耦合協(xié)調(diào)度呈上升趨勢(shì),北疆城市高于南疆城市。與此同時(shí),經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化與SO2的相關(guān)性較大,南疆城鎮(zhèn)化與PM10關(guān)系密切。安瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提明等[69]發(fā)現(xiàn)阿圖什市城鎮(zhèn)化與大氣污染間呈“N”曲線關(guān)系,污染物以總懸浮微粒為主。另一方面,城鎮(zhèn)化改變了城市下墊面性質(zhì)、人口與建筑物密度及建成區(qū)面積,進(jìn)而改變小區(qū)域空氣對(duì)流。貢璐[70]認(rèn)為烏魯木齊熱島效應(yīng)與上述因子的分布格局具有較好的一致性,城市熱溫場(chǎng)與建筑密度呈正相關(guān),人為熱是強(qiáng)熱島區(qū)域面積變化的首要因素。

2.2.4城鎮(zhèn)化與能源消耗與碳排放間的交互耦合

城鎮(zhèn)化、能源消耗和碳排放間長(zhǎng)期存在均衡關(guān)系,三者的互動(dòng)耦合分析可得出城鎮(zhèn)化與能源消耗和碳排放間存在密切關(guān)聯(lián),能源利用效率對(duì)城鎮(zhèn)化的影響及其反饋效應(yīng)關(guān)系到城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢(shì)[71]。絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)資源開(kāi)發(fā)與城鎮(zhèn)體系演變密切相關(guān),特別是促進(jìn)了天山北坡地區(qū)城市發(fā)展[72],在能源匱乏的背景下,城鎮(zhèn)化發(fā)展勢(shì)必造成其與能源消耗間的矛盾日益尖銳。

城鎮(zhèn)化水平與能源消費(fèi)增長(zhǎng)和碳排放量之間長(zhǎng)期呈現(xiàn)Granger關(guān)系,城鎮(zhèn)化水平占GDP比重變化1%,碳排放總量相應(yīng)的就會(huì)在相同方向變化1.516%；城鎮(zhèn)化水平提高1%,能源消耗增加4.407%,而能源消費(fèi)增長(zhǎng)1%,城鎮(zhèn)化水平僅增加0.195%,城鎮(zhèn)化對(duì)能源消耗的影響要大于能源消費(fèi)對(duì)城鎮(zhèn)化的反作用[73- 74]。對(duì)新疆碳排放影響因素的研究發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)化過(guò)程、經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的快速增長(zhǎng)是驅(qū)動(dòng)能源消耗和碳排放的主要因子,一方面是因?yàn)槠湓黾恿司用駥?duì)生活型能源消耗的需求,另一方面是基礎(chǔ)設(shè)施的增加推動(dòng)了能源消耗總量的增加[75- 76]。但在引入一些限制因素研究二者關(guān)系時(shí),發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化有利于高收入地區(qū)的碳減排,對(duì)低收入地區(qū)則產(chǎn)生相反的影響。在貫徹節(jié)能減排和綠色發(fā)展理念下,絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)必須加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)的步伐,推廣綠色低碳新能源,協(xié)調(diào)好能源-經(jīng)濟(jì)-碳排放間的關(guān)系。

2.2.5城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性間的交互耦合

自工業(yè)革命以來(lái),城鎮(zhèn)化在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展,但城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的超閾值發(fā)展嚴(yán)重威脅森林、草原、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[77- 79],尤其是城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的土地開(kāi)發(fā)、土地復(fù)墾、土地覆蓋等變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性有極大的壓力和影響[80]。所以,對(duì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)耦合規(guī)律的認(rèn)識(shí)有利于對(duì)二者耦合機(jī)理進(jìn)行更深入的研究。

絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)位于生態(tài)環(huán)境極度脆弱帶,城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展,沿線許多城市片面追求短期經(jīng)濟(jì)效益,進(jìn)行土地復(fù)墾、資源過(guò)度開(kāi)發(fā)、無(wú)節(jié)制放牧,增大了城市和生境接觸面,降低了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,生物多樣性受到嚴(yán)重威脅[81]。近20年核心區(qū)人口密度增加,城鎮(zhèn)化發(fā)展加劇了城市景觀格局破碎化、降低了優(yōu)勢(shì)度,壓縮了生物生存空間、人工林代替原有林地,影響鳥(niǎo)類(lèi)和野生生物的存在,破壞了生物多樣性[82]。Yan等[83]利用遙感和景觀指數(shù)發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中綠地破碎程度增加,景觀結(jié)構(gòu)的變化不利于本土動(dòng)植物的生存。同時(shí),城市與草地生態(tài)系統(tǒng)接觸面的增大,有害生物體增加,環(huán)境惡化,生物多樣性減少[84]。城鎮(zhèn)化的發(fā)展必然會(huì)加劇生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的也會(huì)威脅到城鎮(zhèn)化的可持續(xù)發(fā)展。

3 研究展望

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)耦合規(guī)律研究已成為可持續(xù)生態(tài)學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn),其有助于辨析二者間的增益或阻尼規(guī)律,可為城市病和資源環(huán)境問(wèn)題的破解提供診斷方案。學(xué)者們對(duì)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中存在問(wèn)題及其與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行了一定的研究,但仍存在一定不足：目前研究缺乏完整性,缺乏對(duì)規(guī)律的總結(jié),未能形成完整的數(shù)據(jù)信息庫(kù)和知識(shí)體系；研究方法和理論創(chuàng)新不足,當(dāng)前生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)建多以“PSR”體系為主,未能考慮城市-環(huán)境雙系統(tǒng)復(fù)雜要素間的交互耦合機(jī)制；缺乏對(duì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境相互脅迫關(guān)鍵因子的甄別,對(duì)關(guān)鍵因子時(shí)空變化及閾值范圍的研究不足；對(duì)雙系統(tǒng)交互耦合機(jī)制的中長(zhǎng)期預(yù)警研究匱乏,不能滿足城鎮(zhèn)可持續(xù)性發(fā)展和規(guī)劃的需求。絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)肩負(fù)著亞歐合作樞紐的重任,但生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性決定了城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的復(fù)雜性,深入研究核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境的耦合規(guī)律可為二者的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo),有助于更好的發(fā)揮新疆在區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化中的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。未來(lái)可考慮在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

(1)建立核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)耦合關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下,應(yīng)該建立核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境成果可視化的數(shù)據(jù)查詢(xún)平臺(tái),如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、可視化與空間數(shù)據(jù)模塊、模擬分析模塊等。利用GIS、RS、可視化軟件、空間疊加技術(shù)對(duì)核心區(qū)長(zhǎng)時(shí)間序列的水、土、氣、生與城鎮(zhèn)化相關(guān)的自然和人文因子進(jìn)行大范圍的空間化和可視化處理,制作各種熱度圖、三維圖,以更加直觀的形式表達(dá)要素分布；進(jìn)行多種假設(shè)條件下城鎮(zhèn)發(fā)展和環(huán)境作用的模擬演示,模擬和探索不同環(huán)境因子脅迫下城鎮(zhèn)化發(fā)展的最優(yōu)規(guī)模和形態(tài),探索城鎮(zhèn)化發(fā)展的最優(yōu)路徑,實(shí)現(xiàn)其演變的動(dòng)態(tài)化；利用云計(jì)算、人工智能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的綜合處理和分析,提高研究數(shù)據(jù)的可應(yīng)用性和價(jià)值,為實(shí)現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化和智慧城市的建設(shè)提供數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)注重核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合作用研究

新型城鎮(zhèn)化建設(shè)更應(yīng)注重探討城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)間的耦合作用,實(shí)現(xiàn)由單一要素耦合向多要素復(fù)雜系統(tǒng)耦合的轉(zhuǎn)變。在目前研究的基礎(chǔ)上應(yīng)該引入城鎮(zhèn)化系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)人文、創(chuàng)新和政策因子及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的生態(tài)、氣候和環(huán)境因子,用多系統(tǒng)耦合模型構(gòu)建多因子尺度及系統(tǒng)尺度相互脅迫和耦合關(guān)系,注重判定子系統(tǒng)、雙系統(tǒng)間的耦合過(guò)程、階段和類(lèi)型,明確保障性因子和輸入性因子與城鎮(zhèn)化發(fā)展間的交互作用,實(shí)現(xiàn)人與水、土、氣、碳關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展,提高人居環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施和城市管理。

(3)開(kāi)展核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)各因子閾值范圍研究

現(xiàn)階段應(yīng)模擬不同模式、情景下城鎮(zhèn)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)各因子的閾值,根據(jù)已獲得的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合模型和規(guī)律,重新構(gòu)建不同發(fā)展階段、不同行政區(qū)劃、不同城市布局下多因素、關(guān)鍵因素與城鎮(zhèn)化相互作用的耦合模型；利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)算各種臨界條件下關(guān)鍵環(huán)境因子最適宜的載荷數(shù)值及與之相適應(yīng)的城鎮(zhèn)化規(guī)模,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)與修正,提高模型的精準(zhǔn)程度,同時(shí)根據(jù)核心區(qū)發(fā)展規(guī)劃,對(duì)中長(zhǎng)期城市發(fā)展模式和環(huán)境進(jìn)行反復(fù)模擬,求解二者的臨界數(shù)值,使其能夠?yàn)楹诵膮^(qū)城鎮(zhèn)化的長(zhǎng)期發(fā)展與規(guī)劃提供可信的參考閾值。

(4)加強(qiáng)核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的預(yù)警研究

城鎮(zhèn)和環(huán)境問(wèn)題的可判性和預(yù)測(cè)性能提高引導(dǎo)措施的合理化程度,當(dāng)前缺乏對(duì)兩系統(tǒng)預(yù)判機(jī)制的探討。應(yīng)當(dāng)定量表達(dá)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間相互約束和促進(jìn)作用,界定二者影響程度的大小和階段；利用生態(tài)系統(tǒng)供求模型評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)的安全程度和脆弱性,采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和貝葉斯統(tǒng)計(jì)結(jié)合的方法對(duì)各地州生態(tài)環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)的概率、類(lèi)型、及其程度進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)；構(gòu)建預(yù)警模型,確立能反映城市風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境問(wèn)題的預(yù)警指標(biāo),并對(duì)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分,以便對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和及時(shí)預(yù)警。