呼和浩特市城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合度分析

張曉燕 韓佳霖 劉思琴

(內蒙古師范大學 地理科學學院，內蒙古 呼和浩特 010000)

城市化是一個漫長的過程，主要包括人口的增長、空間的擴張、經(jīng)濟的發(fā)展等方面[1]。城市化的發(fā)展能更好地提高人民的生活水平[2-3]，但是環(huán)境問題一直都是城市化過程中遇到的首要問題。國外學者很早就對該問題進行了深入的探討，環(huán)境經(jīng)濟學家Grossman[4]等運用計量經(jīng)濟學方法，對發(fā)達國家城市化進程相關數(shù)據(jù)進行實證研究認為：隨著城市化的發(fā)展，城市的生態(tài)環(huán)境質量的演變呈現(xiàn)出倒“U”型趨勢；Rork[5]等在對ImPACT和IPAT模型引進的基礎上，提出了一種能夠被分解的雙對數(shù)模型。國內城市化進程較晚，當然，很多學者也對該問題進行了研究，主要強調的是城市化產(chǎn)生的負面影響[6-8]。如吳玉萍[9]對北京城市經(jīng)濟發(fā)展和“工業(yè)三廢”排放量之間的關系進行了實證研究；方創(chuàng)琳[10]對西北干旱地區(qū)的水資源制約下的城市化過程及生態(tài)環(huán)境效應進行了分析；王長建[11]、劉耀斌[12]分別對新疆和江西的城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關系進行了動態(tài)計量分析。盡管研究成果頗多，但是城市化與生態(tài)環(huán)境的問題伴隨著社會發(fā)展的每一個階段，所以有必要對不同地區(qū)、不同時間段的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關系進行研究,特別是對城鎮(zhèn)化與生態(tài)關系要進行耦合分析。本文在新型城鎮(zhèn)化背景下，對呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境進行耦合分析，并結合相應的計量關系對二者關系進行研究，闡釋二者之間相互作用的機制。

1 研究區(qū)概況

呼和浩特市位于內蒙古自治區(qū)中部，東經(jīng)110°46′—112°10′,北緯40°51′—41°8′之間，是自治區(qū)的首府。該地南鄰大青山，北至黃河。全市總面積達17 224km2，地勢由東北向西南逐漸傾斜，屬于典型的蒙古高原大陸性氣候，四季氣候變化明顯，年較差、日較差都很大。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所涉及的數(shù)據(jù)主要來自于《呼和浩特市環(huán)境公報》《呼和浩特市住房和城鄉(xiāng)建設局公報》《呼和浩特市統(tǒng)計年鑒》(1988—2017)、《呼和浩特市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，部分數(shù)據(jù)來源于政府相關網(wǎng)站。

2.2 指標構建

由于單個指標無法反映城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關系，所以本文對城市化分析時主要從人口、空間、社會、經(jīng)濟城市化四個方面構建城市化指標體系(如表1所示)；從生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)以及生態(tài)響應模型三個大的層次構建生態(tài)環(huán)境指標體系(如表2所示)。

表1 城市化系統(tǒng)評價體系

表2 生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價體系

2.3 研究方法

2.3.1 熵技術下的AHP分析法

熵計算是指對不確定性的一種度量計算。本文運用熵支持下的層次分析法來確定城市化與生態(tài)環(huán)境中各項指標體系權重。首先，對數(shù)據(jù)進行標準化處理：由于各項指標的數(shù)量級、量綱均有一定的差異，所以，對原始數(shù)據(jù)做了標準化處理，然后計算其權重(如表3、表4所示)。

2.3.2 指標體系的評價

采用ADF和協(xié)整檢驗對所選取的指標進行評價，驗證該指標體系的穩(wěn)定性，并給模型的階數(shù)和相應參數(shù)作出一種最佳的估計[13-15]。ADF檢驗模型如下：

(1)

式中：Yt為待檢驗的時間序列{Y1，Y2，…Yt，}，β為參數(shù)，α為常數(shù),Ut為白噪聲序列。

協(xié)整檢驗指的是對不同時間序列間且長期是否處于均衡關系的指標進行檢驗。由于本文選取的是近30年的數(shù)據(jù)，所以必須進行長期均衡關系的檢驗。本文采用的是Johansen檢驗法。

2.3.3 構建耦合模型

依據(jù)各個指標的權重以及標準化結果,分別計算出城市化綜合水平的值和生態(tài)環(huán)境綜合水平的值g(x),然后建立二者之間的耦合模型(見式2)。根據(jù)前人的研究可知，C的數(shù)值越大表明生態(tài)環(huán)境與城市化彼此間耦合性越強，相互作用越緊密，分為低水平耦合(0—0.3)、拮抗耦合(0.3—0.5)、磨合耦合(0.5—0.8)、高水平耦合(0.8—1.0)四個耦合水平。

(2)

表3 呼和浩特市城市化指標權重

表4 呼和浩特市生態(tài)環(huán)境權重

3 結果分析

3.1 主成分信息提取

為了體現(xiàn)城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關系，選取了城市化的15個指標以及生態(tài)環(huán)境的8個指標運用熵技術支持下的層次分析法分別測算了各個指標的權重，針對每個指標的實際表示的情況對各個指標進行劃分并進行對應指標子系統(tǒng)層的權重計算(如表5所示)。通過計算表明，呼和浩特市的城市化進程以社會城市化和經(jīng)濟城市化的演進為主，其權重分別是0.312 0和0.295 1，占整個城市化進程的五分之三；其次是空間城市化，比重為0.212 8，最后是人口城市化，比重為0.180 2。生態(tài)環(huán)境占比最大的是生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)，占比0.706 8，生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)次之，占比0.239 4，生態(tài)響應指數(shù)占比最小，為0.053 8。由此可以說明生態(tài)壓力對城市生態(tài)環(huán)境的影響力最大，也就是說人均能源消費總量、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固體廢棄物排放量是造成生態(tài)環(huán)境惡化的最主要因素。反映出社會城市化在呼和浩特市城市化進程中占據(jù)主導地位，很大程度上推動了呼和浩特市的城市化發(fā)展；同時，經(jīng)濟的城市化也帶動了城市的發(fā)展，相對而言人口城市化和空間城市化對呼和浩特市整體的城市化進程影響相對較弱。

表5 城市化與生態(tài)環(huán)境的子系統(tǒng)權重

3.2 城市化與生態(tài)環(huán)境的指標體系評價

城市化中共選取15個指標，分為四個部分，分別表示為人口城市化(A1)、經(jīng)濟城市化(A2)、空間城市化(A3)、社會城市化(A4)，統(tǒng)稱為城市化綜合水平指數(shù)(U)；生態(tài)環(huán)境包括生態(tài)環(huán)境壓力(P)、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)(S)、生態(tài)環(huán)境響應(K)，統(tǒng)稱為生態(tài)環(huán)境質量指數(shù)(E)。進行指標體系評價時，分別對城U、E、P、S、K的時序數(shù)據(jù)進行ADF檢驗(如表6所示)。由于水平變量的檢驗值都大于5%的臨界值均為非平穩(wěn)序列，故對各變量進行一階差分檢驗。檢驗一階差分后各指標都為平穩(wěn)序列，即滿足協(xié)整檢驗的前提條件。在此基礎之上，進行協(xié)整檢驗。協(xié)整檢驗一般反映的是不同時間序列之間的長期均衡關系[16-18]，本文采用的是Johansen檢驗法(如表7所示)。

表6 城市化與生態(tài)環(huán)境指標及其分量的ADF檢驗結果

注：檢驗形式中括號內：C表示含常數(shù)項；T表示含趨勢項，0表示不含趨勢項；數(shù)字表示滯后的階數(shù)；Δ表示一階差分；Δ2表示二階差分。

表7 城市化與生態(tài)環(huán)境指標及其分量的Johanson協(xié)整檢驗結果

注：*表示在5%的顯著性水平上拒絕原假設。

3.3 城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合分析

從圖1中可以看出，呼和浩特市的城市化水平整體呈現(xiàn)出穩(wěn)定上升趨勢。2005年之前，上升趨勢呈現(xiàn)緩慢狀態(tài)，2005年之后上升趨勢明顯加快；而生態(tài)環(huán)境整體上變化波動較大，大致分為一個起伏階段和兩個整體上升階段，即1988—1995屬于小階段的上升趨勢，2001—2017年整體上呈現(xiàn)出“爬坡式”的上升趨勢，1996—2000年呈現(xiàn)出波動起伏?？傮w來看，隨著城市化進程的不斷上升，呼和浩特市城市的生態(tài)環(huán)境整體上也呈現(xiàn)出小幅度波動和穩(wěn)定增長的趨勢。

另外，圖1中的實線部分屬于城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合模型，可以看出呼和浩特市城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合度整體上保持相對的穩(wěn)定狀態(tài)。但是，1988—1990年間耦合度明顯上升，1991—2000年期間，耦合度處于跌宕起伏階段，且耦合指數(shù)小于0.3，也可以說該時期屬于低水平高波動的耦合階段；2000年后耦合度明顯上升，耦合度指數(shù)整體上徘徊在0.5左右，由此可以說明該時期耦合度在拮抗耦合和磨合耦合之間過渡。那么，相應的分類標準，呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在1988—2000年之間是低水平耦合， 2000—2017年處于拮抗耦合階段末期以及磨合耦合初期。耦合度的背后反映的現(xiàn)實意義是，呼和浩特市在城市化進程中雖然在不斷地對生態(tài)環(huán)境進行整治，加快推進產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級以及合理布局，但是短時期內仍然面臨傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型慢、科技水平低、人才市場薄弱以及自然原因引起的草原和植被退化，使得短時間內生態(tài)環(huán)境改善不明顯。呼和浩特市作為自治區(qū)首府是中蒙俄經(jīng)濟走廊的重要通道、絲綢之路的重要樞紐城市，是自治區(qū)重點發(fā)展的城市。近年來，城市化速度整體變快，使得呼和浩特市的生態(tài)環(huán)境承載力難以合理有效地修復城市化發(fā)展所帶來的問題，所以該市的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度近年來一直處于拮抗耦合階段向磨合耦合階段過渡。

圖1 1988—2017年呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合分析圖

4 結論與建議

以上對呼和浩特市近30年來城市化、生態(tài)環(huán)境以及二者之間的耦合關系進行了研究分析。通過分析可以得出如下結論：

(1)對指標體系的相關檢驗表明，在呼和浩特的城市化與生態(tài)環(huán)境的互動耦合關系中，城市化與生態(tài)環(huán)境之間的作用是相互的，二者相互影響。

(2)從1988—2017年呼和浩特市城市化水平來看，整體上處于均衡增長的趨勢，其生態(tài)環(huán)境也處于波動的上升趨勢，不同的是生態(tài)環(huán)境在1990—2000年期間水平波動程度大。其中原因可能是因為政策引起的，20世紀90年代國家趨向于發(fā)展重工業(yè)帶動經(jīng)濟增長。因此，該時期呼和浩特市生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化較大。

(3)從城市化和生態(tài)環(huán)境的耦合度來看，30年來呼和浩特市的城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合水平相對較低，2000年前耦合度變化較大，且大多年份處于0.3左右，屬于低水平耦合；2000年后耦合度有所上升，處于拮抗耦合階段向磨合耦合的過度階段，整體耦合程度比較平穩(wěn)。

綜上所述，呼和浩特市的城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展水平整體上都處在不斷提升的狀態(tài)，但是耦合水平較低，生態(tài)環(huán)境波動大。所以呼和浩特市在今后城市發(fā)展過程中，應進一步強化環(huán)保政策，加強生態(tài)文明建設，實施人才引進戰(zhàn)略，努力提高技術水平，將生態(tài)環(huán)境質量控制在合理的范圍內，走以人為本的新型城鎮(zhèn)化道路，實現(xiàn)經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境效益的有機統(tǒng)一。