絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)城市化水平與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系綜合測度

齊亞霄 張飛

關(guān)鍵詞：絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū);熵值法;城市化;生態(tài)環(huán)境;耦合;協(xié)調(diào);時序特征;人地關(guān)系

城市化別稱城鎮(zhèn)化，是一個包括社會、經(jīng)濟(jì)、人口等多方面的復(fù)雜過程。在此過程中，不僅包括人口的大規(guī)模遷移，還伴隨著土地利用方式的變化、生產(chǎn)及生活方式的轉(zhuǎn)化[1-3]。改革開放以來，我國的城市化進(jìn)程加速推進(jìn)，城市化水平自1980年的19.39%增長到2013年的53.73%[4]，并形成了許多城市群?？焖俪鞘谢瘯斐少Y源的大量消耗及區(qū)域生態(tài)環(huán)境、氣候的改變。在新的歷史條件下，新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)是國家全面建成小康社會和基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路[5]。如何在城鎮(zhèn)化過程中實現(xiàn)人與自然和諧共生，是當(dāng)今地理學(xué)界研究的熱點。作為地理研究的核心問題之一，城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關(guān)系已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點[6-7]，國內(nèi)外學(xué)者對于二者之間的交互作用、耦合協(xié)調(diào)測度等作了大量研究，聶艷等對湖北省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合的時空特征進(jìn)行度量，并分析其時空變異特征[8];陸媛媛等以寧夏回族自治區(qū)5個地級市為研究對象，分析其城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度關(guān)系及發(fā)展趨勢[9];Liu等在環(huán)境庫茲涅茨曲線理論基礎(chǔ)上，對山東省濟(jì)南市城市化和大氣環(huán)境安全的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行估計分析[4];Yu等對松花江流域進(jìn)行研究，有助于更好地理解跨界河流域污染物排放與城市化進(jìn)程的耦合關(guān)系，并對社會經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境二者的關(guān)系進(jìn)行定量分析，從而更好地揭示城市化進(jìn)程與流域污染物排放的耦合關(guān)系[10]。西北干旱區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境較脆弱的地區(qū)，本研究選擇其典型代表區(qū)域——絲綢之路核心區(qū)新疆維吾爾自治區(qū)（簡稱“新疆”）作為研究區(qū)。城市化進(jìn)程與其生態(tài)環(huán)境存在互動耦合關(guān)系，經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展促進(jìn)城市化水平的提高，但也會加重生態(tài)負(fù)擔(dān);隨著城市化水平的提高，生態(tài)環(huán)境保護(hù)及資源合理開發(fā)利用逐步得到重視，城市生態(tài)環(huán)境逐步改善。本研究對新疆城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行測度并探討其成因，以期為變化環(huán)境下絲綢之路核心區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)，并充分發(fā)揮新疆在絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中的重要作用。

1 研究區(qū)概況

新疆地處中國西北，位于亞歐大陸腹地，地理位置約為34°15′～49°10′45″N，73°20′41″～96°25′E，新疆是我國陸地面積最大的省級行政區(qū)，總面積約160萬km2，約占我國陸地面積的1/6[11]。新疆地勢起伏較大，海拔在-158～7 390 m，平均海拔約為1 000 m，總體地勢大致呈現(xiàn)出“南高北低、西高東低”的態(tài)勢[12]。新疆地形復(fù)雜，地貌單元眾多，山脈和盆地相間，從北到南分布著阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾盆地、天山、塔里木盆地、昆侖山和喀喇昆侖山。新疆由于深居內(nèi)陸，較少受海洋影響，氣候類型屬于典型的溫帶大陸性氣候，夏季日照時間長，熱量豐富，氣溫日較差、年較差均較大，降水量少，氣候干燥，由于面積大，地形復(fù)雜，各地氣候差異顯著。新疆生態(tài)環(huán)境較脆弱，地廣人稀，人口多分布在綠洲。

2 指標(biāo)體系與研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究原始數(shù)據(jù)主要來自《新疆統(tǒng)計年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過計算得到。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性，借鑒已有的綜合測度指標(biāo)體系成果[13-15]，遵循系統(tǒng)性、完整性等原則，把所得數(shù)據(jù)分為城市化、生態(tài)環(huán)境2個子系統(tǒng)，并根據(jù)數(shù)據(jù)特點在子系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)指標(biāo)對其進(jìn)行評價。

根據(jù)城市化概念的內(nèi)涵，把城市化（U）系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)歸納為人口城市化指標(biāo)（U1）、經(jīng)濟(jì)城市化指標(biāo)（U2）、社會城市化指標(biāo)（U3）、土地城市化指標(biāo)（U4）共4個層級16個指標(biāo);生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)主要是從水、氣、固廢及保護(hù)區(qū)層面對新疆近10年間的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評價，把生態(tài)環(huán)境（E）子系統(tǒng)歸納為水環(huán)境指標(biāo)（E1）、大氣環(huán)境指標(biāo)（E2）、固體廢物指標(biāo)（E3）、自然保護(hù)區(qū)環(huán)境指標(biāo)（E4）共4個層級9個指標(biāo)。

2.2 研究方法

2.2.1 熵值法 “熵”最早是自然科學(xué)中的熱力學(xué)概念，主要反映系統(tǒng)的混亂程度。近年來已被引入社會經(jīng)濟(jì)研究領(lǐng)域，含義上主要是指系統(tǒng)狀態(tài)不確定性程度的度量。與傳統(tǒng)的主觀賦權(quán)法相比，利用熵值法確定權(quán)重可以減小確定權(quán)重的人為主觀因素[16]。利用熵值法進(jìn)行數(shù)據(jù)計算之前，為了消除指標(biāo)的量綱差異，首先對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。對于數(shù)值越大對系統(tǒng)發(fā)展越有利時的指標(biāo)采用正向指標(biāo)計算方法象的度量[17]，已被廣泛應(yīng)用于城市化與生態(tài)環(huán)境的相互作用研究[18-21]。子系統(tǒng)耦合度較高時，子系統(tǒng)之間的配合度高，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，系統(tǒng)具有旺盛的生命力;反之，如果子系統(tǒng)耦合度較低，說明子系統(tǒng)之間彼此制約，系統(tǒng)就有可能停滯[18]。城市化與生態(tài)環(huán)境是相互作用、相互制約的2個系統(tǒng)，借助物理學(xué)中的耦合協(xié)調(diào)度模型，對2個子系統(tǒng)進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度分析。耦合度模型公式如下：

耦合度并不是一直向更高階段發(fā)展的，它是一個受多種因素影響從而有所反復(fù)的過程。在耦合度模型基礎(chǔ)上引入?yún)f(xié)調(diào)度模型，以便對城市化水平、環(huán)境交互耦合的協(xié)調(diào)程度進(jìn)行更好的測度，其計算公式如下：

本研究基于城市化與生態(tài)環(huán)境是同等重要的2個系統(tǒng)，取a=b=0.5。協(xié)調(diào)度劃分為4個階段：D∈（0，0.4]為低度協(xié)調(diào)耦合;D∈（0.4，0.5]為中度協(xié)調(diào)耦合;D∈（0.5，0.8]為高度協(xié)調(diào)耦合;D∈（0.8，1]為極度協(xié)調(diào)耦合。

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆城市化與生態(tài)環(huán)境變化分析

由表4可知，新疆城市化子系統(tǒng)得分從2007年的0.063增長到2016年的1.040，說明10年間新疆城市化水平顯著上升，其城市化水平得到了很大提高。城市化是人口、經(jīng)濟(jì)、社會和土地綜合作用的過程，對城市化的各項指標(biāo)進(jìn)行打分，發(fā)現(xiàn)人口城市化和社會城市化的中增長最平穩(wěn);而經(jīng)濟(jì)城市化得分經(jīng)歷了2007—2009年平穩(wěn)增長，2010年下降，此后基本上升的態(tài)勢;土地城市化的得分分為3個階段：2007—2013年呈增長趨勢，2014年略有下降，2015—2016年再次呈增長態(tài)勢，土地城市化得分雖然總體略低于其他3個指標(biāo)，但其也是城市化的主要推動力之一（圖1）。

由圖2可知，2007—2016年生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)表現(xiàn)出截然不同的發(fā)展態(tài)勢，呈“V”字形。2007—2013年生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)測度值呈階梯下滑趨勢，2010—2011、2012—2013年生態(tài)環(huán)境的分值出現(xiàn)2個下滑的“陡坡”，說明在此期間城市化過程給生態(tài)環(huán)境帶來了相應(yīng)壓力，人地關(guān)系不協(xié)調(diào);2013、2014年是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)得分最低的2個年份，通過對比原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2013年是10年間工業(yè)廢水排放總量和一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量最大的年份，而2014年則是工業(yè)廢氣排放量、二氧化硫排放量、煙塵排放量最大的年份;2015年以來由于“三廢”排放量的減少，生態(tài)環(huán)境得到好轉(zhuǎn)，子系統(tǒng)得分明顯提高;2016年是10年間工業(yè)廢水排放總量、銨態(tài)氮排放量及二氧化硫排放量最低的年份，這可能與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生產(chǎn)設(shè)備升級有關(guān)，說明在城市化過程中更加注重可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)恢復(fù)，人地關(guān)系逐漸實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 城市化水平與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度分析

由表4、圖3可知，2007—2016年2個子系統(tǒng)的耦合度值在0.240～0.500之間，實現(xiàn)了低水平耦合、拮抗發(fā)展，并達(dá)到拮抗與磨合階段的臨界值，跨越經(jīng)歷了波浪式上升的過程。2007—2011年耦合度呈上升趨勢，2012—2014年開始呈下降趨勢，2014年城市化與環(huán)境系統(tǒng)的耦合度取得10年間僅次于2007年的最低值;2014年以后協(xié)調(diào)度繼續(xù)保持上升態(tài)勢，并在2016年達(dá)到最大值。10年間在新疆城市化水平逐漸升高的過程中，生態(tài)環(huán)境一開始作出了消極的響應(yīng)，在低水平的耦合度狀況下，耦合度還在不斷減小;在2014年“觸底”之后出現(xiàn)了強(qiáng)勢“反彈”，而后逐年上升，并在2016年達(dá)到峰值。這可能與三產(chǎn)結(jié)構(gòu)改善、污染較嚴(yán)重的企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)保工作更加到位有關(guān)。總體而言，新疆城市化水平與生態(tài)環(huán)境之間的耦合水平以拮抗階段為主，但也在逐漸向更高水平邁進(jìn)，人地關(guān)系在逐步改善。

由表4、圖3、圖4可知，2007年新疆城市化和生態(tài)環(huán)境的耦合強(qiáng)度與協(xié)調(diào)強(qiáng)度處于低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)階段，城市化系統(tǒng)得分遠(yuǎn)高于生態(tài)系統(tǒng)得分，可見此期間的城市化水平較低而生態(tài)環(huán)境承載力較高;2008—2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境處于中強(qiáng)度低協(xié)調(diào)階段，此階段的城市化得分持續(xù)上升，而生態(tài)環(huán)境得分表現(xiàn)出相反的發(fā)展趨勢，說明城市化迅速發(fā)展，但也帶來了人口數(shù)量、密度的增加以及由此給生態(tài)環(huán)境造成的壓力，2個子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)強(qiáng)度經(jīng)歷了先升后降再上升的過程;從2015年開始生態(tài)環(huán)境綜合得分再次升高，2016年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度已達(dá)到拮抗階段和磨合階段的臨界值，達(dá)到中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)，說明在城市化不斷發(fā)展過程中，新疆越來越注重環(huán)境治理和環(huán)境保護(hù)，主要包括綠化帶的擴(kuò)建、公園的修筑生產(chǎn)設(shè)備水平的提高、排污設(shè)施的完善等，城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐步好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

綜述分析結(jié)果表明，國內(nèi)外對于城市化和生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究已經(jīng)進(jìn)入一個重要階段。以往的研究多以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)源較單一，隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究已成為發(fā)展趨勢[22-23]。從研究尺度的選擇來看，主要是國家尺度、省（市、區(qū)）尺度、城市群尺度、城市內(nèi)部尺度。就研究區(qū)選擇來看，對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的研究比經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)多。這是因為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)人類活動對原有生態(tài)環(huán)境的干擾比欠發(fā)達(dá)地區(qū)更大，且數(shù)據(jù)來源廣，較容易進(jìn)行科學(xué)研究。

從研究方法來看，主要包括定性描述和定量分析評價，近年來對城市化和生態(tài)環(huán)境的研究逐漸趨于定量化。關(guān)于城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的研究，一些學(xué)者通過構(gòu)建評價指標(biāo)體系，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析、動態(tài)計量分析、系統(tǒng)耦合分析等方法，探究城市化與生態(tài)環(huán)境兩大系統(tǒng)的交互作用與響應(yīng)程度[24-25]?？傮w來看，對于生態(tài)環(huán)境的評價尚未形成統(tǒng)一的評價體系[26]，因此，即使是對于同一區(qū)域的研究，由于所選指標(biāo)不同，評價結(jié)果也不盡相同。

本研究利用熵值法和耦合協(xié)調(diào)度模型對新疆10年間的城市化及生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行綜合分析，延續(xù)了前人的研究[27-28]，并為新疆城市化進(jìn)程中實現(xiàn)綠色發(fā)展提供一定的理論參考。

由于數(shù)據(jù)資料的可得性，本研究僅選取十年間的新疆統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)來源較單一，已選指標(biāo)的普適性還須進(jìn)一步探索。在今后的研究中，將結(jié)合多元數(shù)據(jù)及多種方法對其進(jìn)行綜合分析。由于行政區(qū)劃的變動，本研究沒有涉及對各地州市的分區(qū)研究，今后將對不同區(qū)域的城市化水平和生態(tài)環(huán)境之間的相互作用進(jìn)行研究，并找出其發(fā)展規(guī)律。

4.2 討論

2007—2016年新疆城市化水平線性上升，發(fā)展速度快，此期間人口和經(jīng)濟(jì)的城市化是新疆城市化的主要推動力。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)水平呈“V”字形發(fā)展態(tài)勢：先是階梯狀下滑，在2010—2011年和2012—2013年生態(tài)環(huán)境的分值出現(xiàn)了2個下滑的“陡坡”，2014年以后生態(tài)環(huán)境水平再次提升，說明生態(tài)環(huán)境狀況有所好轉(zhuǎn)。

2007—2016年新疆城市化-環(huán)境系統(tǒng)耦合度值介于0.24～0.5之間，跨越了低水平耦合、拮抗、磨合3個階段，經(jīng)歷了波浪上升的過程，總體而言，耦合水平整體還是較低，以拮抗階段為主;從耦合協(xié)調(diào)度的時序特征分析，新疆城市化與環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)先升高后降低再次升高的態(tài)勢，基本處于中低水平，但自2014年以來，二者之間的協(xié)調(diào)度有逐漸上升的趨勢，說明城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系逐漸協(xié)調(diào)。

新疆的城市主要分布在綠洲地區(qū)，其城市生態(tài)環(huán)境相對較脆弱，在城市化過程中要特別注意對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，包括政策引導(dǎo)、環(huán)保技術(shù)的支持、公眾環(huán)保意識的增強(qiáng)等，使得新疆城市化水平能與生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)良性互動，以便更好地發(fā)揮新疆在“一帶一路”中作為核心區(qū)的作用。

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