昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全協(xié)調(diào)關(guān)系研究

李艷艷 ，高敏華 *，孜比布拉·司馬義 , ，吳曉燕 ，郝靖宇 ，汪麗娟

(新疆大學(xué) a. 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院；b. 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c. 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)

當(dāng)前，我國(guó)城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)，城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，綜合國(guó)力不斷提升.伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城市居住空間日趨緊張，城市交通擁堵、環(huán)境污染加劇等問(wèn)題日益凸顯[1].這一系列問(wèn)題將嚴(yán)重影響城鎮(zhèn)化的健康有序發(fā)展.與此同時(shí)，我國(guó)正加快推進(jìn)實(shí)施新型城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略，在國(guó)家“一帶一路”總體戰(zhàn)略下，北疆地區(qū)迎來(lái)了一個(gè)重要的發(fā)展階段.黨的十九大報(bào)告，強(qiáng)調(diào)未來(lái)中國(guó)特色社會(huì)主義的發(fā)展必須堅(jiān)持人與自然和諧共生，并指出建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)，提出了綠水青山就是金山銀山的發(fā)展理念，將我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)理念進(jìn)一步深化.因此，城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的和諧發(fā)展符合我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的基本要求，是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì).

國(guó)外對(duì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的研究主要涉及城市擴(kuò)張對(duì)土地資源的影響[2]、可持續(xù)發(fā)展的城市研究[3]、城鎮(zhèn)化可持續(xù)發(fā)展的影響因素[4]、城鎮(zhèn)化與熱島效應(yīng)的關(guān)系[5]等；國(guó)內(nèi)對(duì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的研究主要有影響機(jī)制[6]、演變趨勢(shì)[7-8]、動(dòng)態(tài)情景模擬[9]、路徑建議[10-11]等.

新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州是“絲綢之路”經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)的重要組成部分，全州森林覆蓋率為13.6%，退耕還林面積達(dá)2 萬(wàn)公頃，完成人工造林面積1.5 萬(wàn)公頃，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良達(dá)標(biāo)率較高，三廢處理率也在不斷地提高.對(duì)昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全協(xié)調(diào)發(fā)展的研究是一個(gè)十分重要的課題.本文主要研究昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全中存在的問(wèn)題，以期為突破資源環(huán)境的瓶頸制約、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

昌吉回族自治州簡(jiǎn)稱(chēng)為昌吉州，州府城市昌吉市.昌吉州地處天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，經(jīng)緯度介于 43°20′～45°00′N(xiāo)，85°17～′91°32′E，東西長(zhǎng)541 km，南北寬285 km，總面積7.39萬(wàn)km2，轄2 個(gè)縣級(jí)市、4 個(gè)縣、1 個(gè)自治縣，見(jiàn)圖1.

圖1 研究區(qū)位示意

昌吉州北與塔城、阿勒泰地區(qū)接壤；南與吐魯番地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州毗鄰；西接石河子市；東臨哈密地區(qū)；東北與蒙古國(guó)交界，從東、西、北三面環(huán)抱烏魯木齊市.其地勢(shì)南高北低，由東南向西北傾斜，北部為沙漠盆地，中部為沖擊平原，南部為天山山地，氣候?qū)儆诘湫偷拇箨懶愿珊禋夂?昌吉州曾是古代“絲綢之路”新北道通往中亞、歐洲的必經(jīng)之路，自古為西域咽喉、北疆屏障，是新疆“絲綢之路”經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)的重要組成部分.2017 年總?cè)丝?40.6 萬(wàn)，城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?6.8%，昌吉州地區(qū)生產(chǎn)總值1 220億元，相較2016 年，第二產(chǎn)業(yè)增加值為577.0 億元，增長(zhǎng)了6%，第三產(chǎn)業(yè)增加值為401.0 億元，增長(zhǎng)了10.4%.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于2010―2018 年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》《昌吉州統(tǒng)計(jì)年鑒》《昌吉回族自治州環(huán)境狀況公報(bào)》、各市縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)及土地利用變更數(shù)據(jù)等.

1.3 研究方法

1.3.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

城鎮(zhèn)化是一個(gè)多因素綜合作用的過(guò)程，根據(jù)其內(nèi)涵和發(fā)展過(guò)程主要為4 個(gè)方面：人口城鎮(zhèn)化；土地城鎮(zhèn)化；經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化；社會(huì)城鎮(zhèn)化.本文選取了主要表征城鎮(zhèn)化的19 個(gè)要素，見(jiàn)表1.在構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的過(guò)程中，共選取了具有代表性的28 個(gè)指標(biāo)，其中包含3 個(gè)代表資源環(huán)境壓力的指標(biāo)；5 個(gè)代表社會(huì)壓力的指標(biāo)；5 個(gè)代表資源環(huán)境狀況的指標(biāo)；5 個(gè)代表社會(huì)狀況的指標(biāo)；6 個(gè)代表資源環(huán)境響應(yīng)的指標(biāo)；4 個(gè)代表社會(huì)響應(yīng)的指標(biāo)，見(jiàn)表1.

1.3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

選擇熵值法和變異系數(shù)法相結(jié)合的方法，得到均值綜合權(quán)重.

1)極差標(biāo)準(zhǔn)化處理：

表1 昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重

1.3.3 改進(jìn)的 TOPSIS 法

針對(duì)傳統(tǒng) TOPSIS 法[12-13]的不足，本文對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn).方法如下：1)采用變異系數(shù)法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法測(cè)算指標(biāo)的權(quán)重；2)用Kullback Leibler (KL)距離來(lái)代替歐式距離.

①建立規(guī)范化的決策矩陣：

1.3.4 耦合協(xié)調(diào)模型的建立

耦合協(xié)調(diào)[14-16]是指2 個(gè)或2 個(gè)以上的要素或系統(tǒng)相互作用、相互影響，彼此達(dá)到協(xié)調(diào)的現(xiàn)象.

其中， f ( x) 為城鎮(zhèn)化貼近度； g ( x) 為生態(tài)安全貼近度；C 為耦合度；T 為發(fā)展度；D 為協(xié)調(diào)度；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取2≤k≤5，本文取k=2；α 和β為待定系數(shù)(即貢獻(xiàn)率)，考慮到城鎮(zhèn)化和生態(tài)安全對(duì)城市發(fā)展的貢獻(xiàn)率同等重要，因此選取α=β=1/2.

借鑒文獻(xiàn)[14-15, 17-19]，根據(jù)昌吉州的實(shí)際情況，城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)安全指數(shù)和協(xié)調(diào)度大小的不同，將昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型分為6 類(lèi)，再根據(jù)城鎮(zhèn)化指數(shù)與生態(tài)安全指數(shù)差值大小，將城市發(fā)展類(lèi)型分為3 類(lèi)，見(jiàn)表2.

表2 城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和城市發(fā)展類(lèi)型

2 結(jié)果與分析

2.1 昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全時(shí)序協(xié)調(diào)分析

選取昌吉州 2009—2017 年典型代表城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全共計(jì) 47 個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到2009—2017 年昌吉州城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)安全指數(shù)以及兩者的協(xié)調(diào)度(見(jiàn)表3 和圖1).

表3 2009—2017 年昌吉州城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)安全指數(shù)、協(xié)調(diào)度和協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型

1)2009—2017 年，昌吉州城鎮(zhèn)化水平不斷提高.城鎮(zhèn)化指數(shù)從2009年的0.278 3，增加到2017年的0.481 1，其中2012 年城鎮(zhèn)化水平發(fā)展到一個(gè)異常高值0.527 6.在城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中，非農(nóng)業(yè)人口不斷增加，從2009 年489 298 萬(wàn)人增加到2017 年507 993 萬(wàn)人，增長(zhǎng)率達(dá)3.8%.國(guó)土空間資源不斷優(yōu)化，城區(qū)面積、建成區(qū)面積和城市建設(shè)用地面積不斷地增加，增長(zhǎng)率分別為62.91%，103.53%和64.38%.城市基礎(chǔ)水平設(shè)施和服務(wù)投資力度不斷加大，醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)中病床數(shù)不斷增加，從2009 年的6 047 張?jiān)黾拥?017 年的8 057張；科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)投資額度不斷加大，投資額度從2009 年的47 943 萬(wàn)元增加到2017 年的112 929 萬(wàn)元.總體來(lái)看，其城鎮(zhèn)化發(fā)展水平仍處于中等偏下水平.

圖1 2009—2017 年昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全指數(shù)及協(xié)調(diào)度

2)生態(tài)安全出現(xiàn) 2 個(gè)階段變化趨勢(shì).2009—2011 年，生態(tài)安全水平出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，生態(tài)安全指數(shù)從2009 年的0.381 8，下降到2011年的0.184 1，這一階段，資源環(huán)境壓力不斷增大，三廢排放量不斷地增加是影響生態(tài)安全的最主要因素；2011—2017 年，生態(tài)安全水平出現(xiàn)不斷波動(dòng)上升的變化趨勢(shì)，2016 年生態(tài)安全指數(shù)達(dá)到最大，其值為0.524 8，這一階段，資源環(huán)境壓力、社會(huì)壓力、資源環(huán)境狀況、社會(huì)狀況、資源環(huán)境響應(yīng)和社會(huì)響應(yīng)之間的不平衡性，導(dǎo)致了生態(tài)安全出現(xiàn)波動(dòng)的變化趨勢(shì).總體來(lái)看，生態(tài)安全向良好的趨勢(shì)發(fā)展.

3)城鎮(zhèn)化指數(shù)與生態(tài)安全指數(shù)的協(xié)調(diào)程度較低.協(xié)調(diào)度在 0.493 8～0.693 7 之間波動(dòng)變化，2016 年協(xié)調(diào)度達(dá)到最大值，其值為0.693 7.協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型經(jīng)歷了由轉(zhuǎn)型發(fā)展—磨合發(fā)展—轉(zhuǎn)型發(fā)展的轉(zhuǎn)變，城市發(fā)展類(lèi)型經(jīng)歷了城鎮(zhèn)化滯后—同步型—生態(tài)安全滯后型—同步型—生態(tài)安全滯后型—城鎮(zhèn)化滯后型—同步型的不斷探索.總體來(lái)看，2013 年以后協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型仍為轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，但協(xié)調(diào)度不斷地提升，2017 年以后有向中度協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì).

2.2 昌吉州縣域空間可視化協(xié)調(diào)分析

針對(duì)昌吉州市縣城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全，得到昌吉州2 市5 縣的城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)安全指數(shù)、協(xié)調(diào)度、協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和城市發(fā)展類(lèi)型(見(jiàn)表4 和圖2)，并由此對(duì)2009 年和2017 年進(jìn)行截面的空間可視化分析.

表4 2009 年和2017 年昌吉州各縣市城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)安全指數(shù)以及協(xié)調(diào)度

圖2 2009 年和2017 年昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和城市發(fā)展類(lèi)型空間可視圖

2009 年昌吉州屬于轉(zhuǎn)型發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型，在空間上存在明顯的“一心兩翼”空間特征：即以昌吉市城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的高度協(xié)調(diào)—同步型為中心；以外圍的阜康市、吉木薩爾縣、奇臺(tái)縣、呼圖壁縣和瑪納斯縣均處于磨合發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型和木壘縣處于基本不協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后型為兩翼.

2009 年昌吉市的城鎮(zhèn)化水平最高，其值為0.860 3，其余各縣的城鎮(zhèn)化水平都較低，其中，木壘縣的城鎮(zhèn)化水平最低為 0.097 2.2009 年昌吉州處于緩慢發(fā)展時(shí)期，昌吉市作為昌吉州的首府城市，隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，經(jīng)濟(jì)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，城市交通網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)間的聯(lián)系不斷加強(qiáng)，城市基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，城市間的主體功能區(qū)不斷完備，尤其是烏昌一體化進(jìn)程的加快，再加上烏魯木齊市和克拉瑪依市的輻射帶動(dòng)作用，其發(fā)展勢(shì)頭良好，城鎮(zhèn)化水平高于其他各縣市.木壘縣是位于昌吉州的邊遠(yuǎn)小縣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，社會(huì)環(huán)境較差，交通體系不完善，加之其屬于少數(shù)民族縣，農(nóng)業(yè)人口占比重高以及教育醫(yī)療條件不完善等導(dǎo)致其城鎮(zhèn)化水平最低.

昌吉市的生態(tài)安全指數(shù)最高，其值為0.799 1，其余各市縣的生態(tài)安全指數(shù)較低，其中，木壘縣的生態(tài)安全水平最低，其值0.154 9.一方面，昌吉市所處的地理位置較為優(yōu)越，資源較為豐富；另一方面，昌吉市積極響應(yīng)黨的號(hào)召，樹(shù)立了生態(tài)文明的意識(shí).2009 年全球生態(tài)安全合作正式啟動(dòng)，昌吉市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率達(dá)到 88.7%，三廢處理率也較高，其積極響應(yīng)號(hào)召，面對(duì)生態(tài)安全的壓力和狀態(tài)，在資源環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面積極做出了改變.木壘縣生態(tài)安全意識(shí)較弱，在采取措施方面不到位，生態(tài)安全水平低.

由圖2 可知，2017 年昌吉州仍以高度協(xié)調(diào)發(fā)展—同步型昌吉市為中心；阜康市和奇臺(tái)縣的發(fā)展類(lèi)型得到提高，由原來(lái)的磨合發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)型發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型，該類(lèi)型的城市在發(fā)展過(guò)程中，找到了屬于自己的獨(dú)特城市發(fā)展模式；呼圖壁縣的發(fā)展類(lèi)型由原來(lái)的磨合發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型降低為現(xiàn)在的基本不協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后型，該類(lèi)型的城市在發(fā)展過(guò)程中，城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)安全的承載力都較低，由于資源環(huán)境壓力和社會(huì)壓力對(duì)城市的威脅小，城鎮(zhèn)化發(fā)展未對(duì)生態(tài)安全產(chǎn)生威脅，使該類(lèi)型的城市為城鎮(zhèn)化滯后型，城市發(fā)展仍處于探索階段.因此，在不破壞生態(tài)安全的前提下，該類(lèi)型城市應(yīng)該加大城鎮(zhèn)化的建設(shè)力度；瑪納斯縣和吉木薩爾縣仍保持原來(lái)的磨合發(fā)展—城鎮(zhèn)化滯后型；木壘縣仍保持原來(lái)的基本不協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后型，在該類(lèi)型城市發(fā)展中，要不斷地提高城鎮(zhèn)化發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)的承載力、科教文衛(wèi)的投資力度、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)水平以及建立健全公共服務(wù)體系，合理優(yōu)化國(guó)土資源承載力度.

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

2009—2017 年，昌吉州城鎮(zhèn)化水平不斷提高，其中，2012 年城鎮(zhèn)化水平發(fā)展到一個(gè)異常高值為0.527 6；生態(tài)安全水平出現(xiàn)2 個(gè)階段的變化趨勢(shì)，2009—2011 年出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；2011—2017 年，生態(tài)安全指數(shù)水平出現(xiàn)不斷波動(dòng)上升的變化趨勢(shì)；城鎮(zhèn)化指數(shù)與生態(tài)安全指數(shù)的協(xié)調(diào)程度較低，出現(xiàn)不斷波動(dòng)的變化；協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型經(jīng)歷了由轉(zhuǎn)型發(fā)展—磨合發(fā)展—轉(zhuǎn)型發(fā)展的轉(zhuǎn)變，城市發(fā)展類(lèi)型經(jīng)歷了城鎮(zhèn)化滯后—同步型—生態(tài)安全滯后型—同步型—生態(tài)安全滯后型—城鎮(zhèn)化滯后型—同步型的不斷探索；2009 年和2017 年昌吉州協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型出現(xiàn)明顯的空間差異性.

3.2 討論

由于不同地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)之間的差異性，目前，生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究沒(méi)有建立通用的研究體系，現(xiàn)有對(duì)生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系的建立主要有PSR、DSR、DPSR、PSIR、DPSIR 等.本文將PSR 模型和資源環(huán)境以及社會(huì)的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)結(jié)合起來(lái)，建立了資源環(huán)境壓力、社會(huì)壓力、資源環(huán)境狀態(tài)、社會(huì)狀態(tài)、資源環(huán)境響應(yīng)和社會(huì)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.鑒于不同的評(píng)價(jià)體系的優(yōu)劣性，在今后的研究中要將不同的研究體系的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)構(gòu)建適合研究區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，增加研究結(jié)果的準(zhǔn)確性.

針對(duì)生態(tài)安全評(píng)價(jià)的模型主要有生態(tài)足跡模型、景觀(guān)生態(tài)學(xué)模型、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模型、生態(tài)安全預(yù)警模型、TOPSIS 法和改進(jìn)TOPSIS 法，以及RS 和GIS 相結(jié)合的方法等，這些模型和方法仍處于探索階段.本文運(yùn)用改進(jìn)的TOPSIS 法計(jì)算城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的貼近度，貼近度越大，代表綜合指數(shù)越大.改進(jìn)的TOPSIS 法解決了傳統(tǒng)的 TOPSIS 法中歐式距離的不足，增加了結(jié)果的可靠性.

昌吉州作為天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分，其城鎮(zhèn)化的發(fā)展對(duì)天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用.昌吉州城鎮(zhèn)化與生態(tài)安全的協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型不斷地提高，但其城市發(fā)展類(lèi)型仍處于探索階段，空間上存在明顯的差異性.雖然昌吉州的城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)其生態(tài)安全沒(méi)有構(gòu)成威脅，但在今后的發(fā)展中，仍應(yīng)大力追求生態(tài)文明前提下的城鎮(zhèn)化發(fā)展.