解耦視角下的城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境關系研究
——以蘇州市為例

柳玉梅， TIMOTHY O.Randhir， 李九一

（1.蘇州科技大學 地理科學與測繪工程學院，江蘇 蘇州215009；2.馬薩諸塞大學 安姆斯特分校，美國 馬薩諸塞州01003；3.中國科學院 地理科學與資源研究所，北京100101）

新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的推進是中國實現(xiàn)基本現(xiàn)代化的必由之路，不可忽視的是城鎮(zhèn)化進程與生態(tài)環(huán)境之間存在著極其復雜的相互關系，如何協(xié)調這種關系已成為學術界和政府部門關注的重要熱點[1]。

國外城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境關系的相關研究成果豐富，主要集中于城鎮(zhèn)化與資源、能源、環(huán)境之間的關系的研究[2-11]。 其中，Grossman 與Krueger 提出了環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC），結果表明伴隨著經濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境質量呈倒“U”形的發(fā)展規(guī)律[2]，這一假設也被廣泛應用于生態(tài)環(huán)境與經濟增長關系的研究中[3-6]。 Ashraf 等采用衛(wèi)星圖像和社會經濟數據分析了Dhaka 地區(qū)城鎮(zhèn)化對土地資源的影響，研究表明城市建設面積的大幅增長導致水體、耕地、植被和濕地面積顯著減少[7]；Srinivasan 等構建了人類環(huán)境耦合系統(tǒng)模型（CHES），以印度Chennai 為研究區(qū)，對城鎮(zhèn)化與水資源之間的關系進行了分析，結果表明城鎮(zhèn)化與水資源脆弱性之間的聯(lián)系具有高度相關性，水資源短缺的脆弱性具有動態(tài)性和空間性[8]；以Jones 為代表的學者指出了城鎮(zhèn)化對能源消費的作用機制和影響，后續(xù)學者的研究也指出城鎮(zhèn)化發(fā)展與能源消費間存在顯著相關關系[9-11]。

國內的研究主要集中于探討城鎮(zhèn)化對生態(tài)環(huán)境的脅迫效應[12-13]、生態(tài)環(huán)境對城鎮(zhèn)化的約束機制[14-15]、城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合關系及其時空分異、作用機制[16-24]等。 例如，李雙成等認為在中國城鎮(zhèn)化過程中對生態(tài)環(huán)境的脅迫效應具體表現(xiàn)為耕地資源流失、城市水資源稀缺程度增加、能源供需平衡壓力增大、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)惡化明顯等[12]；方創(chuàng)琳等通過對1980 年至2030 年近50 年我國城鎮(zhèn)化進程與資源環(huán)境保障關系的分析發(fā)現(xiàn)，未來我國城鎮(zhèn)化發(fā)展將面臨能源、水資源、建設用地的資源壓力，且這些壓力會對城鎮(zhèn)化的進程形成約束[14]；劉賀賀、楊青山等利用東北地區(qū)34 個地級市數據測度了東北地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的脫鉤指數，結果表明資源型經濟和投資驅動是城鎮(zhèn)化對生態(tài)環(huán)境產生壓力的主要動因，生態(tài)環(huán)境倒逼和創(chuàng)新轉型發(fā)展是緩解城鎮(zhèn)化對生態(tài)環(huán)境壓力的途徑[20]；方創(chuàng)琳等分析并探討了特大城市群地區(qū)的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的交互耦合機制及規(guī)律性[16-18，21]；孫黃平、黃震方等對泛長三角城市群近10 年的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度的空間特征及驅動機制展開分析，結果表明耦合協(xié)調度呈現(xiàn)時空異質性及空間集聚性特征[23]。

蘇州長期以來是江蘇省乃至全國城鎮(zhèn)化發(fā)展及經濟發(fā)展的先行之地，目前正處于后工業(yè)化中期向成熟期過渡的階段，其城鎮(zhèn)化進程與資源環(huán)境之間的關系具有一定的代表性。 因此，選擇蘇州市作為研究區(qū)，研究其城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的耦合關系具有重要的現(xiàn)實意義。 筆者在對城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力兩個子系統(tǒng)進行評價的基礎上，從可持續(xù)城鎮(zhèn)化視角出發(fā)，建立城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力耦合分析框架，借助解耦模型，對蘇州市2003—2017 年的城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力兩個子系統(tǒng)之間的耦合關系進行研究，以期識別兩者的耦合協(xié)調關系及其演變特征和規(guī)律，為促進經濟轉型升級階段蘇州城鎮(zhèn)化良性發(fā)展和管理提供一定的參考。

1 研究方法和指標體系構建

圖1 城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力分析框架

伴隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，人口的生活、生產方式發(fā)生轉變，這種轉變一方面會消耗大量的水、土、能源等資源，同時也會向自然界排放大量的污染物，造成對環(huán)境的脅迫；另一方面產生的資源環(huán)境問題會反作用于城鎮(zhèn)化過程，從而對城鎮(zhèn)化的發(fā)展產生約束。 因此，只有實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境的協(xié)調發(fā)展才能實現(xiàn)可持續(xù)城鎮(zhèn)化[24]。基于此，文中以可持續(xù)城鎮(zhèn)化的思想為指導，構建城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的分析框架（如圖1 所示）。

1.1 數據來源

文中以蘇州市為研究對象，研究時間跨度為2003—2017年，數據來源于《蘇州市統(tǒng)計年鑒》（2002—2018 年）及《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》（2002—2018 年）。 為避免通貨膨脹對經濟數據帶來的影響，文中按2000 年不變價格對地區(qū)生產總值，二、三產業(yè)生產總值等指標進行了重新處理；利用極差標準化法對各項指標的原始數據進行了無量綱處理

式中：xij′為數據xij標準化的處理結果；xij為第j 個指標第i 年的具體數值；xjmax和xjmin分別為第j 個指標中的最大值和最小值。

1.2 指標體系構建

文中借鑒相關的研究成果[24－26]，秉承系統(tǒng)性、科學性和可操作性原則，構建了兩大系統(tǒng)的指標體系。 為避免主動賦權的主觀性和隨意性，選取熵值法和變異系數法分別計算權重，在此基礎上，采用熵值法權重與變異系數法權重的幾何平均值作為指標的最終權重（見表1），這種做法可以有效消除單一客觀賦權的誤差與偏頗，更具科學性和準確性。

表1 城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力評價指標體系

1.2.1 城鎮(zhèn)化指數

城鎮(zhèn)化具有內涵多元化的特征，涵蓋人口、土地、經濟和社會四個方面[22]。 因此，文中構建了綜合考慮這四個方面城鎮(zhèn)化指數公式

式中：UI 為城鎮(zhèn)化指數；UIi為各城鎮(zhèn)化分指數，i=1，2，3，4，分別為人口城鎮(zhèn)化指數、土地城鎮(zhèn)化指數，經濟城鎮(zhèn)化指數和社會城鎮(zhèn)化指數；UIij為各城鎮(zhèn)化分指數對應的具體指標值；kj為各城鎮(zhèn)化指標對應的綜合權重。

1.2.2 資源環(huán)境壓力指數

文中參照趙興國等在資源環(huán)境壓力評價方面的研究成果[27]，結合研究區(qū)現(xiàn)狀，兼顧數據的可獲取性，構建了資源環(huán)境壓力指數（PI）（見表1）。 PI 越大，資源環(huán)境壓力越大，反之壓力越小。

式中：PI 為資源環(huán)境壓力指數；PIi為資源環(huán)境壓力分指數，i=1，2，PI1為資源消耗指數，PI2為環(huán)境污染指數；PIij為各項資源環(huán)境壓力分指數對應的具體指標值；kj為各項資源環(huán)境壓力指標對應的綜合權重。

1.3 研究方法

解耦（Decoupling）最早由經濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，簡稱OECD）提出，OECD 把解耦（Decoupling）定義為經濟增長與環(huán)境沖擊的耦合關系的破裂[28]，隨著城鎮(zhèn)化的推進，經濟發(fā)展與環(huán)境的關系愈加復雜，該理論的應用和發(fā)展也逐漸變成熱點。 文中借鑒已有的研究成果[27，29]，利用UI 和PI，建立解耦模型，其計算公式

式中：εtk為第tk時期的解耦度；ΔPItk為第tk時期PI 的變化率；ΔUItk為第tk時期的UI 的變化率；PItke、PItks分別為第tk時期末期和初期的PI；UItke、UItks分別為第tk時期末期和初期的UI。 UI 與PI 的解耦程度判定依據如圖2 所示。

2 評價結果與分析

2.1 城鎮(zhèn)化特征分析

2003—2017 年，蘇州市城鎮(zhèn)化的各分指數水平逐年提升，態(tài)勢顯著。 2003—2017 年，蘇州的城鎮(zhèn)化率自61.92%增加至75.8%， 年均增長率為1.49%， 從城鎮(zhèn)化發(fā)展的中期階段發(fā)展至高級階段。 第二、 三產業(yè)從業(yè)人員占比自84.1%提升至96.7%，相應的第二、三產業(yè)占地區(qū)生產總值的比例從97.3%增長至98.8%， 就業(yè)結構和產值結構均以第二、三產為主，說明蘇州市的產業(yè)結構一直以二、三產業(yè)為主。 第二、三產業(yè)的蓬勃發(fā)展吸納了大量的就業(yè)人員， 從業(yè)人口占總人口的比重在84.1%的高位基礎上仍能維持年均0.9%的增長率。 從業(yè)人員數量的增長導致住房和交通的需求增大，從而推動土地城鎮(zhèn)化[24]，研究期內城市建成區(qū)面積和道路面積分別增加了421.40 km2和8 114 萬m2，年均增長率分別為9.41%和20.58%。 就社會城鎮(zhèn)化而言，2003—2017 年，每萬人醫(yī)療衛(wèi)生機構床位數、財政支出中教育與科技支出占比、每千人公共圖書館藏書的年均增長率分別為5.62%、9.93%、5.26%，社會城鎮(zhèn)化水平提升顯著。

圖2 區(qū)域城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的解耦程度的判定標準

通過公式（2）、（3）對2003—2017 年蘇州市UI 及各分指數進行計算，得出其時序變化特征（如圖3 所示）。 2003—2017 年，UI 呈顯著的上升趨勢，且上升態(tài)勢平穩(wěn)；從各分指數來看，人口城鎮(zhèn)化指數一直在高位增長，土地城鎮(zhèn)化和經濟城鎮(zhèn)化指數與UI 的變化趨勢基本一致，社會城鎮(zhèn)化指數呈波動增長態(tài)勢，研究期內總體呈現(xiàn)人口城鎮(zhèn)化指數＞土地城鎮(zhèn)化指數＞經濟城鎮(zhèn)化指數＞社會城鎮(zhèn)化指數的特征。

2.2 資源環(huán)境壓力及其變化特征分析

伴隨著蘇州市城鎮(zhèn)化水平的提升，各類資源消耗逐漸增大。 就水資源而言，研究期內，實際用水量增加25.98 億m3，年均增長率為17.9%，水資源消耗量較大，蘇州市水資源消耗主要集中在工業(yè)領域，供水壓力顯著；就土地資源而言，2017 年蘇州市建設用地面積達到720.54 km2，占全市土地總面積的8.32%，2003—2017年建設用地面積增加了396.97 km2，年均增長率為8.76%；就能源而言，2017 年蘇州市能源消耗量達到8 507.82 萬t SCE，能源消耗量增加量為5 893.49 萬t SCE，年均增長率達到16.10%，能源消耗量增速顯著。

城鎮(zhèn)化高速發(fā)展需要消耗大量的資源，同時也會給環(huán)境帶來了日益嚴峻的威脅。近年來蘇州市各項環(huán)境治理措施頻出，部分環(huán)境污染指標開始呈現(xiàn)下降趨勢，如工業(yè)廢水排放量在2011 年以后以年均6.78%的變化量逐年減少，可見水環(huán)境治理初見成效；然而隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展，工業(yè)固體廢物產生量和工業(yè)廢氣排放量仍呈增加趨勢，年均增長率分別為27.93%和21.96%，工業(yè)固體廢棄物的處理和大氣污染治理的任務嚴峻。

通過公式（4）、（5）計算2003—2017 年間蘇州市PI，分析資源消耗指數、環(huán)境污染指數和PI 的時序特征（如圖4 所示）。2003—2017 年期間，蘇州市資源環(huán)境壓力波動上升，最高值為86.65（2013 年），最低值為8.28（2003 年），其他年份PI 集中在20～80 之間，變化趨勢復雜且變化率較大。 從資源消耗指數來看，2003—2017年間蘇州市資源消耗總量呈明顯的上升趨勢，2003—2013 年處于快速增長階段，2013 年后增速放緩，但資源消耗指數較高（95.21～99.51）。 可見，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進對資源的消耗難以遏制，產業(yè)結構轉型迫在眉睫，鼓勵綠色生產、實現(xiàn)產能升級仍是未來蘇州市發(fā)展的重點。 從環(huán)境污染指數來看，2003—2017 年間，蘇州市環(huán)境污染在2011 年前呈波動性增長趨勢，2011 年后呈現(xiàn)緩慢下降態(tài)勢， 表明蘇州市自2000 年開始環(huán)境整治的效果開始顯現(xiàn)，環(huán)境污染壓力逐漸變小。

圖3 蘇州市城鎮(zhèn)化指數變化趨勢（2003—2017 年）

圖4 蘇州市資源環(huán)境壓力指數變化趨勢（2003—2017 年）

由圖4 可知，2003—2007 年間環(huán)境污染指數＞資源消耗指數，說明這個階段環(huán)境污染是蘇州市資源環(huán)境壓力高的主要因素，兩者差距總體呈縮小趨勢；2008—2017 年期間，資源消耗指數＞環(huán)境污染指數（2011 年除外），且其差距逐年擴大—縮小—擴大趨勢，說明環(huán)境整治的效果初見成效，但還不穩(wěn)定，此階段資源環(huán)境壓力高主要受制于資源消耗。

2.3 城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的關系分析

2.3.1 城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力相關分析

以EKC 的二次模型為原型， 對蘇州市2003—2017 年UI 與PI 進行擬合后發(fā)現(xiàn)， 兩者存在顯著的相關性，呈現(xiàn)倒“U”形的特征（如圖5 所示）。對照國際經驗，從經濟增長的方面來看， 蘇州市的經濟增長速度趨緩，2003—2010 年的年均增長速度為24.06%，2011—2017 的年均增長速度為8.15%，已由高速增長變?yōu)榈退僭鲩L；從經濟結構來看，工業(yè)增加值于2004 年達到峰值，已進入下降通道；從城鎮(zhèn)化水平來看，城鎮(zhèn)化進程已越過快速增長期，進入緩慢增長階段；從能源消費方面來看，化石能源的消費比重逐年下降，年均減少7.14%（如圖6 所示）；從環(huán)境政策方面來看，國家、江蘇省和蘇州市出臺并實施了多個標志性環(huán)保政策，諸如《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《江蘇省固體廢物污染環(huán)境防治條例》、《江蘇省太湖水污染防治條例》等。 綜上判斷，蘇州市城鎮(zhèn)化發(fā)展與資源環(huán)境壓力的關系已無限逼近拐點，下一階段將進入下行趨勢。

圖5 城鎮(zhèn)化指數與資源環(huán)境壓力指數關系分析

圖6 蘇州經濟特征（2003—2017 年）

2.3.2 城鎮(zhèn)化—資源環(huán)境之間的解耦關系分析

為進一步揭示蘇州市城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力之間的關系及其相互影響的變化趨勢，文中利用解耦度評價模型，分別計算出2003—2017 年每兩年間（共計14 個階段）的城鎮(zhèn)化指數差ΔUItk和資源環(huán)境壓力指數差ΔPItk，在此基礎上按公式（6）計算得出解耦度值，并根據圖2 的判定標準確定解耦度ε（見表2）。

表2 的數據顯示，2003—2017 年間的14 個階段蘇州市城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的解耦度存在較大的差異，但總體上以解耦為主。 其中，T2、T5、T7、T14，兩者呈現(xiàn)擴張性耦合關系，隨著城鎮(zhèn)化水平上升資源環(huán)境壓力上升，此階段兩者存在相互影響、相互作用的關系；T3、T6、T9、T10，兩者呈現(xiàn)弱解耦關系，城鎮(zhèn)化增速＞資源環(huán)境壓力的增速， 表明此階段城鎮(zhèn)化對資源環(huán)境壓力的影響較小；T4、T11、T12、T13， 兩者呈現(xiàn)強解耦狀態(tài)，城鎮(zhèn)化水平提升的同時資源環(huán)境壓力呈現(xiàn)負增長，說明此階段兩者處于相對協(xié)調的狀態(tài)；T8 階段，兩者呈擴張性負解耦狀態(tài)，資源環(huán)境壓力的增速遠高于城鎮(zhèn)化的增速，資源環(huán)境壓力呈現(xiàn)擴張趨勢。

表2 2003—2017 年蘇州市城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的解耦度

圖7 蘇州市解耦度分布及其狀態(tài)變化趨勢（2003—2017 年）

由圖7 可知，解耦度在T8 時期達到一個“峰值”，表明2010—2011 區(qū)間為蘇州市近15 年來城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的矛盾最為突出的時期。 進入T9 時期之后，其兩者之間的解耦度有了較大幅度的下降，此時期正值“十二五”時期。 “十一五”期間的各項環(huán)境整治措施的實施導致環(huán)境污染的各項指標得到有效控制，環(huán)境污染指數開始呈現(xiàn)下降趨勢；“十一五”期間蘇州工業(yè)總體已經順利跨過了工業(yè)化的中期階段，產業(yè)集聚度提升及戰(zhàn)略新興產業(yè)初具規(guī)模都減輕了資源環(huán)境壓力；整個“十二五”時期（T9—T12）城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的關系都處于相對協(xié)調的狀態(tài)。 進入“十三五”時期后（T13—T14），城鎮(zhèn)化發(fā)展進入高級階段，與資源環(huán)境壓力又呈現(xiàn)新的相互影響的關系。

總體而言，2003—2017 年間， 蘇州市城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境壓力的解耦關系， 經歷了由擴張性耦合—弱解耦—強解耦—擴張性耦合—弱解耦—擴張性耦合—擴張性負解耦—弱解耦—強解耦—擴張性耦合變化的趨勢。 可見蘇州市在快速城鎮(zhèn)化的過程中，對資源環(huán)境壓力并不是一直處于下降趨勢，而是呈現(xiàn)波動變化的態(tài)勢，且具有不可持續(xù)性。 這種變化特征與區(qū)域的發(fā)展目標、產業(yè)結構調整等高度相關。

3 結語

從城鎮(zhèn)化方面看，2003—2017 年，蘇州市城鎮(zhèn)化水平增速較快，至2017 年人口城鎮(zhèn)化水平已達75.8%，已進入后期轉型提升階段。 伴隨著城鎮(zhèn)化水平的快速提升，資源、能源的消耗總量不斷增加，具體表現(xiàn)為建設用地總面積、水資源消耗總量、能源消耗總量的年均增長率分別達到8.76%、17.90%、16.10%，土地資源、水資源和能源的利用效率有待提高，清潔能源的開發(fā)和利用有待加強。 隨著環(huán)境整治的力度提升，工業(yè)廢水排放量指標開始呈現(xiàn)下降趨勢，在2011 年以后以年均6.78%的變化量逐年減少，水環(huán)境治理初見成效，但工業(yè)固體廢物產生量和工業(yè)廢氣排放量仍呈增加趨勢。

從城鎮(zhèn)化對資源環(huán)境壓力影響的強度及其變化特點看，2003—2017 年，蘇州市PI 波動增加，變化率較大且趨勢復雜。 就分指數而言，2003—2017 年間蘇州市資源消耗指數呈上升趨勢，2003—2013 年處于快速增長階段，2013 年后增速放緩但數值較高（95.21～99.51）。 2003—2017 年，蘇州市環(huán)境污染在2011 年前呈波動性增長趨勢，2011 年后呈現(xiàn)緩慢下降態(tài)勢， 表明蘇州市環(huán)境整治的效果開始顯現(xiàn)， 環(huán)境污染壓力逐漸變小。 對比兩者可見，2003—2007 年間環(huán)境污染指數＞資源消耗指數，說明這個階段環(huán)境污染是蘇州市資源環(huán)境壓力高的主要因素；2008—2017 年間， 資源消耗指數與環(huán)境污染指數之間的差距呈現(xiàn)擴大—縮小—擴大趨勢，說明環(huán)境整治的效果初見成效，但還不穩(wěn)定，此階段資源環(huán)境壓力高主要受制于資源消耗。

從UI 和PI 兩者之間的關系及其變化趨勢來看，其存在顯著的相關性，且符合倒“U”形的特征，對照國際經驗，從經濟增長、經濟結構、城鎮(zhèn)化水平、能源消費特征和環(huán)境政策的出臺和實施，可知蘇州市城鎮(zhèn)化發(fā)展與資源環(huán)境壓力的關系已無限逼近拐點。研究期內，蘇州市UI 和PI 之間呈現(xiàn)擴張性耦合—弱解耦—強解耦—擴張性耦合—弱解耦—擴張性耦合—擴張性負解耦—弱解耦—強解耦—擴張性耦合變化的變化態(tài)勢，體現(xiàn)了蘇州市在快速城鎮(zhèn)化的過程中，對資源環(huán)境壓力的影響呈現(xiàn)不可持續(xù)的波動變化態(tài)勢。