欠發(fā)達(dá)生態(tài)脆弱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究
——以蘭州市為例

任建麗，晏榕璟

（1.甘肅省經(jīng)濟(jì)研究院（甘肅省信息中心），甘肅蘭州730030；2.西交利物浦大學(xué)，江蘇蘇州215123）

城市化是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會大變革的過程，也是與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間物質(zhì)能量交換的大發(fā)展過程[1]。城市化主要包括人口的增長、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、空間的擴(kuò)張以及居民生活水平的提高等四方面的內(nèi)容[2，3]。城市的發(fā)展需要相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)作為支撐，伴隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境之間構(gòu)成了耦合與脅迫關(guān)系，城市化與生態(tài)環(huán)境之間如何進(jìn)行協(xié)調(diào)有序的發(fā)展，已成為世界所關(guān)注的焦點(diǎn)[4]。

蘭州環(huán)境問題曾經(jīng)是蘭州城市發(fā)展的癥結(jié)。近幾十年內(nèi)，隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程加速，并受自身生態(tài)承載力較弱以及典型的河谷地貌影響，蘭州市環(huán)境污染現(xiàn)象嚴(yán)重。但近幾年來，蘭州市抓改革、促轉(zhuǎn)型、治環(huán)境、惠民生，各項(xiàng)環(huán)保政策措施深入實(shí)施，鐵腕治污持續(xù)加強(qiáng)，蘭州大氣污染得到明顯改善，出現(xiàn)“蘭州藍(lán)”。但生態(tài)承載力脆弱現(xiàn)狀難以根本改變，城市化持續(xù)推進(jìn)中環(huán)境壓力繼續(xù)存在，因此城市環(huán)境問題不容樂觀。本文旨在研究蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)程度，以期為蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，為生態(tài)脆弱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系研究提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

蘭州市是甘肅省省會城市，是全省的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心。蘭州市位于甘肅中部、黃河上游，黃土高原、青藏高原、內(nèi)蒙古高原交界地帶，位于我國版圖的幾何中心，是西北第二大城市，西北重要的交通樞紐、物流中心和科研教育中心，絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶重要節(jié)點(diǎn)城市。蘭州地貌復(fù)雜多樣，地勢自西南向東北傾斜，地形呈狹長狀。2017年蘭州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展取得了新進(jìn)步，全年完成生產(chǎn)總值2523.54億元，第一產(chǎn)業(yè)增加值61.47億元，增長5.9%；第二產(chǎn)業(yè)增加值881.74億元，增長3.1%；第三產(chǎn)業(yè)增加值1580.34億元，增長7.2%，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為2.44∶34.94∶62.62[5]。市區(qū)坐落于黃河河谷之中，四周群山環(huán)抱，并沿黃河呈東西向帶狀延伸，是典型的河谷型城市。氣候干燥、生態(tài)承載力弱、典型的河谷地貌和快速的城市化進(jìn)程使蘭州市城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾更加突出和獨(dú)特。本文數(shù)據(jù)主要來源于2000—2017年《蘭州市統(tǒng)計(jì)年鑒》《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《蘭州市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。

2 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合模型構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

城市化和生態(tài)交互耦合的發(fā)展過程表現(xiàn)為物質(zhì)、能量和熵的交互轉(zhuǎn)化與傳遞[6]。城市化是一個基于“人口—經(jīng)濟(jì)—社會—空間”四維一體的綜合性動態(tài)變化過程，其中人是行為主體，經(jīng)濟(jì)是內(nèi)在驅(qū)動力，社會是發(fā)展支撐力，空間是載體[6]。生態(tài)環(huán)境會隨著人類活動和城市發(fā)展而做出相關(guān)反應(yīng)。本文在研究和梳理相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)蘭州市城市與環(huán)境發(fā)展的自身特點(diǎn)，確立了蘭州市城市化水平綜合指標(biāo)體系和生態(tài)環(huán)境水平綜合指標(biāo)體系（見表1）[7，8]。

表1 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系

2.2 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平測度模型構(gòu)建

2.2.1 指標(biāo)賦權(quán) 在處理權(quán)重時采用相對客觀的熵值賦權(quán)法，熵值賦權(quán)法根據(jù)客觀環(huán)境的原始信息，通過分析各指標(biāo)所提供的原始信息來決定指標(biāo)的權(quán)重，在一定程度上能避免主觀因素帶來的偏差[9]。

具體如下：用xij表示樣本i的第j個指標(biāo)的數(shù)值（i=1,2，…n；=1，2，…p）。

2.2.1.1 數(shù)據(jù)無量綱化處理。因?yàn)樗x取數(shù)據(jù)的量綱單位和屬性不統(tǒng)一，因此必須對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，本文采用了極差標(biāo)準(zhǔn)化。其中，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)分別采用公式（1）和公式（2）進(jìn)行處理。

2.2.1.2 計(jì)算熵值和冗余度。用Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化公式（3）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

權(quán)重：

熵值：

冗余度：

2.2.1.3 計(jì)算熵權(quán)值。

權(quán)重：

2.2.2 城市化與生態(tài)環(huán)境綜合評價模型構(gòu)建 本文主要采用線性加權(quán)法對其指標(biāo)進(jìn)行各自測算[10]。城市化綜合評價指數(shù)：

生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)：

式中，i為年數(shù)，j為指標(biāo)數(shù),Xij和Yij為城市和生態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之后的數(shù)值，wj為指標(biāo)權(quán)重。城市化和生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)越大，城市化和生態(tài)綜合水平越高，反之越低。

2.3 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)模型構(gòu)建

城市—環(huán)境耦合反映了城市化與生態(tài)環(huán)境在一定的時間、區(qū)域內(nèi)相互作用的數(shù)量關(guān)系和調(diào)整過程[11]，雖然可以反映出城市化與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)程度，但是難以準(zhǔn)確反應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平的高低[12]。耦合協(xié)調(diào)度是指各個指標(biāo)相互作用中良性耦合程度的大小，最終體現(xiàn)協(xié)調(diào)狀況的好壞程度。因此，本文采用耦合協(xié)調(diào)度來反應(yīng)蘭州市城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的動態(tài)關(guān)系。耦合度模型構(gòu)建如下：

耦合度：

協(xié)調(diào)度：

耦合協(xié)調(diào)度：

式中，c為耦合度，T為協(xié)調(diào)度，α與β為待定系數(shù)（都取0.5）；D為耦合協(xié)調(diào)度（取值范圍[0，1]），其值越由小到大表明耦合協(xié)調(diào)程度不斷變好。

3 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平綜合評價

3.1 蘭州市城市化發(fā)展水平綜合評價

根據(jù)表2中蘭州市城市化綜合發(fā)展水平評價指數(shù)分析可知：2000—2016年蘭州市城市化發(fā)展水平持續(xù)穩(wěn)步提升，特別是2008—2014年間提升顯著。空間城市化（0.5648）是蘭州市城市化發(fā)展的最主要影響因素，社會城市化（0.2031）、人口城市化（0.1244）、經(jīng)濟(jì)城市化影響（0.1076）次之。東西綿長而南北狹窄的河谷地形嚴(yán)重地限制了城市空間的擴(kuò)展，導(dǎo)致蘭州市城市化過程中城市地域空間成為重要的限制因素之一。通過分析評價指標(biāo)層（表1）發(fā)現(xiàn)，人均擁有道路面積的權(quán)重高達(dá)0.4983。雖然蘭州市受地形限制的影響，建成區(qū)面積并沒有大幅度向外拓展，但是通過大力建設(shè)和完善交通基礎(chǔ)設(shè)施，使其東西之間的出行時間大大縮減，為城市化發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。從指標(biāo)層綜合分析可知（表1），人均擁有道路面積（0.4983）、總?cè)丝冢?.1002）、人均社會消費(fèi)品零售總額（0.0865）、每千人擁有醫(yī)療床位（0.0471）是權(quán)重排名前四的指標(biāo)，也是為蘭州市城市化發(fā)展提供最多貢獻(xiàn)力的指標(biāo)。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在不斷提升城市經(jīng)濟(jì)和容納更多人口的同時，蘭州市社會城市化不斷提升，城市社會服務(wù)功能日趨完善。

3.2 蘭州市生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平綜合評價

根據(jù)表2中蘭州城市化綜合發(fā)展水平評價指數(shù)分析可知：2000—2011年蘭州市生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平總體趨于穩(wěn)定。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)張的持續(xù)壓力下，蘭州市通過節(jié)能減排、城市綠化、植樹造林等多種舉措的持續(xù)推進(jìn)，使城市生態(tài)環(huán)境保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。2011—2016年生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，其原因一方面是由于城市擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響依舊存在；另一方面是我國環(huán)境統(tǒng)計(jì)口徑在“十二五”期間進(jìn)行了調(diào)整，因此2011年之后數(shù)據(jù)出現(xiàn)了一定的震蕩，導(dǎo)致實(shí)際生態(tài)環(huán)境與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)之間出現(xiàn)了一定偏差。

從指標(biāo)層綜合分析可知（表1），人均工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量是權(quán)重最大的指標(biāo)，表明工業(yè)固體污染對蘭州生態(tài)環(huán)境的具有重要的影響。工業(yè)廢物利用率影響次之，隨著國家環(huán)保力度的不斷加大和蘭州鐵腕治污的持續(xù)推進(jìn)，工業(yè)廢物利用率在不斷攀升，對于生態(tài)環(huán)境的良好發(fā)展起到了重要的作用。人均公共綠地面積、糧食產(chǎn)量和人均農(nóng)作物播種面積權(quán)重較大，對蘭州城市環(huán)境狀況影響較大。因此，減少工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、提升工業(yè)廢物利用率、提高公共綠地面積等，是蘭州市提升生態(tài)環(huán)境水平的重要舉措。

4 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度分析

4.1 耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算與類型劃分

將上文中U（x）和E（y）的計(jì)算結(jié)果輸入公式（11）、公式（12）和公式（13）中，計(jì)算得出蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度C、協(xié)調(diào)度T、耦合協(xié)調(diào)度D。在參考文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合蘭州市實(shí)際情況，利用均勻分布函數(shù)法對蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行等級劃分，結(jié)果如表3。在分析耦合協(xié)調(diào)度類型的基礎(chǔ)上，為了更好地分析出蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，引入U（x）和E（y）差值計(jì)算。根據(jù)相關(guān)資料和研究實(shí)際，把U（x）和E（y）的差值分為3種類型，U（x）－E（y）＞0.1為生態(tài)環(huán)境滯后型；E（y）－U（x）＞0.1為城市化滯后型；為城市化與生態(tài)環(huán)境同步型（見表3）。

表3 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

4.2 耦合協(xié)調(diào)分析

從表4可知，蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)為穩(wěn)步上升態(tài)勢，耦合協(xié)調(diào)類別由瀕臨失調(diào)轉(zhuǎn)化為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)。

2000—2012年蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型表現(xiàn)為瀕臨失調(diào)型，且在前期城市化發(fā)展相對滯后，在后期表現(xiàn)出生態(tài)和城市同步發(fā)展。前期蘭州城市化發(fā)展相對落后，城市功能相對不完善。期間蘭州市城市化發(fā)展水平提升明顯，城市化在不斷推進(jìn)的同時，區(qū)域環(huán)境和城市生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出衰減趨勢。后期受城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境的日益惡化，生態(tài)承載力的不斷下降，蘭州市城市與生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出同步發(fā)展的態(tài)勢。

表4 蘭州市2000—2016年城市化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度及其類型

2013—2016年蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型整體表現(xiàn)為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。蘭州市城市化在持續(xù)發(fā)展的同時，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式在逐步調(diào)整和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)型升級，科技要素投入在日趨增強(qiáng)。城市園林面積、人均綠地面積在不斷增長，市域內(nèi)封山育林不斷強(qiáng)化，綠色城市化得到有效推進(jìn)。隨著政府鐵腕治污的持續(xù)加強(qiáng)，各項(xiàng)政策措施的深入實(shí)施，蘭州摘下了大氣污染的“黑帽子”，出現(xiàn)了“蘭州藍(lán)”，并將其穩(wěn)固發(fā)展為“常態(tài)藍(lán)”[13]。但由于蘭州市生態(tài)環(huán)境自身的脆弱性，加之城市化的持續(xù)推進(jìn)難以避免對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞，因此蘭州市城市化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)程度整體處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

5.1.1 蘭州市城市化發(fā)展水平持續(xù)穩(wěn)步提升，生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平總體趨于穩(wěn)定 空間城市化是蘭州市城市化發(fā)展的最主要影響因素。受地形所限，建成區(qū)面積并未大幅度拓展，但通過大力建設(shè)和完善交通基礎(chǔ)設(shè)施，空間城市化發(fā)展較快。減少工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、提升工業(yè)廢物利用率、提高公共綠地面積等，是蘭州市提升生態(tài)環(huán)境水平的重要舉措。

5.1.2 蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)為穩(wěn)步上升態(tài)勢，耦合協(xié)調(diào)類別由瀕臨失調(diào)轉(zhuǎn)化為勉強(qiáng)協(xié)調(diào) 2000—2012年蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型表現(xiàn)為瀕臨失調(diào)型，且在前期城市化發(fā)展相對滯后，在后期表現(xiàn)出生態(tài)和城市同步發(fā)展。2013—2016年蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型整體表現(xiàn)為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型。

5.2 討論

城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合發(fā)展并呈因果關(guān)聯(lián)，如何減少城市化進(jìn)程中對生態(tài)環(huán)境造成的“壓力”，并且實(shí)現(xiàn)二者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，是此類研究的核心焦點(diǎn)[6]。今后應(yīng)以提高經(jīng)濟(jì)城市化、社會城市化、環(huán)境狀況為核心，以減少環(huán)境壓力和提升環(huán)境保護(hù)力度為保障，不斷提升蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境向優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)性發(fā)展。