鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放耦合協(xié)調(diào)分析

張少然, 李玲,2, 陳帥奇 , 李興明, 王珂

(1.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,河南 鄭州 450046;2.河南省土地整治與生態(tài)重建工程技術中心,河南 鄭州 450002)

新型城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分,碳排放的減少是推動新型城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關鍵[1]。城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展造成流動人口規(guī)模和建設用地面積不斷擴大,對區(qū)域碳排放和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深刻影響。2022年1月國務院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》,旨在助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。方案明確指出到2025年,全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%,經(jīng)濟社會發(fā)展綠色轉型取得顯著成就[2]。因此,如何協(xié)調(diào)新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放的關系,成為推動區(qū)域綠色高質(zhì)量發(fā)展的重要因素。

目前,關于新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放之間的研究多集中于兩兩系統(tǒng)之間。在新型城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境方面,HOWARD[3]通過壓力-狀態(tài)-響應模型,研究城鎮(zhèn)化中人類活動對環(huán)境的影響;KAHN等[4]通過環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)證明新型城鎮(zhèn)化中人均收入與生態(tài)環(huán)境存在倒“U”型關系;趙建吉等[5]通過構建二元的耦合協(xié)調(diào)模型,對黃河流域新型城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合的影響因素進行研究;邵佳等[6]構建二元耦合協(xié)調(diào)度模型,對湖南武陵山片區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展的時空格局和影響因素進行分析。在新型城鎮(zhèn)化和碳排放方面,TUCKER[7]通過碳排放量和經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù),分析人均碳排放量和人均GDP之間的關系;張紅麗等[8]通過區(qū)域投入產(chǎn)出模型分析經(jīng)濟活動中隱含的碳排放轉移特點;張騰飛等[9]認為,中國城鎮(zhèn)化水平與碳排放之間存在倒“U”型曲線關系;孫昌龍等[10]研究表明在城鎮(zhèn)化后期階段,城鎮(zhèn)化抑制碳排放的作用增強,但不同階段城鎮(zhèn)化對碳排放的驅(qū)動作用始終占據(jù)主導地位;李碩碩等[11]構造生態(tài)安全距離空間權重矩陣,分析新型城鎮(zhèn)化對碳排放強度的空間溢出效應和衰減特征。在研究尺度上,大多是基于國家、省市和部分縣域等[12-18]不同尺度的研究,但以城市群為主體的研究較少。

城鎮(zhèn)化水平的發(fā)展,一方面對人口聚集、產(chǎn)業(yè)結構轉型發(fā)揮積極作用;另一方面,發(fā)展過程中帶來資源過度消耗、碳排放量增多和生態(tài)環(huán)境負荷加重等一系列問題。新型城鎮(zhèn)化堅持以人為核心的綠色可持續(xù)發(fā)展理念為指導,可以有效規(guī)避不當發(fā)展帶來的一系列問題。新型城鎮(zhèn)化發(fā)展主要體現(xiàn)在人口、經(jīng)濟、社會3個維度,經(jīng)濟城鎮(zhèn)化的發(fā)展能夠為生態(tài)環(huán)境保護和降低碳排放量提供資金和技術支持;社會城鎮(zhèn)化的發(fā)展可以加強公園和城市綠化等基礎配套設施建設,從而減少碳排放量,提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放三者之間既相互促進,又相互制約。通過對三者關系的研究,對于實現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化與低碳環(huán)保的雙贏局面以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本研究以鄭州都市圈為研究區(qū)域,構建新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放評價指標體系,測算2005年、2010年、2015年、2020年鄭州大都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)環(huán)境指數(shù)、碳排放指數(shù)對其三元耦合協(xié)調(diào)分析,探求其演變特征的時空變異,以期為鄭州大都市圈綠色高質(zhì)量發(fā)展提供建議。

1 研究區(qū)域概況

《河南省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2021—2035年)》中,鄭州都市圈由“1+4”擴展為“1+8”。鄭州都市圈由原本的鄭州、開封、新鄉(xiāng)、許昌、焦作5個城市,又加入了洛陽、平頂山、漯河、濟源4個城市。2021年河南省政府工作報告提出,高水平規(guī)劃建設鄭州都市圈,使其成為中部地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。中國城市群進入都市圈競相發(fā)展的新階段。都市圈逐漸成為新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)和區(qū)域協(xié)同發(fā)展的主要模式。鄭州都市圈的面積、人口、經(jīng)濟總量是中西部地區(qū)最高的地區(qū),鄭州都市圈的發(fā)展有利于統(tǒng)籌和整合資源要素,對全省尤其是西部、南部起到更大的帶動作用,加速中部地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展,在全國經(jīng)濟發(fā)展格局中爭取更高的定位和影響力。因此對于鄭州都市圈的研究具有重要意義。

鄭州都市圈位于中國中部,黃河中下游地區(qū),都市圈行政區(qū)域面積約為31 100 km2,占全省18%;人口有4 676萬人,占全省人口47%;GDP約為32 823萬元,占全省60%,城鎮(zhèn)化率是74.6%。該地區(qū)位于中國第二級及第三級地貌交接過渡地帶,地勢西高東低。隸屬于北溫帶季風氣候,植被類型主要為耕地、林地和草地。該區(qū)域隨著經(jīng)濟發(fā)展,碳排放量不斷增加。該區(qū)域地跨黃河、淮河與海河三大流域,黃河、南水北調(diào)中線工程在鄭州形成十字交叉,西北部南太行和西南部嵩山—浮戲山生態(tài)屏障功能顯著,區(qū)域周邊太行山國家級獼猴自然保護區(qū)、云臺山國家森林公園等生態(tài)功能區(qū)分布廣泛,具有較好的生態(tài)建設與保護基礎,但是仍然面臨森林面積總量仍然偏小,分布不均;黃河沿線地區(qū)生態(tài)功能有待提升,天然生態(tài)環(huán)境資源匱乏、空氣環(huán)境治理壓力較大等問題。

2 材料與方法

2.1 評價指標體系構建

2.1.1 新型城鎮(zhèn)化指標構建 考慮指標選取的科學性,可取性原則的基礎上,參考現(xiàn)有的指標體系[19-21]。本研究從人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化3個方面選取指標體系(表1)。人口城鎮(zhèn)化選取了城鎮(zhèn)人口比例、二三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口比例、普通高等院校在校生數(shù)。城鎮(zhèn)人口比例可用于判斷城鎮(zhèn)化的發(fā)展水平。二三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口比例和普通高等院校在校生人數(shù)可以反映出一個地區(qū)的現(xiàn)代化水平和人才儲備情況。經(jīng)濟城鎮(zhèn)化選取人均地區(qū)生產(chǎn)總值、人均地區(qū)財政收入、人均社會消費品零售總額、二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比例、二三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比例。這些指標可以反映該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構,經(jīng)濟發(fā)展水平,也能夠看出該地區(qū)發(fā)展?jié)摿?。社會城?zhèn)化選取了人均科技支出、人均教育支出、R&D支出(全社會研究與試驗發(fā)展經(jīng)費)占GDP比例、城市每萬人床位數(shù)、人均財政醫(yī)療支出、每萬人擁有公共廁所數(shù)、城市人均道路面積、每萬人擁有汽車數(shù)量。人均科技支出、人均教育支出、R&D支出占GDP比例可以反映區(qū)域教育水平;城市每萬人床位數(shù)、人均財政醫(yī)療支出可以反映出區(qū)域醫(yī)療水平;每萬人擁有公共廁所數(shù)、城市人均道路面積、每萬人擁有汽車數(shù)量可以反映出區(qū)域基礎設施情況。與之前的單一人口城鎮(zhèn)化相比較,還考慮了教育水平、醫(yī)療水平、基礎設施等方面,更全面衡量新型城鎮(zhèn)化水平。數(shù)據(jù)來源為《河南省統(tǒng)計年鑒》及各地市統(tǒng)計年鑒。

表1 新型城鎮(zhèn)化指標

2.1.2 生態(tài)環(huán)境指標構建 生態(tài)環(huán)境[22-23]從生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境稟賦及生態(tài)環(huán)境保護3個方面,選取了9個指標(表2)。生態(tài)環(huán)境壓力選擇工業(yè)SO2排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、工業(yè)廢水排放量、生活垃圾清運量,可以反映在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中生態(tài)系統(tǒng)所面臨的壓力和問題。生態(tài)環(huán)境稟賦選擇建成區(qū)綠化覆蓋率、人工造林面積、人均公園綠地面積,可以反映新型城鎮(zhèn)化過程中地區(qū)的環(huán)境情況和環(huán)境改善情況。生態(tài)環(huán)境保護選擇污水處理率、生活垃圾無害化處理率,可以反映區(qū)域環(huán)境污染后人為做出改善措施的效果。數(shù)據(jù)來源為《河南省統(tǒng)計年鑒》及各地市統(tǒng)計年鑒。

表2 生態(tài)環(huán)境指標

2.1.3 碳排放指標構建 碳排放指標選取碳排放強度、人均碳排放量、碳排放密度(表3)。這些指標是衡量國家經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量以及經(jīng)濟與環(huán)境關系的重要指標,也可以全面反映出區(qū)域碳排放現(xiàn)狀。

表3 碳排放指標

碳排放量計算包括直接碳排放測算和間接碳排放測算[24-25]。前者主要指土地利用引起的碳排放,后者主要是各土地利用類型上承載的全部人為碳排放。根據(jù)各類土地類型的不同特點,耕地、林地、草地、水域、未利用地采用直接碳排放測算;建設用地因為人類活動復雜,所以采取能源消耗碳排放測算法,通過人類生產(chǎn)生活中的能源消耗來反映建設用地碳排放總量。

2.2 碳排放量計算方法

2.2.1 直接碳排放系數(shù)計算法 耕地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放估算,采取直接碳排放系數(shù)法。根據(jù)其他學者研究,并結合研究區(qū)域特點確定各土地利用類型的碳排放系數(shù)[24-25],耕地碳排放系數(shù)為0.459 5 t·hm-2·a-1,林地碳排放系數(shù)為-0.612 5 t·hm-2·a-1,草地碳排放系數(shù)為-0.022 t·hm-2·a-1,水域碳排放系數(shù)為-0.025 3 t·hm-2·a-1,未利用地碳排放系數(shù)為-0.000 5 t·hm-2·a-1。直接碳排放計算公式為:

Yk=∑yi=∑Ei×αi

(1)

式中:Yk為直接碳排放量;yi為不同土地利用類型產(chǎn)生的碳排放量;Ei為各土地利用類型面積;αi為各土地利用類型的碳排放(吸收)系數(shù)。

2.2.2 間接碳排放量估算法 建設用地的碳排放通過生產(chǎn)生活中能源消耗產(chǎn)生的CO2來表征。本研究選取原煤、焦炭、柴油、燃料油、液化石油氣、天然氣和電力,計算時將各種能源消耗量折算成標準煤量(表4)。能源碳排放系數(shù)及標準煤換算系數(shù)參考《IPCC 國家溫室氣體清單指南》。建設用地碳排放計算公式為:

表4 能源消耗的折標準煤系數(shù)和碳排放系數(shù)

Yt∑yti=∑Ti·βi·ωi

(2)

式中:Yt為建設用地碳排放量;yti為各種能源的碳排放量;Ti為各種能源的消耗量;βi為各種能源的折煤系數(shù);ωi為各種能源的碳排放系數(shù)。

2.3 耦合協(xié)調(diào)度計算方法

2.3.1 指標標準化處理 采用極差法對數(shù)據(jù)進行標準化處理,目的是消除因指標量綱和單位不同造成的差異影響。標準化公式為:

(3)

(4)

2.3.2 確定指標權重 本研究選取熵值法[26],由客觀原始數(shù)據(jù)確定新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放指標權重,客觀反映新型城鎮(zhèn)化指標、生態(tài)環(huán)境和碳排放指標的實際情況。權重所得結果見表1、表2和表3。

2.3.3 三元指數(shù)計算 三元指數(shù)計算采用加權法,計算公式如下:

ZXi=∑ωjXij

(5)

式中:ZXi是新型城鎮(zhèn)化第i年的評價指數(shù);ωj是第j項指標的權重;Xij是第i年第j項指標的標準化值。生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)計算同上。

2.3.4 耦合協(xié)調(diào)度計算 耦合協(xié)調(diào)度模型[27]用于研究多個系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關系方面應用廣泛。本研究通過耦合協(xié)調(diào)度模型來計算各系統(tǒng)間是否保持著良性互動和發(fā)展。本研究構建新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放之間的耦合協(xié)調(diào)度模型,計算公式如下:

(6)

Z=αZx+βZy+σZz

(7)

(8)

式中:D是協(xié)調(diào)度,表示新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放整體協(xié)調(diào)效應;C為耦合度;C∈(0,1),C越大說明系統(tǒng)間的相關程度越高,C越小說明系統(tǒng)間的相關程度差。α、β和σ是三系統(tǒng)的權重系數(shù),經(jīng)過綜合考量認為三系統(tǒng)同樣重要,分別賦值為1/3,Z為三元指數(shù)值。耦合協(xié)調(diào)度等級劃分見表5。

表5 耦合協(xié)調(diào)度度量標準及類型

3 結果與分析

3.1 鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)分析

從空間上看,鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)是以鄭州為中心,西北部發(fā)展水平較高,東南部發(fā)展水平較低(表6)。

表6 鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)分析

2005—2020年新型城鎮(zhèn)化指數(shù)最高的是鄭州市(圖1)。鄭州市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.210上升至0.937,均差是0.543。由此可見,鄭州市在2005—2020年新型城鎮(zhèn)化發(fā)展處于快速發(fā)展期,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)中科技支出、教育支出和地區(qū)財政收入增長速率較快。河南省中心化趨勢明顯,資源、人口等向鄭州市聚集,使得鄭州市發(fā)展迅速。除了鄭州外,2005—2020年增長速率在最快的是濟源市。濟源市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.129上升至0.560,均差是0.337。濟源市科技支出、教育支出和地區(qū)生產(chǎn)總值增長速率較快;因為濟源市人口較少,有完整的工業(yè)體系,使得地區(qū)生產(chǎn)總值較高。均差最小的是平頂山市。平頂山市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.057上升至0.295,其指數(shù)增長速率卻低于區(qū)域發(fā)展平均速率;平頂山市城鎮(zhèn)化發(fā)展中增長速率最慢的是R&D支出占GDP比重,平頂山市2010年之前抓住了煤炭快速發(fā)展時期,經(jīng)濟發(fā)展快速,但隨著煤炭行業(yè)的回落,使得平頂山缺乏發(fā)展動力,經(jīng)濟在一段時間內(nèi)發(fā)展緩慢,教育科研投入相對較少。變異系數(shù)最大的是開封市。開封市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.031上升至0.371。開封市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)中城鎮(zhèn)人口比重、人均地區(qū)生產(chǎn)總值、人均地區(qū)財政收入、人均社會消費品零售總額、人均科技支出、人均教育支出、R & D支出占GDP比重、普通高等院校在校生數(shù)、城市每萬人床位數(shù)、人均財政醫(yī)療支出和每萬人擁有汽車數(shù)量的增長速率均低于平均增長速率;因為開封市距離鄭州較近,資源和人口被鄭州市分散,經(jīng)濟發(fā)展和城市基礎設施建設發(fā)展緩慢。

圖1 鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)的變化

3.2 鄭州都市圈生態(tài)環(huán)境指數(shù)分析

由圖2可知,2005—2020年鄭州都市圈生態(tài)環(huán)境指數(shù)由0.559上升至0.769,生態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)波動增長狀態(tài),2010—2015年生態(tài)環(huán)境指數(shù)增長處于緩慢增長階段,2015—2020年生態(tài)環(huán)境指數(shù)處于高速增長階段。

圖2 鄭州都市圈生態(tài)環(huán)境指數(shù)的變化

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生態(tài)環(huán)境指數(shù)最高的是許昌市,生態(tài)環(huán)境指數(shù)為0.829,均差為0.166(表7)。許昌市生態(tài)指數(shù)各方面均高于區(qū)域平均值,整體發(fā)展較為均衡。生態(tài)環(huán)境指數(shù)最低的是鄭州市,生態(tài)指數(shù)0.712,均差0.214;鄭州市第二、三產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,雖然2005—2020年鄭州市污染物排放量逐年降低,但其污染物排放量依然位于研究區(qū)前列,所以生態(tài)環(huán)境指數(shù)相對較低。生態(tài)環(huán)境指數(shù)增長速率最快的是開封市,均差0.369,開封市是旅游城市,二產(chǎn)業(yè)所占比例較低,三產(chǎn)業(yè)所占比例較高,使得工業(yè)SO2排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、工業(yè)廢水排放量低于區(qū)域平均值;因此開封市生態(tài)環(huán)境指數(shù)增長較快。均差和變異系數(shù)最小的是焦作市,生態(tài)環(huán)境指數(shù)是0.728,均差0.128,變異系數(shù)8%。焦作市是礦產(chǎn)資源型城市,之前的不合理利用使得整體生態(tài)環(huán)境基礎差,雖然公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、污水處理率等正向指標處于增長狀態(tài),但是增長速率較慢,所以焦作市生態(tài)環(huán)境指數(shù)增長相對緩慢。

表7 鄭州都市圈生態(tài)環(huán)境指數(shù)分析

3.3 鄭州都市圈碳排放分析

從碳排放量來看,2005—2020年鄭州都市圈碳排放總量呈下降態(tài)勢,由1.98×106萬t下降至2.7×105萬t(表8)。碳排放下降量最大的是2005—2010年,下降7.9×105萬t,下降速率是40.3%。2015—2020年碳排放量下降速率最快,下降速率是60.8%。鄭州市碳排放總量明顯高于其他8個市,總體來看鄭州市碳排放量呈現(xiàn)下降趨勢。進一步分析鄭州市產(chǎn)業(yè)結構可知,鄭州市第二產(chǎn)業(yè)所占比例較大,使得能源消耗量大,造成碳排放量較多。2010—2015年鄭州市碳排放量下降速率最快,因為圍繞“十二五”節(jié)能降耗的目標持續(xù)控制增量和消減存量,提升了能源的使用效率,因而全市的碳排放量也顯著降低。根據(jù)鄭州都市圈2005—2020年碳排放量變化可知,2005—2010年鄭州市都市圈處于高碳排放階段,該階段經(jīng)濟發(fā)展較弱,能源利用率較低,碳排放強度、人均碳排放量和碳排放密度較高;2010—2015年處于持續(xù)減排階段,該階段經(jīng)濟增長速率較快,綠色發(fā)展深入人心,節(jié)能減排力度加大,使得碳排放強度、人均碳排放量和碳排放密度持續(xù)降低;2015—2020年處于優(yōu)化減排階段,該階段經(jīng)濟增速放緩,經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量較高,能源使用更加安全、高效、清潔,碳排放強度、人均碳排放量和碳排放密度處于較好階段。

表8 鄭州都市圈碳排放量、碳排放指數(shù)、碳排放強度結果

從碳排放指數(shù)來看,2005—2020年鄭州都市圈碳排放指數(shù)由0.552上升至0.949。碳排放強度由41.53 t·萬元-1下降至0.774 t·萬元-1;人均碳排放量由54.74 t·人-1下降至5.30 t·人-1;碳排放密度由3.969 萬t·km-2下降至0.517 萬t·km-2。由此可見,鄭州大都市圈積極貫徹黨中央決策,全面完善節(jié)能政策體系,調(diào)整能源戰(zhàn)略,倡導低碳減排。從分區(qū)上看,2020年碳排放指數(shù)最高的是新鄉(xiāng)市,碳排放指數(shù)是0.980,碳排放強度下降速率是98.4%,人均碳排放量下降速率90.5%,碳排放密度下降速率是89.31%,下降速率均高于研究區(qū)下降平均速率,所以新鄉(xiāng)市碳排放指數(shù)最高。碳排放指數(shù)最低的是鄭州市,碳排放指數(shù)市0.891,雖然鄭州碳排放指標下降速率均高于研究區(qū)平均值,但是鄭州人口較多,各指標基數(shù)大,所以碳排放指數(shù)最低。碳排放指數(shù)增長速率最快的是焦作市,由0.038上升至0.966,焦作市碳排放強度、人均碳排放量和碳排放密度下降速率都是研究區(qū)最快的,碳排放強度由88.04 t·萬元-1下降至0.470 t·萬元-1;人均碳排放量由116.33 t·人-1下降至2.84 t·人-1;碳排放密度由9.716 萬t·km-2下降至0.246 萬t·km-2。

3.4 鄭州都市圈耦合協(xié)調(diào)度分析

從整體上看,鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化—生態(tài)環(huán)境—碳排放三元耦合協(xié)調(diào)度由2005年的0.523上升至2020年的0.631,總體呈現(xiàn)波動增長狀態(tài)(圖3)。這表明近些年生態(tài)環(huán)境有所改善,產(chǎn)業(yè)轉型初見成效,這與國家近些年提出的低碳減排政策和綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策密不可分。根據(jù)三元耦合協(xié)調(diào)度的變化情況可知,鄭州都市圈三元耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)是先增加,再減少,然后再增加。鄭州都市圈2005—2010年,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.085上升至0.196,生態(tài)環(huán)境指數(shù)由0.559上升至0.642,碳排放指數(shù)由0.552上升至0.811,所以2005—2010年三元耦合協(xié)調(diào)度處于上升狀態(tài)。2010—2015年新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.196上升至0.321,生態(tài)環(huán)境指數(shù)由0.642上升至0.649,碳排放指數(shù)由0.811上升至0.871,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)的增長速率遠高于生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)的增速,使得三元耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)下降趨勢。2015—2020年,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.321上升至0.478,生態(tài)環(huán)境指數(shù)由0.649上升至0.769,碳排放指數(shù)由0.871上升至0.949,生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)增速提高,使得三元耦合協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)增長趨勢。上述實證表明,鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放三元耦合協(xié)調(diào)關系處于優(yōu)化態(tài)勢,但是,仍然沒有實現(xiàn)由失調(diào)向協(xié)調(diào)的跨越,還有較大發(fā)揮空間,且各地市區(qū)域發(fā)展差異較大。

圖3 新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放指數(shù)及耦合協(xié)調(diào)度圖

由圖4可知,鄭州都市圈三元耦合關系呈東西部高,南北部較低的狀態(tài)。具體表現(xiàn)為2005年有平頂山市、開封市和焦作市3個失調(diào)區(qū)域;鄭州市和新鄉(xiāng)市2個勉強協(xié)調(diào)區(qū)域;洛陽市、許昌市、漯河市和濟源市4個初級協(xié)調(diào)區(qū)域。2005—2010年,耦合協(xié)調(diào)度提高的有洛陽市、平頂山市、新鄉(xiāng)市和濟源市;耦合協(xié)調(diào)度降低的有鄭州市;其他市域等級沒有改變。2010—2015年耦合協(xié)調(diào)度提高的有鄭州市、開封市和漯河市,耦合協(xié)調(diào)度降低的有平頂山市、許昌市和濟源市。2020年鄭州都市圈三元耦合協(xié)調(diào)度均進入過渡或協(xié)調(diào)階段。2020年有5個勉強協(xié)調(diào)區(qū)域、1個初級協(xié)調(diào)區(qū)域、2個中級協(xié)調(diào)區(qū)域和1個良好協(xié)調(diào)區(qū)域。

圖4 鄭州都市圈耦合協(xié)調(diào)度變化圖

以濟源市、洛陽市為核心的西部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度高于其他城市,這2個城市新型城鎮(zhèn)化水平較高,碳排放低,生態(tài)環(huán)境較好,耦合協(xié)調(diào)優(yōu)勢正在突顯;這是因為濟源市和洛陽市重視生態(tài)環(huán)境,平衡生態(tài)和經(jīng)濟發(fā)展。南北中部地區(qū)的焦作市、新鄉(xiāng)市、鄭州市、平頂山市和漯河市三元耦合協(xié)調(diào)度均在勉強協(xié)調(diào)等級;鄭州市生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)均低于區(qū)域平均值,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)為區(qū)域最高,使得區(qū)域發(fā)展不平衡。焦作市和新鄉(xiāng)市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)和生態(tài)環(huán)境指數(shù)均低于區(qū)域平均值。平頂山市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)均低于區(qū)域平均值。這是因為單一方面的發(fā)展使得發(fā)展失衡,焦作市、漯河市、新鄉(xiāng)市和平頂山市第一產(chǎn)業(yè)比重高,第二產(chǎn)業(yè)大而不精,第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后,區(qū)域內(nèi)的高污染高耗能產(chǎn)業(yè)依然存在使得耦合協(xié)調(diào)等級不高。2005—2020年,只有漯河市三元耦合協(xié)調(diào)度有所降低,漯河市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)在不斷增加,但是增長速率低于研究區(qū)域平均值,碳排放指數(shù)是不斷降低。東部的開封市和許昌市耦合協(xié)調(diào)度高于中部地區(qū)。開封市是三元耦合協(xié)調(diào)度增長最快的城市,三元耦合協(xié)調(diào)度由0.209上升到0.681。開封市新型城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)環(huán)境指數(shù)及碳排放指數(shù)均處于增長狀態(tài),所以三元耦合協(xié)調(diào)度較好。許昌市雖然新型城鎮(zhèn)化指數(shù)略低于區(qū)域平均值,但生態(tài)環(huán)境指數(shù)是區(qū)域最大值,碳排放指數(shù)高于區(qū)域平均值,所以許昌市三元耦合協(xié)調(diào)度較好。

4 結論與建議

4.1 結論

本研究通過構建城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放綜合指標體系,利用熵值法進行權重賦值,采用耦合協(xié)調(diào)度模型對鄭州都市圈9個市域單元新型城鎮(zhèn)化指數(shù)、生態(tài)環(huán)境指數(shù)和碳排放指數(shù)3個子系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度進行時空分析。

2005—2020年,鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化水平是以鄭州為中心,西北部發(fā)展水平較高,東南部發(fā)展水平較低。鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.089上升到0.478。增長速率最快的是科技支出和教育支出。新型城鎮(zhèn)化指數(shù)最高的是鄭州市,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.210上升至0.937,均差是0.543。增長速率在最快的是濟源市,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.129上升至0.560,均差是0.337。均差最小的是平頂山市,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.057上升至0.295。變異系數(shù)最大的是開封市,新型城鎮(zhèn)化指數(shù)由0.031上升至0.371。

2005—2020年鄭州都市圈生態(tài)環(huán)境指數(shù)由0.559上升至0.769,生態(tài)環(huán)境指數(shù)呈現(xiàn)波動增長狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境指數(shù)最大的是許昌市,生態(tài)環(huán)境指數(shù)為0.829,均差為0.166。生態(tài)環(huán)境指數(shù)均差和變異系數(shù)最大的是開封市,開封市生態(tài)環(huán)境指數(shù)0.824,均差0.369,變異系數(shù)是26%。

從碳排放量來看,2005—2020年鄭州都市圈碳排放總量呈下降態(tài)勢,由1.98×106萬t下降至2.7×105萬t。鄭州都市圈碳排放指數(shù)由0.552上升至0.949。碳排放強度由41.53 t·萬元-1下降至0.774 t·萬元-1;人均碳排放量由54.74 t·人-1下降至5.30 t·人-1;碳排放密度由3.969 萬t·km-2下降至0.517 萬t·km-2。

鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放三元耦合協(xié)調(diào)度由2005年的0.523上升至2020年的0.631,總體呈現(xiàn)波動增長狀態(tài)。鄭州都市圈三元耦合關系呈東西部高,南北部較低的狀態(tài)。鄭州都市圈新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境、碳排放三元耦合協(xié)調(diào)關系處于優(yōu)化態(tài)勢,但是,仍然沒有實現(xiàn)由失調(diào)向協(xié)調(diào)的跨越,還有較大發(fā)揮空間,且各地市區(qū)域發(fā)展差異較大。

與之前城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境、城鎮(zhèn)化和碳排放的研究相比,單一變量不能夠全面反映區(qū)域現(xiàn)狀,本研究新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放都選取多個變量,新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放評價指標體系能夠全面地反映區(qū)域發(fā)展情況。與之前研究的兩者關系相比較,三者關系的研究有利于推動中國碳排放目標和經(jīng)濟高質(zhì)量目標的實現(xiàn),為中國綠色發(fā)展提供一定的理論借鑒。

4.2 建議

本研究認為,要提升新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)環(huán)境和碳排放耦合水平,縮小各地區(qū)差距,不同區(qū)域需要根據(jù)自身情況,從實際出發(fā)制定適合自身發(fā)展的科學政策。鄭州市具有較強的經(jīng)濟實力,新型城鎮(zhèn)化水平較高,發(fā)揮人口、資源優(yōu)勢,用科技創(chuàng)新推動生態(tài)環(huán)境保護和低碳發(fā)展。鄭州市應發(fā)揮帶頭作用,利用自身優(yōu)勢,促進產(chǎn)業(yè)轉型,找到合適的經(jīng)濟發(fā)展點,帶動其他城市共同發(fā)展。洛陽市應該利用自身自然景觀和開封市應利用自身人文景觀打造旅游特色城市,同時注重產(chǎn)業(yè)轉型和環(huán)境保護。平頂山市、漯河市、焦作市和濟源市是重工業(yè)發(fā)展城市,應該注重控制能源消耗和環(huán)境污染排放,降低碳排放強度;另一方面,注意城市生態(tài)環(huán)境保護,提高城市綠化率和基礎設施建設。各地區(qū)在發(fā)展過程中要注重新型城鎮(zhèn)化發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和碳排放協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。