黑龙江省城市化与生态环境协调性区域变化研究

刘 璐，刘兆顺，李淑杰，苏 麒

(吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061)



黑龙江省城市化与生态环境协调性区域变化研究

刘 璐，刘兆顺*，李淑杰，苏 麒

(吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061)

通过研究黑龙江省12个地级城市2003～2012年的指标数据，采取专家筛选法及R型聚类、皮尔逊系数检验等方法构建了评价指标体系，熵值法计算了各指标权重并得出黑龙江省各市的城市化分值及生态环境分值，构建模型计算了城市化与生态环境协调性并进行了分类，借助ArcGIS平台分析了黑龙江省城市化与生态环境协调性区域特点，结果表明：黑龙江省城市化与生态环境协调性可以分为7个类型并有明显的地域层次性，研究初期东部协调性较高，随着经济发展，中部、南部经济发达城市协调性逐渐处于优势地位。同时证明在城市化发展初期，经济指标、人口密度、城镇人口及非农业人口比重对生态环境具有一定的负效应，随着城市化进一步推进，人均GDP、第三产业占GDP比重等指标对生态环境起促进作用。

协调性；城市化；生态环境；区域；黑龙江省

1　国内外研究进展

城市化是指由农业为主的传统乡村社会向以工业和服务业、高新技术产业和信息产业为主的现代城市社会逐渐转变的过程。城市化与生态环境好坏密切相关,既依赖于良好的生态条件、资源储备，同时又影响着生态环境[1]。城市发展过快，超过了生态环境所能承受的最大限度，将会面临环境恶化等一系列问题；另一方面，如果只重视保护生态环境，而减慢经济发展，城市化进程必定受到影响。人地协调共生是人类发展始终追求的目标[2]，因此，如何促进两者协调发展是今后研究的重点。

20世纪后期，有学者开始强调人类社会和自然环境之间的协调关系[3]。经济学家皮尔斯认为，城市发展与资源环境之间存在着一种强烈的相互作用的时序特征[4]。1988年王如松利用城市与生态环境之间的反馈和限制性机理推导出大多数城市生长的S型规律[5]。人们开始意识到短期的经济行为会直接威胁到经济社会的可持续发展[6]，此后，学者们构建了不同的具有针对性的指标体系，对我国城市化与生态环境协调性及脆弱性进行评价，从全国来看，目前经济发达的城市协调性相对较高，经济落后的城市协调性相对较低[7]。从全球来看，20世纪90年代，城市化与生态环境协调发展问题呈现出多元化特点，2005年耶鲁大学对全球范围内100多个国家的生态环境可持续性进行了评价[8]。各国学者相继提出了不同的理论和方法来协调两者之间的矛盾。

本文通过分析黑龙江省城市化与生态环境及两者协调性10年间的区域变化趋势，以期揭示对可持续发展的有利因素或抑制因素，对黑龙江省未来发展布局具有参考意义，同时根据协调性的区域演变特征，对日后的资源调控及经济战略提供新的发展思路。

2　研究区概况

黑龙江省地处我国东北部，面积47.3万km2，辖1个副省级市即哈尔滨市；1个较大市即齐齐哈尔市；10个地级市包括：牡丹江、黑河、绥化、鸡西、鹤岗、双鸭山、大庆、伊春、佳木斯及七台河市；1个地区即大兴安岭地区。黑龙江省东部地区是著名的煤电化基地[9]，属于典型的城市化与生态环境发展存在矛盾的地区，生态经济有弱不可持续发展趋势[10]。

3　资料获取

本文数据大部分来自《中国城市统计年鉴》(2004～2013)、《黑龙江统计年鉴》，部分数据来自于黑龙江省环境公告及哈尔滨市环境公告。

4　研究方法

4.1建立指标体系

4.1.1指标筛选首先建立预选评价指标体系A1，主要是对近些年相关文章中涉及频率较高的指标进行统计，并通过专家筛选法对所选指标进行二次筛选，最终确定了有30个指标的体系A2。A2分2个部分，包括城市化系统指标和生态环境系统指标。其中城市化系统指标包括：城镇人口比重、非农业人口比重、人均GDP、第三产业占GDP比重、万人拥有医生数、万人拥有公共汽车数、万人大学生数、万人拥有电话数、建成区面积占国土面积比重、人口密度、第三产业从业人口所占比重、市辖区人口比重、人均地方财政收入、人均教育事业支出、人均图书馆藏书、地区生产总值增长率、人均工业总产值。生态环境系统指标包括：人均用水量、人均国土面积、人均公共绿地面积、建成区绿地覆盖率、人均废水排放量、人均工业废弃物排放量、人均固体废弃物产生量、人均二氧化硫排放量、人均工业烟尘排放量、工业废水排放达标率、工业固体废弃物综合利用率、人均装铺道路面积、污水处理率。

经过两层筛选后的指标仍然具有一定的主观性，接下来对所选指标进行统计筛选，具体方法如下：首先对原始数据进行标准化处理，利用SPSS软件对标准化处理后的数据进行R型聚类，并在非自成一类的指标中进行筛选，筛选出独立性强、代表性好的指标，使最终的评价结果更接近于实际，对上一步生成的各指标计算皮尔逊相关系数Rij，并规定一个0M，则可以删除其中之一，若Rij

经过上述步骤之后对指标进行检验，在已排除的指标和保留的指标之间建立回归方程：

Y=a+a1X1+a2X2+…+anXn+ɛ

(1)

式(1)中：Y代表已被排除的指标，Xn为保留下的指标。

对回归方程进行相关性检验，若相关系数R越大，则该指标更应该被排除，若R比较小，则要重新检验该已被排除指标是否应该重新纳入考虑。

4.1.2指标体系根据以上方法，最终确定本文所用指标体系如表1所示。

表1　城市化与生态环境指标体系

4.2城市化及生态环境水平综合评价

4.2.1指标标准化在本文中，对正向指标和负向指标分别进行标准化处理，具体方法如下：

(2)

(3)

式(2)、式(3)中：Xij代表第i年第j个指标的数值，max(Xj)、min(Xj)表示第i年中第j项指标的最大值和最小值。

4.2.2确定指标权重本文采用熵值法来确定各指标的权重，具体步骤如下：

使用标准化后的数据，计算i年份第j项指标的比重：

(4)

计算指标信息熵：

(5)

信息熵冗余度：

dj=1-ej

(6)

指标权重：

(7)

其中：Xij代表第i年第j个指标的数值，max(Xj)、min(Xj)表示第i年中第j项指标的最大值和最小值。k为1/lnm，m代表评价年数，n为指标个数。

通过计算可以得出2个体系中不同指标的权重，同时可以看出各指标的相对重要性，具体可以用图1、图2表示。

从图1中可以看出，在2个体系中，各指标相对重要性大致相同，则本文指标选取方法可靠，结果相对准确。对城市化影响最大的指标是人均地方财政收入和人均GDP，人均公共绿地面积和人均二氧化硫排放量则对生态系统影响最大。

4.2.3黑龙江省各市城市化分值及生态环境分值城市化与生态环境是两个相当复杂的相互作用的系统[11-12]，是两个不同而又相互影响的子系统，子系统的总分值需要通过集成方法来实现[13]。根据公式(8)求出2003～2012年10年间黑龙江省12个城市的城市化分值(表2)：

(8)

式(8)中：Y为城市化分值；yi为第i个指标的指数；Zi为第i个指标标准化处理后的数据；ti为第i个指标权重。

图1　城市化体系指标权重

图2　生态环境体系指标权重

表2　2003～2012年黑龙江省各市城市化分值　分

从表2可以得出，黑龙江省12个地级市城市化分值10年间的趋势大致可以分为2个类型：(1)第一类城市，城市化水平呈逐年稳步增长趋势，代表城市为哈尔滨、大庆、牡丹江、七台河市；(2)第二类城市，城市化水平总体呈增长趋势，但存在一定的缓和期，在缓和期内城市化水平并没有较大的进步甚至有一定的退步，代表城市为伊春、齐齐哈尔、绥化、鹤岗、佳木斯、黑河、双鸭山、鸡西市，此分析结果与黑龙江省近几年发展情况大致相同。

同时根据公式(9)计算出2003～2012年黑龙江省各市的生态环境分值(表3)。

(9)

表3　2003～2012年黑龙江省各市生态环境分值　分

从表3可以看出，2003～2007年5年间黑龙江省12个地级市生态环境水平较低，后5年有所提高，可见，合理的经济发展布局与战略以及相应的政策保障，可以明显改善生态环境。

4.2.4黑龙江省各市城市化与生态环境协调性为更直观地表示两者之间的关系，本文引用杨世弘的协调度计算公式[14]来计算黑龙江省各市城市化与生态环境协调度：

(10)

式(10)中：C为协调度，k为调节系数，k≥2，k值在本文中取2；a为城市化分值；b为生态环境分值。

为了体现系统整体的发展趋势，还应通过相关模型对协调度进一步计算，得出协调发展度(表4)。具体模型如下：

T=α×a+β×b

(11)

式(11)中：D为协调发展度，α和β为待定权数，文中都取0.5，T为协调发展综合评价指数。

表4　2003～2012年黑龙江省各市的城市化与生态环境协调发展度

可以看出协调发展度越大，两个体系之间协调性越强，而协调性单独与城市化或生态环境之间并无很强的关联，良好的城市化率或生态水平不代表较高的协调性。尽管短期内两者呈较不协调的状态，但就长期发展来看，黑龙江省各市城市化与生态环境正逐步处于协调发展状态中。根据本文的计算结果，同时为了直观地比较短期内协调性的区域性特点，对协调性进行合理的分类(表5)。

表5　城市化与生态环境协调发展分类体系

借助ArcGIS平台对2003、2006、2009、2012年各市协调性进行直观地表现，并生成区域变化图(图3)。

图3　2003～2012年黑龙江省城市化与生态环境协调性区域变化图

在图3中，颜色越浅代表协调性越高，等级1～7分别代表优秀协调型至完全失调型(大兴安岭地区不作比较，故协调发展度等级为0)，根据协调性的区域特点，可以将黑龙江省分为3个部分：东部地区、中南部经济发达区以及西北部地区。东部地区2006年之前协调性较高，2006年之后，逐步落后于中南部地区；中部及南部发达城市研究初期协调性不高，后期逐步向良好协调型及优秀协调型发展；而西北部地区协调性10年间虽然呈增长状态，但趋势不明显。黑龙江省城市化与生态环境协调性在不同的时间节点上都呈现出了明显的区域变化趋势。

5　分析与结论

(1)从城市化的水平来看，研究期内大多数城市城市化水平逐渐提高。从生态环境水平来看，在经济发展初期，由于工业污染排放较少，整体环境水平高；发展中期，城市化速度加快，污染物排放及基础设施建设引发的环境问题更加明显，生态环境分值降低，此时城市化对生态环境的负效应明显；发展后期，相应环保政策及措施的出台以及先进生产工艺的研发均使生态环境明显改善。随着经济的增长、人均GDP及收入的提高，环境曲线呈“U”型增长，符合环境库兹涅茨曲线的趋势。

(2)从整体上来看，黑龙江省城市化与生态环境协调性在区域分布上具有明显的地域性。本文研究的4个时间节点，城市化与生态环境协调性迅速提高，也分别呈现出了明显的地域层次性，2003年协调性高的城市分布在黑龙江省东部，2006年后中部地区明显改善，至2009年中部、南部城市协调性优于其他地区，2012年协调性高的城市均为省内发达城市，可见城市化对生态环境具有双向作用，短时间内，过度依赖于第二产业的经济发展方式会导致环境质量的恶化，但从长远发展来看，经济发展对生态环境具有正向作用，正确的经济发展方式不仅指GDP的增加，还包括相应产业结构及政策的合理调整。

研究初期，中南部地区人口密度大，人均GDP及收入高，非农业人口及城镇人口比重低。由于不合理发展第二产业导致的工业烟尘、二氧化硫及污水排放量高，同时较高的人口密度导致生活垃圾的堆积及对工业产品的高需求，进一步导致工业废物的排放量增加，此时该地区生态环境分值偏低，人口密度及产业结构对环境具有负效应。研究后期，该地区达到良好协调状态，据该地区近些年来产业结构的调整来看，发现适当增加第三产业及第三产业从业人员的比例，合理调整主导产业及产业结构，可以在保证经济发展的同时有效降低环境污染，同时仍应大力引进新技术，进一步推进城市化。人均GDP、城镇居民人均年可支配收入等经济指标在发展初期对生态环境具有负效应，当经济指标达到一定临界值时，由于技术的提高、政策的改善及自身的环保需求，对环保事业的投资也会相应增加，此时这些指标对生态环境反而有明显的正效应。

东部地区包括佳木斯、鸡西、七台河、双鸭山、鹤岗5市，GDP均处于全省中后水平，研究初期城市化分值偏低，但生态环境分值较高，协调性高于其他地区，此时该地区经济指标及人口密度均较低，对环境的负效应不明显，后期整体协调性逐渐改善，但鹤岗市、鸡西市及双鸭山市增幅较慢甚至有后退趋势，这3个城市的城镇人口及非农业人口比例较高，在城市快速发展阶段，由于经济并没有形成一定的规模，较多的人口拥进城市增加了对工业产品及城市住宅面积的需求，进而影响了环境，此时高城镇人口及非农业人口比例对生态环境呈负效应。同时第三产业及第三产业从业人员比重低，虽然经济指标不断增长，但由于是传统的煤电化城市，过于依赖第二产业造成的高投入、高污染现象并没有改善。

北部地区包括黑河市和齐齐哈尔市，该地区协调性10年间虽然呈增长状态，但趋势不明显，地理位置的劣势影响了该地区城市化和生态环境的发展，人均GDP增幅较小，城镇人口比重较低，第三产业占GDP比重适度，研究期间环境质量处于可控范围内，为适应全省的发展趋势，仍应合理增加第三产业比重，既保证经济增长，又不破坏当前的协调状态。

(3)城市化带动的社会发展在一定程度上能够提高人们在环境保护方面的文明程度，一定的经济基础可以决定城市化与生态环境的高度协调，但协调性高，并不能代表城市化或者生态环境水平高，发展中的城市，一样会使两者拥有较高的协调性，而需要解决的是，在逐步转变传统城市化发展思路的同时，保证经济快而绿色化发展。从本文的研究结果可以看出，过于偏重第二产业的城市化发展，是以破坏生态环境为代价的，经济发展过程中对城镇人口及非农业人口比例的不加控制，同样会导致对生态环境的进一步危害。今后应转变思路，适当调整经济落后地区的产业结构，由依靠第二产业为主逐步转变为多种支柱产业齐头发展的模式，适当控制人口密度及人口从业结构，使其不仅满足于发展需求，同时与环境相适应；经济发达地区则应在调整产业结构及控制人口的同时，进一步完善相关技术、政策并加强市民思想认识，保持并提高当前的良好状态，带动其他城市合理发展。

[1] 陈冬勤,卢新卫.咸阳市生态环境与城市化协调发展定量评价[J].农业技术经济,2008(2):103-109.

[2] 陈晓红,万鲁河.城市化与生态环境耦合的脆弱性与协调性作用机制研究[J].地理科学,2013(12):1450-1457.

[3] 孜比布拉·司马义,苏力叶·木沙江,帕夏古·阿不来提.阿克苏市城市化与生态环境综合水平协调度评析[J].地理研究,2011(3):496-504.

[4] Pearce D, Turner R K. Economics of natural resources and the environment [M]. New York: Harvester Wheatsheaf, 1990: 215-289.

[5] 刘耀彬,宋学锋.城市化与生态环境的耦合度及其预测模型研究[J].中国矿业大学学报,2005(1):94-99.

[6] 张飞,孔伟.苏州市不同土地利用变化类型的生态环境效应分析[J].江苏农业科学,2011(1):421-423.

[7] 刘耀彬,李仁东,宋学锋.中国城市化与生态环境耦合度分析[J].自然资源学报,2005(1):105-112.

[8] 黄宝荣,欧阳志云,张慧智,等.中国省级行政区生态环境可持续性评价[J].生态学报,2008(1):327-337.

[9] 陈晓红,吴广斌,万鲁河.基于BP的城市化与生态环境耦合脆弱性与协调性动态模拟研究:以黑龙江省东部煤电化基地为例[J].地理科学,2014(11):1337-1343.

[10] 付会霞,张彦明,尹志红，等.基于生态足迹模型的黑龙江省可持续发展研究[J].科学技术与工程,2012(4):961-964,968.

[11] 张競予,赵文成.西安市人居环境与城市化协调发展研究[J].江西农业学报，2014,26(12):121-124.

[12] Yao B, Ren D, Chun H. Scenarios simulation of coupling system between urbanization and eco-environment in Jiang su province based on system dynamics model[J]. Chinese Geographical Science, 2005, 15(3): 219-226.

[13] 曾珍香.可持续发展协调性分析[J].系统工程理论与实践,2001(3):18-21.

[14] 陈晓红.东北地区城市化与生态环境协调发展研究[D].长春：东北师范大学,2008.

(责任编辑：管珊红)

Research on Regional Changes in Coordination between Urbanization and Ecological Environment in Heilongjiang

LIU Lu, LIU Zhao-shun*, LI Shu-jie, SU Qi

(College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, China)

According to the data of social and economic indexes of 12 prefecture cities in Heilongjiang province during 2003～2012, this study built a evaluation index system by using the methods of expert screening, R-type clustering analysis and Pearson coefficient test, calculated the weight of each index by using entropy method, and obtained the scores of both urbanization and ecological environment of 12 cities in Heilongjiang. Then, the author constructed a model to evaluate and classify the coordinated degree between urbanization and ecological environment of Heilongjiang province. Finally, we analyzed the regional characteristics of coordination between urbanization and ecological environment of this province by ArcGIS platform. The results showed that the coordination between urbanization and ecological environment of Heilongjiang province could be divided into 7 types, and it had an obvious regional hierarchy. The eastern region had higher coordination in the initial period; while the central and southern developed cities had an increasing coordination along with the economic development. In the initial period of urbanized development, the economic indexes, population density, urban population and non-agricultural population proportion had a certain negative effect on the ecological environment. When the urbanization was further promoted, the GDP per capita, ratio of tertiary industrial output value to GDP, and other indexes had a positive effect on the ecological environment.

Coordination; Urbanization; Ecological environment; Region; Heilongjiang province

2016-05-04

中国科学院知识创新项目(KZCX2-YW-Q1-07)。

刘璐(1991—)，女，黑龙江人，硕士研究生，主要研究方向土地利用规划与管理。*通讯作者：刘兆顺。

X144；F290

A

1001-8581(2016)10-0088-06