中国城市群城镇化与生态环境耦合协调关系评价

黄河东， 李 东

(1.贺州学院党委办公室，广西贺州 542899； 2.哈尔滨工业大学管理学院，黑龙江哈尔滨 150006)

城镇化与生态环境的耦合协调关系成为城市发展研究的重要问题，国内外学者从经济学、生态学、环境学等不同学科领域进行了大量研究。从国外学者的研究看，Howard在《明日：一条通往真正改革的和平道路》一书中提出建设“田园城市”的设想，以应对当时城市面临的贫困、拥挤和生活条件恶化等困境；Carson在《寂静的春天》中揭露了工业化发展对生态环境造成的严重污染问题，倡导工业发展应注重保护生态环境；Meadows的《增长的极限》和Goldsmith的《生命的蓝图》的发表，唤醒了人们对城镇化引发的生态环境问题的重视；Pearce根据城市发展不同阶段引起的资源环境问题，提出城市发展阶段环境对策模型[1]；Grossman等揭示了随着城市经济的发展，生态环境质量呈倒“U”形的演变规律[2]；Rork等提出城镇化与生态环境关系的双对数模型[3]。从国内学者的研究看，马世骏等提出“社会-经济-自然”复合生态系统，开创了城市生态学的新理论[4]；王如松认为，城市是在生态环境正负反馈因子交替作用下的成长过程，城市成长与生态环境之间存在着反馈和限制性机理[5]。黄金川等认为，城镇化与生态环境的交互耦合关系为一条双指数曲线[6]；乔标等认为，城市化是城市化的各个方面与生态环境综合协调、交互胁迫的耦合发展过程[7]；刘耀彬分别对江苏省及江西省的城市化与生态环境之间的关系进行了综合测度分析[8-9]。王少剑等对京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系进行了定量分析[10]；张荣天等研究了中国省际城镇化与生态环境的耦合协调的空间演化规律[11]；雷梅等研究了贵州少数民族地区46个县(市、区)城镇化与生态环境的耦合协调关系[12]。综上关于城镇化与生态环境的耦合协调关系的研究成果看，以省域、市域或县域为研究单元的居多，以城市群为研究单元的较少。城市群作为城镇化发展的高级空间组织形式，是带动区域经济发展的主要地理单元和重要驱动力量，越来越受到人们的关注。

本试验以国家“十三五”规划提到的19个城市群为研究单元，构建评价指标体系及耦合协调模型，对各城市群城镇化与生态环境的耦合协调关系进行比较分析，以期为实现城市群城镇化与生态环境的协调发展提供参考。

1 研究范围的界定及城镇化、生态环境评价指标体系的构建

1.1 研究范围

根据2016年国家“十三五”规划中提到的19个城市群，并参考最新公布的长三角、山东半岛、长江中游、中原、哈长、北部湾、成渝、黔中、滇中等9个城市群发展规划以及相关研究成果[13-15，10]，确定各城市群的空间范围(表1)。

1.2 评价指标体系

1.2.1 城镇化评价指标体系 城镇化是一个复杂的系统过程，包括人口从农村向城市的聚集、农业经济向非农经济的转变、城镇用地规模的扩张、农村生活方式向城镇生活方式的转变等4个方面的内容。因此，可从人口城镇化、经济城镇化、空间城镇化、社会城镇化等4个方面对城镇化发展水平进行评价。评价指标的选取遵循可比性、可获得性、合理性等原则，共12项，全部为正向指标(表2)。

1.2.2 生态环境评价指标体系 生态环境是与人的生存发展直接相关的环境，主要包括大气、水、土壤、矿产、动植物等要素。PSR(pressure-state-response)即“压力-状态-响应”模型，由Friend等学者于20世纪70年代末提出，经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNEP)于20世纪80年代末共同发展起来，是常用于研究生态环境问题的框架指标体系[16]。根据PSR模型，本研究将生态环境水平评价指标体系分为压力、状态、响应3个层次共9项指标，指标选取遵循可比性、可获得性、客观性等原则，其中人均工业废水排放量、人均工业二氧化硫排放量、人均工业烟(粉)尘排放量等3项指标为逆向指标，其余为正向指标(表3)。

表1 中国19个城市群及其空间范围

表2 城镇化水平评价指标体系

表3 生态环境水平评价指标体系

2 城市群城镇化与生态环境耦合协调关系分析

2.1 数据来源及标准化处理

本研究各城市的数据主要来源于《中国城市统计年鉴》(2016年)；由于少部分城市的数据在《中国城市统计年鉴》中没有收集，所以数据采集于这些城市所在省份的统计年鉴或政府官网；对于极少数确实采集不到的城市数据，则用该城市所在省份数据的均值替代。各城市群相关指标的数据由其所包含城市的数据经计算所得。

考虑到评价指标体系各指标的单位不一致，不能统一计算，利用极差标准化公式对指标进行标准化处理。对于正向指标，公式为uij=xij=min(xij)/max(xij)-min(xij)，对于逆向指标，公式为uij=max(xij)-xij/max(xij)-min(xij)，其中，uij表示指标标准化值，取值在[0，1]范围内；xij表示指标原始值；max(xij)表示指标最大原始值；min(xij)表示指标最小原始值。

2.2 城镇化及生态环境水平的计算

城镇化及生态环境是2个相互独立、相互影响的子系统，可用以下公式计算两者的发展水平指数：

(1)

为避免主观因素造成计算误差，本研究使用客观赋权法计算各指标的权重。考虑到每种客观赋权法都有一定的局限性，为了降低使用单一赋权法所带来的差异性，分别使用熵值法、变异系数法、CRITIC法等3种方法计算各指标的权重，再计算3种权重的算术平均值，得到综合权重作为各指标的最终权重λj(表2、表3)。

2.3 分析模型

2.3.1 耦合度模型 耦合是2个或2个以上系统之间相互作用、相互影响的现象。耦合度是系统间相互影响、相互依赖的程度。耦合度模型为[10]：

Cn={(U1,U2,…,Un/[∏(Ui+Uj)]}1/n。

(2)

系统间的耦合关系具有较大的相似性，耦合度模型也可以用于衡量城镇化与生态环境的交互耦合关系，即：

C={(U1·U2)/[(U1+U2)×(U1+U2)]}1/2。

(3)

式中：C表示耦合度；U1，U2分别表示城镇化、生态环境的发展水平指数，由模型可知，0≤C≤1，耦合度数值越大，表示协调发展状态越好；反之，耦合度数值越小，表示协调发展状态越差。根据耦合度大小，可以将城镇化与生态环境的关系分为以下阶段[6，12](表4)。

表4 城镇化与生态环境各耦合阶段关系特征

2.3.2 协调发展度模型 当2个系统均处于较低发展水平时，运用耦合度模型计算可能会得到这2个系统协调发展度较高的结果，造成与实际情况不符[17-18]。为解决上述问题，采用协调发展度模型计算城镇化与生态环境的协调发展度，即：

(4)

式中：H表示协调发展度；C表示耦合度；I表示城镇化与生态环境发展的综合评价指数，I=aU1+bU2，a、b为权数，分别为城镇化与生态环境的贡献程度。考虑到城镇化与生态环境的同等重要程度，确定权数a、b均取值0.5。由模型可知，I的取值也在[0，1]范围内。根据协调发展度H的大小以及城镇化与生态环境发展水平的比较，可将城镇化与生态环境的耦合协调类型分为4种类型，12个子类型[19-20](表5)。

表5 城镇化与生态环境耦合协调发展类型

2.4 结果分析

运用公式(3)和公式(4)计算中国19个城市群2015年城镇化与生态环境的耦合度及协调发展度，并对照相应的耦合协调发展类型(表6)。可见中国19个城市群城镇化与生态环境的耦合度介于0.347～0.500之间，均处于耦合发展的拮抗阶段。该阶段城镇化发展迅速，需要大量的资源、能源、资金作为支撑，生态环境逐渐被破坏，承载能力不断下降；其中10个城市群的耦合度超过4.9，说明一半以上的城市群已经偏向城镇化与生态环境良性耦合的磨合阶段。从整体上看，19个城市群的城镇化与生态环境耦合度依然处于较低的水平，离良好的耦合阶段仍有一定差距，远没有达到高水平的耦合阶段。

表6 2015年中国城市群城镇化与生态环境耦合协调发展类型

从协调发展度及对应的协调发展类型看，中国19个城市群城镇化与生态环境的协调发展度介于0.302～0.611之间，3个城市群达到高度协调耦合，占15.79%，13个城市群为中度协调耦合，占68.42%，3个城市群为低度协调耦合，占 15.79%，没有城市群达到极度协调耦合。首先，高度协调耦合类型方面，珠三角城市群城镇化与生态环境发展水平的差距小于0.1，达到高度协调耦合，是19个城市群中城镇化与生态环境协调发展最好的城市群。长三角城市群虽然也属于高度协调耦合类型，但生态环境发展滞后于城镇化发展，在今后的发展过程中要更加重视生态环境的保护与建设。天山北坡城市群城镇化与生态环境均达到较高的发展水平，在19个城市群中排名前五，虽然生态环境发展相对滞后，也属于高度协调耦合类型。原因可能在于城镇化及生态环境发展水平的评价大多选用了人均指标，天山北坡城市群人口规模相对较小，2015年末人口仅为525万人，与长三角1.3亿的人口规模不能相提并论，尽管总量指标值不高，但人均指标值较高。事实上，天山北坡城市群整体经济实力仍处于较低水平，今后既要加快城镇化的发展，也要注重生态环境的保护。3个高度协调耦合类型的城市群中，东部地区占2个，说明东部地区城市群城镇化及生态环境均发展较成熟，两者的协调耦合发展处于相对较高的水平。其次，中度协调耦合类型方面，京津冀、长江中游、山西中部、关中平原、宁夏沿黄等5个城市群城镇化及生态环境发展水平差距小于0.1，发展较均衡，达到中度协调耦合，在今后的发展中要保持这样的均衡发展，争取达到更高水平的协调耦合类型。海峡西岸、山东半岛、中原、哈长、滇中、兰西等6个城市群城镇化与生态环境为中度协调耦合-城镇化滞后型，城镇化发展还有很大的潜力和提升空间，今后的发展应在生态环境的承载力范围内，着力提高城镇化水平。辽中南、呼包鄂榆城市群城镇化与生态环境为中度协调耦合-生态环境滞后型，城镇化发展超过了生态环境的承载能力，在今后的发展中应更加注重生态环境的保护与修复。最后，低度协调耦合类型方面，北部湾、成渝、黔中等3个城市群城镇化与生态环境属于低度协调耦合-城镇化受阻类型，3个城市群的城镇化发展水平在19个城市群中排名最后3位，处于最低水平，城镇化发展对生态环境没有造成太大的影响，远未达到生态环境的承载能力极限。在今后的发展中最主要的任务是利用好生态环境的优势，加快城镇化发展进程，缩小与其他地区的差距，提高城镇化与生态环境的协调发展水平。

3 结论与讨论

本试验以中国19个城市群为研究单元，通过建立评价指标体系以及耦合协调模型对2015年城市群城镇化与生态环境的耦合关系进行对比分析。结果表明，19个城市群城镇化与生态环境的耦合度介于0.347～0.500之间，均处于耦合发展的拮抗阶段，仍然处于较低的协调发展水平；19个城市群城镇化与生态环境包括高度、中度、低度3种耦合协调发展类型，分别占15.79%、68.42%、15.79%，呈两头小、中间大的橄榄型结构；19个城市群城镇化与生态环境耦合协调发展的地区差异明显，表现为东部地区>中部地区>西部地区。该结论既可以为政府制定城市群可持续发展政策提供参考依据，也可以为城市群各城市间加强合作，共同促进城市群城镇化与生态环境的协调发展提供决策指导。因数据获取的限制，本研究在评价指标体系的建立方面还可以进一步优化和完善，在提高城镇化与生态环境协调发展水平的对策建议方面还可以更详细、更具体，这有待今后进行更加深入的研究。