昌吉州城镇化与生态安全协调关系研究

李艳艳 ，高敏华 *，孜比布拉·司马义 , ，吴晓燕 ，郝靖宇 ，汪丽娟

(新疆大学 a. 资源与环境科学学院；b. 绿洲生态教育部重点实验室；c. 智慧城市与环境建模普通高校重点实验室，乌鲁木齐 830046)

当前，我国城镇化加速推进，城市经济快速发展，综合国力不断提升.伴随着城镇化进程的推进，城市居住空间日趋紧张，城市交通拥堵、环境污染加剧等问题日益凸显[1].这一系列问题将严重影响城镇化的健康有序发展.与此同时，我国正加快推进实施新型城镇化发展战略，在国家“一带一路”总体战略下，北疆地区迎来了一个重要的发展阶段.党的十九大报告，强调未来中国特色社会主义的发展必须坚持人与自然和谐共生，并指出建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，提出了绿水青山就是金山银山的发展理念，将我国生态文明建设理念进一步深化.因此，城镇化与生态安全的和谐发展符合我国生态文明建设的基本要求，是社会发展的必然趋势.

国外对城镇化与生态安全的研究主要涉及城市扩张对土地资源的影响[2]、可持续发展的城市研究[3]、城镇化可持续发展的影响因素[4]、城镇化与热岛效应的关系[5]等；国内对城镇化与生态安全的研究主要有影响机制[6]、演变趋势[7-8]、动态情景模拟[9]、路径建议[10-11]等.

新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州是“丝绸之路”经济带核心区的重要组成部分，全州森林覆盖率为13.6%，退耕还林面积达2 万公顷，完成人工造林面积1.5 万公顷，空气质量优良达标率较高，三废处理率也在不断地提高.对昌吉州城镇化与生态安全协调发展的研究是一个十分重要的课题.本文主要研究昌吉州城镇化与生态安全中存在的问题，以期为突破资源环境的瓶颈制约、促进社会经济可持续发展提供参考.

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

昌吉回族自治州简称为昌吉州，州府城市昌吉市.昌吉州地处天山北麓，准噶尔盆地东南缘，经纬度介于 43°20′～45°00′N，85°17～′91°32′E，东西长541 km，南北宽285 km，总面积7.39万km2，辖2 个县级市、4 个县、1 个自治县，见图1.

图1 研究区位示意

昌吉州北与塔城、阿勒泰地区接壤；南与吐鲁番地区、巴音郭楞蒙古自治州毗邻；西接石河子市；东临哈密地区；东北与蒙古国交界，从东、西、北三面环抱乌鲁木齐市.其地势南高北低，由东南向西北倾斜，北部为沙漠盆地，中部为冲击平原，南部为天山山地，气候属于典型的大陆性干旱气候.昌吉州曾是古代“丝绸之路”新北道通往中亚、欧洲的必经之路，自古为西域咽喉、北疆屏障，是新疆“丝绸之路”经济带核心区的重要组成部分.2017 年总人口140.6 万，城镇人口占总人口比重46.8%，昌吉州地区生产总值1 220亿元，相较2016 年，第二产业增加值为577.0 亿元，增长了6%，第三产业增加值为401.0 亿元，增长了10.4%.

1.2 数据来源

本研究数据来源于2010―2018 年《中国城市统计年鉴》《新疆统计年鉴》《昌吉州统计年鉴》《昌吉回族自治州环境状况公报》、各市县国民经济与社会发展统计公报及土地利用变更数据等.

1.3 研究方法

1.3.1 建立评价指标体系

城镇化是一个多因素综合作用的过程，根据其内涵和发展过程主要为4 个方面：人口城镇化；土地城镇化；经济城镇化；社会城镇化.本文选取了主要表征城镇化的19 个要素，见表1.在构建生态安全评价指标体系的过程中，共选取了具有代表性的28 个指标，其中包含3 个代表资源环境压力的指标；5 个代表社会压力的指标；5 个代表资源环境状况的指标；5 个代表社会状况的指标；6 个代表资源环境响应的指标；4 个代表社会响应的指标，见表1.

1.3.2 确定指标权重

选择熵值法和变异系数法相结合的方法，得到均值综合权重.

1)极差标准化处理：

表1 昌吉州城镇化与生态安全评价指标体系和权重

1.3.3 改进的 TOPSIS 法

针对传统 TOPSIS 法[12-13]的不足，本文对其进行了改进.方法如下：1)采用变异系数法与熵权法相结合的方法测算指标的权重；2)用Kullback Leibler (KL)距离来代替欧式距离.

①建立规范化的决策矩阵：

1.3.4 耦合协调模型的建立

耦合协调[14-16]是指2 个或2 个以上的要素或系统相互作用、相互影响，彼此达到协调的现象.

其中， f ( x) 为城镇化贴近度； g ( x) 为生态安全贴近度；C 为耦合度；T 为发展度；D 为协调度；k为调节系数，一般取2≤k≤5，本文取k=2；α 和β为待定系数(即贡献率)，考虑到城镇化和生态安全对城市发展的贡献率同等重要，因此选取α=β=1/2.

借鉴文献[14-15, 17-19]，根据昌吉州的实际情况，城镇化指数、生态安全指数和协调度大小的不同，将昌吉州城镇化与生态安全协调发展类型分为6 类，再根据城镇化指数与生态安全指数差值大小，将城市发展类型分为3 类，见表2.

表2 城镇化与生态安全协调发展类型和城市发展类型

2 结果与分析

2.1 昌吉州城镇化与生态安全时序协调分析

选取昌吉州 2009—2017 年典型代表城镇化与生态安全共计 47 个指标数据，经计算得到2009—2017 年昌吉州城镇化指数、生态安全指数以及两者的协调度(见表3 和图1).

表3 2009—2017 年昌吉州城镇化指数、生态安全指数、协调度和协调发展类型

1)2009—2017 年，昌吉州城镇化水平不断提高.城镇化指数从2009年的0.278 3，增加到2017年的0.481 1，其中2012 年城镇化水平发展到一个异常高值0.527 6.在城镇化发展过程中，非农业人口不断增加，从2009 年489 298 万人增加到2017 年507 993 万人，增长率达3.8%.国土空间资源不断优化，城区面积、建成区面积和城市建设用地面积不断地增加，增长率分别为62.91%，103.53%和64.38%.城市基础水平设施和服务投资力度不断加大，医疗卫生机构中病床数不断增加，从2009 年的6 047 张增加到2017 年的8 057张；科学研究和技术服务投资额度不断加大，投资额度从2009 年的47 943 万元增加到2017 年的112 929 万元.总体来看，其城镇化发展水平仍处于中等偏下水平.

图1 2009—2017 年昌吉州城镇化与生态安全指数及协调度

2)生态安全出现 2 个阶段变化趋势.2009—2011 年，生态安全水平出现下降的趋势，生态安全指数从2009 年的0.381 8，下降到2011年的0.184 1，这一阶段，资源环境压力不断增大，三废排放量不断地增加是影响生态安全的最主要因素；2011—2017 年，生态安全水平出现不断波动上升的变化趋势，2016 年生态安全指数达到最大，其值为0.524 8，这一阶段，资源环境压力、社会压力、资源环境状况、社会状况、资源环境响应和社会响应之间的不平衡性，导致了生态安全出现波动的变化趋势.总体来看，生态安全向良好的趋势发展.

3)城镇化指数与生态安全指数的协调程度较低.协调度在 0.493 8～0.693 7 之间波动变化，2016 年协调度达到最大值，其值为0.693 7.协调发展类型经历了由转型发展—磨合发展—转型发展的转变，城市发展类型经历了城镇化滞后—同步型—生态安全滞后型—同步型—生态安全滞后型—城镇化滞后型—同步型的不断探索.总体来看，2013 年以后协调发展类型仍为转型发展阶段，但协调度不断地提升，2017 年以后有向中度协调转变的趋势.

2.2 昌吉州县域空间可视化协调分析

针对昌吉州市县城镇化与生态安全，得到昌吉州2 市5 县的城镇化指数、生态安全指数、协调度、协调发展类型和城市发展类型(见表4 和图2)，并由此对2009 年和2017 年进行截面的空间可视化分析.

表4 2009 年和2017 年昌吉州各县市城镇化指数、生态安全指数以及协调度

图2 2009 年和2017 年昌吉州城镇化与生态安全协调发展类型和城市发展类型空间可视图

2009 年昌吉州属于转型发展—城镇化滞后型，在空间上存在明显的“一心两翼”空间特征：即以昌吉市城镇化与生态安全的高度协调—同步型为中心；以外围的阜康市、吉木萨尔县、奇台县、呼图壁县和玛纳斯县均处于磨合发展—城镇化滞后型和木垒县处于基本不协调—城镇化滞后型为两翼.

2009 年昌吉市的城镇化水平最高，其值为0.860 3，其余各县的城镇化水平都较低，其中，木垒县的城镇化水平最低为 0.097 2.2009 年昌吉州处于缓慢发展时期，昌吉市作为昌吉州的首府城市，随着西部大开发战略的实施，经济得到了进一步的发展，城市交通网络不断发展，城乡间的联系不断加强，城市基础设施不断完善，城市间的主体功能区不断完备，尤其是乌昌一体化进程的加快，再加上乌鲁木齐市和克拉玛依市的辐射带动作用，其发展势头良好，城镇化水平高于其他各县市.木垒县是位于昌吉州的边远小县，经济发展相对落后，基础设施不完善，社会环境较差，交通体系不完善，加之其属于少数民族县，农业人口占比重高以及教育医疗条件不完善等导致其城镇化水平最低.

昌吉市的生态安全指数最高，其值为0.799 1，其余各市县的生态安全指数较低，其中，木垒县的生态安全水平最低，其值0.154 9.一方面，昌吉市所处的地理位置较为优越，资源较为丰富；另一方面，昌吉市积极响应党的号召，树立了生态文明的意识.2009 年全球生态安全合作正式启动，昌吉市空气质量优良率达到 88.7%，三废处理率也较高，其积极响应号召，面对生态安全的压力和状态，在资源环境和社会经济方面积极做出了改变.木垒县生态安全意识较弱，在采取措施方面不到位，生态安全水平低.

由图2 可知，2017 年昌吉州仍以高度协调发展—同步型昌吉市为中心；阜康市和奇台县的发展类型得到提高，由原来的磨合发展—城镇化滞后型转变为转型发展—城镇化滞后型，该类型的城市在发展过程中，找到了属于自己的独特城市发展模式；呼图壁县的发展类型由原来的磨合发展—城镇化滞后型降低为现在的基本不协调—城镇化滞后型，该类型的城市在发展过程中，城镇化水平和生态安全的承载力都较低，由于资源环境压力和社会压力对城市的威胁小，城镇化发展未对生态安全产生威胁，使该类型的城市为城镇化滞后型，城市发展仍处于探索阶段.因此，在不破坏生态安全的前提下，该类型城市应该加大城镇化的建设力度；玛纳斯县和吉木萨尔县仍保持原来的磨合发展—城镇化滞后型；木垒县仍保持原来的基本不协调—城镇化滞后型，在该类型城市发展中，要不断地提高城镇化发展水平、经济以及社会的承载力、科教文卫的投资力度、基础设施服务水平以及建立健全公共服务体系，合理优化国土资源承载力度.

3 结论与讨论

3.1 结论

2009—2017 年，昌吉州城镇化水平不断提高，其中，2012 年城镇化水平发展到一个异常高值为0.527 6；生态安全水平出现2 个阶段的变化趋势，2009—2011 年出现下降的趋势；2011—2017 年，生态安全指数水平出现不断波动上升的变化趋势；城镇化指数与生态安全指数的协调程度较低，出现不断波动的变化；协调发展类型经历了由转型发展—磨合发展—转型发展的转变，城市发展类型经历了城镇化滞后—同步型—生态安全滞后型—同步型—生态安全滞后型—城镇化滞后型—同步型的不断探索；2009 年和2017 年昌吉州协调发展类型出现明显的空间差异性.

3.2 讨论

由于不同地区不同生态系统之间的差异性，目前，生态安全评价研究没有建立通用的研究体系，现有对生态安全评价体系的建立主要有PSR、DSR、DPSR、PSIR、DPSIR 等.本文将PSR 模型和资源环境以及社会的压力、状态和响应结合起来，建立了资源环境压力、社会压力、资源环境状态、社会状态、资源环境响应和社会响应的评价指标体系.鉴于不同的评价体系的优劣性，在今后的研究中要将不同的研究体系的优点结合起来构建适合研究区的评价指标体系，增加研究结果的准确性.

针对生态安全评价的模型主要有生态足迹模型、景观生态学模型、生态系统服务模型、生态安全预警模型、TOPSIS 法和改进TOPSIS 法，以及RS 和GIS 相结合的方法等，这些模型和方法仍处于探索阶段.本文运用改进的TOPSIS 法计算城镇化与生态安全的贴近度，贴近度越大，代表综合指数越大.改进的TOPSIS 法解决了传统的 TOPSIS 法中欧式距离的不足，增加了结果的可靠性.

昌吉州作为天山北坡经济带的重要组成部分，其城镇化的发展对天山北坡经济带的发展起着至关重要的作用.昌吉州城镇化与生态安全的协调发展类型不断地提高，但其城市发展类型仍处于探索阶段，空间上存在明显的差异性.虽然昌吉州的城镇化发展对其生态安全没有构成威胁，但在今后的发展中，仍应大力追求生态文明前提下的城镇化发展.