西北四省区城镇化与生态环境耦合协调及其驱动因素分析

郭文强，金 梦

(新疆财经大学信息管理学院，新疆 乌鲁木齐 830012)

城镇化的本质是经济、社会、人口和空间结构变化的复杂过程，是一个国家或地区实现工业化和现代化的必经之路[1]．1978年12月，我国实行改革开放政策，经济由此得到飞速发展，城镇化进程也不断加快．1978—2019年，我国城镇化率从17.9%增长至60.6%．在城镇化进程不断加快的过程中，人口集聚所造成的水、土以及空气污染等环境破坏问题日益凸显，严重超过了环境的承载能力．面对这一系列问题，党的十八大明确提出“新型城镇化”，并指出城镇化不再单纯是城市规模扩大和人口数量增加，而是以人为核心的城镇化，实现可持续发展的城镇化．2014年3月，国家新型城镇化规划(2014—2020年)进一步指出资源环境制约着城镇化的发展，以牺牲生态环境为代价的城镇化发展模式不可取．十九大报告提出要建立人与自然和谐共生的现代化．在此情形下，研究城镇化与环境之间如何协同发展，开展两者之间的耦合研究，已成为学术界的研究热点和难点．

西方发达国家对此研究较早，霍华德[2]指出要协调城市与生态环境的关系，即“田园城市”理论．直至20世纪50年代，才开始以专项论题来研究城镇化与生态环境的关系[3]．David等[4]提出PSR模型，随后，OECD、UNEP指出从“压力-状态-响应”的角度测度和分析全球环境与人类活动的关系[5]．Grossman等[6]提出了Environment Kuznets Curve，该曲线描述了城市经济水平与生态环境质量之间呈现倒“U”型演变规律．此后OECD[7]提出脱钩理论，指出经济的发展对环境所造成的压力可能会先增大到一个最大值后下降．国内研究较晚，研究内容主要从城镇化与生态环境的耦合机制与规律[8]、耦合关系[9]、耦合分析与预测[10-11]、耦合的时空格局[12]和影响因素分析[13]等方面进行研究．研究方法主要包括耦合协调度分析、空间自相关、地理探测器、系统动力学模型、灰色关联分析等．例如,杨亮洁等[14]运用耦合协调模型、脱钩模型，象限分析等方法对成渝城市群城镇化与生态环境交互作用类型、演化路径进行研究;任亚文等[15]建立长江经济带三大城市群空间自相关模型，并运用地理探测器对不同城市城镇化与生态环境之间耦合的关键因素的差异进行分析;吉婷婷等[16]以江淮生态大走廊为对象，建立耦合协调模型探究其城市化与生态环境耦合现状，同时运用灰色关联分析法找出其影响因素,研究范围主要是全国[17]、中部地区[18]、黄河流域[19]、长江经济带[20]、京津冀[21]以及各个省[22]或地级市、县[23-24]等．

经过梳理可知，研究区域主要集中在经济较发达地区，而对西北地区研究匮乏．目前，城镇化与生态环境在耦合关系、耦合规律以及时空差异方面研究颇丰，但对其耦合水平的驱动因素研究不足．故文中以新疆、宁夏、青海和甘肃四省区为研究对象，研究该地区城镇化与生态环境耦合水平及地区差异，进一步运用随机效应面板Tobit模型来探讨相关因素对二者耦合水平的影响程度．

1 研究区概况

西北四省区是我国畜牧业基地，拥有煤炭、石油、铁等丰富的矿产资源且地理位置极其重要，是丝绸之路经济带的核心地区，面积约287.94×104km2(新疆维吾尔自治区概况．新疆维吾尔自治区人民政府网，地理地貌．甘肃省人民政府，青海省总体概况．青海省人民政府，宁夏概况．宁夏回族自治区人民政府)，约占全国面积的29.99%(2020年《中国统计年鉴》)．全区以高原、沙漠、盆地、山地等地形为主，由于深居内陆，有高山与高原阻拦，且距海遥远，致使其降水量常年稀少，该区多属于大陆性干旱和半干旱气候以及高寒气候且气温有很大的日较差和年较差．2019年，全区人口总量6 473万人，城镇人口3 346万人，人口城镇化率51.69%，低于全国60.60%的城镇化水平；全区GDP总量29 029.84亿元，人均GDP为44 847.58元，比全国平均水平低36.74%(2020年《中国统计年鉴》)．全区城镇化水平较低，经济相对落后，我国高度重视西部地区发展，从1996年东西扶贫协作战略到2000年西部大开发战略，再到成为丝绸之路经济带核心区，城镇化水平加速提升给四省区生态环境带来破坏，故应加强生态环境的保护，以确保城镇化与环境协调共进．

2 研究方法和数据来源

2.1 数据来源

文中数据源于2011—2020年《中国统计年鉴》、《宁夏统计年鉴》、《甘肃发展年鉴》、《新疆统计年鉴》、《青海统计年鉴》以及2010—2019年各省区的国民经济与社会发展统计公报．

2.2 构建指标体系

采用熵值法计算四省区各指标权重，由于四省区权重数值过多，这里没有呈现．借鉴前人成果[25-27]，并结合全区实际情况，同时考虑科学性、全面性以及数据能否准确获取等因素，选取GDP、城镇化率等12项指标来反映经济、人口、空间和社会城镇化水平以及各省份的综合城镇化水平；选取烟(粉)尘排放量、生活垃圾清运量等9项指标来反映生态环境状态、压力和响应水平，具体如表1所示．

表1 城镇化与生态环境协调发展评价指标体系Tab 1 Evaluation index system of coordinated developmentof urbanization and eco-environment

2.3 研究方法

为更加科学且全面的评价西北四省区城镇化与生态环境的耦合水平，按计算顺序，研究所用模型依次为：极差法、熵值法、综合指数法、耦合度与耦合协调度模型以及相对发展模型，具体的计算公式[28]162和模型释义如下：

极差法：正向指标

(1)

负向指标

(2)

其中，Zi为标准值；Xi为第i个指标在10年中的初始值；maxXi,minXi为第i个指标在10个初始值中最大、最小值．

熵值法：

其中，Pij为第j个指标在第i年的占比;Ej,Wj为第j个指标的熵、权重;(3)式Zj加上0.01是为了避免分母为零而导致Pij无意义的情况．

综合发展指数：

其中，Ui,Ei分别为第i年城镇化、生态环境综合功效．

耦合度：

(8)

Ci为耦合度，C∈[0，1]．C∈[0，0.3]为低水平耦合；C∈(0.3，0.5]为拮抗状态；C∈(0.5，0.8]为磨合状态；C∈(0.8，1]为高水平耦合．变化(8)式是由于文中只有两个系统，故只列出两系统情况下的计算公式．

耦合协调度：

相对发展模型：

其中，γ为相对发展度.γ∈(0，0.9]为城镇化滞后；γ∈(0.9，1.1]为两者同步发展；γ∈(1.1，+∞)为城镇化超前．

3 结果分析

3.1 综合发展水平的时序特征

将标准化后的数据代入熵值法公式，得到各指标权重，再运用综合发展指数公式计算得四省区10年间各项指标的Ui与Ei，为使结果清晰可见，将其绘制成图1和图2．从图1可以看出，2010—2019年，四省区城镇化发展水平偏低，但总体上保持不断上升的状态，可知四省区经济发展相对落后，城镇化水平仍有待提升．2010年，宁夏的城镇化水平最低，其次到甘肃和新疆，青海的城镇化水平最高，其中甘肃和新疆的城镇化水平非常接近，二者仅差0.0008；此后6年，各省份城镇化水平快速提升，增长速率从大到小依次为宁夏、甘肃、新疆、青海；最后4年，新疆的城镇化水平突飞猛进，由2016年的位列第三发展到2019年位居第一，青海城镇化速率较快，4年间由第四发展到第二，甘肃在2016—2019年虽持续增长，但趋势稳定，由2016年位列第二发展到2019年位居第三，宁夏的城镇化增长速率最慢，由第一发展成第四．从图2可以看出，2010—2019年，四省区生态环境水平在不同程度上均得到改善，但改善的程度不高，这是由于西北地区气候条件较差，生态环境本身比较脆弱，加上城镇化的发展对其造成的压力，致使生态环境在短时间内难以得到有效提升．2010—2019年，甘肃的生态环境得到持续改善，且在2019年位居第一，青海和宁夏的生态环境呈波动发展趋势，波动幅度稍大，2019年分别位居第二和第三，新疆生态环境在2010—2013年不断下降，随后6年虽一直提升，但2019年生态环境水平位居最末．

图1 城镇化综合评价指数Fig 1 Comprehensive evaluation index of urbanization

图2 生态环境综合评价指数Fig 2 Comprehensive evaluation index of eco-environment

根据Ui与Ei值可得相对发展度，结果如表2所示，结合(11)式，从纵向来看，甘肃2010—2012年属于城镇化滞后型，2013年城镇化与生态环境同步发展，2014—2016年城镇化超前，生态环境滞后，为推进城镇化进程，同时遵循客观规律，2014年甘肃省颁布《甘肃省新型城镇化规划(2014—2020年)》，使得2017—2019，城镇化与生态环境一直同步发展；宁夏除2011年外，在2010—2013年属于城镇化滞后型，2014年二者同步发展，2015—2019年，在城镇化超前，同步发展，城镇化滞后三种类型中交替发展，说明宁夏生态环境与城镇化发展不协调；除2010年外，青海省在前5年属于城镇化滞后型，而此后5年，除2016年，其生态环境滞后于城镇化；新疆在2010—2013年城镇化滞后于生态环境，随后6年除2014和2016年二者同步发展，其余年份生态环境滞后于城镇化水平．从纵向来看各省份从2010—2013年，除宁夏在2011年有变动，其余各省均为城镇化滞后型；2013年甘肃首先处于同步发展状态，2014年甘肃属于城镇化超前，宁夏与新疆的城镇化和生态环境同步发展，青海为城镇化滞后型；2014年后各省份相对发展类型虽有变动，但大多以城镇化超前为主，这说明西北地区城镇化发展速度过快，对环境保护的支撑力度不足．

表2 相对发展度Tab 2 Relative development degree

3.2 城镇化子系统分析比较

各系统分指数的计算与综合发展水平计算方式相似，计算结果如图3．由图3可知，从经济城镇化角度来看，四省区均呈不同程度的波动上升趋势，其中甘肃波动最大且多数年份位居首位；青海波动幅度最小，2010—2016年波动上升至峰值，随后小幅波动下降，且在2019年处于最末水平；新疆与宁夏的发展态势相近，呈相对平稳的上升状态，总体来看，10年间甘肃发展水平最高，主要源于其GDP以及工业增加值等较高促进了经济发展，随后为新疆、宁夏、青海．西北四省区人口城镇化水平增长趋势一致，但总体水平偏低，说明西北地区地广人稀，各省份应当注重产业升级和多元发展，颁布优势政策，吸引人口往西部流动．从空间城镇化角度来看，在2017年以前，青海的空间城镇化水平最低，然后到新疆和甘肃，宁夏最高，这主要源于6年间宁夏城镇化水平增长速率高于其他三省，青海的速率最低，宁夏城镇化快速发展使得人口集中且用地相对紧张同时对环境也造成一定的压力，使得宁夏在未来4年空间城镇化发展减缓，其余各省由于发展速率前期偏低，故加快城镇化进程，外加丝绸之路经济带的提出，使得三省空间城镇化得到发展，且青海发展最快．从社会城镇化角度来看，10年间，新疆大体位居第一，青海次之，然后到甘肃和宁夏，主要因为教育、医疗以及基础设施等社会资源本身就存在区域差异，且新疆普通高等学校在校人数以及社会消费品零售总额在10年间均较高．由此可见应当从社会和经济两方面重点突破，注重增加社会福利以及改善人民的生活水平，不断提升居民可支配收入从而提升西北地区城镇化水平．

图3 城镇化子系统分指数Fig 3 Sub-index of urbanization subsystem

3.3 生态环境子系统分析比较

文中从生态环境状态、压力和响应三个角度来分析四省区生态环境现状，从图4可知，生态环境状态在10年中一直处于波动上升状态，在2010—2014年，生态环境状态水平大致在0.02附近上下浮动，2015—2017年生态状况为：新疆>宁夏>甘肃>青海，随后两年，宁夏的生态状况改善效果明显，位居首位，其次为新疆，青海和甘肃，这是由于宁夏建成区绿化覆盖率以及人均公园绿地面积均较高，生态状况得到很好的提升．生态压力方面，前4年，新疆环境压力最大，宁夏最小，这段期间新疆烟粉尘排放量很高，而宁夏偏低；此后3年，四省区环境压力趋同，大致在0.02左右；2017—2019年，甘肃的生态环境压力突然增大，跃居第一，新疆成为压力最小的省份，这说明新疆意识到环境治理的重要性，空气污染物排放显著降低，而甘肃的污染物排放量在2019年高达64.94万吨．迫于环境压力，各省份均采取措施应对环境的恶化，10年间，四省的生态环境响应水平虽浮动较大，但总体处于上升状态，大体上可看出甘肃的响应水平最高，青海与新疆次之，宁夏响应水平最低，这是因为甘肃省有很高的生活垃圾清运量，对垃圾进行无害化处理，处理率在2019年达到100%，并投入大量资金来治理工业污染，同时大面积植树造林等，而宁夏在各方面表现较弱，致使其响应水平总体最低．

图4 生态环境子系统分指数Fig 4 Sub-index of eco-environment subsystem

3.4 耦合度及耦合协调度的时空演变

由(8)～(10)式可得各省区两系统耦合度与协调度，并绘制图5．从图5可知，四省区在2011—2019属于高水平耦合状态，说明各省城镇化与环境彼此之间相互作用很强．自2000年，西部大开发战略的提出，国家投资向西部倾斜，注重教育、基础设施、生态环境以及交通等方面的建设；2010年国家在西部地区发展支线机场，进一步修建陆桥通道以及东西通道的铁路，继续加大对基础设施等的投资；2012年，国务院通过《西部大开发“十二五规划”》，更加注重因地制宜和发挥区域比较优势，突出交通与水利关键环节，注重生态建设，巩固和发展退耕还林还草以及水污染防治，发展特色经济．经过十多年的努力，西部地区在2010年耦合度差异较大，青海超过0.99，新疆为0.74，甘肃最低，仅为0.37，但易看出2011年各省耦合度差异明显缩小，说明两系统关联度愈来愈强.此后各年四省区耦合度大体稳定在0.98左右，从而进入瓶颈期．四省区的协调度在10年间基本处于稳步上升态势，个别年份虽有波动，但幅度不大，且各省耦合协调度值偏低，2019年各省也仅在0.40～0.44之间．近年来，各省区设立生态建设专项资金，对生态进行修复，建立生态补偿机制，实施退耕还林还草，建立天然防护林，水资源污染治理与防护，草原生态保护补助，土地荒漠化修复等工程，大气污染也得到了明显改善，从而夯实了城镇化建设的基础．而随着城镇化持续推进，社会福利不断完善，人口不断集中，产业结构不断优化，经济快速发展，人民生活水平不断提升，从而为环境保护提供强有力的支撑．基于此，城镇化与生态环境的耦合协调度水平一直稳步上升．而由于西北地区环境本身相对脆弱，城镇化虽得到发展，但与东部相比仍相差较大，故其耦合协调度值总体偏低．

图5 耦合度及耦合协调度时序演化Fig 5 Temporal evolution of coupling degree andcoupling coordination degree

根据D的等级划分可知，2010—2012年四省区均为初级协调等级，这说明各省区的城镇化与生态环境协调状态起点不佳，城镇化发展速度缓慢．2013年，宁夏首先迈入中级协调状态，2014年，青海也进入中级协调行列，2015年，宁夏与青海返回初级协调状态，这是因为2015年，宁夏与青海生态环境遭到破坏，生态环境综合水平下降幅度大，难以承受城镇化的发展速度，使得两系统协调等级有所回落，而此时新疆首次迈入中级协调行列．2016年，四省区均进入中级协调等级，耦合协调度在未来3年虽一直增加，但始终未突破中级协调进入中高级协调队列，这说明4省区两系统的协调度在不断改善，但受到偏低的城镇化和生态环境水平的制约，一直未能向更理想的状态发展．

3.5 耦合协调度动因分析

3.5.1 选取变量 借鉴前人研究[28-29]，并结合四省区实情，选择对外开放度(open)、工业化水平(indu)、科技投入(tech)、政府能力(gov)、产业结构(stru)为研究对象，探讨各指标对四省区两系统耦合协调度的影响机制，相关指标解释见表3．

表3 耦合协调度动力因素表Tab 3 Dynamic factors of coupling and coordination degree

四省区D∈[0，1]，因变量受到限制，符合Tobit回归条件．本次研究选择随机效应面板Tobit模型，与传统Tobit模型相比，其可得一致估计的结果．模型如下：

其中，i和t为四省区和年份;c为常数项；εit为随机扰动项.使用Stata 16做上文所述的回归，可得表4．

表4 回归结果Tab 4 Regression results

3.5.2 结果分析 由表5可知对外开放度和工业化水平对西北四省区的影响不显著，科技投入、政府能力以及产业结构均通过了1%的显著性检验，变量tech、gov和stru的回归系数分别为0.105、0.004和0.002，可知三者均可推动四省区城镇化与环境的协调发展．首先，这说明科技进步与创新能改善人民生活水平，加速城镇化进程，同时可不断提升能源的利用效率，减少不必要的损耗，从而降低对生态环境的破坏和扰动；其次，各省区在依靠市场对资源进行配置的同时，还要充分发挥好政府在市场中的宏观调控作用，提高资源利用效率，避免资源浪费，从而缩小与发达地区的差距，促进各省区协调发展；最后，推进产业转型升级，发展二三产业，不断优化产业结构，对工业进行升级改造，大力发展旅游等服务行业，可推进经济发展，为西北四省区的城镇化发展提供动力．

4 结论与政策建议

4.1 结论

文中研究借助物理学中耦合概念，运用耦合模型与Tobit模型定量分析了四省区两系统耦合现状及其驱动因素情况，结论如下：

1)四省区城镇化与生态环境的综合水平总体发展趋势向好，但水平偏低，在研究初期均为城镇化滞后型，研究期间，除青海外，其他三省区均有同步发展阶段，研究期末，青海、宁夏和新疆三省区属于城镇化超前，而甘肃处于同步发展时期．

2)四省区城镇化子系统的分指数表现为不同程度的波动上升趋势，但数值不高；环境子系统中，状态子系统分指数呈波动上升趋势，压力子系统中除新疆的生态压力波动下降外，甘肃、宁夏和青海对环境的压力均有增加，研究期内，四省区响应程度从大到小大体为甘肃>青海>新疆>宁夏．

3)四省区耦合度在2010年差距较大，2011年明显减小，此后，耦合度值基本维持在0.98左右，处于高水平耦合状态，从而进入瓶颈期．各省区的耦合协调度在个别年份虽有轻微波动，但仍处于上升态势，在2019年各省区均超过0.4，但未突破0.5．

4)对外开放度、工业化水平未通过显著性检验，科技投入、政府能力和产业结构三者均通过1%显著性检验，且科技投入的回归系数大于政府能力与产业结构之和，这说明科技投入、政府能力以及产业结构对四省区两系统的耦合协调发展起到积极作用，且科技投入的作用更加显著．

4.2 政策建议

西北地区城镇化与生态环境水平多年来一直落后于全国平均水平，为促进西部地区发展，缩小与东部地区差距，文中提出以下几点建议.

1)西北四省区应当牢牢抓住丝绸之路核心区的战略优势，加速产业转型升级，不断优化产业结构，因地制宜发展地方特色产业，实现农业现代化，推进畜牧业产业化和品牌化从而为二、三产业提供强有力的支撑；依托丰富的矿产资源，摒弃传统粗放式开发方式，采用先进技术，以市场为导向，有组织有计划进行开采，走规模化道路；充分利用旅游资源，发展绿色旅游产业，完善地方交通运输、教育、邮电、卫生等基础设施的建设，从而稳步推进城镇化进程．

2)西北地区虽地大物博，但以破坏环境为代价来拉动经济的方式不可取．首先要转变人们的思维方式，培养环保意识，明确绿水青山就是金山银山，地方政府应当鼓励各企事业单位，学校等定期组织环保志愿活动，在全社会宣传保护环境的重要性，使得环保理念深入人心；其次，四省区应当积极落实与环保相关的法律法规，明确责权，严格惩治破坏生态的生产行为，对环境保护作出突出贡献的企业作出褒扬；最后建立生态补偿机制，整顿四省区主要环境问题，加大环保投资力度，竭力做到水资源污染、大气污染、土地荒漠化等突出问题同防同治．

3)城镇化与生态环境是两个彼此相互依赖，相互促进的系统，西部地区在发展的同时可借鉴东部发达地区的成功经验，地方政府彼此互相交流学习，同时充分挖掘自身优势，打造特色平台，吸引更多人才流入西部，为西部做出贡献．