城市群城鎮化與生態環境的耦合 與響應關系

茍露峰 楊思維

[摘 要]運用耦合協調度模型對山東半島城市群17市的城鎮化與生態環境耦合度特征展開分析，并運用響應指數和響應度模型對17市城鎮化的生態環境響應關系進行實證研究。研究結果表明：（1）山東半島城市群17市城鎮化與生態環境的總體協調發展水平較低，根據耦合協調度測算結果，山東半島城市群17市城鎮化與生態環境耦合協調關系可劃分為協調、低度協調、中度失調三種類型；（2）濟南、青島、東營和威海4市城鎮化的生態環境響應指數為“負響應”，其城鎮化水平的提升對生態環境的改善具有積極作用，其余城市響應指數為“正響應”且相對穩定。

[關鍵詞]山東半島城市群；城鎮化；生態環境；耦合協調；響應

[中圖分類號]F291 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-8372（2018）01-0007-06

城市群地區是國家經濟發展的戰略核心區和國家新型城鎮化的主體區[1]。伴隨著全球城鎮化進程的加快，中國已進入城鎮化快速發展的中期階段，但城市群的城鎮化對周圍生態環境造成或現實或潛在的威脅，自然環境的不斷惡化與人類城市環境質量的下降成為世界面臨的兩大難題。如何協調城市群的城鎮化與生態環境的關系問題成為目前學術界和政府決策部門的關注焦點。目前國外的相關研究圍繞理論規劃、實踐指導及揭示二者演進路徑展開。如，Wlter指出通過合理使用自身資源稟賦、提高資源利用效率等途徑來實現城鎮化與生態環境的協調發展[2]；英國學者E Howard試圖用“田園城市理論”來規劃指導城鎮化與生態環境的發展關系[3]；Grossman等實證研究結果表明，隨著城市經濟發展水平的提高，城市生態環境呈現倒“U”型，即著名的環境庫茲涅茨曲線（EKC）[4]。綜合國外研究進展，可以看出國外對城鎮化與生態環境耦合關系的研究相對成熟，已初步形成較為完整的理論體系，但如何實現二者可持續發展的定量研究仍相對缺乏。

國內城鎮化與生態環境關系的研究起步于20世紀80年代，學者們從不同角度對二者關系進行了深入探討。從定性和定量兩個階段來看，馬傳棟等最早就如何實現城市經濟、社會和生態環境三者的協調發展做出了定性分析[5]，隨后學者們從城鎮化與生態環境協調發展的必要性和可行性、城市建設等角度提出了協調二者關系的對策建議[6]。定量研究包括基于市級尺度[7]、省級尺度[8]及全國范圍[9]揭示城鎮化與生態環境協調發展的空間分布及演變規律的成果。綜合來看，國內對城鎮化與生態環境耦合協調關系更為關注，且定量研究居多。存在的不足是極少學者關注城市群內部二者耦合協調關系的研究。城市群作為區域經濟發展的重要載體，其發展質量直接關系到區域經濟和城鎮化的發展質量。因此，對城市群內部城鎮化與生態環境耦合協調關系進行研究，對城市群乃至區域經濟的可持續健康發展至關重要。

山東半島城市群具有較強的發展基礎和潛力，并且與京津冀和長三角城市群有著多通道聯系。《山東半島城市群發展規劃（2016—2030年）》提出將山東半島城市群建設成新亞歐大陸橋東方橋頭堡、黃河流域龍頭城市群以及京津冀和長三角重點聯動區。本文在借鑒相關研究成果的基礎上，以山東半島城市群17個城市為研究對象，構建其城鎮化與生態環境協調發展評價指標體系，研究兩系統的協調發展問題，同時運用響應指數和響應度探討二者互動關系，以期豐富我國城市群城鎮化與生態環境關系領域的研究內容，為山東半島城市群乃至其他城市群城鎮化與生態環境協調發展提供借鑒。

一、城鎮化發展與生態環境水平演化規律

城鎮化發展與生態環境演化存在動態相互作用關系。城市資源稟賦與利用以及生態環境本底是城鎮化發展的基礎與前提，而城鎮化發展則是生態環境演化的重要推動力，兩者之間的互動演化使其構成了一個典型的開放系統。

如圖1所示，在城鎮化發展初期，資源開發強度低，此時城鎮化發展與生態環境演化相互作用程度較弱；隨著城市資源開發強度的加大，大規模的資源利用推動了區域經濟發展，也打破了系統原有的平衡，城鎮化發展對生態環境的脅迫程度明顯增強。城鎮化發展速度超過生態系統自我修復速度將會導致生態環境承載能力下降甚至超過資源環境承載力（A點）。當城鎮化發展水平達到資源環境承載力閾值即C點時，兩者的演化互動關系將出現三種可能的情景：曲線Ⅰ，城鎮化的發展將導致生態環境系統迅速惡化，并越過極限承載閾值，兩者的互動演化將走向無序發展的道路；曲線Ⅱ，通過采取一定的應對措施，使兩者發展保持相對穩定狀態，但始終處于較高水平；曲線Ⅲ，采取強有力的應對措施使城鎮化發展對生態環境的脅迫程度逐漸減弱，形成類似于環境庫茲涅茨倒“U”型曲線的演化軌跡。

從長遠來看，城鎮化發展與生態環境演化的相互影響和制約將長期存在，而定量評估城鎮化發展與生態環境的耦合關系，對于指導城市發展與生態環境建設具有重要借鑒價值。

圖1 城鎮化發展與生態環境互動演化規律曲線

二、指標體系構建與研究方法

（一）指標體系構建

1.指標選取方法。城鎮化與生態環境之間的耦合作用相對復雜，不僅城鎮化與生態環境之間存在錯綜復雜的關系，而且城鎮化和生態環境子系統內部同樣存在復雜的關系，因此，采用單一指標無法真實反映兩大系統之間的內在耦合機理。在借鑒以往城鎮化與生態環境耦合研究成果[10-12]的基礎上，本文采用頻度分析法與專家意見咨詢等方法甄選各個評價指標，初步擬定一般評價指標體系。隨后借助SPSS21.0統計分析軟件對指標進行相關分析和主成分分析，最終得到相對獨立的指標評價體系。

2.指標體系基本框架。針對山東半島城市群各市的發展實際，從系統層、準則層、指標層三個層次構建耦合評價指標體系，從人口城鎮化、空間城鎮化、經濟城鎮化和社會城鎮化四個方面選取17個指標表征城鎮化水平。依據PSR模型，從生態環境壓力、生態環境狀態、生態環境響應三個方面選取13個指標表征生態環境水平，由此共選取30項指標，構建城鎮化與生態環境協調發展評價指標體系（見表1）。

本文的原始數據來源于《山東統計年鑒（2016）》、2015年山東省環境統計年報以及山東半島城市群17城市2015年國民經濟和社會發展統計公報。

由于選取的指標具有不同的量綱和數量級，我們需要對選取的指標進行標準化處理。這里將選取的指標劃分為正向指標、逆向指標和適中指標，將部分指標設定為適中指標，摒棄現有研究單純的正、負指標分類的傳統觀點，以更加合理地評價城鎮化與生態環境的發展情況。對于不同的指標，處理方式如下：

對于正向指標，公式為：

（1）

對于逆向指標，公式為：

（2）

對于適中指標，公式為：

（3）

式中，為指標的標準化數值；為指標的原始數值；、分別為評價區內指標的最大、最小值；為被評價的年份。

（二）研究方法

1.變異系數

變異系數法是一種較為客觀的權重獲取方法，能夠避免專家賦權的主觀性及多指標變量間信息的重疊。設為第個評價指標由變異系數法求得的權重，計算各指標的變異系數：

（4）

式中，為第個指標的平均數；為評價指標個數；為被評價年。

2.耦合協調度模型

耦合度是描述系統或要素相互作用而彼此影響的度量指標，兩個系統的耦合度一般采用如下模型[13]：

（5）

（6）

（7）

式中，D為城鎮化與生態環境的耦合協調度；C為城鎮化與生態環境的耦合度；P為城鎮化與生態環境的綜合協調指數；為城鎮化綜合指數，并且（i=1，2，3...，m），其中，為指標權重值，為指標的標準化值；為生態環境綜合指數，并且（j=1，2，3...，m），其中，為指標權重值，為指標的標準化值；為待定參數，結合城鎮化與生態環境的相互關系及其在耦合系統中的作用，設定。分析可得，在實際中，。

據此，借鑒前者的研究成果[11-12]，根據耦合協調度D的大小，設定城鎮化與生態環境的協調度等級及其劃分標準（見表2）。

3.響應度模型

在耦合度分析的基礎上，進一步研究城鎮化發展的生態環境響應指數和響應度，定量測度城鎮化發展對生態環境演變的影響特征及影響程度。借鑒已有的研究成果[14-15]，定義響應指數測度模型為：

（8）

式中，I為城鎮化發展的生態環境響應指數；為生態環境綜合指數對城鎮化綜合指數的導數。當時，表示生態環境對于城鎮化呈現正響應的態勢，城鎮化發展促使生態環境水平上升，生態環境壓力緊張；反之，當時，表示生態環境對于城鎮化呈現負響應的態勢，城鎮化發展會導致生態環境壓力的下降，生態環境壓力緩解；當時為臨界狀態，理論上表示城鎮化發展對生態環境壓力大小無影響。

為比較不同城市城鎮化發展對生態環境作用的強弱程度，進一步定義城鎮化發展的生態環境響應度，公式為：

（9）

是的絕對值且數值為正，值越大，表示城鎮化發展對生態環境產生的影響越大；值越小，表示城鎮化發展對生態環境產生的影響越小。

三、山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合關系評價

（一）權重及各系統發展指數

對數據進行標準化處理后，選用變異系數法確定城鎮化與生態環境兩大系統的評價指標權重（見表1），利用線性加權法計算山東半島城市群17市城鎮化與生態環境各分系統的得分，進一步測算17市城鎮化與生態環境綜合指數（見表3）。

（二）城鎮化與生態環境耦合協調度結果分析

1.城鎮化綜合指數與生態環境綜合指數

運用上述公式進行計算，可以得到山東半島城市群17市城鎮化綜合指數和生態環境綜合指數。目前，山東半島城市群17市城鎮化與生態環境互動耦合十分緊密，二者具有密切的依托關系。在不同城市的發展過程中，城鎮化與生態環境互動耦合的強度和協調程度尚存在差異，發展趨勢也不盡相同。

由表3和圖2可見，山東半島城市群17個城市的城鎮化綜合指數波動較大，U1值為0.0487～0.2392，總體水平尚待提升，且各市差距較為明顯。其中，濟南、青島、東營和威海4市依托自身的區位優勢、政策扶持，借助城市發展和人口聚集，實現城鎮化水平的迅速提高。從表3和圖3可以看出，山東半島城市群17個城市的生態環境綜合指數波動相對較大，U2值為0.1540～0.2635，且各市差距較大。其中，萊蕪、淄博2市較為注重生態環境保護，通過提高資源利用效率、增加城市綠化面積等方式加大環境保護力度。雖然濱州的生態環境狀態指數較高，但其生態環境壓力指數和生態環境響應指數不高，降低了濱州整體的生態環境綜合指數。

2.城鎮化與生態環境耦合協調發展類型

從表3和圖4可以看出，山東半島城市群17個城市的城鎮化與生態環境兩系統耦合度值相對平穩，17市的耦合度數值（C值）為0.8428～0.9992，且各市差距不明顯，表明17市城鎮化與生態環境具有較高的相關性。但17市城鎮化與生態環境的耦合協調度值均不高，且17市兩系統耦合協調發展水平極不平衡，可分為三種類型（見表3）。

（1）城鎮化與生態環境低度協調發展，生態環境滯后型。屬于此種類型的城市有濟南、青島和威海。從城鎮化和生態環境指數得分看，三市城鎮化指數明顯大于生態環境指數，說明在城鎮化過程中，三市的生態環境未能很好地與城鎮化同步。在未來的城鎮化進程中，應充分發揮濟南作為省會城市、青島作為中心城市的輻射功能，引領帶動周邊城市協同發展，同時要協調好城鎮化與生態環境的關系，加大生態環境保護力度。

（2）城鎮化與生態環境低度協調發展，城鎮化滯后。屬于此種類型的城市有淄博、東營、煙臺和萊蕪。從城鎮化和生態環境指數得分看，這4市的城鎮化指數位于17市中間，生態環境指數均高于17市平均水平。從17市內部看，4市的城鎮化指數均低于生態環境指數，且差距較大，城鎮化水平亟待提升。在未來的發展中，淄博、東營、煙臺和萊蕪應加快推進人口、空間、經濟和社會城鎮化進程，整體提升城鎮化水平，縮小與其他強市的發展差距。

（3）城鎮化與生態環境中度失調發展，城鎮化滯后。其余10市屬于此種類型。從城鎮化和生態環境指數得分看，除濱州外，其余9市的城鎮化指數和生態環境指數均低于平均水平。在未來的城鎮化建設中，這10個城市不僅要加快經濟發展進程，加大城市空間建設力度，全面提升城鎮化水平，還要協同提升生態環境水平，避免城鎮化水平提升引致的生態環境退化，推動兩系統的協調發展。

3.城鎮化與生態環境的響應指數和響應度

基于公式（8）對山東半島城市群17市城鎮化綜合指數與生態環境綜合指數進行曲線估計與擬合，得出兩者的最優響應函數方程：

（10）

該響應函數為三次曲線方程，擬合優度，，能夠通過顯著性檢驗。進一步求導得：

（11）

基于上述公式計算山東半島城市群城鎮化發展的生態環境響應指數和響應度。由圖5可見，濟南、青島、東營和威海4市城鎮化發展的生態環境響應指數為負值，說明4市的城鎮化與生態環境之間呈現負響應，應加快4市的城鎮化進程以改善其生態環境水平。其中，濟南、青島2市響應度較高，說明2市城鎮化水平提高對生態環境改善具有顯著的促進作用。其余13市城鎮化發展的生態環境響應指數為正值，但響應度值保持在較低水平，說明13市城鎮化與生態環境之間呈現正響應關系，城鎮化對生態環境的作用程度較小，產生的生態環境問題可以維持在閾值之內，二者關系相對穩定。這13市在發展過程中，應注意城鎮化發展對生態環境的脅迫效應，避免兩者之間關系紊亂。

四、結論

第一，2015年山東半島城市群17市中濟南、青島、東營和威海4市的城鎮化指數較高，萊蕪、淄博2市的生態環境指數較高，17市城鎮化與生態環境耦合度總體水平相對穩定，即17市城鎮化與生態環境系統皆具有較強的相關性，表明兩系統間存在相互作用、相互影響的關系。與耦合協調度值相比，耦合度值與耦合協調度值并不匹配，表明高耦合度水平并不必然伴隨著高耦合協調度水平，兩者不存在正相關關系。

第二，根據耦合協調度值，將山東半島城市群17市城鎮化與生態環境耦合協調關系劃分為三種類型：濟南、青島和威海3市在發展城鎮化的同時應加大生態環境保護力度；淄博、東營、煙臺和萊蕪4市應加快城鎮化進程，縮小與其他城市的差距；其余10市不僅要加快經濟發展進程，全面提升城鎮化水平，還應協同提升生態環境水平。

第三，山東半島城市群17市中濟南、青島、東營和威海4市城鎮化的生態環境響應指數為負值，這4市城鎮化水平的提升對生態環境的改善具有積極作用，其余13市城鎮化的生態環境響應指數為正值且相對較小，應避免這些城市城鎮化與生態環境之間由較小的作用關系轉變為紊亂的作用關系。

在未來一段時期，山東半島城市群應加快實施中心城市帶動戰略，進一步強化濟南市的省會城市地位，強化與周邊城市同城化發展，建設成為山東半島城市群的樞紐區域；不斷壯大青島市的國家中心城市地位，協同其他周邊城市一體發展；積極培育發展煙臺、淄博、濰坊等其他區域性中心城市，推動區域聯動互動發展，不斷提升山東半島城市群整體發展質量，將山東半島城市群全面建成核心競爭力強的現代化國家級城市群。

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[責任編輯 張桂霞]