河南省城鎮化與生態環境協調發展的時空演變分析

于澎峰 程鋼

摘要：針對城鎮化發展和生態環境的協調發展關系演變過程，運用熵值法、協調發展模型、變異系數和空間分析等方法，圍繞時序和空間2個緯度，探討河南省18個地市2006—2015年城鎮化與生態環境協調發展關系，為制定區域發展戰略提供參考。結果表明，河南省城鎮化和生態環境發展均呈增長趨勢，對發展水平而言，生態環境>城鎮化，而增長速率則是城鎮化>生態環境;城鎮化和生態環境的協調度總體為增長態勢，僅有鄭州市達到高度協調，其他地市以中度協調和瀕臨失調發展狀態為主;城鎮化與生態環境的協調發展基本呈現“西北高、東南低”的空間分布格局，其中西北地區又呈現以鄭州市為中心向四周逐漸遞減態勢;河南省城鎮化、生態環境及二者的協調度的空間差異性逐步縮小。

關鍵詞：河南省;城鎮化;生態環境;耦合度;協調度;時空分析

中圖分類號： F062.2文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0294-07

收稿日期：2019-03-19

基金項目：教育部人文社會科學研究青年基金（編號：15YJCZH018）;中國博士后科學基金面上資助項目（編號：2015M582831）;河南省科技攻關項目（編號：162102210063）;國家自然科學基金（編號：41001226）;河南省高等學校骨干教師資助計劃（編號：2012GGJS-055）;北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室開放基金（編號：2014ESPKF08）。

作者簡介：于澎峰（1992—），女，河南周口人，碩士研究生，主要從事“3S”集成與應用研究。E-mail：yupengfeng123@163.com。

通信作者：程?鋼，博士，教授，主要從事GIS理論與方法研究。E-mail：chenggang1218@163.com。

城鎮化建設可以有效帶動周邊地區經濟社會的發展，城鎮化已成為人類社會發展的必經之路和必然趨勢。城鎮化建設不斷促進資源的集中和人力的集聚，從而促進經濟社會不斷發展。然而，城鎮化的快速發展也帶來了生態環境破壞等負面作用，繼而制約了城鎮化的發展進程。城鎮化與生態環境如何發展是經濟、地理等眾多領域研究的熱點問題。Pearce等在城市發展階段環境對策模型中發現，城鎮化與資源環境間存在明顯的時序特征[1];Grossman等在提出的環境庫茲涅茨曲線（EKC）假設中指出城市經濟水平不斷與生態環境質量間呈現倒“U”形演變規律，并用42個發達國家的平行數據證實了這一規律[2];Odum等通過對全球部分城市和地區進行分析，利用靈敏度和系統動力學模型，揭示了城市發展與生態環境間的交互作用[3];Sato等在城鎮化與生態環境污染研究中發現，環境污染對城鎮化發展具有束縛作用[4];Ducrot等運用定量分析法和“3S”技術對城鎮化與生態環境間的交互過程進行評定[5]。國內亦有許多學者對城鎮化和生態進行研究。鄧椿對山西省各地級市2005—2015年間的城鎮化、生態環境、旅游產業及其時空演變規律進行分析與評價[6];安瓦爾·買買提明等以南疆為例，探究城鎮化與生態環境的耦合發展規律[7];許宏等對云南省的區域城市化與生態環境耦合規律及協調發展進行研究[8];嚴俊霞等在對城市化綜合發展水平與生態環境質量分析的基礎上，建立了城市化發展與生態環境的協調度模型[9];武珊珊等從城鎮化和生態環境的內涵特征入手，對快速城市化時期的山東省城鎮化與生態環境協調發展進行研究[10];張夢薇從城鎮化水平和城鎮化質量協調發展的角度，對河南省的城鎮化發展協調狀況和演變規律進行探討[11];楊偉紅等使用耦合協調模型對河南省城鎮化和生態環境發展進行評價分析[12];方創琳等認為，城鎮化與生態環境具有交互影響作用[13]。以上學者的研究重點已經從研究城市發展中面臨的環境問題，轉移到如何協調城鎮化與生態環境關系上來，開始運用耦合機制研究城鎮化與生態環境之間的關系。

河南省是傳統農業大省[14]，農業人口基數大，城鎮化水平總體偏低，居全國第28位，近10年來，城鎮化水平迅速提高，但也出現了大量的“城市病”，城鎮化與生態環境的協調發展面臨巨大的挑戰。本研究以河南省近10年的經濟社會指標為依據，借助耦合協調模型和空間分異方法，探討飛速發展的城鎮化與生態環境之間的協調程度與演變規律，以期為推進河南省“十三五”時期城鎮化與生態環境的協調發展戰略提供參考。

1?數據來源與研究方法

1.1?研究區域

河南省位于中國中東部、黃河中下游，介于 31°23′～36°22′N、110°21′～116°39′E之間，東西長約580 km，南北長約550 km，全省土地面積 16.7萬km2，占全國土地面積的1.74%，位居全國第17位[15]。河南省既是傳統的農業大省和人口大省，又是新興的經濟大省和工業大省，是中原城市群的重要成員。2015年河南省常住人口達到9 480萬人，占全國總人口的7%，人口城鎮化率達到 46.85%，低于全國平均水平9.25百分點，位居全國第28位;GDP總量為37 002.16億元，位居全國第五，其中第一產業占GDP的11.38%，其總量在全國各省份中排名第二（圖1）。

1.2?數據來源

本研究分別從時間和空間角度對河南省城鎮化與生態環境的協調發展進行探討。時間序列選取2006—2015年為研究范圍，數據來自《河南統計年鑒（2007—2016）》及各省轄市統計年鑒和統計公報，部分數據來《中國統計年鑒》。行政區劃數據主要來源于全國高程數據、全國各地市行政規劃圖、河南省高程數據和河南省行政規劃圖[16]。

1.3?研究方法

1.3.1?指標體系構建

衡量城鎮化水平應包括規模和質量兩大方面，但至今沒有公認的、能全面反映城市水平的適宜指標和測度方法。根據城鎮化的內涵和特征，參考相關研究成果，遵循針對性、科學性、可評價性及數據的可得性等原則，依據“壓 力- 狀態-響應”（pressure-state-response，PSR）模型[10]，構建河南省城鎮化與生態環境水平協調度指標體系（表1）。

1.3.2?熵權法確定權重

在指標體系評價進程中，各個指標權重的確定方法至關重要，它直接影響評價的準確性和客觀度，指標權重的確定方法主要有熵值法、層次分析法、德爾菲法和主成分分析法等[17]。基于以往研究者的經驗和該指標體系的特性，本研究采用熵權法確定所選取各個指標的權重，其步驟如下。

計算第i地市對第j指標值的比重

pij=xij∑mi=1xij。（1）

計算第j指標信息熵Ej

Ej=-1ln m ∑mi=1pij×ln pij。（2）

計算第j指標的商權wj

wj=1-Ej∑nj=1（1-Ej）。（3）

式中：xij表示第i地市對第j項指標的標準化值;m表示地市數量;n表示所選評價指標數。

1.3.3?城鎮化和生態環境綜合指數及協調發展度的計算

根據各指標的權重和標準化之后的數據計算不同地區不同年份的綜合評價得分。設城鎮化和生態環境綜合發展水平函數分別為 f（u）、f（e）。

f（u）或f（e）=∑ni=1wi×xij。（4）

根據數學離差原理及物理學中的容量耦合（capacitive coupling）系數模型分析[18]，可測算城鎮化與生態環境系統二者協調度計算公式

C=f（u）×f（e）f（u）+f（e）22k。（5）

式中：C表示耦合度，反映城鎮化與生態環境發展水平一定的情況下，2個系統的耦合程度，耦合度C的取值在0～1之間，數值越大則指標間的耦合趨勢越明顯;k（k≥2）表示調節系數，用來調節評價結果的區分度，此處取k=2。

耦合度主要在判別各指標之間的耦合作用具有較強優勢，在判別協同效應和整體功效方面會有誤差存在，即對于協調度相同的2個區域，難以說明其協調水平。為了進一步反映新型城鎮化之間的協調發展水平，引入協調度評價模型。

D=C×T;（6）

T=αf（u）+βf（e）。（7）

式中：D表示協調度;T表示城鎮化和生態環境的綜合協調指數;α、β分別表示待定系數。本研究認為城鎮化系統與生態環境系統是2個平行的系統，具有同等重要性，故取α=β=0.5。協調度D的取值在0～1之間，D值越大表示2個系統協調發展程度越高，反之亦然。根據已有研究成果，將協調度劃分為5個類型[19]（表2）。

1.3.4?城鎮化和生態環境差異分析

隨著不同地區發展模式的推進，為解決城市之間的差距是在擴大還是在縮小這一問題，本研究引入變異系數來表示河南省18個城市的城鎮化與生態環境協調發展的差異。變異系數（CV）是衡量序列觀察的離散性的統計量[20]，它是標準差與平均值的比值，該指數可以測量地市間的差異。計算公式為

CV=σ/μ。（8）

式中：CV表示變異系數;σ表示標準差;μ表示算術平均值。

2?結果與分析

2.1?河南省城鎮化與生態環境水平及其耦合協調的時序演變規律

根據指標體系和研究方法，選取河南省18個地市2006—2015年的數據，分析河南省城鎮化與生態環境耦合協調發展的變化（圖2）。從綜合水平來看，河南省城鎮化發展整體水平和生態環境發展水平均呈現出明顯的上升態勢，但演變特征差異明顯。2006—2015年河南省城鎮化和生態環境發展水平均值連年增長，城鎮化均值由2006年的 0.162 7 增至2015年的0.345 2;生態環境發展水平均值從0.533 1增至0.766 7，表明河南省城鎮化總體水平滯后于生態環境發展水平。從發展速度來看，除開封市和平頂山市外，10年來城鎮化的增長率（131.54%）高于生態環境的增長率（63.8%），表明河南省生態環境的建設速度滯后于城鎮化的發展速度。河南省的城鎮化與生態環境發展的耦合度值在0.488 9～0.674 7 之間，協調度值在0.397 4～0.609 8范圍內，可見河南省各地市的平均協調度由中度失調衰退型向中度協調發展型轉變。10年來河南省的城鎮化與生態環境的耦合度具有明顯的波動性，但總體水平在提高，表明河南省城鎮化與生態環境交互耦合緊密性增強，同時城鎮化與生態環境之間的協同發展作用也在增強。

由圖3可知，省會鄭州市的協調度遠高于其他地市，其他地市城鎮化與生態環境的協調度水平總體較低。洛陽、平頂山、新鄉、焦作等地市的城鎮化與生態環境的協調度高于省平均水平，而開封、鶴壁、濮陽、漯河、商丘、信陽、周口、駐馬店、濟源等市則低于省平均水平，其他4個地市的城鎮化與生態環境的協調度在省平均水平附近。2006—2015年18個地市的協調度水平整體呈增長趨勢，發展較平穩，協調度發展由中度失調衰退型向中度協調發展型轉變。個別城市的個別年份出現了城鎮化發展和生態環境的協調度暫時下降，包括焦作市僅在2010年有下降，信陽市在2008、2010年有明顯的下降，平頂山市在2008、2009、2011、2012年協調度有下降態勢，漯河、商丘、周口等市分別在2008、2010、2011年有下降現象。從數據分析來看，主要原因是個別年份這些城市的城鎮化與生態環境年際間的增長幅度差異較大，或者出現個別指標下降的情況，從而導致二者的協調性變差。

為了研究河南省城鎮化發展區域差異的演變規律，本研究計算了2006—2015年河南省城鎮化和生態環境之間的變異系數（圖4）。由圖4可知，河南省各地級市之間的城鎮化變異系數呈弱倒“N”形曲線，即先縮小（2006—2007年）、再擴大（2007—2008年）、縮小（2008—2009年）、擴大（2009—2010年）、再縮小（2010—2015年）的演變規律，城鎮化的差異性整體呈下降趨勢，其變異系數值由2006年的0.595 8降至2015年的0.490 6，意味著地區間城鎮化水平差異逐步縮小，各地市城鎮化相互帶動作用增強。生態環境空間差異演變軌跡呈“下臺階”形曲線，即先縮小（2006—2007）、再擴大（2007—2009年）、再縮小（2009—2011年）、又擴大（2011—2012年）、再又縮小（2012—2014年）、再增大的演變規律，整體呈下降趨勢，其變異系數由2006年的0.314 0降至2015年的0.105 9，意味著地市間生態環境差異逐步縮小，各地市的生態環境建設同步發展。城鎮化和生態環境的耦合度變異系數呈弱倒“V”形，即先擴大（2006—2007年）、再縮小的演變規律。協調度變異系數由2006年0.295 7降至2015年的0.160 4。10年來城鎮化和生態環境以及二者的協調度的變異系數整體均呈下降趨勢，表明河南省各地級市之間的城鎮化及生態環境水平差距逐步縮小，同時城鎮化的變異系數遠高于生態環境的變異系數，表明各地市間城鎮化建設的同步性強于生態環境的同步建設。

2.2?河南省城鎮化與生態環境協調度的空間分布規律

從河南省18個地市均值來看，依據表2的分類標準，對2006、2009、2012、2015年4個時間節點各地級市的城鎮化與生態環境的耦合協調類型進行分析（圖5）。

由圖5可知，2006年城鎮化與生態環境的協調度處于中度協調發展型的只有省會鄭州市，為全省協調度最高的城市;洛陽、平頂山、焦作、新鄉等市為瀕臨失調衰退型，形成“C”形初期分布格局，依據

城鎮化和生態環境發展水平可知，這4個地市的城鎮化發展與生態文明建設發展雖有同步發展，但是同步水平較低。其他13個地市處于中度失調發展階段，中度失調衰退型呈片狀分布于河南省中部偏南地區，主要是由于這些地市生態環境的發展速度滯后于城鎮化建設。總體上看，2006年18個地市的城鎮化與生態環境的協調水平整體為中度失調態勢，協調性較好的地市較少，地區差異較大，關聯性較弱。

2009年河南省城鎮化與生態環境的協調度空間格局變動較明顯，呈現中北部較高，并形成由西北向南遞減和東北向南遞減的倒“A”形分布格局。其中，鄭州市位于中部偏北，為高度協調發展型;三門峽、濟源、洛陽、平頂山、南陽、安陽、鶴壁、新鄉、開封、焦作、許昌、商丘等市處于瀕臨失調發展階段，濮陽、漯河、周口、駐馬店、信陽等地市為中度失調衰退型。總的來看，2009年18個地市的城鎮化與生態環境的協調度在上升，但大多數地市依然處于瀕臨失調的發展態勢，協調度發展的地區差異性和均衡性有所改善。

2012年與2009年的空間格局類似，協調類型變動較小。洛陽市和焦作市發展為中度協調發展型，中度失調衰退型的地市由4個減少到2個，即為周口市和駐馬店市。總體而言，2012年河南省18個地市的城鎮化與生態環境的協調度均有提升。

2015年河南省城鎮化與生態環境的協調度呈現以鄭州市為中心，向外逐漸遞減的弱星形分布空間格局。鄭州市為高度協調發展類型，開封、洛陽、平頂山、安陽、新鄉、南陽、焦作、信陽等市為中度協調發展型，三門峽、濟源、鶴壁、許昌、商丘、漯河、濮陽、周口市和駐馬店市為瀕臨失調衰退型。總體來說，截至2015年18個地級市的城鎮化與生態環境的協調度均有不同幅度的提升，地區差異性和均衡性縮小，表明全省的城鎮化和生態環境的建設取得了一定成就。

從空間分布格局來看，河南省城鎮化與生態環境建設的協調度基本呈現“以鄭州市為中心，向四周逐級遞減”的空間分布格局，且大部分城市都處于瀕臨失調與中度協調2個階段，由此可見，當前河南省城鎮化與生態環境建設的耦合協調發展狀態不容樂觀。

3?結論

河南省城鎮化與生態環境耦合協調關系復雜，涉及因素眾多，且各因素間存在大量的交互影響，因此很難確定它們之間綜合的因果關系。本研究主要根據河南省城鎮化與生態環境發展的特征，遴選出2006—2015年2個系統的7項16個指標，以挖掘河南省城鎮化與生態環境耦合協調的時空變異特點，得出以下結論：第一，2006—2015年河南省城鎮化和生態環境發展均呈增長趨勢，對發展水平而言，生態環境>城鎮化，而增長速率則是城鎮 化> 生態環境。第二，2006—2015年全省的城鎮化與生態環境協調度在0.397 4～0.609 8之間，協調度發展由中度失調向中度協調發展，至2015年達到中度協調階段。第三，河南省18個地市的城鎮化與生態環境的耦合協調發展兩極分化嚴重，鄭州市在2009年已達到高度協調發展階段，而2015年周口市和駐馬店市依然處于瀕臨失調的階段。第四，河南省城鎮化與生態環境的協調發展水平呈現地域差異性，基本呈現“西北高、東南低”的空間分布格局，其中西北地區又呈現以鄭州市為中心向四周逐漸遞減態勢，且城鎮化地域差異性發展大于生態環境地域差異性，但兩者地市間的差異均逐步縮小。

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